專利名稱：壓入元件、包括其的組件及制造和附接壓入帽的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明 涉及自沖孔中空壓入元件、由壓入元件和金屬片材構(gòu)成的組件、以及制 造自沖孔壓入帽的方法和用于附接自沖孔壓入帽的方法。
背景技術(shù)：
在轎車主體和其他部分的制造中，通過以鉚接元件、沖孔元件或者壓入元件的 形式存在的緊固件操作是十分常見的。采用鉚接元件時，該元件被插入預(yù)先沖孔的金屬片材且通過在緊固件的鉚接部 上形成鉚接珠而被鉚接至該金屬片材。緊固件自身具有緊固部，即內(nèi)螺紋或者具有外螺 紋的栓軸，由此分別利用栓或者帽，另一部件可被固定至金屬片材?？梢孕纬蔀殂T接元 件或者壓入元件的沖孔元件被稱為自沖孔元件，即該元件自身在金屬片材中切出孔，且 隨后被固定至該金屬片材。采用已知的壓入元件時，金屬片材可以是預(yù)先沖孔的，或者 壓入元件可以如上所述地通過自沖孔方式制成，即，使得至金屬片材的附接部自身在所 施加的力的作用下在金屬片材中切出孔。該元件穿過所述孔，且金屬片材被壓，使得金 屬片材的材料流入壓入元件的底切部(undercut)。壓入元件于是被以這樣的方式鎖定至金 屬片材，使得壓入元件被穩(wěn)固地固定至金屬片材，且壓入元件不能直接地在軸向上從金 屬片材壓出或者不能通過在附接栓或者帽時出現(xiàn)的常見扭矩而相對于金屬片材旋轉(zhuǎn)。與 鉚接元件相反，壓入元件在附接至金屬片材時不變形，或者基本上不故意變形。在機動車輛的結(jié)構(gòu)中，通常以這樣的緊固件代替焊接件，以前焊接件被焊接至 金屬片材的車身等。元件的焊接不僅通過機械變形以拙劣的方式集成到單一金屬片材的 制造過程，而且還導(dǎo)致金屬片材的不期望的污染。此外，焊接件不能與多種金屬片材一 起使用，例如被預(yù)先涂覆的金屬片材或者由兩個金屬片材層構(gòu)成的、可選地在該兩個金 屬片材層之間布置有塑料膜的金屬片材。當金屬片材是高強度的金屬片材時，也不能使 用焊接件，因為在焊接期間產(chǎn)生的熱量會導(dǎo)致在焊接位置的區(qū)域中的金屬片材的特性的 不能接受的下降。在用于機動車輛的金屬片材的制造中，需要大量的緊固件，且涉及的 金屬片材的厚度通常在0.6mm至2.5mm的范圍內(nèi)，有時超過該范圍直到3mm或者更厚。DE 10 2007 034 987 Al描述了可以形成為自沖孔元件且適于附接在厚的金屬片 材中的壓入元件。該文所示的壓入元件具有頭部和頸部，頭部具有面對金屬片材的環(huán)狀 表面，頸部遠離環(huán)狀表面凸出，即遠離金屬片材接觸表面，頭部還具有環(huán)形凸起，該環(huán) 形凸起以在徑向上有間隔的方式圍繞頸部且遠離環(huán)狀表面凸出。頸部還具有在徑向上向 外凸出的環(huán)狀邊緣，該環(huán)狀邊緣可以形成為連續(xù)的，也可以形成為局部中斷的。該邊緣 的末端與環(huán)狀表面在軸向上有間隔，該間隔比環(huán)形凸起的末端與環(huán)狀表面在軸向上的間 隔大。環(huán)狀邊緣在徑向上位于該凸起內(nèi)，且與該凸起形成收留金屬片材的材料的口袋。 這種壓入元件必然有其合理性，但是在其制造上仍然是相當復(fù)雜的。此外，在環(huán)狀表面 的區(qū)域中和環(huán)狀表面的正下方的頸部處的設(shè)計在一些情況下可能導(dǎo)致在附接金屬片材期 間的更大的困難，在一些情況下不能確保所期望的與金屬片材的形狀配合的鎖定達到所期望的水平。關(guān) 于這一點，還應(yīng)參考歐洲專利EP-B-I 690 913。該專利描述了另一功能元 件，該功能元件具有在頭部的下側(cè)處的環(huán)狀的金屬片材接觸表面以及遠離頭部凸出的頸 部，頸部在該專利中被設(shè)計作為沖孔部。該功能元件的特征在于它可以與不同厚度的金 屬片材一起使用。為此，在環(huán)狀的金屬片材接觸表面與沖孔部的自由端之間的沖孔部處 設(shè)置環(huán)狀的邊緣，且在該邊緣與沖孔部的自由端之間設(shè)置圍繞沖孔部的環(huán)狀凹部。此 夕卜，設(shè)置肋狀物，該肋狀物提供不可旋轉(zhuǎn)的固定，且該肋狀物在金屬片材接觸表面與邊 緣之間的另一環(huán)狀槽內(nèi)以上升的方式在軸向方向上延伸至該邊緣。這種元件完全能夠勝 任分配給它的任務(wù)，然而所述元件是相當復(fù)雜的，且也不太適于以自沖孔的方式用在厚 度范圍在4mm及以上的很厚的金屬片材中。EP-B-I 690 013中公開了一種可以與厚度范圍在0.6mm至4mm之間的金屬片材
一起使用的元件，厚度在3mm以上的金屬片材在轎車結(jié)構(gòu)中相對很少。雖然緊固件也 用在卡車制造中，但是使用程度很低。已知基本上僅使用鉚接元件制造轎車。這些鉚 接元件也用在卡車中的較薄的金屬片材中，例如駕駛室的區(qū)域中?？ㄜ嚨母€(wěn)固的金屬 片材，即具有的金屬片材厚度大于3mm、通常大于4mm及更大(如果有的話)的金屬片 材，僅在非常少的情況下具有鉚接元件，因為可用的鉚接元件完全不是為這樣的厚的金 屬片材設(shè)計的。此外，制造的卡車比轎車少很多。在卡車的制造中，當前很大程度上使 用焊接件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種自沖孔壓入元件和由壓入元件和金屬片材構(gòu)成的組 件，以及一種用于制造這樣的壓入帽和這樣的組件的方法，所述壓入帽和組件可以以有 利的價格制造，或者可以甚至用少量的部件來實現(xiàn)，且可以合理地使用。為實現(xiàn)該目 的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面提供一種自沖孔壓入元件，特別提供一種用于附接至金屬片 材的帽元件，其中，壓入元件具有較大直徑的凸緣部分和較小直徑的軸部分，軸部分遠 離凸緣部分延伸且在其遠離凸緣部分的端面處具有圓形沖孔邊，其中，凸緣部分的面對 軸部分的一側(cè)形成環(huán)狀的金屬片材接觸表面，且在軸部分處設(shè)置提供不可旋轉(zhuǎn)的固定的 特征部，所述特征部大致從金屬片材接觸表面的平面開始沿著軸部分延伸在軸部分的長 度的一部分上。通過該設(shè)計，可以在環(huán)狀的金屬片材接觸表面與軸部分之間提供更尖銳的過 渡，由此該元件可被以自沖孔的方式引入金屬片材中，且確保了凸緣部分緊密地接觸金 屬片材，且在過渡區(qū)域中沒有可能妨礙環(huán)狀的接觸表面在金屬片材處的牢固的安放的干 擾半徑或者特征。通過該方式，所述元件可被牢固地壓成與金屬片材接合，而不會在金 屬片材接觸表面與金屬片材的面對金屬片材接觸表面的一側(cè)之間產(chǎn)生間隔。通過該方式，操作中可以可靠地避免沉降效應(yīng)(settlementeffect)，由此被擰入中 空的壓入元件的螺栓一直保持預(yù)設(shè)的張力，且栓接的連接不會過早地變松或者失效，例 如由于沉降效應(yīng)。在要求保護的設(shè)計中，一種壓入元件可與不同的金屬片材的厚度一起 使用。根據(jù)一個優(yōu)選實施例，提供特征部，所述特征部提供不可旋轉(zhuǎn)的固定，所述特征部由提供不可旋轉(zhuǎn)的固定的鼻狀物或者肋狀物形成，且在軸部分的軸向方向上沿著軸 部分延伸。對于該類型的設(shè)計特別有利的是，在制造提供不可旋轉(zhuǎn)的固定的特征部期間產(chǎn) 生所述肋狀物或者鼻狀物時，具有對應(yīng)的槽的工具被置于壓入元件的軸部分之上，且材 料被從肋狀物和鼻狀物之間的區(qū)域部分地移入肋狀物和鼻狀物，且部分地在軸向上向上 移入凸緣部分中的環(huán)狀的凹部中，其中，可以這么說，能夠隱藏過量的材料且實際上不 會妨礙從環(huán)狀的金屬片材接觸表面進入軸部分的外側(cè)的尖銳過渡。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種自沖孔中空壓入元件，特別提供一種用于附 接至金屬片材的帽元件，其中，壓入元件具有較大直徑的凸緣部分和較小直徑的軸部 分，軸部分遠離凸緣部分延伸且在其遠離凸緣部分的端處具有圓形沖孔邊，凸緣部分的 面對軸部分的一側(cè)形成環(huán)狀的金屬片材接觸表面，具有特別的特征直徑D2對于M6帽 元件為大致50mm，對于M8帽元件為大致16mm，對于MlO帽元件大致為17mm，對于 M12帽元件為大致18mm以及對于M14帽元件大致為19.5mm。

以上舉出的軸部分的直徑足以直接地在厚度為8mm的金屬片材中產(chǎn)生沖孔塊， 只要金屬片材具有在280MPa至320MPa的范圍內(nèi)的中等強度。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種自沖孔壓入元件，特別提供一種用于附接至 金屬片材的帽元件，所述壓入元件具有較大直徑的凸緣部分和較小直徑的軸部分，且軸 部分遠離凸緣部分延伸且在其遠離凸緣部分的端處具有圓形沖孔邊，且凸緣部分的鄰近 軸部分的一側(cè)形成金屬片材接觸肩部，具有特別的特征壓入元件不具有任何被形成為 底切的形狀的、被設(shè)計成容納金屬片材材料以實現(xiàn)軸向壓緊阻力的特征部。該類型的壓入元件的設(shè)計首先肯定被認為是意料之外的，因為人們一定會問這 樣的問題若沒有底切部，如何相對于金屬片材實現(xiàn)對抗壓緊負荷的軸向抵抗力。該問 題的答案為，提供特定的組件，即由緊固件和金屬片材構(gòu)成的組件，緊固件具有較大直 徑的凸緣部分和較小直徑的軸部分，軸部分遠離凸緣部分延伸且在其遠離凸緣部分的端 處具有圓形沖孔邊，沖孔邊的直徑相當于或者略大于軸部分的直徑，凸緣部分的面向軸 部分的一側(cè)形成環(huán)狀的金屬片材接觸表面，具有特別的特征緊固件被設(shè)計用于與具有 的厚度在3mm或更厚的范圍內(nèi)的金屬片材一起使用，且軸部分被置于金屬片材中沖出的 孔內(nèi)，金屬片材在鄰近金屬片材接觸表面的第一區(qū)域中以及鄰近沖孔邊的第二區(qū)域中與 軸部分緊密接觸，在第一區(qū)域和第二區(qū)域之間的第三區(qū)域中，金屬片材的孔壁與軸部分 具有間隔。該實施例涉及下述概念，金屬片材首先被成錐形地沖孔，在孔成錐形地離開元 件的沖孔側(cè)發(fā)散的情況下，且在將壓入元件完全插入沖出的錐形的孔之后，金屬片材的 材料在金屬片材的背對元件的凸緣部分的一側(cè)處被繞著沖出的孔壓碎，因此金屬片材的 材料在徑向上向內(nèi)移動且在所述第二區(qū)域中與壓入元件的沖孔部緊密接觸。因為在任何 情況下在沖孔部的第一區(qū)域中都存在緊密接觸，所以壓入元件在金屬片材中被保持很好 地對齊，且在第三區(qū)域中存在間隙對于壓入元件在金屬片材處的安裝的穩(wěn)定性不會有任 何不利的影響。通過金屬片材在所述第二區(qū)域中的緊密接觸，金屬片材的材料接合入在 任何情況下都存在的沖孔部的表面的凹凸不平中，且造成對該區(qū)域非常明顯的束縛，由 此建立了所要求的不可旋轉(zhuǎn)的固定和不壓緊的固定。事實是沖孔部自身在其徑向尺寸上必須被制成為相當厚的，以實現(xiàn)所要求的在金屬片材中的沖孔作用，且因此提供抵抗徑向向內(nèi)移動金屬片材的材料的大的抵抗力，還促進該束縛。該類型的結(jié)構(gòu)也不是明顯 的，因為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員必定會料想到通過金屬片材的圓錐形沖孔，元件不能絕對 充分地保持在金屬片材中，且實際上尤其是當不存在底切的特征部時。對于厚的金屬片 材，在任何情況下用金屬片材的材料充分填充這樣的底切部都是困難的。若需要，所要求的不可旋轉(zhuǎn)的固定和不壓緊的固定也可被實現(xiàn)為，粘合劑存在 于金屬片材與中空的壓入元件之間，且實際上特別是在金屬片材與金屬片材接觸表面之 間和/或在金屬片材與軸部分的第一區(qū)域之間和/或在金屬片材與軸部分的第二區(qū)域之間 和/或在金屬片材與軸部分的第三區(qū)域之間。粘合劑優(yōu)選是在壓力下固化的粘合劑。這 樣的壓力在壓入元件的壓入期間在所有上述區(qū)域中出現(xiàn)。所述壓力也出現(xiàn)在軸部分的第 三區(qū)域中，因為在此所提供的初始的大的空間被減小，以產(chǎn)生在軸部分的第二區(qū)域中的 束縛，由此在此處出現(xiàn)主要的壓力。即便甚至是在沒有提供不可旋轉(zhuǎn)的固定的特征部的情況下也可以實現(xiàn)不壓緊的 充分的固定，但是提供不可旋轉(zhuǎn)的固定的特征部可被設(shè)置在軸部分處且可以從大致金屬 片材接觸表面的平面開始在軸部分的長度的一部分上沿著軸部分延伸。在組件中，金屬 片材通過提供不可旋轉(zhuǎn)的固定的特征部在所述的第一區(qū)域中以形狀配合的方式被接觸。在附接壓入元件時產(chǎn)生的組件的特征還在于，金屬片材在其遠離金屬片材接觸 肩部的一側(cè)處具有圍繞沖孔邊的環(huán)狀的凹部。在這種情況下，金屬片材的至少在緊固件 的附接區(qū)域中，在附接緊固件之前和之后，金屬片材位于遠離環(huán)狀凹部的一個平面中。 當另一部件被固定至金屬片材時，這有助于裝配螺栓的情況。提供不可旋轉(zhuǎn)的固定的特征部優(yōu)選地由在軸部分的軸向方向上沿著軸部分延伸 的鼻狀物或者肋狀物形成。于是，與提供不可旋轉(zhuǎn)的固定的鼻狀物或者肋狀物對應(yīng)的凹 部出現(xiàn)在金屬片材中。壓入元件優(yōu)選是具有中空的軸部分的緊固件，該緊固件具有延伸 通過凸緣部分和軸部分的中央螺紋。通過軸部分的顯著的徑向厚度，不必擔心軸部分會 在附接至金屬片材期間被壓縮，因此當提供足夠的螺紋長度時，緊固件不會變得過高， 且因此不過重。提供一種用于制造自沖孔帽的方法，該自沖孔帽具有較大直徑的凸緣部分和較 小直徑的軸部分，軸部分遠離凸緣部分延伸，其中，軸部分在其遠離凸緣部分的端處具 有環(huán)形沖孔邊，其特征在于，獲取坯，所述坯具有的橫截面形狀與凸緣部分和軸部分的 橫截面形狀對應(yīng)，軸部分在坯中自由端的區(qū)域中比在鄰近凸緣部分的區(qū)域中具有更小的 直徑，其中，在鄰近軸部分的凸緣部分中形成軸向凹部，借助于刮刀，在繞著外圍間隔 開的多個位置處，將軸部分的具有較大的直徑的區(qū)域中的材料刮掉，被刮掉的材料被引 入凸緣部分的軸向凹部中，且在被刮掉的區(qū)域之間的區(qū)域中留下鼻狀物或者肋狀物，該 鼻狀物或肋狀物形成元件的提供不可旋轉(zhuǎn)的固定的特征部。根據(jù)本發(fā)明的用于將根據(jù)本發(fā)明的自沖孔元件附接至金屬片材的方法的特征在 于，金屬片材被支撐在沖模母模上，該沖模母模具有圓柱形開口，該開口的直徑大于在 環(huán)形沖孔邊的區(qū)域中的軸部分的直徑，其特征在于，通過自沖孔壓入元件的凸緣部分上 的壓力，壓入元件的軸部分被壓通過金屬片材，以形成金屬片材的沖出的開口，該沖出 的開口大致成錐形地在壓入方向上相對于沖出的開口的縱軸線發(fā)散，且在形成相應(yīng)的沖孔塊之后，在圍繞沖孔邊的區(qū)域中的金屬片材的材料被壓，以借助于沖模母模的環(huán)狀前 部在金屬片材中形成環(huán)狀的凹部，由此金屬片材徑向向內(nèi)地變形，且接觸壓入元件在其 自由端的區(qū)域中的軸部分。


在本專利的權(quán)利要求中以及在下文的參考附圖的描述中更加詳細地描述本發(fā)明 的優(yōu)選實施例。附圖中圖IA為根據(jù)本發(fā)明的壓入帽形式的壓入元件的沖孔部的端視圖；圖IB為根據(jù)本發(fā)明的圖IA所示的、部分軸向剖視的壓入帽的側(cè)視圖；圖IC為根據(jù)本發(fā)明的且根據(jù)圖IA所示的壓入帽的立體圖；圖ID為與圖IB類似的視圖，但是為用于制造根據(jù)圖IA至圖IC所示的元件的 坯的視圖；圖IE為圖ID所示的圓圈區(qū)域的放大的視圖；圖2A為在金屬片材的沖孔之前的開始階段，根據(jù)圖IA至圖IC所示的本發(fā)明的 壓入帽至較厚的金屬片材的附接的示意圖；圖2B為與圖2A類似的視圖，但是為金屬片材的沖孔之后、壓入帽最終附接至 金屬片材之前的視圖；圖2C為完成的組件的視圖，即根據(jù)本發(fā)明的壓入帽完全附接至金屬片材之后的 視圖；圖2D為圖2C所示的圓圈區(qū)域的放大的視圖；圖2E為根據(jù)圖2C所示的金屬片材的頂側(cè)的立體圖；圖2F為根據(jù)圖2C所示的金屬片材的底側(cè)的立體圖；以及圖3A至圖3E為與圖2A、圖2C、圖2D、圖2E和圖2F對應(yīng)的視圖，為同樣的 壓入帽附接至較薄的金屬片材的視圖。
具體實施例方式圖IA至圖IC示出帽元件形式的附接至金屬片材的自沖孔中空壓入元件10。壓 入元件10具有較大直徑Dl的凸緣部分12和較小直徑D2的軸部分14，軸部分14遠離凸 緣部分12延伸且在其遠離凸緣部分12的端16處具有圓形沖孔邊18。凸緣部分12的鄰 近軸部分14的一側(cè)形成環(huán)狀的金屬片材接觸表面22，且具有不可旋轉(zhuǎn)的固定的特征部24 被設(shè)置在軸部分上。這些特征部從大致金屬片材接觸表面22的平面開始在軸部分14的 長度的一部分上(例如在軸部分14的長度的大約40%上)沿著軸部分延伸。環(huán)形的凹部26設(shè)置在凸緣部分12中，且在徑向上在環(huán)狀的金屬片材接觸表面22 內(nèi)。在根據(jù)圖ID和圖IE所示的坯中也能夠看到環(huán)狀凹部26。環(huán)狀凹部26容納軸部分 14的過剩材料，所述過剩材料在肋狀物的制造期間出現(xiàn)，肋狀物提供不可旋轉(zhuǎn)的固定， 即過剩材料28位于環(huán)狀的凹部26內(nèi)。以下述方式實施用于制造根據(jù)圖IA至圖IC所示的自沖孔壓入帽的方法首先 獲取根據(jù)圖ID或圖IE所示的坯2，該坯2具有與凸緣部分12和軸部分14的橫截面形狀 對應(yīng)的橫截面形狀，或者通過冷鍛制造坯2。坯2被設(shè)計成使得軸部分14在自由端的區(qū)域中具有直徑D2，而在鄰近凸緣部分的區(qū)域中具有更大的直徑D2’，具有直徑D2’的 區(qū)域在所期望的特征部24的長度L上延伸，特征部24提供不可旋轉(zhuǎn)的固定。然后(或 者 在之前)，軸向凹部26形成在鄰近軸部分14的凸緣部分12中，然后在多個在周向上被 間隔開的位置處，從具有更大直徑D2’的軸部分的區(qū)域刮下材料，被刮下的材料28被部 分地引進凸緣部分12的軸向凹部26。在被刮的區(qū)域之間的區(qū)域中，留下鼻狀物或者肋 狀物，該鼻狀物或肋狀物形成提供元件的不可旋轉(zhuǎn)的固定的特征部24。直徑D2’的軸 部分的區(qū)域具有略大的直徑(大于D2)，該直徑D2’不應(yīng)大到與D2加上提供不可旋轉(zhuǎn) 的固定的肋狀物24的徑向高度的二倍一樣大，但是直徑D2’可被制成為略小的(但大于 D2)，于是提供不可旋轉(zhuǎn)的固定的肋狀物部分地由置于肋狀物之間的材料形成，且因此實 現(xiàn)了全徑向高度。如所示，提供不可旋轉(zhuǎn)的固定的特征部24在軸部分14的軸向方向32上沿著軸 部分14延伸，所述特征部24由鼻狀物或者肋狀物形成，自沖孔中空帽元件被設(shè)計成，使得對于M6帽元件而言，直徑D2為大約 15mm，對于M8帽元件而言，直徑D2為大約16mm，對于MlO帽元件而言，直徑D2為 大約17mm，對于M12帽元件而言，直徑D2為大約18mm，以及對于M14帽元件而言， 直徑D2為大約19.5mm。直徑D2的這些值特別用于與280Mpa至320MPa的中等強度的鋼的且厚度為大 約8mm的金屬片材一起使用。對于更高的金屬片材強度，給定的直徑必須相應(yīng)地被制成 為更大的。這樣更大的直徑適用于厚度大于8mm的金屬片材。也可以以下述方式考慮根據(jù)本發(fā)明的用于與金屬片材附接的自沖孔帽元件10 沒有形成為底切的形狀的、被設(shè)計成容納金屬片材的材料的特征部，以實現(xiàn)軸向壓緊抵 抗力。取而代之的是，如果忽略環(huán)狀凹部26和藏在凹部26中的材料28，則從環(huán)狀的金 屬片材接觸表面22進入沖孔部14的過渡可以被認為成尖銳明確的直角，環(huán)狀凹部26和 材料28在任何情況下都不會產(chǎn)生干擾，因為它們相對于環(huán)狀的金屬片材接觸表面22被向 后縮進。下面參考圖2A至圖2E更加詳細地描述用于將根據(jù)圖IA至圖IC所示的自沖孔 壓入帽附接至金屬片材40的方法。圖2A示出開始狀態(tài)，其中，壓入帽10通過其凸緣部 分被保持在沖孔頭43的柱塞42的支座41中，沖孔頭43例如被附接至壓力機(press)的 上部工具(未示出)。沖模母模44被置于金屬片材40之下，沖模母模44例如可以被支 撐在壓力機的下部工具處或者壓力機的中間板處。若沖模母模44被附接至壓力機的下部 工具且若存在中間板，則沖孔頭可以被附接至該中間板，而不是壓力機的上部工具。還應(yīng)指出，也可以將沖模母模附接至壓力機的中間板和壓力機的上部工具中的 柱塞，或者可以將柱塞附接至壓力機的下部工具，且將柱塞之上的沖模母模安裝在壓力 機的上部工具處或者壓力機的中間板處。柱塞也可以被附接至壓力機的中間板，且沖模 母模被附接至壓力機的上部工具。此外，存在下述可能性將沖模母模和柱塞安裝在所 謂的C框架中，且通過一個部件或者另一部件(即沖模母?；蛘咧?的相應(yīng)的水力負荷 實現(xiàn)金屬片材的沖孔。根據(jù)EP-B-755749，柱塞可以被形成為坐放頭和/或沖孔頭的一 部分。如也可以從圖2B看到的，金屬片材10被夾在壓力機中，在壓力機的下部工具中的沖模母模44與壓力機的上部工具或壓力機的中間板中的沖孔頭的柱塞之間，初始在壓 入帽10的軸部分14的自由端面16與沖模母模的上部側(cè)48的環(huán)狀前部46之間。在圖2A 和圖2B中未示出，但完全合乎習(xí)慣的是，提供保持構(gòu)件，例如正圓柱形的保持構(gòu)件，該 保持構(gòu)件被布置在柱塞42周圍，且通過彈簧壓力被壓緊靠著金屬片材40，且保持金屬片 材抵靠沖模母模44的環(huán)狀前部46。沖模母模44具有孔52，該孔52具有的直徑略大于沖孔部14的直徑D2。在閉 合壓力機時，沖孔部被推動通過金屬片材40，且產(chǎn)生沖孔塊50，沖孔塊50被壓通過沖模 母模的孔52、52’且被處理掉。因為沖模母模44的端面48的區(qū)域中的沖模母模的孔52 的直徑D3明顯大于直徑D2，所以在金屬片材中產(chǎn)生錐形開口或孔58，該錐形開口或孔 58從沖入側(cè)開始在軸向方向32上發(fā)散。由直徑D3與D2的比以及各金屬片材厚度確定 出4°至15°、優(yōu)選大約7°的錐度，錐度例如對應(yīng)內(nèi)錐角。沖模母模44的孔52、52’ 優(yōu)選被設(shè)計為級形孔，級形孔的下部區(qū)域52’與具有標號52的上部區(qū)域相比具有更大的 直徑。通過該方式確保沖孔塊下落通過孔52’且因此容易清除。緊固件10的軸部分14被壓通過沖孔58的上部圓柱形區(qū)域56，該區(qū)域56同時對 應(yīng)軸部分的上部區(qū)域，直至凸緣部分12的環(huán)狀的金屬片材接觸表面或者金屬片材接觸肩 部22接觸圖2C所示的金屬片材的上部側(cè)55，且提供不可旋轉(zhuǎn)的固定的特征部或者提供 不可旋轉(zhuǎn)的固定的鼻狀物24被壓入金屬片材的沖出的孔58的上部圓柱形區(qū)域56。從圖2C中注意到，從金屬片材接觸表面22進入沖孔部14的銳緣過渡55確保金 屬片材接觸表面22完全位于金屬片材的上部側(cè)54，由此在操作中不必擔心沉降效應(yīng)(倘 若環(huán)狀的金屬片材接觸表面22被制成足夠大)。在閉合壓力機時，緊固件被移至金屬片材40之上的位置，使得緊固件的軸部分 14移動通過產(chǎn)生的孔58，直至沖模母模的環(huán)狀前部46在金屬片材40的下部側(cè)62中圍繞 該沖出的孔58形成環(huán)狀槽60。通過該方式，金屬片材的材料被迫徑向向內(nèi)流動，且在鄰 近沖孔部的自由端的第二區(qū)域64中，實現(xiàn)金屬片材的材料的上述的緊密接觸，且實現(xiàn)對 沖孔部14的下部區(qū)域的束縛。在第一區(qū)域56與第二區(qū)域64之間(其中金屬片材的材料 與沖孔部或者軸部分14緊密接觸)，存在第三區(qū)域66，在第三區(qū)域66中金屬片材的孔壁 與軸部分14具有間隔。壓力機(或者可能使用的C框架)傳送所需要的力，以將提供不可旋轉(zhuǎn)的固定的 鼻狀物24按壓通過孔58的側(cè)壁，由此在軸向方向上延伸的槽通過提供不可旋轉(zhuǎn)的固定的 鼻狀物24形成在沖出的孔58的側(cè)壁的圓柱形區(qū)域56中，且還傳送所需要的力，以形成 環(huán)狀槽60且使得金屬片材的材料在第二區(qū)域64中再成形。注意到，除此之外，軸部分14被置于該厚的金屬片材中，且在金屬片材的沖出 的孔58內(nèi)，沖孔部14的自由端的端面16或者端側(cè)與金屬片材的下部側(cè)62具有明顯的間 隔。在圖2F中也可以清楚地看到該間隔，因為在沖孔邊18的區(qū)域內(nèi)，金屬片材的材料 的孔壁圓柱形地凸出超過沖孔邊18。圖2E也示出壓入帽的凸緣部分12如何完全抵靠金 屬片材40的上部側(cè)54。圖3A至圖3D分別與圖2A和圖2C至圖2E在很大程度上對應(yīng)，但示出相同的 元件10也可以與更薄的金屬片材一起使用。圖3A至圖3D的系列中不具有與圖2B對應(yīng) 的圖，因為圖2B實際上適用于兩個金屬片材的厚度。然而，圖3A至3D的系列與圖2A至圖2E的系列大致相同，這就是為什么相同的標號被用于相應(yīng)的部件。相同的描述也適 用于圖3A至圖3D的系列的圖，且因此不再重復(fù)。唯一重要不同在于，由于更小的金屬 片材的厚度，沖孔部14的自由端16與金屬片材的下側(cè)之間的間隔同樣是更小的。因此 環(huán)狀槽60的基70略微位于軸部分14的沖孔邊18之上。此處，端16也位于金屬片材40 的下部側(cè)62之上。應(yīng)簡要提及的是，粘合劑可被插在金屬片材與中空的壓入元件之間，且實際上 在金屬片材40與金屬片材接觸表面22之間和/或在金屬片材40與軸部分14的第一區(qū) 域之間和/或在金屬片材40與軸部分14的第二區(qū)域之間和/或金屬片材40與軸部分14 的第三區(qū)域之間。粘合劑可以額外使用，也可以取代提供不可旋轉(zhuǎn)的固定的肋狀物24使 用，且粘合劑也可以起到不壓緊的固定。此外，在圖中明顯可以看到，，金屬片材40至少在緊固件的附接區(qū)域中，在附 接緊固件之前和之后位于遠離所述環(huán)狀槽60的一個平面中。壓入元件在本文中示出為具有內(nèi)螺紋11的完成的帽元件10，即緊固件10具有中 空的軸部分，該中空的軸部分具有中央螺紋11，該中央螺紋11延伸穿過凸緣部分12和軸 部分14。然而，也可以形成不具有螺紋的元件，且例如用作軸承套。然而，壓入元件也 可以具有光滑的孔，以容納支撐螺釘或者切割螺釘。此外，應(yīng)提及，本文所要求保護的壓入元件的應(yīng)用領(lǐng)域不限制于卡車的制造， 而包括所有使用相應(yīng)厚度的金屬片材，且所述金屬片材必須具有緊固件的領(lǐng)域。在所有實施例中，所有材料可被稱為用于緊固件的材料的示例，所述材料在冷 變形的背景下實現(xiàn)根據(jù)ISO標準的8級或者更高級別的強度值，例如根據(jù)DIN 1654的 35B2合金。由此形成的緊固件也適用于所有商業(yè)上可用的鋼材料，適用于拉制性金屬片 材，且也適用于鋁或者鋁合金。包括更高強度的材料的鋁合金也可以用于緊固件，例如 AlMg50也可以考慮更高強度的鎂合金的緊固件，例如AM50。
權(quán)利要求
1.一種自沖孔中空壓入元件(10)，特別是用于附接至金屬片材(40)的帽元件，其 中，所述壓入元件(10)具有較大直徑(Dl)的凸緣部分(12)和較小直徑(D2)的軸部分， 所述軸部分(14)遠離所述凸緣部分(12)延伸并且所述軸部分在其遠離所述凸緣部分的端 面(16)處具有圓形沖孔邊(18)，其中，所述凸緣部分(12)的面對所述軸部分的一側(cè)形成 環(huán)狀的金屬片材接觸表面(22)，且在所述軸部分(14)上設(shè)置提供不可旋轉(zhuǎn)的固定的特征 部(24)，所述特征部大致從所述金屬片材接觸表面(22)的平面開始沿著所述軸部分(14) 在所述軸部分(14)的長度的一部分上延伸，其特征在于，環(huán)狀凹部(26)被徑向設(shè)置在凸緣部分(12)中的環(huán)狀的金屬片材接觸表面(22)內(nèi)， 并且在制造所述提供不可旋轉(zhuǎn)的固定的特征部(24)期間出現(xiàn)的軸部分(14)的過剩材料 (28)被置于所述環(huán)狀凹部(26)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自沖孔中空壓入元件，其特征在于，提供不可旋轉(zhuǎn)的固定的所述特征部(24)由在所述軸部分(14)的軸向方向(32)上沿 著所述軸部分(14)延伸的鼻狀物或者肋狀物形成。
3.—種自沖孔中孔壓入元件(10)，特別是用于附接至金屬片材(40)的帽元件，其 中，所述壓入元件(10)具有較大直徑(Dl)的凸緣部分(12)和較小直徑(D2)的軸部分， 所述軸部分(14)遠離所述凸緣部分(12)延伸并且所述軸部分在其遠離所述凸緣部分(12) 的端面(16)處具有圓形沖孔邊(18)，所述凸緣部分(12)的面對所述軸部分(14)的一側(cè) 形成環(huán)狀的接觸表面(22)，其特征在于，對于M6帽元件，直徑D2為大致15mm，對于M8帽元件，直徑D2為大致16mm， 對于MlO帽元件，直徑D2為大致17mm，對于M12帽元件，直徑D2為大致18mm，以 及對于M14帽元件，直徑D2為大致19.5mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自沖孔中空壓入元件(10)，其特征在于，所述壓入元件被設(shè)計用于與8mm厚的中等強度的鋼的金屬片材(40) —起使用。
5.—種自沖孔中空壓入元件(10)，特別是用于附接至金屬片材(40)的帽元件，其 中，所述壓入元件(10)具有較大直徑(Dl)的凸緣部分和較小直徑(D2)的軸部分(14)， 所述軸部分遠離所述凸緣部分(12)延伸且所述軸部分在其遠離所述凸緣部分的端面(16) 處具有圓形沖孔邊(18)，其中，所述凸緣部分(12)的面對所述軸部分(14)的一側(cè)形成金 屬片材接觸表面(22)，其特征在于，所述壓入元件不具有形成為底切的形狀的、用于接收金屬片材材料以實現(xiàn)軸向壓緊 阻力的特征部。
6.—種由緊固件(10)和金屬片材(40)構(gòu)成的組件，其中，所述緊固件具有較大直徑 (Dl)的凸緣部分(12)和較小直徑(D2)的軸部分(14)，所述軸部分(14)遠離所述凸緣 部分(12)延伸且所述軸部分在其遠離所述凸緣部分(12)的自由端面(16)處具有圓形沖 孔邊(18)，所述沖孔邊(18)的直徑(D2)相當于所述軸部分的直徑，或者略大于所述軸 部分的直徑，所述凸緣部分(12)的面對所述軸部分的一側(cè)形成環(huán)狀的金屬片材接觸表面 (22)，其特征在于，所述緊固件被設(shè)計作為壓入元件，用于與厚度在3mm及以上的范圍內(nèi)的金屬片材 (40) 一起使用，所述軸部分(14)被置于所述金屬片材(40)中的被沖出的孔(58)內(nèi)，所 述金屬片材(40)在所述軸部分的鄰近所述金屬片材接觸表面(22)的第一區(qū)域中和所述軸部分的鄰近所述沖孔邊(18)的第二區(qū)域中與所述軸部分(14)緊密接觸，并且，在所述軸 部分的在所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域之間的第三區(qū)域中，所述金屬片材(40)的孔壁與 所述軸部分(14)具有間隔。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的組件，其特征在于，粘合劑被置于所述金屬片材(40)與中空的所述壓入元件(10)之間，且實際上被置于 所述金屬片材(40)與所述金屬片材接觸表面(22)之間和/或被置于所述金屬片材與所述 軸部分的第一區(qū)域之間和/或被置于所述金屬片材與所述軸部分的第二區(qū)域之間和/或被 置于所述金屬片材(40)與所述軸部分的第三區(qū)域之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的組件，其特征在于，提供不可旋轉(zhuǎn)的固定的特征部(24)被設(shè)置在所述軸部分(14)上，且大約從所述金屬 片材接觸肩部(22)的平面開始沿著所述軸部分在所述軸部分(14)的長度的一部分(L’ ) 上延伸，在所述第一區(qū)域(56)中，所述金屬片材(40)與所述特征部(24)以形狀配合的 方式接觸，所述特征部(24)被設(shè)置在所述第一區(qū)域(56)中提供不可旋轉(zhuǎn)的固定。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項所述的組件，其特征在于，所述金屬片材(40)在其遠離所述金屬片材接觸表面的一側(cè)具有圍繞所述沖孔邊(18) 的環(huán)狀凹部(60)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9中任一項所述的組件，其特征在于，所述金屬片材(40)至少在附接所述緊固件(10)的區(qū)域中在附接所述緊固件之前和之 后位于遠離所述凹部(60)的一個平面中。
11.根據(jù)權(quán)利要求6至10中任一項所述的組件，其特征在于， 所述緊固件(10)是帽元件。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的組件，其特征在于，提供不可旋轉(zhuǎn)的固定的特征部(24)由鼻狀物或者肋狀物形成，所述鼻狀物或者肋狀 物在所述軸部分(14)的軸向方向(32)上沿著所述軸部分延伸，且特征在于，在所述金屬 片材(40)中存在與提供不可旋轉(zhuǎn)的固定的所述鼻狀物或者肋狀物對應(yīng)的凹部。
13.根據(jù)權(quán)利要求6至12中任一項所述的組件，其特征在于，所述緊固件(10)具有中空的軸部分(14)，所述中空的軸部分(14)具有中央螺紋(11)，所述中央螺紋(11)延伸通過所述凸緣部分(12)和所述軸部分(14)。
14.一種用于制造自沖孔壓入帽(11)的方法，所述自沖孔壓入帽(11)具有較大直徑 (Dl)的凸緣部分(12)和具有較小直徑(D2)的軸部分(14)，所述軸部分遠離所述凸緣 部分延伸，所述軸部分(14)在其遠離所述凸緣部分(12)的端面(16)處具有圓形沖孔邊 (18)，其特征在于，獲取坯(2)，所述坯(2)的橫截面形狀與所述凸緣部分(12)和所述軸部分(14)的橫 截面形狀對應(yīng)，所述軸部分(14)在所述坯(2)中的自由端的區(qū)域中比在鄰近所述凸緣部(12)的區(qū)域中具有更小的直徑(D2)，在鄰近所述軸部分(14)的凸緣部分(12)中形成軸 向凹部(26)，并且，借助于刮刀，在周向間隔開的多個位置處，將所述軸部分的具有較大直徑(D2’)的 區(qū)域中的材料刮掉，被刮掉的材料被引入所述凸緣部分(12)的軸向凹部(26)中，且在 被刮掉的區(qū)域之間的區(qū)域中留下鼻狀物或者肋狀物，所述鼻狀物或類狀物形成所述元件(10)的提供不可旋轉(zhuǎn)的固定的特征部(24)。
15. 一種用于將根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的自沖孔壓入元件(10)附接至金屬 片材(40)的方法，其中，所述金屬片材被支撐在沖模母模(44)上，所述沖模母模(44) 具有圓柱形開口(52、52’)，所述圓柱形開口(52、52’ )的直徑大于所述軸部分(14) 在圓形沖孔邊(18)的區(qū)域中的的直徑(D2)，其特征在于，通過所述自沖孔壓入元件(10) 的所述凸緣部分(12)上的壓力，所述壓入元件的所述軸部分(14)被沖壓穿過所述金屬片 材，以形成所述金屬片材的沖出的開口，所述沖出的開口(58)大致成錐形地在所述壓入 方向上相對于所沖出的開口的縱軸線(52)發(fā)散，且在形成相應(yīng)的沖孔塊(50)之后，在圍 繞沖孔邊(15)的區(qū)域中的所述金屬片材的材料被擠壓，以借助于所述沖模母模(44)的環(huán) 狀前部(46)在所述金屬片材(40)中形成環(huán)狀的凹部(60)，由此所述金屬片材徑向向內(nèi)變 形，且接觸所述壓入元件(10)在其自由端(16)的區(qū)域中的所述軸部分(14)。
全文摘要
提供壓入元件、包括其的組件及制造和附接壓入帽的方法。提供自沖孔中空壓入帽，特別是用于附接至金屬片材的帽元件，其中，壓入元件具有較大直徑的凸緣部分和較小直徑的軸部分。軸部分遠離凸緣部分延伸且在其遠離凸緣部分的端面處具有圓形沖孔邊。凸緣部分的面對軸部分的一側(cè)形成環(huán)狀的金屬片材接觸表面，且提供不可旋轉(zhuǎn)的固定的特征部被設(shè)置在軸部分處，特征部大致從金屬片材接觸表面的平面開始在軸部分的長度的一部分上沿軸部分延伸。環(huán)狀凹部軸向設(shè)置在凸緣部分中的環(huán)狀的金屬片材接觸表面內(nèi)，且在制造提供不可旋轉(zhuǎn)的固定的肋狀物期間出現(xiàn)的用于軸部分的過剩材料被置于環(huán)狀凹部內(nèi)。
文檔編號F16B37/04GK102022413SQ201010291809
公開日2011年4月20日 申請日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月21日
發(fā)明者杰瑞·巴貝吉 申請人:形狀連接技術(shù)有限公司及兩合公司