用于紧固件元件的冲入和附接的方法及相应的母模的制作方法
【专利摘要】用于紧固件元件的冲入和附接的方法及相应的母模。本发明涉及一种用于将紧固件元件冲入且附接至平坦工件特别是金属板零件的方法。在紧固件元件冲入所述工件的过程中，母模的可移动地布置的冲模通过预定的挤压力而抵住所述工件被挤压。所述挤压力被调整为，使得一旦余料通过所述紧固件元件的穿孔部分被从所述工件切去，则所述冲模初次移动。
【专利说明】用于紧固件元件的冲入和附接的方法及相应的母模
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于将紧固件元件冲入且附接至平坦工件的方法，具体来说，平坦工件是金属板零件。
【背景技术】
[0002]在紧固件元件冲入工件的过程中，经常发生的问题是切屑由冲压过程产生且不利地影响该元件的附接的可靠性。切屑通常卡在铆接部分与工件之间，该铆接部分在紧固件元件的实际冲压过程中或之后被卷边(bead over)以用于使其附接至工件。在一些情况下，切屑还保持位于母模(die button)中，该母模用于使铆接部分冲入并被卷边。切屑随后与被固定至工件的冲入的紧固件元件一同被抬起离开母模，并随后作为异物移动穿过工装(tooling)，并可能在进一步的部件制造过程中导致成品部件组件中的难看的外观。
【发明内容】
[0003]因此，本发明的目标在于提供一种最初说明的种类的方法，其中切屑的产生被避免。
[0004]该目标的解决方案通过具有权利要求1的特征的方法而实现。
[0005]根据本发明，在紧固件元件冲入到工件中的过程中，母模的可移动地布置的冲模(die plunger)通过预定的挤压力而抵住工件被挤压。在该过程中，挤压力被调整为使得当余料(slug)通过紧固件元件的穿孔部分被从所述工件切去时，冲模初次移动。
[0006]S卩，本发明人认识到，在常规冲入过程中，紧固件元件的穿孔和铆接部分在工件中首先产生凹陷部(depress1n),该凹陷部伸入母模中。在这方面,工件在与穿孔和铆接部分相对的侧部处被强烈地拉伸。裂纹在拉长区域的最小的弯曲半径的位置处产生并且未必与余料的切削边缘一致，该余料将通过母模以及穿孔和铆接部分被切去。这表示在冲入过程中产生毛刺(特别是环形毛刺)，该毛刺引起最初所述的问题。
[0007]在根据本发明，该问题被预防，因为工件在从工件切去余料的冲入过程中被支撑。这是通过冲模实现的，该冲模从工件的与将被冲入的紧固件元件相反的一侧抵着工件被挤压。以这种方式，最初发生在常规过程中的凹陷部的产生被避免。仅当与冲入相关联的切削过程完成时，即只要余料已经基本上完全从工件分离，冲模的移动才被允许。基本上，可提供的是，在切削过程完成后，冲模的移动初次被允许。然而，也可能在延迟时间之后，即当紧固件元件的穿孔部分的某一部分已穿过工件时，提供冲模的移动。在此过程中，冲模的移动方向发生在紧固件元件的移动方向。
[0008]同样基本上可能的是，冲模主动地移动。但冲模的被动移动为优选的。在这方面，利用了在冲入过程中发生力变化的事实。预定的挤压力可因此被选择为使得冲模的移动自动地在特定的状态下初次出现，即具体地，在余料被紧固件元件冲出工件后且作用在冲模和紧固件元件之间的力超过挤压力之后初次出现。
[0009]本发明的方法的其他实施方式在说明书、权利要求书和附图中被列出。
[0010]根据本方法的一种实施方式，冲模在平行于紧固件元件的冲入移动的方向上是可移动的。挤压力，即，使冲模朝向工件偏置的力，具体地指向反向平行于紧固件元件的冲入移动的方向。挤压力可以选择成使得当紧固件元件的紧固件部分通过冲模的成形表面变形时，冲模初次移动，即，预设的力大到使得当由于紧固件元件的一部分(例如充当铆接部分的冲孔部分的一部分)成形使发生的力超过挤压力时，冲模初次移动。
[0011]根据本方法的一种实施方式，冲模具有凸起部分，在冲入过程的开始，凸起部分伸出被母模的凹部的周缘所界定的平面。换言之，在冲入过程中，冲模不仅在由工件支撑表面所界定的平面上支撑工件，在该过程中，工件位于工件支撑表面上。冲模的凸起部分确保将被冲出的余料的中心部分朝向将被冲入的紧固件元件被挤压。这有利于在穿孔部分穿透到工件中的过程中的切削。具体来说，冲模包括切削边缘，在冲入过程的开始，该切削边缘位于被母模的凹部的周缘所界定的平面中。
[0012]根据一种实施方式，冲模在与挤压力的方向相反的和/或在挤压力的方向上的移动由邻接部所限制，以便在一方面，在将紧固件元件冲入之前固定冲模的明确界定的位置，且在另一方面，通过固定冲模的最大偏移来确保紧固件元件至工件的受控制的附接。
[0013]冲模可以具有成形表面，穿孔部分通过该成形表面被至少局部地放射状地向外变形。例如，还起到铆接部分的作用的穿孔部分被该成形表面向外卷边。该成形表面可以至少局部地为圆锥形地和/或凹形地成形的。
[0014]可以提供的是，在紧固件元件的冲入和附接过程中，凹陷部被形成，该凹陷部至少部分地容纳紧固件元件的凸缘，该凸缘在结束状态下接触所述工件。具体来说，该凹陷部至少深到使得该凸缘在轴向方向上不伸出该凹陷部。
[0015]预定的挤压力的选择可以取决于工件的性质、取决于紧固件元件的性质和/或取决于由挤压单元朝向工件挤压紧固件元件的挤压力，以确保对工件的可靠的支撑存在于余料的区域，在关于紧固件元件的冲入的切削过程中该余料将被切去。因此，拉伸工件的材料且因此导致裂纹的产生的凹陷部的过早的产生被避免。
[0016]可调节的偏置装置可与冲模相关联，预定的挤压力使用该冲模是可调节的。
[0017]本发明还涉及一种用于根据前述的实施方式中的至少一种所述的方法将紧固件元件冲入且附接至平坦工件特别是金属板零件的母模，其中可移动地布置的冲模能够通过挤压装置而抵住工件被挤压，且其中由偏置装置提供的挤压力被选择为使得当余料通过紧固件元件的穿孔部分被从工件切去时，冲模初次移动。在此过程中，冲模的移动方向发生在紧固件元件的移动方向上。
[0018]根据一种实施方式，由偏置装置产生的预定的挤压力是可调节的。
[0019]偏置装置具体来说包括弹簧。该偏置装置可以被设计为机械弹簧，例如螺旋弹簧；且还被设计为气动弹簧，例如在气缸设备中气动地促动的活塞；或设计为液压弹簧，例如在气缸设备中液压地促动的活塞；或设计为(可移动的)闩锁元件。此外，冲模可以通过促动器在两个预设位置之间移动，该促动器表现为偏置装置的等同物，且促动器可以例如以电动、气动或液压的方式被实现。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]本发明现在将通过纯粹示例的方式在下文参考本发明的有益的实施方式和附图被描述。示出了:
[0021]图1至10用于将紧固件元件冲入且附接至平坦工件的常规方法；以及
[0022]图11至22本发明的方法的实施方式。
[0023]更确切地说，示出了:
[0024]图1被冲入到平坦金属板零件12中的螺栓元件，
[0025]图2图1中的虚线中表示的部分的放大的展示，
[0026]图3类似于图1的但在螺栓元件的附接的进一步推进的状态下的展示，
[0027]图4图3的中心区的放大的展示，
[0028]图5根据螺栓元件的附接的进一步推进的状态的金属板零件的撕裂，
[0029]图6图5的中心区的放大的展示，
[0030]图7在螺栓元件的附接的推进的状态下的毛刺的产生，
[0031]图8图7的中心区的放大的展示，
[0032]图9螺栓元件连接至金属板零件的完成，
[0033]图10图9的中心区的放大的展示，
[0034]图11 使用根据本发明的方法并使用根据本发明的母模的螺栓元件附接至金属板零件的开始的展示，
[0035]图12图11的中心区的放大的展示，
[0036]图13直接在形成穿孔余料之后的根据本发明的方法的展示，
[0037]图14图13的中心区的放大的展示，
[0038]图15类似于图13的但在冲模的初始移动之后的展示，
[0039]图16图15的中心区的放大的展示，
[0040]图17类似于图15的但在冲模的进一步移动之后的展示，
[0041]图18图17的中心区的放大的展示，
[0042]图19类似于图17的但在完成铆接卷边的形成不久之前的展示，
[0043]图20图19的中心区的放大的展示，
[0044]图21类似于图19的但在铆接卷边的形成以及螺栓元件附接至金属板零件结束之后的展示，
[0045]图22图21的中心区的放大的展示。
【具体实施方式】
[0046]图1示出螺栓元件10，螺栓元件10将被冲入到平坦金属板零件12中并被固定至平坦金属板零件12。将理解的是，螺母元件、中空铆钉或其他自穿孔元件可以替代螺栓元件被使用。
[0047]螺栓元件10的穿孔部分14以图1中示出的状态开始将金属板零件12挤压到母模18的凹部16中，从而开始形成凹陷部。
[0048]图2以放大展示的方式示出了图1中以虚线示出的部分。母模18包括母模铸坑(jacket) 20，母模铸坑20通过形成凹部16的周缘的倒圆部分22归并到金属板支撑表面24中(同样见图1)。在冲入和附接过程中，金属板零件12位于金属板支撑表面24上。
[0049]在凹部16的远离金属板支撑表面24的端部处，母模铸坑20归并到另一个倒圆部分23中，倒圆部分23在径向地内侧处又接着是由环形槽26所环绕的冲模28。
[0050]从图3和4中可以看出，随着凹陷部深度的增加，裂纹30在金属板零件12中形成，这是由于这里的材料特别强烈地被穿孔部分14所延伸。
[0051]如图5和6所示，裂纹30传播，直至其完全地穿透金属板零件12。可以看出，裂纹30通常不出现在穿孔部分14与冲模28的切削边缘32相结合地导致切穿金属板零件12并因此导致余料34产生的位置处。因此，环状毛刺36产生，其在充当铆接部分的穿孔部分14通过环形槽26的部分进行卷边的过程中被卡在金属板零件12的远离螺栓元件10的凸缘38的侧部和穿孔部分14之间(见图7和8)。
[0052]在许多情况下，毛刺36保留在金属板零件12和周围的穿孔部分14之间。然而，毛刺36通常通过螺栓元件10抵住母模18的进一步的挤压作用而被迫使向外，这在图9和10中被示出。毛刺36随后或者保留在母模18的凹部16中(在此处其干扰后续的冲入过程)，或者同样地在包括金属板零件12和螺栓元件10的部件组件的取出过程中被从母模18取出，并且然后作为干扰异物移动穿过工装。
[0053]参考图11至22所描述的方法可靠地防止了切屑36的产生。
[0054]如在常规方法中，设有特征部40的螺栓元件10可以被使用，特征部40提供防止在待开始与金属板零件12接触的凸缘38处旋转的安全性。然而，本发明的方法可以使用任何需要的自穿孔元件来进行。
[0055]如在图11中可以看出的，本发明的母模18’拼合可移动的冲模28’，在冲入和附接过程的开始，可移动的冲模28’从远离螺栓元件10的侧部被压紧金属板零件12。由弹簧42提供与螺栓元件10和冲模28’的纵轴L共轴地作用的挤压力。将理解的是，例如液压和/或气动系统的可产生预定的挤压力的其他装置可以代替弹簧42被使用。
[0056]金属板零件被支撑在待通过冲模28’被冲压出的余料34的中心区。在图12中可以看出，冲模28’的凸起部分44在示出的基本状态下稍微超出金属板接触表面24或母模18的凹部16的周缘伸出。因此，金属板零件在该区中朝向螺栓元件10略微弯曲，以通过穿孔部分14和切削边缘32’来帮助切削出余料34。切削边缘32’在上文提到的平面中以示出的状态放置。
[0057]如可在图13和14中确认的，由弹簧42提供的挤压力被选择为使得在从金属板零件切除穿孔余料34的过程中，冲模28’的向下移动并不发生。仅当穿孔部分14的成形由于冲模28’的成形表面46的成形开始并且因此相应地大的力作用在穿孔部分14和冲模28’之间时，冲模28’做出后来的向下偏移，如图15和16中所示的。
[0058]换句话说，考虑到金属板零件12和/或元件10的性质的其他方面，挤压力被选择成，使得所产生的余料34在整个穿孔过程中被支撑。冲模28’的移动仅在余料34被完全从金属板零件12切去之后初次被提供。当这样时，除别的之外，初次开始还取决于周边表面46的形状和被设定的挤压力。例如，可以提供的是，穿孔部分14的再成形相对晚地初次发生，且冲模28’并不直接地在余料34被冲压出之后开始移动。
[0059]穿孔余料14的再成形过程的开始在图15和16中被示出。作为部分14和冲模28’的由此增强的联接的结果，作用在螺栓元件10上的挤压力的较大部分被传递至冲模28’，使得挤压力被克服且冲模28’开始向下偏离。
[0060]在图17和18中，示出了其中冲模28’已达到下端位置的状态。即，其已达到邻接位置，使得冲模28’不再移动。穿孔部分14已被接合(piece)在下部部分中的再成形表面46的向外地凹形设计部之上。再成形表面46的凹形部分因此形成比得上用于穿孔部分14的卷边的环形槽26的部件，这也可以在图19至22中看出。将理解的是，母模18’的母模铸坑20’的设计可匹配于分别存在的需求。同样也适用于功能上与母模18的倒圆部分22一致的倒圆周缘部分22’。
[0061]在图21和22中可以看出，最后的结束状态类似于在图9和10中所示的状态，以达到使凸缘38在轴向方向上由冲入和附接过程所形成的凹陷部容纳的程度。因此，本发明的方法起到了防止裂纹的作用，并因此防止毛刺，在该方法的开始，支撑将被切下的余料34，且同时允许容纳凸缘38的凹陷部的形成。根据本发明，已认识到的是，支撑冲模28’的挤压力必须被选择为使得在切去穿孔余料34之后，冲模28’的移动初次被允许。
[0062]附图标记清单
[0063]10螺栓元件
[0064]12金属板零件
[0065]14穿孔部分
[0066]16凹部
[0067]18、18’ 母模
[0068]20、20’ 母模铸坑
[0069]22、23、22’ 倒圆部分
[0070]24金属板接触表面
[0071]26环形槽
[0072]28、28’ 冲模
[0073]30裂纹
[0074]32切削边缘
[0075]34余料
[0076]36毛刺，切屑
[0077]38凸缘
[0078]40提供防止旋转的安全性的特征部
[0079]42弹簧
[0080]44凸起部分
[0081]46再成形表面
[0082]L纵轴
【权利要求】
1.一种用于将紧固件元件(10)冲入且附接至平坦工件(12)的方法，所述平坦工件(12)特别是金属板零件，其中在所述紧固件元件(10)冲入到所述工件(12)中的过程中，母模(18’)的可移动地布置的冲模(28’)通过预定的挤压力而抵住所述工件(12)被挤压，其中所述挤压力被调整为使得当余料(34)通过所述紧固件元件(10)的穿孔部分(14)而被从所述工件分离时，所述冲模(28’)初次移动。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冲模(28’)在平行于所述紧固件元件(10)的穿孔移动的方向上为可移动的。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，所述挤压力，即，使所述冲模在朝向所述工件的方向上偏置的力，指向反向平行于所述紧固件元件(10)的穿孔移动的方向。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述挤压力被选择为使得当所述紧固件元件的紧固件部分(14)通过所述冲模(28’)的成形表面变形时，所述冲模(28’)初次移动。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述冲模(28’)包括切削边缘(32’)，在穿孔过程的开始，所述切削边缘(32’)位于被所述母模(18’)的凹部(16)的周缘所界定的平面中。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述冲模(28’)包括凸起部分(44)，在穿孔过程的开始，所述凸起部分(44)伸出被所述母模(18’)的所述凹部(16)的周缘所界定的平面。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述冲模(28’)在与所述挤压力相反的方向上和/或在所述挤压力的方向上的移动由邻接部限制。
8.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，所述冲模(28’)具有成形表面(46)，所述穿孔部分(14)通过所述成形表面(46)被至少局部地放射状地向外变形，其中所述成形表面(46)特别地至少局部地为圆锥形地和/或凹形地成形的。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，凹陷部被形成，所述凹陷部至少部分地容纳所述紧固件元件(10)的凸缘(38)，所述凸缘(38)在结束状态下接触所述工件(12)ο
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述预定的挤压力的选择取决于所述工件(12)的特性、取决于所述紧固件元件(10)的特性和/或取决于由挤压单元产生的且施加于所述紧固件元件(10)上的挤压力。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，可调节的偏置装置(42)与所述冲模(28’)相关联，所述预定的挤压力能够使用所述可调节的偏置装置(42)来设置。
12.一种用于将紧固件元件(10)冲入且紧固至平坦工件(12)的母模，所述平坦工件(12)特别是金属板零件，根据前述权利要求中的至少一项所述的方法将所述紧固件元件(10)冲入且紧固至所述平坦工件(12)，其中所述可移动地布置的冲模(28’)能够通过偏置装置(42)而抵住所述工件(12)被挤压，且其中由所述偏置装置(42)提供的挤压力被选择为使得当余料(34)通过所述紧固件元件的穿孔部分而被从所述工件(12)分离时，所述冲模(28’)初次移动。
13.根据权利要求12所述的母模，其特征在于，由所述偏置装置(42)产生的所述挤压力为可调节的。
14.根据权利要求12或权利要求13所述的母模，其特征在于，所述偏置装置被形成为机械弹簧，例如螺旋弹簧；或形成为气动弹簧，例如气缸设备中所具有的气动地促动的活塞；或形成为液压弹簧，例如气缸设备中所具有的液压地促动的活塞；或形成为闩锁元件。
15.根据权利要求12或13之一所述的母模，其特征在于，所述可移动地布置的冲模(28’)通过以例如电动、气动或液压的方式设计的表现为偏置装置的等同物的促动器在两个预设位置之间，即，在推进位置和第二缩回位置之间是可移动的，在所述推进位置中，在穿孔余料的产生过程中，所述冲模支撑所述工件(12)，且所述第二缩回位置起到形成铆接卷边的作用。
【文档编号】B21D39/00GK104416083SQ201410433419
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年8月28日 优先权日:2013年8月28日
【发明者】杰瑞·巴贝吉, 理查德·汉弗伯特 申请人:形状连接技术有限公司及两合公司