CN1096319C - 热辅机械连接的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种热辅机械连接的方法和装置，所述机械连接是通过用实心铆钉、半空心铆钉自穿孔铆接、或压接进行的，其特征是：通过电阻加热连接的件(1a、1b)的局部和限时加热发生在将要成形的区域中，从而加热是经由压边圈(5)和模(4)，或直接邻接所述压边圈(5)和模(4)排列的件(10/11、12/13)、或直接在它们前排列的件(14/15)进行的，并且所述加热是在连接过程开始时，或开始前立即开始的，并在成形开始前完成。

Description

热辅机械连接的方法和装置
本发明涉及一种热辅机械连接的方法。本发明还涉及一种进行所述方法的装置。
例如，已知为了连接薄板用电阻点焊方法。在此方法中，薄板被局部熔化并在熔化的区域连接。由于在熔化的区域中发生的结构改变，薄板在这区域耐较小的机械负荷。
为了机械连接，已知有以下方法：
-钉连接；
-用半空心铆钉自穿孔铆接；
-用实心铆钉自穿孔铆接。
机械连接是在室温下形成的。这些方法的缺点是，在某些情况下，机械连接过程在连接区造成过分的应***化。必须确定一定的装置和工具的尺寸，以抵抗高负荷。连接的辅助件，如半空心铆钉或实心铆钉产生变形，甚至破坏。因此，高强度薄板仅能用到有限的程度。
在WO93/10925中说明了一种方法，使用连接工具，用半空心或实心铆钉，通过自穿孔铆接连接重叠的件，所述连接工具包括冲头、压边圈和模。在连接形成时，半空心或实心铆钉的内端径向向外依照模的形状成形。这是为了增加连接的强度。
在使用高强度薄板时，产生了工具和连接辅件的上述施加的应力。
在美国专利4 858 289中说明了一种产生铆接的方法，其中要连接的件被钻孔，随后用常规方式铆接。在预冲压的加工步骤，要连接件通过对流加热，从而从直接加热的工具开始加热。这个方法根本上不同于本发明。
本发明的目的是，对于用半空心铆钉或用实心铆钉进行自穿孔铆接，或钉连接提供一种方法以及一种装置，所述方法和装置使得能够使用高强度材料，它也可带有象奥氏体优质钢那样的极高应***比程度。
本发明提供一种在室温下用连接工具连接具有极高变形强度材料的重叠部件的方法，所述连接工具包括冲头、压边圈和模，是通过用实心铆钉、半空心铆钉自穿孔铆接，或不用连接辅助件的压接进行的，其特征是：要连接的件的局部和限时加热发生在将要成形的区域中，从而加热是经由压边圈和模、或直接邻接所述压边圈和模排列的件、或直接在它们前排列的件进行的，并且所述加热是在连接过程开始前开始的，并在成形开始前完成。
本发明还提供一种实现所述方法的装置，其特征是，压边圈和模、或直接邻接所述压边圈和模排列的件、或直接在它们之前排列的件设计用作电阻加热的电极，从而压边圈、模和接触块设有一定顶接表面，使得电流路线被局部限制地穿过要连接的件而限制加热范围。
本发明的本质方面是，通过电阻加热连接的件的局部和限制时间的加热在将要变形的区域发生，从而通过压边圈和模，或直接邻接所述压边圈和模排列的件，或直接在它们前排列的件进行加热，并且在变形区域成形开始时开始加热，或在变形区域成形开始前立即开始加热，并在变形区域成形开始前完成加热。
可取的是，在所述方法的第一方案中，加热直接在压边圈和模间发生，从而加热在加工冲程的开始时开始。为此，压边圈设有倾斜的顶接表面，模带有环。
在所述方法的可取的第一方案中，加热发生在上环和下环间，上环和下环分别是由一个或几个接触块构成的，接触块排列成包围各压边圈和模，从而加热在加工冲程开始时开始。
在所述方法的可取的第一方案中，在第一电极和第二电极间发生加热，第一电极和第二电极设在第一工作站，成形在随后的第二工作站进行，从而加热在成形开始前立即开始。
加热不仅主要影响工具或连接辅助件，而且也涉及到要连接的件中发生最大程度变形的区域。在成形过程开始前完成加热，并在加工冲程开始后开始，或在成形前的状态的加工冲程的前立即开始。因此，容易控制加热，能的输入被限制达到最小。成形后立即开始接合处的冷却。这是通过输入最小热量并精确定时压边圈冲程/加热/成形达到的。
为了实现所述方法，压边圈和模，或直接邻接所述压边圈和模排列的件，或直接在它们前排列的件，设计用作电阻加热的电极，从而压边圈、模和接触块设有一定顶接表面，使得电流路线被局部限制地穿过要连接的件，限制加热范围。
在第一装置中，压边圈设有一倾斜面，模设有一环形***。
在第二装置中，设有排列包围压边圈的一个或多个接触块的上环，和排列包围模的一个或多个接触块的下环，从而接触块的顶接表面紧靠压边圈和模，因此限制加热范围。
在第三装置中，加热要连接的件的电极设在成形状态前排列的状态上。
本发明的优点是已知的用半空心铆钉的自穿孔铆接，或用实心铆钉的自穿孔铆接，或钉连接也可用于高强度材料，以及应变强化程度极高的材料，从而不会因为在成形时分别发生的连接辅助件或基础材料的过大应力，而对连接处的质量产生负面影响。因为在连接处的冷却使得在连接点上的径向预应力，提高连接处的强度。
下面通过方法和装置的实施例说明本发明。
图1a-1e是用实心铆钉进行自穿孔铆接为例子的机械连接过程的不同阶段图；
图2是本发明装置的示意图，示出在没有连接辅助件时的要连接的件；
图3是为图2部件的冷却器图；
图4是带有包围每个压边圈和模的接触块的本发明的装置；
图5是带有在第一状态加热的电极和在第二状态的连接装置的本发明装置图。
在图1a-1e中，示出以用实心铆钉自穿孔铆接为例子的机械连接过程的不同阶段。图中包括本发明的装置。要连接的件1a和1b位于模4上。在图1a中，设有压边圈5。压边圈5与模4电绝缘。两件形成电阻加热的电极。压边圈5在冲头侧薄板1a上，并能用压边圈5的倾斜面压紧薄板1a，通过电脉冲开始加热。压边圈5的倾斜面能减小在压边圈5和冲压侧薄板1a之间的过渡电阻，使在将要成形的区域，即在实心铆钉2外径的范围中，产生电流，因而发生需要的加热。
图1b示出加热阶段。在冲头3和实心铆钉2进给中，实现局部加热。
根据图1c，实心铆钉2到达薄板1a，完成加热并开始成形过程。计时元件或传感器控制电阻加热。成形区的加热温度最好控制在35-250℃，优选为约40℃。
根据图1d，成形过程完成，并且热的局部输入量能够快速地沿薄板1a和1b散开。
根据图1e，压边圈5、模4和冷却器6是在上死点中。工具的冷却是通过最好由铜制造的冷却器6和7来实现。
在图2中，示出的本发明的装置中，表示出电流的流动路线9。如电流路线9所表示出的，所述的装置将加热定位在工具之间，即在作为电极切换的压边圈5和模4之间，通过顶接表面16和17的最小区域内。
图3示出包围压边圈5排列的伴随冷却器6。冷却器6在外壁上设有散热片8，并在高速冲程时能水冷却。
图4示出本发明另一装置。其中接触块10和11的环包围压边圈5，接触块12和13的环包围模4。接触块10和11的顶接表面18和19紧靠压边圈5和模4，因此限制在薄板1a和1b中的加热范围。
最后图5示出本发明装置，其中加热要连接件1a和1b的电极14和15设在一个成形状态前的状态上。小的顶接表面保证有限的加热范围。
零部件标号列表
1a-冲头侧薄板
1b-模侧薄板
2-实心铆钉
3-冲头
4-模
5-压边圈
6-压边圈冷却器
7-模冷却器
8-散热片
9-电流线
10-上接触块
11-上接触块
12-下接触块
13-下接触块
14-上电极
15-下电极
16-压边圈侧的顶接表面
17-模侧的顶接表面
18-接触块处的顶接表面
19-接触块处的顶接表面
20-电极处的顶接表面
21-电极处的顶接表面
α-压边圈的顶接表面的角度

Claims (18)

1.一种在室温下用连接工具连接具有极高变形强度材料的重叠部件的方法，所述连接工具包括冲头、压边圈和模，是通过用实心铆钉、半空心铆钉自穿孔铆接，或不用连接辅助件的压接进行的，其特征是：要连接的件(1a、1b)的局部和限时加热发生在将要成形的区域中，从而加热是经由压边圈(5)和模(4)、或直接邻接所述压边圈(5)和模(4)排列的件(10/11、12/13)、或直接在它们前排列的件(14/15)进行的，并且所述加热是在连接过程开始前开始的，并在成形开始前完成。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，加热在压边圈(5)和模(4)之间由电阻加热发生，从而加热在加工冲程开始时开始。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，电阻加热发生在一个上环和一个下环之间，上环是由一个或几个接触块(10/11)构成的，下环也是由一个或几个接触块(12/13)构成的，所述接触块排列成分别包围压边圈(5)和模(4)，从而，加热是在加工冲程开始时开始的。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，在电极(14)和电极(15)之间通过电阻加热，加热后立即进行成形。
5.根据权利要求1-4任一顶所述的方法，其特征是，成形区域加热到35-250℃。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征是，成形区域加热到约40℃。
7.根据权利要求1-4任何一项所述的方法，其特征是，电阻加热是以脉冲方式进行。
8.根据权利要求1-4任何一项所述的方法，其特征是，加热延时限制在几毫秒。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征是，电阻加热是以脉冲方式进行的。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征是，电阻加热延时限制在几毫秒。
11.一种实现权利要求1-10任何一项所述方法的装置，其特征是，压边圈(5)和模(4)、或直接邻接所述压边圈和模排列的件(14、15)、或直接在它们之前排列的件(10/11、12/13)设计用作电阻加热的电极，从而压边圈(5)、模(4)、接触块(10/11、12/13、14/15)设有一定顶接表面(16、17、18、19)，使得电流路线(9)被局部限制地穿过要连接的件(1a、1b)而限制加热范围。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征是，机械连接的装置的压边圈(5)和模(4)设计用作电阻加热的电极，从而压边圈(5)上的顶接表面(16)和模(4)上的顶接表面(17)设有环形***，使得电流路线(9)被局部限制地穿过要连接的件(1a、1b)而限制加热范围。
13.根据权利要求11所述的装置，其特征是，设有一个由包围压边圈(5)的一个或多个接触块(10/11)构成的上环，和一个由包围模(4)的一个或多个接触块(12/13)构成的下环，从而接触块(10/11、12/13)的顶接表面(18、19)被设计成使得电流路线(9)被局部限制地穿过要连接的件(1a、1b)而限制加热范围。
14.根据权利要求11所述的装置，其特征是，在第一工作站中的电极(14)和电极(15)是用于加热要连接的件(1a、1b)，从而电极(14、15)的顶接表面(20、21)设计成使得电流路线(9)被局部限制地穿过要连接的件(1a、1b)而限制加热范围，并且进行成形的装置以第二工作站形式继第一状态之后排列。
15.根据权利要求12所述的装置，其特征是，在压边圈(5)上的顶接表面(16)设有一倾钭表面。
16.根据权利要求11所述的装置，其特征是，在压边圈(5)上的倾斜顶接表面(16)的α角具有1-10度。
17.根据权利要求11-16任何一项所述的装置，其特征是，设置冷却器(6、7)包围着压边圈(5)和模(4)、接触块的环(10/11、12/13)或电极(14、15)。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征是，冷却器(6、7)带有空气散热片(8)。
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