DE10248551B3

DE10248551B3 - Point-focal mechanical three-sheet joint producing process involves using two joint punches on carrier part to stamp local joints

Info

Publication number: DE10248551B3
Application number: DE2002148551
Authority: DE
Inventors: Rene Stopp
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2002-10-18
Filing date: 2002-10-18
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2022-10-19

Abstract

The joint producing process involves joining three metal sheets (9, 10, 11) held by holding-down devices (5, 6). There are two joint punches (5, 6), one either side of the sheet layers, to form local recesses at the joint points. The two joint punches are on a carrier part (2) along with the adjustable holding-down devices.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer punktuellen, mechanischen Dreiblech-Fügeverbindung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.The invention relates to a method for the production of a selective, mechanical three-sheet joint connection according to the preamble of claim 1 and an apparatus for performing the method according to the preamble of claim 6.

Es sind allgemein eine Reihe von unterschiedlichen Verfahren zum Verbinden von zwei oder mehreren übereinanderliegenden Blechen durch Verpressen und/oder Verprägen unter der Bezeichnung Toxen und/oder Clinchen bekannt. Dazu werden Matrizen verwendet auf denen die zu verbindenden Blechlagen aufliegen und Fügestempel mit denen die Blechlagen in zugeordnete Ausnehmungen in den Matrizen eingesenkt werden. Dabei sind Verfahren bekannt, bei denen mittels der Stempel die Blechlagen durchgestanzt werden ( DE 44 32 639 C2 ) und anschließend die Blechlagenränder umgebördelt werden. In anderen Verfahren erfolgt keine Durchstanzung, so dass im ersten Fügeschritt eine topfförmige Mulde aus zwei oder mehreren Blechlagen entsteht, die anschließend verpresst und verformt wird ( EP 0 643 633 B1 ; US 5 051 020A ).A number of different methods for connecting two or more sheets lying one above the other by pressing and / or stamping are generally known under the name of toxen and / or clinching. For this purpose, matrices are used on which the sheet metal layers to be connected lie and joining punches with which the sheet metal layers are sunk into assigned recesses in the matrices. Methods are known in which the sheet metal layers are punched out by means of the stamp ( DE 44 32 639 C2 ) and then the sheet metal edges are flanged. In other processes there is no punching, so that in the first joining step a cup-shaped trough is created from two or more layers of sheet metal, which is then pressed and deformed ( EP 0 643 633 B1 ; US 5,051,020A ).

Dreiblechverbindungen sind durch konventionelles Clinchen und Toxen möglich, weisen jedoch durch eine große Durchsetztiefe eine erhöhte Abstreckung im Halsbereich auf, die sich nachteilig auf das Tragverhalten der Verbindung, insbesondere bei Scherzugbeanspruchungen auswirkt.Tripod connections are through conventional clinching and toxins possible, but have proven a big Enforcement depth increased Stretching in the neck area, which adversely affects the wearing behavior the connection, especially in the case of tensile stresses.

Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren zur einfachen Herstellung einer punktuellen, mechanischen Dreiblech-Fügeverbindung hoher Verbindungsfestigkeit sowie eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorzuschlagen.The object of the invention is Process for the simple production of a selective, mechanical Three sheet-joint connection high connection strength and a suitable device for carrying out the Propose procedure.

Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und bezüglich der Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.Regarding the procedure, this is Task with the features of claim 1 and with respect to Device with the features of claim 6 solved.

Gemäß Anspruch 1 werden die drei zu verbindenden Blechplatinen an der Fügestelle dreilagig übereinanderliegend mit wenigstens einem Niederhalter gehalten. An der Fügestelle werden zwei Fügestempel zu beiden Seiten der Blechlagen und etwa senkrecht dazu aufeinander zubewegt und in den Platinenbereich lokal eingesenkt. Der Einsenkvorgang wird gesteuert bis zu einem verbleibenden vorbestimmten Stempelabstand als Pressfuge durchgeführt dergestalt, dass bezüglich der beiden Fügestempel in den Blechplatinen eine Dickenreduzierung in Verbindung mit einem radialen Werkstofffluss erfolgt, so dass um den Fügestempelbereich ein Hinterschnitt zwischen den Blechplati nen ausgebildet wird, womit eine kraft- und formschlüssige Verbindung durch Verpressen hergestellt ist.According to claim 1, the three sheet metal boards to be connected, three layers one above the other at the joint held with at least one hold-down. At the joint are two stamps on both sides of the sheet layers and approximately perpendicular to each other moved and sunk locally into the circuit board area. The sinking process is controlled up to a remaining predetermined stamp spacing carried out as a press joint in such a way that of the two dies a reduction in thickness in connection with a radial material flow takes place so that around the die area an undercut between the Blechplati NEN is formed, with what a positive and positive Connection is made by pressing.

Im Gegensatz zu den Fügeverfahren nach dem Stand der Technik, bei denen zur Herstellung von Mehrblechverbindungen Fügestempel-Matrizen-Anordnungen verwendet werden, ist erfindungsgemäß eine Fügestempel-Fügestempel-Anordnung eingesetzt. Bei Fügestempel-Matrizen-Anordnungen nach dem Stand der Technik sind hohe Aufwendungen für die Positionierung der Werkzeugelemente zueinander erforderlich, welche bei der erfindungsgemäßen Fügestempel-Fügestempel-Anordnung reduziert werden können. Durch die erfindungsgemäße beidseitige Einsenkung der beiden Stempel in die Dreiblechlagen verringert sich gegenüber dem Stand der Technik die Abstreckung, wodurch die Verbindungsfestigkeit erhöht wird. Optisch günstig ist zudem die gegenüber dem Stand der Technik fehlende Überhöhung an der Verbindungsstelle.In contrast to the joining process according to the prior art, in which for the production of multi-sheet connections Joining punch-template assemblies are used, according to the invention, a punch-punch arrangement is used. In the case of die and die arrangements The state of the art involves high expenses for the positioning of the tool elements to each other, which is necessary in the case of the punch-punch-punch arrangement according to the invention can be reduced. By the double-sided according to the invention The sinking of the two stamps into the three-sheet layers is reduced across from the state of the art ironing, which increases the connection strength elevated becomes. Optically favorable is also opposite state of the art missing cant the junction.

Für die erfindungsgemäße Fügeverbindung sind relativ hohe Presskräfte aufzuwenden, so dass zusätzlich zur Halterung und Verbindung durch den erzeugten Hinterschnitt weiter von einer stoffschlüssigen Verbindung durch Kaltpressschweißen auszugehen ist, wodurch die Verbindungsfestigkeit weiter erhöht wird.For are the joint connection according to the invention relatively high press forces to spend so that in addition for mounting and connection through the undercut created from a cohesive Connection is to be assumed by cold pressure welding, whereby the connection strength is further increased.

Nach Anspruch 2 kann ein Niederhalter einem Führungsstempel zugeordnet werden und mit diesem nachgiebig bei der Stempelbewegung mitbewegt werden.According to claim 2, a hold-down device a management stamp be assigned and with this compliant with the stamp movement be moved.

Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist einerseits die Ausbildung des Hinterschnitts durch eine Materialverpressung, wobei jedoch kein Durchstanzen erfolgen darf und daher vorbestimmte Materialstärken in allen drei Blechlagen auch nach der Fügung erhalten bleiben. Dies kann gemäß An spruch 3 dadurch erfolgen, dass die Gegeneinanderbewegung der Fügestempel bis zum Erreichen einer vorbestimmten Pressfuge weg- und/oder kraftgesteuert vorgenommen wird, wobei aus Gründen der Prozesssicherheit bevorzugt eine Wegbegrenzung für die Pressfuge erfolgt.Essential for the method according to the invention is the formation of the undercut by pressing the material, however, no punching is allowed and therefore predetermined thicknesses remain in all three sheet layers even after joining. This can according to claim 3 take place in that the counter movement of the die until a predetermined press joint is reached and / or force-controlled is made, for reasons Process safety prefers a path limitation for the press joint he follows.

Gemäß Anspruch 4 werden besonders gute Fügeverbindungen erreicht, wenn die mittlere Blechplatine im Ausgangszustand eine größere Blechdicke als die beiden äußeren Blechplatinen aufweist. Grundsätzlich ist das Verfahren aber auch mit Blechplatinen gleicher Blechdicke und auch mit einer mittleren Blechplatine geringerer Blechdicke durchführbar, wobei dann die Dimensionierungen und die Steuerung exakt auf diese Gegebenheiten abzustimmen sind.According to claim 4 are special good joint connections reached when the middle sheet metal plate in the initial state greater sheet thickness than the two outer metal plates having. in principle is the process also with sheet metal plates of the same sheet thickness and also with a medium sheet metal plate with a smaller sheet thickness feasible then the dimensions and the control exactly to this Circumstances are to be coordinated.

Ein interessantes Anwendungsgebiet der vorstehenden Verfahren ist bei Mischbaukonstruktionen zu sehen, wobei unterschiedliche Materialien mit verschiedenen Nennblechdicken gefügt und verbunden werden können, wo insbesondere thermische Fügeverfahren technologische Grenzen aufweisen. Gemäß Anspruch 5 sind dazu ggf. die Fügestempel unterschiedlich auszubilden, um insbesondere zu erreichen, dass die Pressfuge etwa mittig in der inneren Blechplatine in deren verbleibender Blechwand ausgebildet wird. Eine solche Abstimmung kann insbesondere durch die Verwendung von Stempeln mit unterschiedlichen wirksamen Stempelflächen erreicht werden.An interesting field of application of the above methods can be seen in mixed construction constructions, where different materials with different nominal sheet thicknesses can be joined and joined, where thermal joining methods in particular have technological limits. According to claim 5, the joining punches may have to be designed differently in order to achieve, in particular, that the press joint is formed approximately centrally in the inner sheet metal plate in its remaining sheet metal wall. Such a vote can in particular by using stamps with un different effective stamp surfaces can be achieved.

Gemäß Anspruch 6 weist die Fügevorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zwei Fügestempel auf, die etwa koaxial an einem Trägerteil gehalten sind und mittels steuerbarer Stempelantriebe von einer auseinandergefahrenen Grundstellung in eine bis auf eine Pressfuge gegeneinandergefahrenen Fügestellung verlagerbar sind. Zudem sind unmittelbar oder mittelbar am Trägerteil gesteuert achsparallel zu den Fügestempeln verlagerbare Niederhalter angebracht.According to claim 6, the joining device to carry out two stamps of the process on, which are held approximately coaxially on a carrier part and by means of controllable stamp drives from an extended basic position in a joint position moved up to one another except for a press joint are relocatable. In addition, are directly or indirectly on the support part controlled axially parallel to the dies movable hold-down attached.

Eine solche Fügevorrichtung als Fügestempel-Fügestempel-Anordnung ist einfach und kostengünstig herstellbar und kann einfach gehandhabt werden. Justieraufwendungen sind vorteilhaft gering, so dass sich damit auch kürzere Einarbeitungszeiten und Umrüstzeiten ergeben.Such a joining device as a punch-punch arrangement is simple and inexpensive producible and easy to handle. Justieraufwendungen are advantageously low, so that shorter training times and retooling result.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 7 ist die Vorrichtung als gesteuert schließbare Fügezange ausgebildet, wobei die Fügestempel an den Zangenschenkelenden angebracht und aufeinander zugerichtet sind. Der Stempelantrieb ist hier durch den Schließantrieb der Fügezange gebildet. Damit ergibt sich eine besonders einfache und kompakte Anordnung, die auch für automatisierte Anwendungen beweglich gehalten werden kann. Alternativ kann das Trägerteil auch eine Maulanordnung aufweisen mit an den Maulschenkeln angebrachten Fügestempeln, die dort aufeinanderzugerichtet gesteuert verschiebbar gelagert sind.In a particularly preferred embodiment according to claim 7, the device is a controlled lockable joining pliers trained, the joining stamp attached to the pliers leg ends and facing each other are. The punch drive is here through the closing drive the joining pliers educated. This results in a particularly simple and compact Arrangement that is also for automated Applications can be kept mobile. Alternatively, it can support part also have a jaw arrangement with attached to the jaw legs Add temples, which are mounted there displaceably in a controlled manner.

Mit Anspruch 8 wird vorgeschlagen, dass beiden Fügestempeln jeweils ein Niederhalter zugeordnet ist dergestalt, dass der Niederhalter jeweils am Fügestempel verschiebbar gelagert ist. Der Niederhalter ist in Fügerichtung mittels wenigstens eines Anpressdruckspeichers gegenüber dem Stempel vorgespannt und verläuft in der Grundstellung bündig mit dem Stempel oder überragt diesen. Damit kommen bei einer Gegeneinanderbewegung der Stempel die Niederhalter ggf. noch vor der Stempelanlage in Anlagekontakt mit den Außenseiten der Blechlagen. Der Anpressdruckspeicher ist jeweils so dimensioniert, dass er beim Füge- und Einsenkvorgang der Fügestempel überdrückbar ist.Claim 8 proposes that two dies a hold-down device is assigned such that the hold-down device each on the die is slidably mounted. The hold-down is in the joining direction by means of at least one pressure accumulator compared to the Stamp preloaded and runs in the basic position flush with the stamp or towered over this. So that the stamps come in a counter movement Hold-down if necessary before contacting the stamp system the outsides the sheet layers. The contact pressure accumulator is dimensioned so that that when joining and sinking process of the dies can be suppressed.

Nach Anspruch 9 kann jeweils als Anpressdruckspeicher ein Druckfederpaket und/oder ein Hydraulikzylinder und/oder ein Pneumatikzylinder verwendet werden. Besonders günstig ist die Verwendung eines Druckfederpakets, da sich mit zunehmendem Stempelweg die Federkraft und damit die Anpresskraft der Niederhalter für eine stabile Halterung während des Fügevorgangs vorteilhaft erhöht.According to claim 9 can each as Contact pressure accumulator a compression spring package and / or a hydraulic cylinder and / or a pneumatic cylinder can be used. Is particularly cheap the use of a compression spring package, as the stamp travel increases the spring force and thus the pressing force of the hold-down device for a stable Bracket during of the joining process advantageously increased.

Eine Regel- und Steuereinrichtung nach Anspruch 10 kann sehr prozesssicher aufgebaut und betrieben werden, wobei der Fügeprozess einfach über das Maß der Pressfugenweite mit einer weggesteuerten Stempelbewegung überwachbar ist.A regulation and control device According to claim 10 can be built and operated very reliably be, the joining process just about the measure of Press joint width can be monitored with a path-controlled stamp movement is.

Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to a drawing.

Es zeigen:Show it:

1 eine schematische Darstellung einer Fügevorrichtung in einer Grundstellung, und 1 a schematic representation of a joining device in a basic position, and

2 die Fügevorrichtung von 1 in einer Fügestellung. 2 the joining device from 1 in a joining position.

In 1 ist schematisch eine Fügevorrichtung 1 dargestellt. An einem Trägerteil 2 der Fügevorrichtung 1 sind zwei Fügestempel 3, 4 koaxial gehalten. Achsparallel zu den Fügestempeln 3, 4 sind am Trägerteil 2 verlagerbare Niederhalter 5, 6 angebracht. Jedem der beiden Fügestempel 3, 4 ist ein Niederhalter 5, 6 zugeordnet. Die Niederhalter 5, 6 sind jeweils am Fügestempel 3, 4 verschiebbar gelagert und sind mit einem Druckfederpaket 7, 8 als Anpressdruckspeicher gegenüber den Fügestempeln 3, 4 vorgespannt. In der in 1 dargestellten Grundstellung verläuft der Niederhalter 5, 6 bündig mit der wirksamen Stempelfläche des jeweils zugeordneten Fügestempels 3, 4.In 1 is schematically a joining device 1 shown. On a support part 2 the joining device 1 are two stamps 3 . 4 kept coaxial. Axial parallel to the dies 3 . 4 are on the support part 2 relocatable hold-down devices 5 . 6 appropriate. Each of the two dies 3 . 4 is a hold-down 5 . 6 assigned. The hold-down devices 5 . 6 are each on the die 3 . 4 slidably mounted and are with a compression spring package 7 . 8th as a pressure accumulator opposite the dies 3 . 4 biased. In the in 1 shown hold-down runs 5 . 6 flush with the effective stamp area of the respectively assigned stamp 3 . 4 ,

Drei zu verbindende Blechplatinen 9, 10 und 11 werden an einer Fügestelle dreilagig übereinanderliegend mit den Niederhaltern 5, 6 für den Fügevorgang gehalten. Beim Fügevorgang werden die Fügestempel 3, 4 entlang der Linie 12 aufeinander zubewegt und in den Platinenbereich der Blechplatinen 9, 10 und 11 lokal eingesenkt. Die beiden Fügestempel 3, 4 werden bis zum Erhalt einer vorbestimmten Pressfuge 13 gegeneinandergefahren.Three sheet metal plates to be connected 9 . 10 and 11 are three layers on top of each other with the hold-down clamps at a joint 5 . 6 held for the joining process. During the joining process, the joining dies 3 . 4 along the line 12 moved towards each other and into the circuit board area of the sheet metal circuit boards 9 . 10 and 11 sunk locally. The two stamps 3 . 4 until a predetermined press joint is obtained 13 against each other down.

Diese Fügestellung ist in 2 schematisch dargestellt, wobei die Pressfuge 13 mit X eingezeichnet ist. Beim Fügevorgang sind die Druckfederpakete 7, 8 überdrückbar, so dass der Fügestempel 3, 4 den jeweiligen Niederhalter 5, 6 überragt. Mit zunehmendem Stempelweg wird die Federkraft der Druckfederpakete 7, 8 und damit die Anpresskraft für eine stabile Halterung während des Fügevorgangs durch die Niederhalter 5, 6 erhöht. Beim Fügevorgang wird aufgrund der Stempelkraft F_S 14 der Fügestempel 3, 4 in den Blechplatinen 9, 10 und 11 eine Dickenreduzierung in Verbindung mit einem radialen Werkstofffluss und um den Fügestempelbereich die Bildung eines zugeordneten Hinterschnitts 15, 16 bewirkt. Somit ist eine kraft- und formschlüssige Verbindung der drei Blechplatinen 9, 10 und 11 durch Verpressen hergestellt.This joining position is in 2 shown schematically, the press joint 13 is marked with X. The compression spring assemblies are used during the joining process 7 . 8th can be pushed over so that the die 3 . 4 the respective hold-down device 5 . 6 surmounted. With increasing ram travel, the spring force of the compression spring assemblies increases 7 . 8th and thus the contact pressure for a stable holding during the joining process by the hold-down device 5 . 6 elevated. During the joining process, the stamp force F _S 14 the die 3 . 4 in the metal plates 9 . 10 and 11 a reduction in thickness in connection with a radial material flow and the formation of an associated undercut around the die area 15 . 16 causes. This is a non-positive and positive connection of the three sheet metal plates 9 . 10 and 11 made by pressing.

Claims

Process for producing a punctiform, mechanical three-sheet joint connection characterized by the following process steps: a) the three sheet metal plates to be connected ( 9 . 10 . 11 ) are placed on top of each other in three layers on top of each other with at least one hold-down device ( 5 . 6 ), b) at the joint, two stamps ( 3 . 4 ) on both sides of the sheet layers ( 9 . 10 . 11 ) and moved approximately perpendicular to each other and sunk locally into the board area, c) the sinking process is controlled up to a remaining, predetermined punch distance as a press joint ( 13 ) carried out in such a way that 3 . 4 ) in the metal plates ( 9 . 10 . 11 ) a reduction in thickness in connection with a radial material flow and the formation of an associated undercut around the die area ( 15 . 16 ) is effected so that a non-positive and positive connection is established by pressing.

A method according to claim 1, characterized in that a hold-down device ( 5 . 6 ) a die ( 3 . 4 ) is assigned and is flexibly moved with it during the stamp movement.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the counter movement of the joining stamp ( 3 . 4 ) until the predetermined press joint is reached ( 13 ) is path and / or force controlled.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the middle sheet metal plate ( 10 ) in the initial state, a larger sheet thickness than the two outer sheet metal plates ( 9 . 11 ) having.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the sheet metal plates ( 9 . 10 . 11 ) consist of different materials and / or have different sheet thicknesses and the geometry of the joining stamp ( 3 . 4 ) is dimensioned and coordinated so that the press joint is approximately in the middle of the inner sheet metal plate ( 10 ) and there is the undercut ( 15 . 16 ) is trained.

Joining device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that on a carrier part ( 2 ) two stamps ( 3 . 4 ) held approximately coaxially and by means of controllable stamp drives from an extended basic position to a press joint ( 13 ) mutually moved joining position can be shifted, and that directly or indirectly on the carrier part ( 2 ) controlled axially parallel to the dies ( 3 . 4 ) movable hold-down devices ( 5 . 6 ) are attached.

Joining device according to claim 6, characterized in that the carrier part ( 2 ) is a controlled lockable joining pliers, the joining punches ( 3 . 4 ) attached to the ends of the pliers and directed towards each other and the punch drives are formed by the closing drive of the joining pliers.

Joining device according to claim 6 or 7, characterized in that two joining punches ( 3 . 4 ) one hold-down device each ( 5 . 6 ) is assigned such that the hold-down device ( 5 . 6 ) each on the stamp ( 3 . 4 ) is slidably mounted so that the hold-down device ( 5 . 6 ) in the joining direction by means of at least one contact pressure accumulator ( 7 . 8th ) opposite the stamp ( 3 . 4 ) is preloaded and in the basic position with the stamp ( 3 . 4 ) runs flush or projects above it, and that the contact pressure accumulator ( 7 . 8th ) is dimensioned so that it can be pushed over during the joining and countersinking process, so that the joining punch ( 3 . 4 ) the hold-down ( 5 . 6 ) towers over.

Joining device according to claim 8, characterized in that the contact pressure accumulator as a compression spring package ( 7 . 8th ) and / or as a hydraulic cylinder and / or as a pneumatic cylinder.

Device according to one of claims 6 to 9, characterized in that a regulating and control device is provided, by means of which the punch drives for moving the joining dies against one another ( 3 . 4 ) until the predetermined press joint is reached ( 13 ) can be controlled in a path-controlled and / or force-controlled manner.