CN208146851U - 用于在连接工具中使材料变形的模具及连接工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于在连接工具中使材料变形的模具及连接工具。所述模具具有：头部，包括限定使材料将在其中变形的空腔的顶面､与所述顶面相对的底面以及设置在所述顶面和所述底面之间的侧面；以及干部，其自所述头部的所述底面沿纵向轴线（x）延伸；其中所述模具包括具有用于接收和/或发送信号的天线及用于存储信息的存储元件的识别标签，以及其中所述天线环绕所述头部，使得所述天线完全地包围所述头部。所述模具允许通过识别标签来进行快速和容易的识别，使到可轻易地确定其可能发生的损坏。

Description

用于在连接工具中使材料变形的模具及连接工具

技术领域

本实用新型涉及一种用于在所述连接工具中使材料变形的模具，所述模具具有头部，所述头部包括限定使材料将在其中变形的空腔的顶面､与所述顶面相对的底面以及设置在所述顶面和所述底面之间的侧面。所述模具还包括干部，其自所述头部的所述底面沿纵向轴线延伸。

此外，本申请涉及一种连接工具，其包括：模具; 使所述模具支承于其中的模具保持器/模座，使得所述模具在模具空腔外露以接收材料的情况下操作;以及由一支架支承在所述模具的所述顶面上方的装配工具。

更具体但不排它地而言，本实用新型涉及用于连接物或紧固件应用的模具。所述模具尤其可用于自冲铆接，冲铆或铆接/压铆（clinching）。

带有类似模具的自冲铆钉装置的紧固装置尤其但非唯一地用于汽车工业中以生产车身。

背景技术

自冲铆接或冲铆近来已成为公认的制造方法，因为它特别适用于连接不同的材料。在自冲铆接中，将具有特定结构的铆钉插入而不会完全穿透工件，诸如多片材料其中之一，使得铆钉的变形端保持被材料的缩锻环形部分包封。铆钉通常包括头部以及终结于环形刺穿边缘的部分中空的圆柱形钉体。铆钉通过装配工具的冲头而驱进入工件组合､工件装置和/或工件布置中。模具作用于工件组合､工件装置和/或工件布置的下侧。铆钉的钉体刺穿顶部片材，然后在模具中向外张开，使得片材材料在模具腔体中形成包封钉体的环形部分。

除了冲铆和自冲铆接法外，还使用压铆。压铆可在具有或不具有辅助连接元件的情况下进行。其中使用模具和冲头来进行装配，以在配对件（例如两片或多片材料）之间塑性地形成互锁。模具确保材料径向地向外变形，从而形成咬边。

在许多应用中，在上述连接方法中要施加到工件上的力将很高，因此模具会承受极高负荷和磨损。模具可以破裂和/或成为碎片。因此，模具需要定期检查和更换，以确保得到所需的连接强度。

模具的预期寿命取决于许多因素，包括例如它所经受的周期次数､装配力､所使用工件的材料､模具与工件和冲头的对准､模具的材质特性（预期寿命可以降短，特别是在使用比较坚硬的材料或延展性低的材料时）､模具所支承的表面的品质､模座的保持度以及在其中装配工具直接冲击模具的操作情况（错误或用于测试目的）。

有毛病的模具可能会导致片材出现难看的变形以及连接强度可能因此受损。

因此，需要检查模具中的毛病。

众所周知，可使用流体/流质来检查模具中的毛病。 DE102004002593公开了一种使用经由通道供应到连接工具系统的区域中的空腔的流体介质的方法。该介质的压力或流量被测量。所述压力或流量的实际值会与预期值进行比较以及比较的结果是检查过程的主要部分。这种方法不仅需要在机器上进行昂贵的投资，而且还会将延迟引入铆接周期。

文献DE102012207391公开了一种具有带冲头和冲模的铆接单元的装置。该装置还包括具有传感器的测试元件以确定冲模中的可能的损坏。每次铆接操作后，传感器都会移向模具，检查是否有损坏。传感器是超声波传感器､图像传感器､电感传感器或热传感器以及在冲模周围驱动。这种方法会将延迟引入铆接周期。制造商必须权衡对比由进行定期检查过程所提供的质量控制效益与所花费的时间。如果检查过程显示有坏掉的冲模或缺失的冲模，那么自上次检查以来完成的所有连接都有可能发生故障以及它们必须检查或报废。

实用新型内容

本实用新型的其中一个目的是排除或减轻上述缺点中的至少一个，并提供一种改进的或交替的模具（die），使到可轻易地确定其可能发生的损坏。本实用新型的目的还在于提供一种用于识别和/或检测模具的状态的连接工具，其使到能够直接识别和检测模具的状态，而不需要昂贵的机器投资以及也不会将延迟引入连接周期。在本申请中，术语“模具状态”旨在包括尤其是模具的损坏､模座完全没有模具､模具的使用寿命或者模具的技术特征。

为此目的，根据本实用新型，提供一种用于在连接工具中使材料变形的模具，所述模具具有：

-头部，包括限定使材料将在其中变形的空腔的顶面，与所述顶面相对的底面以及设置在所述顶面和所述底面之间的侧面；以及

-干部，其自所述头部的所述底面沿纵向延伸；

所述模具的特征在于：

所述模具包括具有用于接收和/或发送信号的天线及用于存储信息的存储元件的识别标签，以及其中所述天线环绕所述头部，使得所述天线完全地包围所述头部。

本模具允许通过识别标签来进行快速和容易的识别。用于接收和/或传输信号的天线的位置是这样的，以使得在模具中发生的任何损坏也将会损坏天线､使天线能够接收或传输信息。天线因此可以用作传感器。存储元件和天线的位置在结构或功能上不影响模具。本模具易于制造，不需要昂贵的机器投资。此外，天线的位置（完全围绕头部）可以允许360度的读取能力。阅读器装置可以与模具的定向或配置无关的方式与天线通信。

根据一个方面，所述模具包括在所述顶面和所述底面之间的所述侧面上绕所述头部延伸的凹槽以及所述天线设置在所述凹槽中。所述天线不从模具的头部突出，这降低了在模具操作过程中使天线损坏的风险。

根据一个方面，所述模具还包括凹部，以及所述存储元件设置在所述凹部中。所述存储元件不从模具突出，其降低了在模具操作过程中使存储元件损坏的风险。凹部可以位于任何地方，而不一定要靠近天线。该定位还减少了识别标签被污染。

识别标签因此集成到模具中，并且其定位避免了任何过早或不正常的磨损。

根据一个方面，所述凹部设置在所述头部的所述侧面上。因此，凹部易于制造，无需改变模具或模具的功能面的一般形状。

根据一个方面，所述天线与所述顶面之间的距离小于所述存储元件与所述顶面之间的距离。更具体地说，天线设置在顶面附近（并且尽可能靠近），使得模具顶面的损坏将导致天线的损坏。如果天线设置在凹槽中并且存储元件设置在凹部中，则凹槽与凹部相比是最接近顶面。

根据一个方面，头部和干部大体是圆柱形的。与头部相比，干部具有缩减的直径。模具可以容易地由模座支承，并且可以用模具交换器以另一模具来替换模具。

根据一个方面，所述识别标签是射频识别（RFID）标签。RFID标签易于使用和管理。它们的实施使模具可具有良好的可追溯性。识别标签也可以是近场通信（NFC）标签。

根据一个方面，识别标签由材料覆盖。这允许模具的外表面在模具的外表面上不具有任何不希望有的不均匀性。

本实用新型的另一目的在于一种连接工具，所述连接工具包括：

a.用于在所述连接工具中使材料变形的模具，所述模具具有头部，所述头部包括限定使材料将在其中变形的空腔的顶面､与所述顶面相对的底面以及设置在所述顶面和所述底面之间的侧面；以及干部，其自所述头部的所述底面沿纵向延伸；其中所述模具包括识别标签，所述识别标签具有用于接收和发送信号的天线以及用于存储信息的存储元件并且作为传感器的一部分；以及

b.使所述模具支承于其中的模具保持器/模座，使得所述模具在模具的空腔外露以接收材料的情况下操作；

c.由一支架支承在所述模具的所述顶面上方的装配工具;

d.以非接触方式/在非接触的基础上与所述识别标签通信和自所述识别标签接收数据的阅读器装置;

其中所述天线环绕所述头部，使得所述天线完全地包围所述头部。

识别标签的位置使其可以作为传感器并反映所述模具的变化情况。模具的损坏会损坏天线，从而阻碍与阅读器装置的通信。一个单一的识别标签可以用于多种应用：作为传感器､用于标识､用于识别等等。

根据一个方面，所述装配工具由C型架的第一支架支承以及所述模具由所述C型架的第二支架支承。

根据一个方面，所述阅读器装置设置在所述C型架上。随着持续的通信，这允许立即和“现场”检测模具状态的变化。在另一实施例中，阅读器装置可以设置在距C型架的特定距离处。操纵者可以将阅读器装置自由地设置在优选的位置，取决于障碍物､需要等等。

附图说明

本实用新型的其它特征和优点将从下面的参照附图的作为非限制性实例而提供的实施例的叙述中而轻易地显现出来。

在附图中：

图1示出了根据本实用新型的具有干部､头部和识别标签的模具的示意性侧视图;

图2示出了根据本实用新型的具有干部､头部和识别标签的模具的透视图;

图3示出了图1或图2的模具的具有识别标签的头部的示意性透视图;

图4示出了根据本实用新型的模具的具有识别标签的头部的可选择的实施例;

图5示出了具有覆盖识别标签的材料（或热熔体/热熔料）的模具的透视图;

图6示出了根据本实用新型的具有模具､模座､装配工具和阅读器装置的连接工具的示意性透视图;

图7示出了根据本实用新型的用于识别和/或检测模具状态的方法的流程图。

具体实施方式

在不同的附图中，相同的附图标记表示相同或相似的元件。

首先参照图1和图2，其示出了用于在连接工具中使材料变形的模具10。模具10包括头部12以及干部14。模具沿着纵向轴线X延伸。如图所示，头部12和干部14的横截面为圆形。干部14与头部12相比而言是具有缩减的直径。在其它实施例中，头部12和/或干部14可以具有正方形或椭圆形横截面。

头部12包括顶面16､底面18以及设置在顶面16和底面18之间的侧面20。侧面20形成头部12的外周边。顶面16形成上表面。顶面16限定了空腔（或模腔）22，材料将在其中变形。头部12在纵轴上居中。如图所示，空腔22可以沿着纵向轴线X在侧面20上居中。干部14与头部12相比具有缩减的直径，在头部12的底面上限定了相对于纵向轴线X径向延伸的环形表面24。

头部12可以设有旋转携动轮廓（rotary entrainment contour）。旋转携动轮廓可以由头部12的侧面上的一个或两个径向槽形成。

干部14从头部12的底面18沿着纵向轴线X延伸。干部14从头部12下垂。换句话说，头部12和干部14形成单件式部件。干部14预定要插入模座26（参见图6）中的孔或凹部中，该模座26是适配器/接头或C型架的一部件。干部14可以包括锁定轮廓，其提供干部14在模座26中的锁定位置。

模具10包括识别标签28。识别标签28具有用于接收和/或发送信号的天线30和用于存储信息的存储元件32。存储在存储元件32中的信息可以与模具10相关，好像其类型､其使用寿命､其功能以及可以用于选择正确的模具10以进行特定的组装（或连接应用）或控制所安装的模具10符合进行组装（或连接应用）所需的要求。

天线30绕在头部12周围。换句话说，天线30完全包围头部12。天线30的位置可以允许360度的阅读位置。换句话说，天线30可以在其整个周边上传输数据（或信息）。

如图1､图2､图3和图4所示，天线30可以设置在绕着头部12延伸的凹槽34或开槽中。凹槽34在侧面20上绕着头部12延伸。例如凹槽34在顶面16附近延伸，使得天线30设置成靠近模具10的顶面16。天线30用于在非接触的基础上从存储元件32接收信息或向存储元件32发送信息。

凹槽34的尺寸对应于天线30的尺寸。因此，凹槽特别小或极小，这减少了凹槽34对模具10的使用寿命的影响。

存储元件32可以设置在凹部或空腔中。凹部35可以设置在头部12上或干部14上。如图1､图2､图3和图4所示，凹部35设置在头部12的侧面20上。凹槽34相比凹部35而言是最靠近顶面16。

存储元件32在空间上与天线30分离。这种分离降低了存储元件32损坏的风险。即使天线损坏，存储元件仍然可以工作并且可以随后执行程序以读取在存储元件32中收集的数据。存储元件32尤其可以设置在一种位置，其处的应力和其它机械应变低于模具的顶面。

凹部35设置在明显不影响模具使用寿命的位置。更具体地说，凹部35设置在与顶面16或其它工作区域相距一定距离的位置。

存储元件32和/或天线30结合在模具10中。存储元件32和/或天线30不从模具10的外表面突出。

如图4所示，识别标签28可以与头部12卡扣配合。该卡扣配合连接使识别标签28可易于移除。

如图1､图2和图3所示，识别标签28，更具体而言是天线30和存储元件32各自固定在凹部35和凹槽中以及不能移除。

存储元件32可以装配到凹部35中或被胶合。天线30也可以安装在凹槽中或胶合。存储元件和/或天线可以嵌入到模具中。例如，天线设置在凹槽中，存储元件设置在凹部中。如图5所示，凹槽和凹部均由材料HM覆盖，使得模具的外部形状保持与现有技术的模具相似，并且不会发生过早的磨损。尤其是，该材料允许去除模具的外表面的任何不希望有的不均匀性。另外，在模座中不需要进一步的配置。覆盖凹槽和凹部（以及因而天线和存储元件）的材料HM可以是任何覆盖材料。更具体地说，可以使用热熔体。热熔体是一种热塑性聚酰胺粘合剂。这允许将识别标签固定在模具中。识别标签因此完全嵌入在模具中。

识别标签28通过天线30在非接触的基础上与阅读器装置36通信。识别标签28可以通过遥测技术来通信。例如，如图所示，识别标签28是射频识别（RFID）标签28。RFID标签28允许以非接触的方式在模具10和阅读器装置36之间传输数据。 RFID标签的天线30将来自模具10的无线电信号放大并发送到阅读器装置36。在头部12周围的天线30的位置防止阅读器装置36或模具10具有任何固定发送/接收位置。天线30可以在任何时间与阅读器装置36通信而无需任何特定的配置。

现在参照附图的图6，所示为连接工具系统38。如图所示，连接工具系统38是铆接工具系统38。然而，应该理解，虽然本文所叙述的具体实施例涉及铆钉的插入，但它也适用于其它连接的形成，包括使用其它的利用模具而插入工件的紧固件的连接，诸如举例来说为压铆操作。

如图6所示，装配工具40安装在模具10上方的本体44的第一支架（first arm）42上。本体44是传统的C型架。其中模具10插入模座26中。模具10沿轴向（如箭头A所示）插入模座26中。例如，模具10沿纵向轴线X来插入。在其它实施例中，可以实施其它插入方向。干部14插入模座26的孔46中以及适配在孔46之内。将模具10固定到模座26中已在例如WO2015090965中叙述以及不会在本申请中进一步叙述。如WO2015090965中所述，模具10可以是可互换的以及连接工具系统38可以设有模具交换器（未示出）。模具交换器已在例如WO2015090965中叙述以及不会在本申请中进一步叙述。

如上所述，模座26可以是适配器或直接集成到C型架上。模具10通过模座26支承在本体的第二支架（second arm）48中。

例如，装配工具40安装在C型架的上支架/第一支架42中，而模具由C型架的下支架/第二支架48支承。铆钉（未示出）通过装配工具40插入到工件（未示出）中。工件可以包括多个片材的其中之一。工件支承在模具10上。为了实施连接应用，驱动装配工具40以使得保持元件（未示出）接合工件以及使冲头延伸以插入铆钉。如本领域所熟知的，本体44安装在机器人（未示出）上，并且可根据需要移向和远离工件。

连接工具系统38可以设置阅读器装置36。阅读器装置36在非接触的基础上与识别标签28通信和自识别标签28接收数据。阅读器装置36可以定期､连续地或不连续地与识别标签28通信和自识别标签28接收数据。

阅读器装置36可以位于任何方便的位置，其可以靠近模具10和模座26，或者可以远离它们。例如，如图6所示，阅读器装置36设置在本体（或C型架）上且靠近模座26。更具体而言，阅读器装置36设置在C型架（或主体44）的第二支架48上。阅读器装置36因此可以连续地与模具10通信。

在另一实施例（未示出）中，阅读器装置36可以远离实施连接应用的区域。在这种情况下，不是传输功率够大以允许远程传输，就是例如在两次连接应用之间或在周期结束时将模具10驱动到阅读器装置36，以便收集和/或发送数据。

存储元件32可以存储和传送关于模具的识别､模具的特性､模具的功能､生产数据､周期数､强度曲线等等的信息（或数据）。数据可以由记录器装置写入识别标签28。

可以提供处理器来处理所接收的数据和/或诊断模具10的状况。处理器､计算机或计算机系统可以是具有处理能力以致于其能够执行指令的任何种类的装置､机器或专用电路､或其集合或一部分。处理器可以是任何种类的通用或专用处理器，诸如CPU､GPU､片上系统､状态机､专用集成电路（ASIC）､可编程逻辑阵列､现场可编程门阵列（FPGA）等等。计算机或计算机系统可以包括一个或多个处理器。

处理器可用于收集由阅读器装置36接收的信息以确定已装配或计划使用的模具10是否用于当前应用的合适模具，或者已装配或计划使用的模具10的使用状况是否仍然良好，或者已装配或计划使用的模具10是否并未超过其使用寿命。处理器还可以使用由阅读器装置36接收的信息来确定模座26中是否存在模具10以及防止任何错误的操作。

处理器可以执行计算机程序产品，其允许使用所收集的数据来诊断模具的状况。诊断可以仅基于所收集的数据，或者可以基于所收集的数据以及经验或预填充数据。

天线30在模具10中的位置使得对模具的顶面16的损坏或者更大体而言对模具10的损坏也将损坏天线30。如果天线30损坏，则在阅读器装置36和存储元件32之间的通信会中断。因此，来自通信的故障可以由处理器分析作为错误和模具10的可能的损坏。处理器可以命令致动器停止其运动，从而中断连接过程。

识别标签28因此具有（至少）三功能（模具的识别，测量数据的存储，损坏检测）。

识别标签28用作传感器以检测模具的状态和对模具造成的任何损坏。通过天线与模具外部之间的传输故障可以立即检测到模具的损坏。

识别标签28用作标签元件，例如用于检查模具的产地并检测模具的误用或选择错误。

识别标签28可以接收关于例如使用模具或任何其它生产数据的数据。

图7示出了用于识别和/或检测模具的状态的方法的实施例的流程图。

首先开始连接过程（步骤S）。通过选择预定的连接过程，可以提供数据，例如所需的模具10的类型､工件的材料或者铆钉的类型。

在第一步骤（步骤S1）中，将模具10插入模座26中。

随后和/或同时建立模具10与模具外部（例如阅读器装置26和/或处理器）之间的通信（或传输）（步骤S2）。

进行测试（步骤S3）以检查通信和/或相对于要执行的预定连接过程来检查所发送的数据是否正确。

如果通信断掉或不正确（不妥当（NOK）），则该过程可被中断（步骤E）。在一个实施例中，如果通信中断或不正确（不妥当），则处理器可以指示模具10的错误（例如模具10损坏），以及模具10可以例如用模具交换器来更换。

如果发送和/或接收的数据符合预定的连接过程（妥当（OK）），则进行连接应用（步骤S4）。

随后和/或同时建立模具10与模具外部（例如阅读器装置和/或处理器）之间的通信（或传输）（步骤S5）。

进行测试（步骤S6）以再次检查模具和模具外部（例如阅读器装置和/或处理器）之间的通信。

如果通信断掉或不正确（不妥当），则该过程可被中断（步骤E）。在一个实施例中，如果通信中断或不正确（不妥当），则处理器可以指示模具的错误（例如，模具10已损坏），以及模具10可以例如用模具交换器来更换。

如果发送和/或接收的数据符合预定的连接过程（妥当），则进行进一步的连接应用（步骤S4）。在另一实施例中，可以执行与第一应用不同的连接应用。模具可以更换或不更换。

可以提供记录器装置。记录器装置可以与识别标签28进行通信，以及关于已执行的连接应用的数据可以发送到识别标签28并且存储在存储元件32中。所存储的新数据可以稍后由处理器用于诊断例如使用寿命的限度。

大体而言，上述任何功能､方法､技术或组件可以用软件､固件､硬件（例如，固定逻辑电路）､或其任何组合来实现。本文叙述的方法可以由一个或多个处理器来实行，所述一个或多个处理器运行使处理器去完成所述方法的代码。

Claims (10)

1.一种用于在连接工具中使材料变形的模具（10），所述模具具有：

a.头部（12），包括限定使材料将在其中变形的空腔（22）的顶面（16），与所述顶面（16）相对的底面（18）以及设置在所述顶面（16）和所述底面（18）之间的侧面（20）；以及

b.干部（14），其自所述头部（12）的所述底面（18）沿纵向轴线（x）延伸；

所述模具的特征在于：

所述模具（10）包括具有用于接收和/或发送信号的天线（30）及用于存储信息的存储元件的识别标签（28），以及其中所述天线（30）环绕所述头部，使得所述天线完全地包围所述头部（12）。

2.根据权利要求1所述的模具（10），其中所述模具（10）包括在所述顶面（16）和所述底面（18）之间的所述侧面（20）上绕所述头部（12）延伸的凹槽（34）以及所述天线（30）设置在所述凹槽（34）中。

3.根据权利要求1或2所述的模具（10），其中所述模具（10）还包括凹部（35），以及其中所述存储元件设置在所述凹部（35）中。

4.根据权利要求3所述的模具（10），其中所述凹部（35）设置在所述头部（12）的所述侧面（20）上。

5.根据权利要求1或2所述的模具（10），其中所述天线（30）与所述顶面（16）之间的距离小于所述存储元件（32）与所述顶面（16）之间的距离。

6.根据权利要求1或2所述的模具（10），其中所述识别标签（28）是射频识别（RFID）标签。

7.根据权利要求1或2所述的模具（10），其中所述识别标签（28）由材料（HM）覆盖。

8.一种连接工具（38），所述连接工具包括：

a.用于在所述连接工具中使材料变形的模具（10），所述模具具有头部，所述头部包括限定使材料将在其中变形的空腔的顶面､与所述顶面相对的底面以及设置在所述顶面和所述底面之间的侧面；以及干部，其自所述头部的所述底面沿纵向轴线延伸；其中所述模具（10）包括识别标签，所述识别标签具有用于接收和发送信号的天线（30）以及用于存储信息的存储元件并且作为传感器的一部分；以及

b.使所述模具（10）支承于其中的模具（10）保持器，使得所述模具（10）在模具（10）的空腔外露以接收材料的情况下操作；

c.由一支架支承在所述模具（10）的所述顶面上方的装配工具（40）;

d.在非接触的基础上与所述识别标签（28）通信和自所述识别标签（28）接收数据的阅读器装置（36）;

其中所述天线环绕所述头部，使得所述天线完全地包围所述头部（12）。

9.根据权利要求8所述的连接工具，其中所述装配工具由C型架（44）的第一支架（42）支承以及所述模具（10）由所述C型架的第二支架（48）支承。

10.根据权利要求9所述的连接工具，其中所述阅读器装置（36）设置在所述C型架上。