一种冲孔和铆接相结合的方法

一种冲孔和铆接相结合的方法
【专利摘要】本发明涉及一种冲孔和铆接相结合的方法。具体地，提供了一种用于组装至少两个机动车辆复合材料部件(18a、18b；75)的方法。该方法的特征在于以下步骤：叠置待组装的部件；借助于冲头(22)同时对叠置的部件进行打孔；在贯穿部件的孔(35；59)中插入铆钉(26；58)；折边镶接铆钉。
【专利说明】一种冲孔和铆接相结合的方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种通过铆接来组装机动车辆复合材料部件的方法、一种铆接机器和 由此获得的部件。

【背景技术】
[0002] 通常，复合材料部件包括加强物（例如：玻璃纤维）和热塑性或热固性树脂基质。
[0003] "部件"指的是构成刚性隔断（cloison rigide)或构成结构的一部分的车身部分 或结构性部分（例如：车梁）。本发明还可以涉及车身部分（例如尾门），或车辆集成的构 件的连接爪部。
[0004] 要说明的是，本发明的主题涉及由复合材料制成的部件，这些部件的厚度、冲孔周 长和抗剪强度导致需要至少包括在3kN和IOOkN之间的冲孔力。
[0005] 在现有技术中，一种组装方法允许通过实施连续的钻头钻孔步骤和铆接步骤来组 装两个复合材料部件。更具体地，按照以下方式来实施：
[0006] 通过用记号标识部件来组成部件对；
[0007] 叠置一对中的两个部件；
[0008] 借助于钻头来同时对叠置的两个部件进行钻孔，以形成穿过两个部件的孔；
[0009] 分开两个部件，以对其进行清洁；
[0010] 再次组装同一对部件；
[0011] 使两个部件对应的贯穿孔相互面对；
[0012] 借助于半自动机器或人工地将铆钉布置在孔中。
[0013] 该已知方法的一个特殊的困难之处与部件的钻孔步骤有关，该步骤一方面造成部 件在钻孔处可能的损坏（该损坏会弱化组装），另一方面则产生粉尘和钻屑。并且必须分开 两个部件来细致地清洁它们以消除该粉尘和钻屑，特别地以免污染组件随后的实施步骤和 对应的设备，例如实施最后工序（上漆）的步骤、组装步骤（添加构件）、集成到车辆的步 骤。
[0014] 该组装方法的另一问题在于执行上述各个步骤非常耗时，尤其是当为了组装两个 复合材料部件而必须布置多个铆钉的时候。
[0015] 此外，由于配对管理、做记号、钻孔、清洁和铆接步骤是相互不同的，这些步骤必须 借助于不同的设备（即钻孔机、铆机和例如清洁用的吸尘器）在不同的地点来实施，这在整 体上增大了用于这些操作的基础设施成本。


【发明内容】

[0016] 本发明的目的在于通过提供一种在缩短实施时间的同时不产生粉尘或钻屑的组 装方法来解决上述缺陷。
[0017] 为此，本发明的主题在于一种用于组装至少两个机动车辆用的复合材料部件的方 法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0018] 叠置待组装的部件；
[0019] 借助于冲头同时对叠置的部件进行打孔；
[0020] 在贯穿部件的孔中插入铆钉；
[0021] 折边镶接（sertissage)铆钉。
[0022] 由此，提出的组装方法允许实现铆接的部件而不产生粉尘或钻屑，并由于部件在 整个方法过程中保持在其叠置的位置并且处于可以是小的单一位置处而具有实施起来更 快的优点。换句话说，这允许从最初的配对开始直至最终的组装持续地保持几何参考系。有 利地，该方法允许获得直接适于随后的实施步骤（例如：上漆步骤、添加构件的步骤或集成 在车辆上的步骤）而无需清洁的组装部件。
[0023] 该方法的另一优点在于，该方法允许制造更牢固的组装件，这是因为避免了会导 致在被钻孔部分的边缘中产生裂缝的钻孔步骤。
[0024] 本发明还可以包括以下单独或组合地采用的一个或多个特征：
[0025] 叠置的部件被维持件维持在一起；
[0026] 部件在方法的整个过程中保持叠置并保持相同的相对位置；
[0027] 维持件靠近贯穿孔，并优选地围绕该孔；
[0028] 铆钉穿过维持件，在打孔操作和铆钉插入操作之间该维持件整体地保持在相同位 置；
[0029] 维持件还是用于冲头的退料件；
[0030] 铆钉的柱身用作冲头，该冲头用于同时对叠置的部件进行打孔；
[0031] 部件的维持件包括支撑表面，该支撑表面在打孔和折边镶接操作期间与待组装的 部件中的一个的表面协作，所述支撑表面被支撑面积A所限定，该支撑面积的平方根至少 为待冲孔部件的总厚度e的三倍；
[0032] 维持件施加至少等于冲孔力20 %的力；
[0033] 在打孔步骤中在冲头上施加的力大于或等于3kN，优选地大于或等于5kN，并更优 选地大于或等于IOkN ;
[0034] 铆钉的折边镶接通过对铆钉的碾压来实现。
[0035] 本发明的主题还在于一种铆接设备，其特征在于，该设备适于实施上述方法。这种 设备可以包括以下单独或组合地采用的一个或多个特征：
[0036] 该设备包括设有模造室（chambre de matriqage )的可动凹模;
[0037] 该设备包括铆接堆，模造室限定冲孔方向，可动凹模被安装为可以在冲孔方向上 移动；
[0038] 模造室构成适于接收顶料器的空心主体，所述顶料器优选地被安装在回复装置 上；
[0039] 顶料器被安装为可以在顶料位置和折边镶接位置之间移动，顶料位置在顶料器的 表面与可动凹模的抵靠表面（face de plaquage)平齐以使得顶料器和可动凹模一起构成 待组装部件冲孔的支撑表面时达到，而折边镶接位置则在顶料器的表面不再与可动凹模的 抵靠表面对齐而是位于模造室内部的时候达到；
[0040] 顶料位置在顶料位置和折边镶接位置的间隔至少等于待组装部件的厚度时达到。
[0041] 本发明的主题还在于一种部件组装件，其特征在于，该组装件基于符合本发明的 方法来制成。
[0042] 有利地，构成该组装件的一个部件可以被聚合物或金属制成的部件代替。

【专利附图】

【附图说明】
[0043] 通过阅读示例性地而非限制性地给出的附图，将会更好地理解本发明。这些附图 中：
[0044] 图1为处于休憩状态的组装设备的剖面示意图，该组装设备包括待组装部件，并 且允许实现符合本发明的方法；
[0045] 图2为图1的设备在借助于图1中的设备实现冲孔的步骤时的示意图；
[0046] 图3为图1的设备在冲头回升的中间步骤时的示意图；
[0047] 图4为图1的设备在待组装部件的贯穿孔中布置铆钉的步骤时的示意图；
[0048] 图5为图1的设备在铆接步骤时的示意图；
[0049] 图6为图1的设备在顶出冲孔产生的材料剩料步骤时的示意图；
[0050] 图7和图8为用于符合本发明的第二个实施例的方法的铆钉的剖面示意图；
[0051] 图9至图14为用于实现符合本发明的方法的第二实施例的设备的剖面示意图。

【具体实施方式】
[0052] 参考图1，示出了符合一个实施例的组装设备10,该组装设备允许实现符合本发 明的方法。
[0053] 组装设备10包括冲孔部分12、可动凹模14和呈C形的元件16,该C形元件在以 下说明中被称为"鹅颈件"16。冲孔部分12、可动凹模14和鹅颈件16在它们之间限定布置 空间17,该布置空间用于接收一对复合材料部件18a、18b，以组装这些部件。
[0054] 冲孔部分12包括设有圆柱形内壁和外壁的管状件19,内壁构成圆柱形冲头22的 引导室20。设置在管状件19中的孔24适于让铆钉26朝着冲头22的引导室20的方向通 过。冲头22沿着轴线Z可滑动地安装在引导室中。
[0055] 用于实现根据该第一实施例的方法的铆钉26常规地包括第一头部和远端端部， 所述第一头部适于支撑在待组装部件中一个部件18a的表面上，而远端端部则用于变形并 在之后的折边镶接步骤中构成凸缘，该凸缘支撑在另一待组装部件18b的表面上。由此，铆 钉包括头部26a和设有远端端部26c的柱身26b。
[0056] 冲孔部分12通过"鹅颈件" 16与可动凹模14连接，该鹅颈件整体构成"C"形框 架，其设有上支柱27a、侧支柱27b和下支柱27c。"鹅颈件"16通过上支柱27a由例如焊接 28的固定连接被固定在冲孔部分12上。而"鹅颈件" 16的下支柱27c则通过侧向平移装 置29被固定在可动凹模14上，侧向平移装置29能够沿着与冲头22的引导室20的轴线垂 直的轴线平移。这种侧向平移装置29由与引导定位槽（encoche de guidage)按照导轨连 接方式协作的凹槽来实现。
[0057] 可动凹模14包括铆接堆31和圆柱形模造室30。所述模造室30限定冲孔方向。 可动凹模14,即堆31和室30,被安装为可以垂直于冲孔方向地移动。模造室30适于能够 与冲孔部分12的引导室20同轴地对齐。
[0058] 铆接堆31包括上平表面32,该上平表面被实施为用作一对待组装部件18a、18b的 平面支撑。然而，表面32可以不是平的，而是可以具有适于所用铆钉的形状。
[0059] 铆接堆31的上平表面32设有呈环形凹槽状的空腔33。该空腔33被实施为有利 于在折边镶接步骤时在铆钉26上形成凸缘。
[0060] 现在，根据本发明的第一实施例并借助于上述组装设备来描述部件组装方法。
[0061] 该组装方法首先包括叠置两个待组装部件18a、18b的步骤，在该步骤中，所述部 件优选地通过预先胶合和/或通过总体维持件（例如未示出的弓形夹）被维持在一起。然 后，如图1中可见，将如此维持叠置的部件插入到布置空间17中，部件中的一个18b支撑在 可动凹模14的铆接堆31上。在该步骤中，所述引导室20和模造室30沿着轴线Z同轴地 对齐。
[0062] 在图2中示出了随后的步骤，该步骤对应于借助于冲头22对叠置的两个部件18a、 18b同时进行打孔的步骤。为此，作动筒（未示出）推动冲头支承件和冲头22直至低位置， 即直至凹模14的引导模造室30的上部的出口处。这样的效果在于对叠置的部件进行了打 ?L，并且产生对应于由冲头22实现的孔35的材料剩料34。这些剩料34由此沿着轴线Z在 可动凹模14的引导室中向下移动。在打孔步骤中由作动筒施加在冲头上的力大于或等于 3kN。
[0063] 要说明的是，在打孔步骤中，管状冲孔件19没有与待组装部件接触，而是位于距 离待组装部件的表面大约〇. Imm至Imm处。管状件和待组装部件之间的该小的距离改善了 冲孔质量，同时允许容易地布置有时会具有不同厚度的部件。
[0064] 如图3所示，所述方法包括冲头22在冲孔部分12的引导室20中回升的步骤。在 该步骤期间，铆钉26被布置在孔24中的等待位置上。
[0065] 图4示出了在贯穿两个部件18a、18b的孔35中插入铆钉26的步骤。同时，可动 凹模14通过将可动凹模连接到鹅颈件16的下支柱27c的平移装置29侧向地平移。该侧 向平移的效果在于将呈环形凹槽状的空腔33布置在孔35处，即与轴线Z对齐。
[0066] 图5示出了对铆钉26进行折边镶接的步骤，在该步骤中，冲头22重新下降到引导 室20中，并且对铆钉26进行折边镶接。在该步骤中，铆钉26被碾压，使得铆钉远端端部 26c塑性变形并且填充和贴合铆接堆31的空腔33,这样的效果在于构成凸缘37。
[0067] 在该折边镶接步骤之后，在图6中可见冲头22回升到高位置以及排出在打孔时产 生的材料剩料34的新步骤。在这之后，可动凹模14平移，以沿着轴线Z同轴地重新布置所 述引导室20和模造室30。由此，组装设备10准备好重新实现上述的组装方法的第一步骤。 [0068] 作为上述第一实施例的变型，管状冲孔件12可以包括环状的维持件（未示出），该 维持件优选地围绕贯穿待组装部件的孔。该维持件用于产生围绕孔35的局部固定，以获得 在支撑所述部件的铆接堆31上所述部件之间更好的紧贴效果。
[0069] 这种维持件包括支撑表面，该支撑表面在打孔和折边镶接操作期间与待组装部件 中的一个18a的上表面协作，所述支撑表面被支撑面积A限定，该支撑面积的平方根至少为 待冲孔的部件的整个厚度e的三倍。维持件在维持件支在其上的部件的表面上施加力，该 力至少等于冲孔力的20%。
[0070] 在使用这种维持件的情况下，可以理解的是，在折边镶接步骤中，铆钉26贯穿所 述维持件，而在打孔操作和插入铆钉26的操作之间维持件则整体地保持在同一位置上。
[0071] 这种在孔35附近的固定可能允许省略最初整体地维持两个待组装部件18a、18b 的步骤，该步骤通常是必需的，并且通常由胶合和/或借助于弓形夹实现。
[0072] 另外，该维持件还可以用作冲头的退料件（d6vgtisseur)，这能够有助于冲头在冲 孔部分的引导室中的回升。退料件为一般在压床中见到的工具，其作用在于使冲头从其进 入的部件带中取出或方便取出。
[0073] 参考图9至图14,现在说明本发明的第二实施例。
[0074] 在图9中可见允许实现符合第二实施例的组装方法的铆接设备40。该设备40包 括冲孔部分42、模造部分44和鹅颈件46。
[0075] 冲孔部分42包括冲头支承件48,其能在冲孔室50的内部沿着轴线Z'滑动。更确 切地，冲头支承件48设有圆柱形主体52,在圆柱形主体52上面安装有头部54,该头部使得 能够例如通过作动筒（未示出）施加液压力，产生冲孔所需要的压力。冲头支承件48的圆 柱形主体52包括用于固定铆钉58的端头56,所述端头向着模造部分44的方向取向。
[0076] 模造部分44包括构成室62的底座60,室62用于呈活塞形式的可动凹模64的移 动。由室62和可动凹模64构成的组合构成作动筒。
[0077] 可动凹模64设有头部66和空心主体68,该空心主体构成圆柱形模造室70,该模 造室适于接收安装在回复装置73 (例如弹簧）上的顶料器72。可动凹模64包括抵靠表面 74,该抵靠表面被实施为允许布置和支撑待组装部件75。
[0078] 空心主体68因此包括模造室70,该模造室在抵靠表面74上开口，顶料器72的圆 柱形部分在所述模造室中滑动。
[0079] 因此，顶料器72被安装为可以在顶料位置（图9、图10、图14)和折边镶接位置 (图11、图12、图13)之间移动，顶料位置在顶料器与可动凹模64的抵靠表面74平齐时达 至IJ，顶料器72和可动凹模64 -起构成用于待组装部件冲孔的支撑表面。折边镶接位置在 顶料器72不再与可动凹模的抵靠表面74平齐、而是回缩地位于模造室70中、其头部76顶 着空心主体68的底部时达到。
[0080] 由此，在该实施例中，折边镶接位置被定义为顶料器72以大于或等于待组装部件 的厚度的距离回缩地位于模造室70中的位置。由此，剩料79的表面与表面74构成这样的 表面：该表面的相对平面性允许在铆钉折边镶接步骤时获得形状优化的凸缘80。然而，不 需要顶料器的行程严格地等于待组装部件的厚度。
[0081] 至于鹅颈件46,其包括上支柱和下支柱，上支柱被刚性地固定在冲孔部分42上， 而下支柱则被刚性地固定在模造部分44上，这两个支柱通过坚直支柱相互连接。
[0082] 冲孔部分42、模造部分44和鹅颈件46在彼此之间限定布置空间47。
[0083] 参考图7,示出了符合第二实施例的方法中所用的铆钉58的第一示例。该铆钉包 括头部81a、柱身81b和远端端部81c，该远端端部具有构成直角的棱82。
[0084] 在图8中示出了第二铆钉示例58'，其包括构成锐利边缘的棱
[0085] 82，。
[0086] 这种棱82、82'确保当铆钉58、58'在部件上打孔时获得最优的剪切。
[0087] 现在描述符合本发明第二实施例的部件组装方法，该部件组装方法借助于上述的 组装设备40来实现。
[0088] 该组装方法首先包括叠置和维持待组装部件的步骤。如图9中可见，如此叠置的 部件然后被布置在空间47中。可动凹模64被维持在底座60内部的高位置上。
[0089] 然后，参考图10和图11，进行打孔步骤，在该步骤中，冲头支承件48朝着待组装部 件75的方向下降到冲孔室中。铆钉58在两个部件上打孔，这样的效果在于产生孔59,并且 使铆钉58穿过被叠置和维持在一起的两个部件。因此，这种操作也是通过铆钉58对两个 部件75的材料进行冲孔的步骤。换句话说，铆钉58的柱身81b在这里用作冲头。
[0090] 如图11所示，铆钉58在待组装部件75中的穿过导致在部件75冲孔期间产生材 料剩料79。事实上，在该步骤中，通过铆钉58施加在叠置的部件75上的力大于弹簧73的 回复力，使得与模造室70对齐的叠置的部件的材料通过剪切被切割。由此，当铆钉58下降 时，通过将顶料器72向下推，由剪切产生的剩料79下降到模造室70内部。当顶料器72的 头部76顶着空心主体68的底部时，铆钉58的柱身81b部分地位于孔59的内部。
[0091] 如图12所示，随后的步骤在于使冲头支承件48在冲孔室50中下降到更低处，直 至铆钉头部81a与上方的部件75的上表面接触。同时，凹模64下降到模造部件44的内部。 由此，冲头支承件48朝下的移动是这样的步骤：该步骤能够为了随后的折边镶接步骤而确 保铆钉58的良好定位。这允许铆钉头部81a支在上方的部件75的上表面上，而铆钉的柱 身81b则相对于面对凹模64的部件75的表面最大程度地突出来。
[0092] 参考图13,进行铆钉58的折边镶接步骤，该步骤在于在铆钉58的远端端部81c处 产生凸缘80。为此，冲头支承件48保持在其行程结束位置上，而可动凹模64则朝着冲头支 承件48的方向回升。顶着空心主体68的顶料器72支撑剩料79,并且将由凹模64产生的 压力传递给所述剩料79,所述剩料则将所述压力传递给铆钉的远端端部81c。与冲孔步骤 相反地，剩料79的材料不再承受剪切，使得该材料不会再被铆钉58穿过。
[0093] 因此，可以理解的是，剩料79和表面74在这里用作铆接顶把，这是因为在施加压 力时，剩料79抵抗该力，并且传递给铆钉58 -个对于折边镶接该铆钉而言足够大的力。这 样的显著之处在于，这里为了折边镶接而施加的力大于在冲孔步骤时施加的力。由此，剩料 79向着部件75的表面推动被折边镶接的铆钉58的材料，所述部件75的表面之前与可动凹 模的抵靠表面74接触。
[0094] 实际上，该设备的一个优点在于，剩料79允许堵住冲孔室，以与表面74 -起构成 材料连续。相对于在折边镶接步骤之前必须在中间步骤中顶出剩料79的方法，该实施方式 还允许节省时间。
[0095] 最后，在图14中不出的最后步骤中，冲头支承件48在冲孔室50中回升。柳钉从 冲头支承件48的固定端头56释放出来。可动凹模64处于在底座60内部的低位置，这样 的效果在于允许顶料器72在回复装置73的作用下回升到模造室70中。来自于孔59的材 料剩料79因此被顶出，而组装好的部件75则从布置空间47中撤出。
[0096] 本发明不限于上述实施例，其他实施例对于本领域的技术人员是明显的。特别地， 可以同时组装多于两个的部件，或甚至可以用聚合物或金属部件来代替一个复合材料部 件。此外，管状件19的内壁和外壁可以具有圆柱形以外的形状。
【权利要求】
1. 一种组装方法，用于组装至少两个机动车辆用的由复合材料制成的部件（18a、18b ; 75)的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤： 叠置待组装的部件（18a、18b ;75); 借助于冲头（22)同时对叠置的所述部件（18a、18b ;75)进行打孔； 在贯穿所述部件（18a、18b ;75)的贯穿孔（35 ;59)中插入铆钉（26 ;58); 折边镶接所述铆钉（26; 58)。
2. 如权利要求1所述的方法，其中，所述部件（18a、18b ;75)在所述方法的整个过程中 保持叠置并保持相同的相对位置。
3. 如权利要求1或2所述的方法，其中，所述叠置的部件（18a、18b ;75)被维持件维持 在一起。
4. 如权利要求3所述的方法，其中，所述维持件位于所述贯穿孔（35)附近，优选地围绕 所述孔（35)。
5. 如权利要求3和4中任一项所述的方法，其中，所述维持件还是用于所述冲头（22) 的退料件。
6. 如上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述铆钉（58 ;58'）的柱身（81b)用作 对叠置的所述部件（75)同时打孔的冲头。
7. 如权利要求6所述的方法，其中，冲孔产生的至少一个材料剩料（79)被用作铆接顶 把。
8. 如上述权利要求中任一项所述的方法，其中，在打孔步骤中施加在所述冲头（22)上 的力大于或等于3kN，优选地大于或等于5kN，更优选地大于或等于10kN。
9. 如上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述铆钉（26 ;58)的折边镶接通过对 所述铆钉（26 ; 58)的碾压来实现。
10. -种组装设备（10 ;40)，其特征在于，该组装设备适于实施如上述权利要求中任一 项所述的方法。
11. 如权利要求10所述的组装设备，该组装设备包括设有模造室（30 ;70)的可动凹模 (14 ;64)。
12. 如权利要求10或11所述的组装设备（10)，该组装设备设有铆接堆（31)，所述模造 室（30)限定冲孔方向，而所述凹模（14)则被安装为能够在所述冲孔方向上移动。
13. 如权利要求11或12所述的组装设备（40)，所述模造室（70)构成空心主体（68)， 该空心主体适于接收顶料器（72)，所述顶料器（72)优选地被安装在回复装置（73)上。
14. 如权利要求13所述的组装设备，其中，所述顶料器（72)被安装为能够在顶料位置 和折边镶接位置之间移动，所述顶料位置在所述顶料器（72)与所述凹模（64)的抵靠表面 (74)平齐使得所述顶料器（72)和所述凹模￠4) 一起构成待组装的所述部件（75)的冲孔 支撑表面时达到，而所述折边镶接位置则在所述顶料器（72)不再与所述凹模（64)的抵靠 表面（74)平齐而是位于所述模造室（70)内部的时候达到。
15. 如权利要求14所述的组装设备，其中，所述顶料位置在所述顶料位置和所述折边 镶接位置间隔的距离至少等于待组装的所述部件（75)的厚度时达到。
16. -种部件（18a、18b ;75)的组装件，其特征在于，该组装件通过实施如权利要求1 至9中任一项所述的方法来制成。
17.如权利要求16所述的部件（18a、18b;75)的组装件，其中，所述由复合材料制成的 部件中的一个被聚合物或金属部件代替。
【文档编号】B29C65/60GK104339651SQ201410361563
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2013年7月26日
【发明者】大卫·特雷斯 申请人:全耐塑料公司