KR102096819B1 - 셀프 피어싱 리벳팅 다이 - Google Patents

셀프 피어싱 리벳팅 다이 Download PDF

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안드레아 말스콜스
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뵐호프 베르빈둥스테크니크 게엠베하
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Abstract

본 발명은 잠금 헤드를 형성함으로써 복수의 부품에서 셀프 피어싱 리벳 접합이 형성될 수 있는 세팅 장치용 셀프 피어싱 리벳팅 다이에 관한 것이다. 이 셀프 피어싱 리벳팅 다이는 상부면(8) 및 이에 형성되고 상기 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1)의 중심축(M)에 대해 회전 대칭으로 배열된 오목부(9)를 갖는 본체(3)를 특징으로 한다. 상기 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1)의 단면에서, 상기 오목부(9)는 환형 채널 구역(20)의 원호형 하강부(22)로 반경 방향으로 단(16)을 경유하여 전이하는 탈형 구역(10)의 탈형 경사부(12)를 가지며, 상기 원호형 하강부(22)는 반경 방향 내측으로 직선형 또는 원호형 또는 곡선형으로 다이 바닥부(30)로 상승한다.

Description

셀프 피어싱 리벳팅 다이
본 발명은 적어도 제1 및 제2 부품에 셀프 피어싱 리벳을 세팅하기 위한 셀프 피어싱 리벳팅 다이, 이 셀프 피어싱 리벳팅 다이와 조합된 세팅 장치, 이 셀프 피어싱 리벳팅 다이를 사용하여 형성된 적어도 2 개의 부품들 사이의 접합, 및 이러한 접합을 형성하는 방법에 관한 것이다.
선행 기술에서, 셀프 피어싱 리벳을 사용한 적어도 제1 및 제2 부품의 접합은 공지되어 있다. 이 목적을 위해, 셀프 피어싱 리벳은 세팅 장치에 의해 적어도 두 개의 부품 안으로 박아 넣어지는데, 여기서 상기 적어도 두 개의 부품은 펀치에 대향하여 배치된 다이에서 지지된다. 이 다이는 그 형상으로 인하여 접합부의 특징에 영향을 미친다.
예를 들어, 독일 특허 DE 199 05 528 B4는 모루 다이(anvil die)를 개시한다. 이 모루 다이는 접합되는 부품들을 지지하기 위한 카운터 베어링 (counter-bearing) 역할을 하는 평평한 표면을 특징으로 한다. 이러한 방식으로 형성된 다이는 상기 셀프 피어싱 리벳에 대향하는 접합부의 측면상에 심미적으로 매력적인 표면을 제공한다. 특히 눈으로 보이는 셀프 피어싱 리벳팅 접합에 유리하다. 그러나, 셀프 피어싱 리벳에 의해 변위된 부품의 재료는 다이 공동(die cavity) 내로 빠져나갈 수 없다는 단점이 있다. 이로 인해 상기 셀프 피어싱 리벳이 일반적인 셀프 피어싱 리벳팅 공정보다 더 강하게 압축되고 펴진다. 이것은 부품의 재료를 압박하여 전체 접합부를 압박한다. 또한, 평면 모루 다이는 상기 셀프 피어싱 리벳을 더 강하게 펴지도록 야기하며, 이는 부품의 재료에서 더 높은 압축 응력을 초래한다. 또한 이 부가적인 압축 응력은 형성된 접합부의 수명을 단축시킬 수 있다.
독일 공개 특허 DE 10 2009 039 936 A1에서는, 셀프 피어싱 리벳팅 접합을 형성하기 위한 다이가 사용되고, 중앙 오목부를 갖는 각이 진 다이 공동을 나타낸다. 특히, 이 셀프 피어싱 리벳팅 다이의 각진 형태는 리벳팅 공정 중에 일관되지 않은 재료의 흐름을 야기한다. 이것은 다이 공동 내에서 조정되지 않은 재료 분포를 초래한다. 결과적으로, 다이 공동은 다이 측 부품의 재료로 불균일하게 채워지므로, 형성된 잠금 헤드는 펴진 리벳 축을 균일하게 둘러싸지 않는다.
유럽 공개특허 EP 1 078 701 A2 및 유럽 특허 EP 2 606 993 B1은 신뢰할 수 있는 셀프 피어싱 리벳 접합을 형성하기 위한 구형 세그먼트(spherical segment) 형상의 오목부를 갖는 셀프 피어싱 리벳팅 다이를 제안한다. 이 셀프 피어싱 리벳팅 다이는, 최대 1.5 mm의 판 두께로, 보다 연성이 강한 재료, 일례로, 알루미늄에 특히 적합하다. 평평하게 형성된 구형 세그멘트 형상이 리벳팅 공정 중에 재료의 일관된 흐름을 지원한다고 하더라도, 셀프 피어싱 리벳의 퍼짐이 누락되고 셀프 피어싱 리벳이 압축될 가능성이 발견되었다. 이러한 프로세스는 형성된 접합의 수명을 단축시킨다.
차량 제작에서 마그네슘과 알루미늄으로 만든 부품은 점점 더 자주 사용된다. 예를 들어, 강재와 비교할 때, 감소된 무게로 인해, 이러한 부품은 차량 중량의 감소 및 연료 소비의 감소에 기여한다. 그러나, 이들 재료로 만들어진 부품들간의, 예를 들어, 7000 시리즈의 알루미늄으로 만든 부품들 사이에서의 접합이 형성된다면, 이러한 접합은 종종 네거티브 균열 형성(negative crack formation)에 의한 영향을 받는다. 따라서 독일 공개특허 DE 11 2012 003 904 T5는 이러한 재료의 셀프 피어싱 리벳 접합에 적합한 열처리를 제안한다. 여기에 설명된 열처리는 균열 형성을 감소시킬 수 있지만, 그러한 접합을 형성하기 위한 노력을 증가시킨다. 따라서, 본 발명의 목적은, 예를 들어, 7000 시리즈의 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 취성 재료의 셀프 피어싱 리벳 접합을 형성할 때에도 추가 열처리를 불필요하게 하는, 적합하게 형성된 셀프 피어싱 리벳팅 다이를 제안하는 것이다.
독일 공개특허 DE 44 04 659 A1은 셀프 피어싱 리벳 접합을 형성하는 또 다른 정교한 방법을 기술하고 있다. 여기에서 주요 목적은 두 가지 부품 사이에 수밀(liquid-tight) 셀프 피어싱 리벳 접합을 형성하는 것이다. 이러한 방식으로, 형성하고자 하는 셀프 피어싱 리벳에 의해 야기되는 균열 형성은 회피되어야 한다. 이러한 이유로, 서로 접합될 두 부품은 셀프 피어싱 리벳 접합을 형성하기 위한 준비로서 상기 셀프 피어싱 리벳과 상보적인 형태로 예비 성형된다. 이 목적은, 셀프 피어싱 리벳팅 다이에 접합되는 펀치, 리벳 샤프트용 환형 오목부에 의해 형성되는 다이 공동, 및 리벳 샤프트 내의 공동(cavity)을 위한 중앙 범프에 의해 달성된다. 이러한 방식으로, 리벳팅 공정 중에 반중공(half hollow) 셀프 피어싱 리벳의 퍼짐이 감소된다. 또한, 펀치 측 부품 상의 리벳 샤프트의 압력이 감소되므로, 리벳팅 공정 중에 리벳 샤프트가 펀치와 대향한 시트층을 관통하지 않는다. 이러한 방식으로, 실제 리벳팅 공정은 리벳 샤프트의 길이에 맞춰진 다이의 깊이에 의해 제한된다. 충분히 큰 다이 공동은, 셀프 피어싱 리벳에 맞추어지며, 셀프 피어싱 리벳의 압축을 유도하고 충분한 언더컷(undercut)을 형성하는 셀프 피어싱 리벳에 적절한 반력(counterforce)을 제공하지 못한다.
국제공개번호 WO 2014/009129 A1는 재료의 유동을 위해 다이 공동에 환형 차단부를 사용하는 셀프 피어싱 리벳팅 다이를 개시한다. 이 환형 차단부는 다이 측 부품의 재료가 다이 공동의 바닥에 대하여 밀려나자마자 반경 방향 바깥쪽으로 흐르는 것을 방지하기 위한 것이다. 이러한 방식으로, 접합이 이루어진 후에, 셀프 피어싱 리벳 아래에 충분한 잔여 재료 두께가 제공되도록 해야한다. 또한, 재료 유동 차단부 내의 재료 막힘은 셀프 피어싱 리벳에 대항하는 재료 강도가 리벳 샤프트의 충분한 확산을 제공하는 것을 보장해야 한다. 재료의 흐름이 다이의 거의 수직으로 솟은 측벽뿐만 아니라 환형의 재료 유동 차단부에 의해 차단되기 때문에, 재료의 조정되지 않은 분포만이 다이 공동 내부에서 일어나며, 이는 형성하고자 하는 셀프 피어싱 리벳 접합 내에서 접합력이 고르지 않게 구현되는 것을 지원한다. 또한, 다이 공동 내에 중앙 오목부를 제공하는 것은 셀프 피어싱 리벳 접합의 형성 중에 재료의 흐름을 약간만 향상시킨다. 특히 이 오목부가 환형의 재료 유동 차단부와 함께 사용되는 경우, 중앙 오목부와 환형 재료 유동 차단부의 체적이 상기 다이를 마주하는 부품의 변위된 재료로 채워질 때까지, 반경 방향 외측 다이 공동의 일종의 차폐부가 생성된다. 그 후에만 재료가 나머지 다이 공동로 흐른다. 다이 공동 내에서 잠금 헤드를 점진적으로 형성하는 것은, 특히 취성 재료를 사용할 때, 다이 공동을 위한 충분히 큰 충진 체적을 필요로 한다. 종종 이것이 충족되지 않으면 셀프 피어싱 리벳 접합을 약화시킨다.
유럽 특허 EP 1 294 504 B1는 다이 공동으로부터 초과되는 재료가 배출될 수 있는 셀프 피어싱 리벳팅 다이를 기술한다. 이는, 예를 들어, 다이 공동으로의 개구부에 의해 실현되어, 부품 재료의 유출을 가능하게 한다. 이러한 방식으로 배출된 변위된 부품 재료는, 형성된 셀프 피어싱 리벳의 붕괴를 야기하는 다이 공동 내의 재료 막힘을 방지한다. 동시에, 다이 공동에 대한 정확한 조정이 없이 배출된 재료에 의해, 초과된 재료의 충분한 역압(counter-pressure)이 신뢰성 있게 확산되어 두 부품 사이의 영구 접합을 유도하는 것을 방지한다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래 기술에 존재하는 단점을 극복하고, 긴 수명으로 신뢰성 있는 셀프 피어싱 리벳 접합을 형성할 수 있는 셀프 피어싱 리벳팅 다이를 제안하는 것이다. 또한, 본 발명의 또 다른 목적은 각각의 펀치 리벳 접합부, 이러한 펀치 리벳 다이를 갖는 세팅 장치 및 이러한 접합부를 만드는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 독립항 제 1 항 및 제 10 항에 따른 셀프 피어싱 리벳팅 다이, 독립항 제 12 항에 따른 세팅 장치, 독립항 제 13 항에 따른 접합부 및 독립항 제 15 항에 따른 셀프 피어싱 리벳팅 방법에 의해 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시예 및 더 나아간 개발사항은 이하의 설명, 첨부 도면 및 첨부된 청구 범위로부터 명백해질 것이다.
잠금 헤드(closing head)를 형성하면서 복수의 부품들에 셀프 피어싱 리벳 접합을 형성할 수 있는, 본 발명에 따른 세팅 장치용 셀프 피어싱 리벳팅 다이는 다음과 같은 특징을 포함한다: 상부면 및 이에 형성된 오목부를 포함하는 본체로서, 상기 오목부는 상기 셀프 피어싱 리벳팅 다이의 중심축에 대하여 회전 대칭으로 배치되고, 상기 상부면에서 직경 DM을 갖는, 바람직하게는 원통형인, 본체를 포함하고, 상기 오목부는 반경 방향 외측에 배치된 환형의 탈형 구역(demolding section), 그 다음에 이어지는 환형 채널 구역, 그리고 중앙에 배치된 다이 바닥부를 포함하고, 상기 중심축에 평행하게 연장된 상기 셀프 피어싱 리벳팅 다이의 단면에서, 상기 탈형 구역의 탈형 경사부는 상기 셀프 피어싱 리벳팅 다이의 상부면과 5° ≤ α ≤ 45°의 범위의 각도 α를 이루고, 상기 탈형 경사부는 단(step)을 경유하여 8.2/1000 DM ≤ RS ≤ 8.2/100 DM의 범위의 반경 RS를 갖는 상기 환형 채널 구역의 원호형 하강부 내로 반경 방향 내측으로 전이하며, 그리고 반경 방향 내측으로 상기 원호형 하강부는 직선형 또는 원호형 또는 곡선형으로 상기 다이 바닥부로 상승한다.
전술한 셀프 피어싱 리벳팅 다이의 형상은 리벳 접합을 위한 적절한 잠금 헤드를 형성하기 위해 리벳팅 공정 중에 다이 측 부품의 재료의 흐름에 긍정적인 영향을 미친다. 이에 따라 셀프 피어싱 리벳 다이의 사전 정의된 형상이 셀프 피어싱 리벳의 정의된 퍼짐을 제공함과 동시에 리벳 각부(rivet foot) 내부의 기계적 텐션(tension)을 감소시킨다. 이것은 특히 리벳 각부 영역의 하중 제거를 위한 재료 수용 공간을 제공하는 환형 채널 구역에 의해 달성된다. 또한, 환형 채널 구역와 환형 탈형 구역 사이의 매끄러운 전환은 재료의 일관된 흐름을 보장하여, 신뢰성 있는 잠금 헤드 형성을 지원한다.
본 발명의 셀프 피어싱 리벳팅 다이의 바람직한 제1 실시예에 따르면, 탈형 경사부는 선형으로 형성된다. 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 탈형 경사부는 7/10 DM ≤ RES ≤ 9/10 DM 범위의 반경 RES을 갖는 오목한 원호 형상을 갖는다. 상기 환형 탈형 구역과 그 다음에 이어거나 또는 그와 인접한 환형 채널 구역 사이에서의 전술한 평탄하고 장벽이 없는 전이 때문에, 상기 셀프 피어싱 리벳팅 다이의 오목부 내로 변위된 재료는 축적되지 않는다. 이러한 다이 측 부품의 재료는 제공된 열린 공간에서 스스로 움직일 수 있으므로 리벳팅 공정 중에 셀프 피어싱 리벳이 일관되게 퍼지게 된다. 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 셀프 피어싱 리베팅 다이의 원호형 하강부는 상기 셀프 피어싱 리벳팅 다이의 상부면에 대해 6/100 DM ≤ TRK ≤ 12/100 DM의 범위의 최대 깊이 TRK를 갖는다. 다이 측 부품의 재료에 따라, 환형 갭부에서의 하강부 깊이는 가변적으로 조정 가능하다. 이러한 방식으로 잠금 헤드에서 균열이 형성되는 것을 방지하기 위해, 특정 재료, 일례로, 취성 재료의 거동을 목표로 설정할 수 있다. 본 발명에 따르면, 취성 재료는 바람직하게는 15 % 미만의 연신율(elongation at failure )을 갖는다. 이러한 재료는, 다른 예들 중에서도, 마그네슘 다이 캐스팅 합금, 900 MPa 초과의 강도를 갖는 잘 담금질되고 템퍼링된 강 또는 200 시리즈의 알루미늄-구리-합금 및 7000 시리즈의 알루미늄-아연-합금을 포함한다.
또한, 탈형 경사부는 볼록 단(convex step)에서 환형 채널 구역의 하강부로 전이한다. 본 발명에 따르면, 환형 채널 구역의 하강부가 볼록 단에서 다이 바닥부로 전이하는 것이 또한 바람직하다. 특히 각진 전이(angular transitions)를 방지하는 것은 셀프 피어싱 리벳팅 다이의 오목부 내에서 재료의 흐름을 지원한다는 것이 밝혀졌다. 따라서, 곡선형의 전이는 하강부와 상기 다이 바닥부 사이뿐만 아니라 상기 탈형 경사부와 하강부 사이의 바람직한 접합을 제공한다. 이러한 방식으로, 리벳팅 공정 중에 셀프 피어싱 리벳의 예측할 수 없는 압축을 초래할 수 있는, 탈형 경사부와 하강부 사이의 각도로 재료의 흐름을 차단하는 것도 회피된다.
본 발명의 셀프 피어싱 리벳팅 다이의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 원호 형상의 하강부는 2 개의 인접한 전환점에서 인접한 볼록 단으로 접선 방향으로 전이한다. 인접한 전환점들 사이의 반경 방향 거리 AUP에 의해, 환형 채널 구역의 원호형 하강부의 폭이 규정된다. 원호형 하강부의 폭은 3/100 DM ≤ AUP ≤ 20/100 DM의 범위 내인 것이 바람직하다. 또한, 상기 정의로부터 따르기를, 셀프 피어싱 리벳팅 다이의 오목부는 꾸준히 일관된 벽 진로(wall course)에 의해 규정되는 것이, 본 발명에 따르면 바람직하다. 따라서, 환형 채널 구역의 하강부의 깊이에 더하여, 환형 채널 구역의 하강부 폭은 또한 다이 측 부품의 재료를 각각 선택하는 것에 따라 조절 가능하다. 따라서, 셀프 피어싱 리벳팅 다이의 오목부에 의해 수용될 수 있는 체적은 적어도 다이 측 요소의 재료 특성을 고려하여 특별히 설계된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 다이 바닥부는 2/100 DM ≤ TA ≤ 8/100 DM 범위의 깊이 TA 및 15/100 DM ≤ DA ≤ 35/100 DM 범위의 바람직한 직경 DA를 갖는 중심 오목부를 포함한다. 다이 바닥부의 이러한 바람직한 설계는 셀프 피어싱 리벳팅 다이의 오목부에 의해 수용될 다이 측 부품의 재료 부피를 구체적으로 조정할 수 있는 추가 기회를 제공한다. 또한, 다이 바닥부의 중심 오목부의 설계에 의해, 재료의 흐름 거동과 그에 따른 잠금 헤드의 형성이 또한 수행된다.
본 발명의 상이한 바람직한 실시예에 따르면, 중심 오목부의 내부 윤곽 또는 내부 형상은 다르게 형성된다. 제1 대안에 따르면, 상기 중심 오목부는 원통형으로 형성된다. 또 다른 바람직한 실시예는 중앙 상승부 또는 추가적인 원추형의 테이퍼진 함몰부를 중심 오목부에 제공하는 것을 제안한다. 원호형 상승부 또는 반타원형 상승부를 포함하는 추가의 환형 갭부를 갖는 중심 오목부의 바닥부를 형성하는 것이 더 바람직하다. 중심 오목부의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 후자는 깊이 방향으로 원추형으로 테이퍼진다.
본 발명은 잠금 헤드를 형성함으로써 셀프 피어싱 리벳 접합이 복수의 부품에 형성될 수 있는 세팅 장치용 셀프 피어싱 리벳팅 다이를 더 포함한다. 이 셀프 피어싱 리벳팅 다이는 다음과 같은 특징을 포함한다: 상부면 및 이에 형성되고, 상기 셀프 피어싱 리벳팅 다이의 중심축에 대해 회전 대칭으로 배치되는 오목부를 포함하고, 상기 오목부는 상기 상부면에서 직경 DM을 가지며, 바람직하게는 원통형인, 본체를 포함하고, 상기 오목부는 반경 방향 외측으로 배치된 환형 탈형 구역, 다음에 이어지거나 또는 인접한 환형 채널 구역 및 중앙에 배치된 다이 바닥부를 포함하며, 상기 중심축에 평행하게 연장된 셀프 피어싱 리벳팅 다이의 단면에서, 상기 탈형 구역의 탈형 경사부는 상기 셀프 피어싱 리벳팅 다이의 상부면과 10° ≤ α ≤ 85°의 범위의 각도 α를 이루고, 상기 탈형 경사부는 8.2/1000 DM ≤ RS ≤ 8.2/100 DM 범위의 반경 RS를 갖는 환형 채널 구역의 원호형 하강부 내로 반경 방향 내측으로 전이하며, 그리고 반경 방향 내측으로 상기 원호형 하강부는 상기 다이 바닥부로 원호 형상으로 상승한다.
특히, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 증가된 언더컷을 생성하기 위한 반중공(half-hollow) 셀프 피어싱 리벳의 퍼짐 거동이 수행될 수 있음이 밝혀졌다. 이로써, 리벳 각부는 환형 갭부와 다이 바닥부의 조합에 의해 반경 방향 외측으로 변형된다.
이와 관련하여, 본 발명에 따르면 다이 바닥부는 곡선형, 원형, 반타원형 또는 원통형으로 형성되어 중앙에 배치된 회전 대칭 상승부를 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따르면, 이러한 중앙에 배치된 회전 대칭 상승부는 바람직하게는, 다이 받침이 적절한 언더컷을 생성하기 위해 반경 방향 외측으로 변형되는 것을 돕는데 필요한 재료 막힘 또는 축적을 보장한다.
본 발명은 상기한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 셀프 피어싱 리벳팅 다이를 갖는 세팅 장치를 더 포함한다. 또한, 본 발명은 셀프 피어싱 리벳 및 상기한 셀프 피어싱 리벳팅 다이에 의해 형성된 적어도 제1 부품과 제2 부품 사이의 접합부를 포함하여, 접합부를 특징 짓는 잠금 헤드가 셀프 피어싱 리벳팅 다이와 관련하여 상보적인 형상 특징을 갖는다. 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 잠금 헤드에 인접한 제2 부품은 민감하고 취성인 재료, 바람직하게는 7000 시리즈의 알루미늄 합금으로 이루어진다.
또한, 본 발명은 전술한 실시예들 중 하나에 따른 셀프 피어싱 리벳, 세팅 장치 및 셀프 피어싱 리벳팅 다이를 사용하여 적어도 제1 및 제2 부품 사이의 접합을 형성하는 셀프 피어싱 리벳팅 방법을 더 개시한다. 셀프 피어싱 리벳팅 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다: 즉, 셀프 피어싱 리벳팅 다이를 세팅 장치의 펀치 아래에 제공하고, 셀프 피어싱 리벳 다이와 펀치 사이에 제1 및 제2 부품을 배치하고, 셀프 피어싱 리벳팅 다이의 내부 윤곽에 상보적인 형상 특징을 나타내는 잠금 헤드를 형성함과 동시에 제1 및 제2 부품에 셀프 피어싱 리벳을 세팅한다.
본 발명의 바람직한 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 더 개시되며, 이하 나타낸다.
도 1은 본 발명의 바람직한 셀프 피어싱 리벳팅 다이의 측면도이다.
도 2는 셀프 피어싱 리벳팅 다이의 오목부에서 접합 방향으로 도 1에 따른 바람직한 셀프 피어싱 리벳팅 다이의 평면도이다.
도 3은 셀프 피어싱 리벳팅 다이의 중심축에 평행한, 본 발명에 따른 바람직한 셀프 피어싱 리벳팅 다이의 오목부의 개략적인 측단면도로서, 상기 오목부는 환형 채널 구역 및 평평한 다이 바닥부를 포함한다.
도 4는 도 3에 따른 바람직한 셀프 피어싱 리벳팅 다이의 다른 개략도로서, 환형 채널 구역의 상이한 깊이가 표시되어 있다.
도 5는 본 발명에 따른 셀프 피어싱 리벳팅 다이의 또 다른 바람직한 실시예를 도시한 측단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 셀프 피어싱 리벳팅 다이의 또 다른 바람직한 실시예를 도시한 평면도이다.
도 7은 도 6에 따른 셀프 피어싱 리벳팅 다이의 바람직한 오목부의 측단면도이다.
도 8은 다이 바닥부에 추가적인 오목부를 갖는 본 발명에 따른 셀프 피어싱 리벳팅 다이의 오목부의 또 다른 바람직한 실시예의 개략도이다.
도 9는 도 8에 따른 또 다른 바람직한 셀프 피어싱 리벳팅 다이의 개략도로서, 다이 바닥의 환형 채널 구역 및 중앙 오목부의 상이한 바람직한 깊이가 표시되어 있다.
도 10은 도 8에 따른 바람직한 셀프 피어싱 리벳팅 다이의 다른 개략도로서, 다이 바닥부의 중앙 오목부의 다른 바람직한 실시예가 개략적으로 도시되어 있다.
도 11은 본 발명에 따른 셀프 피어싱 리벳팅 다이의 오목부의 또 다른 바람직한 실시예의 평면도이다.
도 12는 도 11에 따른 바람직한 셀프 피어싱 리벳팅 다이의 오목부의 측단면도이다.
도 13은 본 발명에 따른 셀프 피어싱 리벳팅 다이의 오목부의 또 다른 바람직한 실시예의 평면도이다.
도 14는 도 13에 따른 바람직한 셀프 피어싱 리벳팅 다이의 오목부의 측단면도이다.
도 15는 다른 바람직한 셀프 피어싱 리벳팅 다이의 개략도이다.
도 16은 바람직한 셀프 피어싱 리벳팅 다이를 구비한 독일 공개특허 DE 10 2009 049 616에 따른 세팅 장치이다.
도 17a-d는 본 발명에 따라 바람직하게 형성된 접합부의 현미경 사진 및 잠금 헤드이다.
도 18은 도 8에 따른 셀프 피어싱 리벳팅 다이로 형성된 바람직한 접합부의 현미경 사진이다.
도 19는 셀프 피어싱 리벳팅 다이를 사용한 본 발명에 따른 접합 방법의 바람직한 실시예의 흐름도이다.
도 1은 본 발명에 따른 바람직한 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1)를 측면도로 도시한다. 이 다이는 바람직하게는 원통형 본체(3)와 다이 각부(die foot)(5)으로 구성된다. 이와 관련하여, 상기 본체는 직육면체, 다면체, 타원형 또는 다른 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 다이 받침(5)은, 도 16에 일례로 도시된 바와 같이, 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1)를 공지의 세팅 장치에 배열 및 고정하기 위한 공지의 방식으로 쓰일 수 있다. 본 셀프 피어싱 리벳팅 다이는 어떤 디자인을 갖는 공지의 세팅 장치와도 결합될 수 있다. 이를 위해, 다이 받침(5)은 둥근 단면을 포함한다. 후자는 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1)를 적합한 리테이너(retainer)에 정렬하는 회전 방지용 홈(7)에 의해 그의 대칭 윤곽에서 한 쪽 편이 붕괴되어 있다.
도 2에, 도 1의 바람직한 셀프 피어싱 리벳팅 다이가 평면도로 도시되어 있다. 이 평면도는 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1)의 중심축(M)에 평행한 접합 방향(F)에서의 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1)의 도면에 대응한다. 본체(3)는 바람직하게는 중심축(M)에 대해 회전 대칭으로 배열되고 본체(3)의 상부면(8)에 배열된 오목부(9)를 포함한다. 상부면(8)에서, 오목부(9)는 직경 DM을 갖는다.
오목부(9)는 상이한 구역에서 회전 대칭으로 분할된다. 상부면(8)에서, 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1)의 측면은 세팅 장치의 펀치에 대향하고, 오목부(9)는 반경 방향 외측으로 배치된 환형 탈형 구역(10)으로 시작된다. 도 5에 따른 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1)의 축방향 단면에서, 환형 탈형 구역(10)은 반경 방향 외측으로 배열된 탈형 경사부(12)에 의해 식별 가능하다. 상부면(8)은 바람직하게 볼록하게 형성된 구역에서 탈형 경사부(12)로 전이한다. 바람직한 실시예에 따르면, 상부면(8)으로부터 탈형 경사부(12)로의 전이를 위한 반경 ROE (도 3 참조)는 4/100 DM과 같다. 환형 채널부(20)는 탈형 구역(10)을 반경 방향 내측으로 따라간다. 이는 도 5의 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1)의 단면에서 원호형의 하강부(22)로 식별 가능하다. 하강부(22)는 바람직하게는 직선형 및/또는 원호형 및/또는 곡선형으로 연장하는 영역을 갖는 다이 바닥부(30) 내로 반경방향 내측으로 전이한다. 이 다이 바닥부(30)는 또한 중심축(M)을 중심으로 회전 대칭으로 배열되고, 도 5에서 평면 영역(32)으로 식별 가능하다.
본 발명에 따른 바람직한 접합 방법에서, 공지의 세팅 장치(도 16 참조)가 전술한 셀프 피어싱 리벳 접합을 형성하기 위한 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1; 1') (아래 참조)와 조합하여 사용되며, 그에 따라 제공된다(1 단계). 셀프 피어싱 리벳을 세팅함으로써 복수의 부품, 특히 적어도 제1 및 제2 부품을 서로 접합하기 위해, 상기 적어도 2 개의 부품은 펀치 및 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1; 1') 사이에 위치된다(단계 2). 이 때, 본 발명에 따른 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1)는 바람직하게는 취성이거나 또는 장력에 민감한 재료, 일례로, 7000 시리즈 알루미늄 합금, 알루미늄 다이 캐스팅 재료 또는 마그네슘으로 만들어진 다이 측 부품과 조합하여 사용된다. 또한, 알루미늄과 같은, 탄성률 RM <300 MPa 또는, 잘 담금질되고 템퍼링된 강재(steel)와 같은, 탄성 계수 RM <1500 MPa을 갖는 재료가 다이에 대향하는 부품에 유리하게 사용될 수 있다. 일반적으로 모든 재료, 바람직하게는 플라스틱, 강화 플라스틱, 알루미늄, 마그네슘, 이들 금속의 합금 - 일반적으로 경량의 재료 - 뿐만 아니라 강철 및 다른 공지의 금속 합금이 펀치 측 부품, 즉 접합부의 최상부층에 적합하다.
부품이 펀치와 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1) 사이에 적당하게 배치된 후에, 펀치는 셀프 피어싱 리벳을 부품에 형성함으로써, 이 접합을 특징으로 하는 잠금 헤드가 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1)에 형성된다(단계 3). 상기 잠금 헤드는 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1)의 오목부(9)의 내부 디자인의 자국(impression)을 나타내는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 잠금 헤드는 오목부(9)의 내부 윤곽에 상보적으로 형성된 형상 특징부를 특징으로 한다.
부품에 셀프 피어싱 리벳을 세팅하고 잠금 헤드를 형성하는 동안, 환형 탈형 구역(10)의 탈형 경사부(12)는 바람직하게 상기 잠금 헤드에서의 균열 형성을 감소시킨다. 이러한 효과를 지원하기 위해, 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1)의 상부면(8)은 바람직하게 볼록하게 형성된 단(14)에서 탈형 경사부(12)로 전이한다. 동일한 방식으로, 볼록하게 형성된 단(16)를 통해 탈형 경사부(12)를 하강부(22) 또는 환형 채널 구역(20)와 접합하는 것이 바람직하다. 탈형 경사부(12)와 하강부(22) 사이의 볼록하게 형성된 접합부는 바람직하게는 대략 5/100 DM의 반경 R16을 갖는다. 또한, 도 5에 도시된 오목한 실시예와 비교하여, 탈형 경사부(12)는 직선형으로 형성된다. 따라서, 탈형 경사부(12) 및 그에 따른 환형 탈형 구역(10)는 원뿔대 형상을 갖는다. 탈형 구역(12)의 바람직한 오목/원호형의 형태에서, 후자는 7/10 DM ≤ RES ≤ 9/10 DM 범위의 반경 RES을 갖는다.
도 3은 탈형 구역(10), 환형 채널 구역(20) 및 다이 바닥부(30)를 갖는 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1)의 개략도 및 간략한 단면도를 도시한다. 도 4에서, 바람직하게는 상부면(8)에 대한 환형 채널 구역(20)의 깊이 TRK가 구체적으로 조정된다. 하강부(22)의 다양한 점선은 6/100 DM ≤ TRK ≤ 12/100 DM의 바람직한 범위의 깊이 TRK의 변화를 도시하며, 여기서 DM은 본체의 상부면(8)에서의 오목부(9)의 직경을 나타낸다.
환형 채널부(20) 또는 하강부(22)의 깊이 TRK의 특히 탈형 경사부(12)와의 바람직한 조합에 대한 바람직한 특정한 조정에 의해, 접합 공정 중에 리벳 각부에 영향을 미치는 기계적 장력이 감소된다. 추가의 이점으로서, 환형 채널 구역(20)은 다이 측 요소의 재료의 흐름을 반경 방향 외측으로 지향시키는 것으로 밝혀졌다. 이러한 재료의 흐름은 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1)에서 셀프 피어싱 리벳의 한정되고 제어된 퍼짐을 실현하거나 지원한다. 따라서, 깊이 TRK를 갖는 본 발명에 따른 환형 채널 구역(20)의 평평한 탈형 경사부(12) 및 하강부(22)의 바람직한 조합과 성형에 의해, 상기 셀프 피어싱 리벳의 확산과 잠금 헤드를 형성하기 위한 재료의 유동이 최적화된다.
셀프 피어싱 리벳팅 다이(1)의 오목부(9) 내의 바람직한 환형 채널부(20)에 의해 생성된 부가적인 개방 공간으로 인해, 상기 셀프 피어싱 리벳은 오목부(9) 내에 재료가 유동하는 초기에 다이 바닥부(30)에 의해 반력(counterforce)을 경험한다. 이는 환형 채널부(20)의 반경 방향 외측에 배치된 개방 공간을 사용함으로써 즉시 제거될 수 있어서, 반경 방향 외측으로 향한 재료의 유동 이동은 바람직한 다이 실시예에 의해 구체적으로 착수된다. 이것은 또한 바람직하게는 하강부(22)의 가장 낮은 지점 위에 위치되는 상기 다이 바닥부에 의해 지지된다.
환형 채널 구역(20)의 하강부(22)는 바람직하게는 8.2/1000 DM ≤ RS ≤ 8.2/100 DM 범위의 반경 RS을 갖는다. 따라서, DM은 오목부(9)의 직경을 나타낸다 (상기 참조).
탈형 경사부(12)는 바람직하게는 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이 본체(3)의 상부면(8)과 각도 α를 포함한다. 탈형 경사부(12)의 반경 방향 내측으로 향한 경사에 따라, 각도는 5° ≤ α ≤ 45°, 바람직하게는 25° ≤ α ≤ 45° 또는 5° ≤ α ≤ 25°범위의 크기를 갖는다. 또한, 각도 α = 18°가 본 발명에 따라 바람직한 것으로 나타났다. 특히, 오목부(9)의 수직 또는 거의 수직한 측벽보다 오목부(9) 내의 재료의 현저하게 상이한 유동을 야기하는 탈형 경사부(12)의 평평한 배열에 의해, 종래 기술에 비해 잠금 헤드의 개선된 형성 및 크랙 형성의 감소가 달성된다. 이와 관련하여, 다이의 상부면과 상기 탈형 경사부 사이에 R = 0.5mm의 반경을 갖는 볼록한 전이부를 실현하는 것이 또한 바람직하다.
접합 공정 중에 오목부(9)에서 재료의 제한없는 흐름을 보장하기 위해, 하강부(22)로부터 다이 바닥부(32)로의 전이는 바람직하게는 볼록 단(24)으로 형성된다. 이러한 방식으로, 다이 측 요소의 유동 재료가 오목부(9) 내에서 걸리는 것을 방지한다. 이는 상기한 바람직한 단(14 및 16)에도 적용된다. 또한, 상기 볼록 단(24)는 다이 바닥부(32)로부터 환형 채널부(20) 내로의 유동 및 그에 따른 장벽이 없는 전이를 생성한다. 이러한 볼록 단(24)은 바람직하게는 접합 공정 동안 셀프 피어싱 리벳의 상기 리벳 각부의 제어된 슬라이딩 및 퍼짐을 지원한다. 이 목적을 위해, 볼록 단(24)의 반경 R24는 98/1000 DM ≤ R24 ≤ 98/100 DM의 범위에서 조정 가능하다.
환형 채널 구역(10)는 도 4에 도시된 바와 같이 직경 D20을 갖는 것이 더 바람직하다. 직경 D20의 적절한 선택에 의해, 다이 각부의 퍼짐이 구체적으로 제어된다. 이러한 방식으로, 직경 D20는 형성될 셀프 피어싱 리벳의 헤드 직경에 따라 조정되어, 리벳 각부가 리벳 헤드의 외측을 넘어 반경 방향으로 퍼지는 것이 방지되거나 적어도 가능한한 제한된다. 따라서 헤드 지름이 7.75 mm 인 셀프 피어싱 리벳의 경우 D20 = 7.75 mm 크기이고, 또는 헤드 직경이 5.5 mm 인 셀프 피어싱 리벳의 경우 D20 = 5.5 mm 크기이다.
또한, 원호 형상의 하강부(22)는 양 측면으로 인접하고, 바람직하게는 볼록하게 형성된 단(16, 24) 내로 접선 방향으로 전이하는 것이 더 바람직하다. 이러한 전환점은 도 5의 참조 부호 UP로 표시된다. 인접한 전환점 (UP) 사이의 반경 방향 거리 AUP는 하강부(22)의 반경 방향 폭을 규정한다. 바람직하게는, 상기 폭은 3/100 DM ≤ AUP ≤ 20/100 DM의 범위에 있다. 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1)의 또 다른 바람직한 실시예가 도 6 및 도 7에 도시되어 있다. 도 5와 비교하여, 여기서 하강부(22)는 더 큰 반경 RES 및 더 큰 깊이 TRK로 형성된다.
도 8은 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예를 개략적으로 도시 한 것으로, 다른 바람직한 실시예에 의해 도 11 내지 14에서 보다 상세히 설명된다. 도 8에서 알 수 있는 바와 같이, 하강부(22)는 다이 바닥부(32)의 높이까지 반경 방향 내측으로 상승한다. 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1)의 상술한 특징들은 도 8 내지 도 14의 실시예에 동일한 방식으로 적용되며, 그러한 특징들에 추가하여, 중심 오목부가 다이 바닥부(32)에 제공된다. 이것은 중심축(M) 주위에 대칭적으로 배치된다. 이 오목부(34)는 다이 측 요소의 변위된 재료를 수용하여, 셀프 피어싱 리벳의 압박이 회피되고 후자는 추가적으로 완화된다.
이를 위해, 오목부(34)의 깊이 TA는, 도 4의 설명 및 묘사와 유사하게 도 9에 의해 도시된, 접합 작업에 맞게 세부적으로 조정될 수 있다. 바람직하게는, 오목부(34)는 2/100 DM ≤ TA ≤ 8/100 DM 범위의 깊이 TA 및 15/100 DM ≤ DA ≤ 35/100 DM 범위의 바람직한 직경 DA를 구비한다. 따라서, 직경 DA는 바람직하게는 다이 바닥부(32)의 높이에서 결정된다.
도 10에 따르면, 오목부(9) 내의 재료의 흐름에 영향을 미치기 위해 상이한 형상의 오목부(34)를 사용하는 것이 더 바람직하다. 따라서, 오목부(34)는 원통형인 것이 바람직하다(a). 다른 바람직한 실시예에서, 원통형 오목부(34)는 깊이 방향으로 원추형으로 테이퍼지거나(d) 또는 원뿔대의 형태를 갖는다(e). 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 오목부(34)의 바닥부는 원주방향의 환형 채널부 및 중앙 상승부로 형성되거나(b) 또는 중앙 상승부 단독으로 형성된다(c). 초기에 오목부(34)의 형상과 무관하게, 중앙 상승부는 셀프 피어싱 리벳의 접합 방향에 대해 반경 방향 외측으로의 재료 변위와 비교하여 재료 수용 형태에서 접합 영역 내에서 및/또는 접합 영역으로부터 보다 용이한 재료 변위를 허용한다. 이 기능을 유효하게 이용하기 위해서, 상기 오목부 깊이 TA를 다이 측 재료층의 두께로 조정한다. 이러한 맥락에서, 다이 측 재료층의 두께가 증가함에 따라, 상기 오목부의 더 크게 조정된 깊이 TA가 사용된다. 위에서 언급한 환형 채널과 관련하여 일반적인 관계는 연성을 감소시키는 데 적용된다.
도 15는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예를 도시한다. 도 15에 도시된 개략적인 단면과 관련하여, 이 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1')는 다음의 특징부를 특징으로한다. 탈형 구역의 탈형 경사부(12')는 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1')의 상부면(8)과 10° ≤ α' ≤ 85° 범위의 각도 α'를 포함한다. 탈형 경사부(12')는 1/100 DM ≤ RS' ≤ 7/100 DM 범위의 반경 RS'를 갖는 환형 채널 구역의 원호형 하강부(22') 내로 반경 방향 내측으로 전이한다. 또한, 원호형 하강부(22')는 적어도 제1 단(36)를 통해 원호형으로 다이 바닥부로 상승한다. 환형 채널 구역과 다이 바닥부의 점진적 상승 또는 하강부(22')로부터 다이 바닥부의 가장 높은 지점으로의 상승의 특정 조합으로 인하여, 균열 형성 감소를 위한 일관된 재료 유동에 부가하여 리벳 각부의 더 강한 측방향 압박이 달성된다. 이 증가된 퍼짐은 형성된 셀프 피어싱 리벳의 접합 방향과 반대로 더 큰 언더컷을 달성한다. 부품의 접합이 균열 형성에 의해 약해지지 않으며 강화된 언더컷이 접합 수명 및 강도에 이익이 되므로, 본 셀프 피어싱 리벳팅의 기하학적 구조는 접합 품질을 향상시킨다. 바람직한 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1')의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 다이 바닥부는 중앙에 배치된 회전 대칭 상승부(40)를 포함한다. 이것은 셀프 피어싱 리벳의 특정한 퍼짐 및 언더컷 증가를 위해 바람직하게는 곡선형/원형 아크 형 또는 반타원형 또는 원통형으로 형성된다.
도 16은 본 발명에 따른 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1; 1')와 조합된 공지의 세팅 장치를 개략적으로 도시한다. 이와 함께 형성된 접합은 도 17의 현미경 사진을 통해 예시된다. 도 17a는 도 5에 따른 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1)로 형성된 셀프 피어싱 리벳 접합부를 도시한다. 도 17b는 이 접합부의 잠금 헤드를 도시한다. 도 17c는 중심 오목부(34)를 갖는 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1)로 형성된 셀프 피어싱 리벳 접합부를 도시한다. 접합부의 잠금 헤드가 도 17d에 도시되어 있다. 도 18은 도 15에 따른 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1')에 의해 형성된 접합부의 현미경 사진을 나타낸다.
본 발명에 따른 예시적인 바람직한 다이 형상은 셀프 피어싱 리벳팅 다이의 상술한 기하학적 데이터에 기초하여 다음에 기술된다. 다이 형상을 다음의 기하학적 데이터와 조합하여 분류하기 위해, 상기 논의된 도면을 참조한다:
실시예 1
다음과 같은 형상 데이터가 있는 도 3과 유사한 다이 형태
DM = 12.2　mm
D20 = 8.395 mm
α = 18°
ROE = 0.5 mm
RES = 10.4 mm
RS = 0.2 mm
R24 = 11.17 mm
R16 = 0.6 mm
TRK = 0.9 mm
실시예 2
다음과 같은 형상 데이터가 있는 도 3과 유사한 다이 형태
DM = 12.2　mm
D20 = 7.3 mm
α = 18°
ROE = 0.5 mm
RES = 10.4 mm
RS = 0.8 mm
R24 = 1.44 mm
R16 = 0.6 mm
TRK = 1.3 mm
실시예 3
다음의 형상 데이터를 가진 도 9와 유사한 다이 형태
DM = 12.2　mm
D20 = 8.395 mm
α = 18°
ROE = 0.5 mm
RES = 10.4 mm
RS = 0.2 mm
R24 = 11.17 mm
R16 = 0.6 mm
TRK = 0.9 mm
DA = 3.6 mm
TA = 0.9 mm
실시예 4
다음의 형상 데이터를 가진 도 9와 유사한 다이 형태
DM = 12.2　mm
D20 = 8.09 mm
α = 18°
ROE = 0.5 mm
RES = 10.4 mm
RS = 0.44 mm
R24 = 10 mm
R16 = 0.6 mm
TRK = 1.05 mm
DA = 3.6 mm
TA = 0.5 mm
실시예 5
다음의 형상 데이터를 가진 도 9와 유사한 다이 형태
DM = 12.2　mm
D20 = 7.77 mm
α = 18°
ROE = 0.5 mm
RES = 10.4 mm
RS = 0.6 mm
R24 = 3 mm
R16 = 0.6 mm
TRK = 1.15 mm
DA = 3.7 mm
TA = 0.3 mm
실시예 6
다음의 형상 데이터를 가진 도 9와 유사한 다이 형태
DM = 12.2　mm
D20 = 7.28 mm
α = 18°
ROE = 0.5 mm
RES = 10.4 mm
RS = 0.83 mm
R24 = 1.44 mm
R16 = 0.6 mm
TRK = 1.3 mm
DA = 3.6 mm
TA = 0.9 mm
실시예 7
다음의 기하 데이터를 가진 도 9와 유사한 다이 형태
DM = 12.2　mm
D20 = 7.57 mm
α = 18°
ROE = 0.59 mm
RES = ∞ →기울어진 직선으로 실현됨
RS = 0.834 mm
R24 = 11.17 mm
R16 = 0.6 mm
TRK = 1.3 mm
DA = 3.5 mm
TA = 0.7 mm
실시예 8
다음의 기하 데이터를 가진 도 10의 (e)와 유사한 다이 형태
DM = 12.2　mm
D20 = 8.18 mm
α = 18°
ROE = 0.59 mm
RES = ∞ → 기울어진 직선으로 실현됨
RS = 0.7 mm
R24 = ∞ →기울어진 직선으로 실현됨
R16 = 0.6 mm
TRK = 1.3 mm
DA = 4.87 mm, 오목부(34)의 개구부 측에서
DA = 2.86 mm, 오목부(34)의 바닥부 측에서
TA = 0.47 mm
실시예 9
다음의 기하학적 데이터를 가진 도 10의 (e)와 유사한 다이 형태
DM = 12.2　mm
D20 = 7.53 mm
α = 18°
ROE = 0.59 mm
RES = ∞ →기울어진 직선으로 실현됨
RS = 0.83 mm
R24 = ∞ →기울어진 직선으로 실현됨
R16 = 0.6 mm
TRK = 1.3 mm
DA = 4.94 mm, 오목부(34)의 개구부 측에서
DA = 2.86 mm, 오목부(34)의 바닥부 측에서
TA = 0.49 mm
1, 1' 셀프 피어싱 리벳팅 다이
3 본체
5 다이 각부
7 홈
8 상부면
9, 9' 오목부
10 탈형 구역
12, 12' 탈형 경사부
14, 16 볼록 단
20 환형 채널 구역
22, 22' 하강부
24 볼록 단
30 다이 바닥부
32 평면 영역
34 오목부
36 단(step)
40 상승부
F 접합 방향
M 중심축
UP 전환점
TA 오목부의 깊이
TRK 하강부의 깊이
DM 다이 직경
α 탈형 경사부의 각도
RES 탈형 경사부의 반경
RS 하강부의 반경

Claims (15)

  1. 잠금 헤드(closing head)를 형성함으로써 복수의 부품들에 셀프 피어싱(self-piercing) 리벳 접합을 형성할 수 있는 세팅 장치용 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1)에 있어서,
    a. 상부면(8) 및 이에 형성된 오목부(9)를 포함하는 본체(3)로서, 상기 오목부(9)가 상기 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1)의 중심축(M)에 대하여 회전 대칭으로 배치되고, 상기 오목부(9)가 상기 상부면(8)에서 직경 DM을 갖는, 본체(3)를 포함하고,
    b. 상기 오목부(9)는 반경 방향 외측에 배치된 환형의 탈형 구역(demolding section)(10), 그 다음에 이어지는 환형 채널 구역(20), 그리고 중앙에 배치된 다이 바닥부를 포함하고,
    c. 상기 중심축(M)에 평행하게 연장된 상기 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1)의 단면에서,
    c1. 상기 탈형 구역(10)의 탈형 경사부(12)는 상기 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1)의 상부면(8)과 5° ≤ α ≤ 45°의 범위의 각도 α를 이루고,
    c2. 상기 탈형 경사부(12)는 단(step)(16)을 경유하여 8.2/1000 DM ≤ RS ≤ 8.2/100 DM의 범위의 반경 RS를 갖는 상기 환형 채널 구역(20)의 원호형 하강부(22) 내로 반경 방향 내측으로 전이하며, 그리고
    c3. 반경 방향 내측으로 상기 원호형 하강부(22)는 직선형 또는 원호형 또는 곡선형으로 상기 다이 바닥부(30)로 상승하는, 세팅 장치용 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 탈형 경사부(12)는 7/10 DM ≤ RES ≤ 9/10 DM의 범위의 반경 RES을 갖는 직선형 또는 오목형 곡선상으로 형성되는, 세팅 장치용 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1).
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 원호형 하강부(22)는 상기 상부면(8)에 대하여 6/100 DM ≤ TRK ≤ 12/100 DM의 범위의 최대 깊이 TRK를 갖는, 세팅 장치용 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1).
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 탈형 경사부(12)는 볼록 단(16)에서 상기 환형 채널 구역(20)의 상기 하강부(22)로 전이하는, 세팅 장치용 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1).
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 환형 채널 구역(20)의 상기 하강부(22)는 볼록 단에서 상기 다이 바닥부(30) 내로 전이하는, 세팅 장치용 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1).
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 원호형 하강부(22)는 2 개의 인접한 전환점(transition point)에서 상기 인접한 볼록 단 내로 접선 방향으로 전이하며, 상기 인접한 전환점(UP) 사이의 반경 방향 거리 AUP는 상기 환형 채널 구역(20)의 상기 원호형 하강부(22)의 폭을 규정하는, 세팅 장치용 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1).
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 원호형 하강부(22)의 폭은 3/100 DM ≤ AUP ≤ 20/100 DM의 범위에 있는, 세팅 장치용 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1).
  8. 제 1 항에 있어서, 2/100 DM ≤ TA ≤ 8/100 DM 범위의 깊이 TA를 갖고, 15/100 DM ≤ DA ≤ 35/100 DM의 범위의 직경 DA를 갖는 중심 오목부를 상기 다이 바닥부에 더 포함하는 세팅 장치용 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1).
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 오목부(9)는 상기 최대 깊이 TA의 방향으로 원추형으로 테이퍼지거나 또는 원통형으로 이루어진, 세팅 장치용 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1).
  10. 잠금 헤드를 형성함으로써 복수의 부품에 셀프 피어싱 리벳 접합을 형성할 수 있는 세팅 장치용 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1')에 있어서,
    a. 상부면(8) 및 이에 형성된 오목부(9')를 포함하는 본체로서, 상기 오목부(9')가 상기 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1')의 중심축(M)에 대하여 회전 대칭으로 배치되고 상기 상부면(8)에서 직경 DM을 갖는 본체(3)를 포함하고,
    b. 상기 오목부(9')는, 반경 방향 외측으로 배치된 환형 탈형 구역, 그 다음에 이어지거나 또는 그와 인접한 환형 채널 구역 및 중앙에 배치된 다이 바닥부를 포함하며,
    c. 상기 중심축(M)에 평행하게 연장되는 상기 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1')의 단면에서,
    c1. 상기 탈형 구역의 탈형 경사부(12')는 상기 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1')의 상부면(8)과 10° ≤ α' ≤ 85°의 범위의 각도 α'를 이루고,
    c2. 상기 탈형 경사부(12')는 1/100 DM ≤ RS' ≤ 7/100 DM의 범위의 반경 RS'을 갖는 상기 환형 채널 구역의 원호형 하강부(22') 내로 반경 방향 내측으로 전이하며, 그리고
    c3. 상기 원호형 하강부(22')는 적어도 제1 단(36)를 경유하여 반경 방향 내측으로 원호 형상으로 상기 다이 바닥부로 상승하고,
    c4. 상기 다이 바닥부는 곡선형, 원형, 반타원형 또는 원통형으로 형성되고 중심에 배치되어 회전 대칭인 상승부(40)를 포함하며,
    c5. 평면 영역(32)은 상기 제1 단(36)과 상기 회전 대칭인 상승부(40) 사이에 제공되는, 세팅 장치용 셀프 피어싱 리벳팅 다이.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1; 1')를 구비한 세팅 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1, 1')와 셀프 피어싱 리벳에 의한 적어도 제1 부품과 제2 부품 사이의 접합부로서, 상기 접합부를 제한하는 잠금 헤드는 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1)와 관련하여 상보적인 형상 특징부를 갖는 접합부.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 잠금 헤드에 인접한 상기 제2 부품은 장력에 민감하거나(tension-sensitive) 또는 취성인 재료로 구성되는, 접합부.
  14. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1, 1'), 셀프 피어싱 리벳 및 세팅 장치에 의해 적어도 제1 및 제2 부품에 접합을 형성하기 위한 셀프 피어싱 리벳팅 방법에 있어서,
    a. 상기 세팅 장치의 펀치 아래에 상기 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1, 1')를 제공하는 단계(S1),
    b. 상기 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1; 1')와 상기 펀치 사이에 상기 제1 및 제2 부품을 배치하는 단계(S2),
    c. 상기 셀프 피어싱 리벳팅 다이(1; 1')의 내부 윤곽에 상보적인 형상 특징을 나타내는 잠금 헤드를 동시에 형성하면서, 상기 제1 및 제2 부품에 셀프 피어싱 리벳을 세팅하는 단계(S3)
    를 포함하는 셀프 피어싱 리벳팅 방법.
  15. 삭제
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018194021A1 (ja) * 2017-04-17 2018-10-25 マツダ株式会社 リベット接合用金型
JP2022118385A (ja) 2021-02-02 2022-08-15 トヨタ自動車株式会社 接合装置、接合方法、及び接合構造
CN113634704A (zh) * 2021-08-16 2021-11-12 广东鸿图科技股份有限公司 一种用于自冲铆接的加热式底模装置
GB202213608D0 (en) * 2022-09-16 2022-11-02 Atlas Copco Ias Uk Ltd Fastener insertion apparatus

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030046804A1 (en) 2001-08-29 2003-03-13 Donovan Steven P. Anvil design for rivet setting machine
JP2003230935A (ja) 2002-02-08 2003-08-19 Nippon Pop Rivets & Fasteners Ltd 自動穿孔リベット締結装置及び該装置に使用するダイ
US20040168297A1 (en) * 2002-11-29 2004-09-02 Makoto Nishimura Assembly of sheet materials, tube assembly, drawing method and tools for drawing
DE19905528B4 (de) 1999-02-10 2007-12-06 Böllhoff GmbH Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden von Werkstoffen durch Stanznieten
JP2013130238A (ja) 2011-12-21 2013-07-04 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp 異種金属の接合継手及びその製造方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4555838A (en) * 1983-03-28 1985-12-03 Multifastener Corp. Method of installing self-attaching fasteners
US5174018A (en) 1981-01-28 1992-12-29 Multifastener Corporation Die button with staking features
US5140735A (en) * 1990-01-16 1992-08-25 Multifastener Corporation Die member for attaching a self-piercing and riveting fastener
DE4404659C5 (de) 1994-02-14 2009-10-22 Böllhoff & Co. GmbH & Co. KG Verfahren zum Herstellen einer Nietverbindung sowie Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens
DE19940803A1 (de) 1999-08-27 2001-04-05 Audi Ag Stanznietverbindung
AU2001266215A1 (en) * 2000-06-30 2002-01-14 Ariel Industries Plc Controlled flow of displaced material in self-pierce fastening
US7284319B2 (en) 2002-02-08 2007-10-23 Newfrey Llc Self-piercing rivet setting die and apparatus
US7179034B2 (en) 2002-10-16 2007-02-20 Whitesell International Corporation Torque resistant fastening element
DE102006028537B3 (de) * 2006-06-21 2007-05-10 Singh, Sumanjit, Dr. Stanzniet und Matrize
DE102009039936A1 (de) 2009-08-24 2011-04-07 Newfrey Llc, Newark Stanzniet, Verfahren zum Hersteller einer Stanznietverbindung und Werkstückanordnung
DE102009049616B4 (de) 2009-10-16 2019-05-09 Böllhoff Verbindungstechnik GmbH Setzgerät, Zuführmodul des Setzgeräts und Fügeverfahren zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen
CN201940487U (zh) 2011-02-11 2011-08-24 无锡市振华轿车附件有限公司 冲压直铆模具
DE112012003904B4 (de) 2011-09-20 2021-06-24 Aleris Aluminum Duffel Bvba Verfahren zum Verbinden von Blechen aus einer Aluminiumlegierung der AA7000-Reihe
JP5821121B2 (ja) 2011-12-22 2015-11-24 ポップリベット・ファスナー株式会社 自己穿孔型リベット用ダイ
DE102012013829B4 (de) 2012-07-13 2024-03-14 Newfrey Llc Stanznietmatrize, Stanznietwerkzeug und Stanznietverfahren

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19905528B4 (de) 1999-02-10 2007-12-06 Böllhoff GmbH Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden von Werkstoffen durch Stanznieten
US20030046804A1 (en) 2001-08-29 2003-03-13 Donovan Steven P. Anvil design for rivet setting machine
JP2003230935A (ja) 2002-02-08 2003-08-19 Nippon Pop Rivets & Fasteners Ltd 自動穿孔リベット締結装置及び該装置に使用するダイ
US20040168297A1 (en) * 2002-11-29 2004-09-02 Makoto Nishimura Assembly of sheet materials, tube assembly, drawing method and tools for drawing
JP2013130238A (ja) 2011-12-21 2013-07-04 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp 異種金属の接合継手及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
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WO2017148684A1 (de) 2017-09-08
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US10632523B2 (en) 2020-04-28
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US20190084032A1 (en) 2019-03-21
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EP3423211B1 (de) 2021-04-07
KR20180110072A (ko) 2018-10-08
DE102016103999A1 (de) 2017-09-07

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