專利名稱：用于在由復(fù)合材料構(gòu)成的部件中制造孔的方法
用于在由復(fù)合材料構(gòu)成的部件中制造孔的方法本發(fā)明涉及用于在由復(fù)合材料構(gòu)成的部件例如纖維增強(qiáng)塑料零件或織物增強(qiáng)塑料零件中制造孔的方法，并且還涉及用于該目的的刺穿輔助工具。復(fù)合材料經(jīng)常用在大多數(shù)多樣化區(qū)域中并且主要由具有嵌入式纖維增強(qiáng)件的塑料構(gòu)成，除了別的以外，以帶、織物、氈制品和墊子的形式的嵌入式纖維增強(qiáng)件也是已知的。例如，使用玻璃纖維和塑料增強(qiáng)的聚酯樹脂，例如使用碳素纖維增強(qiáng)的環(huán)氧樹脂的汽車車身部件(coachwork part),經(jīng)常用在電動(dòng)車結(jié)構(gòu)中。許多另外的部件,例如控制臺(tái)和包層，同樣地也由這樣的復(fù)合材料制造。當(dāng)將碳素纖維用作增強(qiáng)件時(shí)，經(jīng)常使用碳素纖維的織物，因?yàn)槠淙缓罂梢垣@得在部件的全部方向上的增強(qiáng)。然而，復(fù)合材料的領(lǐng)域決不被限制于玻璃纖維和碳素纖維，存在可以被考慮的許多其他的增強(qiáng)纖維。此外，大多數(shù)多樣化的塑料也可以用作基質(zhì)材料(matrix material)。全部這樣的材料在本文中被一般地描述為復(fù)合材料或纖維增強(qiáng)塑料。其也可以通過通用術(shù)語“有機(jī)片材金屬(organic sheetmetal) ”來描述。該術(shù)語在某些領(lǐng)域中被理解為專業(yè)術(shù)語。復(fù)合材料由任意增強(qiáng)材料或纖維以及任意的塑性可變形或可熔化的基質(zhì)材料構(gòu)成。術(shù)語“復(fù)合材料”根據(jù)本發(fā)明在此使用，且由于該原因，不但包括具有纖維增強(qiáng)的塑料而且還包括例如金屬基質(zhì)材料，例如具有增強(qiáng)材料的鋁，該增強(qiáng)材料例如碳素纖維或陶瓷顆粒。本發(fā)明主要使用那些使用熱塑性材料即熱塑性塑料的復(fù)合材料，作為在低于熔點(diǎn)的提高溫度下軟化或變成漿狀的基質(zhì)材料。然而，不能排除的是，如果硬質(zhì)塑料(duroplastic)在升高的溫度下，即在低于基質(zhì)材料被永久破壞的溫度的溫度下是充分地柔軟的，或者變得柔軟或漿狀，則該硬質(zhì)塑料也可以用作基質(zhì)材料。在本文中被要求保護(hù)的方法也可以用于具有基質(zhì)材料的復(fù)合材料，該基質(zhì)材料實(shí)際上不是熱塑性塑料而是還未達(dá)到其最終狀態(tài)，更確切地，是在其中其使用加熱或不使用加熱來軟化的狀態(tài)下，但是經(jīng)過一段時(shí)間或者通過紫外線或濕度的作用或者相反地通過漸進(jìn)的聚合作用或交聯(lián)，其可以被轉(zhuǎn)移到更硬的狀態(tài)下。例如，為了將相應(yīng)的部件固定到其他零件或?qū)⑵渌慵浇拥嚼w維增強(qiáng)塑料部件，經(jīng)常需要使用具有緊固元件的復(fù)合材料的部件。鉚接元件還有螺栓或螺母元件二者可以被考慮，其可以全部被歸入術(shù)語功能性元件之下。該術(shù)語也適用于同樣可以固定到復(fù)合材料的夾子和軸承。不論是什么形成這樣的功能性元件，總需要對(duì)塑料零件設(shè)置一孔或多個(gè)孔，以使相應(yīng)的期望功能性元件能夠附接，除非螺紋插入件或孔眼在部件的制造期間并入到塑料部件中，然而這是非常費(fèi)時(shí)且復(fù)雜的，并導(dǎo)致另外的費(fèi)用且有時(shí)使得塑料部件的局部增厚成為必需?？椎闹圃熘饕ㄟ^鉆孔過程來實(shí)現(xiàn)，由此出現(xiàn)材料剩余物，例如鉆屑，且復(fù)合材料在鉆孔的區(qū)域中弱化。還可想象的是，沖壓該部件以根據(jù)需要產(chǎn)生孔，由此出現(xiàn)必須被處置掉的以沖壓金屬塊形式的廢料以及該部件的局部弱化。本發(fā)明的目的在于提供使孔能夠至少以大體上無損耗的方式設(shè)置在部件中而不產(chǎn)生該部件的明顯弱化的方法和刺穿輔助工具，一般來說，所述孔特別是用于接納功能性元件，例如鉚釘、鉚接螺栓和鉚接螺母還有螺栓元件和螺母元件的孔。此外，部件在孔的區(qū)域中的顯著弱化不應(yīng)該僅僅是被避免，而是應(yīng)該優(yōu)選進(jìn)行對(duì)孔的區(qū)域的強(qiáng)化。在另外的方面中，該方法應(yīng)該能夠以費(fèi)用有利的方式進(jìn)行，而且刺穿輔助工具應(yīng)該能夠以費(fèi)用有利的方式實(shí)現(xiàn)。為了滿足該目的，最初提到的種類的方法的特征在于，具有相對(duì)地設(shè)置的第一側(cè)和第二側(cè)的部件被以其第一側(cè)放置在具有虹狀隔膜(irisdiaphragm)的支撐件上；沿著軸向方向漸擴(kuò)的尖狀物被從部件的第二側(cè)按壓穿過部件，該部件可選地具有預(yù)刺穿部(pre-piercing)，用于孔的形成或用于預(yù)刺穿部的擴(kuò)大；并且虹狀隔膜具有較小的起始開口，所述起始開口接納尖狀物的較窄區(qū)域并且隨著部件被尖狀物的漸增穿入而打開成較大開口。結(jié)果是，在孔形成期間，部件被從第一側(cè)支撐在盡可能大的面積上。當(dāng)其是尖狀物在軸向方面上漸擴(kuò)的輔助工具時(shí)，這將被理解成尖狀物從尖狀物的前端或頂尖在向后的方向上漸擴(kuò)，該前端或頂尖一般是點(diǎn)或尖銳的或圓形的頂尖。用于在特別地由復(fù)合材料構(gòu)成的部件，例如纖維增強(qiáng)塑料零件或織物增強(qiáng)塑料零件中形成孔的相應(yīng)的刺穿輔助工具的特征在于，刺穿輔助工具是具有可以被壓開成較大開口的較小初始開口的虹狀隔膜。因此，根據(jù)本發(fā)明，復(fù)合材料的部件借助于尖狀物而設(shè)有孔，該尖狀物被按壓穿過部件，同時(shí)部件從下側(cè)且實(shí)際上在總是緊鄰尖狀物的刺穿區(qū)域中被支撐，使得盡可能少的復(fù)合材料可以在尖狀物的側(cè)壁和孔的周邊之間逸出，因?yàn)楹鐮罡裟さ拈_口總是適合于尖狀物在擴(kuò)大孔的區(qū)域中的相應(yīng)直徑或相應(yīng)橫截面形狀。由于使用尖狀物，在孔的區(qū)域中的纖維增強(qiáng)不被破壞到與在鉆孔或沖壓期間的情況下相當(dāng)?shù)某潭龋腋_切地，最多只有少量纖維被分開，且根據(jù)本發(fā)明通常被切去的材料被移到側(cè)部，并且在該處形成同樣地使用纖維增強(qiáng)的增厚區(qū)域。因此，在孔的區(qū)域中以及在其周圍，自動(dòng)地生成部件的纖維增強(qiáng)增厚部。以這種方式，力可以被更好地從功能性元件引入到部件中，而不必?fù)?dān)心在周邊孔的區(qū)域中形成疲勞或裂縫。此外，不產(chǎn)生必須被處理掉的損耗材料并且不產(chǎn)生由于自由的鋒利纖維剩余物引起的對(duì)健康的危險(xiǎn)，因?yàn)檫@些不會(huì)產(chǎn)生。借助于尖狀物和虹狀隔膜實(shí)現(xiàn)整個(gè)刺穿方法確實(shí)是完全可能的，然而，不排除實(shí)施預(yù)刺穿部。例如，該類型的預(yù)刺穿部可以在制造纖維增強(qiáng)部件期間在壓機(jī)中或在鉆孔過程中產(chǎn)生，例如，當(dāng)該纖維增強(qiáng)部件相對(duì)于另一個(gè)部件的預(yù)定位或預(yù)定心的類型或反之亦然必須通過預(yù)刺穿部來保證時(shí)。優(yōu)選地使用形成被接納在支撐件中的沖模母模的一部分的虹狀隔膜，其中沖模母模的面對(duì)該部件的端面是與支撐件的局部平面以區(qū)域方式(area-wise)齊平的或者被布置成從該支撐件回縮。以區(qū)域方式齊平的布置是有利的，因?yàn)槔w維增強(qiáng)塑料材料不能向下逃逸，而是在部件的上側(cè)處發(fā)生前述增厚，可以說纖維增強(qiáng)塑料在該處膨脹。部件在該區(qū)域中的全部面積支撐也具有虹狀隔膜的隔膜段被更好地支撐以抵抗傾斜運(yùn)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)。然而，沖模母模的端面或虹狀隔膜的稍微后縮布置在某些情況下是有用的，例如，當(dāng)在部件的下側(cè)處需要增厚部分時(shí)。然而，應(yīng)該然后做出以下預(yù)防措施，即例如通過提供圓形邊緣使纖維增強(qiáng)塑料零件不在外圍邊緣處被剪切，以及隔膜段被防止傾斜運(yùn)動(dòng)，例如，在于沖模母模的隔膜段孔隙的支撐區(qū)域的表面被制成為顯著地大于在該孔隙的區(qū)域中的表面，或者在于各段具有被設(shè)置成與支撐件以區(qū)域方式齊平的外肩部。當(dāng)在這里談到“下側(cè)”和“支撐件”或“支撐”時(shí)，這只涉及部件的表示，且的確以這種方式，其被布置在支撐件或虹狀隔膜上或者在那里被支撐在底部處，如

圖1所示。在實(shí)踐中，部件可以具有任何所需的定向，例如，使得支撐件被布置在部件上方，且尖狀物從下面布置，或者實(shí)際上使得部件具有任何所需的傾斜位置。施加在尖狀物上的力可以以壓機(jī)的形式、通過夾具、通過機(jī)器人、借助于具有動(dòng)力單元的C框架或以諸如手扳壓機(jī)或柱式鉆床(壓鉆機(jī))的工具或者以其他方式來應(yīng)用。在部件的每次刺穿后，虹狀隔膜優(yōu)選地從較大開口自動(dòng)重置到較小開口。當(dāng)部件至少在刺穿區(qū)域中被加熱到復(fù)合材料的基質(zhì)材料不會(huì)熔化而是軟化或變成漿狀的依賴于該基質(zhì)材料的溫度時(shí)，這是特別地有利的，例如，當(dāng)材料為PA6時(shí)在260°C的溫度下。用于在特別地由復(fù)合材料構(gòu)成的部件中形成孔的輔助裝置例如刺穿輔助工具的更好特征在于，虹狀隔膜具有至少兩個(gè)到十二個(gè)可移動(dòng)地布置的隔膜段，其被布置在一個(gè)平面或多個(gè)平面中且優(yōu)選地在兩個(gè)平面中。當(dāng)設(shè)置了兩個(gè)相互可移動(dòng)的隔膜段時(shí)，這是足夠的。不需要擔(dān)心如纖維增強(qiáng)塑料材料在隔膜段處在尖狀物的相應(yīng)的橫截面的區(qū)域中脫離的問題。例如，當(dāng)兩個(gè)隔膜段各自具有一起形成正方形開口的V形開口或者各自具有共同地形成六角形開口的半六角形開口時(shí)，可以使用兩個(gè)這樣的隔膜段。正方形開口和六角形開口代表對(duì)圓形形狀的非不合理調(diào)整，且確實(shí)使得虹狀隔膜的相應(yīng)的開口在尖狀物的漸進(jìn)穿入期間隨著尖狀物的圓形形狀發(fā)展。然而，使用兩個(gè)重疊的隔膜段是多少有些問題的，因?yàn)槠浔仨氈辽俨糠值匚挥趦蓚€(gè)平面中，由此形成臺(tái)階，其可以引起部件中的相應(yīng)臺(tái)階。然而，隔膜段可以被相對(duì)薄地制造且這類臺(tái)階可以保持非常小?？梢苿?dòng)地布置的段優(yōu)選被引導(dǎo)地布置在沖模母模主體的一安裝部或多個(gè)安裝部中。以這種方式，隔膜段可以以良好有序的方式安置以免受損失，并且也可以被同步地引導(dǎo)且是彈性地可重置的。為了該目的，對(duì)于隔膜段在兩個(gè)平面中的布置，一個(gè)安裝部可以在沖模母模主體的面對(duì)部件的端面中形成，且第二安裝部可以在待被布置或已布置在沖模母模主體的該端面上或凹進(jìn)在該端面內(nèi)的盤狀物中形成。這表示對(duì)于將隔膜段安置在兩個(gè)平面中來說簡(jiǎn)單但有效的可能性。如已經(jīng)解釋過的，用于一個(gè)安裝部的盤狀物的使用允許該安裝部相對(duì)于沖模母模主體的安裝部旋轉(zhuǎn)，這是特別地有利的。虹狀隔膜的隔膜段優(yōu)選每個(gè)被偏置到其中其形成較小的起始開口的位置中。這種偏置確保了，在例如借助于壓機(jī)或另一種工具的沖程引起的刺穿過程之后，虹狀隔膜自動(dòng)地采取用于另外的刺穿過程的起始位置，該另外的刺穿過程利用新部件并利用工具的另外沖程。優(yōu)選地，設(shè)置了使隔膜段的運(yùn)動(dòng)同步的同步設(shè)備。以這種方式，可以確保虹狀隔膜的分別的開口或開口尺寸與尖狀物的相應(yīng)的橫截面形狀和橫截面尺寸匹配。為了該目的，可得到多種可能性。例如，當(dāng)對(duì)隔膜段進(jìn)行引導(dǎo)時(shí)，同步設(shè)備可以由在軸向方向上自身變寬的尖狀物形成，使得隔膜段被安裝部的周邊壁或另外在由尖狀物從內(nèi)部施加的壓力的作用下引導(dǎo)。也可以在隔膜段處附接或設(shè)置在安裝部的側(cè)壁中的相應(yīng)孔中被引導(dǎo)的銷。與孔形成是同步地可移動(dòng)的強(qiáng)制引導(dǎo)件可以被考慮用于同步設(shè)備。例如，具有接合在隔膜段的彎曲螺旋凹槽段中的銷的旋轉(zhuǎn)環(huán)可以借助于合適的步進(jìn)電機(jī)或機(jī)械機(jī)構(gòu)與尖狀物的軸向運(yùn)動(dòng)同步地旋轉(zhuǎn)。特別有利的是，當(dāng)隔膜段位于第一平面和第二平面中，第一平面的隔膜段形成大體上多邊形的孔，用于第二平面的隔膜段形成至少大體上多邊形的孔，且第一平面的多邊形孔相對(duì)于第二平面的多邊形孔偏移多邊形孔的一半邊長(zhǎng)。通過這類布置，六角形開口可以由在兩個(gè)平面中的每個(gè)中使用三個(gè)隔膜段的虹狀隔膜或隔膜段來形成，這代表對(duì)圓錐形尖狀物的圓形橫截面的良好逼近。通過在每個(gè)平面中的四個(gè)隔膜段，可以實(shí)現(xiàn)虹狀隔膜的八角形開口，這使得對(duì)圓錐形尖狀物的圓形橫截面的甚至更好的逼近成為可能。通過在每個(gè)平面中具有四個(gè)隔膜段的這類布置，每個(gè)平面的隔膜段被布置在至少大體正方形的安裝部中且每個(gè)隔膜段可以被執(zhí)行，除了圓形拐角區(qū)域之外，具有四條直邊且實(shí)際上兩條較長(zhǎng)邊和兩條較短邊，其中第一對(duì)彼此形成直角且第二對(duì)彼此形成直角，隔膜段的四個(gè)封閉角(enclosedangle)中的兩個(gè)另外的封閉角達(dá)到45°和135°。當(dāng)刺穿輔助工具與尖狀物結(jié)合設(shè)置時(shí)，這是特別有利的，該尖狀物由銷的軸部分的自由端面形成或者形成為輔助尖狀物，且其中該結(jié)合的特征在于，尖狀物或輔助尖狀物在尖狀物或輔助尖狀物的縱向方向上的橫截面形狀和橫截面尺寸總是匹配于虹狀隔膜的擴(kuò)展開口的相應(yīng)的橫截面形狀和橫截面尺寸。換言之，發(fā)生尖狀物的橫截面形狀和橫截面尺寸與虹狀隔膜的開口的橫截面形狀和橫截面尺寸的適應(yīng)，使得獨(dú)立于虹狀隔膜被尖狀物或輔助尖狀物穿入的程度，尖狀物或輔助尖狀物在虹狀隔膜的開口的區(qū)域中的橫截面形狀和橫截面尺寸總是與相應(yīng)的開口的橫截面形狀和橫截面尺寸一致。由于該設(shè)計(jì)，尖狀物或輔助尖狀物的橫截面總是填充虹狀隔膜的相應(yīng)的開口，使得不存在復(fù)合材料的材料可以憑借其穿過虹狀隔膜逃逸的相應(yīng)開口的拐角或其它區(qū)域。當(dāng)虹狀隔膜裝有兩個(gè)隔膜段且尖狀物或輔助尖狀物具有鴨喙形狀時(shí)，如剛剛解釋過的概念可以被特別有利地實(shí)現(xiàn)。使用這樣的實(shí)施方式，隔膜段可以每個(gè)由具有圓形孔的板形成，其中一個(gè)板是在另一個(gè)板上可滑動(dòng)的。這類布置可以被特別有利地實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橄鄳?yīng)的孔僅僅需要被鉆孔或沖出。此外，板僅僅需要相對(duì)于彼此在一個(gè)方向上滑動(dòng)，由此板的引導(dǎo)和板的重置可以特別簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)。將在下面參考關(guān)于附圖的實(shí)施方式更詳細(xì)地解釋本發(fā)明，在附圖中示出了:圖1A到IC是用于表示根據(jù)本發(fā)明的方法的原理的一系列圖，具有該方法的相應(yīng)的三個(gè)階段，圖2A到2F是用于圖示以具有虹狀隔膜的沖模母模的形式的根據(jù)本發(fā)明的刺穿輔助工具的設(shè)計(jì)的原理的一系列圖，其中具有上盤狀物的透視圖示(圖2A)、四個(gè)隔膜段的第一布置的透視圖示(圖2B)、四個(gè)隔膜段的第二布置的透視圖示(圖2C)、沖模母模主體的透視圖示(圖2D)以及具有帶有在閉合位置中的虹狀隔膜的組裝沖模母模的透視圖示(圖2E)和帶有在打開位置中的虹狀隔膜的組裝沖模母模的透視圖示(圖2F)，圖3A到3C是在透視圖(圖3A)中、在輔助尖狀物的側(cè)部上的平面圖(圖3B)中以及在垂直于圖3B的平面圖的側(cè)視圖(圖3C)中的根據(jù)本發(fā)明的輔助尖狀物的實(shí)施方式，圖4A到4C是借助于根據(jù)圖3A到3C的輔助尖狀物刺穿復(fù)合材料的三個(gè)階段。參考數(shù)字列表10_2L12 部件14、16 側(cè)18_虹狀隔膜、刺穿輔助工具20_支撐件、沖模母模22_軸向方向、縱向方向24_尖狀物、輔助尖狀物26_尖狀物或輔助尖狀物24的自由端28 較小開口、起始開口30 狹窄區(qū)域32 較大開口34 端面36_隔膜段38 箭頭方向40 工具42 局部h伽丨44 壓具構(gòu)件46 下端面48 圓梓形區(qū)域52 增厚部分60_隔膜段60A 板、隔膜段60B_板、隔膜段61A 板60A的圓形開口61B 板60B的圓形開口62__IH方形安裝部、開口64 沖樽母樽豐體66 鉆孔68,、70 側(cè)部72、74、76、78 側(cè)表面80__IH 方形開口
82 安裝部
84 盤狀物86 肩部88 位置90 多邊形孔92A h板60A的移動(dòng)方向92B 下板60B的移動(dòng)方向92A'上板60A的移動(dòng)的相反方向92B'下板60B的移動(dòng)的相反方向94_輔助尖狀物24的具有兩個(gè)圈的最大重疊的位置參考圖1A到1C，將更詳細(xì)地解釋用于在由復(fù)合材料構(gòu)成的部件12，例如纖維增強(qiáng)塑料零件或織物增強(qiáng)塑料零件中制造孔10的方法。部件12具有相對(duì)地布置的第一側(cè)14和第二側(cè)16，且在其第一側(cè)14處支撐在具有虹狀隔膜18的支撐件20上。沿著軸向方向22變得漸進(jìn)地變寬的尖狀物24被按壓穿過部件12 (其可能具有預(yù)刺穿部-然而未顯示預(yù)刺穿部)，以用于形成孔10或者用于擴(kuò)大該預(yù)刺穿部。虹狀隔膜18具有較小的初始開口 28，其接納尖狀物24的較窄區(qū)域并且隨著部件被尖狀物的漸進(jìn)穿入而變成較大開口 32，由此該部件在孔形成期間總是從第一側(cè)14被支撐在可能的最完全區(qū)域上，部分地由支撐件20的端面34且部分地由虹狀隔膜的隔膜段36的上側(cè)支撐。沿著箭頭38的方向施加到尖狀物上的力可以以壓機(jī)的方式、通過一對(duì)夾具、通過機(jī)器人、借助于具有動(dòng)力單元的C框架或以諸如手扳壓機(jī)或柱式鉆床(壓鉆機(jī))的另外的工具或者以其他方式來應(yīng)用。在這方面，支撐件20被支撐在相應(yīng)的工具的基板或類似物上，且該部件在尖狀物的壓力下被抵著沖模母?；蚋裟ざ?6的上側(cè)34按壓，如圖1B所示。如所示出的，支撐件20可以由沖模母模形成或者單獨(dú)地由沖模母模主體形成，沖模母?？梢员徊⑷氲皆趫D1B中以點(diǎn)劃線的形式示意性地畫出的桌或下工具40的開口中，且實(shí)際上優(yōu)選使得沖模母模的上側(cè)34位于與另外的支撐件或工具40的局部上側(cè)42以區(qū)域方式齊平。工具40的另外的支撐件的該上側(cè)也可以具有與部件12的可能存在的三維成形匹配的三維形狀(未示出)。此外，尖狀物可以被壓具構(gòu)件44環(huán)繞，壓具構(gòu)件44 一方面弓I導(dǎo)尖狀物且另一方面在圖1A中向下偏置，類似于在片材金屬零件的加工中的片材金屬壓具構(gòu)件，使得壓具構(gòu)件44的下端面46抵著沖模母模的上側(cè)34和/或另外的支撐件40的上側(cè)42按壓部件12并在刺穿過程期間保持部件12不可移動(dòng)。刺穿過程進(jìn)行，直到完成孔10 (圖1C)符合期望直徑，該期望直徑通常是尖狀物在圓柱形區(qū)域48中的尺寸，然而如果尖狀物的沖程h被相應(yīng)地限制，則期望直徑也可以更小。尖狀物24的漸擴(kuò)形狀最終使得用一個(gè)尖狀物制造不同尺寸的孔10成為可能。僅僅需要合適地選擇沖程h。因此，虹狀隔膜18在該實(shí)例中形成被接納在支撐件40中的沖模母模20的一部分，其中沖模母模的面對(duì)部件12的第一側(cè)的端面36分別與支撐件20或40的局部平面以區(qū)域方式齊平。通過該方法的所解釋設(shè)計(jì)，尖狀物24的前端或稍微圓的端部按壓穿過纖維增強(qiáng)塑料并將具有嵌入在其中的增強(qiáng)材料的塑料材料移動(dòng)到側(cè)部，并且由于部件12其自身不允許材料的任何顯著的徑向運(yùn)動(dòng)，所以將塑料材料向上移動(dòng)，這引起部件12的增厚部分52和增強(qiáng)部，如圖1C所示。在增厚部分的區(qū)域中以及圍繞孔10的邊緣存在的材料處于具有環(huán)向應(yīng)力的壓縮壓力下，并提供抵抗在該區(qū)域中的疲勞和裂縫形成的相當(dāng)大的安全性。由于(纖維增強(qiáng)的)增厚部分52導(dǎo)致的在該區(qū)域中的增加強(qiáng)度同樣是有利的。部件12被尖狀物的穿入以只有少數(shù)增強(qiáng)纖維分開的方式發(fā)生，使得不必?fù)?dān)心在該區(qū)域中的弱化。此外，尖狀物24隨著逐步穿入部件而按壓虹狀隔膜，即其隔膜段，使其漸進(jìn)地進(jìn)一步打開，使得其開口從最小開口 28變化到根據(jù)圖1B的最大開口。如將稍后更詳細(xì)地解釋的，單個(gè)隔膜段的移動(dòng)被通過隔膜段的強(qiáng)制引導(dǎo)有利的尖狀物同步化。在部件的每次刺穿后，虹狀隔膜或其隔膜段從圖1B的最大開口 32復(fù)原到依據(jù)圖1A的較小開口 28。這可以最后手動(dòng)地進(jìn)行，但是最好通過合適的重置設(shè)備例如合適布置的彈簧或類似物(未示出)來進(jìn)行?，F(xiàn)在將參考圖2A到2D描述具有虹狀隔膜18的輔助工具(刺穿輔助工具)以及相關(guān)的沖模母模主體20的設(shè)計(jì)的第一實(shí)施方式。在該方面，已經(jīng)描述的特征以相同的參考數(shù)字來表示，并且將理解，對(duì)于已經(jīng)描述的零件或特征的前述描述也適合于另外的圖且無需不必要地重復(fù)，除非規(guī)定了相反情況。如圖2B所示，刺穿輔助工具包括具有上平面的虹狀隔膜18，該虹狀隔膜18具有形成正方形開口 62的四個(gè)隔膜段60，其中具有可以被壓開成較大開口的較小初始開口 28。圖2E和2F示出了在具有較小起始開口 28的虹狀隔膜18的關(guān)閉狀態(tài)下的刺穿輔助工具(圖2E)并且還借助于箭頭示出了隔膜段如何可以通過尖狀物24壓開成圖2F的較大開口 32。圖2A到2F中示出的虹狀隔膜具有布置在兩個(gè)平面中的八個(gè)可移動(dòng)地布置的隔膜段60。如還從圖2C和2D明顯的，該四個(gè)下部可移動(dòng)地布置的段60布置在沖模母模主體64的正方形安裝部62中。在沖模母模主體或者安裝部62的中心處存在鉆孔66，鉆孔66具有稍微大于尖狀物64的圓柱形區(qū)域的直徑的直徑。隔膜段60的側(cè)部68和70在安裝部的側(cè)表面72、74、76和78的側(cè)部處滑動(dòng)，且隔膜段由側(cè)表面引導(dǎo)。圖2C的隔膜段60在其互相面對(duì)的側(cè)部處形成正方形開口 80，正方形開口 80的尺寸可以通過隔膜段60在依據(jù)雙箭頭的一個(gè)或另一個(gè)方向上移動(dòng)而變成更小或擴(kuò)大。在圖2A到2F中的正方形開口 80以及還有其它正方形部分和特征看上去是矩形的，然而，這僅僅歸因于透視表示法。布置在盤狀物84 (圖2A)的第二正方形安裝部82中的圖2B的另外四個(gè)隔膜段60在平面圖中根據(jù)圖2C的隔膜段形成，但是在上側(cè)處具有肩部86，肩部86設(shè)置在盤狀物84下方并且能夠在其下側(cè)處滑動(dòng)。由肩部86形成的臺(tái)階的水平相應(yīng)于盤狀物84的厚度。盤狀物84的正方形開口 82的尺寸稍微小于沖模母模主體64的正方形安裝部63的尺寸。盤狀物84在點(diǎn)88處借助于四個(gè)平頂埋頭螺栓擰到?jīng)_模母模主體中。盤狀物84在此處具有與沖模母模主體64相同的直徑，然而也可以做成更小且以凹進(jìn)的方式布置在沖模母模主體64的端面中的圓形凹部中。從圖2A和2D可看出，盤狀物84相對(duì)于沖模母模主體64旋轉(zhuǎn)了 45°，且安裝部82相對(duì)于安裝部74旋轉(zhuǎn)了 45°。以這種方式，上隔膜段60的正方形開口 90相對(duì)于下隔膜段的正方形開口 80旋轉(zhuǎn)了 45°，由此產(chǎn)生組裝狀態(tài)下的八角形孔。如可以從圖2F看到的，這代表對(duì)尖狀物24的圓形橫截面的良好逼近并阻止基質(zhì)材料在軸向方向上向下逃逸非常大的程度。隔膜段被免受損失，而是在安裝部82內(nèi)被設(shè)置在隔膜段60的上平面的外側(cè)處的位于盤狀物84下方的肩部86可位移地引導(dǎo)。虹狀隔膜的隔膜段被相應(yīng)地偏置到其中它們形成較小的起始開口的位置中。為了此目的，可以設(shè)置在圖2F的箭頭方向上作用的彈簧。這類彈簧偏置也可以通過圍繞隔膜段的環(huán)形彈簧來實(shí)現(xiàn)，或者例如，通過分別布置在隔膜段的側(cè)部68和安裝部62或82的相對(duì)地設(shè)置的壁區(qū)域之間的各個(gè)弓形彈簧片來實(shí)現(xiàn)。安裝部62和82的側(cè)壁形成強(qiáng)制引導(dǎo)件或同步設(shè)備的類型，其確保了隔膜段同步地移動(dòng)，尤其是在重置運(yùn)動(dòng)期間以及在孔形成期間。上述實(shí)施方式的結(jié)果將在下列事實(shí)中看出:隔膜段60位于第一平面和第二平面中；第一平面(圖2B)的隔膜段60形成大體多邊形的孔90 ;第二平面(圖2C)的隔膜段同樣地形成大體多邊形的孔80 ;并且第一平面的多邊形孔90相對(duì)于第二平面的多邊形孔80有角度地偏置多邊形孔90的一半邊長(zhǎng)。此外，明顯地，除了圓形拐角區(qū)域之外，每個(gè)隔膜段60具有五條直邊，其中三條邊共同地形成兩個(gè)每個(gè)90°的封閉角，且兩條另外的邊形成V形狀并同樣地具有90°的封閉角，隔膜段的兩個(gè)另外的封閉角每個(gè)達(dá)到135°。也應(yīng)注意以下事實(shí):如從圖2A和2F明顯的，隔膜段必須在分別的安裝部62和82的側(cè)壁之間具有某一橫向間隙，以確保所需的移動(dòng)性。第一平面的隔膜段80在第二平面的隔膜段上滑動(dòng)，且這些進(jìn)而在安裝部62的基底表面上滑動(dòng)。加熱器未在附圖中示出，由此至少在刺穿區(qū)域中，部件可以被保持或者可以被加熱到依賴于基質(zhì)材料的溫度，在依賴于基質(zhì)材料的溫度下，復(fù)合材料的基質(zhì)材料不熔化而是軟化或變成漿狀，例如，當(dāng)材料為PA6時(shí)被加熱到260°C的溫度。該加熱器可以將尖狀物24和支撐件20保持在所需的操作溫度下。尖狀物24可以是專門用于刺穿過程且重復(fù)地可使用的尖狀物。然而，其也可以由是螺栓元件的一部分且可以例如存在于螺栓元件的軸部分的自由端處的尖狀物形成，如在本申請(qǐng)人的具有代理文件參考號(hào)P10445PDE的同時(shí)遞交的德國(guó)專利申請(qǐng)中描述的，該德國(guó)專利申請(qǐng)的內(nèi)容據(jù)此成為本申請(qǐng)的內(nèi)容的一部分。因?yàn)槊總€(gè)螺栓元件具有其自己的尖狀物，所以對(duì)于刺穿過程來說，尖狀物不能重復(fù)利用，這是因?yàn)槁菟ㄔS后以形狀配合的方式連接到部件且原則上與該部件不可分離。此外，尖狀物可以由與中空元件一起使用的輔助尖狀物形成，該中空元件例如螺母元件，如在本申請(qǐng)人的具有代理文件參考號(hào)P10443TOE和P10446PDE的同時(shí)遞交的德國(guó)專利申請(qǐng)中描述的，該德國(guó)專利申請(qǐng)的內(nèi)容據(jù)此成為本申請(qǐng)的內(nèi)容的一部分。例如，該種類的輔助尖狀物也可以在其是前期打孔器的類型或被僅僅寬松地插入到中空元件的中心通道中時(shí)被使用?？蛇x擇地，其可以是可在刺穿過程之后丟棄的一次性輔助尖狀物。這樣的一次性輔助尖狀物可以最后被收集并送回用于中空元件的其中尖狀物可以被重復(fù)利用的工廠，由此避免了不必要的浪費(fèi)?，F(xiàn)在將參考圖3A到3C和圖4A到4C來描述本發(fā)明的特別有利的實(shí)施方式。在這些附圖中，相同的參考數(shù)字用于如之前關(guān)于圖1A到IC和圖2A到2F所使用的零件或方向，并且將理解，對(duì)這些零件和方向的在先解釋也適用于圖3A到3C和圖4A到4C的實(shí)施方式，除非有相反的規(guī)定。該約定也適用于整個(gè)說明書。如圖4A到4C所示出的，使用以具有結(jié)合尖狀物24的虹狀隔膜18的沖模母模形式的刺穿輔助工具，尖狀物24由螺栓(未示出)的軸部分的自由端形成或者被形成為如圖3A到3C所示的輔助尖狀物24。如從圖4A到4C可以看出的，在尖狀物或輔助尖狀物的縱向方向上，輔助尖狀物24的尖狀物的橫截面形狀或橫截面尺寸總是匹配于虹狀隔膜的加寬開口 28、32的相應(yīng)的橫截面形狀和橫截面尺寸。輔助尖狀物其自身在圖3A到3C中示出，同時(shí)虹狀隔膜18的組合就其本身而論示出在圖4A到4C中的三個(gè)不同刺穿過程階段中，然而，不具有復(fù)合材料。在圖3A到3C的實(shí)施方式中，尖狀物或輔助尖狀物24近似地具有鴨嘴的形狀。垂直于輔助尖狀物24的縱向方向22的每個(gè)橫截面由兩個(gè)重疊的圓弧形成，其中，在輔助尖狀物的縱向方向22上的重疊程度根據(jù)板60A和60B的兩個(gè)圓形孔61A和61B的重疊程度從最小端開始漸進(jìn)地增加。在全部重疊的位置94處，輔助尖狀物24于是具有圓形橫截面，該圓形橫截面具有分別等于或稍微小于兩個(gè)板60A和60B的圓形孔61A和61B的直徑的直徑。如可以從圖4A到4C看到的，尖狀物24的橫截面形狀和橫截面尺寸與虹狀隔膜18的開口 28、32的橫截面形狀和橫截面尺寸的匹配以如此方式發(fā)生使得，獨(dú)立于虹狀隔膜18被尖狀物或輔助尖狀物穿入的程度，尖狀物或輔助尖狀物24在虹狀隔膜18的開口 28、32的區(qū)域中的橫截面形狀和橫截面尺寸總是與相應(yīng)的開口 28、32的橫截面形狀和橫截面
尺寸一致。在圖4A到4C的特定實(shí)施方式中，虹狀隔膜18裝有兩個(gè)隔膜段60A和60B，每個(gè)由分別具有圓形孔6IA和6IB的板形成，其中一個(gè)板60A能夠在下板60B上滑動(dòng)。在圖4A中示出的狀態(tài)下，輔助尖狀物的自由端26位于虹狀隔膜的最小開口 28中，最小開口 28通過上板60A的圓形孔6IA和下板60B的圓形孔6IB的重疊而形成。應(yīng)注意，不存在復(fù)合材料的材料可以通過其逸出的自由端或其它自由區(qū)域。在這里未示出復(fù)合材料，然而，其根據(jù)圖1B位于虹狀隔膜的上側(cè)上。兩個(gè)板隨著尖狀物的逐漸穿入是沿著箭頭方向92A和92B遠(yuǎn)離彼此可移動(dòng)的，從圖4A的起始位置開始，例如經(jīng)由根據(jù)圖4B的中間位置，到根據(jù)圖4C的端部位置中?？煽闯觯趫D4B的位置中，同樣地在由虹狀隔膜18的板的擴(kuò)大重疊所形成的開口和輔助尖狀物24在該開口的區(qū)域中的相應(yīng)的橫截面之間沒有自由拐角或其它區(qū)域。這也適用于根據(jù)圖4C的端部位置并且也適用于圖4A和圖4C的位置之間的全部中間位置，在根據(jù)圖4C的該端部位置中，輔助尖狀物的圓形區(qū)域完全地填充兩個(gè)板中的現(xiàn)在彼此完全對(duì)齊的圓形開口。板60A和60B可以從根據(jù)圖4C的最大重疊位置沿著相反的箭頭方向92A'和92B'重置。因?yàn)閮蓚€(gè)板的相對(duì)運(yùn)動(dòng)僅僅依照箭頭92A、92B、92A'和92B'在一個(gè)方向和在相反的方向上進(jìn)行，所以可以非常簡(jiǎn)單地引起對(duì)兩個(gè)板的引導(dǎo)。例如，較厚下板60B可以在沖模母模主體(同樣未示出但類似于沖模母模主體64)的自由端面中的平坦縱向凹槽(未示出)中被引導(dǎo)，且較薄上板60A可以在覆蓋盤狀物(也未示出，但類似于圖2A的覆蓋盤狀物84)的下側(cè)中的相應(yīng)的平坦凹槽中被引導(dǎo)，該覆蓋盤狀物固定到?jīng)_模母模主體64，例如，借助于在圖2A中以88指示的螺釘。該兩個(gè)盤狀物的重置也特別易于實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橹刂迷O(shè)備或彈簧只需要在一個(gè)方向上作用。還應(yīng)該可想象的是，使用兩個(gè)條或循環(huán)帶來代替兩個(gè)板，該兩個(gè)條或循環(huán)帶設(shè)有多個(gè)圓形孔，例如61A和61B，且在可能使用的壓機(jī)的每個(gè)沖程之后，該兩個(gè)條或循環(huán)帶被進(jìn)一步輸送一個(gè)孔間距，以與輔助尖狀物合作。對(duì)于壓機(jī)的每個(gè)沖程來說，新的部件將在孔形成時(shí)被刺穿，相同部件在沖程之間移動(dòng)。 最后，應(yīng)該指出，使用其橫截面形狀或橫截面尺寸與虹狀隔膜18的開口的形狀和尺寸匹配的尖狀物或輔助尖狀物64的概念，決不被限制于只具有兩個(gè)隔膜段的虹狀隔膜18，而是更確切地，原則上可以用于具有三個(gè)、四個(gè)或更多的隔膜段的虹狀隔膜的所有可能設(shè)計(jì)。
權(quán)利要求
1.一種用于在部件(12)中制造孔(10)的方法，所述部件(12)由復(fù)合材料構(gòu)成，所述部件(12)例如為纖維增強(qiáng)塑料零件或織物增強(qiáng)塑料零件，其特征在于:具有相對(duì)地設(shè)置的第一側(cè)(14)和第二側(cè)(16)的所述部件(12)以其第一側(cè)(14)放置在具有虹狀隔膜(18)的支撐件(20)上；在軸向方向(22)上漸擴(kuò)的尖狀物(24)從所述部件(12)的所述第二側(cè)(16)按壓穿過所述部件(12)，所述部件(12)可選地具有預(yù)刺穿部，用于所述孔(10)的形成或用于所述預(yù)刺穿部的擴(kuò)大；并且所述虹狀隔膜(18)具有較小的起始開口(28)，所述較小的起始開口(28)接納所述尖狀物的較窄區(qū)域并且通過所述尖狀物漸增地穿入所述部件而打開成較大開口(32)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使用形成被接納在所述支撐件中的沖模母模(20)的一部分 的虹狀隔膜(18)，所述沖模母模(20)的面對(duì)所述部件(12)的所述第一側(cè)(14)的端面以區(qū)域方式與所述支撐件(20)的局部平面齊平或者被布置成從所述支撐件(20)回縮。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述虹狀隔膜(18)在每次刺穿所述部件(12)之后從所述較大開口(32)重置成所述較小開口(28)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述部件(12)至少在刺穿區(qū)域中被加熱到依賴于基質(zhì)材料的溫度，在該依賴于基質(zhì)材料的溫度下，所述復(fù)合材料的基質(zhì)材料不熔化而是軟化或變成漿狀，例如，當(dāng)材料為PA6時(shí)被加熱到260°C的溫度。
5.一種用于在部件(12)中形成孔的刺穿輔助工具，所述部件(12)特別地由復(fù)合材料構(gòu)成，所述部件(12)例如為纖維增強(qiáng)塑料零件或織物增強(qiáng)塑料零件，其特征在于，所述刺穿輔助工具是具有能夠被按壓而打開成較大開口(32)的較小初始開口(28)的虹狀隔膜(18)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的刺穿輔助工具，其特征在于，所述虹狀隔膜(18)具有至少兩個(gè)到十二個(gè)可移動(dòng)地布置的隔膜段(36、60)，所述可移動(dòng)地布置的隔膜段(36、60)位于一個(gè)平面或多個(gè)平面中且優(yōu)選地布置在兩個(gè)平面中。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或權(quán)利要求6所述的刺穿輔助工具，其特征在于，所述可移動(dòng)地布置的隔膜段(36、60)布置在沖模母模主體￠4)的安裝部或多個(gè)安裝部中且優(yōu)選被引導(dǎo)地布置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的刺穿輔助工具，其特征在于，一個(gè)安裝部形成在沖模母模主體(64)的面對(duì)所述部件(12)的端面中，并且第二安裝部在待被布置在所述沖模母模主體(64)的所述端面上或者被布置在所述沖模母模主體￠4)的所述端面上的盤狀物中形成，且所述盤狀物能夠借助于螺釘固定到所述沖模母模主體(64)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的刺穿輔助工具，其特征在于，所述虹狀隔膜(18)的被布置在具有安裝部的所述盤狀物中的所述隔膜段(36、60)在外側(cè)處具有位于所述盤狀物下方的肩部，由此所述隔膜段(36、60)在所述安裝部?jī)?nèi)被以防止損失的方式但可位移地引導(dǎo)。
10.根據(jù)權(quán)利要求5到9中任一項(xiàng)所述的刺穿輔助工具，其特征在于，所述虹狀隔膜(18)的所述隔膜段(36、60)每個(gè)被偏置到其中所述隔膜段(36、60)形成較小的起始開口(28)的位置中或者能夠每個(gè)被偏置到其中所述隔膜段(36、60)形成較小的起始開口(28)的位置中。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求5到10中任一項(xiàng)所述的刺穿輔助工具，其特征在于，設(shè)置了使所述隔膜段(60)的運(yùn)動(dòng)同步的同步設(shè)備。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的刺穿輔助工具，其特征在于，所述同步設(shè)備至少部分地由在軸向方向上漸擴(kuò)的尖狀物形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的刺穿輔助工具，其特征在于，所述同步設(shè)備由接納所述隔膜段的一個(gè)安裝部或多個(gè)安裝部的周邊形狀形成。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的刺穿輔助工具，其特征在于，所述同步設(shè)備包括與所述孔的形成是同步地可移動(dòng)的強(qiáng)制引導(dǎo)件。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的刺穿輔助工具，其特征在于:所述隔膜段位于第一平面和第二平面中；所述第一平面的所述隔膜段形成至少大體上多邊形的孔；所述第二平面的所述隔膜段形成至少大體上多邊形的孔；且所述第一平面的所述多邊形的孔相對(duì)于所述第二平面的所述多邊形的孔有角度地偏移所述多邊形的孔的一半邊長(zhǎng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的刺穿輔助工具，其特征在于:在每個(gè)平面上有四個(gè)隔膜段；每個(gè)平面的所述隔膜段布置在大體正方形的安裝部中；并且除了圓形拐角區(qū)域之外，每個(gè)隔膜段還具有五條直邊，其中三條邊彼此形成兩個(gè)每個(gè)90°的封閉角，且兩條另外的邊形成V形狀并同樣具有90°的夾角，其中兩個(gè)另外的夾角每個(gè)達(dá)到135°。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的刺穿輔助工具，其特征在于，所述刺穿輔助工具具有加熱器，由此所述部件能夠在刺穿區(qū)域中被保持或加熱到依賴于基質(zhì)材料的溫度，在該依賴于基質(zhì)材料的溫度下，所述復(fù)合材料的基質(zhì)材料不熔化而是軟化或?yàn)闈{狀，例如，當(dāng)材料為PA6時(shí)被加熱到260°C的溫度。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求5到17中任一項(xiàng)所述的刺穿輔助工具，所述刺穿輔助工具與尖狀物結(jié)合，所述尖狀物由螺栓的軸部分的自由端面形成或者形成為輔助尖狀物，其特征在于，所述尖狀物或所述輔助尖狀物在所述尖狀物或所述輔助尖狀物的縱向方向上的橫截面形狀和橫截面尺寸總是 匹配于所述虹狀隔膜的擴(kuò)大開口的相應(yīng)的橫截面形狀和橫截面尺寸。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的刺穿輔助工具，其特征在于，所述尖狀物的橫截面形狀和尺寸與所述虹狀隔膜的所述開口的橫截面形狀和尺寸的匹配發(fā)生使得，獨(dú)立于所述虹狀隔膜被所述尖狀物或所述輔助尖狀物穿入的程度，所述尖狀物或所述輔助尖狀物在所述虹狀隔膜的所述開口的區(qū)域中的橫截面形狀和橫截面尺寸總是與相應(yīng)的開口的橫截面形狀和橫截面尺寸一致。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或權(quán)利要求19所述的刺穿輔助工具，其特征在于，所述虹狀隔膜裝有兩個(gè)隔膜段且所述尖狀物或所述輔助尖狀物具有鴨喙形狀。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的刺穿輔助工具，其特征在于，所述隔膜段每個(gè)由具有圓形孔的板形成，且一個(gè)板是在另一個(gè)板上可滑動(dòng)的。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于在由復(fù)合材料構(gòu)成的部件中制造孔的方法，該部件例如纖維增強(qiáng)塑料零件或織物增強(qiáng)塑料零件，所述方法特征在于具有相對(duì)地設(shè)置的第一側(cè)和第二側(cè)的部件被以其第一側(cè)放置在具有虹狀隔膜的支撐件上；在軸向方向上漸擴(kuò)的尖狀物從部件的第二側(cè)按壓穿過該部件，該部件可選地具有預(yù)刺穿部，用于孔的形成或用于該預(yù)刺穿部的擴(kuò)大；并且虹狀隔膜具有較小的起始開口，該較小的起始開口接納尖狀物的較窄區(qū)域并且隨著部件被尖狀物的漸增穿入而打開成較大開口，由此部件在孔形成期間被從第一側(cè)支撐在盡可能大的面積上。以虹狀隔膜或相應(yīng)的沖模母模的形式的刺穿輔助工具也是被要求保護(hù)的。
文檔編號(hào)B29C37/00GK103213165SQ20131002053
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月20日
發(fā)明者奧利弗·迪爾, 理查德·漢弗伯特, 安德烈亞斯·倫巴赫, 克里斯蒂安·索瓦 申請(qǐng)人:形狀連接技術(shù)有限公司及兩合公司