KR100316090B1 - 자기천공형리벳의접합방법및그접합장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 리벳의 변형된 단부가 시트재료의 융기된 환형부에 둘러싸인 상태로 되도록, 자기 천공형의 리벳을 시트재료에 완전히 관통시키지 않고 삽입하는 리벳 접합방법에 관한 것이다. 시트재료는 리벳 접합이 행하여지고 있는 중, 리벳의 삽입 위치의 주위 영역에서 큰 힘으로 클램프되어 있다. 클램프 력은 적어도 리벳접합의 대부분에 걸쳐 일정하게 유지되며, 그 크기는 약 1.5 톤 정도이다. 이러한 방법에 사용되는 리벳 접합장치는, 펀치, 접합되는 시트재료에 삽입하기 위하여 리벳을 펀치에 연속적으로 공급하는 리벳 공급수단, 펀치에 대하여 일직선상에 위치하도록 배치되어 삽입된 리벳을 변형시키는 다이, 및 리벳 접합시에 시트재료를 리벳 삽입위치의 주위영역에서 큰 힘으로 클램프하는 클램프 수단을 구비하고 있다.

Description

자기 천공형 리벳의 접합방법 및 그 접합장치
본 발명은 자기 천공형 리벳 (self - piercing riveting)에 관한 것이며, 보다 구체적으로는, 리벳의 변형된 단부가 시트재료의 융기된 환형부 (upset annulus)에 둘러싸인 상태로 되도록 자기 천공형 리벳이 완전히 관통하지 않고 시트재료에 삽입되는 리벳 접합방법 및 장치에 관한 것이다.
제1도는 본 발명의 리벳 접합방법에 의해 구성된 리벳 접합부의 단면의 일례를 제시하는 도면이다. 리벳(1)은 헤드(2) 및 생크(3)를 지니고 있으며, 생크(3)는 환형의 에지(4)로 종결된다. 생크(3)는, 초기에는 원통형이지만, 리벳이 적절한 형상의 다이상에 배치된 중첩하는 2개의 시트재료(5, 6)내로 압입됨에 따라, 외측을 향하여 펼쳐져 도시된 형상으로 된다. 도시된 바와같이, 리벳의 생크(3) 및 그 에지(4)는, 리벳의 세팅후에도, 시트재료(5, 6) 내에 끼워진 상태로 유지된다.
종래, 제1도에 도시된 종류의 리벳 접합은 다양한 결점을 지니고 있다. 리벳(1)의 헤드는 주위의 시트재료(5)의 표면과 동일 평면으로 되어 있으며 시트재료(5)가 변형하지 않는 것, 및 시트재료(5)와 리벳 헤드(2) 사이의 환형의 홈(7)은 가능한 한 얕게 되는 것이 바람직하다. 그러나 실제로는, 리벳 접합시의 응력에 의해, 상부측의 시트재료(5) 는 크게 변형하며, 예를들면, 리벳의 주위에 원형의 함몰부 또는 딤플(dimple)이 발생한다. 또한, 홈(7) 은 허용할 수 없을 정도로 깊게 될 수 있다. 그러한 변형이 발생하여도 많은 용도에 있어서는 사용할 수 있지만,허용할 수 없는 경우도 많다. 예를들면, 자동차의 차체 패널상의 눈에 보이는 부분의 접합, 특히 만곡된 패널부분에 있어서는 허용될 수 없다. 숨겨진 부분의 접합에 있어서, 외관은 중요하지 않지만, 리벳의 단부(4)를 둘러싸는 시트재료(6)의 두께가 불균일하게 되면, 접합부의 강도에 악영향을 미치며, 리벳 단부의 관통을 초래하여 부식의 원인으로 된다.
자기 천공형 리벳은 제1도에 도시된 것으로 한정되는 것은 아니다. 따라서, 예를들면, 평탄한 헤드 또는 냄비머리(pan head)형 헤드를 지니는 리벳을 사용할 수 있다. 그러나, 그러한 리벳을 사용하는 종래의 리벳 접합부는, 상기의 결점의 적어도 몇 가지를 지니고 있다.
본 발명의 목적은, 전술된 단점이 제거 또는 감소된, 자기 천공형 리벳을 사용하는 리벳 접합 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 또한 자기 천공형 리벳을 상기의 방법으로 세팅하는 리벳 접합 장치에 관한 것이다. 자기 천공형 리벳을 세팅하는 리벳 접합 장치로서는, 니텍 피티와이사(Nietek Pty. Ltd.)에 부여된 유럽특허 제 172171호 명세서에 개시된 것이 공지되어 있다. 상기 특허의 명세서는 본 명세서에 참고로 포함된다.
본 발명의 다른 목적은, 공지되어 있는 리벳 접합장치를 개량하여, 그것에 의해 구성되는 리벳 접합부의 개선을 하는 것이다.
본 발명의 제1의 태양에 따르면, 리벳 접합방법이 제공된다. 본 발명의 방법은, 자기 천공형 리벳을 시트재료에 완전히는 관통시키지 않도록 삽입하여, 변형된 리벳의 단부가 시트재료의 융기한 환형부내에 둘러싸인 상태로 되도록 하는 것이다. 본 발명의 방법은, 리벳 접합시에, 시트재료가 리벳 삽입위치의 주위영역에서 큰 힘으로 클램프되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2의 태양에 따르면, 리벳 접합장치가 제공된다. 본 발명의 장치는, 자기 천공형 리벳을 시트재료에 완전히는 관통시키지 않고 삽입하여, 변형된 리벳의 단부가 시트재료의 융기된 환형부내에 둘러싸인 상태로 하는 것이다. 본 발명의 장치는, 펀치, 접합되는 시트재료에 삽입하기 위하여 리벳을 펀치에 연속적으로 보내는 리벳 공급수단, 펀치에 대하여 일직선상에 위치하도록 배치되어 있으며, 삽입된 리벳을 변형시키는 다이, 및 리벳 접합시에 시트재료를 리벳 삽입위치의 주위영역에서 큰 힘으로 클램프하는 클램프 수단을 구비하고 있다.
이제, 본 발명 첨부도면을 참조하여 실시예 방식으로 설명될 것이다.
제1도는 본 발명의 방법에 의해 접합된 리벳 접합부의 단면도이다.
제2도는 본 발명의 리벳 접합장치의 작동요소를 설명하는 도면으로서, 리벳 접합의 개시시의 상태를 제시하고 있다.
제3도는 본 발명의 리벳 접합방법에 사용하기에 적합한 리벳을 부분적으로 단면으로 표시한 측면도이다.
제4도 및 제5도는 본 발명에 따른 리벳 접합장치의 한가지 실시예의 상호 직교하는 면에서의 종단면도이다.
제6도 및 제7도는 본 발명에 따른 리벳 접합장치의 다른 실시예를 동일하게 도시한 종단면도이다.
도면을 참조하면, 제1도의 리벳 접합부는 본 발명의 리벳 접합법에 의해 구성되는 여러 가지 접합의 한가지 예로서, 이미 설명되었다. 변형전의 리벳이 제3도에 도시되어 있으면, 동일한 참조번호가 붙여져 있다. 생크 (3)는 초기에는 원통형이며, 자유단부 (4)의 내면측에는 테이퍼가 형성된 절단에지를 구성하고 있는 것, 및 절단에지에 의해 리벳을 삽입하는 것치 리벳을 펼치는 것이 용이하게 되는 것이 이해될 것이다.
제2도는, 사전의 클램프를 행하는 클램프 요소 (11) 에 둘러싸인 리벳 공구의 펀치 (10)를 제시하고 있다. 클램프 요소 (11)는 2개의 중첩시트 (13, 14)를 다이 (15)에 대하여 강제하는 환형의 클램프 표면 (12)을 지니고 있다. 클램프 표면 (12)은, 널링(knurling)가공을 하거나 환형의 홈을 형성하는 것에 의해 거칠게 마무리되어 있다. 이에따라, 시트재료에 대한 파지(grip)가 개선되며, 시트재료가 접합부를 향하여 횡방향으로 미끄러지는 것이 방지된다. 제2도의 원내에 도시되어 있는 바와같이, 클램프 표면(12)에는 압인 링(coining ring)이 설치되어 있다. 압인 링은 재료가 유동하는 것을 방지하며, 또한 리벳의 헤드 부근에서 재료가 뒤틀어지는 것을 규제하여, 균일한 외관을 유지한다. 제3도에 도시된 리벳(16)이 플런저(10)의 단부에 배치되어, 시트재료(13, 14)로의 삽입 준비가 이루어진다. 다이(15)는 클램프 표면(12)과 협동하는 환형의 표면(17; 이 표면은 클램프 표면(12)과 마찬가지로 거칠게 마무리되어 있다)을 지니고 있다. 환형의 표면(17)은 중앙 돌출부(19)의 주위의 반 환형의 공동(18)을 둘러싸고 있다. 돌출부(19)는 환형의 표면(17)을 지나 돌출하는 것이 바람직하지만, 상기의 클램프 표면(12)과 동일한 수준으로 되거나 또는 그보다 낮게 될 수도 있다. 클램프 요소(12)는 시트재료(13,14)에 일정한 클램프 력을 가한다. 전기적인 압력 스위치가 클램프 압력 및 주요한 리벳 접합 공정에 있어서의 압력을 검출한다. 이러한 압력 스위치는, 프로그램 가능한 논리 제어장치에 의해 제어되는 제어장치로서 사용된다. 클램프 력은, 리벳 접합 공정중에 있어서 일정하며, 약. 1.5톤(ton)까지의 범위에 있어서 어떠한 값으로도 정확히 설정될 수 있다. 유압적으로 작동하는 리벳 접합장치의 클램프 력의 제어에는, 클램프 실린더를 오일로 채워 리벳 접합시에 클램프압력을 유지하는 것도 포함된다. 이것이 필요하게 되는 것은, 리벳 접합장치의 프레임(유럽특허 제 172171호 명서서에 개시된 장치의 C형 프레임)은 리벳 접합시에 변형되므로, 클램프 력을 일정하게 유지하는데는 클램프 실린더를 전진시킬 필요가 있기 때문이다.
리벳(1)의 테이퍼 형성된 단부(4)는, 상부측의 시트재료(13)를 절단하는 절단 링으로서 잔용한다. 클램프 력이 작용하고 있으므로, 절단시 시트재료의 수축은 최소한으로 억제된다. 리벳의 단부에는 각도가 진 테이퍼 면이 형성되어 있으므로, 다이로부터의 반력에 의해 반경방향 외축으로 밀려 펴질 수 있다. 펀치에 의해 리벳이 다이로 강제되면, 리벳은 확실히 펼쳐진다. 리벳은 그것의 자기 천공 특성을 개선하기 위하여 열처리되는 것이 바람직하다.
리벳 접합장치는, 전술된 유럽특허 명세서에 개시되어 있는 바와같이 구성되는 것이 바람직하다. 리벳 접합장치의 클램프 및 펀치를 행하는 부분의 다른 구성이 제4도, 제5도 및 제6도, 제7도에 도시되어 있다. 제4도와 제5도를 참조하면, 펀치(20)는 주 실린더(23) 내에서 활주이동가능한 복동식 피스톤(22 에 관련된 플런저(21)에 유지되어 있다. 주 실린더(23)는 피스톤(22)의 양측에 입구 및 출구로서기능하는 연결부(24, 25)를 구비하고 있다. 플런저(21)의 하부부분(제4도와 제5도의 좌측부분)은 안내부시(26) 내에서 활주이동 가능하다. 안내부시(26)는 액튜에이터(27)를 클램프하고 있으며, 노즈(28; nose) 내에서 종결하고 있다. 노즈(28)의 단면은 제2도에서 클램프 표면(12)으로서 작용한다. 액튜에이터(27), 플런저(21) 및 펀치(20)의 작동방법은, 전술된 유럽특허 명세서에 상세히 기재되어 있다. 제4도 및 제5도에 도시된 장치는, 안내부시(26)의 헤드(29)가 유체 실린더(31) 내에서 활주이동가능한 클램프 슬리브(30)와 맞물리는 견부(shoulder)를 구비하고 있는 점에서, 유럽특허 명세서에 개시된 장치와 다르다. 유체 실린더(31)는 유압 유체에 대한 출입구로서 기능하는 연결부(32)를 구비하고 있다.
상기 공구의 실제와 사용에 있어서는, 연결부(32)로부터 가압 유체가 도입되며, 노즈(28)가 전진하여 소재와 접촉한다. 그리고, 슬리브(30)가 전진하도록 실린더(31)를 가압하여, 소정의 클램프 력이 노즈(28)에 가해진다. 이미 설명된 방법에 의해 일정한 클램프 력이 미리 설정된다. 그리고, 상기 유럽특허 명세서에 상세히 기재된 방법에 의해 펀치(20)가 작동하여, 리벳을 삽입한다. 다이(15)의 중앙 돌출부(19; 제2도 참조)는 다이(15)의 환형의 표면(17) 보다도 높게 돌출하여 있으므로, 소재 즉, 시트재료(13, 14)에 가해지는 클램프 력에 의해 리벳(16)의 삽입 전에 하부측의 시트재료(14)에 깔쭉이 부분이 형성되어, 리벳 삽입시에 재료가 유동하는 것에 의한 형상변화가 억제된다.
리벳 접합장치의 보다 콤팩트한 구성이 제6도 및 제7도에 도시되어 있다. 제6도와 제7도에 있어서, 플런저(40)는, 그 일단부가 펀치(41)에 연결되며, 타단부가 주 실린더(43) 내를 활주이동가능한 피스톤(42)에 연결되어 있다. 주 실린더(43)는 피스톤(42)의 양측에 유압 유체 입구(44, 45)를 구비하고 있다. 안내 부시(46)는 크로스 부재(47)에 의해 주 실린더(43)의 양측에 배치된 한쌍의 클램프 장치(48, 49)의 각 피스톤에 연결되어 있다. 클램프 장치(47, 48)는 피스톤 및 실린더를 클램프한다. 이 장치에 있어서는, 제4도와 제5도에 도시된 실시예와 상기 유럽특허 명세서에 개시된 장치와는 달리, 장치의 헤드부로의 리벳의 공급이 기계적으로 이루어지는 것이 아니라 공기를 이용하여 이루어진다.
클램프 작용은 양방의 공구에서 동일하다. 다시 말하면, 공구의 노즈가 전진하여 소재와 접촉하며, 소재를 노즈와 리벳 접합공구의 다이 사이에 소정의 압력으로 클램프한다. 이어서, 제1의 유체 실린더가 작동하여, 리벳을 세팅한다. 그 사이에 미리 이루어진 클램프가 유지된다. 제1의 실린더에 의해 펀치가 후퇴되면, 클램프 실린더도 후퇴된다. 클램프 압력을 모니터하는 압력 스위치에 의해, 예비 클램프 기능이 작동하고 있는 것을 표시하는 신호가 발생된다. 압력이 소정치에 이르는 즉시, 압력 스위치가 주 실린더에 신호를 보내며, 주 실린더는 전진하여 리벳 접합을 행한다. 표준적인 스트로크를 지니는 공구에 있어서는, 클램프의 전방으로의 이동에 의해, 주 유압 실린더의 피스톤 및 플런저가 전방으로 당겨져 이동한다. 이때, 주 유압 실린더에 정압(positive pressure)은 발생하지 않는다. 어느 경우에 있어서, 클램프 압력은 체크 밸브에 의해 유지 된다. 또한, 체크 밸브에 의해 압력이 유지된 유체가 당해 유체를 증분보충(topping-up)하는 회로에 의해 보충된다. 리벳 접합시에 C형 프레임이 변형되므로, 소재에 작용하는 클램프 압력을 유지하기위해서는, 클램프 요소를 약간 전진시킬 필요가 있다. 유체의 증분보충은, 클램프 요소의 이러한 약간의 전진을 확보하기 위하여 행하여진다.
리벳 접합부는, 접합부의 근접면(예컨대, 제1도의 시트재료 (5, 6)의 사이)에 접착제를 사용함으로써, 그 강도가 향상된다. 접착제는, 스트립 형태로 도포되어, 압력을 가함으로써, 접합면 전체에 균일하게 펴질 수 있다. 이러한 목적을 위하여, 예비 클램프를 행하는 기구를 초기압력이 작게되도록 조절함으로써 가압을 실행할 수 있다.
리벳 접합부의 강도는, 리벳 접합 종료시에 클램프 압력을 증가시킴으로써, 더 향상될 수 있다. 이것은, 리벳 접합의 스트로크의 종료시에 클램프 슬리브(30)의 후단부(제4도의 우측부분)를 플런저(21)에 설치된 정지 링(21a)과 접촉시킴으로써 달성될 수 있다. 이렁게 하면, 클램프 압력을 순간적으로 예를들면 약 5 톤까지 증가시킬 수 있다. 압인 링(클램프 표면(12)의 일부분으로서 일체적으로 형성되며, 제2도에 도시됨)을 별개의 부재로서 구성하고, 이 별개의 부재를 적절한 작동수단(예컨대, 플런저 기구에 의해 작동하는 기계적 작동수단)을 사용하여, 리벳 접합 종료시에 또는 그 종료시 부근에서 작동위치로 구동함으로써 동일한 효과를 달성할 수 있다. 이렇게 하면, 별개의 부재가 삽입됨으로써, 소재에 작용하는 클램프 압력이 유효하게 증가한다.
소재를 클램프함으로써, 특히 중앙에 돌출부를 지니는 다이를 사용하여 소재에 미리 깔쭉이 부분을 형성한 경우에는, 리벳 접합부의 강도 및 외관이 대폭 개선된다는 것을 알 수 있다.

Claims (15)

  1. 자기 천공형 리벳을 시트재료에 완전히 관통시키지 않고 삽입하여, 변형된 리벳의 단부가 시트재료의 융기된 환형부(upset annulus)에 둘러싸인 상태로하는 자기 천공형 리벳의 접합방법에 있어서, 리벳의 접합시에, 시트재료가 리벳 삽입위치의 주위영역에 큰 힘으로 클램프되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 천공형 리벳의 접합방법.
  2. 제1항에 있어서, 리벳 접합작업의 대부분에 클램프 력이 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 자기 천공형 리벳의 접합방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 클램프 력의 범위가 1.5톤(ton) 정도로 되는 것을 특징으로 하는 자기 천공형 리벳의 접합방법.
  4. 제1항에 있어서, 클램프 력이 초기에 작게 되어, 리벳 접합부에 접착제가 균일하게 퍼지도록 되는 것을 특징으로 하는 자기 천공형 리벳의 접합방법.
  5. 제1항에 있어서, 리벳 접합 작업의 종료시에 클램프 력이 순간적으로 증가되는 것을 특징으로 하는 자기 천공형 리벳의 접합방법.
  6. 제1항에 있어서, 리벳 접합이 다이를 사용하여 행하여지며, 상기 다이의 표면에는 시트재료가 압접된 상태로 클램프되는 반 환형의 공동이 형성되어 있으며, 상기 공동은 리벳의 삽입에 앞서 시트재료의 초기의 클램프시에 시트재료에 미리 깔쭉이 부분을 형성하기 위하여 다이의 표면보다도 상부까지 돌출된 중공의 돌출부를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 자기 천공형 리벳의 접합방법.
  7. 자기 천공형 리벳을 시트재료에 완전히는 관통시키지 않고 삽입하여, 변형된 리벳의 단부가 시트재료의 융기된 환형부내에 둘러싸인 상태로 하는 자기천공형 리벳의 접합장치에 있어서, 상기 리벳 접합장치는 펀치, 접합되는 시트재료에 삽입하기 위하여 리벳을 펀치에 연속적으로 보내는 리벳 공급수단, 펀치에 대하여 일직선상에 위치하도록 배치되어 있으며, 삽입된 리벳을 변형시키는 다이, 및 리벳 접합시에 시트재료를 리벳 삽입위치의 주위영역에서 큰 힘으로 클램프하는 클램프 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 천공형 리벳의 접합장치.
  8. 제7항에 있어서, 사용시에 다이 표면과 협동하여 시트재료를 클램프하는 환형의 클램프 표면을 지니는 클램프 헤드내에서, 리벳 접합을 행하는 펀치가 안내되는 것을 특징으로 하는 자기 천공형 리벳의 접합장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 환형의 클램프 표면 및 다이 표면에 널링가공 또는 거친 마무리 가공이 실시되어, 시트재료를 클램핑하는 중 파지가 향상되는 것을 특징으로 하는 자기 천공형 리벳의 접합장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 클램프 헤드에 클램프 력을 가하는 별개의 유체압 구동식 클램프 액튜에이터 수단 및 펀치를 리벳 삽입방향으로 구동하는 별개의 유체압 구동식 펀치 액튜에이터가 제공되며, 클램프 액튜에이터 수단이 펀치 액튜에이터 수단을 정지시키는 정지부를 제공하며, 리벳 접합 종료시에 클램프력을 순간적으로 증가시키는 것을 특징으로 하는 자기 천공형 리벳의 접합장치.
  11. 제8항 또는 제9항에 있어서, 이동가능한 압인 링이, 리벳 접합작업의 종료시에 압인을 행하기 위한 액튜에이터 수단을 지니고 있으며, 리벳 접합작업의 종료시에 클램프 력을 순간적으로 증가시키는 것을 특징으로 하는 자기 천공형 리벳의 접합장치.
  12. 제8항 또는 제9항에 있어서, 다이 표면에, 시트재료가 클램프되는 반 환형의 공동이 형성되어 있으며, 상기 공동은 리벳의 삽입에 앞서 시트재료의 초기의 클램프시에 시트재료에 미리 깔쭉이 부분을 형성하기 위하여 다이 표면보다도 상부까지 돌출된 중공의 돌출부를 둘러싸고 있는 것을 특징으로 하는 자기 천공형 리벳의 접합장치.
  13. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 클램프 헤드에 클램프 력을 가하는 별개의 유체압 구동식 클램프 액튜에이터 수단 및 펀치를 리벳 삽입방향으로 구동하는 별개의 유체압 구동식 펀치 액튜에이터가 병렬로 배치되어 있으며, 장치의 전체길이가 작게 억제되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 천공형 리벳의 접합장치.
  14. 제4항에 있어서, 리벳 접합 작업의 종료시에 클램프 력이 순간적으로 증가되는 것을 특징으로 하는 자기 천공형 리벳의 접합방법.
  15. 제5항 또는 제14항에 있어서, 상기 클램프 력의 순간적인 증가는 압인 조작에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는 자기 천공형 리벳의 접합방법.
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