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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Crimpsicherungsstruktur eines Bolzens, ein Crimpsicherungsverfahren für einen Crimpbolzen und eine Crimpmatrize.
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STAND DER TECHNIK
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Da der Crimpbolzen ein Bolzen zum Crimpen eines Bolzenkopfs auf ein Blech ist, muss er im Gegensatz zu einem Schweißbolzen nicht erhitzt werden und verursacht somit keine Verformung oder Verfärbung des Blechs, weshalb der Crimpbolzen in der Industrie weit verbreitet ist.
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Wie in Patentliteratur 1 offenbart, sind allgemeine Varianten des Crimpbolzens Varianten, bei denen eine Crimpvertiefung in einer Kopfsitzfläche ausgebildet ist, und Varianten, bei denen eine Crimpvertiefung am oberen Ende eines Schafts unmittelbar unterhalb der Sitzfläche ausgebildet ist. Wie jedoch in Patentliteratur 3 offenbart, ist ein Crimpbolzen, welcher eine Crimpvertiefung auf der Oberseite des Kopfes aufweist, ebenso bekannt.
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Um den Crimpbolzen, welcher eine Crimpvertiefung auf der Oberseite des Kopfes aufweist, auf ein Blech zu crimpen, wird eine Crimpmatrize mit konvexer Form an der Rückseite des Blechs angeordnet, der Crimpbolzen wird mit nach unten gerichtetem Kopf an der Vorderseite des Blechs angeordnet und der Bolzenkopf wird mittels eines Stempels gepresst. Zu diesem Zeitpunkt wird das Blech durch den konvexen Abschnitt der Crimpmatrize unter Druck gesetzt, das Metallmaterial wird in die Crimpvertiefung des Bolzens eingepresst und die Crimpsicherung wird wie in 8 dargestellt durchgeführt. Der Schaft des Crimpbolzens, der auf das Blech gecrimpt ist, ragt aus dem Blech heraus und dient somit zur Befestigung anderer Teile.
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Das Metallmaterial muss plastisch fließen und die Crimpvertiefung ausfüllen, um eine starke Crimpung zu erzielen. Wenn jedoch die Presskraft zu diesem Zweck erhöht wird, kann das Metallmaterial, das durch den konvexen Teil der Matrize in die Crimpvertiefung eingepresst wird, nicht mehr fließen, und es können übermäßige lokale Spannungen in der Crimpvertiefung erzeugt werden, die den Bolzenkopf verformen oder brechen. In diesem Fall wird die Crimpfestigkeit reduziert. Wenn die Presskraft reduziert wird, um dieses Phänomen zu vermeiden, kann das Metallmaterial nicht tief in die Crimpvertiefung eingepresst werden, und die Crimpfestigkeit wird reduziert. Wie vorstehend beschrieben, lässt sich der Crimpbolzen mit der Crimpvertiefung auf der Oberseite des Kopfes nicht ohne weiteres fest vercrimpen.
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REFERENZLISTE
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PATENTLITERATUR
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- Patentliteratur 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungsnr. 2017 -155860
- Patentliteratur 2: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungsnr. 2019 -138368
- Patentliteratur 3: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungsnr. 2004 -324813
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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TECHNISCHE PROBLEME
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, die vorstehend beschriebenen herkömmlichen Probleme zu lösen und eine Crimpsicherungsstruktur für einen Bolzen, ein Crimpsicherungsverfahren für einen Crimpbolzen und eine Crimpmatrize bereitzustellen, die in der Lage ist, einen Crimpbolzen mit einer Crimpvertiefung auf der Oberseite des Kopfes fest auf ein Blech zu crimpen.
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LÖSUNGEN DER PROBLEME
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Eine Crimpsicherungsstruktur eines Bolzens gemäß der vorliegenden Erfindung zur Lösung der vorstehenden Probleme ist eine Crimpsicherungsstruktur eines Bolzens, bei der ein Crimpbolzen auf ein Blech gecrimpt wird. Der Crimpbolzen weist eine Crimpvertiefung auf einer Oberseite eines Crimpbolzenkopfes auf, und die Dicke eines Metallmaterials, das in die Crimpvertiefung eingepresst wird, ist an einem Umfangsrand der Crimpvertiefung kleiner und in einem mittleren Abschnitt der Crimpvertiefung größer ausgeführt.
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Ein Crimpsicherungsverfahren für einen Crimpbolzen gemäß der vorliegenden Erfindung zur Lösung der vorstehenden Probleme umfasst: Anordnen eines Crimpbolzens mit einer Crimpvertiefung auf einer Oberseite eines Crimpbolzenkopfes auf einer Vorderseite eines Blechs, wobei der Kopf nach unten gerichtet ist; Anordnen einer Crimpmatrize mit einem konvexen Abschnitt auf einer Oberfläche einer Matrize und einer in einem mittleren Abschnitt des konvexen Abschnitts ausgebildeten spannungsarmen Vertiefung auf einer Rückseite des Blechs; Treiben des Crimpbolzens mittels eines Stempels in ein Blech; und Einpressen eines Metallmaterials in die Crimpvertiefung durch den konvexen Abschnitt auf der Oberfläche der Matrize. Wie nachstehend beschrieben, ist die Form der spannungsarmen Vertiefung nicht auf eine Form beschränkt, die eine flache Unterseite aufweist, und es können verschiedene Variationen ausgeführt werden.
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Eine erfindungsgemäße Crimpmatrize zur Lösung der vorstehenden Probleme, ist eine Crimpmatrize, welche zum Crimpen eines Crimpbolzens auf ein Blech verwendet wird, wobei der Crimpbolzen eine Crimpvertiefung auf einer Oberseite des Crimpbolzenkopfes aufweist. Ein konvexer Abschnitt ist auf einer Oberfläche der Matrize und eine spannungsarme Vertiefung ist in einem mittleren Abschnitt des konvexen Abschnitts ausgebildet.
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VORZÜGE DER ERFINDUNG
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In der erfindungsgemäßen Crimpsicherungsstruktur für einen Bolzen ist die Dicke des in die Crimpvertiefung eingepressten Metallmaterials, welches auf der Oberseite des Crimpbolzenkopfes ausgebildet ist, im mittleren Abschnitt der Crimpvertiefung größer, und der Einpressabstand des Metallmaterials im mittleren Abschnitt kleiner als am Umfangsrand ausgeführt. Dadurch kann das Metallmaterial tief in die Crimpvertiefung fließen, und außerdem wird der Einpressabstand des Metallmaterials im mittleren Bereich verkürzt, um das Auftreten übermäßiger lokaler Spannungen in der Crimpvertiefung zu verhindern. Dadurch wird Bolzenkopf weder verformt noch gebrochen, was eine starke Crimpsicherung ermöglicht.
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Ferner wird bei dem Crimpsicherungsverfahren für einen Crimpbolzen gemäß der vorliegenden Erfindung das Crimpen unter Verwendung des Stempels und der Crimpmatrize mit der im mittleren Abschnitt des konvexen Abschnitts ausgebildeten spannungsarmen Vertiefung durchgeführt, sodass das Metallmaterial durch den konvexen Abschnitt tief in die Crimpvertiefung eingepresst werden kann und darüber hinaus ein Teil des in die Crimpvertiefung eingepressten Metallmaterials in die spannungsarme Vertiefung freigegeben wird, wodurch das Auftreten übermäßiger lokaler Spannungen verhindert werden kann. Dadurch wird Bolzenkopf weder verformt noch gebrochen, was eine starke Crimpsicherung ermöglicht.
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Figurenliste
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- 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Crimpbolzens.
- 2 ist eine Draufsicht auf einen Crimpbolzen.
- 3 ist eine Querschnittsansicht, welche eine Crimpstruktur eines Bolzens gemäß einer Ausführungsform darstellt.
- 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Crimpmatrize.
- 5 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand vor Crimpbeginn darstellt.
- 6 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand unmittelbar vor dem Absenken eines Stempels darstellt.
- 7 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand mit abgesenktem Stempel darstellt.
- 8 ist eine Querschnittsansicht, die eine herkömmliche Technik darstellt.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM
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Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1 ist perspektivische Ansicht eines Crimpbolzens 10, der in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, und 2 ist eine Draufsicht davon. Wie in diesen Zeichnungen dargestellt, weist der Crimpbolzen 10 einen Kopf 11 und einen Schaft 12 auf und eine Crimpvertiefung 13 ist auf der Oberseite des Kopfes 11 ausgebildet. Die Unterseite der Crimpvertiefung 13 ist flach und eine Randinnenfläche 14 der Crimpvertiefung 13 weist eine sich zur Unterseite verjüngende Form auf. Auf der Randinnenfläche 14 der Crimpvertiefung 13 ist ein verdrehsicherer unebener Abschnitt 15 ausgebildet.
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3 zeigt eine Crimpstruktur, in welcher der Crimpbolzen 10 auf ein Blech 30 gecrimpt ist. Wie in der Zeichnung dargestellt, ist das Metallmaterial des Blechs 30 plastisch in die Crimpvertiefung 13 des Crimpbolzens 10 eingepresst, aber die Dicke Metallmaterials ist am Umfangsrand der Crimpvertiefung 13 kleiner und im mittleren Abschnitt der Crimpvertiefung größer. Das heißt, dass das Metallmaterial tief in den Umfangsrand der Crimpvertiefung 13 eingepresst ist, wodurch eine ausreichende Crimpfestigkeit erreicht wird. Das Metallmaterial greift in den verdrehsicheren unebenen Abschnitt 15, welcher auf der Randinnenfläche 14 der Crimpvertiefung 13 ausgebildet ist, um ausreichende Verdrehsicherheit zu erreichen.
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Andererseits ist der Einpressabstand des Metallmaterials im mittleren Abschnitt der Crimpvertiefung 13 kleiner als am Umfangsrand. In einer herkömmlichen Struktur, wie in 8 dargestellt, ist die Dicke des in die Crimpvertiefung 13 eingepressten Metallmaterials konstant und daher ist die erfindungsgemäße Crimpstruktur in diesem Punkt kennzeichnend. Indem der Einpressabstand des Metallmaterials in die Crimpvertiefung 13 auf diese Weise verkürzt ist, wird das Auftreten übermäßiger lokaler Spannungen in der Crimpvertiefung 13 verhindert. Dadurch wird der Bolzenkopf anders als im herkömmlichen Fall weder verformt noch gebrochen, was eine starke Crimpsicherung ermöglicht.
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Als Nächstes wird ein Crimpsicherungsverfahren für den Crimpbolzen gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert. Im Crimpsicherungsverfahren wird eine spezielle, in 4 dargestellte, Crimpmatrize 20 verwendet. Die Crimpmatrize 20 besteht aus einem Hartmetall und eine Oberfläche 21 der Oberseite ihres zylindrischen Hauptkörpers ist eine ebene Fläche, in deren mittlerem Abschnitt ein konvexer Abschnitt 22 mit einer kreisförmigen Form ausgebildet ist. Der konvexe Abschnitt 22 hat die Aufgabe, das Blech in die Crimpvertiefung 13 des Crimpbolzens 10 zu drücken, um das Metallmaterial plastisch fließen zu lassen. Daher ist der Außendurchmesser des konvexen Teils 22 kleiner als der Innendurchmesser der Crimpvertiefung 13.
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Eine spannungsarme Vertiefung 23 ist in dem mittleren Abschnitt des konvexen Abschnitts 22 ausgebildet. Wie in 5 dargestellt, ist die Unterseite der spannungsarmen Vertiefung 23 in der vorliegenden Ausführungsform flach. Die Höhe der Unterseite der spannungsarmen Vertiefung 23 liegt in zwischen den Höhen der Oberfläche 21 der Matrize und des konvexen Abschnitts 22. Spezifische Abmessungen sind auf das Material und die Dicke des Blechs 30 als Gegenmaterial abgestimmt. Es ist zu beachten, dass die Form der spannungsarmen Vertiefung 23 nicht auf die Form mit der flachen Unterseite wie in der vorliegenden Ausführungsform beschränkt ist, sondern beispielsweise eine Form sein kann, die durch Ausbilden einer konischen konvexen Form, einer ringförmigen Nut oder eines ringförmigen Vorsprungs, einer trapezförmigen vorstehenden Form oder dergleichen auf der Unterseite erhalten wird.
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Um den Crimpbolzen 10 unter Nutzung der wie vorstehend beschrieben ausgebildeten Crimpmatrize 20 auf das Blech 30 zu crimpen, wird zunächst, wie in 5 dargestellt, eine Crimpmatrize 20 an der Rückseite des Blechs 30 angeordnet und der Crimpbolzen 10 wird mit nach unten gerichtetem Kopf an der Vorderseite des Blechs 30 angeordnet. Wie im herkömmlichen Fall sind die Crimpmatrize 20 und der Crimpbolzen 10 auf der gleichen Achse angeordnet. In diesem Zustand befindet sich das Blech 30 auf dem konvexen Abschnitt 22 der Crimpmatrize 20. Als Nächstes wird, wie in 6 dargestellt, ein Stempel 40 über den Crimpbolzen 10 angeordnet. Eine Vertiefung 41, in welche der Schaft 12 des Crimpbolzens 10 eingeführt wird, ist im Stempel 40 ausgebildet und eine flache Unterseite 42 weist einen größeren Durchmesser als der Kopf 11 des Crimpbolzens 10 auf.
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Von diesem Zustand wird der Stempel 40, wie in 7 dargestellt, abgesenkt und der Crimpbolzen 10 wird in das Blech 30 eingetrieben. Zu diesem Zeitpunkt wird das Metallmaterial des Blechs zum plastischen Fließen gebracht und durch den konvexen Abschnitt 22 auf die Oberfläche der Matrize 20 in die Crimpvertiefung 13 des Crimpbolzens 10 eingepresst und der Crimpbolzen 10 wird auf das Blech 30 gecrimpt. Wie in 6 dargestellt, ist das Metallmaterial durch den konvexen Abschnitt 22, welcher die kreisförmige Form der Matrize 20 aufweist, tief in die Crimpvertiefung 13 eingepresst und kommt in engen Kontakt mit der Randinnenfläche 14 der sich verjüngenden Crimpvertiefung 13, welche sich zur Unterseite hin ausdehnt und in den verdrehsicheren unebenen Abschnitt 15 greift. Dadurch wird eine hervorragende Ausreißfestigkeit und Verdrehsicherheit erreicht.
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Zum Zeitpunkt des Crimpens fließt ein Teil des Metallmaterials in die spannungsarme Vertiefung 23, welche im mittleren Abschnitt des konvexen Abschnitts 22 der Matrize 20 ausgebildet ist. Als Ergebnis wird die in 3 dargestellte Crimpstruktur der vorliegenden Erfindung erhalten. Gemäß des erfindungsgemäßen Crimpsicherungsverfahrens ist es, verglichen mit dem Fall der Verwendung einer herkömmlichen Matrize ohne spannungsarmer Vertiefung 23 verwendet wird, möglich, das Auftreten übermäßiger lokaler Spannungen zu verhindern. Dadurch wird der Bolzenkopf weder verformt noch gebrochen, was eine wie in 3 dargestellte starke Crimpsicherung ermöglicht. Die Fläche und Tiefe der spannungsarmen Vertiefung 23 sind abhängig vom Material und der Dicke des Blechs 30. Wenn jedoch die Höhe der Unterseite der spannungsarmen Vertiefung 23 so eingestellt ist, dass sie zwischen den Höhen der Oberfläche 21 der Matrize und des konvexen Abschnitts 22 liegt, wird das Blech 20 auch im mittleren Abschnitt der spannungsarmen Vertiefung 23 zuverlässig gepresst, sodass es keinesfalls zu einer Abnahme der Crimpfestigkeit kommt. Der Schaft 12 des Crimpbolzens 10 ist für das Befestigen anderer Teile verwendet.
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Wie vorstehend beschrieben, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, eine hervorragende Crimpfestigkeit zu erzielen, verglichen mit dem Fall der Verwendung einer herkömmlichen Matrize ohne spannungsarmer Vertiefung 23.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Crimpbolzen
- 11
- Kopf
- 12
- Schaft
- 13
- Crimpvertiefung
- 14
- Randinnenfläche
- 15
- verdrehsicherer unebener Abschnitt
- 20
- Crimpmatrize
- 21
- Oberfläche
- 22
- konvexer Abschnitt
- 23
- spannungsarme Vertiefung
- 30
- Blech
- 40
- Stempel
- 41
- Vertiefung
- 42
- Unterseite
