專(zhuān)利名稱：用于自沖鉚的有活動(dòng)模板的沖模的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用自沖鉚將兩個(gè)或更多的板材鉚接到一起的裝置 和方法。
背景技術(shù)：
自沖鉚因?yàn)槠涮峁┫鄬?duì)簡(jiǎn)單的一步技術(shù)將板材連接到一起，而用于很 多行業(yè)。目前，自沖鉚工具利用具有堅(jiān)固的不可移動(dòng)部分的沖模形成用于 連接金屬板材的鉚釘。自沖鉚在冷成型工藝中緊固，該工藝中半管形鉚釘 被沖入重疊的金屬板材中，將金屬板材機(jī)械地固定在一起。更具體地說(shuō)， 鉚釘穿透上方的金屬板材，之后插入下方的金屬板材將金屬板材連接起 來(lái)。自沖鉚不需要在鉚接之前在金屬板材上形成孔。制造商們正在采用更薄而且強(qiáng)度更大的材料以減少制成品的重量。這就對(duì)利用自沖鉚固定高強(qiáng)度材料、例如高強(qiáng)度低合金(HSLA)鋼制成的 金屬板材形成了挑戰(zhàn)。鉚接更高強(qiáng)度的材料的挑戰(zhàn)之一是需要增加壓力來(lái) 推進(jìn)鉚釘并使其變形。鉚釘推入金屬板材中時(shí)，在沖模腔內(nèi)形成的壓力增 加。鉚接過(guò)程中，施加在腔內(nèi)的增加了的壓力引起對(duì)抗鉚釘穿透的阻力增 加。為了克服該阻力，有人提出了增加鉚釘圓筒軸強(qiáng)度的理念。高強(qiáng)度鉚 釘更為昂貴，而且更難安裝。腔內(nèi)增加的壓力還限制了可用于自沖鉚接工 藝的自沖鉚的類(lèi)型。結(jié)果，腔內(nèi)增加的壓力實(shí)質(zhì)上限制了可用自沖鉚固定 到一起的材料的范圍。如下所述，本發(fā)明即用于解決上述一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題和局限性。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個(gè)目的是，提供一種利用沖模將兩個(gè)或更多的板材鉚接到一起的裝置，該沖模具有多個(gè)可移動(dòng)的活動(dòng)模板，該活動(dòng)模板減小自沖鉚 穿透板材時(shí)沖模腔內(nèi)部產(chǎn)生的壓力。減小的腔內(nèi)生成的壓力擴(kuò)大了可用于 自沖鉚接工藝的自沖鉚的不同類(lèi)型的范圍。此外，減小的沖模中壓力可使
制造商鉚接高強(qiáng)度材料，例如高強(qiáng)度低合金(HSLA)鋼、雙相(DP)鋼 及其他特種材料。本發(fā)明可以用于鉚接兩種或更多種不同類(lèi)型的材料，例 如鋼板和鋁板。
使用具有沖子和沖模的工具將金屬板材鉚接到一起。該工具可以支承 固定在C形框架的相對(duì)端部上的沖子和沖模。沖模具有圓形尖部、圓形平 臺(tái)部分和邊沿部分。尖部控制自沖鉚的變形，與圓形平臺(tái)部分毗鄰。平臺(tái) 部分從尖部底端向外徑向延伸，限制金屬板材的向下變形。尖部從沖模向 外徑向延伸，使活動(dòng)模板保持在沖模基部的頂面上。頂面也限制活動(dòng)模板 向基部移動(dòng)。
多個(gè)活動(dòng)模板裝配在尖部和邊沿部分的周?chē)??；顒?dòng)模板可使板材在板 材的一部分對(duì)著沖模局部成型及鉚釘穿入板材時(shí)從尖部向外徑向變形?；?動(dòng)模板可以與基部頂面鄰接，并且可以包括接收沖模尖部的內(nèi)凹槽。
活動(dòng)模板套圈朝向尖部向內(nèi)彈性偏壓活動(dòng)模板?；顒?dòng)模板套圈可以環(huán) 繞沖模中部和圓形疏導(dǎo)腔徑向設(shè)置?；顒?dòng)模板套圈在沖子將鉚釘推入金屬 板材中時(shí)保持活動(dòng)模板。此外，活動(dòng)模板可以包括從沖?？v軸徑向面向外 部的外凹槽。該凹槽位于中部邊沿部分的上方，接收活動(dòng)模板套圈。
中部包括位于尖部和基部之間的沖模的部分，與尖部和基部皆共軸并 鄰接。中部包括平臺(tái)部分和邊沿部分?；顒?dòng)模板裝配在中部周?chē)Ｖ胁靠?以包括接收徑向傾斜的活動(dòng)模板的活動(dòng)模板邊沿的徑向傾斜的凹進(jìn)處。活 動(dòng)模板邊沿使活動(dòng)模板保持在基部頂面上。此外，基部和凹進(jìn)處可以形成 接收活動(dòng)模板邊沿的徑向傾斜的通道。
中部、圓形尖部和活動(dòng)模板形成一個(gè)圓形疏導(dǎo)腔。疏導(dǎo)腔在沖子將鉚 釘推進(jìn)到板材中時(shí)，為板材的局部變形提供空間。局部變形發(fā)生在沖子和 沖模之間的板材的交接部上。交接部變形至疏導(dǎo)腔中引起活動(dòng)模板從尖部 徑向向外移動(dòng)，擴(kuò)張疏導(dǎo)腔。此外，活動(dòng)模板從尖部向外徑向移動(dòng)時(shí)，疏導(dǎo)腔可以向中部的邊沿部分向下擴(kuò)張。本發(fā)明的另一方面是提供一種利用具有多個(gè)可移動(dòng)活動(dòng)模板的沖模 鉚接板材的方法。首先將板材設(shè)置在沖子和沖模之間。然后沖子將自沖鉚 向板材推進(jìn)，強(qiáng)行使鉚釘穿過(guò)板材。鉚釘?shù)闹锌展軤畈糠执┻^(guò)第一板材的 第一部分，然后穿透板材的第二板材。鉚釘穿透第二板材時(shí)，第二板材變 形進(jìn)入疏導(dǎo)腔。此外，圓形尖部有利于板材的變形?；顒?dòng)模板套圈接收在 活動(dòng)模板的外凹槽中，并朝向沖模偏壓活動(dòng)模板。當(dāng)活動(dòng)模板從沖模的縱 軸向外徑向移動(dòng)時(shí)，活動(dòng)模板套圈還相對(duì)于沖模的縱軸向外徑向擴(kuò)張，打 開(kāi)疏導(dǎo)腔并減小疏導(dǎo)腔內(nèi)的壓力。鉚釘?shù)闹锌展軤畈糠謴你T釘?shù)目v軸向外 徑向伸展，并進(jìn)入第二板材，將板材固定到一起。通過(guò)以下附圖和隨后對(duì)實(shí)施方式的詳細(xì)說(shuō)明，可以更好地理解本發(fā)明 的其它方面。


圖l為鉚接工具的側(cè)立面圖，該鉚接工具在c形框架的相對(duì)端部上具有一個(gè)沖子和一個(gè)沖模；圖2為沖模、多個(gè)活動(dòng)模板、以及活動(dòng)模板套圈的分解立體圖；圖3為鉚接工具的橫截面示意圖，表示開(kāi)始鉚接之前沖子和自沖鉚相 對(duì)于沖模和活動(dòng)模板的位置；圖4為類(lèi)似于圖3的鉚接工具的橫截面圖，表示鉚接之前的鉚釘；圖5為類(lèi)似于圖3的鉚接工具的橫截面圖，表示自沖鉚穿入板材中，活 動(dòng)模板從沖模的縱軸向外擴(kuò)張，活動(dòng)模板被活動(dòng)模板套圈保持；以及圖6為表示鉚釘穿透第一板材后，其中空管狀部分自鉚釘縱軸徑向向 外伸展并進(jìn)入第二板材的放大橫截面圖。
具體實(shí)施方式
參照?qǐng)Dl，表示包括沖子12和沖模14的鉚接工具10。工具10可以包括C 形框架16。沖子12和沖模14安裝在C形框架16的相對(duì)端部上。沖子12安裝在C形框架16的第一端部18上。沖模14安裝在與C形框架16的第二端部20 上，與沖子12相對(duì)。自沖鉚22位于沖子12和沖模14之間。沖子12用于將鉚 釘22推進(jìn)到兩個(gè)或更多板材24中，其將在以下參照?qǐng)D3-6進(jìn)行說(shuō)明。盡管 自沖鉚的典型應(yīng)用是連接金屬板材，但是其也可用于將非金屬板材連接到 一起或?qū)⒎墙饘侔宀倪B接至金屬板材。
圖2表示沖模14、多個(gè)活動(dòng)模板26和活動(dòng)模板套圈28的結(jié)構(gòu)和設(shè)置。 沖模14具有控制鉚釘22變形的圓形尖部30。尖部33可以包括外部的部分錐 形表面32。外表面32在向著沖子12的方向上沿沖模14的縱軸34向內(nèi)徑向逐 漸變細(xì)，尖部30具有底端36。底端36與沖模14的圓形平臺(tái)部分38毗鄰。平 臺(tái)部分38限制金屬板材24向下的變形。平臺(tái)部分38從尖部30的底端36徑向 向外伸出，形成與沖子12相對(duì)的相對(duì)平坦的表面40。沖模14具有邊沿部分 42，其與平臺(tái)部分38毗鄰并位于平臺(tái)部分的下方，從沖模14的縱軸34徑向 向外伸出。此外，沖模14具有包括頂面46的基部44。
沖模14具有由位于尖部30和基部44之間的沖模14的部分形成的中部 48。中部48與尖部30和基部44皆共軸。中部48包括沖模14的平臺(tái)部分38和 邊沿部分42。此外，中部48可以包括徑向傾斜的凹進(jìn)處50。凹進(jìn)處50可以 由上部凹進(jìn)面52和下部凹進(jìn)面54形成。上部凹進(jìn)面52和下部凹進(jìn)面54相互 相對(duì)向內(nèi)徑向逐漸變細(xì)，形成中部48的凹進(jìn)處50。此外，基部44和上部凹 進(jìn)面52形成一個(gè)徑向傾斜的通道55 。
參照?qǐng)D2和圖3，活動(dòng)模板26可以包括內(nèi)凹槽56。內(nèi)凹槽56接收邊沿部 分42，將活動(dòng)模板26保持在基部44的頂面46上。頂面46限制多個(gè)活動(dòng)模板 26向基部44移動(dòng)。活動(dòng)模板26還可以具有一個(gè)徑向傾斜的活動(dòng)模板邊沿 57。活動(dòng)模板邊沿57接收到傾斜的凹進(jìn)處50中，使活動(dòng)模板26保持在基部 44的頂面46上。而且，活動(dòng)模板邊沿57還可以接收到上部凹進(jìn)面52和基部 44之間的傾斜通道55中。活動(dòng)模板26可以包括外凹槽58，其從沖模14的縱 軸34徑向面向外部，位于邊沿部分42的上方。
活動(dòng)模板套圈28向沖模14的縱軸34偏壓活動(dòng)模板26?；顒?dòng)模板套圈28 可以具有上部?jī)?nèi)圓形表面60和下部?jī)?nèi)圓形表面62。上部?jī)?nèi)圓形表面60和下部?jī)?nèi)圓形表面62都接收到活動(dòng)模板26的外凹槽58中。下部?jī)?nèi)圓形表面62總 體上從活動(dòng)模板套圈28的縱軸64徑向向內(nèi)及朝向上部?jī)?nèi)圓形表面60逐漸 變細(xì)。上部?jī)?nèi)圓形表面60總體上朝向下部?jī)?nèi)圓形表面62及從活動(dòng)模板套圈 28的縱軸64徑向向內(nèi)逐漸變細(xì)。活動(dòng)模板套圈28可以由彈性聚合物制成。
參照?qǐng)D4和圖5，多個(gè)活動(dòng)模板26裝配在中部48周?chē)??；顒?dòng)模板26可以 與基部44的頂面46鄰接。活動(dòng)模板26可使金屬板材24在鉚釘22穿透進(jìn)入金 屬板材24時(shí)從尖部30向外徑向變形，其中上述金屬板材朝向沖模14變形。 活動(dòng)模板套圈28可以徑向位于平臺(tái)部分38和邊沿部分42的周?chē)??；顒?dòng)模板 套圈28朝向尖部30向內(nèi)彈性偏壓活動(dòng)模板26。活動(dòng)模板套圈28限制活動(dòng)模 板26從尖部30向外徑向移動(dòng)，使活動(dòng)模板26保持在基部44的頂面46上。中 部48、圓形尖部30和活動(dòng)模板26形成一個(gè)圓形疏導(dǎo)腔70。疏導(dǎo)腔70在沖子 12將鉚釘22推進(jìn)到金屬板材24中時(shí)，為金屬板材24和鉚釘22的局部變形提 供空間。局部變形發(fā)生在金屬板材24的交接部72上，其由沖子12和沖模14 作用定義，作為金屬板材24的一部分。
圖3至圖5表示鉚接工藝的一系列連續(xù)步驟。如圖3所示，金屬板材24 設(shè)置在沖子12和沖模14之間。沖子12將自沖鉚22向金屬板材24推進(jìn)。
如圖4所示，鉚釘22的中空管狀部分74在穿透金屬板材24的第二板材 80之前，穿過(guò)金屬板材24的第一板材78的第一部分76。
如圖5所示，當(dāng)鉚釘22穿入第二板材80時(shí)，第二板材80變形進(jìn)入疏導(dǎo) 腔70中。圓形尖部30控制金屬板材24和鉚釘22的變形。由于交接部72變形 進(jìn)入疏導(dǎo)腔70中，所以活動(dòng)模板26從尖部30向外徑向移動(dòng)。活動(dòng)模板26相 對(duì)沖模14的縱軸34向外徑向移動(dòng)引起活動(dòng)模板套圈28從沖模14的縱軸34 向外徑向擴(kuò)張?；顒?dòng)模板26向外的徑向移動(dòng)使疏導(dǎo)腔70擴(kuò)張，減小活動(dòng)模 板26變形進(jìn)入疏導(dǎo)腔70時(shí)施加在交接部72上的反作用力。此外，活動(dòng)模板 26從尖部30向外徑向移動(dòng)時(shí)，疏導(dǎo)腔70可以向中部48的邊沿部分42向下擴(kuò) 張?；顒?dòng)模板26從沖模14的縱軸34向外移動(dòng)時(shí)，沖模14的邊沿部分42與活 動(dòng)模板26的內(nèi)凹槽56相配合，使活動(dòng)模板26保持在沖模14上。
鉚釘22的中空管狀部分74從鉚釘22的縱軸82徑向向外伸展并進(jìn)入第二板材80，將金屬板材24機(jī)械地固定在一起。圓形尖部30有利于使鉚釘22 的中空管狀部分74伸展進(jìn)入金屬板材24。在鉚接過(guò)程中活動(dòng)模板26伸展分 離，作為結(jié)果，鉚釘22的中空管狀部分74伸展之后，金屬板材24很容易從 活動(dòng)模板26和外表面32上移除。
圖6表示用鉚釘22鉚接在一起的第一板材78和第二板材80。鉚釘22的 中空管狀部分74穿透第一板材78插入第二板材80中。第一板材78的第一部 分76從第一板材78分離，容納在中空管狀部分74中。中空管狀部分74從鉚 釘22的縱軸82徑向向外伸展并進(jìn)入金屬板材24的交接部72中。
盡管己對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了說(shuō)明和描述，但所述實(shí)施方式并非 本發(fā)明的所有可能形式。更準(zhǔn)確地說(shuō)，本說(shuō)明書(shū)中所用的詞語(yǔ)為描述性、 而非限制性詞語(yǔ)，應(yīng)該理解，可以做出各種變化而不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和 范圍的。
權(quán)利要求
1.一種用于將兩個(gè)或更多的板材鉚接到一起的裝置，包含用于將自沖鉚向板材推進(jìn)并推入板材的沖子；具有圓形尖部、圓形平臺(tái)部分和邊沿部分的沖模。其中尖部沿沖子的方向向內(nèi)徑向逐漸變細(xì)，平臺(tái)部分形成面對(duì)沖子的相對(duì)平坦的表面，用以限制板材的向下變形，邊沿部分從沖模的縱軸向外徑向延伸；多個(gè)活動(dòng)模板裝配在尖部和邊沿部分的周?chē)?，其中活?dòng)模板部分地被邊沿部分保持；疏導(dǎo)腔由沖模和多個(gè)活動(dòng)模板形成，該腔為板材的局部變形提供空間；以及活動(dòng)模板套圈與活動(dòng)模板接合，用于朝向尖部向內(nèi)彈性偏壓活動(dòng)模板，其中，沖子將鉚釘推入板材，使板材的交接部在沖子和沖模間變形進(jìn)入腔內(nèi)，引起活動(dòng)模板從尖部向外徑向移動(dòng)，從而擴(kuò)張?jiān)撉?，減小由活動(dòng)模板施加到變形進(jìn)入腔內(nèi)的交接部上的反作用力。
2. —種用于將兩個(gè)或更多的板材鉚接到一起的裝置，包含 用于保持自沖鉚并將自沖鉚推入板材的沖子；與沖子相對(duì)的沖模，其中沖模形成具有頂面、中部和圓形尖部的基部， 中部與基部共軸并鄰接，其中中部具有邊沿，圓形尖部與中部和基部皆共 軸，其中尖部從中部朝向沖子軸向延伸；多個(gè)活動(dòng)模板裝配在與基部頂面鄰接的中部周?chē)渲谢顒?dòng)模板部分 地被中部邊沿保持；中部、圓形尖部和多個(gè)活動(dòng)模板形成圓形疏導(dǎo)腔，其中該腔為板材和 鉚釘?shù)木植孔冃翁峁┛臻g；以及活動(dòng)模板套圈與活動(dòng)模板接合，用于朝向尖部向內(nèi)彈性偏壓活動(dòng)模 板，其中，沖子將鉚釘推入板材，使鉚釘和板材的交接部在沖子和沖模間 變形進(jìn)入腔內(nèi)，引起活動(dòng)模板從尖部向外徑向移動(dòng)，從而擴(kuò)張?jiān)撉?，減小鉚釘和交接部變形進(jìn)入腔內(nèi)時(shí)由活動(dòng)模板施加到其上的反作用力。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，活動(dòng)模板徑向圍繞在圓 形疏導(dǎo)腔和中部周?chē)?br> 4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，基部頂面限制活動(dòng)模板 向基部移動(dòng)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，沖模的圓形尖部包括一 個(gè)外表面，其在沖子的方向上沿沖模的縱軸徑向向內(nèi)逐漸變細(xì)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，圓形尖部的外表面總體 上為錐形。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，沖模的中部包括徑向向 內(nèi)延伸的圓形平臺(tái)部分，其與圓形尖部毗鄰，并位于其下方，限制板材向 下的變形。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，活動(dòng)模板具有接收中部 邊沿的內(nèi)凹槽，使活動(dòng)模板保持在基部的頂面上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，中部包括徑向傾斜的凹 進(jìn)處，其中凹進(jìn)處接收活動(dòng)模板的徑向傾斜的活動(dòng)模板邊沿，使活動(dòng)模板 保持在基部的頂面上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，基部和中部徑向傾斜的 凹進(jìn)處形成傾斜的通道，接收活動(dòng)模板邊沿。
11. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，多個(gè)活動(dòng)模板形成一個(gè) 從沖模縱軸徑向朝向外部的外凹槽，其中外凹槽位于中部邊沿的上方，接 收活動(dòng)模板套圈。
12. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，當(dāng)活動(dòng)模板從尖部向外 徑向移動(dòng)時(shí)，圓形疏導(dǎo)腔朝向中部邊沿向下擴(kuò)張。
13. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，活動(dòng)模板套圈由彈性聚 合物制成。
14. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，活動(dòng)模板套圈具有上部?jī)?nèi)圓形表面和下部?jī)?nèi)圓形表面，用以限制活動(dòng)模板從尖部向外徑向移動(dòng)， 其中下部?jī)?nèi)圓形表面總體上從活動(dòng)模板套圈的縱軸徑向向內(nèi)及朝向上部 內(nèi)圓形表面逐漸變細(xì)，其中上部?jī)?nèi)圓形表面朝向下部?jī)?nèi)圓形表面及從活動(dòng) 模板套圈的縱軸徑向向內(nèi)逐漸變細(xì)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，沖子安裝在C形框架的 第一相對(duì)端部，沖模安裝在面對(duì)沖子的C形框架的第二相對(duì)端部。
16. —種利用具有沖子和沖模的工具將兩個(gè)或更多金屬板材鉚接到一 起的方法，該方法包含將金屬板材設(shè)置在沖子和沖模之間；用沖子將自沖鉚向金屬板材推進(jìn)，并強(qiáng)行使自沖鉚穿過(guò)金屬板材；用自沖鉚的中空管狀部分穿過(guò)金屬板材的第一板材的第一部分；用鉚釘?shù)闹锌展軤畈糠执┩附饘侔宀牡牡诙宀模皇沟诙宀牡囊徊糠肿冃芜M(jìn)入由沖模外表面和多個(gè)活動(dòng)模板形成的 圓形疏導(dǎo)腔內(nèi)；用活動(dòng)模板套圈向沖模的縱軸偏壓活動(dòng)模板；從沖模的縱軸向外徑向擴(kuò)張活動(dòng)模板套圈，以使活動(dòng)模板從沖模的縱 軸向外移動(dòng)，擴(kuò)張疏導(dǎo)腔并減小疏導(dǎo)腔內(nèi)的壓力；以及使鉚釘?shù)闹锌展軤畈糠謴你T釘?shù)目v軸向外徑向伸展，并進(jìn)入第二板材 變形進(jìn)入疏導(dǎo)腔中的部分。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，當(dāng)活動(dòng)模板從沖模的 縱軸向外移動(dòng)時(shí)，沖模的邊沿配合進(jìn)入活動(dòng)模板的內(nèi)凹槽，使活動(dòng)模板保 持在沖模上。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，活動(dòng)模板套圈為彈性 環(huán)，接收到徑向朝向外部的活動(dòng)模板凹槽中。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，沖模包括圓形尖部， 用于使金屬板材變形，及使鉚釘?shù)闹锌展軤畈糠稚煺埂?br> 20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，相對(duì)沖?？v軸向外移 動(dòng)活動(dòng)模板，有利于在伸展鉚釘?shù)闹锌展軤畈糠种髲幕顒?dòng)模板和沖模外 表面移除板材和鉚釘。
全文摘要
一種用于將兩個(gè)或更多的板材鉚接到一起的裝置，包括沖子和沖模。該沖模具有由尖端和多個(gè)可移動(dòng)的活動(dòng)模板形成的可擴(kuò)張的腔。該活動(dòng)模板部分地由彈性活動(dòng)模板套圈保持，該活動(dòng)模板套圈將活動(dòng)模板朝向尖端向內(nèi)偏壓。還公開(kāi)了一種利用該裝置將多個(gè)板材鉚接到一起的方法。
文檔編號(hào)B21J15/00GK101301675SQ20071014769
公開(kāi)日2008年11月12日 申請(qǐng)日期2007年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月8日
發(fā)明者大唐納德·G·薩托夫 申請(qǐng)人:福特汽車(chē)公司