DE19714129A1 - Joining method and device - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Fügeverfahren nach dem Oberbegriff des Pa tentanspruchs 1 und eine zu seiner Durchführung bestimmte Vorrichtung.The invention relates to a joining method according to the preamble of Pa claim 1 and a device intended for its implementation.
Bei den bekannten Vorrichtungen und Verfahren dieser Gattung wird das Material der zu fügenden Bleche lokal durchgesetzt und das durchgesetzte Material zwischen einem Stempel und einem Amboß, der Bereich einer Ma trize ist, gestaucht, wobei es seitlich fließt, wodurch die formschlüs sige Fügung gebildet wird.In the known devices and methods of this type Material of the metal sheets to be joined locally enforced and the enforced Material between a stamp and an anvil, the area of a Ma trize is compressed, whereby it flows laterally, creating the form-fitting coincidence is formed.
Werden auf diese Art Bleche aus zur besonderen Kaltverfestigung neigen den Metallen, wie austenitische Stähle, hochlegierte Edelstähle, Titan usw. oder bereits vorverfestigten Metallen, z. B. höherfeste Stähle, ge fügt, müssen von Stempel und Matrize und den sie abstützenden Werkzeug aufnahmen einer Presse vergleichsweise große respektive sehr große Kräf te aufgenommen werden, die schon nach einer relativ geringen Anzahl von Fügevorgängen zum Versagen der Werkzeuge führen; arbeitet man mit gerin geren Fügekräften, ist die für das Tragverhalten der Fügungen notwendige Festigkeit unzureichend. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Bleche beim Fügen nicht eingeschnitten werden, um gasdichte Fügungen herzustel len. Wegen der geringen Standmenge der Werkzeuge ist daher das Durch setzfügen von Blechteilen aus solchen Materialien wenig wirtschaftlich.In this way, metal sheets tend to undergo special strain hardening metals, such as austenitic steels, high-alloy stainless steels, titanium etc. or already pre-consolidated metals, e.g. B. higher strength steels, ge inserts, stamp and die and the supporting tool Recordings of a press comparatively large or very large force te are included after a relatively small number of Joining processes lead to tool failure; you work with gerin mere joining forces is necessary for the load-bearing behavior of the joints Insufficient strength. This is especially true if the sheets not be cut during joining to create gas-tight joints len. Because of the small amount of tools, the through is setting sheet metal parts from such materials is not very economical.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fügeverfahren der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei dem mit relativ geringeren Umformkräften gleichwohl eine ausreichend feste Fügung herstellbar ist. Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Patentanspruch 1, wonach beim Fügen insbesondere von zur besonderen Kaltverfestigung neigendem Material der Umgebungsbereich der Fügung vor und während des Fügens mit einer so großen Kraft geklemmt wird, die ausreicht, um das Material auf eine Un terlage (hier die Matrize) zu pressen, mit der Folge, daß das zu fügende Material nicht mehr entgegen der Wirkrichtung des Stempels fließen kann. Die eingeleitete Stauchkraft wird also ausschließlich für die Bildung des Formschlusses aufgewandt. Dabei ist es aus der EP-B-0 546 270 be kannt, beim Fügen von sprödem Material dieses vor dem Durchsetzen einer Druckbelastung zu unterwerfen, um Sprödbruch zu vermeiden. Bei dem Ver fahren nach Anspruch 1 hingegen wird erreicht, daß in vorteilhafter Wei se eine hinreichend feste Fügung auch dann resultiert, wenn unter Scho nung der Werkzeuge der notwendige Umformgrad des Materials unter verrin gerter Krafteinleitung ermöglicht wird. Damit wird insbesondere bei zur besonderen Kaltverfestigung neigenden oder bereits vorverfestigten Mate rialien (auf die freilich die Erfindung nicht beschränkt ist) das Durch setzfügen wirtschaftlich, weil die Zahl der mit einem Werkzeugsatz aus führbaren Fügungen sich erheblich vergrößert.The object of the invention is a joining method of the aforementioned To create genus, with relatively low forming forces nevertheless a sufficiently firm joint can be produced. The solution this object results from claim 1, according to which when joining especially of material that tends to work hardening Surrounding area of the joining before and during joining with a sun large force is clamped, which is sufficient to the material on a Un sublay (here the die), with the result that the to be joined Material can no longer flow against the direction of action of the stamp. The compressive force introduced is therefore only for education the form fit. It is from EP-B-0 546 270 knows when joining brittle material this before enforcing one Submit pressure to avoid brittle fracture. When ver drive according to claim 1, however, is achieved that in an advantageous Wei A sufficiently firm disposition also results when under lap the necessary degree of deformation of the material Enhanced force transmission is made possible. This is particularly important for special cold-hardening or pre-consolidated mate rialien (to which the invention is of course not limited) the through set joining economically because of the number of tool sets feasible additions increases considerably.
Diese Wirkung läßt sich noch steigern, wenn Stempel und Amboß zumindest im Bereich ihrer einander zugekehrten Wirkflächen, zwischen denen das Material gestaucht wird, aus Hartmetall bestehen.This effect can be increased if the stamp and anvil at least in the area of their facing active areas, between which the Material is compressed, made of hard metal.
Das Fügen erfolgt mittels eines Stempels und eines Amboß', wobei der Am boß zentraler Bereich einer Matrize ist, die neben dem Amboß noch den Formhohlraum für die das Durchsetzen begrenzenden, beim Stauchen auswei chenden Matrizenelemente aufweist; auf diese Matrizenelemente wird dann das Material der Bleche gepreßt, und zwar vorzugsweise mittels eines den Stempel umschließenden Elements ähnlich einem Niederhalte- und Abstreif element, wie es an sich üblich ist, das jedoch erfindungsgemäß mit einem Mehrfachen der bisher üblichen Kräfte belastet wird. Ein Richtwert für die in dieses Element eingeleitete Kraft ist 3000 N, wenn z. B. Edel stahlbleche gefügt werden. Die Wirkfläche dieses Niederhalteelements wird dann hinreichend groß bemessen, daß die resultierende Druckbela stung nicht zu einer plastischen Deformation des geklemmten Materials führen kann, und möglichst klein, um auch an schlecht zugänglichen Stel len fügen zu können.The joining is carried out by means of a stamp and an anvil, the Am boss is the central area of a die, which in addition to the anvil is also the Mold cavity for those who limit the penetration, when swaging corresponding matrix elements; then on these matrix elements the material of the sheets is pressed, preferably by means of a Stamp surrounding element similar to a hold-down and stripping element, as is usual, but according to the invention with a Multiple times the usual forces is loaded. A guide for the force introduced into this element is 3000 N if e.g. B. Noble steel sheets are joined. The effective area of this hold-down element is then dimensioned sufficiently large that the resulting Druckbela not cause plastic deformation of the clamped material can lead, and as small as possible, even in poorly accessible places len to be able to add.
Es wurde gefunden, daß die Ergebnisse sich noch verbessern lassen, wenn die Blechteile bei gegenüber der Umgebung bzw. den Werkzeugen erhöhter Temperatur gefügt werden; dabei ergibt eine Temperaturdifferenz von 10°C bis 50°C bei gleicher Fügekraft bereits eine Verbesserung des Trag verhaltens der Fügung, oder bei gleichem Tragverhalten wie bei Umge bungstemperatur hergestellten Fügeelementen läßt sich die Fügekraft um bis zu 15% absenken.It has been found that the results can still be improved if the sheet metal parts with increased compared to the environment or the tools Temperature to be added; this results in a temperature difference of 10 ° C up to 50 ° C with the same joining force an improvement of the load behavior of the joint, or with the same load-bearing behavior as with the reverse the joining force produced, the joining force can lower up to 15%.
Ausführungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung sind in den beigefüg ten Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend im einzelnen be schrieben.Embodiments of the subject of the invention are in the attached th drawings and are shown in detail below wrote.
Ein Fügewerkzeugsatz besteht aus einem Stempel und einer Matrize, wobei der Amboß im Zentrum der Matrize sitzt und der Formhohlraum, in den hin ein durchgesetzt wird, von auf dem Amboß abgestützten Elementen begrenzt wird, die vorzugsweise während des Stauchens ausweichen können. Ein sol cher Werkzeugsatz ist beispielsweise in EP-A-0 330 061 offenbart. In den Zeichnungen sind nur die erfindungswesentlichen Teile, also Stempel und Amboß, dargestellt. A joining tool set consists of a stamp and a die, whereby the anvil sits in the center of the die and the mold cavity into the one is enforced by elements supported on the anvil is, which can preferably avoid during upsetting. A sol The tool set is disclosed for example in EP-A-0 330 061. In the Drawings are only the parts essential to the invention, ie stamps and Anvil shown.
Fig. 1 zeigt den Stempel in teilgeschnittener Seitenansicht, Fig. 1 shows the plunger in a partially sectional side view,
Fig. 2 ist eine Draufsicht von unten des Stempels, Fig. 2 is a bottom plan view of the punch,
Fig. 3 ist eine Seitenansicht des Amboß', Fig. 3 is a side view of the anvil '
Fig. 4 ist eine Draufsicht von oben auf den Amboß, und Fig. 4 is a top plan view of the anvil, and
Fig. 5, 6 und 7 sind vergrößerte Seitenansichten des in Fig. 3 mit strichpunktiertem Kreis markierten Bereichs in drei Varianten. Fig. 5, 6 and 7 are enlarged side views of Fig. 3 labeled with strichpunktiertem circuit area in three variants.
Der Stempel umfaßt einen Stift 10 aus einem ersten Material, nämlich Hartmetall, eingepreßt in einen Grundkörper 12 aus einem zweiten Materi al, das weniger hart, aber dafür zäher ist als das erste Material. Be vorzugt ist als zweites Material vergüteter Werkzeugstahl. Das Hartme tall kann eine Vickershärte von 1700 HV 30 haben, während der Kaltar beitsstahl eine Rockwellhärte von 55 ± 3 HRc aufweist.The stamp comprises a pin 10 made of a first material, namely hard metal, pressed into a base body 12 made of a second material, which is less hard but tougher than the first material. The preferred material is tempered tool steel. The hard metal can have a Vickers hardness of 1700 HV 30, while the altar beitsstahl has a Rockwell hardness of 55 ± 3 HRc.
Die Teilumfangsnuten 14 dienen dem Werkzeugschnellwechsel und spielen für die vorliegende Erfindung keine Rolle. An seinem der Arbeitswirkflä che 16 abgekehrten Ende stützt sich der Stempel auf einer Platte 18 vor zugsweise aus demselben Material wie Stift 10 ab, die sich ihrerseits in einer Werkzeugaufnahme einer Presse abstützt; die Querabmessungen der Platte sind so gewählt, daß die auf die Werkzeugaufnahme wirkende Bela stung von dieser ohne Bruchgefahr aufgenommen werden kann. Das Wirkende des Stempels ist von einem Niederhalte- und Abstreifelement 20 umfaßt, das sich über Federn 22 abstützt, wie dies beim Stand der Technik be kannt ist. Über dieses Element 16, das den Stempel möglichst eng, jedoch mit Gleitsitz umschließt, und die Federn 22 werden nun die erfindungsge mäßen Klemmkräfte eingeleitet, die das Element 20 so kräftig auf die Ma trize pressen, daß das Blechmaterial rings um den Stempel fest einge spannt wird und so verhindert, daß das Material des stempelseitigen Blechs während des Stauchens nach oben, also entgegen der Wirkrichtung des Stempels, fließen kann. Bereits vor dem Beginn des Durchsetzens ist das stempelseitige Blech geklemmt, so daß auch keine Verbiegung der Ble che während des Durchsetzens befürchtet werden muß.The partial circumferential grooves 14 are used for quick tool change and play no role in the present invention. At its end facing away from the working surface 16 , the stamp is supported on a plate 18 from preferably the same material as pin 10 , which in turn is supported in a tool holder of a press; the transverse dimensions of the plate are chosen so that the loading acting on the tool holder can be absorbed by the tool without risk of breakage. The effective end of the stamp is comprised of a hold-down and stripping element 20 which is supported by springs 22 , as is known in the prior art. About this element 16 , which encloses the stamp as closely as possible, but with a sliding fit, and the springs 22 are now introduced the clamping forces according to the invention, which press the element 20 so forcefully onto the die that the sheet metal material is firmly clamped around the stamp is prevented and so that the material of the stamp-side sheet during the upsetting, that is, against the direction of action of the stamp, can flow. Even before the start of enforcement, the stamp-side sheet metal is clamped, so that there is also no fear of bending the sheet metal during the enforcement.
Die Matrize 24 ist ähnlich aufgebaut wie der Stempel: ein Amboßstift 26 aus Hartmetall ist in einen Grundkörper 28 aus zäherem Material einge preßt; die Materialpaarung kann wie bei dem Stempel gewählt werden. Der Grundkörper weist an seiner dem Stempel zugekehrten Seite Schrägflächen 30 auf, auf denen sich Matrizenelemente (nicht dargestellt) abstützen, die sich federvorgespannt an den Stift 26 anlegen und zusammen mit der Wirkfläche 32 des Amboß' den Matrizenhohlraum begrenzen. Auch der Amboß stützt sich über eine Platte 34 an einer Werkzeugaufnahme ab; das oben zu der Platte 18 Gesagte gilt sinngemäß auch für Platte 34.The die 24 is constructed similarly to the stamp: an anvil pin 26 made of hard metal is pressed into a base body 28 made of a tougher material; the material pairing can be chosen as for the stamp. On its side facing the punch, the base body has inclined surfaces 30 , on which matrix elements (not shown) are supported, which bear against the pin 26 in a spring-loaded manner and, together with the active surface 32 of the anvil, delimit the matrix cavity. The anvil is also supported on a tool holder via a plate 34 ; what has been said above regarding plate 18 also applies analogously to plate 34 .
Um der Gefahr vorzubeugen, daß der Stift 26 - oder auch der Stift 10 - am Rand unter hoher Druckbelastung ausbricht, ist er mit einer umlau fenden Fase versehen, deren Querschnittsform, wie in Fig. 5 bis 7 darge stellt, variabel sein kann: abgerundet (Fig. 5), flach abgeschrägt (Fig. 6) oder doppelt abgeschrägt (Fig. 7). Diese Fase begünstigt auch den Ma terialfluß.To prevent the risk that the pin 26 - or the pin 10 - breaks out at the edge under high pressure, it is provided with a umlau fenden chamfer, the cross-sectional shape, as shown in Fig. 5 to 7, can be variable: rounded ( Fig. 5), flat beveled ( Fig. 6) or double beveled ( Fig. 7). This phase also favors the material flow.
Die einander zugekehrten Wirkflächen von Stempel und/oder Amboß sind mit einem das Fließen des zu fügenden Materials begünstigenden Oberflächen finish versehen, wie an dem sternförmigen Schliffbild in Fig. 2 und 4 erkennbar.The facing effective surfaces of the stamp and / or anvil are provided with a surface finish which favors the flow of the material to be joined, as can be seen from the star-shaped micrograph in FIGS. 2 and 4.
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8131 | Rejection |