DE102004015568A1 - Combined clinching and punch riveting tool for mechanical joining of at least two workpieces has punch lifting device through which punch lift is selectively adjustable between lift for clinching and lift for punch riveting - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein kombiniertes Durchsetzfüge-Stanznietwerkzeug zum mechanischen Fügen mindestens zweier Werkstücke wahlweise mittels Durchsetzfügen, auch Clinchen genannt, oder mittels Stanznieten.The The invention relates to a combined push-through punch riveting tool for mechanical Add at least two workpieces optionally by means of clinching, also called clinching, or by means of punch rivets.
Im Stand der Technik werden zum Durchsetzfügen und zum Stanznieten ähnlich aufgebaute Werkzeuge verwendet, die sich jedoch in ihren Stempel- und Matrizengeometrien sowie in anderen wichtigen konstruktiven Details unterscheiden. So wird zum Setzen von halbhohlen Stanznieten in der Regel eine Matrize mit einer runden Matrizenausnehmung verwendet, die in der Mitte erhaben ist, um die notwendige Aufspreizung des Stanzniets zu gewährleisten. Eine typische Durchsetzfügematrize weist dagegen einen flachen Boden sowie mehrere radial nach außen bewegbare Matrizensegmente auf, die beim Bilden des Schließkopfes nach außen nachgeben. Ferner werden in der Regel auch unterschiedliche Stempelgeometrien und Niederhaltersysteme verwendet. Aus diesem Grund konnte ein Fügewerkzeug bisher nur durch Austauschen des Werkzeugsatzes und gegebenenfalls weitere Umbautätigkeiten für die jeweilig andere Fügeaufgabe eingerichtet werden.in the The prior art are similarly constructed for clinching and punch riveting Tools used, however, in their stamp and Matrizengeometrien as well as in other important design details. So is to set semi-hollow punch rivets usually one Die used with a circular die recess in the Middle is raised to the necessary spreading of the punch rivet to ensure. A typical push through matrix on the other hand has a flat bottom and several radially outwardly movable Die segments on which yield when forming the closing head to the outside. Furthermore, as a rule, different stamp geometries and hold down systems used. Because of this, a joining tool could so far only by replacing the tool set and possibly further alterations for the respectively other joining task be set up.
In dem Artikel „Zwei in Einem" auf Seite 26 der Ausgabe 49/2003 des Industrie Magazins Maschinenmarkt wird davon berichtet, dass es durch die Abstimmung von Stempel- und Matrizengeometrien möglich sei, mit einer einzigen Fügeeinrichtung ohne Werkzeugwechsel alternierend Clinch- und Stanznietpunkte zu setzen. In den gezeigten Beispielen wurden die Verbindungen im sogenannten Taumelverfahren, d.h. durch eine radial überlagerte Fügebewegung des Stempels, hergestellt. Der Artikel offenbart jedoch weder die Geometrie des verwendeten Werkzeugsatzes noch werden konstruktive Details des verwendeten Werkzeuges erwähnt.In the article "Two in one "on page 26 of issue 49/2003 of the industry magazine Maschinenmarkt It reports that it is through the tuning of punch and die geometries possible be, with a single joining device without tool change, alternating clinching and punch riveting points put. In the examples shown, the compounds were in the so-called Tumbling method, i. by a radially superimposed joining movement of the stamp, made. However, the article does not disclose the Geometry of the used tool kit still become constructive Details of the tool used mentioned.
Die
Die Erfindung hat sich demgegenüber die Aufgabe gestellt, ein kombiniertes Durchsetzfüge-Stanznietwerkzeug mit geeigneten Stempel- und Matrizengeometrien bereitzustellen, mit dem ohne Werkzeugwechsel sowohl Durchsetzfügeverbindungen als auch Stanznietverbindungen hergestellt werden können.The Invention has in contrast the task is posed, a combined clinching punch riveting tool provide with suitable punch and die geometries, with the without tool change both clinch joints and punched rivet joints can be produced.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.These The object is achieved by the invention characterized in claim 1 solved.
Das erfindungsgemäß ausgebildete Werkzeug verwendet eine mehrteilige Matrize zum Abstützen der Werkstücke während des Fügevorgangs, welche einen Grundkörper mit einem flachen Matrizenboden und mehrere radial nach außen bewegbare Matrizensegmente aufweist, die eine runde Matrizenausnehmung bilden. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass mit einer derartigen Matrize, die allgemein zum Durchsetzfügen verwendet wird, auch Stanzniete gesetzt werden können. Ferner weist das erfindungsgemäße Werkzeug einen Stempel zum Durchführen des Fügevorgangs sowie eine Stempelhubverstelleinrichtung auf, durch die der Stempelhub wahlweise zwischen einem Stempelhub für das Durchsetzfügen und einem Stempelhub für das Stanznieten verstellbar ist. Während nämlich beim Durchsetzfügen der Stempel die Werkstücke tiefzieht und daher in diese eingesenkt wird, wird der Stempel beim Stanznieten nur bis zur Oberfläche des stempelseitigen Werkstücks vorgeschoben. Die Endposition des Stempels und damit der Stempelhub unterscheiden sich also bei den beiden Verbindungsverfahren. Je nach Größe des Schließkopfes beim Durchsetzfügen, der gewünschten Restbodendicke sowie der Art des verwendeten Niets (Senkkopfniet oder Flachkopfniet) kann dieser Unterschied mehrere Millimeter betragen. Beim erfindungsgemäßen kombinierten Durchsetzfüge-Stanznietwerkzeug ist der Stempelhub daher in einem entsprechenden Bereich einstellbar.The formed according to the invention Tool uses a multi-part die to support the workpieces during the Joining process, which is a basic body with a flat die bottom and several radially outward movable Has die segments which form a round Matrizenausnehmung. Surprisingly It has been shown that with such a die, the general to enforce is used, also punch rivets can be set. Furthermore, the tool according to the invention a stamp to perform of the joining process and a Stempelhubverstelleinrichtung through which the Stempelhub optionally between a punch stroke for the clinching and a stamp stroke for the punch rivet is adjustable. Namely while enforcing the Stamp the workpieces deep-drawn and is therefore sunk into this, the stamp on Punch rivets only up to the surface of the punch side workpiece advanced. The end position of the punch and thus the punch stroke So differ in the two connection methods. ever according to size of the closing head when enforcing, the desired Remaining floor thickness and the type of rivet used (countersunk rivet or Flachkopfniet), this difference can be several millimeters. When combined invention Clinching-Stanznietwerkzeug the punch stroke is therefore adjustable in a corresponding range.
Das erfindungsgemäße Werkzeug weist ferner einen Niederhalter zum Andrücken der Werkstücke an die Matrize während des Fügevorgangs mit einem Stempelkanal auf, in dem der Stempel längs verschiebbar ist. Das Werkzeug ist in erster Linie für eine lineare Stempelbewegung ohne Taumelbewegung konzipiert, da, wie sich gezeigt hat, die im oben genannten Artikel propagierte Taumelbewegung des Stempels zum Herstellen einer Stanzniet- und Durchsetzfügeverbindung nicht notwendig ist.The inventive tool also has a hold-down for pressing the workpieces to the Matrix during of the joining process with a punch channel, in which the punch is longitudinally displaceable. The tool is primarily for a linear stamp movement designed without wobbling, as how has been shown, the propagated in the above article wobbling motion the stamp for producing a Punching and clinching compound not necessary is.
Ferner ist eine Stanznietzuführung zum Zuführen von Stanznieten eines bestimmten Schaftdurchmessers in den Stempelkanal vorhanden. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.Further, a punching knot feeding for feeding punch rivets of a certain Schaftdurchmes sers in the stamp channel available. Advantageous embodiments of the invention are defined in the subclaims.
Vorzugsweise ist der Nenndurchmesser der Matrizenausnehmung auf den Durchmesser des Stempels so abgestimmt, dass die Matrizenausnehmung das verdrängte Werkstüfkmaterial beim Durchsetzfügen durch radiales Aufweiten aufnimmt. Ferner ist der Nenndurchmesser der Matrizenausnehmung auf die Geometrie der Stanzniete so abgestimmt, dass die Matrizenausnehmung das verdrängte Werkstückmaterial beim Stanznieten im wesentlichen ohne radiales Aufweiten aufnimmt. Mit „Nenndurchmesser" ist hier der Durchmesser der Matrizenausnehmung im nicht aufgeweiteten Zustand gemeint. Wie beim Durchsetzfügen mit mehrteiliger Matrize allgemein üblich, ist der Durchmesser des Stempels so gewählt, dass beim Durchsetzfügen das durchgesetzte Werkstoffmaterial nach außen gedrückt wird und dabei die bewegbaren Matrizensegmente radial nach außen aufweitet. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass eine derartige mehrteilige Matrize, wie sie bisher nur zum Durchsetzfügen verwendet wurde, beim Stanznieten einen einwandfreien Schließkopf des Stanzniets ausbildet, wenn die Nietgeometrie auf den Nenndurchmesser der Matrizenausnehmung so abgestimmt wird, dass die Matrizenaufnehmung den entstehenden Schließkopf ohne Aufweiten der bewegbaren Matrizensegmente aufnimmt. Hierzu wird insbesondere der Schaftdurchmesser der Stanzniete auf den Nenndurchmesser der Matrizenausnehmung abgestimmt; die Art des Nietkopfes – ob Senkkopf oder Flachkopf – kann aber auch von Bedeutung sein, da durch den Senkkopf ebenfalls Werkzeugmaterial verdrängt wird.Preferably is the nominal diameter of the die recess to the diameter of the stamp matched so that the Matrizenausnehmung the displaced Werkstüfkmaterial when enforcing through radial expansion absorbs. Furthermore, the nominal diameter of the Die recess matched to the geometry of the punch rivet, that the Matrizenausnehmung the displaced workpiece material during punching essentially receives without radial expansion. With "nominal diameter" here is the diameter the Matrizenausnehmung meant in the unexpanded state. As when enforcing with multipart matrix is common practice, the diameter of the stamp so chosen that when enforcing joining the enforced material material is pressed outward while the movable Die segments radially outward expands. Surprisingly It has been shown that such a multi-part die, as they previously only for clinching was used in punch riveting a perfect closing head of the Punch rivet forms when the rivet geometry to the nominal diameter the Matrizenausnehmung is tuned so that the Matrizenaufnehmung the resulting closing head without expanding the movable die segments accommodates. For this In particular, the shaft diameter of the punch rivet to the nominal diameter the Matrizenausnehmung tuned; the type of rivet head - whether countersunk or flat head - can but also be of importance, since also by the countersunk tool material is displaced.
Es hat sich gezeigt, dass gute Verbindungsergebnisse im wesentlichen ohne radiales Aufweiten der bewegbaren Matrizensegmente bei einem Nenndurchmesser der Matrizenaufnehmung von etwa 6 mm mit Stanznieten mit Schaftdurchmesser von etwa 3 mm erzielt werden können. Bei einem Nenndurchmesser der Matrizenausnehmung von etwa 8 mm wird vorzugsweise ein Schaftdurchmesser der Stanzniete von etwa 5 mm gewählt. Bevorzugt werden hierfür Senkkopfniete verwendet; eine Verbindung ist jedoch auch mit Flachkopfnieten oder anderen Halbhohlnieten möglich.It It has been shown that good connection results essentially without radial expansion of the movable die segments in a Nominal diameter of the die cavity of about 6 mm with punched rivets can be achieved with shaft diameter of about 3 mm. at a nominal diameter of the die recess of about 8 mm preferably a shank diameter of the punch rivet of about 5 mm selected. Preference will be this Countersunk rivets used; However, a connection is also with flat head rivets or other semi-tubular rivets possible.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Werkzeugs liegen die Mitten der Matrize, des Stempels und des Niederhalters auf einer gemeinsamen Hauptachse und der Antrieb besteht aus einem quer zur Hauptachse verlaufenden Stellzylinder und einem zwischen dem Stellzylinder und dem Fügestempel wirksamen Kraftübertragungsmechanismus. Durch diese Ausgestaltung des Rahmens ist eine kompakte, platzsparende Bauweise des Werkzeuges möglich.In an advantageous embodiment of the tool according to the invention lie the centers of the matrix, the punch and the blank holder on a common main axis and the drive consists of a transverse to the main axis extending actuating cylinder and one between the Actuating cylinder and the joining die effective Power transmission mechanism. This embodiment of the frame is a compact, space-saving Construction of the tool possible.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Kraftübertragungsmechanismus ferner an einem oberen Rahmenteil, in das der Stempel und der Niederhalter integriert sind, an einer oberen Abstützstelle abgestützt. Bei dieser Rahmengeometrie lässt sich der Stempelhub vorzugsweise dadurch verstellen, dass die Abstützstelle in Richtung der Hauptachse verstellt wird. Auf diese Weise ist es möglich, den Stempelhub und damit die Endposition des Stempels zwischen einer für das Durchsetzfügen und einer für das Stanznieten geeigneten Position zu verstellen.According to one another preferred embodiment is the power transmission mechanism further on an upper frame part, in which the punch and the hold-down are integrated, supported at an upper support point. at this frame geometry leaves the punch stroke preferably adjusted by the fact that the support point is adjusted in the direction of the main axis. That's the way it is possible, the punch stroke and thus the final position of the punch between a for the Clinching and one for to adjust the punched rivet suitable position.
Anhand der Zeichnungen wird nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:Based The drawings will now be an embodiment of the invention explained in more detail. It demonstrate:
Das
in
Das
Werkzeug besteht im Prinzip aus einem Rahmen
Der
Rahmen
Wie
bereits erwähnt,
setzt sich der Antrieb aus einem Stellzylinder
Diese
obere Abstützstelle
ist als Schraubmechanismus
Es
wird nun zusätzlich
auf
Der
Niederhalter
Das
Mundstückteil
Die
Spreizfeder
Beide
Federn
Das
Anschlagteil
Ferner
ist im Mundstückteil
In
den
Als
Stempel
Mit
einem derartigen Stempel
Ferner sollte darauf geachtet werden, dass der Kopfdurchmesser dKopf des Stanzniets nicht wesentlich größer ist als der Stempeldurchmesser, da sich sonst auf dem Nietkopf Abdrücke des Stempels bilden. Gute Ergebnisse wur den beispielsweise mit den in der Tabelle dargestellten Maßen für Stempel, Matrize und Niet erreicht.Furthermore, care should be taken that the head diameter d head of the punch rivet is not significantly larger than the punch diameter, otherwise form on the rivet head imprints of the punch. Good results were WUR the example achieved with the dimensions shown in the table for punch, die and rivet.
TABELLE: Ungefähre abgestimmte Werte für die Matrizen-, Stempel- und Nietmaße TABLE: Approximate matched values for die, punch and rivet dimensions
Die
Funktionsweise des insoweit beschriebenen Werkzeuges ist wie folgt:
Zum
Durchführen
eines Clinch- oder Stanznietvorganges liegen die zu fügenden Werkstücke (nicht
gezeigt) auf der Matrize
To perform a clinching or stamping riveting operation, the workpieces to be joined (not shown) lie on the die
Kurz
bevor beim Stanznieten der von dem Stempel
Beim
Durchsetzfügen
(Clinchen) wird dabei zunächst
der Stempel in die Werkstücke
eingesenkt, wodurch der Fügebereich
begrenzt wird, und das Werkstoffmaterial tiefgezogen. Durch den
weiteren Vorschub des Stempels
Die
Rückstellung
des Werkzeuges erfolgt durch eine gegensinnige Beaufschlagung des
Stellzylinders
Soll
nach einem Clinchvorgang ein Stanzniet gesetzt werden, wird die
Endposition des Stempels
Ferner
wird zum Stanznieten, wie oben beschrieben, über die Nietzuführung
Mit dem beschriebenen Fügewerkzeug gelang es, aus Stahl und Aluminiumlegierungen Bleche von einer Gesamtmaterialstärke von z.B. 2,5 mm sowohl mittels Durchsetzfügen als auch mittels Stanznieten zu verbinden.With the described joining tool From steel and aluminum alloys it was possible to produce sheets of a total material thickness of e.g. 2.5 mm both by clinching and by punch riveting connect to.
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