冲铆的制作方法

本发明涉及带有铆头和连接至该铆头的铆杆的冲铆以及这样的冲铆在被振动的冲铆方法中的用途。

背景技术：

用于冲铆的方法用于将至少两个在连接区域中尤其平坦地构造的构件（接合对）相连。冲铆方法的特征在于，不需要彼此有待相连的构件的预制孔。其实，冲铆借助压印或印模能够被压入至少两个构件中，其中，通过相应地成形的（例如以阴模为形式的）与印模配合作用的对向保持件确保的是，铆钉或构件以特定的方式和方法形变，以便建立在构件之间的传力配合的和形状配合的连接。

此外，例如从EP 2 318 161 Bl或DE 10 2014 203 357 Al中已知超声波冲铆方法，其中使用振动发生器、例如超声波生发器，以便将一个或多个组件在构件连接的情况中置于振动中。通过这种振动例如减小用于压入铆钉有待花费的力。但是示出的是，传统的铆钉几何特征对于被振动辅助的冲铆方法不是最佳构造的。

技术实现要素：

根据本发明，建议了带有根据本发明的特征的带有铆头和连接至该铆头的铆杆的冲铆以及这样的冲铆在被振动辅助的冲铆方法中的用途。有利的设计方案是优选实施例和其它实施例以及接下来的说明的主题。

按照本发明的一个方面建议的是，给冲铆在其杆部处配备至少一个或针对性地多个例如至少三个前突，该前突作为能量方向发送器起作用并且把耦合到铆钉中的振动能量较高效地且较针对性地传递至接合对。

通过此措施提高了技术的效率，也即对于同样的结果需要更少的电的发电机功率。此外，通过集中的能量输入，还能够进一步加强在积极方面的、以振动为条件的效果（在接合时减小力，更好的无撕裂的材料形变，更好的材料分离，更好的切削工艺）。作为附加方案，能够实现带有在力信号中的较小的散射带宽（Streubandbreite）的能够再现的工艺流程，因为通过能量方向发送器或经改变的头部几何特征，减少的损耗功率到达所述装置中或测量技术。

本发明优选地适合于带有颤振设备、尤其超声波系统的冲铆装置，以便在该处改善接合工艺。这样的冲铆装置尤其具有在汽车车身轻量化制造中的优点，因为颤振冲铆或超声波冲铆利用相应设计的设备技术在材料混合构造（Materialmischbau）的范围中易化了许多接合任务并且实现了新的材料厚度组合。但是，带有颤振辅助的冲铆装置也能够有利地应用在其它的范围中和/或用于其它的材料的接合。借助在冲铆时的颤振，显著地减小为铆接工艺所需的、一般很高的过程力。从中得到的设备优点（例如更轻的设备、更好的可通及性）、工艺优点（例如改善切削工艺、减小在纤维复合材料的冲铆时的层离、扩展能够铆接的材料种类）和成本优点（例如用于OEM的较小的消耗费用）。

铆杆能够在其围面和/或在其足部构造有至少一个前突。由此，能量传输的方向能够尤其简单地被影响。如果铆杆在其足部处、也即在对置于铆头的端部处配备有至少一个前突，则该前突作为铆钉切割部建立了在接合方向上的与工件的第一接触。加强了平行于接合方向的能量传输。改善了切割过程。如果铆杆在其围面处配备有至少一个前突，则这导致垂直于接合方向的能量传输的加强。这导致稳定的压入过程，其中减小或完全避免了冲铆的摇摆（Aufschaukeln）。

优选地，至少一个前突从铆足向下沿着轴向沿着铆钉的纵轴线向前突起并且沿着冲铆的周向伸展。换而言之，铆足在其周部处至少一次地、但是优选地多次地中断。在两个前突之间存在空隙。优选地，铆足具有二至12、更加优选地二至六个前突，该前突优选地规律地关于铆足的周部进行分布。换而言之，铆足冠状地（锯齿沿着周部对称）或孔锯状地（锯齿沿着周部非对称）配备有多个锯齿。

按照一个同样优选的实施方式，至少一个前突从铆足侧向地沿着径向垂直于铆钉的纵轴线向前突出并且沿着铆钉的纵向伸展。换而言之，铆杆在其围面处具有至少一个但是优选地多个肋条。在此，肋条能够延伸经过整个铆杆长度或仅位于部分的区域处。

优选地，所述至少一个前突具有两个以角度彼此相对地伸展的面。所述角度计为至少25°、35°、45°、55°、65°、75°或85°。该角度优选地计为至多105°。该角度优选地计为90°。换而言之，前突在横截面中减小。在所述面彼此接触或过渡到彼此中的地方，能够形成接触线，也即角尖。接触区域也能够倒圆角。如果所述至少一个前突从铆足向前突出，则优选地，至少一个从属的空隙也优选地具有两个这样的此时所说明的面。因而只要空隙在冲铆时接触上部的接合对，则同样在这里改善了力导入和声波导入。

如果额外地，铆头配备有相对于铆杆的横截面积减小的用于压印的平坦的相互作用面，则振动能量能够较高效地耦合到铆钉中并且较针对性地传输到接合对。优选地，平坦的相互作用面计为横截面积的至多50%，更加优选地计为至多40%和/或至少5%。铆头能够例如是截平的圆头铆钉，这尤其对于塑料应用是有利的。铆头能够备选地例如环形地构造，也即，铆钉具有贯通的孔（空心铆钉）。

对于冲铆的制造而言，设置了由压印和阴模组成的成形工具。在此，在阴模中考虑用于塑造至少一个前突或相互作用面的相应的轮廓。铆钉材料（初始形状为柱体）的成形工艺对应于优选地在室温中的在多个行程中的精整向后挤出（Napfrückwertsfließpressen）（冷冲击工艺）。在围面处的所述至少一个前突能够直接地在冲铆的冷冲击时（向着铆钉纵轴线或对称轴线的方向）在阴模中一同成型或作为替代方案在之后通过径向的冷冲击（垂直于铆钉纵轴线或对称轴线）来设置（例如通过槽的印入，在槽的旁边（由于体积恒定）产生过冲，该过冲能够随着相应的工具轮廓同时地作为径向的前突来造形）。半空心冲铆的材料优选地是调质钢，例如是在V2A或V4A的品质中的特种钢，但是作为替代方案也能够使用所有的常用的调质钢铆钉材料，例如38B2或34Cr4。

本发明的其它优点和设计方案从说明书以及所附的附图中得出。

显然，前面提到的以及接下来还要阐释的特征不仅能使用在相应地说明的组合中，也能使用在其它的组合中或单独使用，而不脱离本发明的框架。

本发明依据附图中的实施例被示意性地示出并且在下文中参考附图被详细地描述。

附图说明

图1a至1d示意地示出了在冲铆过程的不同的阶段中的冲铆装置。

图2示出了在透视图中的按照本发明的第一优选的实施方式的冲铆。

图3示出了在透视图中的按照本发明的第二优选的实施方式的冲铆。

图4示出了在透视图和剖视图中的按照本发明的第三优选的实施方式的冲铆。

图5示出了在透视图和剖视图中的按照本发明的第三优选的实施方式的冲铆。

具体实施方式

在图1a至1d中展示了在冲铆方法的执行的不同的阶段中的冲铆装置10。冲铆装置10具有压印15，该压印例如具有圆形的横截面。

压印15被套筒形的压紧装置16径向地包围并且相对于该压紧装置沿着纵向能够移动地布置。尤其，压印15与这里未示出的驱动装置、例如液压的或气动的驱动装置耦合，该驱动装置用于：为了将铆钉20压入两个构件11、12中而施加所需的力F。

同样地，将压紧装置16设定用于，利用压紧力向着朝向压印15的构件11的表面进行挤压。对此，能够例如设置自身的驱动装置。但是，压紧装置也能够例如借助弹簧耦合至压印15的驱动装置。

在两个构件11、12的对置于压印15和压紧装置16的侧部上布置有对向保持件18，该对向保持件在这里作为阴模起作用。阴模18同样在纵轴线19的方向上能够升高和下降，压印15和压紧装置16也能够移动地布置在该方向上。压紧装置16和阴模18用于：将两个构件11、12在压紧装置16和阴模18之间在加工期间通过压印15来固紧或压缩。阴模18在朝向构件12的侧部上具有平坦的上侧21，凹腔形的或槽状（kuhlenförmig）的空隙22以该上侧为起点。

铆钉20（这里例如是半空心铆钉）至少在铆杆24的区域中优选地由相对于两个构件11、12的材料更硬的材料形成。背离于构件11的平坦的上侧26布置在与压印15的有效连接中，该压印平面地靠置在铆钉20的上侧26处。

压印15与用于产生振动或颤振的振动发生器30有效相连。尤其，借助振动发生器30，产生带有在10μm和110μm之间的振宽（在振动的最大的正的幅值和负的幅值之间的间距）（或在5μm和55μm之间的幅值）和在15 kHz和35 kHz之间的频率的超声波振动。

这些振动从振动发生器30经过压印15耦合到铆钉20中。振动发生器30的颤振的耦入方向能够就此例如平行于纵轴线19、也即平行于铆钉20到构件11、12中的接合方向来进行。

在图1a中所示的阶段表现为冲铆方法的起始，在该起始中，铆杆24到达与构件11的上侧的有效连接中。在此，利用力F将压印15向着朝向压印15的构件11进行挤压。

在在图1b中所示的另外的阶段中，也即在铆接过程的进一步的走势中并且在在耦合到构件11、12中的振动的辅助下，铆杆24首先切割或冲压到构件11中。在此，两个构件11、12塑形地形变，其中，朝向空隙22的构件12在相应的区域中被压入空隙22中。

在相应于图1c的铆钉20的进一步的运动行程或进一步的向下运动期间，铆杆24在空隙22的区域中向外张开，从而两个构件11、12沿着轴向保险地形状配合地和传力配合地彼此相连。

在此可见的是，相应于示出了铆钉20的终端位置的图1d，铆杆24不从构件12中伸出或不完全地穿透该构件。

在铆钉20达到了在图1d中所示的终端位置之后（在该终端位置中，铆钉20的上侧26至少几乎与构件11的上侧齐平地结束），接下来压印15再次从构件11、12沿着反方向向上运动。

在图2中示出了在透视图中的按照本发明的第一优选的实施方式的冲铆201。冲铆201构造为半空心铆钉并且具有铆头25和连接至该铆头的铆杆24。铆杆24在对置于铆头25的端部处被铆足27限定。铆足27建立了向着上部的构件或接合对的第一接触并且因此通常构造为切割部。铆杆24具有横截面积B。这对于所有的在图2至5中展示的冲铆201、202、203或204是适用的。

冲铆201在其铆足27处具有三个（这里沿着周向对称的）前突241和三个位于其间的空隙242。前突241中的每个以及空隙242中的每个被构造为切割部并且具有两个以这里90°的角度彼此相向地伸展的面，该面分别定义了接触线。三个前突241从铆足27沿着轴向沿着冲铆的对称轴线L和纵轴线向前突出并且沿着冲铆201的周向延伸。总共地，铆足27具有带有三个锯齿的冠的形状。

铆头25具有用于与冲铆装置的压印相互作用的平坦的相互作用面积A。在在图2和3中展示的传统的变体方案中，相互作用面积A至少与横截面积B相同大小，在此甚至更大。在按照本发明的一个优选的实施方式的在图4和5中展示的变体方案中，相互作用面积A小于横截面积B。在图4中，比例A/B计为0.25，在图5中，该比例小于0.1。

按照图3的冲铆202在其围面244处具有四个前突243。前突243中的每个被构造为切割部并且具有两个以这里90°的角度彼此相向地伸展的面，该面分别定义了接触线。

四个前突243从围面244沿着径向垂直于冲铆202的纵轴线L向前突出并且沿着冲铆202的纵向L延伸。因此，它指的是肋条的类型。除了传导能量，这些也能够用于铆钉导引。从中得到了在铆钉导引中的减小的摩擦接触面（线接触）。

前突241或243规律地关于其冲铆的周部分布。

按照图4的冲铆203构造为带有正如图3那样的径向的前突243的半空心铆钉。作为附加方案，该冲铆具有带有相互作用面积A的截平的半圆头25，该相互作用面积小于横截面积B。所述前突针对性地在对垂直于纵轴线L的平面的投影中不会伸出超过铆头25和/或与铆头25对准，也即以该铆头的周部结束。由此能够保证稳定的铆钉导引。

按照图5的冲铆204构造为带有正如图3那样的径向的前突243的空心铆钉。铆头是带有孔O的截平的半圆头，该孔走向通过整个铆钉。相互作用面积A相应于此地具有圆环的形状并且显著地小于横截面积B。

显然，在在图2至5中所示的特征也能够在任意的组合中加以应用。