专利名称：用于自冲铆的有活动模板的冲模的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用自冲铆将两个或更多的板材铆接到一起的装置 和方法。
背景技术：
自冲铆因为其提供相对简单的一步技术将板材连接到一起，而用于很 多行业。目前，自冲铆工具利用具有坚固的不可移动部分的冲模形成用于 连接金属板材的铆钉。自冲铆在冷成型工艺中紧固，该工艺中半管形铆钉 被冲入重叠的金属板材中，将金属板材机械地固定在一起。更具体地说， 铆钉穿透上方的金属板材，之后插入下方的金属板材将金属板材连接起 来。自冲铆不需要在铆接之前在金属板材上形成孔。制造商们正在采用更薄而且强度更大的材料以减少制成品的重量。这就对利用自冲铆固定高强度材料、例如高强度低合金(HSLA)钢制成的 金属板材形成了挑战。铆接更高强度的材料的挑战之一是需要增加压力来 推进铆钉并使其变形。铆钉推入金属板材中时，在冲模腔内形成的压力增 加。铆接过程中，施加在腔内的增加了的压力引起对抗铆钉穿透的阻力增 加。为了克服该阻力，有人提出了增加铆钉圆筒轴强度的理念。高强度铆 钉更为昂贵，而且更难安装。腔内增加的压力还限制了可用于自冲铆接工 艺的自冲铆的类型。结果，腔内增加的压力实质上限制了可用自冲铆固定 到一起的材料的范围。如下所述，本发明即用于解决上述一个或多个问题和局限性。 发明内容本发明的一个目的是，提供一种利用冲模将两个或更多的板材铆接到一起的装置，该冲模具有多个可移动的活动模板，该活动模板减小自冲铆 穿透板材时冲模腔内部产生的压力。减小的腔内生成的压力扩大了可用于 自冲铆接工艺的自冲铆的不同类型的范围。此外，减小的冲模中压力可使
制造商铆接高强度材料，例如高强度低合金(HSLA)钢、双相(DP)钢 及其他特种材料。本发明可以用于铆接两种或更多种不同类型的材料，例 如钢板和铝板。
使用具有冲子和冲模的工具将金属板材铆接到一起。该工具可以支承 固定在C形框架的相对端部上的冲子和冲模。冲模具有圆形尖部、圆形平 台部分和边沿部分。尖部控制自冲铆的变形，与圆形平台部分毗邻。平台 部分从尖部底端向外径向延伸，限制金属板材的向下变形。尖部从冲模向 外径向延伸，使活动模板保持在冲模基部的顶面上。顶面也限制活动模板 向基部移动。
多个活动模板装配在尖部和边沿部分的周围。活动模板可使板材在板 材的一部分对着冲模局部成型及铆钉穿入板材时从尖部向外径向变形。活 动模板可以与基部顶面邻接，并且可以包括接收冲模尖部的内凹槽。
活动模板套圈朝向尖部向内弹性偏压活动模板。活动模板套圈可以环 绕冲模中部和圆形疏导腔径向设置。活动模板套圈在冲子将铆钉推入金属 板材中时保持活动模板。此外，活动模板可以包括从冲模纵轴径向面向外 部的外凹槽。该凹槽位于中部边沿部分的上方，接收活动模板套圈。
中部包括位于尖部和基部之间的冲模的部分，与尖部和基部皆共轴并 邻接。中部包括平台部分和边沿部分。活动模板装配在中部周围。中部可 以包括接收径向倾斜的活动模板的活动模板边沿的径向倾斜的凹进处。活 动模板边沿使活动模板保持在基部顶面上。此外，基部和凹进处可以形成 接收活动模板边沿的径向倾斜的通道。
中部、圆形尖部和活动模板形成一个圆形疏导腔。疏导腔在冲子将铆 钉推进到板材中时，为板材的局部变形提供空间。局部变形发生在冲子和 冲模之间的板材的交接部上。交接部变形至疏导腔中引起活动模板从尖部 径向向外移动，扩张疏导腔。此外，活动模板从尖部向外径向移动时，疏导腔可以向中部的边沿部分向下扩张。本发明的另一方面是提供一种利用具有多个可移动活动模板的冲模 铆接板材的方法。首先将板材设置在冲子和冲模之间。然后冲子将自冲铆 向板材推进，强行使铆钉穿过板材。铆钉的中空管状部分穿过第一板材的 第一部分，然后穿透板材的第二板材。铆钉穿透第二板材时，第二板材变 形进入疏导腔。此外，圆形尖部有利于板材的变形。活动模板套圈接收在 活动模板的外凹槽中，并朝向冲模偏压活动模板。当活动模板从冲模的纵 轴向外径向移动时，活动模板套圈还相对于冲模的纵轴向外径向扩张，打 开疏导腔并减小疏导腔内的压力。铆钉的中空管状部分从铆钉的纵轴向外 径向伸展，并进入第二板材，将板材固定到一起。通过以下附图和随后对实施方式的详细说明，可以更好地理解本发明 的其它方面。
图l为铆接工具的侧立面图，该铆接工具在c形框架的相对端部上具有一个冲子和一个冲模；图2为冲模、多个活动模板、以及活动模板套圈的分解立体图；图3为铆接工具的横截面示意图，表示开始铆接之前冲子和自冲铆相 对于冲模和活动模板的位置；图4为类似于图3的铆接工具的横截面图，表示铆接之前的铆钉；图5为类似于图3的铆接工具的横截面图，表示自冲铆穿入板材中，活 动模板从冲模的纵轴向外扩张，活动模板被活动模板套圈保持；以及图6为表示铆钉穿透第一板材后，其中空管状部分自铆钉纵轴径向向 外伸展并进入第二板材的放大横截面图。
具体实施方式
参照图l，表示包括冲子12和冲模14的铆接工具10。工具10可以包括C 形框架16。冲子12和冲模14安装在C形框架16的相对端部上。冲子12安装在C形框架16的第一端部18上。冲模14安装在与C形框架16的第二端部20 上，与冲子12相对。自冲铆22位于冲子12和冲模14之间。冲子12用于将铆 钉22推进到两个或更多板材24中，其将在以下参照图3-6进行说明。尽管 自冲铆的典型应用是连接金属板材，但是其也可用于将非金属板材连接到 一起或将非金属板材连接至金属板材。
图2表示冲模14、多个活动模板26和活动模板套圈28的结构和设置。 冲模14具有控制铆钉22变形的圆形尖部30。尖部33可以包括外部的部分锥 形表面32。外表面32在向着冲子12的方向上沿冲模14的纵轴34向内径向逐 渐变细，尖部30具有底端36。底端36与冲模14的圆形平台部分38毗邻。平 台部分38限制金属板材24向下的变形。平台部分38从尖部30的底端36径向 向外伸出，形成与冲子12相对的相对平坦的表面40。冲模14具有边沿部分 42，其与平台部分38毗邻并位于平台部分的下方，从冲模14的纵轴34径向 向外伸出。此外，冲模14具有包括顶面46的基部44。
冲模14具有由位于尖部30和基部44之间的冲模14的部分形成的中部 48。中部48与尖部30和基部44皆共轴。中部48包括冲模14的平台部分38和 边沿部分42。此外，中部48可以包括径向倾斜的凹进处50。凹进处50可以 由上部凹进面52和下部凹进面54形成。上部凹进面52和下部凹进面54相互 相对向内径向逐渐变细，形成中部48的凹进处50。此外，基部44和上部凹 进面52形成一个径向倾斜的通道55 。
参照图2和图3，活动模板26可以包括内凹槽56。内凹槽56接收边沿部 分42，将活动模板26保持在基部44的顶面46上。顶面46限制多个活动模板 26向基部44移动。活动模板26还可以具有一个径向倾斜的活动模板边沿 57。活动模板边沿57接收到倾斜的凹进处50中，使活动模板26保持在基部 44的顶面46上。而且，活动模板边沿57还可以接收到上部凹进面52和基部 44之间的倾斜通道55中。活动模板26可以包括外凹槽58，其从冲模14的纵 轴34径向面向外部，位于边沿部分42的上方。
活动模板套圈28向冲模14的纵轴34偏压活动模板26。活动模板套圈28 可以具有上部内圆形表面60和下部内圆形表面62。上部内圆形表面60和下部内圆形表面62都接收到活动模板26的外凹槽58中。下部内圆形表面62总 体上从活动模板套圈28的纵轴64径向向内及朝向上部内圆形表面60逐渐 变细。上部内圆形表面60总体上朝向下部内圆形表面62及从活动模板套圈 28的纵轴64径向向内逐渐变细。活动模板套圈28可以由弹性聚合物制成。
参照图4和图5，多个活动模板26装配在中部48周围。活动模板26可以 与基部44的顶面46邻接。活动模板26可使金属板材24在铆钉22穿透进入金 属板材24时从尖部30向外径向变形，其中上述金属板材朝向冲模14变形。 活动模板套圈28可以径向位于平台部分38和边沿部分42的周围。活动模板 套圈28朝向尖部30向内弹性偏压活动模板26。活动模板套圈28限制活动模 板26从尖部30向外径向移动，使活动模板26保持在基部44的顶面46上。中 部48、圆形尖部30和活动模板26形成一个圆形疏导腔70。疏导腔70在冲子 12将铆钉22推进到金属板材24中时，为金属板材24和铆钉22的局部变形提 供空间。局部变形发生在金属板材24的交接部72上，其由冲子12和冲模14 作用定义，作为金属板材24的一部分。
图3至图5表示铆接工艺的一系列连续步骤。如图3所示，金属板材24 设置在冲子12和冲模14之间。冲子12将自冲铆22向金属板材24推进。
如图4所示，铆钉22的中空管状部分74在穿透金属板材24的第二板材 80之前，穿过金属板材24的第一板材78的第一部分76。
如图5所示，当铆钉22穿入第二板材80时，第二板材80变形进入疏导 腔70中。圆形尖部30控制金属板材24和铆钉22的变形。由于交接部72变形 进入疏导腔70中，所以活动模板26从尖部30向外径向移动。活动模板26相 对冲模14的纵轴34向外径向移动引起活动模板套圈28从冲模14的纵轴34 向外径向扩张。活动模板26向外的径向移动使疏导腔70扩张，减小活动模 板26变形进入疏导腔70时施加在交接部72上的反作用力。此外，活动模板 26从尖部30向外径向移动时，疏导腔70可以向中部48的边沿部分42向下扩 张。活动模板26从冲模14的纵轴34向外移动时，冲模14的边沿部分42与活 动模板26的内凹槽56相配合，使活动模板26保持在冲模14上。
铆钉22的中空管状部分74从铆钉22的纵轴82径向向外伸展并进入第二板材80，将金属板材24机械地固定在一起。圆形尖部30有利于使铆钉22 的中空管状部分74伸展进入金属板材24。在铆接过程中活动模板26伸展分 离，作为结果，铆钉22的中空管状部分74伸展之后，金属板材24很容易从 活动模板26和外表面32上移除。
图6表示用铆钉22铆接在一起的第一板材78和第二板材80。铆钉22的 中空管状部分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从第一板材78分离，容纳在中空管状部分74中。中空管状部分74从铆 钉22的纵轴82径向向外伸展并进入金属板材24的交接部72中。
尽管己对本发明的实施方式进行了说明和描述，但所述实施方式并非 本发明的所有可能形式。更准确地说，本说明书中所用的词语为描述性、 而非限制性词语，应该理解，可以做出各种变化而不背离本发明的实质和 范围的。
权利要求
1.一种用于将两个或更多的板材铆接到一起的装置，包含用于将自冲铆向板材推进并推入板材的冲子；具有圆形尖部、圆形平台部分和边沿部分的冲模。其中尖部沿冲子的方向向内径向逐渐变细，平台部分形成面对冲子的相对平坦的表面，用以限制板材的向下变形，边沿部分从冲模的纵轴向外径向延伸；多个活动模板装配在尖部和边沿部分的周围，其中活动模板部分地被边沿部分保持；疏导腔由冲模和多个活动模板形成，该腔为板材的局部变形提供空间；以及活动模板套圈与活动模板接合，用于朝向尖部向内弹性偏压活动模板，其中，冲子将铆钉推入板材，使板材的交接部在冲子和冲模间变形进入腔内，引起活动模板从尖部向外径向移动，从而扩张该腔，减小由活动模板施加到变形进入腔内的交接部上的反作用力。
2. —种用于将两个或更多的板材铆接到一起的装置，包含 用于保持自冲铆并将自冲铆推入板材的冲子；与冲子相对的冲模，其中冲模形成具有顶面、中部和圆形尖部的基部， 中部与基部共轴并邻接，其中中部具有边沿，圆形尖部与中部和基部皆共 轴，其中尖部从中部朝向冲子轴向延伸；多个活动模板装配在与基部顶面邻接的中部周围，其中活动模板部分 地被中部边沿保持；中部、圆形尖部和多个活动模板形成圆形疏导腔，其中该腔为板材和 铆钉的局部变形提供空间；以及活动模板套圈与活动模板接合，用于朝向尖部向内弹性偏压活动模 板，其中，冲子将铆钉推入板材，使铆钉和板材的交接部在冲子和冲模间 变形进入腔内，引起活动模板从尖部向外径向移动，从而扩张该腔，减小铆钉和交接部变形进入腔内时由活动模板施加到其上的反作用力。
3. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，活动模板径向围绕在圆 形疏导腔和中部周围。
4. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，基部顶面限制活动模板 向基部移动。
5. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，冲模的圆形尖部包括一 个外表面，其在冲子的方向上沿冲模的纵轴径向向内逐渐变细。
6. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于，圆形尖部的外表面总体 上为锥形。
7. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，冲模的中部包括径向向 内延伸的圆形平台部分，其与圆形尖部毗邻，并位于其下方，限制板材向 下的变形。
8. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，活动模板具有接收中部 边沿的内凹槽，使活动模板保持在基部的顶面上。
9. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，中部包括径向倾斜的凹 进处，其中凹进处接收活动模板的径向倾斜的活动模板边沿，使活动模板 保持在基部的顶面上。
10. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，基部和中部径向倾斜的 凹进处形成倾斜的通道，接收活动模板边沿。
11. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，多个活动模板形成一个 从冲模纵轴径向朝向外部的外凹槽，其中外凹槽位于中部边沿的上方，接 收活动模板套圈。
12. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，当活动模板从尖部向外 径向移动时，圆形疏导腔朝向中部边沿向下扩张。
13. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，活动模板套圈由弹性聚 合物制成。
14. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，活动模板套圈具有上部内圆形表面和下部内圆形表面，用以限制活动模板从尖部向外径向移动， 其中下部内圆形表面总体上从活动模板套圈的纵轴径向向内及朝向上部 内圆形表面逐渐变细，其中上部内圆形表面朝向下部内圆形表面及从活动 模板套圈的纵轴径向向内逐渐变细。
15. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，冲子安装在C形框架的 第一相对端部，冲模安装在面对冲子的C形框架的第二相对端部。
16. —种利用具有冲子和冲模的工具将两个或更多金属板材铆接到一 起的方法，该方法包含将金属板材设置在冲子和冲模之间；用冲子将自冲铆向金属板材推进，并强行使自冲铆穿过金属板材；用自冲铆的中空管状部分穿过金属板材的第一板材的第一部分；用铆钉的中空管状部分穿透金属板材的第二板材；使第二板材的一部分变形进入由冲模外表面和多个活动模板形成的 圆形疏导腔内；用活动模板套圈向冲模的纵轴偏压活动模板；从冲模的纵轴向外径向扩张活动模板套圈，以使活动模板从冲模的纵 轴向外移动，扩张疏导腔并减小疏导腔内的压力；以及使铆钉的中空管状部分从铆钉的纵轴向外径向伸展，并进入第二板材 变形进入疏导腔中的部分。
17. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，当活动模板从冲模的 纵轴向外移动时，冲模的边沿配合进入活动模板的内凹槽，使活动模板保 持在冲模上。
18. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，活动模板套圈为弹性 环，接收到径向朝向外部的活动模板凹槽中。
19. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，冲模包括圆形尖部， 用于使金属板材变形，及使铆钉的中空管状部分伸展。
20.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，相对冲模纵轴向外移 动活动模板，有利于在伸展铆钉的中空管状部分之后从活动模板和冲模外 表面移除板材和铆钉。
全文摘要
一种用于将两个或更多的板材铆接到一起的装置，包括冲子和冲模。该冲模具有由尖端和多个可移动的活动模板形成的可扩张的腔。该活动模板部分地由弹性活动模板套圈保持，该活动模板套圈将活动模板朝向尖端向内偏压。还公开了一种利用该装置将多个板材铆接到一起的方法。
文档编号B21J15/00GK101301675SQ20071014769
公开日2008年11月12日 申请日期2007年9月7日 优先权日2006年9月8日
发明者大唐纳德·G·萨托夫 申请人:福特汽车公司