由紧固件和钣金零件组成的部件组件及其制造方法

专利名称：由紧固件和钣金零件组成的部件组件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及由紧固件和钣金零件组成的部件组件以及制造该部件组件的方法。在
轿车车身的制造中的日常惯例是操作以铆钉件、穿孔与铆接件或压入件形式存在的紧固 件。
背景技术：
对于铆钉件，该紧固件被插入到被预穿孔的钣金零件中并通过将该紧固件的铆钉 部分巻边，铆接到该钣金零件。该紧固件本身具有紧固部分，即内螺纹或者具有外螺纹的螺 栓杆，由此可以分别利用螺栓或者螺母将其它部件固定到钣金零件。穿孔与铆接件被制成 自穿孔，即该紧固件本身在该钣金零件内钻孔，随后铆接到该钣金零件。对于压入件，该钣 金零件也被预穿孔，然后将该紧固件穿过该孔并与该钣金零件压在一起，以使钣金材料流 入到压制件的侧凹(undercut)中，并相对于该钣金零件锁定该压制件，从而该压制件被牢 固地固定到该钣金零件，并且不能被直接从该钣金零件压出。 在轿车的构造中，这种紧固件已大量代替被事先焊接到钣金主体零件等的焊接
件。 一方面，焊接上元件难以通过机械变形融入到单独部件的制造中，并且还导致对该钣金
零件产生不希望的污染。此外，例如当钣金零件被预涂敷或者由两层钣金层组成、任选地在
两层之间配置有塑料薄膜时，焊接件不能与各种钣金零件一起使用。当该钣金零件是高强
度零件时，也不能使用焊接件，这是因为与焊接操作相关的热量导致焊接位置区域内的钣
金性能不可接受的降低。在轿车钣金零件的制造中，需要大量零件，并且考虑之中的钣金厚
度通常在0. 6mm至2. 5mm的范围内，有时超过该范围，达到3mm或者再稍微大些。 从US PS 5， 251， 370得知一种螺母件形式的紧固件，它具有较大直径的法兰零件
和较小直径的轴零件，该轴零件从该法兰零件向远处延伸并在其远离该法兰零件的端部融
入圆柱形铆钉部分，该铆钉部分的外侧与该轴零件的外侧大致齐平，即具有相同的直径，该
法兰零件邻近于轴零件的一侧形成钣金接触肩，并且在该轴零件处和/或钣金接触肩的区
域内设置提供防止旋转的安全特征。 根据所述的美国专利，采用所谓的夹紧孔铆接工艺将这种紧固件附着到钣金零 件。为此，该钣金零件被穿孔，并且该穿孔周围的区域成形为锥形突起或者锥形凸缘。在该 紧固件的铆钉部分通过该钣金零件的过程中，该过程从锥形突起的侧面发生，该铆钉部分 被巻边并被扩张，与此同时，该锥形突起至少部分被翻转，由此，该锥形突起的孔的直径减 小。 一种束缚形成在该钣金零件与该紧固件之间，并且使得该紧固件与该钣金零件之间的 连接具有良好的机械性能。对于不同的钣金厚度，钣金零件的突起部分不同，以使一个元件 可以覆盖不同的钣金厚度。 在该专利说明书中，指出该紧固件可以与厚度达4mm的钣金一起使用，而如上所 述，在轿车构造中，大于3mm的钣金厚度较少。 铆钉件还用在卡车的制造中，然而是用在非常小的规模。本来只是已知在轿车制 造中使用铆钉件，而在卡车的薄钣金零件中，例如在驾驶室区域内，也使用铆钉件。如果有的话，也只是在非常少的情况下，为卡车的更稳定钣金零件，即具有大于3mm并且通常大于 4mm和更厚的钣金厚度的钣金零件设置铆钉件，因为可获得的铆钉件不是为这样的厚钣金 零件设计的。此外，与轿车相比，卡车的制造数量非常少。用于卡车制造的方法导致以焊接 件为主。

发明内容
本发明的目的是提出一种由铆钉件和钣金零件组成的部件组件，以及一种制造这 种部件组件的方法，即使对于小批量，所述部件组件及其制造方法也是节约成本的解决方 案，并且能够经济地被使用。 为了实现该目的，根据本发明提出了一种最初所称类型的部件组件，该部件组件 的特征在于，该紧固件被设计用于与具有3mm和更大范围内厚度的钣金零件一起使用，并 且在附着该紧固件之前和之后，该钣金零件至少在该紧固件的附着区域内位于一个平面 内，以及 a)对于较薄钣金零件，该钣金零件具有平滑、穿孔的圆柱形开口 ，该圆柱形开口的 直径至少基本上对应于该轴零件的直径，该圆柱形铆钉部分被重塑成铆钉巻边，该铆钉巻 边接触该钣金零件远离该钣金接触肩的一侧，或者 b)对于中等厚度的钣金零件，该钣金零件具有阶形孔，该阶形孔具有邻近该钣 金接触肩的、较小直径的圆柱形孔部分，该较小直径至少基本上对应于该轴零件的直径；以 及较大直径的孔区域，该孔区域容纳已被压出巻边以形成铆钉巻边的铆钉部分，或者
c)对于较厚钣金零件，该钣金零件的厚度至少基本上对应于该轴零件和该铆钉部 分的总长度或者更厚，该钣金零件设置有锥形孔，该锥形孔在从该钣金零件面接该钣金接 触肩的一侧到远离该钣金接触肩的一侧的方向上渐扩，该圆柱形铆钉部分被重塑成插入该 锥形渐扩孔的锥形铆钉巻边。 因此提出了一种紧固件，该紧固件具有本身已知的基本形状，但是当适当制作钣 金零件时，该紧固件还可以与3mm以上厚度的钣金零件一起使用。 首先，重要的是，在附着该紧固件之前和之后，该钣金零件在该紧固件的附着区域 内位于一个平面内，即该钣金零件没有设置像夹紧孔铆接中的锥形突起，而是在预穿孔期 间以及附着该紧固件期间，该钣金零件均保持在一个平面内。 这确实不妨碍在对凸台(boss)进行穿孔操作之前和之后重塑钣金，该紧固件被 附着到该凸台的平坦基底区域上，而这意味着该钣金零件在非常靠近该紧固件的附着区域 以及在邻近附着位置的径向上都位于一个平面内。 对于较薄钣金零件，例如厚度可以在3mm至4. 5mm之间的钣金零件，从该钣金零件 远离该钣金接触肩的一侧突出的铆钉部分被巻边成铆钉巻边，然后可以这么说，当该法兰 零件的钣金接触肩接触该钣金的上侧时，该铆钉巻边接触该钣金的下侧。为了实现平面螺 纹接合，则或者必须使用具有容纳该铆钉巻边的孔的垫片(washer)，或者必须利用要拧在 其上以实现该接合的部件中的扩展孔径工作。 该紧固件的螺纹直径并不局限于特定尺寸，但是在卡车构造中，对于较厚钣金零
件，很少使用螺纹小于M8的螺栓，螺纹尺寸为M20和更大的螺栓并不罕见。对于稍微较厚的钣金零件，例如在4. 5mm至6. 5mm范围内的钣金零件，根据本发明采用该钣金零件中的阶形孔，其中，铆钉巻边被容纳在较大直径的孔区域内，即不从该钣金 零件的下侧突出。这使得采用特定垫片或者要拧在其上的部件中的特殊凹槽是多余的。
对于厚钣金零件，例如厚度超过6. 5mm的钣金零件，优选利用穿孔工艺在该钣金 零件中制作孔，其中，该孔被制成在从该钣金零件邻近该钣金接触肩的一侧到该钣金零件 的远离一侧的方向上呈锥形渐扩。然后不将该铆钉部分成形为被巻边的铆钉巻边，而成形 为锥形，以使该铆钉部分插入该锥形渐扩孔，并且这样防止该紧固件被从该钣金零件按压 出去。 该紧固件通常被形成为螺母件，即该法兰零件和空心形状的轴零件均被制成空 心，空心空间具有内螺纹。然而，该螺纹不延伸到铆钉部分内，因为该铆钉部分会在对铆钉 部分进行巻边时发生变形。替代该铆钉部分通常通过环形肩和走合锥体(run-in cone)融 入空心轴零件，即融入该螺纹。这种环形肩的设置一方面可以使该铆钉部分的径向厚度保 持适当尺寸并且可以使其容易变形。然而，该轴零件必须被制成足够厚，以使该紧固件相当 稳定，并因此适合用于卡车上。 该实施例尤其有利，因为根据本发明，通过专业冲压操作，能够比较容易地制成这 种锥形渐扩孔，并且确实能够覆盖相当大范围的钣金厚度，其中，该锥形铆钉巻边形成在对 应于该轴零件和铆钉部分的总长度的孔的位置。为了将该铆钉部分扩张成锥形，仅需要选 择适合各种钣金厚度的冲模母模。 在将该紧固件附着到各钣金零件上的过程中，设置在该紧固件上的提供防止旋转 的安全突出部分被按压到该钣金零件中，并在该钣金零件中形成相应凹槽，所述凹槽与提 供防止旋转的安全突出部分结合实现所要求的防止旋转的安全。 提供防止旋转的安全突出部分优选沿该轴零件在该轴零件的轴向延伸和/或它 们在该钣金接触肩上沿径向延伸。 此时，应当指出，不必以较薄钣金零件在3mm至4. 5mm范围内、中等厚度的钣金零 件在4. 5mm至6. 5mm的范围内、以及较厚钣金零件的厚度超过6. 5mm的方式设计该紧固件。
对于厚度在3mm至4. 5mm范围内的较薄钣金零件，该铆钉巻边位于该钣金零件 的下侧的陈述意味着以具有约3mm的长度来设计该紧固件的该轴零件，而同样以具有约 2. 5mm的轴长度来设计该铆钉部分。由于螺纹的总长度取决于该法兰零件的轴高度和该轴 零件的轴长度，所以可以增大法兰零件的高度，而可以减小该轴零件的长度，由此，该钣金 零件下侧的铆钉巻边则可以用于更薄的钣金零件，其结果是中等厚度的钣金零件以较小的 厚度开始，例如现在是4mm，因为对于这种钣金厚度，还可以减小阶形孔，其中较大直径的孔 区域还适合容纳被巻边的铆钉部分。因此，如上所述，平坦螺纹接合面导致由其产生的优 点。然而，这还意味着，可以为例如5. 5mm的厚度制作钣金零件的锥形渐扩孔，以致根本不 需要制造起来更复杂的阶形孔。 根据以上的说明可以看出，不必采用根据本发明的全部三种可能选择，以及特别 是对于具有锥形渐扩孔的钻孔，具有特殊优点，特别是因为能够比较容易地制造这种锥形。
在垂直于纵轴的剖视图中，该紧固件的法兰零件是通常的圆环形。因此，有利的 是，能够通过冷变形从圆棒材料制造该紧固件。通过由圆棒材料进行制造，在侧视图中，该 法兰零件可以是圆形的，它一方面保证该法兰零件具有可以进行冷变形的足够强度，且另 一方面保证钣金接触肩的足够径向延伸，以使面接触压力可以保持较小。可以避免锐利边缘是优点，而圆形不产生这种锐利边缘。 因此，可以区分制造该部件组件的附着该紧固件的三种不同方法。对于较薄钣金 零件，利用穿孔冲头对该钣金零件穿孔，以形成平滑穿孔的圆柱形开口 ，该圆柱形开口的直 径至少基本上对应于该轴零件的直径，然后，该紧固件的轴零件被按压通过圆柱形孔，直到 该法兰零件的钣金接触肩在一侧接触该钣金零件且提供防止旋转的安全特征或者突出部 分已戳入该钣金零件，利用适当冲模母模重塑该圆柱形铆钉部分，以形成铆钉巻边，该铆钉 巻边接触该钣金零件远离该钣金接触肩的一侧。 对于中等厚度的钣金零件，以在该钣金零件中制作阶形孔的方式执行该方法，该 阶形孔具有邻近该钣金接触肩的、较小直径的圆柱形孔区域，该较小直径至少基本上对应 于该轴零件的直径；以及较大直径的孔区域，其中，该紧固件的轴零件被按压通过该孔，直 到该法兰零件的钣金接触肩接触该钣金零件的一侧且该提供防止旋转的安全特征或突出 部分已戳入该钣金零件，然后，利用适当冲模母模，重塑该圆柱形铆钉部分，以形成铆钉巻 边，该铆钉巻边容纳在该较大直径的孔区域内。 该阶形孔例如通过钻孔过程或者通过两步冲压工艺制成。 对于较厚钣金零件，利用穿孔冲头或者其它方法对该钣金零件穿孔，以形成锥形 孔，该锥形孔在从该钣金零件与该钣金接触肩相邻的一侧到远离其的一侧的方向上渐扩， 该孔在邻近该钣金接触肩的一侧的直径至少基本上对应于该轴零件的直径，该紧固件的轴 零件被按压通过该孔，直到该法兰零件的钣金接触肩接触该钣金零件的一侧且该提供防止 旋转的安全特征或者突出部分已戳入该钣金零件，然后，利用适当冲模母模，该圆柱形铆钉 部分被重塑成锥形铆钉巻边，该锥形铆钉巻边插入该锥形渐扩孔内。 当锥形延伸的孔邻接邻近该钣金接触肩形成的该孔的圆柱形区域时是特别有利 的。与该轴零件具有至少基本上相同直径的圆柱形区域一方面用于完全引导该紧固件的轴 零件，另一方面用于在该区域内制成尽最大可能防止旋转的安全，因为该提供防止旋转的 安全突出部分会在该孔的壁上沿其整个径向深度产生相应凹槽。 优选采用其直径对应于该轴零件的直径的穿孔冲头与较大直径的冲模母模结合 进行锥形穿 L。这种设计会使该穿孔冲头冲出在该孔的开始区域中具有平滑壁的孔，然后， 从该钣金零件的剩余厚度冲出锥形穿孔废料，该穿孔废料的最大直径取决于冲模母模的孔 的直径。该穿孔废料的锥度取决于该钣金厚度、该穿孔冲头的直径以及该冲模母模的孔的直径。


下面将参考实施例和附图更详细地说明本发明，附图中 图1A至1C示出根据本发明可以与钣金零件组合以形成部件组件的紧固件，并且 实际上，在图1A中示出铆钉部分的侧视图，在图1B中示出部分轴向截面侧视图以及在图1C 中示出透视图； 图2A至2C示出将紧固件附着在薄钣金零件中的一系列图； 图3A至3C示出将根据图1A至1C的紧固件附着在中等厚度钣金零件上的一系列 图； 图4A至4D示出将根据图1A至1C的紧固件附着到中等厚度或者更厚厚度的钣金
7零件上的一系列图； 图5A至5D原则上与图3处于相同情况下，但是包括了用于此用途并且用于螺纹
尺寸M8 (图5A) 、 M10 (图5B) 、 M12 (图5C)和M14 (图5D)的冲模母模; 图6A至6D原则上与图4处于相同情况下，但是包括了用于此用途并且用于螺纹
尺寸M8 (图6A) 、 M10 (图6B) 、 M12 (图6C)和M14 (图6D)的冲模母模; 图7A至7D示出了对应于图6A至6D的一系列图，但是用于将根据图1A至1C的
紧固件附着到较厚钣金零件，具有用于此用途并且用于螺纹尺寸M8(图7A)、 MIO(图7B)、
M12(图7C)和M14(图7D)的冲模母模。
具体实施例方式
图1A至1C首先示出紧固件10，紧固件10具有较大直径Dl的法兰零件12和较小 直径D2的轴零件14，轴零件14从法兰零件12向远处延伸并在其远离法兰零件12的端部 融入圆柱形铆钉部分18，圆柱形铆钉部分18的外侧20至少大致上与轴零件14的外侧齐 平，即具有相同的直径D2。该法兰零件邻近于轴零件14的一侧形成钣金接触肩22，并且在 轴零件14上设置提供防止旋转的安全特征24。所述提供防止旋转的安全特征还可以设置 在钣金接触肩(未示出)上或者同时设置在钣金接触肩22和轴零件14上，例如在侧视图 中具有长方形或三角形。 紧固件10被设计用于与具有3mm和更大范围内厚度的钣金零件一起使用。
下面将参考图2A至2C，描述较薄钣金零件的附着。如图2A和2B所示，在附着该 紧固件之前和之后，钣金零件25至少在该紧固件的附着区域26内位于一个平面内。
在此所示的紧固件是具有内螺纹28的螺母件。任选地，还可以将该紧固件设计成 螺栓件。在这种情况下，轴零件14会以带螺纹部分延伸，并且以本质上为裙板的方式设计 圆柱形铆钉部分，这与例如最初提到的US PS 5，251，370的图8所示类似。
由提供防止旋转的安全突出部分形成的提供防止旋转的安全特征24在附着紧固 件时，在该钣金零件中形成相应凹槽(如图2C所示)。在此，提供防止旋转的安全突出部分 24沿轴零件在轴零件的轴向延伸。它们可以不沿轴向延伸而在钣金接触肩22上沿径向延 伸，或者除了沿轴向延伸之外，还在钣金接触肩22上以径向延伸(未示出)。
根据图2A至2C的实施例中的钣金零件算得上是较薄钣金零件，并且其厚度在3mm 至4. 5mm的范围内。 从图1A至1C和图2A至2C还可以看出，在垂直于纵轴的剖视图和平面图中，法兰 零件是圆环形的，并且在侧视图中，该法兰零件是圆形的。 此外，可以看出，紧固件10具有空心轴零件14，并且中心螺纹28延伸通过法兰零 件12和轴零件14延伸，且通过锥形螺纹插入部分34和径向肩部36融入铆钉部分18。
生产根据图2B和2C的具有较薄钣金零件25的部件组件时，利用穿孔冲头和冲模 母模对该钣金零件穿孔，以形成平滑穿孔的圆柱形开口 40，圆柱形开口 40的直径D2至少基 本上对应于轴零件14的直径。为此，将钣金零件25插入冲床(press)中，该冲床在冲床下 部工具中的冲模母模与冲床上部工具中或冲床中间压板中的冲头之间，其中该冲模母模具 有开口 ，该开口的直径仅少许大于该冲头的直径，该冲头的直径对应于直径D2。在关闭冲床 期间，通过钣金零件驱动该冲头，并且产生穿孔废料(slug)，冲压该穿孔废料通过冲模母模的开口并清除该穿孔废料。由于冲模母模的开口至少基本上对应于冲头的外径并且仅少许
大于该冲头的外径，所以在该钣金零件中产生具有平滑壁的圆柱形孔40。 应当指出的是，还可以将冲模母模附着到冲床的中间压板，而将冲头附着到该冲
床的上部工具中，或者将冲头附着到冲床的下部工具，而将该冲头上方的冲模母模附着到
该冲床的上部工具或者该冲床的中间压板上。该冲头还可以被附着到该冲床的中间压板，
而将该冲模母模附着到该冲床的上部工具。此外，将冲模母模和冲头安装在所谓C形框架
中并通过相应液压装载一个或者另一个零件，即该冲模母模或者冲头，来实现该钣金零件
的穿孔是有可能的。 紧固件10的轴零件14被按压通过圆柱形孔40，直到法兰零件12的钣金接触肩 22接触该钣金零件的一侧42，而且提供防止旋转的安全特征或者突出部分24已戳入该钣 金零件中。利用适当冲模母模(未示出)，将圆柱形铆钉部分18重塑成铆钉巻边44，铆钉 巻边44接触该钣金零件远离钣金接触肩22的一侧46。 该钣金零件的紧固件的附着通常还在冲床中进行。为此，紧固件12通常容纳在型 头(setting head)中，且铆钉冲模被定位在该钣金零件的下面，并且该铆钉冲模具有其形 状与该钣金零件下侧的铆钉巻边44互补的端面。该冲模母模可以例如在端面上具有环形 槽，在径向剖视图中，该环形槽很像半圆形，铆钉巻边44也如此。S卩，该冲模母模的端面中 的半圆环形槽包围在区域46中径向装配在铆钉巻边44内侧并邻接环形肩部36的突起。在 该环形槽的外侧，存在与钣金零件25的下侧46接触的平面。通过闭合冲床，该紧固件从钣 金零件25上的位置移动，以使该紧固件的轴零件14移动通过孔40，直到铆钉部分18接合 未示出的冲模母模的环形槽并且铆钉巻边被相应成形。为了冲压提供防止旋转的安全突出 部分24通过该孔的侧壁，该冲床还传递所需的力，由此，提供防止旋转的安全突出部分24 在孔40的圆柱形侧壁中形成沿轴向延伸的相应凹槽。 此外，在此，该冲模母模可以被附着到该冲床的下部工具，而将该型头附着到该冲 床的上部工具或者附着到该冲床的中间压板，或者在相反布置中，该型头可以被附着到该 冲床的下部工具或者附着到该冲床的中间压板，而将该冲模母模安装在该冲床的中间压板 上，或者安装在该冲床的上部工具上。在此，该冲模母模或者型头也可以被C形框架的相应 驱动装置承载。 当采用冲床时，相应工具还可以被设计为分级工具(progressive tool)，其中在 第一级实现穿孔，以及在第二级将该紧固件插入先前产生的孔中。然而，该分级工具还可以 具有其他级，以在该冲床中，还可以同时执行其他加工步骤。这种布置以该钣金零件连续移 动通过该冲床运行，以使对于该冲床的每个冲程，加工工序可以同时在该冲床的每个加工 级中、在钣金带上执行。在离开该冲床后或在该冲床中，各钣金零件互相分离，即与该钣金 带分离。 下面将参考图3A至3C，对具有中等厚度的钣金零件的部件组件的制造进行说明。 这里的紧固件10与前述实施例中的紧固件相同。相同的零件和相同的特征采用相同的参 考编号，并且能够理解，前面的描述同样可以应用于具有相同参考编号的零件或特征，除非 陈述了某些不同。在本实施例中，在该钣金零件中产生阶形孔50，阶形孔50具有邻近钣 金接触肩的、较小直径D2的圆柱形孔区域52，该较小直径D2至少基本上对应于轴零件14 的直径D2 ;以及较大直径的孔部分54。阶形孔50可以例如通过钻孔工艺或者两步冲压工艺制成。 利用铣刀或者特殊磨钻(ground drill)制造所示类型的阶形孔实质上是众所周 知的。通过利用两步冲压工艺制造这种孔，首先利用如上所述的穿孔冲头和冲模母模对钣 金零件25穿孔，被穿孔的钣金零件比所要求的少许大，即其直径比D2少许大，或者如下所 述，对该钣金零件进行锥形穿孔，以产生渐扩的锥形孔。然后，在另一个处理级中利用第二 冲头在一侧(图3中的下侧46)处理该钣金零件，以利用该第二冲头产生较大直径的孔区 域。在该处理期间，金属流入先前产生的孔中，以使较小直径的孔部分的孔直径减小，优选 减小到对应于D2的值。 然后，如对图2A至2C的实施例所述，按压紧固件10的轴零件14通过孔50，直到 法兰零件12的钣金接触肩22接触该钣金零件的一侧42且提供防止旋转的安全特征或者 突出部分24已戳入该钣金零件，如30所示。圆柱形铆钉部分18被重塑，以形成容纳在较 大直径的孔区域54中的铆钉巻边44。在这种变型中，该钣金的下侧46形成另一个部件的 平坦接合面，即铆钉巻边44不突出到该钣金的下侧46的下面。 图4A至4D图示了根据本发明制造部件组件的方法的另一种变型。该方法可以 用于较厚的钣金零件或者中等厚度的钣金零件，在此示出将该方法用于中等厚度的钣金零 件。在本实施例中，利用穿孔冲头60或者其他方法对该钣金零件穿孔，以形成锥形孔62，锥 形孔62在从钣金零件25与钣金接触肩22相邻的一侧42到远离其的一侧46的方向上渐 扩，孔62在邻近钣金接触肩22的一侧64处具有直径D2，该直径D2至少基本上对应于轴零 件14的直径D2。 为了得到这种锥形渐扩孔62，在此，采用具有圆形开口 68的冲模母模66，圆形开 口 68的直径大于圆柱形穿孔冲头60的直径D2。开口 68下面的该冲模母模的中心通路69 同样被制成锥形(或者阶形)，以允许穿孔废料通过。 通过相对于冲头的直径D1选择该冲模母模的开口68的直径D3，在要求的限度内， 可以选择该钣金零件中的孔的锥形渐扩区域62的锥度。优选力图实现例如约7。的内含锥 角。 如结合图2A至2C的实施例所述，同样如上所述，冲头60和冲模母模66可以在冲 床(作为一种选择，还可以采用C形边框)中使用。 为了产生具有所要求的锥形的孔，该钣金零件越厚，则开口 68的直径D3就必须越 大。 当采用具有较大直径的冲模母模的穿孔冲头时，该冲头的自由端面首先开始从该 钣金零件中切出穿孔废料。切力一超过特定值，材料就断裂，以从该钣金零件中按压出锥形 穿孔废料。这种过程导致这样的一种情况，在这种情况下，如64所示的该孔的上部区域具 有对应于冲头60的形状的圆柱体的形状，而在本实施例的下部区域62中，该孔实现所要求 的锥形。 将该紧固件附着在该钣金零件上也在冲床中进行，即在相同的冲床的另一级中或 者在不同的冲床中进行。紧固件10的轴零件14被按压通过孔62，直到法兰零件12的钣金 接触肩22接触钣金零件25的一侧42且提供防止旋转的安全特征或者突出部分24已戳入 钣金零件25中，如30所示。利用相应的冲模母模，将圆柱形铆钉部分18重塑为锥形铆钉 巻边44，锥形铆钉巻边44插入锥形渐扩孔62。
由于该铆钉部分被扩张以形成铆钉巻边44，这还实现了外侧70处与孔62的锥形 相匹配的渐扩锥形。可以看出，在此，铆钉巻边44还充分接触该钣金零件的下侧46上面， 即在此，侧46也形成平坦螺纹接合侧。 本实施例的优点尤其在于，在不必改变紧固件的设计的情况下，相同类型的紧固 方式可以用于厚度完全不同的钣金零件。仅需要使该冲模母模的设计适应钣金零件的各种 厚度。该冲模母模还必须与紧固件的螺纹的各种尺寸匹配，即与紧固件本身匹配。
为了更详细地说明这一点，首先参考图6A至6D，这些图基本上示出了与图4B和 4C相同的主题，但是连同分别使用的冲模母模80 —起示出了 。请注意，如图6C所示，与图 4C一致，铆钉巻边44刚好终止在钣金零件25的下侧46上面。通过比较图6A、6B、6C和6D 的视图，还可以看出冲模母模分别具有冲模母模突起80A、80B、80C和80D，设计这些冲模母 模突起80A、80B、80C和80D用于压出巻边，即用于该紧固件的铆钉部分18的扩张和变形， 其中冲模母模突起80A与螺纹尺寸M8匹配，冲模母模突起80B与螺纹尺寸M10匹配，冲模 母模突起80C与螺纹尺寸M12匹配，且冲模母模突起80D与螺纹尺寸M14匹配。然而，本发 明决不限制在这些螺纹尺寸，而是可以用于所有其他的螺纹尺寸，即也可以用于螺纹尺寸 为M20及以上的紧固件。 然后，图7示出了对于较厚钣金零件的相同方法，此时扩张的铆钉巻边44明显终 止于钣金的下侧46上方，因为这里的钣金零件25明显比图6A至6D的钣金零件25厚。
在此也示出了用于螺纹尺寸M8、M10、M12和M14的冲模母模。可以看出，这里冲 模母模突起80A、80B、80C和80D确实与图6A至6D的实施例的冲模母模突起具有类似的形 状，但是具有较高的轴高度，以使紧固件10的铆钉部分的扩张能够以所要求的方式和方法 实现。 最后，图5A至5D示出了为了在阶形孔50的较大直径的孔区域54内形成铆钉巻 边44，而用于螺纹尺寸M8、M10、M12和M14的冲模母模。在此以轴零件14相对短的方式选 择紧固件。如果使该轴零件较短，则本实施例仍可以用于最薄的钣金，即例如3mm或者少许 更厚达到例如4. 5mm的厚度，以可以避免铆钉巻边突出超过钣金零件25的下侧46的情况。 在此还示出了用于螺纹尺寸M8、M10、M12和M14的冲模母模。 应当指出，名称"较薄钣金零件，中等厚度钣金零件和厚钣金零件"是相对名称，并 且不能以固定方式规定特定尺寸，但是可以根据紧固件的设计选择该特定尺寸。关于这一 点，重要的是，一个螺纹尺寸可以覆盖对于一个紧固件的大范围的钣金厚度，例如从3mm到 20mm或者更厚。这样，不管是需要较少数量的零件，例如卡车，还是总计获得较高数量的零 件，这些零件都能够以优惠价格进行制造。这样还简化了该紧固件的储存。
应当指出，本申请中所述的和/或要求保护的提供防止旋转的安全特征不需要由 凸起的特征实现，而还可以由紧固件上的凹槽实现。在这种情况下，该紧固件或者该螺母件 必须具有比孔稍许大的尺寸。还可以考虑提供防止旋转的安全凸起特征和凹下特征的混 合，例如交替的提供防止旋转的安全突出部分和提供防止旋转的安全凹槽的序列，它们被 设置在围绕该轴零件的外围和/或在该钣金接触肩处，并且也如同前面描述的提供防止旋 转的安全特征，优选地以规则间隔进行布置。提供防止旋转的安全特征的总数并不关键。可 以围绕该紧固件的纵轴、不受限制地直接设置2个至18个、优选3个至12个提供防止旋转 的安全特征。
此外，应该提到的是，这里要求保护的部件组件的应用领域并不局限于制造卡车，
而可以包括必须设置有紧固件的使用具有相应厚度的钣金零件的所有领域。 在所有实施例中，根据ISO标准其强度值达到8级或者在冷变形方面具有更高强
度值的所有材料，例如根据DIN 1654的35B2合金，均可以被称为紧固件的材料。这样形成
的紧固件尤其适用于所有用于深冲压质量的钣金零件的商用钢材材料，并且还适用于铝或
者铝合金。铝合、特别是较高强度的铝合金，例如AlMg5，也可以用于紧固件。还可以考虑诸
如AM50的较高强度镁合金的紧固件。
权利要求
一种部件组件，包括紧固件(10)和钣金零件(25)，其中，所述紧固件(10)具有较大直径(D1)的法兰零件(12)和较小直径(D2)的轴零件(14)，所述轴零件(14)从所述法兰零件(12)向远处延伸并在其远离所述法兰零件(12)的一端部(16)融入圆柱形铆钉部分(18)，所述圆柱形铆钉部分(18)的外侧至少大致上与所述轴零件(14)的外侧齐平，即具有相同的直径(D2)，其中，所述法兰零件(12)邻近于所述轴零件(14)的一侧形成钣金接触肩(22)，并且提供防止旋转的安全特征(24)设置在所述轴零件(14)上和/或所述钣金接触肩(22)的区域内，其特征在于所述紧固件被设计用于与具有3mm和更大范围内厚度的钣金零件(25)一起使用，并且在附着所述紧固件之前和之后，所述钣金零件至少在所述紧固件的附着区域内位于一个平面内。
2. 根据权利要求1所述的部件组件，其中，特别是对于较薄钣金零件，所述钣金零件(25)具有平滑、穿孔的圆柱形开口 (40)，所述圆柱形开口 (40)的直径(D2)至少基本上对应于所述轴零件(14)的直径(D2)，所述圆柱形铆钉部分(18)被重塑成铆钉巻边(44)，所述铆钉巻边(44)接触所述钣金零件远离所述钣金接触肩的一侧。
3. 根据权利要求1所述的部件组件，其中，特别是对于中等厚度的钣金零件，所述钣金零件(25)具有阶形孔(50)，所述阶形孔(50)具有邻近所述钣金接触肩的、较小直径(D2)的圆柱形孔部分(52)，所述较小直径(D2)至少基本上对应于所述轴零件(14)的直径(D2);以及较大直径的孔区域(54)，所述孔区域(54)容纳已被压出巻边以形成铆钉巻边(44)的铆钉部分(18)。
4. 根据权利要求1所述的部件组件，其中，特别是对于较厚钣金零件，所述钣金零件(25)的厚度至少基本上对应于所述轴零件(14)和所述铆钉部分(18)的总长度或者更厚，所述钣金零件(25)设置有锥形孔(62)，所述锥形孔(62)在从所述钣金零件面接所述钣金接触肩(22)的一侧到远离所述钣金接触肩(22)的一侧(42)的方向上渐扩，所述圆柱形铆钉部分(18)被重塑成插入所述锥形渐扩孔(62)的锥形铆钉巻边(44)。
5. 根据前述权利要求中任一所述的部件组件，其特征在于，所述紧固件(10)是螺母件。
6. 根据前述权利要求中任一所述的部件组件，其特征在于，由提供防止旋转的安全突出部分形成所述提供防止旋转的安全特征(24)，在附着所述紧固件时，在所述钣金零件中形成相应凹槽(30)。
7. 根据权利要求6所述的部件组件，其特征在于，所述提供防止旋转的安全突出部分(24)沿所述轴零件(14)在所述轴零件(14)的轴向(32)延伸和/或在所述钣金接触肩(22)上沿径向延伸。
8. 根据前述权利要求中任一所述的部件组件，其特征在于，较薄钣金零件(25)的厚度在3mm至4. 5mm的范围内，中等厚度的钣金零件(25)的厚度在4. 5mm至6. 5mm的范围内，而较厚钣金零件(25)的厚度大于6. 5mm。
9. 根据前述权利要求中任一所述的部件组件，其特征在于，在径向剖视图中，所述法兰零件(12)是环形的。
10. 根据前述权利要求中任一所述的部件组件，其特征在于，在侧视图中，所述法兰零件(12)是圆形的。
11. 根据前述权利要求中任一所述的部件组件，其特征在于，所述紧固件(10)具有空心轴零件(14)，所述空心轴零件(14)具有延伸通过所述法兰零件(12)和所述轴零件(14)的中心螺纹(28)。
12. —种制造特别采用较薄钣金零件(25)的根据前述权利要求中任一所述的部件组件的方法，其特征在于，利用穿孔冲头对所述钣金零件穿孔，以形成平滑穿孔的圆柱形开口(40)，所述圆柱形开口 (40)的直径(D2)至少基本上对应于所述轴零件(14)的直径(D2)，其中，所述紧固件(10)的轴零件(14)被按压通过所述圆柱形开口 (40)，直到所述法兰零件(12)的钣金接触肩(22)接触所述钣金零件(25)的一侧且提供防止旋转的安全特征或者突出部分(24)已戳入所述钣金零件(25)中，重塑所述圆柱形铆钉部分以形成铆钉巻边，所述铆钉巻边接触所述钣金零件(25)远离所述钣金接触肩(22)的一侧(46)。
13. —种制造特别采用中等厚度的钣金零件(25)的根据前述权利要求1至8中任一所述的部件组件的方法，其特征在于，在所述钣金零件(25)中制备阶形孔(50)，所述阶形孔(50)具有邻近所述钣金接触肩(22)的、较小直径(D2)的圆柱形孔部分(52)，所述较小直径(D2)至少基本上对应于所述轴零件(14)的直径(D2);以及较大直径的孔区域(54)，其中，所述紧固件(10)的轴零件(14)被按压通过所述孔(50)，直到所述法兰零件(12)的钣金接触肩(22)接触所述钣金零件(25)的一侧(42)且所述提供防止旋转的安全特征或者突出部分(24)已戳入所述钣金零件(25)中，以及所述圆柱形铆钉部分(18)已被重塑，以形成容纳在较大直径的孔区域(54)中的铆钉巻边(44)。
14. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，通过钻孔工艺或者通过两步冲压工艺制成所述阶形孔(50)。
15. —种制造特别采用较厚钣金零件(25)的根据权利要求1至8中任一所述的部件组件的方法，其特征在于，利用穿孔冲头(60)或者其他方法对所述钣金零件穿孔，以形成锥形孔(62)，所述锥形孔(62)在从所述钣金零件(25)与所述钣金接触肩(22)相邻的一侧(42)到远离其的一侧(46)的方向上渐扩，其中，所述孔(62)在邻近所述钣金接触肩(22)的一侧(64)处具有直径(D2)，所述直径(D2)至少基本上对应于所述轴零件(14)的直径(D2)，所述紧固件(10)的轴零件(14)被按压通过所述孔(62)，直到所述法兰零件(12)的钣金接触肩(22)接触所述钣金零件(25)的一侧(42)且所述提供防止旋转的安全特征或者突出部分(24)已戳入所述钣金零件(25)中，以及所述圆柱形铆钉部分(18)被再成形为插入所述锥形渐扩孔(62)中的锥形铆钉巻边(44)。
16. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述锥形延伸的孔(62)邻接邻近所述钣金接触肩(22)形成的所述孔的圆柱形区域(64)。
17. 根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，采用其直径(D2)对应于所述轴零件(14)的直径的穿孔冲头(60)与较大孔直径(D3)的穿孔冲模(66)结合，制成所述锥形孔(62)。
全文摘要
一种部件组件，包括钣金零件和紧固件，该紧固件具有较大直径的法兰零件和较小直径的轴零件，该轴零件从该法兰零件向远处延伸并在其远离该法兰零件的一端部融入圆柱形铆钉部分，该部件组件的特征在于该紧固件被设计用于与具有3mm和更大范围内厚度的钣金零件一起使用。对于较薄钣金零件，该钣金零件具有平滑穿孔的圆柱形开口，该圆柱形开口的直径对应于该轴零件的直径，该圆柱形铆钉部分被重塑成接触该钣金零件下侧的铆钉卷边。对于中等厚度的钣金零件，该钣金零件具有阶形孔，该阶形孔的较大直径的孔区域容纳铆钉卷边。对于较厚钣金零件，该钣金零件具有锥形穿孔的孔，并且圆柱形铆钉部分被重塑成插入该锥形渐扩孔的锥形铆钉卷边。
文档编号F16B37/06GK101725613SQ20091017517
公开日2010年6月9日 申请日期2009年10月20日 优先权日2008年10月20日
发明者克里斯蒂安·索娃, 杰瑞·巴贝吉, 理查德·汉弗伯特, 迈克尔·威尔斯 申请人:形状连接技术有限公司及两合公司