KR102057731B1

KR102057731B1 - 셀프 피어싱 리벳을 이용한 접합부의 형성 방법

Info

Publication number: KR102057731B1
Application number: KR1020177003568A
Authority: KR
Inventors: 러셀 존 트리니크
Original assignee: 아틀라스 콥코 아이에이에스 유케이 리미티드
Priority date: 2012-07-16
Filing date: 2013-07-15
Publication date: 2019-12-26
Also published as: US20180311721A1; CN104684664A; EP2877304A1; CN110756716B; KR20170018470A; WO2014013232A1; EP2877304B1; KR101981214B1; KR20150036617A; JP6410717B2; IN2015MN00071A; CN110756716A; KR20180069094A; US20150183022A1; US10751787B2; US10005120B2; JP2015522425A

Abstract

완전한 중공의 셀프 피어싱 리벳을 사용하여, 경금속 합금의 적어도 두 시트들의 적층체에서 접합부가 형성된다. 상기 리벳은 윤활제로 리벳 보어의 적어도 부분을 따라서 코팅되고 상기 적층체의 상면을 관통하되, 생크가 다이 측 소재를 관통하지 않고서 상기 소재와 맞물리게 외측으로 변형된다. 리벳 생크의 외경은 5.4mm 이하이다. 다이는 리벳의 유효 고체 부피의 60% 또는 70% 보다 작은 부피를 가진다.

Description

셀프 피어싱 리벳을 이용한 접합부의 형성 방법{A method for forming a joint using a self-piercing rivet}

본 발명은 셀프 피어싱 리벳을 이용하여 접합부를 형성하기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 방법에 의하면 리벳의 변형 단부가 시트 소재(sheet material)의 업셋 환형부(upset annulus)에 의해 밀봉되도록 상기 리벳은 상기 시트 소재를 완전하게 관통하지 않으면서 상기 시트 소재로 삽입된다.

일반적으로 셀프 피어싱 리벳은 머리(head)와 부분적 중공의 생크(partially hollow shank)를 포함한다. 리벳이 상단 시트 또는 시트들을 천공하고 머리가 상단 시트의 상면과 (항상 그런 것은 아니지만) 종종 같은 높이를 이루면서 바닥 시트와 기계적인 맞물림을 형성하도록 상기 리벳은 펀치에 의하여 시트 소재로 박힌다. 상기 바닥 시트가 다이 내에서 성형되고 천공되지 않기 때문에, 완성된 접합부에서 발생하는 부식의 위험이 감소된다. 리벳이 삽입되기 전에 시트 소재 내로 홀이 우선 뚫려져야 하고 그 다음에 상기 리벳의 돌출 단부들이 업셋되는 통상적인 리벳팅과 비교하여 접합 공정에서 셀프 피어싱 리벳들을 사용하는 것은 제조 단계들의 수를 감소시킨다.

셀프 피어싱 리벳팅은, 종종 접착제와 결합하여, 중량 감소 및 이에 따른 에너지 소비의 감소를 위하여 알루미늄과 같은 경량 소재들이 차체 패널들 및 다른 부품들에 채택되고 있는 자동차 산업에서 상업상 매우 성공적으로 사용되고 있다. 알루미늄은 높은 열전도도와 낮은 용융 범위를 가지고 표면 산화막이 형성되기 쉬운 경향을 가지므로, 알루미늄을 특히 스틸에 점 용접하는 것은 어렵거나 불가능하다.

최근에는 자동차 산업에서 고강도 시트 금속들을 사용하고자 하는 움직임들이 진행되고 있다. 본 출원인의 유럽 특허 번호 제2024651호는 두꺼운 고강도 스틸들의 적층체를 접합함에 특히 적합한 셀프 피어싱 리벳을 기술한다. 이러한 스틸들은 최대 인장 강도가 높기 때문에 상기 리벳에 인가되는 삽입력(insertion forces)이 필연적으로 높아서 리벳이 붕괴될 위험성이 상당하다. 상기 리벳들은 충분한 강도를 가지도록 중간 또는 높은 경도값(예를 들어, 450-580Hv)을 부여하기 위한 열처리가 수행되어야 한다.

특히 소재 조합이 셋 이상의 층들을 가질 수 있는 마그네슘 및 알루미늄 합금들과 같은 고강도의 경금속 합금들의 두꺼운 적층체에 이러한 리벳을 이용하는 것이 항상 적합한 것은 아니라는 것이 입증되고 있다. 더욱이, 다른 통상적인 리벳들은 이러한 소재들의 접합에 일반적으로 적합하지 않다.

알루미늄 합금 시트 소재는 일반적으로 우수한 연성을 가지므로 상대적으로 깊은 캐비티들을 가지는 다이들이 사용되는 경향이 있다. 그러나 이러한 다이들이 고강도의 알루미늄 또는 마그네슘 합금들과 같은 더 강한 소재들과 함께 사용될 때 삽입 공정에서 중간의 시트들이 맨 밑바닥의 시트를 밀고 나가는(push through) 경향은 상기 접합부들에서 문제점이 된다. 이는 종종 부식되기 쉬운 취약한 접합으로 나타나며 대량 생산 환경에서 만족할 만한 접합부를 재현성있게 제조하는 것이 가능하지 않을 수 있다.

마그네슘 또는 더 높은 강도의 알루미늄과 같은 가벼운 금속 합금들의 두꺼운 적층체는 상대적으로 낮은 연성을 가지며 따라서 셀프 피어싱 리벳들 및 일반적인 다이들을 사용하여 리벳팅될 때 붕괴되는 경향을 가진다. 두꺼운 접합 적층체를 포함하는 구성부재들, 예를 들어, 자동차 쇼크 타워들 또는 충돌재들은 주조 또는 압출에 의하여 제조될 때도 있는 바, 이는 디자인 및/또는 제조 측면에서 더욱 경제적 및/또는 효율적이다. 다이 내로 변형되는 소재의 "버튼(botton)"은 리벳 삽입 공정 동안 찢어지거나 균열이 발생한다. 이것은 최종 접합부가 취약하고 부식이 되기 쉽기 때문에 바람직하지 않다. 나아가, 시트 재료가 맨 밑바닥의 시트를 밀고 나가 맨 밑바닥의 시트의 외부에 이를 정도로 리벳 생크의 단부가 접합부를 지나서 시트 소재를 끌어 내리는 경향이 있다는 것이 알려져 있는데, 이것은 결과적으로 접합부가 부식되기 쉬우며 미적 외관상으로 용납하기 어려울 수 있다. 끌어 내리는 과정에서, 상기 시트 소재는 과도하게 얇아지고 찢어지거나 균열이 발생하기 쉽다. 이는 맞물림의 손실을 유발하고 접합 강도를 감소시킨다. 더욱이, 끌어 내려지는 상기 시트 소재는 관통되기 보다는 상기 리벳 생크의 천공 단부 주위를 감쌀 수 있다. 이것은 박리 강도의 감소를 유발한다. 상대적으로 작은 부피의 다이 캐비티를 가지는 다이(즉, 얕은 다이)는 찢어짐과 균열을 방지하기 위하여 사용될 수 있다. 그러나, 다이 깊이의 감소는 삽입되는 동안 상기 리벳이 받는 힘의 증가에 기여하며, 이에 의하여 접합부, 다이 및 리벳팅 장치는 더 많은 응력을 받게된다. 이것은 완성된 접합부에 조화되지 않거나 수용될 수 없는 형태의 특성 또는 강도를 제공하는 버클링이나 파괴를 유발할 수 있다는 점에서 상기 리벳에 바람직하지 않다. 특히, 상응하는 힘의 증가에 수반하여, 다이 깊이의 감소 또는 다이 부피나 형태의 변형은, 리벳팅 공정에 의하여 다이 내 소재 압축의 결과로 다이가 구성요소를 잡는 경향이 있기 때문에, 접합되는 구성요소가 다이로부터 제거될 때 하부 적층 구성요소의 소재가 다이 내에서 분리되고 잔류하는 경향도 또한 더 커질 수 있다. 이러한 경향은 리벳 삽입 공정 동안 찢김 또는 균열이 시작되는 경우 악화될 수 있으나 심지어 이러한 찢김이나 균열의 시작 없이도 발생할 수 있다. 잔류되는 소재의 문제점을 다루기 위하여 폴리싱 또는 다이 표면 처리와 같은 대응책이 가능할 수 있으나, 리벳 삽입력의 증가에 의해 제공되는 응력의 증가는 다이, 펀치 및/또는 리벳팅 장치의 다른 부분들의 수명을 감소시킬 수 있다.

더 높은 강도를 가지는 경금속 합금들의 상대적으로 두꺼운 적층체를 접합하기 위하여 다른 현존하는 리벳들도 일반적으로 적합하지 않다는 것이 입증되고 왔다. 이러한 소재의 더 높은 강도 및 낮은 연성은 접합 공정 동안 상기 리벳이 더 높은 응력을 받으며 이러한 현상은 얕은 다이를 사용할 때 더욱 심해진다는 것을 일반적으로 의미한다. 종래의 셀프 피어싱 리벳들은 최종 접합부가 만족스러운 품질을 확보하기 위하여 리벳 생크의 변형이 제어될 수 있도록 유지되는 방식으로는 이러한 높은 응력들을 견딜 수 없다.

단순히 더 높은 강도의 소재로부터 리벳을 제조하는 것으로는 원하는 소정의 결과를 일반적으로 구현할 수 없는바, 이는 대응하는 연성의 감소가 삽입 공정 동안 리벳이 변형됨에 따라 리벳 생크의 균열의 원인이 될 수 있기 때문이다. 충분한 강도와 내부식성을 가지는 적절한 접합부를 형성하기 위하여 리벳의 생크는 찢김 또는 균열 없이 재현가능하고 예측가능한 방식으로 삽입되는 동안 버클링 없이 외측으로 벌어지면서 상단 시트 소재를 관통할 수 있는 충분한 컬럼(column) 강도를 가질 필요가 있다.

셀프 피어싱 리벳의 생크를 강화하는 하나의 전형적인 방식은 그 두께를 증가시키는 것이지만 이것은 리벳 삽입 중에 생크가 균열되는 경향을 증가시킨다. 다른 방법으로 (리벳 웹(web)으로 알려진) 머리 아래의 리벳 소재의 깊이를 증가시켜 생크의 지지되지 않는 중공부(보어)의 길이를 감소시키는 것이지만 이것은 리벳에 의하여 대체되는 시트 소재의 부피가 상기 보어 내에 용이하게 수용되지 못하기 때문에 비생산적이며 앞에서 설명한 이롭지 못한 효과들을 초래한다. 리벳 소재의 상대적으로 낮은 연성은 피로에 민감하게 하는 균열이 진행되기 전에 소재의 제한된 변형 및 변위만을 허용한다. 이러한 관점에서, 두꺼운 적층체의 고강도 경합금 적용에 있어서 셀프 피어싱 리벳들을 사용하는 것은 성공적이지 않다. 또 다른 접근 방식은 리벳의 소재 경도를 증가시키는 것이지만 이것은 접합 과정에서 생크가 외부로 변형함에 따라 리벳이 붕괴되는 경향을 증가시킬 뿐이다.

리벳이 완전히 삽입되는 것을 확보하기 위하여 필요한 세팅력(setting forces)을 상당하게 증가시키지 않고서도 고강도 소재에서 셀프 피어싱 리벳 공정으로 접합부를 구현하는 것이 바람직하다. 세팅력의 증가는 더 높은 에너지 소비 및 그에 따른 비용의 증가와, 예를 들어, 펀치와 다이와 같은, 리벳팅 장치의 수명 감소와 관련된다. 또한, 상업적으로 유용한 리벳팅 장치는 세팅력의 능력에 의하여 제한된다. 이러한 리벳팅 장치는 다양한 종류의 소재에 다양한 종류의 셀프 피어싱 리벳들을 삽입하는 능력을 갖도록 설계되고 대체함에 있어서 비용이 비싸다. 이러한 장치가 더 큰 힘을 내기 위한 의도로 대체된다면(비록 다른 측면에서는 용인될 수 있는 성능을 나타내더라도), 증가된 부하를 처리할 수 있는 능력을 가지는 교환용 로봇의 사용이 요구되어, 대체 장치는 더 크고 무거워야 할 것이다. 이러한 로봇들은 더 고가이기 때문에 자동차 제조업체들은 더 큰 공간을 차지하는 제조 라인을 더 비싸게 설계해야 한다. 따라서, 현존하는 리벳 세터(setter)의 용량(일반적으로 약 50kN) 내의 세팅력 크기를 가지면서 접합부를 구현하는 것이 바람직하다.

전술한 문제점들을 방지하거나 완화하는 것이 본 발명의 하나의 목적이다. 셀프 피어싱 리벳으로 접합부를 형성하기 위하여 개선되거나 대체하는 방법을 제공하는 것이 본 발명의 또 다른 목적이다.

본 발명의 제 1 측면에 따르면 적어도 두 시트 소재들 중에서 적어도 하나는 경금속 합금인 상기 시트 소재들의 적층체에 셀프 피어싱 리벳을 사용하여 접합부를 형성하는 방법을 제공하되, 상기 방법은 다이 상에 상기 소재를 배치하는 단계; 전체 길이를 따라 연장하는 보어를 가지도록 완전한 중공을 가지며 원통형인 셀프 피어싱 리벳으로서, 상기 리벳은 상기 리벳 보어 중 적어도 일부를 따라 윤활제로 코팅된, 리벳을 제공하는 단계; 상기 다이의 반대 위치에서 상기 시트 소재 상에 상기 리벳을 배치하는 단계; 상기 리벳을 세팅하고 상기 리벳이 상기 시트 소재의 상면을 뚫되, 상기 리벳의 생크가 상기 다이 측의 상기 소재를 관통하지는 않고 상기 소재와 맞물리게 외측 방향으로 변형하도록 상기 시트 소재 내부로 상기 리벳에 힘을 인가하기 위하여 펀치를 사용하는 단계;를 포함하며, 상기 리벳은 0mm보다 크되 5.4mm 이하의 외경을 가지는 생크를 포함하고, 상기 다이는 상기 리벳의 유효 고체 부피(effective solid volume)의 60% 이하이되 0%보다 큰 부피를 가진다.

따라서 본 발명은 상대적으로 낮은 연성을 가지는 경금속 합금과 함께 더 적은 부피의 다이들을 사용하는 것을 가능하게 한다. 윤활제를 사용하는 것은, 이러한 더 적은 부피의 다이들이 사용될 때, 심지어 리벳이 접시 머리(countersunk head)를 가지는 경우에서도, 통상적인 세팅력 크기를 사용하여 접합부들이 형성될 수 있다는 것을 보장한다. 접시 머리는 최종 접합부에서 리벳 머리의 상면이 상부 시트 소재의 상면과 실질적으로 동일한 높이를 가지고 상부 시트 소재 내에 박히도록 설계된 것이다. 이러한 리벳을 세팅하는 경우 전술한 것처럼 머리가 상부 시트 내에 박히는 것을 보장하기 위해서 세팅력의 상당 부분이 리벳 삽입 공정의 말미에 요구된다.

일 실시예에서, 리벳 생크의 외경은 5.4mm, 5.3mm 또는 5.2mm일 수 있다. 보어 직경은 적어도 3.1mm일 수 있으며 3.2mm 또는 3.3mm일 수 있다. 이것은 상대적으로 얇은 생크 벽을 가지며 따라서 상대적으로 낮은(하지만 적당한) 컬럼 강도를 가지는 리벳을 제공한다.

다른 실시예에서 리벳 생크의 외경은 3.35(+/-0.1mm)일 수 있고 보어의 직경은 2.1mm(+/-0.1mm)일 수 있다. 이러한 리벳은 실질적으로 평평한 다이와 함께 사용하기에 특별히 적합할 수 있다.

상기 시트들은 50-600MPa 범위에서 최대 인장 강도를 가질 수 있고 바람직하게는 180-600MPa 범위에서 최대 인장 강도를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 시트들은 330-600MPa 범위에서 최대 인장 강도를 가지는 고강도 알루미늄 합금일 수 있다. 다른 대안으로, 상기 시트들은 180-440MPa 범위에서 최대 인장 강도를 가지는 전신재 마그네슘 합금(wrought magnesium alloy)일 수 있다. 접합부의 시트들은 다른 소재들로 이루어질 수 있는데, 상기 시트들의 적어도 하나는 경금속 합금이거나 또는 적층체에서 각각의 시트는 경금속일 수 있으나 적층체에서의 나머지 다른 하나와 반드시 동일할 필요는 없다.

시트들은 열처리 또는 시효 경화와 같은 강화 또는 경화 공정과 결합된 통상적인 압연, 주조 또는 압출 공정에 의하여 제조될 수 있다.

상기 다이는 최대 깊이가 0.5mm 내지 2.0mm의 범위를 가지는 다이 캐비티(cavity)를 가질 수 있다.

상기 시트 소재의 적층체는 적어도 6.0mm의 두께를 가질 수 있거나, 적어도 3.0mm의 두께를 가질 수 있거나, 적어도 1.0mm의 두께를 가질 수 있다.

상기 리벳은 리벳 보어의 전체 길이를 따라서 윤활제로 코팅될 수 있다. 또한 상기 리벳은 리벳 생크의 외부면의 적어도 일부 상에 코팅될 수 있다. 윤활제는 예를 들어 드라이 필름(dry film)과 같은 임의의 적합한 물질로 이루어질 수 있다.

상기 윤활제는, 바인더 레진 및 예를 들어, 그래파이트, 몰리브데늄 이황화물, PTFE 또는 인산염과 같은 하나 또는 그 이상의 적절한 윤활 소재를 포함할 수 있다.

상기 윤활제는 보어를 정의하는 생크의 내부면 상에 적용될 수 있으며 및/또는 생크의 외부면에 적용될 수 있다. 윤활제는 임의의 편리한 방식으로 적용될 수 있다. 예를 들어, 윤활제는 액적(droplet) 형태 또는 스프레이 형태로 일단에서 보어 내로 삽입될 수 있다. 여분의 윤활제를 제거하기 위한 공정을 적용하는 것이 반드시 필요하지는 않도록 양이 계량될 수 있다. 대안적인 예에서, 리벳의 전부 또는 부분을 윤활제 저장조 내로 침지함으로써 윤활제가 적용될 수 있다. 리벳은 단지 일단부만이 침지될 수 있다. 침지 공정은 리벳의 내부면 및 외부면의 하나 또는 모두를 코팅하도록 제공될 수 있다.

리벳은 예를 들어, BS EN 10263:2001, 강종 36MnB4로 확인되는 탄소-망간 보론강과 같은 패스너 등급 강재로 이루어질 수 있다. 상기 리벳은 250-600Hv의 경도를 가질 수 있다. 바람직한 실시예에서, 상기 리벳은 280-560Hv의 범위에서 경도를 가질 수 있다.

상기 리벳은 생크의 직경 보다 더 큰 직경을 가지는 머리를 가질 수 있다. 상기 머리는 소재의 적층체에서 최상부 시트의 최상면과 최종적으로 동일한 높이를 가지도록 설계될 수 있거나(예를 들어, 접시 머리 리벳), 또는 상기 리벳은 상기 최상부 시트의 최상면에서 돌출되도록 설계될 수 있다(예를 들어, 팬-헤드 리벳).

본 발명은 보어를 정의하는 표면의 상부 영역 방향으로 바깥쪽으로 변형되는 소재가 보어의 최상면에 도달할 때 소재의 최상부 시트의 슬러그가 변형되는 것을 허용하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 표면의 상부 영역은 슬러그와 맞물려 상기 슬러그가 리벳의 최상부로부터 빠져나가는(pass out) 어떠한 경향도 방지하는 그루브 또는 다른 적절한 리세스 또는 특징부 등 구성물(formation)을 가질 수 있다. 소재의 슬러그를 더 변형하기 위하여 펀치의 단부 상에 돌출부가 있을 수 있다. 상기 그루브 또는 리세스는 환형이거나 부분적으로 환형일 수 있다.

본 발명의 제 2 측면에 따르면 전술한 접합부를 형성하는 방법에 의하여 접합부를 형성하는 단계를 포함하는, 예를 들어, 차체 패널과 같은, 부품 또는 제품의 제조방법이 제공된다.

본 발명의 제 3 측면에 의하면, 적어도 두 시트 소재들 중에서 적어도 하나는 경금속 합금인 상기 시트 소재들의 적층체에 셀프 피어싱 리벳을 사용하여 접합부를 형성하는 방법을 제공하되, 상기 방법은 다이 상에 상기 소재를 배치하는 단계; 전체 길이를 따라 신장하는 보어를 정의하도록 완전한 중공을 가지며 실질적으로 원통형인 셀프 피어싱 리벳으로서, 상기 리벳은 상기 리벳 보어 중 적어도 일부를 따라 윤활제로 코팅된, 리벳을 제공하는 단계; 상기 다이의 반대 위치에서 상기 시트 소재 상에 상기 리벳을 배치하는 단계; 상기 리벳을 세팅하고 상기 리벳이 상기 시트 소재의 상면을 뚫되, 상기 리벳의 생크가 상기 다이 측의 상기 소재를 관통하지는 않고 상기 소재와 맞물리게 외측 방향으로 변형하도록 상기 시트 소재 내부로 상기 리벳에 힘을 인가하기 위하여 펀치를 사용하는 단계;를 포함하며, 상기 다이는 상기 리벳의 유효 고체 부피의 70% 이하의 부피를 가진다.

상기 다이 부피는 상기 등가 고체 리벳 부피의 60% 이하일 수 있다.

본 발명의 이러한 측면은 앞에서 언급된 특징들 중에서 임의의 어느 것과 결합될 수 있다.

시트들의 적어도 하나는 폴리머 또는 플라스틱 소재로 이루어질 수 있다.

본 발명의 제 4 측면에 따르면 본 발명의 제 3 측면의 방법에 의한 접합부를 형성하는 단계를 포함하는, 예를 들어, 차체 패널과 같은 부품 또는 제품을 제조하는 방법이 제공된다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 실시예들에 따르면, 리벳이 완전히 삽입되는 것을 확보하기 위하여 필요한 세팅력을 상당하게 증가시키지 않고서도 고강도 소재에서 셀프 피어싱 리벳 공정으로 접합부를 형성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 방법에 따라 제조된 셀프 피어싱 리벳을 사용하여 리벳팅된 접합부의 단면도이고;
도 2a 내지 도 2e는 도 1의 접합과 비교하기 위한 목적으로 부분적으로 중공인 셀프 피어싱 리벳들을 사용하는 종래 기술의 접합부의 단면도 및 평면도이며;
도 3a 및 3b는 비교의 목적으로 준비된 두 개의 리벳팅된 접합부들의 단면들을 도시하는데: 하나는 종래 기술에 따른 셀프 피어싱 리벳팅 방법을 사용한 것이며 다른 하나는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 셀프 피어싱 리벳 방법을 사용한 것이며;
도 4a-4d는 비교의 목적으로 준비된 두 개의 리벳팅된 접합부들의 단면을 도시한다: 도 4a 및 4b는 종래 기술에 따른 셀프 피어싱 리벳 방법을 도시하고 도 4c 및 4d는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 셀프 피어싱 리벳 방법을 사용한 것이며; 그리고
도 5a는 리벳 보어 내의 소재 슬러그가 이동되는 것을 방지 또는 억제하기 위하여 설계된 리벳의 상부를 도시하는 본 발명에 따른 접합부의 단면도이며;
도 5b는 도 5a의 접합부 상부의 확대도이며; 그리고
도 5c는 도 5a 및 5b의 접합부를 형성하는 방법의 실시예에 대한 개요도이다.

지금부터 본 발명의 구체적인 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여, 단지 예시적인 방식으로 설명한다.

도면의 도 1을 참조하면, 세 개의 고강도 알루미늄 합금(6111-T4) 시트들의 적층체에서 셀프 피어싱 리벳에 의하여 형성된 접합부가 도시된다.

이러한 특정 예에서, US 6,742,235에서 기술된 클램핑 방식을 사용하고, 미국 특허 제6,951,052호에서 기술된 종류의 전기 리벳 세터를 사용하여 리벳이 삽입된다. 접합부는 최대 깊이 1.8mm를 가지고 지름 10mm를 가지는 다이를 사용하여 형성된다. 세팅 속도는 350mm/sec 로 하였다.

리벳은 실질적으로 원통형이고 완전하게 속이 비어 있는바, 즉, 상기 리벳은 양단부에서 열린 중앙의 보어를 가지고, 5.3mm(+/- 0.1mm)의 외경 및 3.2mm(+/-0.1mm)의 내경을 가진다. 상단부에서 상기 리벳은 리벳 세터의 구동 펀치에 의한 접촉을 위한 충분한 영역을 제공하고 7.75mm의 증가된 직경을 제공하기 위하여 외부 둘레의 환상형 돌기부에 의하여 정의되는 접시 머리(countersunk head)를 구비한다. 보어의 내부는 머리 단부에서 약 0.5 내지 1 mm의 짧은 거리에 기계적으로 플레이팅 된다. 상기 보어는 액상 형태의 윤활제에 상기 리벳을 침지하고 과잉의 액체를 제거하기 위하여 원심분리기 등에서 상기 리벳을 회전하고 상기 윤활제를 필름으로 건조하게 함으로써, 전체 길이를 따라, 드라이 필름 윤활제로 또한 코팅된다. 시판되는 필름 윤활제의 일례는 독일 카이저슬라우테른(Kaiserslauten)의 훅스 루브리테크(Fuchs Lubritech)에서 제공하는 글라이트모(Gleitmo) 625이다.

도 1의 단순한 육안 관찰로부터, 양호한 접합부가 생성된 것을 확인할 수 있다. 특히, 상기 리벳은 충분한 컬럼 강도를 나타내며 비대칭이나 부분적인 파괴를 나타내지 않는다. 상기 리벳은 견고한 접합부를 형성하도록 상기 리벳과 충분히 맞물리는 상부 및 중간 시트 소재들을 관통하지만 맨 밑바닥의 시트 소재를 관통하지는 않는다. 도 1에서는 맞물리는 정도가 0.44mm의 측정치로 나타난다. 두 번째 시트 소재가 맨 밑바닥의 시트 소재를 밀고 나가는 흔적은 없다. 접합부에서 맨 밑바닥의 시트 소재의 두께는 0.71mm로 도시되는데, 이것은 적절한 깊이로 간주된다. 알루미늄이 보어의 상부로 유입된 것을 알 수 있다. 마찰에 의하여 유도되는 세팅 과정에서 상기 리벳이 맞닥뜨리는 응력을 감소시킴으로써 상기 시트 소재가 보어의 상부로 유입되도록 윤활제가 제공된다. 다이 내부로 형성된 소재의 버튼은 리벳 삽입 과정에서 찢어지거나 균열되지 않는다. 이러한 결과는 심미적으로 허용되는 접합부를 제공할 뿐만 아니라 머리 단부에서 보어의 노출된 부분이 상기 플레이팅 공정이 부식 보호를 제공할 수 있는 깊이까지 한정되는 것을 보장한다. 윤활제가 존재하지 않는다면 동일한 리벳은 더 큰 응력을 받으며 그리고 압축되기 시작하여 최종 접합부에서 비대칭 형상이 도출됨을 확인하였다. 또한, 윤활제가 존재하지 않는다면 시트 소재는 리벳 보어의 상부로 부분적으로 유입되어 그에 따라 접합부를 부식에 취약하게 한다.

이러한 종류의 완전 중공 리벳의 사용은 더 큰 비율로 변위된 시트 소재를 수용할 수 있는 상대적으로 큰 중공 부피를 제공한다. 이는 중간 시트들이 아래로 끌어 내려지고 맨 밑바닥의 시트를 관통하는 경향을 감소시키는 상대적으로 얕은 다이의 사용을 허용한다. 또한, 이러한 시트들이 상기 리벳의 관통 단부의 주변을 감싸는 경향이 감소된다. 도 1에서 도시된 특정한 예에서, 완전 중공 리벳은 종래의 셀프 피어싱 리벳의 경우보다 81% 더 변위된 시트 소재를 수용할 수 있다.

5.3 mm의 외경 및 3.2 mm의 내경을 가지며, 도 1의 상기 리벳의 직경에 걸친 전체 생크 두께는 2.1 mm이며, 즉, 생크 벽의 반경 두께는 1.05mm 이다. 보어를 폐쇄하는 소재의 웹을 수반하지 않는 이러한 리벳은 컬럼 강도를 현저하게 감소시키는 바, 이것은 적은 부피의 다이와 함께 다른 고강도 경금속 합금들 또는 두꺼운 적층체의 고강도 알루미늄에 사용하는 것이 불충분하다고 간주되어 왔다. 그러나, 이러한 기하학적 모양의 리벳, 낮은 부피의 다이 및 윤활제의 조합으로 좋은 품질의 접합부가 놀라울 정도의 낮은 세팅력으로 제조될 수 있다는 것이 입증되었다. 또한 더 낮은 힘은 하부 시트의 소재가 다이 내에 끼워지고 잔류되는 가능성이 낮아진다는 것을 의미한다.

다이의 깊이와 직경은 리벳 크기에 따라 변경될 수 있다는 것이 이해될 수 있다. 특히, 다이는 0.5 mm 내지 2.0 mm 범위의 최대 깊이를 가지는 다이 캐비티를 가질 수 있다. 상기 다이는 부피를 가질 수 있으며 이것은 상기 리벳의 유효 고체 부피의 60% 또는 심지어 70% 이하라는 것이 확립되어 있다.

도 1의 접합부와 비교하기 위한 목적으로, 도 2a 내지 도 2f는 동일한 형태와 두께의 시트 소재에서 통상적인 부분 중공 리벳으로 형성된 접합부를 도시하는데, 리벳 머리 아래의 소재인 웹이 남겨지도록 상기 리벳 내의 보어는 리벳 생크의 길이를 따라 부분적으로만 신장한다.

도 2a에서 상기 리벳은 도 1의 리벳과 동일한 길이와 경도를 가진다. 접합부는 도 1의 접합부와 동일한 다이와 세팅 속도를 가지면서 동일한 방식으로 형성된다. 접합부에서 리벳은 비대칭적으로 벌어지는(flare) 것으로 보아 상기 리벳은 충분한 컬럼 강도를 가지지 않음을 알 수 있다. 이러한 현상은 리벳이 벌어지고 압축되는 상기 리벳의 삽입 과정에서 보어가 시트 소재로 너무 빨리 채워지는 결과인 것으로 인정되고 있다. 이것은 맞물림의 현저한 감소로 귀결되는 바, 특히 본 예시에서는 좌측부에서 현저하다. 화살표 A에 의하여 표시된 것처럼 중간 시트 소재는 맨 밑바닥의 시트 소재를 밀고 나가며 이에 의하여 수분 유입의 경로 및 리벳 부식의 가능성을 제공한다. 머리는 상부 시트의 최상면과 완전히 같은 높이를 가지지는 않는데, 이것은, 도 1에 도시된 접합부와는 달리, 더 큰 세팅력이 필요함을 나타낸다. 그러나, 세팅력의 증가는 불충분한 컬럼 강도의 문제점을 해결하지 못한다. 일반적으로 세팅력의 증가는 바람직하지 않거나 비실용적이라는 것이 당업자에게 알려져 있다. 특히, 이러한 증가는 더 큰 에너지 소비와 관련되며, 본 명세서의 도입부에서 설명한 바와 같이, 잠재적으로 더 큰 힘의 용량을 가지는 리벳팅 장치의 사용은 큰 로봇들과 더 큰 비용을 필요로 한다. 나아가, 세팅력의 단순한 증가는 리벳이 비대칭적으로 벌어지거나 붕괴되는 경향을 증가시킬 뿐이다.

도 2b에서 도 2a의 접합부와 비교하여 변경된 파라미터는 변위된 시트 소재를 더 많이 수용하기 위하여 다이 깊이가 2.5mm 까지 증가된다는 것 뿐이다. 리벳이 비대칭적으로 벌어지므로, 역시 상기 리벳은 보어 내로 밀려드는 소정 부피의 소재를 견디기에는 불충분한 컬럼 강도를 가진다는 것을 알 수 있다. 다이 깊이의 증가는 버튼의 파괴(화살표 B 참조)로 귀결되고 중간 시트가 하부의 시트 소재를 밀고 나가는 경향을 감소시키지 않는다(화살표 C 참조). 이러한 두 가지의 결함들은 부식의 잠재적인 원인을 제공한다. 본 발명자는 더 높은 강도의 알루미늄 합금과 같은 더 낮은 연성을 가지는 시트 소재를 사용할 경우 다이 깊이의 증가가 접합부를 개선시키지 않음을 확인하였다.

도 2c에서 도 2a의 접합부와 비교하여 변경된 파라미터는 리벳의 경도 레벨이 증가된다는 것 뿐이다. 상기 리벳은 증가된 컬럼 강도를 나타내지만 여전히 약간의 비대칭성이 보인다는 것을 알 수 있다. 중간 소재는 맨 밑바닥의 시트를 또한 한 차례 밀고 나간다. 상기 리벳은 맨 밑바닥의 시트에서 최소한의 맞물림을 제공하며 머리는 최상부 시트의 상면에서 돌출되어 위치하는데 이는 더 큰 세팅력이 필요함을 나타낸다(이러한 현상이 바람직하지 않다는 것은 앞에서 설명한 것처럼 당업자에게 명백하다). 이러한 접합부는 많은 응용 분야에서 여전히 만족스럽지 않다고 간주된다.

이제 도 2d 및 도 2e를 참조하면, 도 2a의 접합부와 비교하여 변경된 파라미터는 상기 리벳이 더 두꺼운 레그들(legs)에 의하여 증가된 컬럼 강도를 나타낸다는 것 뿐이다. 도 2d는 종전과 같이 단면을 나타내는 도면이지만 도 2e는 (도 2d의 단면을 생성하기 위하여 접합부가 절단된 이후의) 맨 밑바닥의 시트의 평면도이다. 상기 중간 시트가 관통 단부의 주위를 감싸되 관통되지 않도록 상기 중간 시트가 아래로 끌어 내려진다. 이것은 불충분한 맞물림으로 귀결된다. 또 한편, 리벳 머리는 상부 시트의 상부로 돌출되어 존재하는 바, 이는 상기 리벳을 같이 높이로 세팅하기 위하여 더 큰 세팅력이 필요함을 나타낸다. 또한, 보어의 감소된 부피는, 도 2e에서 화살표 E로 도시된 것처럼, 중간 시트가 맨 밑바닥의 시트를 밀고 나가는 것으로 귀결된다.

또한, 본 발명은 알루미늄 합금들의 얇은 적층체들에 적용할 수 있다. 도 3a는 알루미늄 합금 NG5754의 두 개의 시트들에서 형성된 접합부를 나타내며, 각각의 시트는 1.5mm의 두께를 가진다. 이러한 적층체들에서 변위된 시트 소재의 대부분은 리벳의 보어 내에 수용될 수 있으며 접합부는 실질적으로 평평한 다이를 사용하여 형성되므로, 그 결과, 다이 측의 소재 상에 버튼이 존재하지 않게 된다. 상기 리벳은 완전 중공의 리벳이며 3.35mm(+/-0.1mm)의 생크 외경 및 2.1mm(+/-0.1mm)의 보어 직경을 가진다. 상기 접합부는 실질적으로 상면 및 하면에서 이들과 동일한 높이를 가지는 것으로 나타나는 바, 이것은, 예를 들어, 최종 물품에서 접합부가 특별하게 두드러지는 경우나 맨 밑바닥의 시트의 면외의 변형 및/또는 완성된 접합부가 공간적으로 수용될 수 없거나 시각적으로 허용될 수 없는 경우에서 특히 바람직하다. 맨 밑바닥의 시트의 최소 두께는 0.37mm인데, 이것은 대부분의 적용 분야에서 만족할만한 접합부의 경계 이내로 간주된다.

비교를 위하여 도 3b는 이러한 소재에 대하여 자동차 산업에서 사용되는 일반적인 접합부를 나타내며, 상기 접합부는 비교될 수 있는 일반적인 부분 중공 리벳을 사용하여 형성된다. 다이 측의 접합부는 현저한 버튼 변형을 가짐을 확인할 수 있다.

도 4a 내지 도 4d는 전신재 마그네슘 합금 AZ31B-0에서 형성된 접합부들을 나타낸다. 이러한 소재는 특별히 연성이 낮으므로 셀프 피어싱 리벳팅 방법을 사용하여 접합하는 것이 어렵다. 도 4a(평면도) 및 도 4b(단면도)에서 도시된, 제 1 접합부는 부분 중공 리벳과 깊이 1.6mm의 깊이를 가지는 다이를 사용하여 형성된다. 리벳의 내부 보어는 도 1의 접합부에서 사용된 리벳과 동일한 방식으로 윤활된다. 화살표 F 및 G로부터 접합부가 부식되기 쉽도록 하는 버튼의 균열과 찢김이 나타남을 확인할 수 있다. 나아가, 접합부 내의 맞물림이 부족하여, 상기 접합부를 상대적으로 취약하게 한다. 버튼의 크기를 감소시키기 위한 시도로 단순히 다이 부피를 감소시키는 것은 리벳 붕괴를 유발하거나 리벳이 상부 시트의 상면과 동일 평면이 아닌 접합부를 유발한다는 것이 알려져 있다. 이와 대조적으로, 도 4c 및 도 4d에서 도시된 것처럼, 최대 깊이 0.75mm의 낮은 부피 다이와 함께 완전 중공 리벳을 사용하여 성공적인 접합부가 형성되었다. 버튼에서 균열과 찢김이 나타나지 않음이 명백하며 그리고 하부 시트와 양호한 맞물림을 제공하기 위하여 리벳의 관통 단부는 충분한 벌어짐(flaring)을 수반하여 상부 시트를 관통한다.

본 발명의 방법에서 완전 중공 리벳의 사용은 통상적인 셀프 피어싱 리벳팅 방법에서 사용되는 다이와 비교하여, 비대칭적인 방식으로 리벳이 붕괴되거나 벌어지는 우려없이, 현저하게 더 낮은 부피의 다이를 사용할 수 있게 허용한다. 동일한 시트 소재들을 접합하기 위하여 통상적인 리벳들을 사용하기에는 이러한 낮은 부피의 다이들은 너무 작다고 간주되어 왔다. 본 발명의 방법에서 사용되는 다이의 부피는 통상적인 셀프 피어싱 리벳팅 공정에서 사용되는 다이의 부피보다 30% 내지 100% 더 작은 임의의 부피를 가질 수 있다.

다이 부피는 등가(equivalent) 고체 리벳 부피(즉, 본 발명의 접합부를 형성하기 위하여 사용되는 완전 중공 리벳과 동일한 크기를 가지는 리벳이지만 속은 완전히 찬)의 0% 내지 60% 또는 심지어 70%인 범위에서 임의의 부피를 가질 수 있다. 이것은 등가 고체 부피 리벳의 통상적으로 60% 이상인 (부분 중공 리벳들을 수반한) 통상적인 셀프 피어싱 리벳팅 공정에서 사용되는 다이들과 비교된다.

예를 들어, 일 실시예에서, 상기 다이는 2mm의 최대 깊이 및 10mm의 직경을 가질 수 있다.

예를 들어, 건조한 (고상) 필름 윤활제와 같은, 임의의 적합한 윤활제가 사용될 수 있다. 상기 윤활제는 리벳 보어의 전체 길이를 따라 적용될 수 있거나 상기 보어에 대하여 부분적으로 적용될 수 있다. 일부 적용 분야에서는, 상기 리벳 생크의 외부면에 상기 윤활제가 적용될 수도 있다.

외경 5.3mm(+/-0.1mm)의 생크를 가지는 완전 중공 리벳을 사용하는 잇점은 일반적인 리벳 세터들, 다이들, 리벳 피더들 및 셀프 피어싱 리벳 접합부들을 형성하기 위하여 사용되는 다른 장치들과 함께 사용될 수 있다는 점이다. 이것은 통상적인 부분 중공 리벳 뿐만 아니라 완전 중공 리벳을 삽입하기 위하여 동일한 장치를 사용할 수 있다는 것을 의미한다.

본 발명에 따른 접합부는 통상적인 리벳들을 위한 세팅력 보다 현저하게 더 낮은 세팅력을 사용하여 형성될 수 있다. 나아가, 감소된 변형은 접합부가, 예를 들어, 좁은 플랜지들과 같은, 한정된 영역들에서 형성되는 것을 허용하므로 상기 리벳들은 최종 조립 제품에서 감소된 중량을 제공한다.

본 발명의 방법에서 사용되는 리벳은 5.3mm(+/-0.1mm) 이하의 생크 외경을 가질 수 있다. 나아가, 1mm 두께를 가지는 적층체를 포함하여, 3mm 이하의 두께를 가지는 적층체들을 접합하기 위하여 상기 리벳이 사용될 수 있다.

리벳 상에 윤활제를 사용하는 것은 더 낮은 부피의 다이들이 사용될 때, 심지어 리벳이 접시 머리를 가질 때, 50kN 이하의 일반적이거나 통상적인 세팅력에서 접합부들이 형성될 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 리벳을 세팅할 때 세팅력의 대분분은 머리의 하측을 상부 시트에 박음으로써 머리가 상부 시트의 상면과 실질적으로 동일한 평면을 가지는 것을 확보하기 위하여 필요하다(도 1에서 보여지는 것 처럼 ).

가벼운 금속 합금들이라는 용어는 산업계에서 인정되는바, 본 명세서에서는 마그네슘, 티타늄, 베릴륨 또는 고강도의 알루미늄을 의미하기 위하여 사용되는데, 이들은 모두 중량 대비 낮은 밀도와 높은 강도를 가진다.

전신재 마그네슘 합금들의 최대 인장 강도(UTS)은 일반적으로 180-440MPa의 범위를 가짐에 반하여 고강도의 알루미늄 합금의 UTS는 일반적으로 330-600MPa의 범위를 가진다.

도 5a-5c는 상부 시트 소재의 슬러그(11)가 리벳 보어 내에서 어떻게 유지하는지 나타낸다. 도 5b는 도 5a의 상부에 대한 확대 도면이며 상기 리벳의 내부면이 상부 단부에서 정의되는 환형의 그루브(12)를 가지는 것을 보여준다. 상기 슬러그는 상기 그루브를 채우기 위하여 외부로 변형되며 이에 의하여 상기 슬러그가 보어의 상부 단부로부터 이탈(dislodge)되는 것을 방지할 수 있다. 상기 실시예에서 도시된 그루브는 환형이지만 부분적으로 환형일 수도 있으며 또는 임의의 다른 적절한 형상을 가질 수도 있다는 것을 이해할 수 있다.

이러한 예시적인 실시예에서 상기 접합부는 고강도의 알루미늄 합금 AC600-T4 소재로 이루어진 네 시트의 적층체를 사용하여 형성되는데, 상부 시트는 상대적으로 얇다(0.9mm). 바로 아래의 시트는 2mm의 두께를 가지며 나머지 다른 두 시트들은 3mm의 두께를 가진다. 전술한 것처럼, 상기 리벳은 미국 특허 번호 제6,951,052호에 기술한 종류의 전기 리벳 세터 및 US 6,742,235에서 기술한 클램핑 방법을 사용하여 삽입된다. 1.8mm의 최대 깊이와 10mm의 직경을 가지는 다이를 사용하여 접합부가 형성된다. 세팅 속도는 350mm/sec 이었다.

도 5c는 그루브(12)로 상기 슬러그 소재의 변형을 촉진하도록 돌출부(14)를 가지는 (리벳을 삽입하는) 펀치(13)와 함께 동일한 리벳으로 형성된 접합부를 보여준다.

어떠한 적용에서는 상기 다이는 상기 리벳의 유효 고체 부피의 60-70%인 부피를 가질 수 있다.

Claims

적어도 두 시트 소재들 중에서 적어도 하나는 경금속 합금인 상기 시트 소재들의 적층체에 셀프 피어싱 리벳을 사용하여 접합부를 형성하는 방법으로서,
다이 상에 상기 소재를 배치하는 단계;
상기 리벳의 전체 길이를 따라 연장하는 보어를 가지도록 완전한 중공(fully hollow)을 가지며 원통형의 셀프 피어싱 리벳으로서, 상기 리벳은 상기 리벳의 보어 중 적어도 일부를 따라 윤활제로 코팅된, 상기 리벳을 제공하는 단계;
상기 다이의 반대 위치에서 상기 시트 소재 상에 상기 리벳을 배치하는 단계;
상기 리벳을 세팅하고 상기 리벳이 상기 시트 소재의 상면을 뚫되, 상기 리벳의 생크가 상기 다이 측의 소재를 관통하지는 않고 상기 소재와 맞물리게 외측 방향으로 변형하도록, 그리고 상기 시트 소재가 상기 보어의 상단까지 흘러가도록, 상기 시트 소재 내부로 상기 리벳에 힘을 인가하기 위하여 펀치를 사용하는 단계;를 포함하며,
상기 리벳은 0mm보다 크되 5.4mm 이하인 외경을 가지는 생크를 포함하고, 상기 다이는 최대 깊이가 0.5mm 내지 2.0mm의 범위를 가지는 다이 캐비티 및 등가(equivalent) 고체 리벳 부피의 60% 이하이되 0%보다 큰 부피를 가지며, 상기 등가 고체 리벳은 상기 접합부를 형성하기 위하여 사용되는 상기 완전 중공 셀프 피어싱 리벳과 동일한 크기를 가지는 리벳이지만 속은 완전히 찬(completely solid) 것인,
셀프 피어싱 리벳을 사용하여 접합부를 형성하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 시트들은 50-600MPa 범위에서 최대 인장 강도를 가지는, 셀프 피어싱 리벳을 사용하여 접합부를 형성하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 시트들은 180-600MPa 범위에서 최대 인장 강도를 가지는, 셀프 피어싱 리벳을 사용하여 접합부를 형성하는 방법.
삭제
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시트 소재의 적층체는 적어도 6.0mm의 두께를 가지는, 셀프 피어싱 리벳을 사용하여 접합부를 형성하는 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시트 소재의 적층체는 적어도 1.0mm의 두께를 가지는, 셀프 피어싱 리벳을 사용하여 접합부를 형성하는 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 리벳은 상기 리벳 보어의 전체 길이를 따라서 윤활제로 코팅된, 셀프 피어싱 리벳을 사용하여 접합부를 형성하는 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 리벳은 상기 리벳 생크의 외부면의 적어도 일부 상에 윤활제로 더 코팅된, 셀프 피어싱 리벳을 사용하여 접합부를 형성하는 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 윤활제는 건조 필름인, 셀프 피어싱 리벳을 사용하여 접합부를 형성하는 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시트 소재는 330-600MPa 범위에서 최대 인장 강도를 가지는 고강도 알루미늄 합금인, 셀프 피어싱 리벳을 사용하여 접합부를 형성하는 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시트 소재는 180-440MPa 범위에서 최대 인장 강도를 가지는 전신재 마그네슘 합금인, 셀프 피어싱 리벳을 사용하여 접합부를 형성하는 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 리벳 보어의 직경은 적어도 3.1mm인, 셀프 피어싱 리벳을 사용하여 접합부를 형성하는 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 생크의 외경은 3.25mm 이상 3.45mm 이하인, 셀프 피어싱 리벳을 사용하여 접합부를 형성하는 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 리벳 보어의 내경은 적어도 2.0mm인, 셀프 피어싱 리벳을 사용하여 접합부를 형성하는 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 리벳은 접시 머리(countersunk head)를 가지는, 셀프 피어싱 리벳을 사용하여 접합부를 형성하는 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 리벳은 상기 보어의 상부에서 적어도 하나의 구성물(formation)을 가지되,
상기 보어 내에서 상기 시트 소재들의 적층체의 최상부 시트로부터의 슬러그 소재가 상기 적어도 하나의 구성물과 맞물리도록 상기 시트 소재의 변형을 허용하는 단계;를 포함하는, 셀프 피어싱 리벳을 사용하여 접합부를 형성하는 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 구성물은 그루브 또는 리세스를 포함하는, 셀프 피어싱 리벳을 사용하여 접합부를 형성하는 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 시트 소재 내로 상기 리벳을 삽입하기 위하여 펀치를 사용하는 단계를 더 포함하되,
상기 펀치는 상기 슬러그 소재가 외측 방향으로 변형되도록 상기 슬러그 소재와 접촉하는 돌출부를 가지는, 셀프 피어싱 리벳을 사용하여 접합부를 형성하는 방법.
부품 또는 제품을 제조하는 방법으로서,
상기 방법은, 접합부를 형성하는 단계를 포함하며,
상기 접합부를 형성하는 단계는, 적어도 두 시트 소재들 중에서 적어도 하나는 경금속 합금인 상기 시트 소재들의 적층체에 셀프 피어싱 리벳을 사용하여 접합부를 형성하는 방법에 따라 이루어지고,
상기 셀프 피어싱 리벳을 사용하여 접합부를 형성하는 방법은,
다이 상에 상기 소재를 배치하는 단계;
상기 리벳의 전체 길이를 따라 연장하는 보어를 가지도록 완전한 중공(fully hollow)을 가지며 원통형의 셀프 피어싱 리벳으로서, 상기 리벳은 상기 리벳의 보어 중 적어도 일부를 따라 윤활제로 코팅된, 상기 리벳을 제공하는 단계;
상기 다이의 반대 위치에서 상기 시트 소재 상에 상기 리벳을 배치하는 단계;
상기 리벳을 세팅하고 상기 리벳이 상기 시트 소재의 상면을 뚫되, 상기 리벳의 생크가 상기 다이 측의 소재를 관통하지는 않고 상기 소재와 맞물리게 외측 방향으로 변형하도록, 그리고 상기 시트 소재가 상기 보어의 상단까지 흘러가도록, 상기 시트 소재 내부로 상기 리벳에 힘을 인가하기 위하여 펀치를 사용하는 단계;를 포함하며,
상기 리벳은 0mm보다 크되 5.4mm 이하인 외경을 가지는 생크를 포함하고, 상기 다이는 최대 깊이가 0.5mm 내지 2.0mm의 범위를 가지는 다이 캐비티 및 등가(equivalent) 고체 리벳 부피의 60% 이하이되 0%보다 큰 부피를 가지며, 상기 등가 고체 리벳은 상기 접합부를 형성하기 위하여 사용되는 상기 완전 중공 셀프 피어싱 리벳과 동일한 크기를 가지는 리벳이지만 속은 완전히 찬(completely solid) 것인, 방법인,
부품 또는 제품을 제조하는 방법.
적어도 두 시트 소재들 중에서 적어도 하나는 경금속 합금인 상기 시트 소재들의 적층체에 셀프 피어싱 리벳을 사용하여 접합부를 형성하는 방법으로서,
다이 상에 상기 소재를 배치하는 단계;
상기 리벳의 전체 길이를 따라 연장하는 보어를 가지도록 완전한 중공(fully hollow)을 가지며 원통형의 셀프 피어싱 리벳으로서, 상기 리벳은 상기 리벳의 보어 중 적어도 일부를 따라 윤활제로 코팅된, 상기 리벳을 제공하는 단계;
상기 다이의 반대 위치에서 상기 시트 소재 상에 상기 리벳을 배치하는 단계;
상기 리벳을 세팅하고 상기 리벳이 상기 시트 소재의 상면을 뚫되, 상기 리벳의 생크가 상기 다이 측의 소재를 관통하지는 않고 상기 소재와 맞물리게 외측 방향으로 변형하도록, 그리고 상기 시트 소재가 상기 보어의 상단까지 흘러가도록, 상기 시트 소재 내부로 상기 리벳에 힘을 인가하기 위하여 펀치를 사용하는 단계;를 포함하며,
상기 다이는 최대 깊이가 0.5mm 내지 2.0mm의 범위를 가지는 다이 캐비티 및 등가(equivalent) 고체 리벳 부피의 70% 이하이되 0%보다 큰 부피를 가지며, 상기 등가 고체 리벳은 상기 접합부를 형성하기 위하여 사용되는 상기 완전 중공 셀프 피어싱 리벳과 동일한 크기를 가지는 리벳이지만 속은 완전히 찬(completely solid) 것인,
셀프 피어싱 리벳을 사용하여 접합부를 형성하는 방법.
제 20 항에 있어서,
상기 다이 부피는 상기 등가 고체 리벳 부피의 60% 이하이되 0%보다 큰, 셀프 피어싱 리벳을 사용하여 접합부를 형성하는 방법.
부품 또는 제품을 제조하는 방법으로서,
상기 방법은, 접합부를 형성하는 단계를 포함하며,
상기 접합부를 형성하는 단계는, 적어도 두 시트 소재들 중에서 적어도 하나는 경금속 합금인 상기 시트 소재들의 적층체에 셀프 피어싱 리벳을 사용하여 접합부를 형성하는 방법에 따라 이루어지고,
상기 셀프 피어싱 리벳을 사용하여 접합부를 형성하는 방법은,
다이 상에 상기 소재를 배치하는 단계;
상기 리벳의 전체 길이를 따라 연장하는 보어를 가지도록 완전한 중공(fully hollow)을 가지며 원통형의 셀프 피어싱 리벳으로서, 상기 리벳은 상기 리벳의 보어 중 적어도 일부를 따라 윤활제로 코팅된, 상기 리벳을 제공하는 단계;
상기 다이의 반대 위치에서 상기 시트 소재 상에 상기 리벳을 배치하는 단계;
상기 리벳을 세팅하고 상기 리벳이 상기 시트 소재의 상면을 뚫되, 상기 리벳의 생크가 상기 다이 측의 소재를 관통하지는 않고 상기 소재와 맞물리게 외측 방향으로 변형하도록, 그리고 상기 시트 소재가 상기 보어의 상단까지 흘러가도록, 상기 시트 소재 내부로 상기 리벳에 힘을 인가하기 위하여 펀치를 사용하는 단계;를 포함하며,
상기 다이는 최대 깊이가 0.5mm 내지 2.0mm의 범위를 가지는 다이 캐비티 및 등가(equivalent) 고체 리벳 부피의 70% 이하이되 0%보다 큰 부피를 가지며, 상기 등가 고체 리벳은 상기 접합부를 형성하기 위하여 사용되는 상기 완전 중공 셀프 피어싱 리벳과 동일한 크기를 가지는 리벳이지만 속은 완전히 찬(completely solid) 것인, 방법인,
부품 또는 제품을 제조하는 방법.