ES2197042T3

ES2197042T3 - PROCEDURE TO OBTAIN A UNION BY REMACHE.

Info

Publication number: ES2197042T3
Application number: ES00117990T
Authority: ES
Inventors: Hans-Gunther Prof. Dr. Haldenwanger; Ulrich Dr. Walther; Harald Kudliczka
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1999-08-27
Filing date: 2000-08-22
Publication date: 2004-01-01
Anticipated expiration: 2020-08-22
Also published as: DE50002808D1; EP1078701A3; EP1078701B1; EP1078701A2; DE19940803A1

Abstract

Procedimiento de producción de una unión por remache, en el cual un remache (4) actúa en un punto de unión sobre componentes (2, 3) a unir, ejerce una presión sobre ellos en una cubeta (6) de una matriz (7, 8, 9), sin atravesar, entonces, el componente (3) que descansa sobre la matriz (7, 8, 9), y deformando los componentes (2, 3) de manera que entre el remache (4) y los componentes (2, 3) a unir se forme una conexión por ajuste de forma, caracterizado por la utilización de una matriz (7, 8, 9) que tiene una cubeta (6) con sección transversal sensiblemente en forma de segmento esférico.Procedure for producing a rivet joint, in which a rivet (4) acts at a junction point on components (2, 3) to be joined, exerts pressure on them in a cuvette (6) of a matrix (7, 8, 9), without crossing, then, the component (3) that rests on the matrix (7, 8, 9), and deforming the components (2, 3) so that between the rivet (4) and the components ( 2, 3) to join, a connection is formed by shape adjustment, characterized by the use of a matrix (7, 8, 9) having a cuvette (6) with a cross section substantially in the form of a spherical segment.

Description

Procedimiento para obtener una unión por remache.Procedure to obtain a union by rivet.

La invención se refiere a un procedimiento de producción de una unión por remache según el preámbulo de la reivindicación 1 de la patente.The invention relates to a method of production of a union by rivet according to the preamble of the patent claim 1.

Los procedimientos de producción de uniones por remache del tipo citado son suficientemente conocidos en el estado de la técnica. A este respecto, puede hacerse referencia al documento EP 0675774, así como al documento DE 197 01 150 A1. En particular, en el segundo documento citado se describe una vez más, con detalle, en la introducción de la descripción, la manera de proceder para producir una unión por remache de este tipo, de modo que se puede hacer referencia a él y se prescindirá de repetir una descripción detallada en esta memoria.Joint production procedures by rivet of the cited type are sufficiently known in the state of technique In this regard, reference may be made to the EP 0675774, as well as document DE 197 01 150 A1. In In particular, the second document cited describes once again, in detail, in the introduction of the description, the manner of proceed to produce such a rivet joint, so that you can refer to it and you will do without repeating a Detailed description in this report.

Para establecer la unión de al menos dos placas de chapa se tiene, del lado del utillaje, un punzón que actúa cada vez sobre la cabeza de remache y que hace penetrar el remache en las chapas a unir. En el lado opuesto se ha previsto una matriz a modo de útil que forma un soporte asociado, cuyo grabado presenta una prominencia de centrado para favorecer con ello, entre otras cosas, la separación de la espiga de remache durante el proceso de instalación.To establish the union of at least two plates of sheet metal there is, on the side of the tooling, a punch that acts every time over the rivet head and that makes the rivet penetrate into The plates to be joined. On the opposite side a matrix is provided to useful mode that forms an associated support, whose engraving presents a prominence of centered to favor with it, among others things, the separation of the rivet pin during the process of installation.

Otra manera de proceder para la producción de una unión por remache se describe en el documento EP 614 405 B1. En este documento, el remache no representa el papel de estampado que atraviesa, en primer lugar, uno de los dos componentes a unir. Es más, por medio del remache se produce una deformación en profundidad en el punto de unión de las placas de chapa a unir, en la cubeta de una matriz, y se obtiene así una deformación a fin de producir entre el remache y las dos placas de chapa a unir, respectivamente, una conexión que funciona por ajuste de forma.Another way to proceed for the production of a Rivet connection is described in EP 614 405 B1. In this document, the rivet does not represent the stamping paper that it crosses, in the first place, one of the two components to join. It is more, by means of the rivet a deformation in depth takes place at the junction point of the sheet metal plates to be joined, in the bucket of a matrix, and thus a deformation is obtained in order to produce between the rivet and the two sheet metal plates to be joined, respectively, a connection that works by shape adjustment.

El documento DE 197 01 150 A1 citado trata del problema del daño sufrido, hasta ahora, por la cara inferior de la parte de rejuntado (placa de chapa) colocada directamente sobre la matriz. Si los componentes a unir están provistos de revestimiento, entonces los daños se caracterizan por fisuras y surcos en los revestimientos en la zona de la cabeza de cierre, así como por fragmentaciones y desplazamientos de partículas del revestimiento, de modo que, en ciertos casos, puede verse, incluso, el material de base al descubierto. El daño significativo del revestimiento de la chapa situada del lado de la matriz ya se aprecia, la mayor parte de las veces, a nivel macroscópico. Las causas de ello son los enormes aumentos parciales de la superficie de la chapa situada del lado de la matriz, junto con una presión superficial y un rozamiento elevados que se ejercen entre el grabado de la matriz y la cara superior de la chapa, durante la realización de la cabeza de cierre en el grabado de la matriz. Las consecuencias son los efectos negativos en las propiedades de la pieza de rejuntado, en el aspecto visual, en la resistencia a la corrosión, en la estanqueidad, y, vinculado a ello, en la resistencia de la conexión estática y dinámica de los componentes.Document DE 197 01 150 A1 cited deals with damage problem suffered so far by the underside of the grouting part (sheet plate) placed directly on the matrix. If the components to be joined are provided with coating, then the damages are characterized by fissures and grooves in the coatings in the area of the closing head, as well as by fragmentation and displacement of coating particles, so that, in certain cases, you can even see the material bare base. The significant damage of the lining of the sheet located on the side of the matrix is already visible, the largest part of the time, at the macroscopic level. The causes of this are the huge partial increases in the surface of the sheet located on the side of the die, along with a surface pressure and a high friction exerted between the engraving of the matrix and the upper face of the sheet, during the realization of the head of closing in the engraving of the matrix. The consequences are the negative effects on the properties of the grouting piece, in the visual aspect, in corrosion resistance, in tightness, and, linked to it, in the resistance of the connection static and dynamic components.

A modo de propuesta de solución, en la publicación anteriormente citada se sugiere, que, antes del proceso de rejuntado, se coloque en la matriz una chapa de sacrificio, que sirva de base para las piezas de rejuntado a colocar encima. Durante el proceso de remachado con estampado, la chapa de sacrificio es formada en el grabado de la matriz, y, después del proceso de remachado con estampado, las piezas de rejuntado unidas y la chapa de sacrificio son separadas de nuevo entre sí.As a solution proposal, in the publication cited above suggests, that, before the process grouting, a sacrificial plate is placed on the matrix, which serve as a base for grouting pieces to be placed on top. During the stamping riveting process, the sheet metal sacrifice is formed in the engraving of the womb, and, after riveting process with stamping, grouting pieces joined together and The sacrificial plate are separated from each other again.

Con independencia de saber si los componentes a unir están provistos de revestimiento o no, la posibilidad de fabricación o la calidad de una unión por remache de este tipo, es asimismo, por naturaleza, muy dependiente del material del que están realizados los componentes. Entre estos materiales, que son, en esta medida, críticos, porque son de difícil formado, se encuentran, entre otros, algunas aleaciones de aluminio y materiales a base de magnesio, muy importantes para la construcción ligera. El magnesio es particularmente difícil de formar. Hasta ahora, el ensayo que intenta unir materiales a base de magnesio mediante un remachado con estampado sin calentamiento (sin fisuras) ha fracasado siempre. El resultado del ensayo, que tiene por objeto obtener conexiones por remachado con estampado a partir de tales materiales, es siempre una formación de fisura 1 con mayor o menor grado de intensidad, tal como puede apreciarse en la figura 1.Regardless of knowing if the components to join are provided with coating or not, the possibility of manufacturing or the quality of a rivet joint of this type, is also, by nature, very dependent on the material from which The components are made. Among these materials, which are, to this extent, critics, because they are difficult to form, they they find, among others, some aluminum alloys and magnesium-based materials, very important for construction light Magnesium is particularly difficult to form. Until Now, the test that attempts to bond magnesium-based materials by riveting with stamping without heating (without cracks) It has always failed. The result of the test, which is intended obtain riveted connections with stamping from such materials, it is always a crack formation 1 with greater or lesser degree of intensity, as can be seen in figure 1.

Por ello, la invención parte del problema de concebir un procedimiento de fabricación de una unión por remache según el preámbulo de la reivindicación 1 de la patente, de forma que no se observe la aparición de daños en el material de base de los componentes a unir, ni, en el caso en que existan revestimientos de los componentes, ataque a los mismos.Therefore, the invention starts from the problem of devise a manufacturing procedure for a rivet joint according to the preamble of claim 1 of the patent, so that the appearance of damage to the base material of the components to be joined, nor, in the case that there are coatings of the components, attack them.

Según la invención, ello se obtiene por la manera de proceder según la parte caracterizadora de la reivindicación 1. Las reivindicaciones subordinadas indican perfeccionamientos ventajosos.According to the invention, this is obtained by the way proceed according to the characterizing part of claim 1. Subordinate claims indicate improvements advantageous

Así, por ejemplo, se han efectuado ensayos, en las instalaciones de la solicitante, con la aleación de aluminio denominada 6005 - 6007, que han permitido constatar, de manera sorprendente, que con el nuevo tipo de procedimiento de producción se podían obtener características de resistencia equivalentes, en relación con el estado de la técnica. Pero simultáneamente se observa una disminución del riesgo de fisura del material formado, del componente, en la zona de la espiga de remache, de modo que la seguridad de proceso del procedimiento puede ser aumentada. Se puede obtener, igualmente, una mejora importante del aspecto visual, de modo que está técnica de conexión pueda ser utilizada igualmente, si es necesario, para componentes cuyos puntos de rejuntado estén situados en la zona visible (técnica de rejuntado como elemento de diseño). Haciendo abstracción del mandril de centrado, que falta en la matriz, en la producción de la unión se obtiene, entonces, una separación suficiente de la espiga de remache con una conicidad, que así se establece, y que tiene como objeto optimizar la conexión por ajuste de forma.Thus, for example, tests have been carried out, in the applicant's facilities, with aluminum alloy denominated 6005 - 6007, that have allowed to verify, of way surprising, that with the new type of production procedure equivalent resistance characteristics could be obtained, in relationship with the state of the art. But simultaneously it observes a decrease in the risk of cracking of the material formed, of the component, in the area of the rivet pin, so that the Process process safety can be increased. It can also obtain a significant improvement in the visual aspect of so that this connection technique can also be used, if necessary, for components whose grouting points are located in the visible area (grouting technique as an element of design). Making abstraction of the centering mandrel, which is missing in the matrix, in the production of the union is obtained, then, a sufficient separation of the rivet pin with a taper, that is established, and that aims to optimize the connection by shape adjustment.

Las uniones por remache que tienen cabezas de fornitura en forma de segmento esférico son en sí conocidas en el estado de la técnica (documento DE 196 32 238 A1). Pero, en esos casos, no se trata de uniones por remache del tipo de la solicitud, sino de uniones en el proceso de fabricación, y la cooperación de diferentes componentes de la unión se realiza de manera completamente distinta. Una unión por remache del tipo de la solicitud, por la cual la matriz no presenta, según una forma de la realización (figuras 13 a 15), ningún mandril de centrado, se conoce, por ejemplo, por la solicitud de patente sudafricana ZA-A-91 08340.The rivet joints that have heads of spherical segment fittings are themselves known in the prior art (DE 196 32 238 A1). But in those cases, it is not about rivet joints of the type of the request, but of unions in the manufacturing process, and the cooperation of different components of the joint is done so completely different. A union by rivet of the type of request, for which the matrix does not submit, according to a form of the embodiment (figures 13 to 15), no centering mandrel, is known, for example, by the South African patent application ZA-A-91 08340.

A través de las figuras 9 y 12 de esta última solicitud de patente citada, se observa, además, que durante el proceso de instalación del remache, el componente inferior que se apoya del lado del útil se abomba sensiblemente en forma de segmento esférico. No se utiliza, en este caso, matriz en sentido propio, es más, se trata de una deformación libre, en sí incontrolada. Ello tiene, igualmente, efectos directamente negativos en el proceso de instalación de remache, por el hecho de que no está asegurado que el remache penetre de forma centrada. Otros problemas de este tipo, que se relacionan con la instalación de un remache, están provocados por el aumento de la fuerza (espesor) del material de las placas a unir o por la utilización de materiales que tienen resistencias más elevadas. Durante la deformación libre, según este estado de la técnica, debido a la falta de apoyo durante la instalación del remache, no se obtiene una consolidación en frío ventajosa del material de la placa.Through figures 9 and 12 of the latter cited patent application, it is also observed that during the rivet installation process, the bottom component that is supports on the side of the tool bulges noticeably in the form of spherical segment In this case, matrix in the sense is not used own, moreover, it is a free deformation, itself uncontrolled This also has effects directly negatives in the rivet installation process, due to the fact that it is not guaranteed that the rivet will penetrate in a centered way. Other problems of this type, which are related to the installation of a rivet, they are caused by increased strength (thickness) of the material of the plates to be joined or by the use of materials that have higher resistance. During the free deformation, according to this state of the art, due to the lack of support during the installation of the rivet, it is not obtained an advantageous cold consolidation of the plate material.

La solicitud de Patente Europea 0129358 A2 renuncia completamente a un grabado en el útil que forma el soporte asociado.European Patent Application 0129358 A2 completely renounces an engraving on the tool that forms the support associated.

El procedimiento de remachado según la invención se describe a continuación y se ilustra en los dibujos adjuntos. La figura 2 ilustra la unión por remache producida según el procedimiento. La matriz 7, utilizada para la producción, se representa en la figura 3a. Las figuras 3b y 3c representan variantes de geometría de matriz 8, 9, que sirven para la producción de uniones por remache ligeramente modificadas.The riveting process according to the invention It is described below and illustrated in the accompanying drawings. The Figure 2 illustrates the rivet joint produced according to the process. Matrix 7, used for production, is represented in figure 3a. Figures 3b and 3c represent matrix geometry variants 8, 9, which are used for production of slightly modified rivet joints.

Según la figura 2, de manera en sí conocida, una placa de chapa superior y otra inferior 2, 3 están unidas entre sí con ayuda de un remache semihueco 4 (geometría en el estado inicial no mostrada, que corresponde, por ejemplo, a los documentos EP 0675774 B1 o DE 197 01 150 A1), realizándose la conexión mediante su espiga 5 de remache. La espiga 5 de remache atraviesa la placa de chapa superior 2, penetra en la placa de chapa inferior 3, es entonces deformada y recalca el material del componente de la placa de chapa inferior 3 en una matriz en forma de casquete esférico, no representada en esta memoria, de forma que se produce una cubeta 6 correspondiente en forma de casquete esférico, con un radio R. Se ha comprobado que, entonces, es ventajoso prever en la zona de transición, entre la cubeta 6 en forma de segmento esférico y el tramo de superficie no deformada de la placa de chapa inferior 3, una curvatura orientada en sentido inverso, y con un radio r. La profundidad de la cubeta 6 se designa por t. Si se respeta la relación W \cong \sqrt{R+r)^2 - (R-t- r)^2}(véase la figura 3a), se obtienen transiciones fluidas o tangenciales de los radios R, r entre sí, respectivamente, en la superficie, del lado de la matriz, de la placa de chapa.According to Figure 2, in a manner known per se, a upper and lower plate 2, 3 are joined together with the help of a semi-hollow rivet 4 (geometry in the initial state not shown, corresponding, for example, to EP documents 0675774 B1 or DE 197 01 150 A1), the connection being made through its 5 pin rivet. The rivet pin 5 crosses the plate of upper plate 2, penetrates the lower plate plate 3, is then deformed and highlights the material of the plate component of bottom plate 3 in a spherical cap-shaped matrix, not represented herein, so that a bucket 6 is produced corresponding in the form of a spherical cap, with a radius R. It has proven that, then, it is advantageous to provide in the area of transition, between cuvette 6 in the form of a spherical segment and the section of non-deformed surface of the bottom plate 3, a curvature oriented in the reverse direction, and with a radius r. The depth of cuvette 6 is designated by t. If the relation W \ cong \ sqrt {R + r) ^ 2 - (R-t- r) ^ 2} (see Figure 3a), fluid transitions are obtained or tangential of the radii R, r with each other, respectively, in the surface, on the matrix side, of the sheet metal plate.

Durante los ensayos realizados con remaches de estampado de acero, conocidos, para unir un material a base de acero DP 500 con un perfil extrudido de aluminio, se ha comprobado, que, para la cubeta 6 en forma de segmento esférico (e igualmente, por lo tanto, para las dimensiones de la cubeta 6 de la matriz) son convenientes las dimensiones siguientes: R, de 10 a 13 mm, y t, de 1,5 a 1,75 mm.During the tests carried out with rivets of steel stamping, known, for joining a steel-based material DP 500 with an extruded aluminum profile, it has been proven that, for cuvette 6 in the form of a spherical segment (and also by therefore, for the dimensions of the cuvette 6 of the matrix) are suitable the following dimensions: R, from 10 to 13 mm, and t, from 1.5 to 1.75 mm.

La geometría de matriz de la figura 3a, para producir una cubeta 6 en forma de segmento esférico, con un contorno correspondiente en la superficie del componente del lado de la matriz, conviene, en particular, para algunos materiales dúctiles que tienen un valor de \varepsilon < 10% (por ejemplo, el magnesio). La geometría de matriz según la figura 3b, por la que el pequeñísimo radio r = 0,5 mm sirve, más o menos, únicamente para romper las aristas, conviene, en particular para materiales producibles que tengan un valor de \varepsilon > 10% (por ejemplo, aluminio, con espesor de chapa > 1,5 mm). En la geometría de chapa de la figura 3c, el radio R se transforma, en primer lugar, en otro radio r_1, que, a su vez, desemboca en el radio r (por ejemplo, 0,5 mm). Esta geometría de matriz, que permite producir una cubeta 6 con mayor profundidad, conviene, en particular, para materiales más dúctiles (por ejemplo aluminio, con espesor de chapa < 1,5 mm).The matrix geometry of Figure 3a, for produce a cuvette 6 in the form of a spherical segment, with an outline corresponding on the component surface of the side of the matrix, in particular for some ductile materials that have a value of \ varepsilon <10% (for example, the magnesium). The matrix geometry according to Figure 3b, whereby the very small radius r = 0.5 mm serves, more or less, only to break the edges, it is convenient, in particular for materials Producible with a value of? 10% (per example, aluminum, with sheet thickness> 1.5 mm). In the sheet geometry of figure 3c, the radius R is transformed into first, on another radio r_1, which, in turn, leads to the radius r (for example, 0.5 mm). This matrix geometry, which allows to produce a bucket 6 with greater depth, it is convenient, in in particular, for more ductile materials (for example aluminum, with sheet thickness <1.5 mm).

En la referencia anterior a las figuras 3a a 3c, por material se entiende el material de la placa situado del lado de la matriz. Es evidente que el material de la placa situado del lado del punzón, colocado encima, puede ser idéntico o de otro tipo. Si es necesario, podría considerarse para ello, igualmente, un material sintético. El tipo de material de placa situado del lado del punzón no tiene, así, una importancia decisiva para la selección de la geometría de matriz y, por lo tanto, para el perfilado de la cubeta 6 producida.In the previous reference to Figures 3a to 3c, by material means the plate material located on the side of the matrix. It is evident that the plate material located from the side of the punch, placed on top, can be identical or otherwise. If necessary, it could also be considered a synthetic material. The type of plate material located on the side of the punch does not have, thus, a decisive importance for the selection of matrix geometry and therefore for the profiled of the cuvette 6 produced.

La invención no está limitada a la utilización de remaches semihuecos. Se pueden utilizar igualmente, por ejemplo, remaches de estampado cuya respectiva espiga de remache esté realizada, esencialmente, en forma de tubo cilíndrico continuo con o sin pared radial, tal como se describe, por ejemplo, en el documento DE 197 01 780 A1. Además, aparte de la conexión con remache por estampado, se puede prever, también, una conexión por pegado entre los componentes.The invention is not limited to the use of semi-round rivets They can also be used, for example, stamping rivets whose respective rivet pin is made essentially in the form of a continuous cylindrical tube with or without radial wall, as described, for example, in the document DE 197 01 780 A1. In addition, apart from the connection with stamping rivet, a connection can also be provided stuck between the components.

Claims

1. Procedure for producing a rivet joint, in which a rivet (4) acts at a junction point on components (2, 3) to be joined, exerts pressure on them in a cuvette (6) of a matrix ( 7, 8, 9), without crossing, then, the component (3) that rests on the matrix (7, 8, 9), and deforming the components (2, 3) so that between the rivet (4) and the components (2, 3) to be joined form a connection by shape adjustment, characterized by the use of a matrix (7, 8, 9) having a cuvette (6) with a cross section substantially in the form of a spherical segment.

2. Method according to claim 1, characterized by the use of a matrix (7, 8, 9), whereby an opposite cut (radius = r) is connected to the cuvette (6) in the form of a spherical segment.

3. Method according to claim 2, characterized by the ratio W \ cong \ sqrt {(R + r) ^ 2 - (Rtr) ^ 2}, in which t designates the depth of the cuvette (6).

4. Method according to claim 2, characterized in that a matrix (9) is used in which the radius R_1, which sensibly determines the cuvette (6) in the form of a spherical segment, connects a radius r_1, of curvature oriented in the same address, which then becomes the radius r.

5. Method according to claim 1, characterized by the use of a semi-hollow rivet (4) for the production of the rivet joint.

Method according to claim 1, characterized by the use of a hollow rivet, with or without a radial wall, for the production of the rivet joint.