DE2113235A1

DE2113235A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Formen von Nieten in Flachmaterial

Info

Publication number: DE2113235A1
Application number: DE19712113235
Authority: DE
Inventors: H H Diekhoff; F R Schultz
Original assignee: Aluminum Company of America
Current assignee: Howmet Aerospace Inc
Priority date: 1970-03-18
Filing date: 1971-03-18
Publication date: 1971-10-07
Also published as: DE2113235C3; SE376181B; DE2166587A1; FR2083394A1; ZA711494B; US3750606A; DE2113235B2; FR2083394B1; CA948490A; JPS5239353B1; GB1303234A

Description

DR. ING. E. HOFFMANN DIPL. ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN

PATB N TAKWi Ι/Γ Ε D.8000 MÖNCHEN 81 . ARABEUASTRASSE 4 . TELEFON (0811) 911087

Aluminum Company of America, Pittsburgh, Pa./USA

Verfahren und Vorrichtung zum Formen von Nieten in Flachmaterial

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Formen eines integralen Niets in ein Flachmaterial mit zusammenwirkenden Patrizen- und Matrizenformen,zwischen welche das Flachmaterial eingeführt wird, und wobei die Patrizenform zum Ziehen eines nach außen gerichteten hohlen Vorsprungs in dem Flachmaterial zu der Matrizenform hin bewegt wird. Sie bezieht sich insbesondere auf eine solche Fabrikation, bei welcher das Fließen des Flachmaterials und Form und Dicke des integralen Niets genau gesteuert werden, um eine verbesserte Nietfestigkeit zu ergeben.

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Es ist vielfach vorteilhaft, eine Verbindung eines Flachmaterials oder Flachelements mit einem zweiten Element mit Hilfe eines Hohlniets vorzusehen, welcher integral in das Flachelement geformt worden ist. Es ist bekannt, derartige Verbindungen bei Behälterstirnwänden zu verwenden, welche geschwächte entfernbare Abschnitte und hieran befestigte Hebelziehstreifen aufweisen, um das öffnen der Stirnwand für den Zugriff zum Inhalt des Behälters zu erleichtern.

Da diese Art von Nieten vielfach beträchtlichen Kräften während der Nietformstufe, des Verbindungsvorgangs und des Behälteröffnens widerstehen muß, ist es wesentlich, daß der Niet eine ausreichende Festigkeit hat, um während dieser Stufen richtig zu arbeiten. Um ein zufriedenstellendes Arbeiten zu ermöglichen, wenn das Flachmaterial aus Metall wie Aluminium ist, wird die Nietbildung häufig in einem mehrstufigen Vorgang durchgeführt ο Während der ersten Stufe wird das Metall gestreckt oder gezogen, um einen hohlen Vorsprung oder eine Blase mit wesentlich größerem Durchmesser als der endgültige Niet zu formen,, Diese Stufe erzeugt eine Blase mit verringerter Wanddicke in bezug auf den Rest des Blechs. Hierauf wird die Blase in einem Hohlniet mit einer Querwand am Ende und einer zylindrischen Wand am Umfang rückgeformt.

Wenn ein solcher Niet bei einer leicht zu öffnenden Stirnfläche eines Behälters verwendet wird, wird ein mit öffnungen versehener Ziehstreifen über dem hohlen Niet angeordnet, und der Niet wird durch Vernieten verarbeitet, um einen vergrößerten Kopf vorzusehen, welcher den Ziehstreifen auf dem Metallblechelement befestigt.

Eines der Hauptprobleme bei einer solchen Nietbildung und Verbindung besteht darin, daß der Niet häufig keine genügend gleichmäßige Dicke aufweist, und infolgedessen ein

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Versagen des Niets auftritt. Ein solches Versagen kann durch Bruch des Materials während der Rückformstufe auftreten, wenn die Blase oder der hohle Vorsprung in den Niet umgearbeitet wird. Eine weitere kritische Stufe, bei welcher ein ungewünschter Bruch auftreten kann, ist während des Nietvorgangs, wenn der Niet zur Herstellung der Verbindung zwischen dem Flachelement und dem Ziehstreifen einen Kopf erhält. Schließlich können die beträchtlichen auf den Nietkopf während der Betätigung des Ziehstreifens zum öffnen des Behälters ausgeübten Kräfte zu einem Nietbruch statt zu einer Entfernung des trennbaren Teils der Behälterstirnwand führen. Alle diese Formen von Versagen machen es erforderlich, daß eine bestimmte minimale Materialdicke für den Niet erhalten bleibt.

Die oben beschriebenen Probleme' sind von besonderer Bedeutung in Bezug auf bestimmte Formen von Behälterstirnflächen, welche öffnungsvorrichtungen rait besonders geringem Preis aufweisen zu müssen, um wirtachaftlich und konkurrenzfähig zu bleiben.Diese Notwendigkeit hat zu einem starken Wunsch nach Verwendung dünner Flachmaterialien wie Aluminium mit einer Dicke von etwa 0,203 bis 0,229 mm für leicht zu öffnende Behälterwände geführt. Die Forderung nach einer bestimmten minimalen Nietwanddicke, um eine ausreichende Festigkeit sicherzustellen, hat die Anwendung wirtschaftlicherer dünner Flachmaterialien begrenzt.

Eine weitere Schwierigkeit ist aufgetreten bei Behältern, welche eine öffnungsvorrichtung aufweisen, welche im wesentlichen die gesamte Behälterstirnwand als Einheit entfernt, wie es allgemein erforderlich ist, wenn der Behälter einen festen oder halbfesten Inhalt hat. In einer bevorzugten Form wird hierbei eine einzige Schwächungslinie um den gesamten Umfang der Behälterstirnwand verwendet, welche dicht benachbart der Falzspannwand einer Dose angeordnet ist. Die Bildung eines Niets in einer solch dichten Nähe zur Kerblinie und

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Spannwand ergibt eine Beschränkung im Bereich der Platte, von welchem Metall während der Bildung des hohlen Vorsprungs und des Niets genommen werden darf. Dies beschränkt den Durchmesser des hohlen Vorsprungs, verringert die Menge an verfügbarem Metall und erfordert andere Wege, um eine ausreichende Nietdicke für ein gutes Arbeiten des Niets vorzusehen.

Eine weitere Schwierigkeit bei der bekannten Nietbildung dieser Art besteht darin, daß die zum Behalterinnern gerichtete Oberfläche des Metallelements im allgemeinen mit einem Schutzüberzug versehen ist, um eine schädliche Berührung zwisehen dem Behälterinhalt und der Metallstirnwand zu verhindern. Bei dem bekannten Nietformen kann der Überzug beträchtlich beeinträchtigt und eine folgende Reparatur des Überzugs erforderlich werden. Dies erfordert nicht nur eine zusätzliche Behandlung bei der Verarbeitung der Behälterstirnwände während der Herstellung, sondern vergrößert auch die Materialkosten.

Die oben beschriebenen Probleme wurden mit dem Verfahren und der Vorrichtung nach da? Erfindung gelöst.

Das Ziel der Erfindung wird mit einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Bewegung der Patrizenform zum Erzielen eines ringförmigen Erfassens eines unteren Abschnitts des hohlen Vorsprungs zwischen den Formen unter Druck zum Verdünnen eines ringförmigen Teils des unteren Abschnitts des hohlen Vorsprungs unter Druck durch Erzeugen eines Pließens von Metall im wesentlichen vollständig in Richtung des oberen Außenteils des hohlen Vorsprungs fortgesetzt wird, die Bewegung der Patrizenform zum Erstrecken des ringförmigen verdünnten Teils nach oben in den hohlen Vorsprung durch folgendes Drücken benachbarter Teile des unteren Abschnitts zum Erzielen eines hohlen Vorsprungs mit einem ringförmigen durch Druck verringerten verdünnten Band benachbart einem oben angeordneten Teil des Vorsprungs mit einer Dicke im wesentlichen gleich der Dicke des Restes des

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Plachtnaterialsaußerhalb des hohlen Vorsprungs fortgesetzt wird, und hierauf der hohle Vorsprung zum Erzeugen eines hohlen Niets mit einer Querwand am Ende und einer zylindrischen Wand am Umfang riickgeformt wird.

Die Erfindung schafft so ein Verfahren zum Formen eines integralen Niets in einem Flachelement durch zuerst Formen eines hohlen Vorsprungs, dessen Hauptteil im wesentlichen die gleiche Dicke wie der Rest des Flachelements hat, und hierauf Rückformen des Vorsprungs, um einen hohlen Niet von im wesentlichen der gleichen Dicke wie der Rest des ursprünglichen Flachelements herzustellen.

Die Erfindung schaft weiter ein Verfahren, mit welchem ein starker Niet mit beträchtlicher Wandstärke aus einem dünnen Blechmaterial selbst dann hergestellt werden kann, wenn der Niet dicht benachbart zu einer Kerblinie oder zu einer Falzspannwand geformt werden muß.

Die Erfindung schafft auch ein Verfahren zum Formen eines hohlen Vorsprungs mit beträchtlicher Höhe und eines Niets mit großem Durchmesser ohne übermäßig verdünnte Bereiche in dem Niet hervorzurufen.

Weiter schafft die Erfindung ein Verfahren zum Bilden solcher hohler Vorsprünge dadurch, daß zuerst ein Vorsprung gezogen und dann ein unterer Teil des Vorsprungs ringförmig zusammengedrückt wird, um ein örtliches Verdünnen und ein Fließen des Materials im wesentlichen vollständig in Richtung des Restes des Vorsprungs und hierauf folgend ein kontinuierliches Verdünnen nach oben zu dem Rest des VorSprungs hin zu bewirken.

Die Erfindung schafft auch eine Vorrichtung in dar Form von Patrizen und Matrizenformen, die besonders ausgeführte

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gekrümmte Formflächen haben, welche das oben beschriebene fortschreitende ringförmige kontinuierliche Verdünnen des Vorsprungs und Fließen des Metalls im wesentlichen in einer Richtung zum Verdicken des Restes der Wand des hohlen Vorsprungs ergeben.

Dementsprechend schafft die Erfindung ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung, welche für die Verwendung mit einem weiten Bereich von Metallblechelementen mit verschiedenen Dicken, Legierungen und Härtegraden geeignet sind, während jede Beeinträchtigung des Materials von Schutzüberzügen auf den Metallelementen vermieden wird.

Im folgenden soll die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung im einzelnen beschrieben werden. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine Teilseitenansicht im Schnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor dem Beginn des Formens,

Fig. 2 eine Teilseitenansicht im Schnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei das Werkstück geklemmt, der Rest der Arbeitsstufe aber noch nicht begonnen ist,

Fig. 3 die Ziehstufe der Bildung des hohlen Vorsprungs in dem Verfahren,

Fig. 4 den Teil des Verdünnens durch Druck des Formvorgangs,

Fig. 5 und 6 die folgenden Stufen des Rückformens des hohlen Vorsprungs zum Herstellen des hohlen integralen Niets,

Fig. 7 eine Einzelheit im Schnitt der Matrizenform,

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Pig. 8 eine Seitenschnittansicht der Ausbildung des hohlen Vorsprungs,

Fig. 9 eine Einzelheit im Schnitt der Patrizenform, und

Pig. 10 bis 12 den Nietvorgang, welcher die endgültige Verbindung zwischen dem integralen Niet und dem befestigten Teil ergibt.

In Pig. 1 bis 4 der Zeichnung ist die Arbeitsfolge beim Formen eines hohlen Vorsprungs und die hierbei verwendete Vorrichtung schematisch gezeigt. Fig. 1 zeigt ein zwischen eine Patrizenform 4 und eine Matrizenform 6 eingeführtes Flachmaterial 2. Die Matrizenform 6 ist in einem Halteteil 8 befestigt. Die Patrizenform 4 ist in bezug auf die Matrizenform hin- und herbeweglich gelagert. Ein ringförmiges Druckteil 10 ist so angeordnet, daß es die Patrizenform 4 unter Wahrung eines Abstandes umgibt.

In der in Fig. 1 gezeigten Darstellung ist das Flachmaterial, welches aus Metall wie Aluminium sein kann, zwischen die Formen 4 und 6 eingeführt, wobei die Patrizenform 4 und das Druckteil 10 in der zurückgezogenen Lage sind. Wie in Fig. 2 gezeigt, hat die Patrizenform 4 eine gekrümmte das Blech berührende Oberfläche 16 und eine hieran nach hinten anschließende allgemein zylindrische Oberfläche 18. Das Druckteil 10 hat weiter eine ringförmige, das Blech haltende Oberfläche 22.

Die Matrizenform 6 hat eine axiale Ausnehmung, welche zum Teil durch eine Bohrung bildende Wand 30 begrenzt ist, eine ringförmige das Blech stützende Wand 32 und eine Halsfläche 34 als Übergang zwischen beiden. Die Halsfläche 34 hat eine ringförmig konkave Arbeitsfläche 36 und umgekehrt gekrümmte Oberflächen 38 und 40, welche die ringförmige konkave

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Arbeitsfläche 36 mit der die Bohrung bildenden Wand j50 bzw. der das Blech tragenden Wand 32 verbinden. Die gekrümmte Oberfläche 40 hat einen relativ großen Radius, vorzugsweise etwa 1,02 bis 1,90 mm, um eine freie Bewegung des Metalls in die Matrizenform 6 während der Ziehstufe zu ermöglichen. Die ringförmige Arbeitsfläche 36 sieht nicht nur eine Führung für das während der Ziehstufe der Vorsprungsbildung in die Matrizenform 6 gezogene Metall vor, sondern wirkt auch mit der Patrizenform 4 zur Steuerung der Rückbildung des Vorsprungs unter Druck zusammen.

In Fig. 2 ist das im wesentlichen flache Flachmaterial 2 kontinuierlich und geklemmt zwischen der das Blech haltenden Oberfläche 22 des Druckteils 10 und der das Blech tragenden Wand 32 der Matrizenform 6 gehalten. Diese Halterung, welche vorzugsweise radial nach außen von dem Bereich entfernt erfolgt, in welchem der Vorsprung geformt werden wird, ist ausreichend, um ein Schlüpfen während des Ziehens oder äa? ersten Phase des Formens des hohlen Vorsprungs im wesentlichen vollständig zu vermeiden. Sie dient auch dazu, das Blechmaterial 2 flach zu halten, um ein gleichmäßiges Ziehen des hohlen Vorsprungs zu erreichen. In Fig. 2 hat der vordere Teil der das Blech berührenden Oberfläche 16 der Patrizenform 4 die Blechberührungslage erreicht.

In Fig. 3 bleibt das Flachmaterial 2 zwischen dem Druckteil 10 und der Matrizenform 6 erfaßt. Die Patrizenform hat sich nach unten in die Matrizenform 6 bewegt und hat durch Aufbau einer Spannung in dem Blech einen Teil des Flachmaterials in eine hohle Vergrößerung 42 gezogen oder gestreckt, welche eine etwas verringerte Dicke in bezug auf den Rest des Flachmaterials 2 haben kann.,In diesem Zeitpunkt ist die erste Stufe des Formens eines hohlen Vorsprungs beendet.

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In Fig. 4 ist zu sehen, daß der Umfang des Blechs weiter zwischen dem Druckteil 10 und der Matrizenform 6 gehalten wird. Die Patrizenform 4 hat sich weiter nach unten bewegt und ein Erfassen der Basis oder des unteren Teils des hohlen Vorsprungs unter Druck zwischen der das Blech berührenden Oberfläche 16 und der ringförmigen konkaven Arbeitsfläche 36 der Matrizenform 6 hergestellt. Die Bezugnahme auf die Basis oder den unteren Teil des hohlen Vorsprungs soll sich auf den Fall beziehen, welcher dem Rest des Flachmaterials 2 am nächsten ist, und die Bezugnahme auf den oberen Teil des hohlen Vorsprungs soll sich auf den Teil beziehen, der von dem Rest des Flachmaterials 2 weiter entfernt ist. Dieser Eingriff ist derart, daß ein durch Druck erzeugtes Fließen des Metalls erreicht wird, um einen ringförmigen verdünnten Bereich 50 in dem unteren Teil der Vergrößerung 42 vorzusehen. Die Form der das Blech berührenden Oberfläche 16 und der ringförmigen konkaven Arbeitsfläche 36 ist so, daß im wesentlichen alles von den ringförmigen verdünnten Bereich 50 verdrängte Metall zu einem oberen Außenteil 52 der Vergrößerung 42 fließt und die Wanddicke des hohlen Vorsprungs über dem Bereich 50 vergrößert. Eine fortgesetzte Bewegung der Patrizenform 4 nach unten in die Matrizenform 6 führt zu einer fortschreitenden Verdünnung des unteren Teils der Vergrößerung 42 und folglich in einer Richtung zum oberen Außenteil 52. Das durch Druck erzeugte fortschreitende Fließen erzeugt daher ein ringförmiges Band von Material in der Basis der Vergrößerung 42, welches dünner ist als der Rest der Vergrößerung 42. Während der Betrag des Verdünnens teilweise von der Metallmenge abhängt, welche bewegt werden soll, darf das Verdünnen nicht so stark sein, daß dieser Teil des Vorsprungs übermäßig geschwächt wird. Ein Rest in dem verdünnten Bereich von weniger ale 0,15 nun ist allgemein unerwünscht. Der restliche Teil der Vergrößerung 42 hat eine Dicke im wesentlichen gleich der des Flachmaterials 2. Da die endgültige Dicke dieser Vergrößerung oder des hohlen Vorsprungs in bezug auf den Rest des Bleches vom Betrag des Verdünnens

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während des Ziehvorgangs wie auch von dem Betrag des während des Druckformens erzeugten Pließens des Metalls abhängt, ist zu erkennen, daß die Wanddicke des Hohlniets von derjenigen des Flachmaterials um einen bestimmten geringen Betrag abweichen kann, und solche Abweichungen sollen durch den hier verwendeten Ausdruck "Dicke im wesentlichen gleich der"Blechdicke entharten sein.

Als Ergebnis der fortschreitenden Arbeitsweise bei diesem Formvorgang ist das volumen des während irgend einer Stufe des Druckformens bewegten Metalls ziemlich klein. Dies verringert wesentlich den Betrag der Werkzeugkraft, welche zum Formen erforderlich ist, und ermögliehtitnit dem Fließen des Metalls im wesentlichen in einer Richtung eine begrenzte Steuerung der Dicke des hohlen Vorsprungs. Das Vermeiden eines gleichzeitigen Verdünnens des ringförmigen Bandes und der Ersatz eines fortschreitenden Verdünnens bestimmter Abschnitte führt zx einer Verringerung der Zerstörung einer nicht gezeigten Beschichtung, welche auf der zu der Patrizenform 4 gerichteten Oberfläche des Flachmaterials aufgebracht ist.

Nach Beendigung dieser Druckformstufe der Bildung des hohlen Vorsprungs wird die Patrizenform 4 zurückgezogen. Das Druckteil 10 und die Matrizenform 6 werden dann einer relativen Trennbewegung unterworfen, um das Flachmaterial 2 freizusetzen, welches nun einen hohlen Vorsprung von im wesentlichen der Wanddicke außerhalb des ringförmig verdünnten Bandes aufweist.

In Fig. 7 bis 9 sind Einzelheiten der Patrizenform 4, der Matrizenform 6 und eines hohlen Vorsprungs 54 gezeigt. Xn Fig. 8 ist zu sehen, daß der Vorsprung 54 einen relativ schmalen ringförmigen verdünnten Bereich 50 in seinem unteren Teil aufweist. Außerhalb dieses verdünnten Bereiches 50 ist die

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OWGfNAL INSPECTED

Dicke des hohlen Vorsprungs 54 im wesentlichen gleich derjenigen des Plachmaterials 2.

Die Matrizenform 6, wie sie in Fig. 7 gezeigt ist, ist mit einer ringförmigen konkaven Arbeitsfläche 36 versehen, welche einen Radius R um einen Mittelpunkt C aufweist, welcher auf der Mittellängsachse der Matrizenform 6 in einer Lage außen über der das Blech tragenden Wand 32 angeordnet ist.Die umge-

2 3 kehrt gekrümmten Oberflächen 38, 40 haben Radien R , Br, welche wesentlich kleiner als R sind. Der Durchmesser über der ringförmigen konkaven Arbeitsfläche 36 ist größer als der Durchmesser über D über der die Bohrung bildenden Wand j50. Diese Formen ergeben eine Matrizenform 6, deren konkave Arbeitsfläche 36 in bezug auf die das Blech tragende Wand 32 vertieft ist, in bezug auf die die Bohrung bildende Wand 30 außen angeordnet ist und einen größeren Durchmesser als die Bohrung bildende Wand 30 hat.

Eine Form einer Patrizenform 4 ist im einzelnen in Fig.9 gezeigt. Während die konvexe das Blech berührende Oberfläche auch einen einzigen Radius aufweisen kann, hat sie jedoch vorzugsweise abgestufte Radien. Die abgestuften Radien tragen wesentlich dazu bei, ein übermäßiges Verdünnen des hohlen Vorsprungs an den äußeren Teilen der Patrizenform 4 während der Ziehstufe zu verhindern. In der gezeigten Form hat ein Sektor

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S benachbart der Mittellängsachse einen Radius R um einen

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Mittelpunkt C . Ein Sektor S^, welcher radial nach außen vom Sektor S benachbart dem Umfang der Oberfläche 16 angeordnet ist, hat einen Radius R-* um einen Mittelpunkt C^, und ein Sektor S hat einen Radius R um einen Mittelpunkt C . Der Radius R ist größer als der Radius R^, welcher seinerseits größer als der Radius R ist. Es ist zu bemerken, daß die Mittelpunkte C¹

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und C der Radien R und R beide auf der Längsachse der Patrizenform 4 liegen. Die Krümmung der das Blech berührenden Oberfläche 16 in Kombination mit der Krümmung der ringförmigen

konkaven Arbeitsfläche 36 ergibt ein ringförmiges fortschreitendes Verdünnen durch Druck des hohlen Niets, um ein Fließen des Metalls im wesentlichen vollständig in den hohlen Vorsprung zu erzeugen.'

In der dargestellten Form hat die zylindrische Oberfläche

18 der Patrizenform 4 einen Durchmesser D , welcher größer als der Durchmesser D der Bohrung der Matrizenform 6 ist. Abhängig von der Anfangsdicke dss Flachmaterials 2 und der gewünschten Wanddicke des hohlen Vorsprungs kann die Konfiguration der Formen leicht geändert werden, um geringe Variationen zu ergeben. Die vergrößerte Dicke der Wand des hohlen Vorsprungs wird jedoch das Ergebnis eines Fließens von Metall von der Basis des hohlen W Vorsprungs nach oben in andere Teile sein. Dieses Fließen wird über Druck in einem ringförmigen unteren Teil des hohlen Vorsprungs eingeleitet und durch kontinuierliches fortschreitendes Verdünnen zum oberen Teil des Vorsprungs oder der Blase beendet.

Um die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Systems in bezug auf das wirksame Formen von dünnem Flachmaterial und nicht mehr erforderliches Reparieren eines Überzugs nachzuprüfen, wurden verschiedene Versuche durchgeführt.

Beispiel 1

Eine Anzahl von Stirnflächen von Aluminiumdosen mit einer Dicke von 0,254 mm wurden mit hohlen VorsprUngen mit einem Durchmesser von 11,4 mm und einer Höhe von 3,18 bis 3j43 mm versehen. Der ringförmige verdünnte Bereich nahe der Basis des hohlen Vorsprungs hatte eine Dicke von 0,19 mm bis 0,203 mm, während der Rest des Vorsprungs eine Restdicke von 0,241 mm hatte. Nachdem der hohle Vorsprung in einen Hohlniet rückgeformt war, war der ringförmige verdünnte Bereich 2,54 mm von der Basis des Niets entfernt angeordnet. Der unverarbeitete

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Hohlniet hatte eine Höhe von 3,05 bis 3,18 mm. Die Niete hatten am Kopf eine Restdicke von 0,203 mm. Bei den Stirnflächen wurden verschiedene Aluminiumlegierungen verwendet. In allen Fällen wurde ein annehmbar fester Niet erzeugt.

Beispiel 2

Eine Anzahl von Stirnflächen dünneren Materials wurden in leicht zu öffnende Behälterstirnflächen umgearbeitet. Die Stirnflächen waren aus einem Metall mit einer Dicke von 0,203 mm und aus der Aluminiumlegierung 5082 H19 hergestellt. Der Durchmesser des hohlen Vorsprungs betrug 8,0 mm und seine Höhe betrug 2,03 bis 2,16 mm. Der verdünnte Bereich hatte eine Restdicke von etwa 0,152 mm. Der Niet hatte am Kopf eine Restdicke von 0,102 bis 0,114 mm und der verdünnte Bereich war von der Basis des Niets um ungefähr 1,52 mm radial nach außen entfernt. Diese Niete ergaben die gewünschte Nietfestigkeit und arbeiteten wie gewünscht.

Beispiel 3

Eine Anzahl von Stirnseiten für Aluminiumdosen aus der Legierung 5182- H19 wurden durch das erfindungsgemäSe System in leicht zu öffnende Stirnflächen umgearbeitet. Das Metall hatte eine Dicke von 0,343 mm. Hohle Vorsprünge mit einer Höhe von etwa 2,41 bis 2,79 mm wurden erzeugt. Diese wurden in Hohlniete mit einer Höhe von 2,41 bis 2,80 mm rückgeformt. Die Niete wurden zum Anbringen eines Ziehstreifens verarbeitet. Die sich ergebenden Nietenköpfe hatte einen mittleren Durchmesser von 3,89 mm und eine Querwanddicke von im Mittel 0,254 mm mit einer minimalen Dicke von etwa 0,203 mm. Die resultierenden Stirnflächen hatten Niete von beträchtlicher Festigkeit, welche keine übermäßige Schwächung aufwiesen und erfolgreich ohne Bruch verwendet wurden.

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Fig. 5 und 6 stellen die Werkzeugausrüstung und ein Verfahren dar, welches zum Rückformen des hohlen Vorsprungs 54 in einen Niet 60 verwendet wird. Ein Patrizenwerkzeug 62 zum Rückformen hat einen Basisteil 64 und einen nach oben ragenden zylindrischen Teil 66, welcher in einer konvexen das Blech berührenden Wand 68 endet. Ein Matrizenwerkzeug 70 zum Rückformen hat eine eine zylindrische Bohrung bildende Wand 72 und eine äußere tragende Oberfläche 74 mit einer gekrümmten ÜbergangsfJäche 76. Beim Rückformen des hohlen Vorsprungs 54 wird eine relative Bewegung zwischen dem Patrizenwerkzeug 62 und dem Matrizenwerkzeug 70 mit zwischengefügtem hohlen Vorsprung bewirkt. Pig. 5 zeigt den Vorgang nach Beginn der relativen Werkzeugbewegung, während Fig. 6 den Vorgang zeigt, nachdem der hohle Vorsprung 54 im wesentlichen entsprechend der Form der Teile 66 und 68 des Patrizenwerkzeug 62 rückgeformt worden ist. In diese Stufe drückt das Matrizenwerkzeug 70 das Metall über dem Vorsprung 54 nach unten. In dieser endgültigen Lage wird das den hohlen Niet 60 umgebende Flachmaterial 2 zwischen der ringförmigen Fläche des Basisteils 64 des Patrizenwerkzeugs und der ringförmigen Oberfläche 74 des Matrizenwerkzeugs 70 gehalten. Während des Nietformens dient der ringförmige verdünnte Bereich 50 als Begrenzung, welche dem Fließen von Metall in die Teile des Blechmaterials 2 benachbart dem Niet widersteht. Der ringförmige verdünnte Bereich 50 ist in dem horizontalen Plattenbereich angeordnet und bildet weder einen Teil der Seitenwand 78 noch der Querwand 80 am Ende des Niets. Es ist weiter zu erkennen, daß die Dicke der Wand des Niets im wesentlichen gleich der Dicke des Flachmaterials 2 ist.

Fig. 10 bis 12 zeigen das Verfahren zum Befestigen eines Ziehstreifens 90 auf dem Flachmaterial 2 mit Hilfe eines integralen Niets 60. Das Flachmaterial 2 wird auf einem Nietamboß 92 gehalten, welcher eine ringförmige Amboß-

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fläche 94 und einen in den Hohlraum des Niets 60 eintretenden Vorsprung 96 aufweist. Ein ringförmiges Druckteil 98 wirkt mit der Amboßfläche 94 zum Klemmen des Ziehstreifens gegen das Flachmaterial während des Nietvorgangs zusammen. Wie in Fig. 11 gezeigt, bewegt sieh ein Nietstempel 102, welcher konzentrisch und. beweglich in dem Druckteil 98 angeordnet ist, nach unten, nachdem das Druckten 98 den Ziehstreifen in einer Lage gehalten hat, in welcher der hohle Niet durch eine Streifenöffnung 100 tritt und der Ziehstreifen 90 mit dem Blechmaterial 2 in Berührung Fläche zu Fläche steht. Eine weitere Abwärtsbewegung des Nietstempels 102 bewirkt, daß dieser in Eingriff mit dem Niet kommt und diesen axial so drückt, daß er die in Fig. 12 gezeigte Kopfform annimmt. Der Nietkopf 104 hat einen vergrößerten Durchmesser, welcher den Ziehstreifen90 übergreift und diesen an dem Flachmaterial 2 befestigt. Es ist weiter zu bemerken, daß die Verringerung der Niethöhe während des Nietens ausreichend ist, um die innere Fläche der vernieteten Endwand I06 in eine Lage benachbart dem Vorsprung 96 des Nietamboßes 92 zu bringen.

Die Erfindung sieht einen einzigartig entworfenen Nietamboß 92 vor, welcher ein Rückhalten einer maximalen Metallmenge in dem Niet während des Nietens erleichtert, um übermäßiges Verdünnen zu vermeiden. Wie in Fig. 10 gezeigt, hat die ringförmige Amboßfläche eine Oberfläche I08 auf einem oberen Niveau und eine Oberfläche 110 auf einem unteren Niveau, welche durch eine vertikale Stufe 112 getrennt sind. Die vertikale Stufe 112 ist von dem äußeren Teil eines verdünnten Bereichs 114 nach innen abgesetzt angeordnet und ist vorzugsweise in bezug auf den radial äußeren Teil des verdünnten Bereichs 114 mit Abstand nach innen versetzt. Wie in Fig. 11 gezeigt, arbeitet die ringförmige Oberfläche I08 mit dem Druckteil 98 zusammen, um das Flachmaterial 2 und den Ziehstreifen 90 unter Druck zu verklemmen. Diese Druckhalterung dient dazu, den Betrag des Fließens in der Platte radial nach außen und weg von dem

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Nietbereich zu beschränken. Auf diese Weise wird ein übermäßiges Verdünnen des Niets während des Nietens vermieden. Wie in Fig.12 gezeigt, tritt ein geringes Fließen von Metall radial nach außen auf, und die untere Fläche 116 des Flachmaterials 2 neigt dazu, eine allgemein gleichmäßige Dicke anzunehmen, wobei nur geringe Anzeichen für ein Verdünnen nach Beendigung des Nietvorgangs auftreten.

Ein zusätzliches wichtiges Merkmal des Nietambosses 92 ist eine gekrümmte Übergangsfläche 118 zwischen der oberen Oberfläche 108 des Ambosses und der oberen Oberfläche des Vorsprungs 96. Die gekrümmte Übergangsfläche weist einen relativ großen Radius auf, " um übermäßiges Verdünnen des Niets während des Nietens zu vermeiden und einen allmählich gekrümmten Übergang zwischen dem verarbeiteten Niet und dem Rest der Platte zu ergeben.In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist dieser Radius etwa 0,254 bis 0,762 mm. Dies vermeidet scharfe Ecken, welche zu Belastungskonzentrationen führen und die Möglichkeit eines Nietbruchs in diesem Bereich während des Betriebs der öffnungsvorrichtung vergrößern.Dieser komplementäre Umriß zwischen dem Niet und der Platte in bezug auf die Übergangsfläche II8 ist in Fig. 12 gezeigt*

Es ist daher zu erkennen, daß Verfahren und Vorrichtung nach der Erfindung eine Umarbeitung eines Metallblechelements zum Herstellen eines integralen Niets ergeben. Als Ergebnis der besonderen Kombination von Ziehen und fortschreitendem Verdünnen durch Druck, woraus sich ein Fließen des Metalls in einer Richtung in den oberen Teil des hohlen Vorsprungs ergibt, wird der hohle Vorsprung mit einer beträchtlichen Dicke ausgeführt, so daß er einem Bruch während des Rückformens in einen Hohlniet, während des Nietens· und schließlich während des öffnens einer Vorrichtung mit einem leicht zu öffnenden Ende widerstehen kann. Die Lage des verdünnten ringförmigen Bandes auf dem hohlen

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Vorsprung und der Rüokforravorgang sind derart, daß der verdünnte Bereich außerhalb des Niets angeordnet ist und daher keinen fehlerhaften Nietaufbau ergeben kann. Der rückgeformte Niet kann auf übliche Weise verarbeitet werden. All dies wird erreicht ohne Beschädigung des inneren Überzugs auf der Behälterstirnfläche, wodurch eine Notwendigkeit der Reparatur des Überzugs vermieden wird.

Es ist weiter zu erkennen, daß dieses System eine wirtschaftliche Herstellung von Behälterwänden mit Ziehstreifen ermöglicht, da es für die Verwendung mit dünnem Flachmaterial geeignet ist, die Herstellung hoher Nietaufbauten eng benachbart den Behälterspannwänden ermöglicht und die Kosten für eine Überzugsreparatur spart. Das Verfahren und die Vorrichtung sind in einem breiten Bereich für verschiedene Materialien, Legierungen, Härtegrade und Dicken anwendbar.

Während zum Zwecke der Darstellung besondere Ausführungsformen der Erfindung oben beschrieben worden sind, ist es für den Fachmann klar, daß zahlreiche Änderungen der Einzelheiten durchgeführt werden können, ohne von der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen beansprucht wird, abzuweichen.

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Claims

Patentansprüche

1.!Verfahren zum Formen eines integralen Niets in ein Flachmaterial mit zusammenwirkenden Patrizen- und Matrizenformen, zwischen welche das Flachmaterial eingeführt wird, und wobei die Patrizenform zum Ziehen eines nach außen gerichteten hohlen Vorsprungs in dem Flachmaterial zu der Matrizenform hin bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Patrizenform zum Erzielen eines ringförmigen Erfassens eines unteren Abschnitts des hohlen Vorsprungs zwischen den Formen unter Druck zum Verdünnen eines ringförmigen Teils des unteren Abschnitts des hohlen Vorsprungs unter Druck durch Erzeugen eines Fließens von Metall im wesentlichen vollständig in Richtung des oberen Außenteils des hohlen Vorsprungs fortgesetzt wird, die Bewegung der Patrizenform zum Erstrecken des ringförmigen verdünnten Teils nach oben in den hohlen Vorsprung durch folgendes Drücken benachbarter Teile des unteren Abschnitts zum Erzielen eines hohlen Vorsprungs mit einem ringförmigen durch Druck verringerten verdünnten Band benachbart einem oben angeordneten Teil des Vorsprungs mit einer Dicke im wesentlichen gleich der Dicke des Restes des Flachmaterials außerhalb des hohlen Vorsprungs fortgesetzt wird, und hierauf der hohle Vorsprung zum Erzeugen eines hohlen Niets mit einer Querwand am Ende und einer zylindrischen Wand am Umfang rüekgeformt wird,

2. Verfahrennach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn e t, daß eine kontinuierliche ringförmige Klemmhalterung auf das Flachmaterial um den Bereich des Flachmaterials, in welchem der hohle Vorsprung geformt werden wird, zum Begrenzen des Teils des Flachmaterials, von welchem Metall zum Ziehen des hohlen Vorsprungs vorgesehen wird, zur Verwendung kommt, wobei die Matrizenform eine das Blech berührende Fläche, eine axiale Ausnehmung und einen verbindenden Hals aufweist und der Hals benachbart

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der das Blech berührenden Fläche mit einem Radius von etwa 1,02 bis 1,90 mm ausgeführt ist.

J). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, -daß der hohle Vorsprung derart in den Niet rückgeformt wird, daß das ringförmige durch Druck verringerte Band in dem Flachmaterial radial außerhalb der Wand am Umfang des Niets zu liegen kommt und das Rückformen ohne merkliches Verdünnen der Wand des hohlen Vorsprungserfolgt.

K. Verfahren nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß eine Klemmhalterung am Umfang für das Flachmaterial in einer Lage zur Verwendung kommt, welche von dem Bereich, in welchem der hohle Vorsprung geformt werden wird, radial nach außen entfernt ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Flachmaterial als eine Behälterwand geeignet ist, und daß nach dem Rückformen des hohlen Vorsprungs inden hohlen Niet dieser Niet durch eine öffnung in einem mit der Behälterwand zu verbindenden Ziehstreifen geführt wird, ein Amboß mit einem nach oben gerichteten, in den Niet ragenden Vorsprung, einer oberen ringförmigen Oberfläche zum Stützen, einer unteren ringförmigen Oberfläche und einer allgemein die obere und die untere ringförmige Oberfläche verbindenden vertikalen Oberfläche vorgesehen ist, weiter ein hin- und herbeweglicher Nietstempel in einem hin- und herbeweglichen rohrförmigen Druckteil relativ bewegbar in bezug auf dieses Druckteil vorgesehen ist, das Flachmaterial auf dem Amboß mit in den Niet ragendem Vorsprung des Ambosses und der oberen ringförmigen Oberfläche zum Stützen in Kontakt mit der unteren Oberfläche der Behälterwand angeordnet wird, eine relative Bewegung zwischen dem Druckteil und der Matrizenform zum klemmenden Halten der Behälterwand und des Ziehstreifens zwischen dem Druckteil und der oberen ringförmigen Oberfläche

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zum Stützen zum Verringern des Fließens von Metall radial nach außen während des folgenden Vernietens bewirkt wird, und der Niet durch Bewirken einer relativen Bewegung zwischen dem Nietstempel und dem Amboß zum Ineingriffbringen und axialen Verformen des Niets zur Bildung eines Kopfes mit größerem Durchmesser als dem der öffnung des Ziehstreifens vernietet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß das Flachmaterial und der Ziehstreifen als zweites Element auf dem ringförmigen durch Druck verdünntem Band in einer Lage radial innerhalb des radial äußersten Teils des ringförmigen durch Druck verdünnten Bandes verklemmt werden.

7. Vorrichtung zum Formen eines integralen Niets in einem Flachmaterial nach einem Verfahren nach Anspruch 1 mit einer Matrizenform mit einer eine Bohrung bildenden Wand und einer das Material tragenden Fläche am Umfang im wesentlichen senkrecht zu der die Bohrung bildenden Wand, einer Übergangsfläche zur Verbindung der die Bohrung bildenden Wand und der das Material tragenden Fläche am Umfang, und mit einer relativ zu der Matrizenform bewegbar angeordneten Patrizenform mit einer konvex gekrümmten, das Blech berührenden Oberfläche und einer hinter dieser angeordneten zylindrischen Oberfläche, dadurch gekennnzeichnet, daß die Übergangsfläche der Matrizenform einen ringförmigen konkaven Teil, einen ersten im Anschluß hieran konvex gekrümmten Teil zur Verbindung des ringförmigen konkaven Teils mit der die Bohrung bildenden Wand und eine zweite im Anschluß hieran konvex gekrümmte Oberfläche (4o) zur Verbindung des ringförmigen konkaven Teils mit der das Blech tragenden Fläche am Umfang aufweist, wobei der Krümmungsradius der das Blech berührenden Oberfläche der Patrizenform und der Krümmungsradius des ringförmigen konkaven Teils der Matrizenform derart sind, daß eine Schließbewegung zwischen der Patrizenform und der Matrizenform eine relative Schließbewegung zwischen der das Blech berührenden

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Oberfläche und dem ringförmigen konkaven Teil erzeugt, welche zunächst am äußeren Teil der ringförmigen konkaven Oberfläche der Matrizenform auftritt und nach innen entlang der ringförmigen konkaven Oberfläche fortschreitet, wenn sich die relative Schließbewegung der Formen fortsetzt, wodurch das Flachmaterial fortschreitend durch Druck verdünnt wird, während die Patrizenform einer folgenden Schließbewegung in bezug auf die Matrizenform unterworfen wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Teil der Patrizenform einen größeren Durchmesser als die Bohrung der Matrizenform hat.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine ringförmige Halteeinrichtung für das Blech mit einer im wesentlichen flachen das Blech erfassenden Oberfläche die Patrizenform mit Abstand umgibt, und daß die Halteeinrichtung in bezug auf die Matrizenform hin- und herbewegbar ist. ?<h-

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich net, daß der Mittelpunkt des Krümmungsradius der das Blech berührenden Oberfläche der Patrizenform auf der Mittellängsachse der Patrizenform und der Mittelpunkt des Krümmungsradius der ringförmig konkaven Oberfläche der Matrizenform auf einer Verlängerung der Mittellängsachse der Matrizenform außerhalb über der das Blech berührenden Oberfläche angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9* dadurch gekennzeichnet, daß die das Blech berührende Oberfläche der Patrizenform einen ersten Krümmungsradius benachbart der M3i>tellängsachse der Patrizenform und einen zweiten Krümmungsradius radial außerhalb dieser aufweist, wobei der erste Krümmungsradius größer als der zweite Krümmungsradius und der Krümmungsradius der ringförmigen konkaven Oberfläche der

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Matrizenform kleiner als der erste Krümmungsradius der Patrizenform ist.

12. Vorrichtung zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem Flachmaterial mit einem insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellten integralen Niet und einem zweiten Element mit einer Öffnung zur Aufnahme des Niets, gekennzeichnet durch einen Amboß zum tragenden Eingriff mit der unteren Oberfläche des Flachmaterials, einem übergreifenden Nietstempel zum Erfassen und axialen Drücken des hohlen Niets zur Herstellung eines vergrößerten Kopfes an diesem, einen übergreifenden ringförmigen Druckteil, welcher den Nietstempel ara Umfang umgibt und relativ zu diesem bewegbar ist, wobei der Amboß einen nach oben gerichteten Vorsprung aufweist, der in den hohlen Niet ragen kann, eine obere ringförmige Oberfläche um die Basis des Vorsprungs und eine untere ringförmige Oberfläche und eine ringförmige Verbindungsfläche zwischen der oberen und unteren ringförmigen Fläche, wobei das ringförmige Druckteil die obere ringförmige Oberfläche des Amboß übergreift und zum Klemmen des Flachmaterials und des zweiten Elements während des Nietens zum Beschränken eines radial nach außen gerichteten Fließens von Metall in dem Flachmaterial zusammen mit der oberen ringförmigen Oberfläche betätigbar ist.

1J» Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzei chnet, daß die obere und die untere Oberfläche im wesentlichen horizontal und die ringförmige Verbindungsfläche im wesentlichen vertikal sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder IJ, dadurch gekennzeichnet, daß eine konkave Übergangsfläche den oberen Teil des Vorsprungs mit der oberen ringförmigen Oberfläche verbindet und die Übergangsfläche einen Krümmungsradius von etwa 0,254 bis 0,762 mm aufweist.

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