自沖孔中空壓入元件以及由緊固件和金屬片材構(gòu)成的組件的制作方法
【專利說明】自沖孔中空壓入元件以及由緊固件和金屬片材構(gòu)成的組件
[0001]本申請是申請日為2010年09月21日、申請?zhí)枮椤?01010291809.6”、發(fā)明名稱為“壓入元件、包括其的組件及制造和附接壓入帽的方法”的發(fā)明專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]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)】
[0003]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。
[0004]采用鉚接元件時(shí)，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(shí)，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(shí)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(shí)不變形，或者基本上不故意變形。
[0005]在機(jī)動(dòng)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(jī)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(gè)金屬片材層構(gòu)成的、可選地在該兩個(gè)金屬片材層之間布置有塑料膜的金屬片材。當(dāng)金屬片材是高強(qiáng)度的金屬片材時(shí)，也不能使用焊接件，因?yàn)樵诤附悠陂g產(chǎn)生的熱量會(huì)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(jī)動(dòng)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(shí)超過該范圍直到3mm或者更厚。
[0006]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(yuǎn)離環(huán)狀表面凸出，即遠(yuǎn)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(yuǎn)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(dāng)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(jì)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(dá)到所期望的水平。
[0007]關(guān)于這一點(diǎn)，還應(yīng)參考?xì)W洲專利EP-B-1 690 913。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(yuǎn)離頭部凸出的頸部，頸部在該專利中被設(shè)計(jì)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。此外，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(dāng)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。
[0008]EP-B-1 690 013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?yàn)榭捎玫你T接元件完全不是為這樣的厚的金屬片材設(shè)計(jì)的。此外，制造的卡車比轎車少很多。在卡車的制造中，當(dāng)前很大程度上使用焊接件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]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(jià)格制造，或者可以甚至用少量的部件來實(shí)現(xiàn)，且可以合理地使用。為實(shí)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(yuǎn)離凸緣部分延伸且在其遠(yuǎn)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。
[0010]通過該設(shè)計(jì)，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(huì)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。
[0011]通過該方式，操作中可以可靠地避免沉降效應(yīng)(settlement effect)，由此被抒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(huì)過早地變松或者失效，例如由于沉降效應(yīng)。在要求保護(hù)的設(shè)計(jì)中，一種壓入元件可與不同的金屬片材的厚度一起使用。
[0012]根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)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。
[0013]對于該類型的設(shè)計(jì)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(shí)，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(shí)際上不會(huì)妨礙從環(huán)狀的金屬片材接觸表面進(jìn)入軸部分的外側(cè)的尖銳過渡。
[0014]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(yuǎn)離凸緣部分延伸且在其遠(yuǎn)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