专利名称：压入元件、包括其的组件及制造和附接压入帽的方法
技术领域：
本发明 涉及自冲孔中空压入元件、由压入元件和金属片材构成的组件、以及制 造自冲孔压入帽的方法和用于附接自冲孔压入帽的方法。
背景技术：
在轿车主体和其他部分的制造中，通过以铆接元件、冲孔元件或者压入元件的 形式存在的紧固件操作是十分常见的。采用铆接元件时，该元件被插入预先冲孔的金属片材且通过在紧固件的铆接部 上形成铆接珠而被铆接至该金属片材。紧固件自身具有紧固部，即内螺纹或者具有外螺 纹的栓轴，由此分别利用栓或者帽，另一部件可被固定至金属片材。可以形成为铆接元 件或者压入元件的冲孔元件被称为自冲孔元件，即该元件自身在金属片材中切出孔，且 随后被固定至该金属片材。采用已知的压入元件时，金属片材可以是预先冲孔的，或者 压入元件可以如上所述地通过自冲孔方式制成，即，使得至金属片材的附接部自身在所 施加的力的作用下在金属片材中切出孔。该元件穿过所述孔，且金属片材被压，使得金 属片材的材料流入压入元件的底切部(undercut)。压入元件于是被以这样的方式锁定至金 属片材，使得压入元件被稳固地固定至金属片材，且压入元件不能直接地在轴向上从金 属片材压出或者不能通过在附接栓或者帽时出现的常见扭矩而相对于金属片材旋转。与 铆接元件相反，压入元件在附接至金属片材时不变形，或者基本上不故意变形。在机动车辆的结构中，通常以这样的紧固件代替焊接件，以前焊接件被焊接至 金属片材的车身等。元件的焊接不仅通过机械变形以拙劣的方式集成到单一金属片材的 制造过程，而且还导致金属片材的不期望的污染。此外，焊接件不能与多种金属片材一 起使用，例如被预先涂覆的金属片材或者由两个金属片材层构成的、可选地在该两个金 属片材层之间布置有塑料膜的金属片材。当金属片材是高强度的金属片材时，也不能使 用焊接件，因为在焊接期间产生的热量会导致在焊接位置的区域中的金属片材的特性的 不能接受的下降。在用于机动车辆的金属片材的制造中，需要大量的紧固件，且涉及的 金属片材的厚度通常在0.6mm至2.5mm的范围内，有时超过该范围直到3mm或者更厚。DE 10 2007 034 987 Al描述了可以形成为自冲孔元件且适于附接在厚的金属片 材中的压入元件。该文所示的压入元件具有头部和颈部，头部具有面对金属片材的环状 表面，颈部远离环状表面凸出，即远离金属片材接触表面，头部还具有环形凸起，该环 形凸起以在径向上有间隔的方式围绕颈部且远离环状表面凸出。颈部还具有在径向上向 外凸出的环状边缘，该环状边缘可以形成为连续的，也可以形成为局部中断的。该边缘 的末端与环状表面在轴向上有间隔，该间隔比环形凸起的末端与环状表面在轴向上的间 隔大。环状边缘在径向上位于该凸起内，且与该凸起形成收留金属片材的材料的口袋。 这种压入元件必然有其合理性，但是在其制造上仍然是相当复杂的。此外，在环状表面 的区域中和环状表面的正下方的颈部处的设计在一些情况下可能导致在附接金属片材期 间的更大的困难，在一些情况下不能确保所期望的与金属片材的形状配合的锁定达到所期望的水平。关 于这一点，还应参考欧洲专利EP-B-I 690 913。该专利描述了另一功能元 件，该功能元件具有在头部的下侧处的环状的金属片材接触表面以及远离头部凸出的颈 部，颈部在该专利中被设计作为冲孔部。该功能元件的特征在于它可以与不同厚度的金 属片材一起使用。为此，在环状的金属片材接触表面与冲孔部的自由端之间的冲孔部处 设置环状的边缘，且在该边缘与冲孔部的自由端之间设置围绕冲孔部的环状凹部。此 夕卜，设置肋状物，该肋状物提供不可旋转的固定，且该肋状物在金属片材接触表面与边 缘之间的另一环状槽内以上升的方式在轴向方向上延伸至该边缘。这种元件完全能够胜 任分配给它的任务，然而所述元件是相当复杂的，且也不太适于以自冲孔的方式用在厚 度范围在4mm及以上的很厚的金属片材中。EP-B-I 690 013中公开了一种可以与厚度范围在0.6mm至4mm之间的金属片材
一起使用的元件，厚度在3mm以上的金属片材在轿车结构中相对很少。虽然紧固件也 用在卡车制造中，但是使用程度很低。已知基本上仅使用铆接元件制造轿车。这些铆 接元件也用在卡车中的较薄的金属片材中，例如驾驶室的区域中。卡车的更稳固的金属 片材，即具有的金属片材厚度大于3mm、通常大于4mm及更大(如果有的话)的金属片 材，仅在非常少的情况下具有铆接元件，因为可用的铆接元件完全不是为这样的厚的金 属片材设计的。此外，制造的卡车比轿车少很多。在卡车的制造中，当前很大程度上使 用焊接件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自冲孔压入元件和由压入元件和金属片材构成的组 件，以及一种用于制造这样的压入帽和这样的组件的方法，所述压入帽和组件可以以有 利的价格制造，或者可以甚至用少量的部件来实现，且可以合理地使用。为实现该目 的，根据本发明的第一方面提供一种自冲孔压入元件，特别提供一种用于附接至金属片 材的帽元件，其中，压入元件具有较大直径的凸缘部分和较小直径的轴部分，轴部分远 离凸缘部分延伸且在其远离凸缘部分的端面处具有圆形冲孔边，其中，凸缘部分的面对 轴部分的一侧形成环状的金属片材接触表面，且在轴部分处设置提供不可旋转的固定的 特征部，所述特征部大致从金属片材接触表面的平面开始沿着轴部分延伸在轴部分的长 度的一部分上。通过该设计，可以在环状的金属片材接触表面与轴部分之间提供更尖锐的过 渡，由此该元件可被以自冲孔的方式引入金属片材中，且确保了凸缘部分紧密地接触金 属片材，且在过渡区域中没有可能妨碍环状的接触表面在金属片材处的牢固的安放的干 扰半径或者特征。通过该方式，所述元件可被牢固地压成与金属片材接合，而不会在金 属片材接触表面与金属片材的面对金属片材接触表面的一侧之间产生间隔。通过该方式，操作中可以可靠地避免沉降效应(settlementeffect)，由此被拧入中 空的压入元件的螺栓一直保持预设的张力，且栓接的连接不会过早地变松或者失效，例 如由于沉降效应。在要求保护的设计中，一种压入元件可与不同的金属片材的厚度一起 使用。根据一个优选实施例，提供特征部，所述特征部提供不可旋转的固定，所述特征部由提供不可旋转的固定的鼻状物或者肋状物形成，且在轴部分的轴向方向上沿着轴 部分延伸。对于该类型的设计特别有利的是，在制造提供不可旋转的固定的特征部期间产 生所述肋状物或者鼻状物时，具有对应的槽的工具被置于压入元件的轴部分之上，且材 料被从肋状物和鼻状物之间的区域部分地移入肋状物和鼻状物，且部分地在轴向上向上 移入凸缘部分中的环状的凹部中，其中，可以这么说，能够隐藏过量的材料且实际上不 会妨碍从环状的金属片材接触表面进入轴部分的外侧的尖锐过渡。根据本发明的另一方面，提供一种自冲孔中空压入元件，特别提供一种用于附 接至金属片材的帽元件，其中，压入元件具有较大直径的凸缘部分和较小直径的轴部 分，轴部分远离凸缘部分延伸且在其远离凸缘部分的端处具有圆形冲孔边，凸缘部分的 面对轴部分的一侧形成环状的金属片材接触表面，具有特别的特征直径D2对于M6帽 元件为大致50mm，对于M8帽元件为大致16mm，对于MlO帽元件大致为17mm，对于 M12帽元件为大致18mm以及对于M14帽元件大致为19.5mm。
以上举出的轴部分的直径足以直接地在厚度为8mm的金属片材中产生冲孔块， 只要金属片材具有在280MPa至320MPa的范围内的中等强度。根据本发明的另一方面，提供一种自冲孔压入元件，特别提供一种用于附接至 金属片材的帽元件，所述压入元件具有较大直径的凸缘部分和较小直径的轴部分，且轴 部分远离凸缘部分延伸且在其远离凸缘部分的端处具有圆形冲孔边，且凸缘部分的邻近 轴部分的一侧形成金属片材接触肩部，具有特别的特征压入元件不具有任何被形成为 底切的形状的、被设计成容纳金属片材材料以实现轴向压紧阻力的特征部。该类型的压入元件的设计首先肯定被认为是意料之外的，因为人们一定会问这 样的问题若没有底切部，如何相对于金属片材实现对抗压紧负荷的轴向抵抗力。该问 题的答案为，提供特定的组件，即由紧固件和金属片材构成的组件，紧固件具有较大直 径的凸缘部分和较小直径的轴部分，轴部分远离凸缘部分延伸且在其远离凸缘部分的端 处具有圆形冲孔边，冲孔边的直径相当于或者略大于轴部分的直径，凸缘部分的面向轴 部分的一侧形成环状的金属片材接触表面，具有特别的特征紧固件被设计用于与具有 的厚度在3mm或更厚的范围内的金属片材一起使用，且轴部分被置于金属片材中冲出的 孔内，金属片材在邻近金属片材接触表面的第一区域中以及邻近冲孔边的第二区域中与 轴部分紧密接触，在第一区域和第二区域之间的第三区域中，金属片材的孔壁与轴部分 具有间隔。该实施例涉及下述概念，金属片材首先被成锥形地冲孔，在孔成锥形地离开元 件的冲孔侧发散的情况下，且在将压入元件完全插入冲出的锥形的孔之后，金属片材的 材料在金属片材的背对元件的凸缘部分的一侧处被绕着冲出的孔压碎，因此金属片材的 材料在径向上向内移动且在所述第二区域中与压入元件的冲孔部紧密接触。因为在任何 情况下在冲孔部的第一区域中都存在紧密接触，所以压入元件在金属片材中被保持很好 地对齐，且在第三区域中存在间隙对于压入元件在金属片材处的安装的稳定性不会有任 何不利的影响。通过金属片材在所述第二区域中的紧密接触，金属片材的材料接合入在 任何情况下都存在的冲孔部的表面的凹凸不平中，且造成对该区域非常明显的束缚，由 此建立了所要求的不可旋转的固定和不压紧的固定。事实是冲孔部自身在其径向尺寸上必须被制成为相当厚的，以实现所要求的在金属片材中的冲孔作用，且因此提供抵抗径向向内移动金属片材的材料的大的抵抗力，还促进该束缚。该类型的结构也不是明显 的，因为本领域一般技术人员必定会料想到通过金属片材的圆锥形冲孔，元件不能绝对 充分地保持在金属片材中，且实际上尤其是当不存在底切的特征部时。对于厚的金属片 材，在任何情况下用金属片材的材料充分填充这样的底切部都是困难的。若需要，所要求的不可旋转的固定和不压紧的固定也可被实现为，粘合剂存在 于金属片材与中空的压入元件之间，且实际上特别是在金属片材与金属片材接触表面之 间和/或在金属片材与轴部分的第一区域之间和/或在金属片材与轴部分的第二区域之间 和/或在金属片材与轴部分的第三区域之间。粘合剂优选是在压力下固化的粘合剂。这 样的压力在压入元件的压入期间在所有上述区域中出现。所述压力也出现在轴部分的第 三区域中，因为在此所提供的初始的大的空间被减小，以产生在轴部分的第二区域中的 束缚，由此在此处出现主要的压力。即便甚至是在没有提供不可旋转的固定的特征部的情况下也可以实现不压紧的 充分的固定，但是提供不可旋转的固定的特征部可被设置在轴部分处且可以从大致金属 片材接触表面的平面开始在轴部分的长度的一部分上沿着轴部分延伸。在组件中，金属 片材通过提供不可旋转的固定的特征部在所述的第一区域中以形状配合的方式被接触。在附接压入元件时产生的组件的特征还在于，金属片材在其远离金属片材接触 肩部的一侧处具有围绕冲孔边的环状的凹部。在这种情况下，金属片材的至少在紧固件 的附接区域中，在附接紧固件之前和之后，金属片材位于远离环状凹部的一个平面中。 当另一部件被固定至金属片材时，这有助于装配螺栓的情况。提供不可旋转的固定的特征部优选地由在轴部分的轴向方向上沿着轴部分延伸 的鼻状物或者肋状物形成。于是，与提供不可旋转的固定的鼻状物或者肋状物对应的凹 部出现在金属片材中。压入元件优选是具有中空的轴部分的紧固件，该紧固件具有延伸 通过凸缘部分和轴部分的中央螺纹。通过轴部分的显著的径向厚度，不必担心轴部分会 在附接至金属片材期间被压缩，因此当提供足够的螺纹长度时，紧固件不会变得过高， 且因此不过重。提供一种用于制造自冲孔帽的方法，该自冲孔帽具有较大直径的凸缘部分和较 小直径的轴部分，轴部分远离凸缘部分延伸，其中，轴部分在其远离凸缘部分的端处具 有环形冲孔边，其特征在于，获取坯，所述坯具有的横截面形状与凸缘部分和轴部分的 横截面形状对应，轴部分在坯中自由端的区域中比在邻近凸缘部分的区域中具有更小的 直径，其中，在邻近轴部分的凸缘部分中形成轴向凹部，借助于刮刀，在绕着外围间隔 开的多个位置处，将轴部分的具有较大的直径的区域中的材料刮掉，被刮掉的材料被引 入凸缘部分的轴向凹部中，且在被刮掉的区域之间的区域中留下鼻状物或者肋状物，该 鼻状物或肋状物形成元件的提供不可旋转的固定的特征部。根据本发明的用于将根据本发明的自冲孔元件附接至金属片材的方法的特征在 于，金属片材被支撑在冲模母模上，该冲模母模具有圆柱形开口，该开口的直径大于在 环形冲孔边的区域中的轴部分的直径，其特征在于，通过自冲孔压入元件的凸缘部分上 的压力，压入元件的轴部分被压通过金属片材，以形成金属片材的冲出的开口，该冲出 的开口大致成锥形地在压入方向上相对于冲出的开口的纵轴线发散，且在形成相应的冲孔块之后，在围绕冲孔边的区域中的金属片材的材料被压，以借助于冲模母模的环状前 部在金属片材中形成环状的凹部，由此金属片材径向向内地变形，且接触压入元件在其 自由端的区域中的轴部分。
在本专利的权利要求中以及在下文的参考附图的描述中更加详细地描述本发明 的优选实施例。附图中图IA为根据本发明的压入帽形式的压入元件的冲孔部的端视图；图IB为根据本发明的图IA所示的、部分轴向剖视的压入帽的侧视图；图IC为根据本发明的且根据图IA所示的压入帽的立体图；图ID为与图IB类似的视图，但是为用于制造根据图IA至图IC所示的元件的 坯的视图；图IE为图ID所示的圆圈区域的放大的视图；图2A为在金属片材的冲孔之前的开始阶段，根据图IA至图IC所示的本发明的 压入帽至较厚的金属片材的附接的示意图；图2B为与图2A类似的视图，但是为金属片材的冲孔之后、压入帽最终附接至 金属片材之前的视图；图2C为完成的组件的视图，即根据本发明的压入帽完全附接至金属片材之后的 视图；图2D为图2C所示的圆圈区域的放大的视图；图2E为根据图2C所示的金属片材的顶侧的立体图；图2F为根据图2C所示的金属片材的底侧的立体图；以及图3A至图3E为与图2A、图2C、图2D、图2E和图2F对应的视图，为同样的 压入帽附接至较薄的金属片材的视图。
具体实施例方式图IA至图IC示出帽元件形式的附接至金属片材的自冲孔中空压入元件10。压 入元件10具有较大直径Dl的凸缘部分12和较小直径D2的轴部分14，轴部分14远离凸 缘部分12延伸且在其远离凸缘部分12的端16处具有圆形冲孔边18。凸缘部分12的邻 近轴部分14的一侧形成环状的金属片材接触表面22，且具有不可旋转的固定的特征部24 被设置在轴部分上。这些特征部从大致金属片材接触表面22的平面开始在轴部分14的 长度的一部分上(例如在轴部分14的长度的大约40%上)沿着轴部分延伸。环形的凹部26设置在凸缘部分12中，且在径向上在环状的金属片材接触表面22 内。在根据图ID和图IE所示的坯中也能够看到环状凹部26。环状凹部26容纳轴部分 14的过剩材料，所述过剩材料在肋状物的制造期间出现，肋状物提供不可旋转的固定， 即过剩材料28位于环状的凹部26内。以下述方式实施用于制造根据图IA至图IC所示的自冲孔压入帽的方法首先 获取根据图ID或图IE所示的坯2，该坯2具有与凸缘部分12和轴部分14的横截面形状 对应的横截面形状，或者通过冷锻制造坯2。坯2被设计成使得轴部分14在自由端的区域中具有直径D2，而在邻近凸缘部分的区域中具有更大的直径D2’，具有直径D2’的 区域在所期望的特征部24的长度L上延伸，特征部24提供不可旋转的固定。然后(或 者 在之前)，轴向凹部26形成在邻近轴部分14的凸缘部分12中，然后在多个在周向上被 间隔开的位置处，从具有更大直径D2’的轴部分的区域刮下材料，被刮下的材料28被部 分地引进凸缘部分12的轴向凹部26。在被刮的区域之间的区域中，留下鼻状物或者肋 状物，该鼻状物或肋状物形成提供元件的不可旋转的固定的特征部24。直径D2’的轴 部分的区域具有略大的直径(大于D2)，该直径D2’不应大到与D2加上提供不可旋转 的固定的肋状物24的径向高度的二倍一样大，但是直径D2’可被制成为略小的(但大于 D2)，于是提供不可旋转的固定的肋状物部分地由置于肋状物之间的材料形成，且因此实 现了全径向高度。如所示，提供不可旋转的固定的特征部24在轴部分14的轴向方向32上沿着轴 部分14延伸，所述特征部24由鼻状物或者肋状物形成，自冲孔中空帽元件被设计成，使得对于M6帽元件而言，直径D2为大约 15mm，对于M8帽元件而言，直径D2为大约16mm，对于MlO帽元件而言，直径D2为 大约17mm，对于M12帽元件而言，直径D2为大约18mm，以及对于M14帽元件而言， 直径D2为大约19.5mm。直径D2的这些值特别用于与280Mpa至320MPa的中等强度的钢的且厚度为大 约8mm的金属片材一起使用。对于更高的金属片材强度，给定的直径必须相应地被制成 为更大的。这样更大的直径适用于厚度大于8mm的金属片材。也可以以下述方式考虑根据本发明的用于与金属片材附接的自冲孔帽元件10 没有形成为底切的形状的、被设计成容纳金属片材的材料的特征部，以实现轴向压紧抵 抗力。取而代之的是，如果忽略环状凹部26和藏在凹部26中的材料28，则从环状的金 属片材接触表面22进入冲孔部14的过渡可以被认为成尖锐明确的直角，环状凹部26和 材料28在任何情况下都不会产生干扰，因为它们相对于环状的金属片材接触表面22被向 后缩进。下面参考图2A至图2E更加详细地描述用于将根据图IA至图IC所示的自冲孔 压入帽附接至金属片材40的方法。图2A示出开始状态，其中，压入帽10通过其凸缘部 分被保持在冲孔头43的柱塞42的支座41中，冲孔头43例如被附接至压力机(press)的 上部工具(未示出)。冲模母模44被置于金属片材40之下，冲模母模44例如可以被支 撑在压力机的下部工具处或者压力机的中间板处。若冲模母模44被附接至压力机的下部 工具且若存在中间板，则冲孔头可以被附接至该中间板，而不是压力机的上部工具。还应指出，也可以将冲模母模附接至压力机的中间板和压力机的上部工具中的 柱塞，或者可以将柱塞附接至压力机的下部工具，且将柱塞之上的冲模母模安装在压力 机的上部工具处或者压力机的中间板处。柱塞也可以被附接至压力机的中间板，且冲模 母模被附接至压力机的上部工具。此外，存在下述可能性将冲模母模和柱塞安装在所 谓的C框架中，且通过一个部件或者另一部件(即冲模母模或者柱塞)的相应的水力负荷 实现金属片材的冲孔。根据EP-B-755749，柱塞可以被形成为坐放头和/或冲孔头的一 部分。如也可以从图2B看到的，金属片材10被夹在压力机中，在压力机的下部工具中的冲模母模44与压力机的上部工具或压力机的中间板中的冲孔头的柱塞之间，初始在压 入帽10的轴部分14的自由端面16与冲模母模的上部侧48的环状前部46之间。在图2A 和图2B中未示出，但完全合乎习惯的是，提供保持构件，例如正圆柱形的保持构件，该 保持构件被布置在柱塞42周围，且通过弹簧压力被压紧靠着金属片材40，且保持金属片 材抵靠冲模母模44的环状前部46。冲模母模44具有孔52，该孔52具有的直径略大于冲孔部14的直径D2。在闭 合压力机时，冲孔部被推动通过金属片材40，且产生冲孔块50，冲孔块50被压通过冲模 母模的孔52、52’且被处理掉。因为冲模母模44的端面48的区域中的冲模母模的孔52 的直径D3明显大于直径D2，所以在金属片材中产生锥形开口或孔58，该锥形开口或孔 58从冲入侧开始在轴向方向32上发散。由直径D3与D2的比以及各金属片材厚度确定 出4°至15°、优选大约7°的锥度，锥度例如对应内锥角。冲模母模44的孔52、52’ 优选被设计为级形孔，级形孔的下部区域52’与具有标号52的上部区域相比具有更大的 直径。通过该方式确保冲孔块下落通过孔52’且因此容易清除。紧固件10的轴部分14被压通过冲孔58的上部圆柱形区域56，该区域56同时对 应轴部分的上部区域，直至凸缘部分12的环状的金属片材接触表面或者金属片材接触肩 部22接触图2C所示的金属片材的上部侧55，且提供不可旋转的固定的特征部或者提供 不可旋转的固定的鼻状物24被压入金属片材的冲出的孔58的上部圆柱形区域56。从图2C中注意到，从金属片材接触表面22进入冲孔部14的锐缘过渡55确保金 属片材接触表面22完全位于金属片材的上部侧54，由此在操作中不必担心沉降效应(倘 若环状的金属片材接触表面22被制成足够大)。在闭合压力机时，紧固件被移至金属片材40之上的位置，使得紧固件的轴部分 14移动通过产生的孔58，直至冲模母模的环状前部46在金属片材40的下部侧62中围绕 该冲出的孔58形成环状槽60。通过该方式，金属片材的材料被迫径向向内流动，且在邻 近冲孔部的自由端的第二区域64中，实现金属片材的材料的上述的紧密接触，且实现对 冲孔部14的下部区域的束缚。在第一区域56与第二区域64之间(其中金属片材的材料 与冲孔部或者轴部分14紧密接触)，存在第三区域66，在第三区域66中金属片材的孔壁 与轴部分14具有间隔。压力机(或者可能使用的C框架)传送所需要的力，以将提供不可旋转的固定的 鼻状物24按压通过孔58的侧壁，由此在轴向方向上延伸的槽通过提供不可旋转的固定的 鼻状物24形成在冲出的孔58的侧壁的圆柱形区域56中，且还传送所需要的力，以形成 环状槽60且使得金属片材的材料在第二区域64中再成形。注意到，除此之外，轴部分14被置于该厚的金属片材中，且在金属片材的冲出 的孔58内，冲孔部14的自由端的端面16或者端侧与金属片材的下部侧62具有明显的间 隔。在图2F中也可以清楚地看到该间隔，因为在冲孔边18的区域内，金属片材的材料 的孔壁圆柱形地凸出超过冲孔边18。图2E也示出压入帽的凸缘部分12如何完全抵靠金 属片材40的上部侧54。图3A至图3D分别与图2A和图2C至图2E在很大程度上对应，但示出相同的 元件10也可以与更薄的金属片材一起使用。图3A至图3D的系列中不具有与图2B对应 的图，因为图2B实际上适用于两个金属片材的厚度。然而，图3A至3D的系列与图2A至图2E的系列大致相同，这就是为什么相同的标号被用于相应的部件。相同的描述也适 用于图3A至图3D的系列的图，且因此不再重复。唯一重要不同在于，由于更小的金属 片材的厚度，冲孔部14的自由端16与金属片材的下侧之间的间隔同样是更小的。因此 环状槽60的基70略微位于轴部分14的冲孔边18之上。此处，端16也位于金属片材40 的下部侧62之上。应简要提及的是，粘合剂可被插在金属片材与中空的压入元件之间，且实际上 在金属片材40与金属片材接触表面22之间和/或在金属片材40与轴部分14的第一区 域之间和/或在金属片材40与轴部分14的第二区域之间和/或金属片材40与轴部分14 的第三区域之间。粘合剂可以额外使用，也可以取代提供不可旋转的固定的肋状物24使 用，且粘合剂也可以起到不压紧的固定。此外，在图中明显可以看到，，金属片材40至少在紧固件的附接区域中，在附 接紧固件之前和之后位于远离所述环状槽60的一个平面中。压入元件在本文中示出为具有内螺纹11的完成的帽元件10，即紧固件10具有中 空的轴部分，该中空的轴部分具有中央螺纹11，该中央螺纹11延伸穿过凸缘部分12和轴 部分14。然而，也可以形成不具有螺纹的元件，且例如用作轴承套。然而，压入元件也 可以具有光滑的孔，以容纳支撑螺钉或者切割螺钉。此外，应提及，本文所要求保护的压入元件的应用领域不限制于卡车的制造， 而包括所有使用相应厚度的金属片材，且所述金属片材必须具有紧固件的领域。在所有实施例中，所有材料可被称为用于紧固件的材料的示例，所述材料在冷 变形的背景下实现根据ISO标准的8级或者更高级别的强度值，例如根据DIN 1654的 35B2合金。由此形成的紧固件也适用于所有商业上可用的钢材料，适用于拉制性金属片 材，且也适用于铝或者铝合金。包括更高强度的材料的铝合金也可以用于紧固件，例如 AlMg50也可以考虑更高强度的镁合金的紧固件，例如AM50。
权利要求
1.一种自冲孔中空压入元件(10)，特别是用于附接至金属片材(40)的帽元件，其 中，所述压入元件(10)具有较大直径(Dl)的凸缘部分(12)和较小直径(D2)的轴部分， 所述轴部分(14)远离所述凸缘部分(12)延伸并且所述轴部分在其远离所述凸缘部分的端 面(16)处具有圆形冲孔边(18)，其中，所述凸缘部分(12)的面对所述轴部分的一侧形成 环状的金属片材接触表面(22)，且在所述轴部分(14)上设置提供不可旋转的固定的特征 部(24)，所述特征部大致从所述金属片材接触表面(22)的平面开始沿着所述轴部分(14) 在所述轴部分(14)的长度的一部分上延伸，其特征在于，环状凹部(26)被径向设置在凸缘部分(12)中的环状的金属片材接触表面(22)内， 并且在制造所述提供不可旋转的固定的特征部(24)期间出现的轴部分(14)的过剩材料 (28)被置于所述环状凹部(26)内。
2.根据权利要求1所述的自冲孔中空压入元件，其特征在于，提供不可旋转的固定的所述特征部(24)由在所述轴部分(14)的轴向方向(32)上沿 着所述轴部分(14)延伸的鼻状物或者肋状物形成。
3.—种自冲孔中孔压入元件(10)，特别是用于附接至金属片材(40)的帽元件，其 中，所述压入元件(10)具有较大直径(Dl)的凸缘部分(12)和较小直径(D2)的轴部分， 所述轴部分(14)远离所述凸缘部分(12)延伸并且所述轴部分在其远离所述凸缘部分(12) 的端面(16)处具有圆形冲孔边(18)，所述凸缘部分(12)的面对所述轴部分(14)的一侧 形成环状的接触表面(22)，其特征在于，对于M6帽元件，直径D2为大致15mm，对于M8帽元件，直径D2为大致16mm， 对于MlO帽元件，直径D2为大致17mm，对于M12帽元件，直径D2为大致18mm，以 及对于M14帽元件，直径D2为大致19.5mm。
4.根据权利要求3所述的自冲孔中空压入元件(10)，其特征在于，所述压入元件被设计用于与8mm厚的中等强度的钢的金属片材(40) —起使用。
5.—种自冲孔中空压入元件(10)，特别是用于附接至金属片材(40)的帽元件，其 中，所述压入元件(10)具有较大直径(Dl)的凸缘部分和较小直径(D2)的轴部分(14)， 所述轴部分远离所述凸缘部分(12)延伸且所述轴部分在其远离所述凸缘部分的端面(16) 处具有圆形冲孔边(18)，其中，所述凸缘部分(12)的面对所述轴部分(14)的一侧形成金 属片材接触表面(22)，其特征在于，所述压入元件不具有形成为底切的形状的、用于接收金属片材材料以实现轴向压紧 阻力的特征部。
6.—种由紧固件(10)和金属片材(40)构成的组件，其中，所述紧固件具有较大直径 (Dl)的凸缘部分(12)和较小直径(D2)的轴部分(14)，所述轴部分(14)远离所述凸缘 部分(12)延伸且所述轴部分在其远离所述凸缘部分(12)的自由端面(16)处具有圆形冲 孔边(18)，所述冲孔边(18)的直径(D2)相当于所述轴部分的直径，或者略大于所述轴 部分的直径，所述凸缘部分(12)的面对所述轴部分的一侧形成环状的金属片材接触表面 (22)，其特征在于，所述紧固件被设计作为压入元件，用于与厚度在3mm及以上的范围内的金属片材 (40) 一起使用，所述轴部分(14)被置于所述金属片材(40)中的被冲出的孔(58)内，所 述金属片材(40)在所述轴部分的邻近所述金属片材接触表面(22)的第一区域中和所述轴部分的邻近所述冲孔边(18)的第二区域中与所述轴部分(14)紧密接触，并且，在所述轴 部分的在所述第一区域和所述第二区域之间的第三区域中，所述金属片材(40)的孔壁与 所述轴部分(14)具有间隔。
7.根据权利要求6所述的组件，其特征在于，粘合剂被置于所述金属片材(40)与中空的所述压入元件(10)之间，且实际上被置于 所述金属片材(40)与所述金属片材接触表面(22)之间和/或被置于所述金属片材与所述 轴部分的第一区域之间和/或被置于所述金属片材与所述轴部分的第二区域之间和/或被 置于所述金属片材(40)与所述轴部分的第三区域之间。
8.根据权利要求6或7所述的组件，其特征在于，提供不可旋转的固定的特征部(24)被设置在所述轴部分(14)上，且大约从所述金属 片材接触肩部(22)的平面开始沿着所述轴部分在所述轴部分(14)的长度的一部分(L’ ) 上延伸，在所述第一区域(56)中，所述金属片材(40)与所述特征部(24)以形状配合的 方式接触，所述特征部(24)被设置在所述第一区域(56)中提供不可旋转的固定。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的组件，其特征在于，所述金属片材(40)在其远离所述金属片材接触表面的一侧具有围绕所述冲孔边(18) 的环状凹部(60)。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的组件，其特征在于，所述金属片材(40)至少在附接所述紧固件(10)的区域中在附接所述紧固件之前和之 后位于远离所述凹部(60)的一个平面中。
11.根据权利要求6至10中任一项所述的组件，其特征在于， 所述紧固件(10)是帽元件。
12.根据权利要求8所述的组件，其特征在于，提供不可旋转的固定的特征部(24)由鼻状物或者肋状物形成，所述鼻状物或者肋状 物在所述轴部分(14)的轴向方向(32)上沿着所述轴部分延伸，且特征在于，在所述金属 片材(40)中存在与提供不可旋转的固定的所述鼻状物或者肋状物对应的凹部。
13.根据权利要求6至12中任一项所述的组件，其特征在于，所述紧固件(10)具有中空的轴部分(14)，所述中空的轴部分(14)具有中央螺纹(11)，所述中央螺纹(11)延伸通过所述凸缘部分(12)和所述轴部分(14)。
14.一种用于制造自冲孔压入帽(11)的方法，所述自冲孔压入帽(11)具有较大直径 (Dl)的凸缘部分(12)和具有较小直径(D2)的轴部分(14)，所述轴部分远离所述凸缘 部分延伸，所述轴部分(14)在其远离所述凸缘部分(12)的端面(16)处具有圆形冲孔边 (18)，其特征在于，获取坯(2)，所述坯(2)的横截面形状与所述凸缘部分(12)和所述轴部分(14)的横 截面形状对应，所述轴部分(14)在所述坯(2)中的自由端的区域中比在邻近所述凸缘部(12)的区域中具有更小的直径(D2)，在邻近所述轴部分(14)的凸缘部分(12)中形成轴 向凹部(26)，并且，借助于刮刀，在周向间隔开的多个位置处，将所述轴部分的具有较大直径(D2’)的 区域中的材料刮掉，被刮掉的材料被引入所述凸缘部分(12)的轴向凹部(26)中，且在 被刮掉的区域之间的区域中留下鼻状物或者肋状物，所述鼻状物或类状物形成所述元件(10)的提供不可旋转的固定的特征部(24)。
15. 一种用于将根据权利要求1至5中任一项所述的自冲孔压入元件(10)附接至金属 片材(40)的方法，其中，所述金属片材被支撑在冲模母模(44)上，所述冲模母模(44) 具有圆柱形开口(52、52’)，所述圆柱形开口(52、52’ )的直径大于所述轴部分(14) 在圆形冲孔边(18)的区域中的的直径(D2)，其特征在于，通过所述自冲孔压入元件(10) 的所述凸缘部分(12)上的压力，所述压入元件的所述轴部分(14)被冲压穿过所述金属片 材，以形成所述金属片材的冲出的开口，所述冲出的开口(58)大致成锥形地在所述压入 方向上相对于所冲出的开口的纵轴线(52)发散，且在形成相应的冲孔块(50)之后，在围 绕冲孔边(15)的区域中的所述金属片材的材料被挤压，以借助于所述冲模母模(44)的环 状前部(46)在所述金属片材(40)中形成环状的凹部(60)，由此所述金属片材径向向内变 形，且接触所述压入元件(10)在其自由端(16)的区域中的所述轴部分(14)。
全文摘要
提供压入元件、包括其的组件及制造和附接压入帽的方法。提供自冲孔中空压入帽，特别是用于附接至金属片材的帽元件，其中，压入元件具有较大直径的凸缘部分和较小直径的轴部分。轴部分远离凸缘部分延伸且在其远离凸缘部分的端面处具有圆形冲孔边。凸缘部分的面对轴部分的一侧形成环状的金属片材接触表面，且提供不可旋转的固定的特征部被设置在轴部分处，特征部大致从金属片材接触表面的平面开始在轴部分的长度的一部分上沿轴部分延伸。环状凹部轴向设置在凸缘部分中的环状的金属片材接触表面内，且在制造提供不可旋转的固定的肋状物期间出现的用于轴部分的过剩材料被置于环状凹部内。
文档编号F16B37/04GK102022413SQ201010291809
公开日2011年4月20日 申请日期2010年9月21日 优先权日2009年9月21日
发明者杰瑞·巴贝吉 申请人:形状连接技术有限公司及两合公司