紧固铆接元件的方法和对应的紧固系统与流程

本发明涉及将铆接元件紧固到工件的方法，所述工件具有预成形孔，所述预成形孔被设置为用于收容铆接元件的铆接段。

背景技术：

这样的方法通常是已知的并且典型地包括铆接段，所述铆接段在紧固过程期间引入到预成形孔中和再成形，使得铆接段在工件后面接合以及在铆接元件和工件之间建立形状匹配的和力传送的铆接连接。铆接段是例如中空圆柱段，所述中空圆柱段采用已知的方式在一个末端径向向外弯曲和/或卷曲，以便建立铆接连接。在该方法的工业使用中，典型地使用包括设置头(setting head)和模具(die)的紧固系统。在这方面，工件首先定位在模具的支承表面，使得工件的孔和模具的中央冲头(punch)相互对齐。然后铆接元件通过设置头来移动(其中铆接元件的铆接段在模具的方向上通过预成形孔)，以及依靠模具的冲头进行按压以便使铆接段再成形以用于建立铆接连接。在紧固铆接元件之前工件的形状被改变成在围绕孔的区域中的扩张物(flare)，使得铆接段能够在工件的后面接合。铆接段引入到其中的间隙由此在冲头和孔的壁之间产生。这意味着，铆接段可以接合到其中的足够大的空间设置在该区域中在工件和模具之间。然而，在这方面不利的是，对于在紧固之前是必要的扩张物或突出物的形成的工件的形状改变可能要求分离预处理步骤，除了铆接元件的实际紧固以外必须执行所述分离预处理步骤。此外，在孔周围的区域中的工件的形状的对应改变-这可能由于对各种原因而被干扰-必须适合于要被再成形的铆接段的尺寸，例如适合于铆接段的厚度和长度，使得铆接段的期望再成形和工件后面铆接珠的可靠接合也实际上成为可能。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是提供初始命名的种类的方法，其中以上解释的问题被避免。

该目的通过以下方法来满足。

根据本发明，在紧固过程之前，工件通过至少一个间隔件与模具的接触表面以明确限定的间隔来定位，所述至少一个间隔件固定连接到所述模具以用于在紧固过程期间铆接段的再成形，使得在孔的壁和模具的冲头之间形成间隙，所述冲头用于铆接段的再成形。铆接段在紧固过程期间引入到所述间隙中，以及通过所述冲头来再成形，以便在孔的区域中在工件的后面接合。

该解决方案的实质优点是工件通过间隔件与模具的接触表面以限定的间隔来保持，由此当再成形时对于铆接段的后侧接合足够大的间隙被精确确定并且可以在紧固过程期间能够特别可靠地保持。在这方面，根据本发明的方法例如特别适合于不同尺寸的铆接元件和工件，因为铆接段的再成形所需的间隙的宽度由间隔件确定，并可以采用相应的简单方式来修改。间隙的宽度可以等于间隔。然而，也有可能是接触表面-一般来说仅略微-相对于模具的冲头的再成形表面而偏移。在该情况中，该间隙的宽度不同于间隔。

根据本发明的方法的另外优点可以在以下事实中看到，铆接元件可直接紧固到预打孔的工件并且不需要预处理步骤。工件可以保持平面的和形状改变成扩张物不必在孔的区域中提供。至少在铆接元件的附接之前，免除扩张物的形成此外在以下方面来说也是有利：扩张的变形表示突起，所述突起可以对例如相应的处理工具中的定位和/或对从相应的处理工具的工件移除进行干扰。以该方式，例如工件的冲压横向于工件的脱模方向也成为可能-特别是通过成角度的工具-而没有工件的移动由形成改变成扩张物所阻碍。

要理解的是，不必使工件在孔周围的区域中完全平面以便实现根据本发明的方法的优点。在孔周围的区域中的工件的形状的微小改变(其例如由孔的形成引起)从而特别地对于成功执行根据本发明的方法不存在问题。

根据本发明的方法的另外实施例在具体实施方式中、权利要求中和附图中阐明。

根据实施例，间隔件突出于模具的接触表面，其中突出于接触表面的间隔件的部分限定工件和模具的接触表面之间的间隔。然而，间隔通常也可以相对于模具的其他部分和表面来限定。间隔也可以例如在工件和模具的冲头的部分之间限定。根据本发明，唯一重要的是，工件与模具之间的间隔是以下这样的，在工件的孔的壁和一方面工件的下侧、和另一方面模具的冲头或模具本身之间形成间隙或中间空间，以便能够使铆接段再成形，使得所述铆接段在孔的区域中工件的后面结合以及由此建立铆接元件与工件的形状匹配的和优选地力传送的连接。

根据本发明的方法可以扩展的是，工件在紧固过程期间从特定时间点朝模具的接触表面移动。在工件后面铆接段的最终按压可以例如因此实现，使得孔的区域中工件的下侧至少基本上制成平面的和/或光滑的，尽管铆接段后面接合。此外，铆接元件和工件之间的力传送可以另外通过铆接段后面接合的按压引起。然而，工件和冲头之间形成的间隔和间隙/中间空间的宽度也由朝接触表面的工件的移动而减少。使得本发明的对再成形铆接段是足够大的间隙的优点仍然保持，它必须确保工件与模具的接触表面以限定的间隔来至少保持，直到铆接段已经至少部分地接合到间隙中和/或在工件的后面来接合。

根据实施例，可以确定的是，在将铆接段的至少部分引入到间隙中后工件仅朝接触表面移动。由此防止间隙通过朝接触表面的工件的移动而减小过多，以至于铆接段不再能够接合到间隙中。换句话说，防止超出待引入的铆接段的尺寸的间隙的减小，在工件移动之前铆接段已接合到间隙中。

根据另外的实施例，在铆接段的再成形开始后工件仅朝接触表面移动。由此确保当铆接段已经通过足够大的力来依靠模具的冲头按压时仅移动工件以及铆接段的再成形已经由此在运动中设置。在这方面，铆接段也不必接合到间隙中。例如，间隙可以在工件开始移动之前比对于铆接段的接合实际所需要的更大。铆接段的再成形因而与工件的移动同时发生，其中，在可用间隙/中间空间之前变得过小之前铆接段仍然及时自然地引入间隙中。

与此相反，在铆接段的再成形完成后工件仅朝接触表面移动。换句话说，工件移动的开始时间可以选择，使得铆接段的再成形至少基本上完成并且铆接段已经显著接合在工件周围，即接合在工件后面。工件对铆接段的再成形的非期望的妨碍能够因此排除。

根据优选实施例，至少移动工件，其中铆接元件的邻接部分(特别地铆接元件的凸缘部分)与远离模具的工件的侧接触以及工件因此在铆接元件的另外移动过程中在朝接触表面的方向上移动。备选或另外地，使铆接元件引入以及通过其铆接元件在模具的方向上移动的设置头能够影响朝接触表面的工件的移动。然而，工件不必主动地移动。例如，朝接触表面的工件的移动也能够实现为相对移动，其中模具朝工件移动。

根据另外的实施例，在朝接触表面移动时工件的形状通过间隔件来局部改变。因为根据本发明间隔件在紧固过程期间固定连接到模具，工件至少必须在移动时在间隔件的区域中变形，使得该移动完全成为可能，因为与工件相比间隔件特别地从更加固体材料来形成，使得间隔件的形状没有通过工件而改变。间隔件优选地从高强度材料来形成，例如钢、钛或诸如此类。

为了保持工件形状的改变尽可能小，例如，采用销的方式来制成间隔件。此外，间隔件可以具有在末端部分面向工件的凸形的或圆形的支承表面。一方面，工件的形状的局部改变由此在朝接触表面的工件的移动时被限制，以及另一方面，间隔件对工件的损坏风险被降低。因此例如能够防止工件表面的一部分损伤或损坏工件的保护涂层。凸形的支承表面的另外优点是，对工件的移动所需的力是相当小的，由于形状的相对小的改变。

优选地，多个间隔件(特别地三个间隔件)特别地设置在间隔件的像销的配置上，以便以限定的间隔特别地沿邻近孔的工件的全部区域来保持工件以及确保足够大的空间。多个间隔件是另外有利的，以便能够采用稳定的方式在模具处支承或定位工件。在该连接中，相应的间隔件的凸形的支承表面此外具有工件的相应大约像点的支承的优点，即工件和每个间隔件之间的接触表面被最小化。凸形的支承表面因而有助于工件的限定的和可靠的支承。原则上，间隔件的其他配置也是可想象的。间隔件可以因而例如制成环形的或部分环形的。

根据另外的实施例，工件至少在铆接段在工件后面接合的区域中至少部分被按压到接收槽中，所述接收槽在铆接元件的邻接部分处形成。接收槽例如可以是环形的圆形延伸的凹槽，所述凹槽在邻接部分和铆接段之间延伸。该邻接部分特别地形成为铆接元件的凸缘部分。以上解释的朝接触表面的工件的移动可以因此特别地实现，其中铆接元件的凸缘部分邻接工件以及在朝模具的方向上铆接元件的另外移动时工件因此不可避免地沿着移动。

铆接元件的接收槽可以具有多个功能。孔的边缘可以因此例如按压到接收槽中以及至少部分收容在接收槽中。铆接元件可以因此更好地固定到工件。此外，接收槽也允许在远离铆接段的方向上对孔定界的工件的壁的形状改变，所述铆接段在工件后面接合。铆接段的收容空间因此设置在远离铆接元件的接收槽的工件的侧处，即在工件的下侧，使得铆接段可以隐藏到后部接合的区域中的工件中，以便获得工件的平面下侧。换句话说，铆接段可以从下面依靠工件按压在孔壁的区域中，所述工件进而转向到接收槽中，使得铆接段在铆接元件紧固后没有从工件突出。

接收槽可以具有一个或多个肋，所述一个或多个肋在径向方向上横向延伸到接收槽的范围。针对旋转的安全性可以因此实现，其中当工件按压到接收槽中时一个或多个肋按压到工件中。相对于工件的铆接元件的非希望的旋转可以因此被抵消。

本发明此外涉及用于特别地根据本发明的方法的上述实施例之一的将铆接元件紧固到工件(优选是金属片部件)的紧固系统，其中工件具有预成形孔，所述预成形孔被设置为用于收容铆接元件的铆接段，其中工件至少在围绕预成形孔的区域中制成平面的。紧固系统包括模具，模具具有至少一个间隔件，所述至少一个间隔件在紧固过程期间固定连接到模具，以便在紧固过程期间将工件与模具的接触表面以明确限定的间隔来定位，使得在孔的壁和模具的冲头之间形成间隙，所述冲头用于铆接段的再成形，其中紧固系统还包括设置头，所述设置头用于将铆接元件引入到工件中，其中铆接元件至少部分能收容在设置头中。

根据优选实施例，冲头突出于模具的接触表面以及具有再成形表面，通过所述再成形表面铆接段至少按段径向向外再成形。铆接段可以特别地在间隙方向上通过再成形表面来再成形。由于该目的，冲头的再成形表面优选地至少按段成锥形地和/或凹入地成形。再成形表面可以连续平移或通过一个或多个级偏移到模具的接触表面中。此外，可以在接触表面和冲头之间设置槽。铆接段(特别是厚壁铆接段)可以例如因此再成形，使得当工件朝接触表面移动时它能够不再完全按压到工件中。

根据另外的优选实施例，设置头具有工件接触表面，所述工件接触表面具有至少一个腔，所述至少一个腔在铆接元件的紧固移动方向上与模具的间隔件至少基本上对齐。当在紧固过程期间工件在朝接触表面的方向上移动时与间隔件对齐的设置头的腔是特别有利的，以及间隔件的区域中工件形状的局部改变(其在上面连同根据本发明的方法来解释)因此产生。所述腔可以确保在远离模具的侧处形状的改变被限制和/或形状的改变被腔的形状(共同)限定。腔可以因此表示“辅助模具”以便影响工件形状的改变，这以期望的方式通过“主模具”的间隔件而导致。围绕腔的工件接触表面对此是有助的，其中在远离(主)模具的侧处工件的形状在腔的区域中仅改变以及在紧固过程期间没有发生工件的另外的非希望的变形。

当铆接元件插入到设置头中时设置头的工件接触表面可以此外与铆接元件的工件接触表面位于一平面中。该表面特别地在铆接元件的凸缘部分处形成。铆接元件的工件接触表面可以例如与设置头的工件接触表面一起形成共同的工件接触表面，其中当工件在朝模具的接触表面的方向上移动时工件接触所述共同的工件接触表面。这样的共同的放大的工件接触表面具有以下优点：施加到工件上的力分布到较大的表面上以及工件的局部过载以及由此在工件处即将发生的损坏或变形被避免。

矩阵的间隔件优选地可分离地连接到模具。所述间隔件可以相对于它的位置而可调整。该位置可以例如在接触表面的平面中和/或相对于突出于接触表面的间隔件的部分的长度来调整。明确限定的间隔可以由此特别地按要求设置。间隔件的位置可以另外适合于要支承的工件的要求。特别地当间隔件的位置的可调整性可以免除时间隔件也可以与模具整体形成(一体成型)。

此外，间隔件优选地与冲头远离径向间隔地布置。由此确保铆接段可以完全接合到间隙/中间空间中以及例如不受间隔件妨碍。与冲头的径向间隔特别地可以选择，使得铆接段可以在孔的区域中工件后面来完全接合。

根据优选实施例，多个间隔件(特别地三个间隔件)围绕模具的冲头对称布置。间隔件可以例如布置在围绕冲头的圆形路径上。根据特别优选的实施例，采用销的方式制成的三个间隔件围绕冲头以等距的方式来布置。工件的有利三点支承可以因此实现。如已经提及的，面向工件的间隔件的相应的末端部分可以凸形地/圆形地成形以便确保一方面工件的机械有利的、大约像点的支承以及另一方面允许所述末端部分穿透到工件中，这要求当工件在朝接触表面的方向上移动时尽可能小的力。

要理解的是，根据本发明的方法的描述的架构内提及的特征可以同样地应用于描述的紧固系统以及反之亦然。这里描述的紧固系统的所有实施例因此特别地配置成根据方法的实施例中的一个或多个(根据这里描述的发明)来操作。此外，描述的紧固系统的实施例以及描述的方法的实施例可以相应地彼此组合。

附图说明

在下面将仅作为示例参考本发明的有利实施例和附图来描述本发明。这里示出：

图1a至1c是根据本发明的将铆接元件紧固到金属片部件的方法的实施例；

图2a和2b是金属片部件的两个立体视图，铆接元件已经使用根据图1的方法来紧固到所述金属片部件；

图3是用于执行根据图1的方法的模具的立体视图；以及

图4是用于执行根据图1的方法的设置头的立体视图。

参考数字列表

10 铆接元件

11 内螺纹

12 金属片部件

14 模具

16 间隔件

17 孔

18 接触表面

20 末端部分

21 金属片部件的下侧

22 支承表面

24 冲头

26 孔

28 壁

30 间隙

32 铆接段

34 末端边缘

36 凸缘部分

37 接触表面

38 凹槽

40 再成形表面

41 升高的部分

42 突出部分

44 槽

45 再成形部分

46 设置头

48 收容腔

50 接触表面

52 腔

A 对称轴

D 间隔

具体实施方式

图1示出在旋转对称配置的铆接元件10通过内螺纹11在金属片部件12处紧固期间的三个不同的状态。可以理解的是，不同设计的铆接元件也可以取代铆接元件10而被使用，且它们不必旋转对称地配置。具有销段的铆接元件(有或没有螺纹)也是可想象的。

图1a示出在紧固过程之前的开始情况，其中铆接元件10布置在图1a中的金属片部件12的上方。模具14存在于金属片部件12的相对设置的侧处。金属片部件12支承在固定连接到模具14的间隔件16上。这意味着间隔件16在紧固过程期间不移动。

图1a的布置分成两个：左手侧的截面视图和右手侧的侧视图。两个视图之间的边界延伸通过对称轴A，所述对称轴A涉及两个旋转对称配置的铆接元件10、金属片部件12(至少在围绕紧固点的区域中)和模具14，如将在下面进一步详细解释的。

间隔件16平行于轴A延伸，其中所述间隔件螺接到模具14的相应的孔17中以及因此与其可分离地连接。间隔件16每个采用销的方式制成并具有末端部分20，所述末端部分20突出于模具14的接触表面18。末端部分20的长度均匀设置，使得金属片部件12水平支撑在间隔件16上，即垂直于轴A。间隔D由此设置在金属片部件12的下侧21和接触面18之间-即面向接触表面18的金属片部件12的侧和接触面18之间。每个末端部分20包括基本上凸形的支承表面22，所述基本上凸形的支承表面22面向金属片部件12。

如果需要的话，间隔D可通过间隔件16的调整来修改，例如如果应该使用不同的铆接元件10。

模具14具有锥形冲头24，所述锥形冲头24部分突出到设置在金属片部件12处的圆形孔26中。轴A延伸通过冲头24的和孔26的对应中心。在这方面，轴A因此是金属片部件12的(至少在围绕孔26的区域中)和模具14的对称轴。在这里描述的紧固过程之前产生孔26。

金属片部件12在围绕孔26的区域中制成平面的以及在该区域中不具有凸缘。可选地，然而，金属片部件12也可以制成完全平面的，如在这里描述的实施例中。然而，这不必是这种情况。

间隙30一方面形成在金属片部件12的孔26的壁28和金属片部件12的下侧21之间，以及另一方面形成在金属片部件12的孔26的壁28和冲头24之间。

布置在金属片部件12的上方的铆接元件10具有铆接段32，所述铆接段32在轴向方向上远离铆接元件10的凸缘部分36而延伸以及具有末端边缘34，所述末端边缘34在外部成圆形以及在内部成锥形。支承螺纹11的功能部分至少部分设置在凸缘部分36的其他侧处。铆接元件10是螺母元件。

外围凹槽38设置凸缘部分36和铆接段32之间的平移区域中。

铆接段32的外径稍微小于孔26的直径，使得铆接段32可以引入到孔26中。

从图1a中示出的状态开始，铆接元件10现在在朝模具14的方向上在轴向上移动，其中铆接段32与金属片部件12的孔26对齐(共轴对齐)。

图1b示出第二状态中的图1a的布置，其中铆接段32引入到孔26中。当铆接元件10在朝模具14的方向上另外移动时，铆接段32的末端边缘34的向内设置的部分与冲头24的凹入配置的再成形表面40一起起作用，以及铆接段32径向向外再成形，使得铆接段32接合到间隙30中以及在金属片部件12的后面接合。

铆接元件10在铆接段32的再成形期间在朝模具14的方向上另外位移，其中凸缘部分36在金属片部件12处与接触表面37接触。铆接段32的长度(即间隔D)被修改，使得当在再成形期间铆接段32在金属片部件12的后面至少部分接合时(特别地，当导致铆接段在工件的后面接合的再成形完成时)凸缘部分36仅与金属片部件12接触。

铆接元件10现在在朝模具14的方向上另外移动，其中金属片部件12在朝模具14的接触表面18的方向上沿着移动。在这方面，金属片部件12的形状在间隔件16的区域中局部改变，使得间隔件16的末端部分20接合到金属片部件12中以及金属片部件12与接触表面18接触。在该连接中，改变金属片部件12的形状的间隔件16的末端部分导致在远离模具14的侧处金属片部件12的相应升高部分41，如将在以下进一步详细解释的。

在图1c中，在完成紧固过程之后，示出金属片部件12和铆接元件10。可以看出的是，金属片部件12的形状在铆接段32的区域中改变，铆接段32在金属片部件12从图1b中示出的位置在朝模具14的方向上移动期间在金属片部件12的后面接合。在这方面，初始邻近孔26的金属片部件12的区域由于与铆接段32的配合而转向，铆接段32在金属片部件12的后面接合以及按压到铆接元件10的凹槽38中。同时，后面接合的铆接段32完全位移到金属片部件12的平面中，所述平面通过与冲头24的再成形表面40的配合而垂直于轴A延伸，使得面向模具14的金属片部件12的下侧21基本上制成平面的。这意味着再成形的铆接段32不突出于下侧21的平面。另外，铆接段32部分变形，使得铆接段32依靠金属片部件12来安置。铆接元件10和金属片部件12之间特别良好的形状匹配和力传送由此实现。

如上面提及的，间隔件16的末端部分在金属片部件12朝模具14的接触表面移动的过程中接合到金属片部件12中。由此，已经提及的升高的部分41因此在金属片部件12的上侧处产生(图1c)。

图2a在从上面倾斜地的立体视图中示出图1c的金属片部件12和紧固的铆接元件10。升高的部分41可以在这里特别容易地识别。三个升高的部分41围绕铆接元件10的凸缘部分36对称分布地布置。在图2b中，图2a的金属片部件12相对于它的下侧21示出，所述下侧在紧固过程期间面向模具41。铆接段32下降到金属片部件12中以及不从金属片部件12突出。此外，通过末端部分20产生的槽44在金属片部件12的下侧存在以及对应于金属片部件12的上侧处相应升高的部分41.

图3示出图1的模具14的立体视图。模具14具有三个间隔件16，所述三个间隔件16围绕冲头24对称布置，模具14的相应末端部分20突出于模具14的接触表面18。间隔件16每个远离冲头24径向间隔布置。

再成形表面40包括外部突出部分42，所述外部突出部分42平移到凹入拱形的内部再成形部分45中。接触表面18在轴向方向上相对于冲头24的突出部分42偏移(图1a、图1b和图3)。由此可靠地实现的是，在铆接元件10紧固之后后面接合的铆接段32完全位移到金属片部件12的平面中，使得金属片部件12的下侧21形成平面接触表面。

图4示出设置头46的立体视图，通过所述设置头46，铆接元件10(从图1a中示出的位置开始)可以在朝模具14的方向上移动以及可以紧固到金属片部件12。设置头46具有收容腔48，所述收容腔48采用与铆接元件10互补的方式来形成，使得铆接元件10可以收容(即可以插入)到收容腔48中。收容腔48定尺寸，使得仅铆接段32突出于具有插入的铆接元件10的设置头46的接触表面50。凸缘部分36(即它的接触表面37)因此形成金属片部件12与设置头46的接触表面50的共同的接触表面。

设置头46另外具有三个腔52，所述三个腔52围绕收容腔48对称设置。围绕收容腔48的腔52的对称布置与围绕冲头24的间隔件16的对称布置互补，使得当铆接元件10插入到设置头46的收容腔48中以及通过朝模具14的设置头46的移动而紧固到金属片部件12时腔52与间隔件16对齐。腔52在铆接元件10的紧固期间在金属片部件12的上侧处对升高的部分41的周边定界。