專利名稱：自穿孔銷釘以及安裝方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及銷釘以及在工件中安裝銷釘的方法，尤其涉及自穿孔
(self-piercing)銷釘以及安裝方法。
背景技術：
有許多應用要求將銷釘安裝在工件上。 一種這樣的應用是汽車工業(yè)， 其中用導向銷釘來在車輛懸架上對控制臂對準凸輪進行定位。在典型的安 裝過程中，支架被設置在其平放狀態(tài)，在支架中鉆孔。然后，導向銷釘被 安裝在孔中，支架形成并被焊接到車輛框架。
盡管為了更精確地控制相對于框架基準的銷釘位置，在支架形成并被 焊接到車輛框架之后能夠確定銷釘精確地要被安裝在支架上的位置是有利 的，但是，目前的銷釘和安裝過程不允許這樣。目前的銷釘和安裝過程需 要從工件背面安裝銷釘。因此，必須能夠充分接近支架的背面來安裝銷 釘。由于一旦支架形成并被焊接到車輛框架，空間以及對支架背面的接近 就受到限制，所以目前的銷釘和安裝過程需要在支架形成并被焊接到車輛 框架上之前就將銷釘安裝在支架上。另外，用于這些應用的典型銷釘設計 不能使它們進行自穿孔，意味著在安裝銷釘之前，必須在工件(即支架) 上預先鉆孔。

發(fā)明內容
本發(fā)明的實施例的一個目的是提供自穿孔銷釘。
本發(fā)明的實施例的另一個目的是提供在工件中安裝自穿孔銷釘的方法。
簡而言之，根據上述目的中的至少一者，本發(fā)明的一種實施例提供了 自穿孔銷釘和安裝這種銷釘的方法。銷釘包括頂部的延伸(即主體)部分，銷釘的相反端有構造成對工件進行穿孔的穿孔環(huán)。穿孔環(huán)具有較銳利 的切割邊緣并且較短。銷釘還包括凸緣和布置在穿孔環(huán)與凸緣之間的鎖定 槽。鎖定槽的長度大體上取決于銷釘要安裝到的工件的厚度。穿孔環(huán)與鎖 定槽之間設有傾斜表面。這不僅用來在銷釘安裝過程中支撐穿孔環(huán)，而且 允許用分段加工來制造銷釘。優(yōu)選地，凸緣的頂側是大體上平的，使凸緣 可以設置成與工件平齊。凸緣的頂側是平的這樣的情況還用來在銷釘被安 裝在工件中的時候增強銷釘的側向強度。優(yōu)選地，凸緣的底側是斜角的或 傾斜的(或者也可以是平的)，從而使銷釘安裝過程中發(fā)生位移的工件材 料量最小化。凸緣的底側還可以包括抗旋轉肋，抗旋轉肋在安裝過程中以 及銷釘完全安裝之后都大體上防止銷釘相對于工件旋轉。
銷釘可以包括帶螺紋的或不帶螺紋的延伸部分，并被構造成使之是自 穿孔的并能夠從正面穿孔到工件中而不需要在工件中設置預先形成的孔。 這樣，在要用銷釘在車輛懸架上對控制臂對準凸輪進行定位的情況下，銷 釘可以在支架形成并被焊接到車輛框架上之后從正面安裝在支架上。由 此，相對于框架基準的銷釘位置可以受到更精確的控制。
在安裝時，穿孔環(huán)剪切工件，工件材料流到銷釘的鎖定槽部分，從而 在銷釘與工件之間形成機械鎖定。在銷釘安裝之后，優(yōu)選地，穿孔環(huán)和凸 緣的頂側都與工件平齊。
推動器和模具用來安裝銷釘，模具可以包括擠壓環(huán)部分，該部分使得 模具能夠與寬厚度范圍的工件相關聯(lián)使用。銷釘的鎖定槽可以設置成比 銷釘的延伸部分寬；與銷釘的延伸部分寬度一樣；或者比銷釘的延伸部分 窄。如果鎖定槽與銷釘的延伸部分寬度一樣，則銷釘的頂部可以設置成在 安裝過程中塌陷。如果鎖定槽比銷釘的延伸部分窄，則可以用包括受到彈 簧加載的撞頭的推動器來安裝銷釘。


參照下面的說明并結合附圖，可以最好地理解本發(fā)明的結構組成和操 作方式，及其更多的目的和優(yōu)點，其中，
圖1是根據本發(fā)明一種實施例的自穿孔銷釘的側視圖；圖2是圖l所示自穿孔銷釘的一部分的放大圖3是用來安裝圖l所示自穿孔銷釘的模具的剖視圖4一圖9是示出正安裝在工件中的圖1中的銷釘的一系列圖10示出了銷釘的鎖定槽部分比銷釘的主體部分寬的情況，在此情
況下，只有銷釘的凸緣與推動器接合；
圖11示出了銷釘的鎖定槽部分比銷釘的主體部分窄的情況，在此情
況下，具有受到彈簧加載的撞頭的推動器被用來安裝銷釘；
圖12和圖13是根據本發(fā)明的可替換實施例的自穿孔元件的側視圖。
具體實施例方式
盡管本發(fā)明可以有不同形式的實施例，但附圖中示出且此處將詳細說 明本發(fā)明的具體實施例。本公開應當認為是本發(fā)明原理的示例，而不應認 為將本發(fā)明限制到這里所示和所述的內容。
圖1示出了根據本發(fā)明一種實施例的銷釘10。銷釘IO被構造成使之 是自穿孔的，并且能夠從正面穿孔到工件中而不需要在工件中設置預先形 成的孔。盡管銷釘10可以用在除了汽車工業(yè)之外的應用中以及除了上文 在背景技術部分中所述之外的應用中，但在銷釘10將被用來在車輛懸架 上定位控制臂對準凸輪的應用情況下，銷釘10可以在支架形成并被焊接 到車輛框架上之后從支架正面安裝在支架上。結果，相對于框架基準的銷 釘位置可以得到更加精確的控制。
如圖1所示，銷釘10包括可以帶有螺紋或不帶螺紋的頂部延伸部 (下文中稱為"主體部")12，銷釘IO的相反端14是穿孔表面(例如穿 孔環(huán)16)，穿孔環(huán)16被構造成在安裝時從工件18 (見圖4一圖9)的正 面20對工件18進行穿孔。穿孔環(huán)16具有較銳利的切割邊緣22，并且優(yōu) 選為較短。穿孔環(huán)16被設置成實心的，從而提供了對較厚的工件進行穿 孔的能力，并增大了在安裝銷釘IO之后將銷釘IO推出工件18所需的力。
銷釘10還包括凸緣24和鎖定槽26，鎖定槽26布置在穿孔環(huán)16與凸 緣24之間。圖2提供了銷釘IO—部分的放大圖，該部分包括穿孔環(huán)16、 鎖定槽26、凸緣24、以及設在穿孔環(huán)16與鎖定槽26之間的傾斜表面28。傾斜表面28不僅用來在銷釘安裝過程中支撐穿孔環(huán)16，而且允許用 分段加工(segmented tooling)來制造銷釘10。鎖定槽26的長度(圖2中 的尺度30)大體上取決于銷釘IO將要安裝到的工件的厚度。
凸緣24不僅用來在銷釘10的安裝過程中使工件材料發(fā)生位移，而且 用來在安裝銷釘IO之后增大銷釘10的側向承載強度。優(yōu)選地，凸緣24的 頂側32大體上是平的，使得凸緣24可以設置成與工件18平齊。凸緣24 的頂側32比主體更寬這一事實還用來在銷釘IO被安裝在工件18中之后增 強銷釘10的側向承載強度。優(yōu)選地，凸緣24的底側34是斜角或傾斜的 (或者也可以是平的)，從而減小了在銷釘10安裝過程中受到位移的工 件材料量，并有助于制造銷釘10 (即，在能夠用分段加工來制造銷釘10 這個方面)。凸緣24的底側34上還可以包括抗旋轉肋，抗旋轉肋大體上 在安裝銷釘10的過程中或者在安裝銷釘10之后防止銷釘10相對于工件 18旋轉。
鎖定槽26被構造成使得在銷釘10的安裝過程中被凸緣24位移的工件 材料會有去處，從而與銷釘10形成機械鎖定。如上所述，取決于銷釘要 被安裝到的工件的厚度，鎖定槽26的長度30可以被加長或縮短。
圖3是可以用來安裝銷釘10的模具40的剖視圖。如圖所示，優(yōu)選 地，模具40包括縱向孔洞42。模具40包括承載表面44，該表面在銷釘 IO的安裝過程中承載工件18的背面46。如圖所示，承載表面44可以包括 抬高表面或擠壓環(huán)48，所述抬高表面或擠壓環(huán)48有效地用來使模具40能 夠與寬范圍的工件厚度相關聯(lián)使用?；蛘撸＞?0也可以設置成具有平 的承載表面44 (即不帶擠壓環(huán)48)。如果設置了擠壓環(huán)48，則擠壓環(huán)48 可以設置成具有相同形狀但是不同的高度和內徑尺寸，以適應不同的平板 厚度。如果設置了擠壓環(huán)48，則擠壓環(huán)48有效地用于兩個目的
1. 為穿孔環(huán)16提供下切割表面。這是通過對擠壓環(huán)48的內徑50 (在 圖3中標出)進行調節(jié)來實現(xiàn)的。擠壓環(huán)48的內徑50與穿孔環(huán)16的寬度 之間的差稱為"沖孔間隙(punch clearance)"。取決于材料類型和厚 度，沖孔間隙應當在10%至28%之間。
2. 向穿孔環(huán)16延伸到工件材料中。這提供了將一個銷釘設計用于不同工件厚度的能力。
圖4_圖9是示出了正被安裝到工件18中的銷釘10的一系列圖。如 圖所示，不僅用模具40來安裝銷釘10，而且還用了推動器60。具體而 言，在模具40與工件18的背面46接合時，推動器60與銷釘10接合。推 動器60包括圓形孔洞62和承載表面64，孔洞62容納銷釘10的主體部分 12，而承載表面64與凸緣24的頂側32接觸。
另外，在鎖定槽26的寬度與銷釘10的主體部分12相同或比其更小的 情況下(即尺度66與圖1中的尺度68大小相同或比其更小)，在銷釘IO 的安裝過程中，優(yōu)選地，推動器60不僅推凸緣24的頂面32，而且推動器 60的內表面72與銷釘10的尖端70接合，優(yōu)選地，銷釘10的尖端70構 造成使之在安裝過程中塌陷(collapse)。更具體而言，優(yōu)選地，銷釘10 的尖端70被構造成使之在預定的力作用下塌陷，所述力大于穿孔環(huán)16對 工件18進行穿孔所需的力，但小于使銷釘10的凸緣24剪切所需的力。
如圖4所示，在銷釘10的安裝過程中，推動器60將銷釘IO保持在適 當位置，大體上與處于工件18另一側46的模具40對準。然后，如圖5所 示，推動器60推銷釘10 (更具體而言，推動器60的承載表面64推凸緣 24的頂面32，推動器60的內表面72推銷釘10的尖端70)，使穿孔環(huán)16 開始穿孔到工件18和模具40的擠壓環(huán)48 (如果設置了擠壓環(huán))中，從而 開始穿孔到工件18的另一側46。如圖6和圖7所示，隨著推動器60持續(xù) 推銷釘IO，穿孔環(huán)16將廢料74從工件18切出，凸緣24的底側34(以及 模具40的擠壓環(huán)48 (如果設置了擠壓環(huán))，如圖4一圖9所示)嵌入工 件18中，使工件材料流向鎖定槽26并在銷釘10與工件18之間產生機械 鎖定。如圖8所示，最終，穿孔環(huán)16將廢料74完全切出工件18，廢料74 掉到模具40中。在廢料74完全從工件18脫離到模具40中時，銷釘10已 被足夠地推入工件中，使得凸緣24的頂側32與工件18平齊，如圖9所 示，推動器60和模具40可以分別從銷釘10和工件18撤去，此時銷釘10 得到完全安裝。此時，不僅凸緣24的頂面32與工件18的正面20平齊， 而且優(yōu)選地，穿孔環(huán)16也不從工件18的背面46突出很多(就算不是完全 不突出)。如上所述，銷釘IO被構造成使之是自穿孔的，并能夠從正面20穿孔
到工件18中而不需要在工件18中設置預先形成的孔。盡管銷釘IO可以用
在除了汽車工業(yè)之外的應用中以及除了上文在背景技術部分中所述之外的
應用中，但是在銷釘10將被用來在車輛懸架上定位控制臂對準凸輪的應 用情況下，銷釘10可以在支架形成并被焊接到車輛框架上之后從支架正
面安裝在支架上。結果，相對于框架基準的銷釘位置可以得到更加精確的 控制。
如上所述，鎖定槽26的長度30可以根據銷釘10要被安裝到的工件的 厚度而變化。另外，鎖定槽26的寬度66也可以變化。圖l、圖2和圖4一 圖9示出了鎖定槽26與銷釘IO的主體部分12寬度相同的情況。在銷釘的 鎖定槽部分26設置成比銷釘IO的主體部分更寬的情況下，如圖IO所示， 推動器60可以被設置成使之在安裝過程中只與銷釘10的凸緣24接合，而 不與銷釘10的尖端70接合。
或者，銷釘10的鎖定槽部分26可以設置成比銷釘10的主體部分12 更窄，如圖ll所示。在此情況下，推動器76具有由彈簧加載的內部撞頭 78，其中，在安裝過程中，推動器76不僅推凸緣24的頂面32，而且受到 彈簧加載的撞頭78的表面80也推銷釘10的尖端70。如果使用了彈簧加 載的撞頭78，則優(yōu)選地，彈簧加載的撞頭78受到彈簧加載，使得撞頭78 被構造成在預定的力作用下塌陷，所述力大于穿孔環(huán)16對工件18進行穿 孔所需的力，但小于使銷釘10的凸緣24剪切所需的力。
圖12和圖13是根據本發(fā)明的可替換實施例的自穿孔元件10a、 10b的 側視圖。如圖所示，這些元件10a、 10b各自包括腿部90，所述腿部被構 造成穿孔到工件中。盡管已發(fā)現(xiàn)這兩種設計比圖1、圖2和圖4一圖11所 示的自穿孔銷釘10更便宜并且更容易制造，但是也發(fā)現(xiàn)圖12和圖13所示 的設計只對于較薄的工件(即達2.5毫米厚)才有效。但是，總的構思和 安裝方法與上文對于圖1_圖ll所述的一樣。
盡管已經示出和說明了本發(fā)明的實施例，但是顯然，在不脫離上述公 開內容的精神和范圍的情況下，本領域技術人員可以想到本發(fā)明的各種改 變形式。
權利要求
1. 一種自穿孔銷釘，用于穿孔并就位到工件中，所述自穿孔銷釘的特征在于靠近一端的延伸的銷釘部分；靠近相反端的穿孔表面，其中，所述穿孔表面構造成對所述工件進行穿孔；以及凸緣，其布置在所述銷釘部分與所述穿孔表面之間，所述凸緣構造成在安裝所述自穿孔銷釘時就位在所述工件上。
2. 根據權利要求1所述的自穿孔銷釘，其特征在于，所述穿孔表面包 括具有切割邊緣的穿孔環(huán)。
3. 根據權利要求2所述的自穿孔銷釘，其特征在于，布置在所述穿孔 環(huán)與所述凸緣之間的鎖定槽。
4. 根據權利要求3所述的自穿孔銷釘，其特征在于，布置在所述穿孔 環(huán)與所述鎖定槽之間的傾斜表面。
5. 根據權利要求2所述的自穿孔銷釘，其特征在于，所述凸緣的頂側是大體上平的，從而使所述凸緣可設定成與所述工件平齊。
6. 根據權利要求2所述的自穿孔銷釘，其特征在于，所述凸緣的底側 是傾斜的。
7. 根據權利要求2所述的自穿孔銷釘，其特征在于，所述自穿孔銷釘 被構造成使所述自穿孔銷釘能夠從所述工件的正面穿孔到所述工件中，而 不必在所述工件中設置預先形成的孔。
8. 根據權利要求3所述的自穿孔銷釘，其特征在于，所述自穿孔銷釘 被構造成在安裝時，所述穿孔環(huán)剪切所述工件，所述工件的材料流到所述 自穿孔銷釘的所述鎖定槽，從而在所述自穿孔銷釘與所述工件之間形成機 械鎖定。
9. 根據權利要求3所述的自穿孔銷釘，其特征在于，所述鎖定槽與所 述延伸的銷釘部分寬度相同。
10. 根據權利要求3所述的自穿孔銷釘，其特征在于，所述鎖定槽比 所述延伸的銷釘部分更寬。
11. 根據權利要求3所述的自穿孔銷釘，其特征在于，所述鎖定槽比所述延伸的銷釘部分更窄。
12. 根據權利要求1所述的自穿孔銷釘，其特征在于，所述穿孔表面 包括腿部。
13. —種在工件中安裝自穿孔銷釘的方法，所述方法的特征在于推 動所述自穿孔銷釘穿過所述工件，其中，所述自穿孔銷釘的穿孔環(huán)剪切所 述工件，并且所述自穿孔銷釘的凸緣就位在所述工件上，所述自穿孔銷釘 的延伸的銷釘部分從所述凸緣延伸。
14. 根據權利要求13所述的方法，其特征在于，將推動器與所述凸緣的表面接合，并用所述推動器推所述凸緣以使所述穿孔環(huán)對所述工件進行 穿孔。
15. 根據權利要求13所述的方法，其特征在于，將推動器與所述凸緣 的表面以及所述延伸的銷釘部分的尖端接合，并用所述推動器推所述凸緣 以及所述延伸的銷釘部分的尖端以使所述穿孔環(huán)對所述工件進行穿孔。
16. 根據權利要求14所述的方法，其特征在于，在用所述推動器推所 述自穿孔銷釘的所述凸緣的同時，將模具與所述工件接合。
17. 根據權利要求14所述的方法，其特征在于，在用所述推動器推所 述自穿孔銷釘的所述凸緣的同時，將模具的擠壓環(huán)與所述工件接合。
18. 根據權利要求14所述的方法，其特征在于，將推動器與所述凸緣 的表面接合并用所述推動器推所述凸緣以使所述穿孔環(huán)對所述工件進行穿 孔的步驟包括使用包括受到彈簧加載的內部撞頭的推動器。
19. 根據權利要求13所述的方法，其特征在于，在安裝所述自穿孔銷 釘時，使所述穿孔環(huán)以及所述凸緣的頂側都與所述工件平齊。
20. 根據權利要求13所述的方法，其特征在于，推動所述自穿孔銷釘 穿過所述工件的步驟包括用所述自穿孔銷釘從所述工件的正面穿孔到所述 工件中，而不在所述工件中設置預先形成的孔。
全文摘要
本發(fā)明涉及自穿孔銷釘(10、10a、10b)及其安裝方法。銷釘(10、10a、10b)包括主體部分(12)、穿孔環(huán)(16)、凸緣(24)和布置在穿孔環(huán)(16)與凸緣(24)之間的鎖定槽(26)。傾斜表面(28)設置在穿孔環(huán)(16)與鎖定槽(26)之間。凸緣(24)的頂側(32)大體是平的，使凸緣(24)可設置成與工件(18)平齊，并在安裝銷釘(10、10a、10b)時增強銷釘(10、10a、10b)的側向承載強度。凸緣(24)的底側是斜角、傾斜或平的，從而使安裝過程中發(fā)生位移的材料量最小。在安裝時，穿孔環(huán)(16)剪切工件(18)，工件材料流到銷釘(10、10a、10b)的鎖定槽部分(26)，從而在銷釘(10、10a、10b)與工件(18)之間形成機械鎖定。用推動器(60)和模具(40)來安裝銷釘(10、10a、10b)。
文檔編號B23P11/00GK101421083SQ200780013183
公開日2009年4月29日 申請日期2007年4月11日 優(yōu)先權日2006年4月11日
發(fā)明者保羅·珀迪, 維克托·A·蘭尼 申請人:阿久曼特知識產權有限公司