JP2000511470A

JP2000511470A - Press joining method and apparatus for joining metal sheet parts

Info

Publication number: JP2000511470A
Application number: JP10542363A
Authority: JP
Inventors: リービツヒ，ハンス―ペテル; ボベル，イアン; ヤコブゼン，イエンス; クユーネ，テイム
Original assignee: エツコルト、ゲーエムベーハー、ウント、コンパニー、カーゲー
Priority date: 1997-04-05
Filing date: 1998-04-03
Publication date: 2000-09-05
Also published as: EP0934132B1; ES2179494T3; CN1222872A; RU99100054A; ATE219708T1; DE59804575D1; CA2257251A1; PT934132E; DK0934132T3; EP0934132A1; WO1998045065A1; DE19714129A1

Abstract

(57)【要約】本発明は、パンチとダイス型とにより、接合部位において金属シート部品の材料部分が局部的に変位せしめられ、金属シートの面に対して垂直方向の押縮の結果として材料が流動したとき接合される、接合作動により重ねられた金属シート部品を結合するプレス接合方法に関する。加工硬化に対し特別な傾向を持つ材料又は予め硬化せしめられた材料の何れの場合においても十分に強力な接合を生成するために、接合作動中、接合部位を囲む金属シート部品は、パンチの作用方向と反対の方向には如何なる材料の流動をも阻止するのに十分な押圧力で、ダイス型板上に押し付けられるようになされている。 (57) [Summary] The present invention relates to a punch and a die, in which a material portion of a metal sheet component is locally displaced at a joint portion, and as a result of compression in a direction perpendicular to the surface of the metal sheet, The present invention relates to a press joining method for joining metal sheet parts stacked by a joining operation, which are joined together when flowing. During the joining operation, the metal sheet part surrounding the joint is subjected to the action of a punch in order to produce a sufficiently strong joint, either in the case of materials with a special tendency to work hardening or in materials which have been pre-hardened. It is adapted to be pressed onto the die template in a direction opposite to the direction with a pressing force sufficient to prevent the flow of any material.

Description

【発明の詳細な説明】金属シート部品を結合するためのプレス接合方法及び装置本発明は、請求の範囲１の前文に記載の特徴によるプレス接合方法及び請求の範囲９の前文に記載の特徴による前記方法を実施するための装置に関する。欧州特許第３３００６１号は、重ねられた二枚以上の平らな金属シート部品をプレス接合する方法と装置を開示しており、そこではパンチとダイス型から成る工具が使用され、ダイス型は中央の金敷と、該金敷の加工面に対し垂直方向に突出していて押縮中好ましくは側方へ移動し且つ中で接合が行われる型キャビティーを限定し得るダイス型片とを有している。公知のプレス接合の場合には、結合されるべき金属シート部品は、任意の接合部位で同時に変位せしめられた後、材料の側方への流動の結果としてコップ状接合要素の形での金属シート部品相互の確実且つ強制嵌合の着座状態が生成されるような圧力を加えながら加熱することなしに押縮される。ダイス型の作用面直下の接合部位にある材料部分は、この場合、先ず最初に変位せしめられる。この目的のために、金属シート材料は金属シート部品の平面から変位せしめられ、接合部の基部厚さは全体の最初の金属シート厚さに略対応して生成される。更なるプレス接合中、上記接合要素のコップの底部はパンチの作用面と金敷との間で締結され、徐々に上昇するパンチ力により、底部領域における半径方向への材料の流動を伴う押縮作用所謂スプレーディング(spreading)が行われる。金属シートの底部の厚さは、スプレーディングにより必要な結合を生成するために必要とされる金属シートの最初の厚さに対し、押縮により減らされる。押縮作用中接合要素のコップの底は大部分が残りの材料へ結合しないままになるか又は少なくとも結合力が低下するので、この押縮作用を容易にするため、結合されるべき金属シート部品は接合部位において部分的に変位方向へ切り込まれてもよい。しかし、コップ部分は接合時にプレス接合強度が低下し、且つ接合がガス密でなくて部分的に切り込まれることなしに生成される接合要素が提供されるようになると云うことは、不利である。主にオーステナイトの基本構造を持つステンレス鋼から成る金属シート部品の場合には、金属シート部品のプレス接合を利用することは今まで経済的に可能ではなかった。このことは、例えば連続変形工程において特に加工が難しいと言われているその他の金属、例えば高合金ステンレス鋼，チタン，又は予め硬化せしめられた金属例えば高強度鋼の場合には、真実である。ここで、金属成形による接合のための材料に誘発される加工力は、接合工具の荷重限界以上であるか又は新しい接合作動後すぐに接合工具を駄目にしてしまう。しかし、使用される加工力が小さ過ぎると、接合力が不十分である。更に、可能な最大の冷却押縮加工でも、接合要素の不十分な結合が達成されるに過ぎないと云うことが分かっている。従って、金属シート材料の如きもののプレス接合は結局のところシート金属部品の切り込みによって達成される場合に可能であるに過ぎず、これに関連した不利益を犠牲にしても、切り込みにより達成される加工力の低下が工具寿命の顕著な増大を導くことはない。従って、本発明の第一の目的は、加工硬化に対する特別な傾向を持つ材料又は予め硬化せしめられた材料から成る接合されるべき部品の場合でも十分に強力な接合が生成され得る、冒頭に述べた一般形式のプレス接合方法を提供することにある。本発明の第二の目的は、この方法を実施するための装置を提供することにある。上記第一の目的は、請求の範囲１の特徴部分に記載の諸特徴により達成される。上記第二の目的は、請求の範囲９の特徴部分に記載の諸特徴により達成される。この手段により、小さい接合力の適用で有効な結合が達成される方法が提供される。これは、特に、加工硬化に対する特別な傾向を持つ材料に適用される。この範囲に適用されなければならない接合力は、工具がこの機械的荷重に耐え得るように低下せしめられる。本発明によれば、特に激しく加工硬化する金属シート材料の場合に、材料が押圧応力の下で動きだしてパンチの作用方向とは反対の方向に流動すると云う事実によって、スプレーディングが一層難しくされると云うことが確認された。接合作動中接合されるべき部品を押圧することにより、この反対方向への流動は阻止され、金属シート材料はこの方法で開始されるスプレーディングにより強制されて、ダイス型の作用範囲において結合接合要素を形成するようになる。従って、加工硬化に対し特別な傾向を持つ材料の場合には、この方法は以前には達成されなかった良好な結合をももたらす。接合部位の周囲にある金属シート部品は、接合されるべき材料がパンチの作用方向とは反対の方向には最早流動し得ないような仕方において支持体（ここではダイス型）上に材料を押し付けるのと同様の大きさの力でダイス型に押し付けられるので、適用される押縮力がこの押縮工程の初期において有効な結合が形成されるように使用される情況が特別に達成される。その結果、工具を大事にしながら接合部位における必要な程度の変形が小さい力の適用で起こる場合でさえも、十分に強い接合が有利な方法でもたらされる。従って、一つの接合工具で遂行し得る多数の接合が相当増えるので、特にプレス接合が一層経済的となる。接合部位の周囲の金属シート部品に作用する押圧力は、接合作動中に接合される部品材料の反対方向への流動力よりも大きくなければならない受動性の力である。本発明によれば、好ましくは押圧力が接合作用中金属シート部品がパンチを取り囲んだ領域に隙間を作らない程度に少なくとも大きいようにセットされた場合には、その押圧力は材料の反対方向への流動力以上であると云うことが確認された。更に、例えば平坦な金属シート部品に対する押圧力の好適値は、接合部品を取り除くか又は変位中に接合部品が曲げられるのを防止するためにのみ必要とされる力の約五倍乃至八倍である。又、押圧力は、適用されたその押圧力が金属シートに後に何の影響も残さず且つダイス型の型片が押縮中に側方へ移動し得るような大きさの接合部位の周りの有効接触領域に、適用されるのが好ましい。それ故、押圧力の作用面は十分に大きくて、結果として生じる圧力荷重が接合されるべき締結部品に塑性変形をもたらすことがないようにされており、且つ接合が不完全になり易い部位においてなされ得るようにするために、可能な限り小さく大きさが定められ得る。金属シート部品が周囲温度又は工具温度以上に上昇した温度で接合される場合、金属成形は更に改良され得ると云うことが分かった。即ち、この場合、１０℃ 乃至５０℃の温度差は接合力が同じでも接合の荷重容量に改良がもたらされ、また周囲温度で生成された接合要素の場合と同じ荷重容量の場合、接合力は１５％まで減らされ得る。その一つの理由は、特にオーステナイト系の金属シート材料の場合に発生するような加工硬化の減少にある。本発明によるプレス接合装置を用いれば、パンチと金敷の塑性変形なしに又は工具基体の破損を生ぜしめることなしに、プレス接合されるべき加工硬化の明白な傾向をもつ金属シート材料に対しても、上記のことは可能である。この場合、亀裂は抑制されるので、パンチとダイス型のモジュール構造は一層大きく荷重を加えられるべき工具セットを可能にする。その結果、工具セットはより高い接合圧力を吸収することが出来る。パンチ及び金敷用の好適な高強度材料は硬い金属と高強度セラミックである。パンチと金敷を応力に対して適当なように支持するために、これらは平らな支持板上に夫々支持されるのが良い。金敷面は、シート金属から成る底部の厚さがシート金属と同じである改良された結合が達成されるように、婉曲な平たい面取り状の材料の流動に適する形状を有するのが好ましい。同時に、かかる面取り部は端縁に作用する圧力を和らげ、その結果使用寿命が増大される。パンチと金敷ピンの作用面は星形の研摩パターンを持つのが良く、その結果使用寿命は更に増大し、材料の流動状態が改良される。本発明の更なる工夫は以下の説明と従属の請求の範囲から取得されるべきである。本発明は添付図面に示された例示的実施例を参照して以下に詳細に説明されるであろう。図１はプレス接合装置の第一実施例の一部破断概略側面図を示す、図２はプレス接合装置の別の実施例による押圧要素を備えたダイス型の一部破断側面図を示す、図３は図２によるパンチの作用面の平面図を示す、図４はプレス接合装置の別の実施例による金敷の側面図を示す、図５は図４による金敷ピンの作用面の平面図を示す、図６，７及び８は図４の鎖線円で印した領域の別の実施例の拡大側面図である、図９ａは図１による装置を使用して生成されるプレス接合要素を部分断面で示す、図９ｂは図９ａにおけるのと同じ接合要素底部厚を与える押圧要素のない装置を使用して生成されるプレス接合要素を部分断面で示す、図１０ａは図９ａによって生成されるプレス接合要素を示す、図１０ｂは図９ａ，９ｂ及び１０ａにおけるよりは大きい接合力の結果として生成される接合要素底部厚を与える押圧要素のない装置を使用して生成されるプレス接合要素を部分断面で示す。図１はプレス接合工具ホルダー３，４に夫々配置されたパンチ１及びダイス型２を有する工具セットを含むプレス接合装置の第一実施例を示している。ダイス型２の中央部には、ダイス型２内のプレス接合用型キャビティー７の押縮用テーブル６（金敷加工面）を頂部に形成した金敷５がある。プレス接合用型キャビティー７は、押縮作動中に側方へ移動し得る型片８，９の形式で押縮用テーブル６に対して垂直方向に突出したダイス型要素によって材料の変位量を制限している。型片８，９は、各頂部に、接合されるべき金属シート部品１２，１３のためのダイス型台１０，１１を付加的に形成している。各接合作動に追従して動きだした型片８，９がもう一度戻ってダイス型２を閉じることが出来るようにするため、二つの復元スプリング４２，４３が一つのスプリングキャップに組み込まれるのが好ましい。ダイス型２は締結ねじ１４により工具ホルダー４に固定することができる。パンチ１はパンチ作用面１６を持ったパンチピン１５を有しており、このパンチピン１５はプレス接合作動のための選択可能なプレス接合用型キャビティー７内に突入するようになっている。この接合作動中、パンチ作用面１６の真下の接合部位に在る金属シート部品１２，１３の材料部分が先ず変位せしめられる、即ち、生成される接合底部１７（図９ａ及び１０ａ参照）が金敷５上に休止してスプレーディングにより押縮せしめられるまで金属シート部品１２，１３の面から外へ変位せしめられる。パンチ１は押圧要素１８により包囲されており、この押圧要素１８は接合部位の周囲の金属シート部品１２，１３即ちパンチ作用面１６に隣接した金属シート部品１２，１３に力を加えることを可能にする。この目的のために、押圧要素１８はダイス型作用面１６の周囲の金属シート部品１２，１３をダイス型台１０，１１に押し付ける。従って、押圧要素１８は材料の反対方向への流動力に対抗する作用を及ぼすように意図されている。加えられる押圧力のレベルは制御可能である。この制御は接合力の適用とは切り離されてもよいし、接合力と連動して行われてもよい。押圧要素に力を加えるためにスプリング要素１９，２０を設けるのが好ましい。更に、押圧要素１８はスプリング要素１９，２０を介してパンチ１の工具ホルダー３により案内されるのが好ましい。この案内は単純な仕方で接合作動中押圧要素１８による力の適用を増大させることを可能にする。この目的のために、押圧要素１８には、スプリング要素１９，２０を圧縮して押圧力を増大させながら、パンチ１が作用する作用面２１を設けるのが好ましい。押圧要素１８は圧力板として設計されるのが好ましく、且つ接合作業の終了時に取り除き要素としても使用できる。押圧要素に力を加えるために、圧力を生成するためスプリング以外の他の圧力伝達手段を使用することも可能である。更に、押圧要素１８をパンチによって案内させることは必要ではない。押圧要素１８が外部の案内装置と外部の駆動装置によりその機能を遂行させるようにすることも可能である。押圧要素１８の作用面２１は、合成圧力荷重が接合されるべき金属シート部品１２，１３の表面を塑性変形させることのない十分に大きい寸法を有し、またダイス型２の型片８，９は接合作動中に開けるようにすることも出来る。パンチ１とダイス型２はモジュール的に構成されるのが好ましい。この目的のために、パンチ１はその下端にパンチ作用面が構成されていて基体３２内へ圧入されたパンチピン１５を含み、基体２３は貫通孔２４を有するのが好ましい。このモジュール構造はパンチピン１５と基体２３とに異なった材料を使用することを可能にする。パンチピン１５は特に相対的に高硬度で高強度の第一の材料から成るのが良く、好適材料は硬い金属と高強度セラミックである。基体２３は硬さは低いが例えば第一の材料よりも柔らかい第二の材料から成るのが良い。第二の材料としては熱処理された工具鋼が好ましい。パンチ作用面１６とは反対側の端面は板２５上に支持されるのが好ましく、この板２５はパンチピン１５と同じ材料から成っていて、プレス（図示せず）の工具ホルダー３内に支持される。板２５の横寸法は、工具ホルダー３に作用する荷重が破砕の危険なしに工具ホルダーにより吸収され得るように、選定される。パンチ１は締結ねじ２６により工具ホルダー３に固定することが出来る。ダイス型２はパンチ１と同様に対応してモジュール的に構成される。金敷５は第一の材料特に例えば硬い金属又は高強度セラミックのような相対的に高硬度又は相対的に強度の大きい材料から成る金敷ピン２２により形成される。この金敷ピン２２は貫通孔２９を有するより柔らかい材料から成る基体２７内に圧入されている。対をなす材料はパンチの場合のように選定され得る金敷５も板２８を介して工具ホルダー４上に支持され得る。板２８はパンチ１の板２５に対応して設計することが出来る。図２はパンチピン１５を有するモジュール設計のパンチ１を示しており、パンチピン１５にはパンチ作用面１６が形成されていて、基体２３内に圧入され、且つ基板上に支持されている。部分円周溝３０は工具の迅速交換と工具ホルダーへのパンチ１の固定用に使用される。図１の実施例の場合におけるように、パンチの作用端はスプリング１９，２０を介して基体２３上に支持された押圧要素１８により包囲されている。出来るだけ近接してはいるが摺動嵌合するようにパンチ１を包囲する押圧要素１８とスプリング１９，２０とを介して、本発明による押圧力が先ず加えられて、金属シート材料がパンチ１の近辺で強固に締結されるように押圧要素１８をダイス型に強力に押し付け、そしてパンチ側の金属シート材料が押縮工程中上方へ流動するのを即ちパンチ１の作用方向とは反対の方向へ流動するのを阻止する。変位開始前に金属シートをダイス型台上に押し付けて、変位中金属シートが湾曲することを全く心配する必要がないようにすることが可能である。図２による押圧要素１８は、押圧要素１８の作用面２１が連続面である点で図１の押圧要素とは異なる。図４は基体２７内に圧入されて基板２８上に支持された、金敷５と関連するダイス型２を示している。基体２７はパンチ１に体面する側に、金敷５上にスプリングで予圧されて静止して金敷の作用面６と共にダイス型キャビティーを限定する（図示しない）ダイス型要素を支持する、傾斜面３２を有している。金敷５及び／又はパンチピン１５が高い圧力荷重で端縁において破砕する危険を防止するため、図６乃至８に示した如き横断面形状が有用である。即ち丸い（図６），平らに傾斜せしめられた（図７）又は山形に傾斜せしめられた（図８）婉曲な面取り部３１が設けられている。この面取り部は材料の流動をも促進する。パンチ１及び／又は金敷５の対抗作用面１６，６には、接合されるべき材料の流動を促進する図３及び５に星型研摩パターンとして見ることが出来る如き表面仕上げが施されている。図１に示された装置の場合の作用面１６及び６は対応して設計されても良い。重ねられた金属シート部品１２，１３を結合するためのプレス接合方法は、パンチ１とダイス型２により接合部位において金属シート部品１２，１３の材料が局部的に変位せしめられて、金属シートの面に対し垂直に押縮される結果材料が流動して接合される接合作用を含んでいる。この接合作動中、接合部位を囲む金属シート部品１２，１３は、パンチ１の作用方向とは反対方向の如何なる材料の流動も阻止すのに十分な押圧力で、ダイス型２に押し付けられる。押圧力は全接合作動中一定に保持され得る。さもなければ、この押圧力は、少なくとも押縮中は反対方向への流動力を越える押圧力が接合部位を取り囲む領域に作用するが、その前には、該押圧力が低下するように選定され得るようにするため、接合作動中は増大せしめられ得る。金属シート部品１２，１３は、材料の反対方向への流動が阻止されるような押圧力で特定されるべく、基本的には一定の力で押圧される。これは、特に加工硬化に対して特殊な傾向を持つ材料又は事前に硬化せしめられた材料に適用される。押圧力は、特に、接合作動中金属シート材料１２，１３がパンチ１を取り囲む領域に隙間を作らないように、即ち金属シート部品１２，１３が互いに平らに重なるように選定される。更に、平らで均一な金属シート部品に対する押圧力は、接合部品が変位過程で湾曲するのを防止することにのみに必要な力の五倍乃至八倍であるように、選定され得る。接合要素の径が５mmの場合に適用される力に対する例示的な基準値は、例えばオーステナイト系のステンレス鋼シートが接合される場合には、３０００Ｎである。この場合、押圧力は、使用されるべき押圧力が後で金属シート部品に何の影響も残さず且つダイス型が側方に開くことが出来るような接合部位の周りの大きさの有効接触領域に、加えられるのが好ましい。更に、金属シート部品１２，１３の温度は周囲温度よりも高く上昇せしめられ得る。周囲温度よりも１０℃乃至５０℃高い温度が参考までに与えられる。図９ａは上述のプレス接合装置を用いて生成した接合部を例示しており、接合作動中押圧要素１８に作用する押圧力は矢印と符号Ｆで示されている。特に加工硬化する材料から成り且つ何れの場合も約１mmの初期シート厚を有する金属シート部品１２，１３は、その底部１７が全体の初期厚を減らしながらパンチの作用面１６と型キャビティー７内に在る金敷の押縮用テーブル６との間で押縮された接合要素により係合連結される。スプレーディング３３は材料の流動の結果形成され、そのために型片８，９は外方へ移動せしめられる。その結果、完全な係合状態の接合部が得られる。接合作業の終わりには、金属シート部品１２，１３はパンチを取り囲む領域に隙間がなく、これらの金属シート部品は隙間なく互いに平らに重合する。これに対して、図９ｂは押圧要素なしでパンチ１とダイス型２によるパンチ組立体による接合部を示している。同じ底部厚を達成す場合即ち略等しい接合力の場合には、有効な係合は未だ達成されない。図１０ａ及び１０ｂは本発明方法を更に明瞭にするのに役立つ。図１０ａの接合部は図９ａに示した接合部に対応している。図１０ｂの接合部は、より大きな接合力が用いられて接合底部１７のより高い押縮度がもたらされた点で、図９ｂの接合部とは異なる。この方法で達成されるスプレーディング３４は未だ十分な係合を示していない。図９ａ，９ｂ及び１０ａ，１０ｂは、有効な係合が低押縮率で既に達成されるので、本発明方法は小さい接合力の使用を可能にしていると云うことを明らかにしている。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Press joining method and apparatus for joining metal sheet parts SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a press joining method and a method according to the preamble of claim 1. An apparatus for performing the method according to the features set forth in the preamble of Range 9. EP 330061 describes two or more superposed flat metal sheet parts. Discloses a method and apparatus for press bonding, which consists of a punch and a die A tool is used, and the die is projected in the center of the anvil and perpendicular to the machined surface of the anvil. The mold cavity that is out and moves during compression, preferably laterally, and where the joining takes place And a die-shaped piece that can limit the In the case of known press joining, the metal sheet parts to be joined After being displaced simultaneously at the site, the cup-shaped contact occurs as a result of the lateral flow of material. A secure and force-fit seating state between the metal sheet parts in the form of mating elements is created It is compressed without heating while applying such pressure. Directly below the working surface of the die In this case, the material part at the joining site is first displaced. This eye For the purpose, the sheet metal material is displaced from the plane of the sheet metal part and The base thickness of the part is generated substantially corresponding to the overall initial metal sheet thickness. Further steps During the less joining, the bottom of the cup of the above joining element is fastened between the working surface of the punch and the anvil And the gradually increasing punch force causes a radial flow of material in the bottom region. A so-called spraying action with a compressive action with movement is performed. Metal sheet of The bottom thickness is needed to produce the required bond by spraying The initial thickness of the metal sheet is reduced by crimping. During the crimping action, the bottom of the joining element cup remains largely unbound to the rest of the material. Or, at least, the binding force is reduced. The metal sheet parts to be joined are partially cut in the direction of displacement at the joint You may. However, in the cup part, the press bonding strength decreases during bonding, and the bonding A joining element is provided that is not gas tight and is produced without partial incision. It is disadvantageous to be able to. Mainly has the basic structure of austenite For metal sheet parts made of stainless steel, press joining of metal sheet parts Taking advantage of has not been economically feasible until now. This means, for example, that Other metals that are said to be particularly difficult to machine in the forming process, such as high alloy For stainless steel, titanium, or pre-hardened metals such as high strength steel Is true. Here, the working force induced by the material for joining by metal forming is Use of the welding tool immediately after the new welding operation or when the welding tool exceeds the load limit I will. However, when the working force used is too small, the joining force is insufficient. In addition, Even the best cooling and crimping work can only achieve a poor connection of the joining elements I know that. Therefore, press joining such as metal sheet material After all, it is possible if achieved by notching sheet metal parts And the processing achieved by the cut, at the expense of the disadvantages associated therewith. The reduction in force does not lead to a significant increase in tool life. Accordingly, a first object of the present invention is to provide a material or a material having a special tendency to work hardening. Sufficiently strong even for parts to be joined made of pre-cured material To provide a press joining method of the general type mentioned at the outset, in which the joint can be produced is there. A second object of the present invention is to provide an apparatus for performing this method. . The first object is achieved by the features described in the characterizing part of Claim 1. . The second object is achieved by the features described in the characterizing part of claim 9. . By this means, a method is provided in which an effective connection is achieved with the application of a low joining force. It is. This applies in particular to materials that have a special tendency towards work hardening. This The joining force that must be applied in the range of is that the tool can withstand this mechanical load It is lowered as follows. According to the present invention, especially in the case of a metal sheet material which hardly hardens, the material is pressed. The fact that it starts moving under pressure stress and flows in the direction opposite to the direction of action of the punch It has been confirmed that this makes spraying more difficult. Joining By pressing the parts to be joined during operation, this reverse flow is prevented Metal sheet material is forced by spraying initiated in this way As a result, a bonding joint element is formed in the working range of the die. Therefore, For materials that have a special tendency to work hardening, this method has previously been achieved. It also provides good bonding that was not present. The metal sheet parts around the joint are made by the action of the punch In such a way that it can no longer flow in the opposite direction, Die die) is pressed against the die with the same magnitude of force as pressing the material on the die. As a result, the applied compression force forms an effective bond early in the compression process. The circumstances used to be specially achieved. As a result, take care of the tools Even when the required degree of deformation at the joint site occurs with the application of small forces, A sufficiently strong bond is provided in an advantageous manner. Therefore, it can be performed with one joining tool In particular, press joining becomes more economical, since the number of joints obtained is considerably increased. The pressing force acting on the metal sheet parts around the joint is Passive force, which must be greater than the opposing flow force of the component material You. According to the invention, preferably, the pressing force is applied by the metal sheet part during the joining operation. If the area is set at least large enough not to create a gap in the surrounding area In that case, it was confirmed that the pressing force was more than the flow force of the material in the opposite direction. Was. Furthermore, for example, the preferred value of the pressing force for a flat metal sheet Required only to remove or prevent the joint part from bending during displacement. About five to eight times the force of The pressing force is such that the applied pressing force does not leave any influence on the metal sheet later. Around the joint, which is large enough to allow the dies to move laterally during compression. It is preferably applied to the effective contact area. Therefore, the working surface of the pressing force is sufficiently large. The resulting pressure load causes plastic deformation of the fasteners to be joined In places where joining is likely to be incomplete. In order to be able to do so, it can be sized as small as possible. When metal sheet parts are joined at elevated temperatures above ambient or tool temperature It has been found that metal forming can be further improved. That is, in this case, 10 ° C. A temperature difference of ~ 50 ° C results in an improvement in the load capacity of the joint, even with the same joining force. 15% for the same load capacity as for a joint element generated at ambient temperature Ma Can be reduced by One of the reasons is that austenitic metal sheet materials In the reduction of work hardening as may occur in some cases. With the press joining device according to the present invention, without plastic deformation of the punch and anvil or Evidence of work hardening to be press-bonded without causing breakage of the tool base The above is also possible for a metal sheet material having such a tendency. in this case, Since cracks are suppressed, the punch and die-type module structure bears a larger load. Enables a tool set to be added. As a result, the tool set has a higher joining Can absorb pressure. Suitable high strength materials for punches and anvils are hard metals and high strength ceramics. In order to properly support the punches and anvils against stress, they should be flat supports. It is good that each is supported on a holding plate. Anvil surface is improved, the bottom thickness made of sheet metal is the same as sheet metal Shape that is suitable for the flow of euphemous flat chamfered material so that It is preferred to have. At the same time, the chamfer relieves the pressure acting on the edges, As a result, the service life is increased. The working surface of the punch and anvil pin should have a star-shaped polishing pattern, and as a result The service life is further increased and the flow state of the material is improved. Further refinements of the invention should be taken from the following description and the dependent claims. You. The present invention will be described in detail below with reference to exemplary embodiments illustrated in the accompanying drawings. Will. FIG. 1 shows a partially cut-away schematic side view of a first embodiment of a press joining apparatus. FIG. 2 shows a partially broken die having a pressing element according to another embodiment of the press bonding apparatus. Show a cutaway view, FIG. 3 shows a plan view of the working surface of the punch according to FIG. 2, FIG. 4 shows a side view of an anvil according to another embodiment of the press joining apparatus. 5 shows a plan view of the working surface of the anvil pin according to FIG. 4, FIGS. 6, 7 and 8 are enlarged side views of another embodiment of the area marked by the dashed circle in FIG. , FIG. 9a shows, in partial section, a press-joining element produced using the apparatus according to FIG. You FIG. 9b shows a device without pressing elements giving the same joint element bottom thickness as in FIG. 9a. Shows in a partial cross section a press-joining element produced using FIG. 10a shows the press joining element produced by FIG. 9a, FIG. 10b shows that as a result of the larger bonding force than in FIGS. 9a, 9b and 10a. Produced using a device without pressing elements to give the resulting joint element bottom thickness The loess joining element is shown in partial section. FIG. 1 shows a punch 1 and a die which are respectively arranged in press joining tool holders 3 and 4. 1 shows a first embodiment of a press joining apparatus including a tool set having a 2; At the center of the die 2, the pressing die cavity 7 in the die 2 is pressed. There is an anvil 5 in which a shrinking table 6 (an anvil processing surface) is formed on the top. Press joining mold The cavity 7 is provided in the form of dies 8, 9 which can move laterally during the compression operation. The amount of material displacement is limited by a die-shaped element that projects perpendicular to the cable 6. are doing. The mold pieces 8, 9 are provided on each top with metal sheet parts 12, 13 to be joined. Die tables 10 and 11 are additionally formed. Following each joining operation Moved mold pieces 8, 9 can return to close die mold 2 again For this purpose, two restoration springs 42 and 43 are assembled in one spring cap. Preferably, it is inserted. Die die 2 is fixed to tool holder 4 with fastening screw 14 can do. The punch 1 has a punch pin 15 having a punch working surface 16. The chippin 15 is provided with a selectable press-joining mold cavity 7 for press-joining operation. It is designed to rush inside. During this joining operation, the joining just below the punch action surface 16 is performed. The material portions of the metal sheet parts 12 and 13 located at the joint portion are first displaced. The resulting joint bottom 17 (see FIGS. 9a and 10a) rests on the anvil 5 and slides. From the surface of the metal sheet parts 12 and 13 until compressed by plating It is displaced outside. The punch 1 is surrounded by a pressing element 18, which is Metal sheet parts 12, 13 around the metal sheet adjacent to the punch working surface 16 It is possible to apply a force to the parts 12,13. For this purpose, the pressing element 1 8, the metal sheet parts 12, 13 around the die-type working surface 16 Press on 11. Accordingly, the pressing element 18 opposes the flow force of the material in the opposite direction. It is intended to have a certain effect. The level of applied pressure is controllable is there. This control may be separated from the application of the bonding force or performed in conjunction with the bonding force. May be. Preferably, spring elements 19, 20 are provided for applying a force to the pressing element. . Further, the pressing element 18 is actuated by a tool holder of the punch 1 via spring elements 19 and 20. It is preferably guided by a dagger 3. This guide is pressed in a simple manner during the joining operation This makes it possible to increase the application of force by the element 18. For this purpose, press The pressure element 18 is compressed while compressing the spring elements 19 and 20 to increase the pressing force. It is preferable to provide a working surface 21 on which the punch 1 acts. The pressing element 18 is a pressure plate It is preferred to be designed as Can be used. Other pressures other than springs to generate pressure to apply force to the pressing element It is also possible to use transmission means. Further, the pressing element 18 is designed by a punch. It is not necessary to bring it inside. The pressing element 18 has an external guiding device and an external driving device It is also possible to perform the function by using. The working surface 21 of the pressing element 18 is a metal sheet part to which the combined pressure load is to be joined. It has dimensions large enough not to plastically deform the surfaces of 12, 13; The mold pieces 8, 9 of the chair mold 2 can be opened during the joining operation. The punch 1 and the die 2 are preferably configured in a modular manner. For this purpose For this purpose, the punch 1 has a punch working surface formed at its lower end, and is pressed into the base 32. It is preferable that the base 23 has a through hole 24. This Uses different materials for punch pin 15 and base 23 Enable. The punch pin 15 is made of a first material having a relatively high hardness and high strength. The preferred materials are hard metals and high strength ceramics. The substrate 23 is hard May be made of a second material that is low but softer than the first material, for example. Second Heat-treated tool steel is preferred as the material. The end face opposite to the punching face 16 is preferably supported on a plate 25, The plate 25 is made of the same material as the punch pin 15 and is formed by a press (not shown). It is supported in the tool holder 3. The lateral dimension of the plate 25 depends on the load acting on the tool holder 3. The weight is selected so that the weight can be absorbed by the tool holder without the risk of crushing. Pa The punch 1 can be fixed to the tool holder 3 by fastening screws 26. The die 2 is configured in a modular manner correspondingly to the punch 1. Anvil 5 The first material, especially a relatively high hardness or hard material such as a hard metal or high strength ceramic Is formed by an anvil pin 22 made of a material having relatively high strength. This anvil The pin 22 is pressed into a base 27 made of a softer material having a through hole 29. ing. The pair of materials can be selected as in the case of a punch. And can be supported on the tool holder 4. The plate 28 is provided corresponding to the plate 25 of the punch 1. Can be measured. FIG. 2 shows a punch 1 of modular design with punch pins 15 and A punch action surface 16 is formed on the chippin 15 and is pressed into the base 23 and Supported on one substrate. Partial circumferential groove 30 for quick tool change and tool holder Is used for fixing the punch 1. As in the case of the embodiment of FIG. Of the pressing element 18 supported on the base 23 via springs 19 and 20 Surrounded by Punch as close as possible but slide fit 1 through a pressing element 18 and springs 19, 20 surrounding the pressing element 1 according to the invention. Pressure is first applied and the metal sheet material is firmly fastened near punch 1. The pressing element 18 is strongly pressed against the die, and the metal sheet material on the punch side is pressed. The material flows upward during the compression process, that is, in the direction opposite to the working direction of the punch 1. Prevent movement. Before starting the displacement, press the metal sheet on the die It is possible to eliminate the need to worry about the bending of the metal sheet during positioning It is. The pressing element 18 according to FIG. 2 is illustrated in that the working surface 21 of the pressing element 18 is a continuous surface. Different from one pressing element. FIG. 4 shows a die associated with the anvil 5 pressed into the base 27 and supported on the substrate 28. The chair type 2 is shown. The base 27 is split on the anvil 5 on the side facing the punch 1. The die cavity is limited by the pre-loading with the working surface 6 of the anvil. A die (not shown). Risk of the anvil 5 and / or punch pin 15 breaking at the edges under high pressure loads In order to prevent this, a cross-sectional shape as shown in FIGS. 6 to 8 is useful. That is, round ( (Fig. 6), flat inclined (Fig. 7) or angled (Fig. 8) An euphemistic chamfer 31 is provided. This chamfer also promotes material flow . The opposing surfaces 16, 6 of the punch 1 and / or the anvil 5 are provided with the material to be joined. Surfaces that can be seen as star-shaped polishing patterns in FIGS. 3 and 5 that promote flow Finish is given. Working surfaces 16 and 6 in the case of the device shown in FIG. May be designed. The press joining method for joining the superposed metal sheet parts 12 and 13 includes The material of the metal sheet parts 12 and 13 is changed at the joining site by the punch 1 and the die 2. The material is locally displaced and pressed perpendicular to the surface of the metal sheet, Includes the joining action of flowing and joining. During this joining operation, the gold surrounding the joint The metal sheet parts 12 and 13 are made of any material in a direction opposite to the working direction of the punch 1. It is pressed against the die 2 with sufficient pressing force to also prevent flow. The pressing force can be kept constant during the entire joining operation. Otherwise, this pressure is low. At least during compression, the area surrounding the joint area where the pressing force exceeds the flow force in the opposite direction But before that the pressure can be selected to be reduced Therefore, it can be increased during the joining operation. The metal sheet parts 12, 13 are pressed so that the flow of the material in the opposite direction is prevented. To be specified by pressure, it is basically pressed with a constant force. This is especially true Applies to materials that have a special tendency to chemical or pre-cured . The pressing force is, in particular, that the metal sheet material 12, 13 surrounds the punch 1 during the joining operation. No gaps are created in the area, i.e. the metal sheet parts 12, 13 lie flat against each other. Is chosen to be In addition, the pressing force on the flat and uniform sheet metal part is such that the Selected to be five to eight times the force required only to prevent bending Can be done. An exemplary reference value for the force applied when the diameter of the joining element is 5 mm is , For example, when an austenitic stainless steel sheet is bonded, 3000 N. In this case, the pressing force depends on the pressing force to be used, Size around the joint where the die can open sideways without leaving any Is preferably added to the effective contact area. Furthermore, the temperature of the metal sheet parts 12, 13 is raised higher than the ambient temperature. obtain. Temperatures between 10 ° C. and 50 ° C. above ambient temperature are given for reference. FIG. 9a illustrates a joint produced using the press joining apparatus described above, The pressing force acting on the pressing element 18 during operation is indicated by the arrow and symbol F. Especially processing A metal sheet consisting of a hardening material and in each case having an initial sheet thickness of about 1 mm The bottom parts 17 of the parts 12 and 13 have the effect of punching while reducing the overall initial thickness. It was compressed between the surface 16 and the table 6 for compressing the anvil in the mold cavity 7. It is engaged and connected by a joining element. Spraying 33 forms as a result of material flow Therefore, the mold pieces 8, 9 are moved outward. As a result, complete engagement A state-of-the-art joint is obtained. At the end of the joining operation, the metal sheet parts 12, 13 There is no gap in the area surrounding the punch, and these sheet metal parts Polymerizes flat. On the other hand, FIG. 9b shows a punch set with a punch 1 and a die 2 without a pressing element. The three-dimensional joint is shown. To achieve the same bottom thickness, In some cases, effective engagement has not yet been achieved. 10a and 10b help to further clarify the method of the invention. FIG. The joint corresponds to the joint shown in FIG. 9a. The joint in FIG. 10b is larger 9b in that the bonding force was used to result in a higher degree of compression of the bonding bottom 17 Is different from the joint. The spraying 34 achieved in this way is still not sufficient. No engagement is shown. FIGS. 9a, 9b and 10a, 10b show that effective engagement is already achieved with a low compression ratio Thus, it is clear that the method of the present invention allows the use of low bonding forces. are doing.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ヤコブゼン，イエンスドイツ連邦共和国、デー21029 ハンブルク、ゾルタウシユトラーセ５ (72)発明者クユーネ，テイムドイツ連邦共和国、デー37441 バトザクザ、ダンツイゲルヴエーク１────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Jakobsen, Jens Day 21029 Humble, Germany Ku, Zolta US Utrase 5 (72) Inventor Quyune, Tame Germany, Day 37441 Batz Kuza, Danzigel Väk 1

Claims

[Claims] 1. A metal sheet at the joint area by using a punch and a die with a metal surface The material part of the product is displaced locally and is pressed perpendicular to the surface of the metal sheet. When the material flows as a result of shrinkage, it is joined and the metal shell surrounding the joint during the joining operation The parts prevent any material flow in the direction opposite to the direction of action of the punch. Pressed on the die with sufficient pressing force The flow of material in the opposite direction in the press joining method for joining parts The crimping process, in connection with making the flow of material on the anvil surface easier, The applied crimp force is used to form an initially effective engagement, thereby It should be noted that the compressive force to be applied does not stably exceed the tool load limit. Press joining method. 2. The flow of material by forming the anvil surface euphemistically suitable for the flow of material 2. The pre-press according to claim 1, wherein the pre-press is made easier. Joining method. 3. Ensure that the sheet metal parts do not create gaps around the punch during the joining operation 3. The press joining according to claim 1, wherein a pressing force is selected. Method. 4. The pressing force on the flat and uniform sheet metal part removes the joint part or Five to eight times the force used only to prevent bending of the joint during displacement In any one of claims 1 to 3, characterized in that: Press joining method. 5. The pressing force used has no effect on the metal sheet parts later and the die Is applied to the effective contact area around the joint that is large enough to open to the side. The press according to any one of claims 1 to 4, wherein the press is adapted to be used. Joining method. 6. Before the joining operation is started, the pressing force is applied to the surrounding metal sheet parts. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein Press joining method. 7. The characteristic is that the metal sheet temperature is raised higher than the ambient temperature The press joining method according to any one of claims 1 to 6, wherein: 8. The metal sheet part is heated to a temperature 10 ° C to 50 ° C higher than the ambient temperature The press joining method according to claim 7, wherein: 9. Anvil and vertically protruding from the anvil that can slide laterally and change locally within A die mold having a mold piece intended to limit the hollow mold in which Die-shaped hollow surrounded by a pressing element for applying force to the metal sheet part A punch that can enter the mold is used to join the stacked metal sheet parts. In the press joining apparatus, the anvil (5) and the punch (1) are each provided with a working surface ( (6,6), made of a high-strength material and made of another material (23) , 27) having pins (15, 22) pressed into them and said anvil is made of material Characterized by having a beveled chamfer (31) to promote the flow of Welding equipment. Ten. Claims characterized in that the chamfered chamfer (31) has a semicircular shape. The press joining apparatus according to box 9. 11． The euploid chamfer (31) has a triangular cross section. The press joining apparatus according to claim 9. 12． The euploid chamfer (31) has a substantially round wavy cross-sectional shape. The press joining apparatus according to claim 9, wherein 13. Flow of material on each working surface (6, 16) of anvil (5) and / or punch (1) 13. A surface finish which promotes the following. The press bonding apparatus according to any one of the above. 14. Each substrate of the punch and anvil (23, 27) accommodates each pin (15, 22). The through-holes (24, 29) of the present invention are characterized in that they have through holes (24, 29). The press bonding apparatus according to any one of the above. 15． Pins (15,22) are flat supported at the end opposite each working surface (16,6) Supported on the plates (25, 28), respectively, through the supporting plates, the anvil (5) and the pan. A pressure load can be introduced into the tool holders (3, 4) at (1). The press bonding apparatus according to any one of claims 9 to 14, wherein Place. 16． The support plate (25, 28) is made of a high-strength material. 16. The press joining apparatus according to range 15, wherein 17． Note that the high-strength material used can be hard metal or high-strength ceramic. The press joining apparatus according to any one of claims 9 to 16, wherein: 18． The pressing element (18) is guided on a punch (1) and has one or more pre-pressed elements. Characterized in that it is a pressure plate supported by a set spring (19, 20). A press joining apparatus according to any one of claims 9 to 17.