用于将接合辅助元件不可拆地置入构件中的方法、具有接合辅助元件的构件和复合构件与流程

本发明涉及一种用于将至少一个接合辅助元件不可拆地置入至少一个构件中的方法以及一种具有至少一个不可拆的接合辅助元件的构件和一种复合构件。

背景技术：

在轻质结构的范围中、尤其是在汽车制造中越来越需要将由不同的、部分异质的材料制成的构件彼此连接，例如将由非铁材料、如铝或纤维增强塑料制成的构件与由铁材料、尤其是钢材料制成的第二构件彼此连接。这些构件通常不能直接焊接或钎焊。但例如为了能够进行电阻点焊，已知使用接合辅助元件。接合辅助元件例如类似于铆接过程地被压入或冲入或置入待接合构件之一中。接合辅助元件由可与另一构件的材料焊接的材料制成。将这两个待接合的构件相对于彼此定位并且在接合辅助元件上形成接合连接、如焊接连接。

在批量生产中接合辅助元件或电阻焊元件的安设通常通过机器人引导的安设头进行，该安设头是具有安设冲头和相对应的凹模的拉铆钳的方式，其分别将接合辅助元件压入或冲入构件中，必要时可事先形成预打孔。每个接合辅助元件被单独安设，为此必须单独接近每个安设点。

此外，文献de102013010443a1公开了一种模具，借助该模具可在没有预打孔的情况下同时将多个电阻焊元件冲入工件中。为此该模具具有第一和第二模具部分以及多个设置在第一和第二模具部分中的安设头。通过模具的关闭运动，工件可被固定在定义的位置中并且在关闭运动过程中通过两个模具部分侧的安设头将电阻焊元件压入工件中。

为了无预打孔的安设，已知自冲孔或自打孔的接合辅助元件，其柄端部构造为刀刃或尖头，例如由文献de1020040254902a1中已知的那样。这种接合辅助元件的缺点在于复杂的几何形状以实现良好的连接强度，因此这种元件制造昂贵。

技术实现要素：

本发明的任务在于提供一种用于将接合辅助元件置入至少一个构件中的方法，该方法不具有或以减少的程度具有至少一个与现有技术相关的缺点。

所述任务通过根据权利要求1的方法解决。在并列权利要求10中本发明也延伸到根据本发明制造的具有接合辅助元件的构件并且在并列权利要求11中延伸到一种复合构件，其中至少一个接合辅助元件借助根据本发明的方法被压入至少一个被接合的构件中。本发明的其它有利实施方式由从属权利要求和下述说明给出。

根据本发明的用于将接合辅助元件不可拆地置入至少一个构件的至少一个接合位置中的方法包括下述步骤：

a)在压力机的第一压力机行程中对所述至少一个构件在所述至少一个接合位置上进行打孔，在此在所述至少一个接合位置上形成预打孔；

b)将接合辅助元件插入所述至少一个预打孔中；并且

c)在随后的压力机行程或加工步骤中挤压所述至少一个接合辅助元件与所述至少一个构件，在此在所述至少一个构件与接合辅助元件之间形成材料锁合、形锁合和/或力锁合连接。

压力机在每个压力机行程中执行模具的线性关闭运动。根据处于压力机中的模具的类型，可进行不同的构件加工。为了将构件打孔，例如使用包括例如模具上部和模具下部的模具，构件能够可定位地被夹紧在模具上部和模具下部之间并且该模具还具有相应的冲孔工具、如可机械操作的冲孔刀具。

所述至少一个接合位置指的是构件上应置入接合辅助元件的位置。接合辅助元件可仅被压入一个构件中。作为替代方案，多个构件、如两个、三个或更多构件也可部分或完全重叠地设有一个或多个共同的预打孔。在共同的预打孔中置入接合辅助元件，该接合辅助元件贯穿多个构件。在此情况下，挤压接合辅助元件导致在多个构件和接合辅助元件之间类似于铆接连接的材料锁合、形锁合和/或力锁合连接。

在后续时刻，在设有接合辅助元件的接合位置上例如建立与至少另一构件的接合连接、如电阻点焊。通常，所述至少一个构件具有一个以上接合位置，因此优选在每个这种接合位置上形成预打孔。

接合辅助元件的插入可优选自动地通过相应的、设置在模具中的供料装置进行。这种供料装置在传统的拉铆钳中是众所周知的，在其中例如借助压缩空气通过供料管路供应各个铆钉元件。接合辅助元件在预打孔中的插入也可手动、如由工人完成。

接合辅助元件的插入可在单独的第二压力机行程中进行，第二压力机行程在形成预打孔的第一压力机行程之后并且在挤压接合辅助元件与构件的压力机行程之前进行。但优选接合辅助元件的插入在挤压接合辅助元件的压力机行程之前或期间进行。

为了挤压接合辅助元件，可在压力机中使用例如具有相应铆接冲头和相对应的顶头的模具。但优选仅借助上部和下部(冲头和凹模)中的刚性模具构件(其在需要时对应于构件形状)压入接合辅助元件。类似于预打孔的形成，具有插入的接合辅助元件的构件例如可固定在模具上部和模具下部之间。在模具的关闭运动期间，冲头在与设置在相对置构件侧上的对应侧的共同作用下使接合辅助元件压缩并变形，由此形成至少力锁合、形锁合或材料锁合的、优选力锁合和形锁合的、不可拆的连接。不可拆地置入构件中的接合辅助元件只能在构件和/或接合辅助元件损坏或变形的情况下被分离。

在一种优选实施方式中，所述至少一个构件具有多个接合位置，在这些接合位置上应插入接合辅助元件。可设置例如两个或三个或三个以上的接合位置。因此在所述至少一个构件中形成多个预打孔，在此在每个接合位置上形成一个预打孔并且在每个预打孔中插入一个接合辅助元件。所有被插入预打孔中的接合辅助元件在一个共同的压力机行程中与所述至少一个构件挤压连接。

对构件打孔和挤压接合辅助元件的加工步骤可借助一个共同的或借助两个不同的压力机相关模具来执行。构件在模具之间的转移可以已知方式、例如借助机器人引导的夹持装置来进行。

用于压入接合辅助元件的方法可以有利的方式集成到在构件生产中的现有压力机相关的加工步骤中。因此，在实施上述加工步骤之一的每个压力机行程中还可附加地进行另外的构件加工、例如构件的成形或切削加工。为此模具可相应构造，如设有拉伸冲头或拉伸凹模、切削装置等。

预打孔优选构造为具有一个孔壁的通孔，该孔壁朝向构件表面分别通过一个孔边缘限定。在一种有利的实施方式中，两个孔边缘分别设有倒角。通过倒角去除可能存在的毛刺。此外，倒角在压入时简化接合辅助元件的定向并且有利于形成形锁合，其方式是：在一种优选实施方式中接合辅助元件可在预打孔中以埋头铆钉的形式成形并且与构件形成双侧侧凹部。为了产生冲压边缘，例如形成预打孔的冲孔工具或刀具还可设有相应的、用作冲压冲头的区段和/或可在压力机相关的模具中设置可单独操作的冲压冲头、如滑块。

预打孔的这种设计允许使用具有简单几何形状的接合辅助元件，但同时可实现高强度的连接。优选接合辅助元件构造为金属块，术语“金属块”应理解为无头且无柄的金属件。基于简单的几何形状，这种金属块可极其低成本地制造，例如通过从金属板冲出或切断金属线制造。金属块尤其是可具有圆柱形、球形、锥形或截锥形形状。接合辅助元件尤其是由这样的材料形成，其相对于第二构件(设有接合辅助元件的构件待与该第二构件连接)具有足够的焊接或钎焊适应性。接合辅助元件优选由钢或铝工件成形。

有利的是，借助该方法，所有待置入构件中的接合辅助元件可被共同置入并压入。

根据本发明的方法尤其是可用于制造具有至少一个不可拆地置入的接合辅助元件的构件。优选地，该构件具有一个以上的接合辅助元件，并且所有接合辅助元件借助根据本发明的方法被置入。接合辅助元件可具有不同的尺寸或形状，但优选所有接合辅助元件在一个共同的压力机行程中与构件挤压连接。

置入接合辅助元件的构件可由金属板材、如热成型钢、铝板或镁板、或板状纤维复合塑料制成，例如作为碳纤维增强(cfrp)构件、玻璃纤维增强(grp)构件或芳纶纤维增强构件。该构件尤其可以是金属板成型件，也可使用铸件或型材件，其在一个或多个接合位置上设计成板状的。构件尤其可以是优选用于轿车车身的车身构件或车身附件。

借助根据本发明的方法制造的构件(也被称为第一构件)可通过已知方法进一步加工，例如被加工成具有至少一个第二构件的复合构件，在此与第一构件挤压连接的接合辅助元件与第二构件焊接、钎焊和/或粘接。

作为替代方案，可通过根据本发明的方法制造一种复合构件，在其中构件之间的接合连接已经通过压入接合辅助元件形成。这种复合构件包括至少一个第一和第二构件，它们通过至少一个接合辅助元件相互连接。所述至少一个接合辅助元件在此贯穿这两个构件并且以铆接连接的方式连接它们。

有利的是，本发明允许“在构件中不可拆地置入接合辅助元件”能够集成到现有构件制造过程中，例如在冲压车间中，且无需额外设备或装置、如拉铆钳解决方案的额外费用。也可想到，在同一生产线中使用本方法所需的、用于钢/钢和混合结构连接的设备技术。特别是结合上述预打孔的特殊设计和接合辅助元件的设计自由度，产生了意想不到的可能性，即在降低成本和减少周期时间的同时提高连接强度。

结合以下的实施例说明，本发明的上述特点、特征和优点以及实现它们的方式将变得更清楚和更易于理解。当在本申请中使用术语“可”时，则这既指技术可能性又指实际技术实现。

附图说明

下面参考附图说明实施例。附图如下：

图1为用于说明该方法的流程图；

图2a为在压力机相关的模具下部上的预打孔构件的俯视图；

图2b至2d为在该方法的不同时刻的图2a的构件的剖视图；

图3为示例性构件连接的侧视图。

具体实施方式

图1示出用于说明根据本发明的方法的流程图，借助该方法将一个或多个接合辅助元件不可拆地置入至少一个构件中。

在第一方法步骤a中，借助压力机相关的模具将所述至少一个构件预打孔。该步骤在第一压力机行程中进行。在随后的第二方法步骤b中，分别将接合辅助元件置入每个预打孔中。在另一方法步骤c中，挤压接合辅助元件与所述至少一个构件。接合辅助元件的挤压也借助压力机相关的模具在第一压力机行程之后的另一加工步骤或压力机行程中进行。接合辅助元件的置入可在单独的加工步骤中进行或在与接合辅助元件的挤压相同的压力机行程中进行，这在图1中通过虚线外框u示出。在步骤c之后，接合辅助元件不可拆地与所述至少一个构件挤压连接并且在步骤d中所述至少一个构件可被供应给进一步的加工，该加工例如可以是电阻点焊，用于将所述至少一个构件在接合辅助元件上与另一构件材料锁合地连接。

在步骤a中，优选形成用于所有设置在所述至少一个构件中的接合辅助元件的预打孔。在后续应与另一构件建立接合连接的位置上形成这些预打孔。为了进行预打孔，将所述至少一个构件置入包括相应冲孔工具或刀具的压力机相关模具中。所述冲孔工具或刀具以已知方式实现并且可设置在模具上部和/或模具下部中。通过压力机的关闭运动，模具上部和模具下部彼此相向移近并且借助冲孔工具或刀具冲出或切割出孔。图2a示例性示出模具下部20上的止动板延长部形式的构件10的透视图，在该构件10中已冲出预打孔12a至12e。这些预打孔12a至12e具有大致圆形的横截面并且延伸穿过构件10。在两个孔边缘上分别在构件10中冲出倒角14和16(参见图2b，该图示出构件10的预打孔12a的剖视图)。冲孔工具或刀具为此可设有用作冲压冲头的区段或可在压力机相关模具中设置可单独操作的冲压冲头。在随后的第二方法步骤b中，向预打孔供应接合辅助元件30。接合辅助元件优选是具有圆柱形状的金属块并且其直径小于预打孔内径的直径(参见图2c)。金属块的专门固定不是强制性的，因为它们通过预打孔充分定位并且例如靠置在模具下部上。

随后在第三方法步骤c中借助压力机相关模具挤压接合辅助元件30与构件10，为此模具例如包括相应的铆接冲头和顶头或者说凹模。优选这样确定接合辅助元件30的直径和高度，使得接合辅助元件在挤压之后完全填充预打孔并且至少与一个构件表面齐平(参见图2d的剖视图，该图示出与构件10挤压连接的接合辅助元件30a的剖视图)。图2c中示出的示例性接合辅助元件30仅向上突出于构件10。应理解的是，接合辅助元件也可仅向下或既向上又向下突出于构件。优选接合辅助元件30a在挤压期间形成双侧侧凹部32a和32b，由此，除了力锁合连接之外，在接合辅助元件30和构件10之间也形成形锁合连接。

接合辅助元件30的供应可自动进行。为此铆接工具可具有以已知方式构造的供料装置和供料管路，借助它们可将接合辅助元件送入预打孔中。

图3示出用于覆盖机动车纵向支架的示例性复合构件的侧视图，其包括图2a中的止动板延长部10和止动板40。止动板40是钢板成型件，止动板延长部10由铝板成形。借助上述方法将五个钢块形式的接合辅助元件30a至30e与止动板延长部10挤压连接。接合辅助元件30a至30e通过传统的电阻点焊与止动板40焊接。

根据本发明借助该方法最多需要三个压力机行程来挤压所有必要的接合辅助元件与所述至少一个构件。附图中示例性示出五个相同的预打孔和五个相同的接合辅助元件30的置入。该数字当然也可从仅一个孔或接合辅助元件变化为多个、如数十个。单个或所有预打孔或接合辅助元件的尺寸和/或形状以及孔轴线的定向也可不同于其它预打孔或接合辅助元件。

在附图中示出接合辅助元件置入仅一个构件中。应理解的是，该方法也可用于将接合辅助元件置入两个或更多部分或完全重叠的构件中，这些构件通过被挤压的接合辅助元件以铆接连接的方式相互靠紧并且相对于彼此固定。在此情况下，多个构件优选上下叠置地设置并且在一个共同的压力机行程中被设置一个或多个预打孔。

压力机相关模具也可附加地构造为成形模具和/或刀具，使得例如能够在形成预打孔的同时实现其它特征、如构件中的卷边或凹陷。

所述实施例并非是按比例的和限制性的。专业人员技术范围内的改变也是可能的。

附图标记列表

a、b、c、d方法步骤

u压力机行程

10构件

12a至12e预打孔

14、16倒角

20模具下部

30、30a至30e接合辅助元件

32a、32b侧凹部

40止动板