DE68901647T2 - METHOD AND TOOL EQUIPMENT FOR PRODUCING FORGED RIVETS. - Google Patents
METHOD AND TOOL EQUIPMENT FOR PRODUCING FORGED RIVETS.Info
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Description
Die Erfindung betrifft allgemein mechanische Nietverbindungen, und sie bezieht sich insbesondere auf ein neuartiges industrielles Verfahren zur Herstellung von Nieten durch Gesenkverformung.The invention relates generally to mechanical rivet joints and, in particular, to a novel industrial process for producing rivets by swaging.
Das aktuelle Verfahren zur Herstellung von Nieten durch Gesenkverformung zeigt Mängel beim Herstellungsvorgang und aufgrund der Tatsache, daß der Niet aus der Abdruckform der Matrize durch einen Auswerfer ausgestoßen wird, wobei dieser auf einen Teil des Nietendes einen Druck ausübt, das dadurch verformt wird, was das Auftreten von empfindlichen Störungen hervorruft, die Entstehungsorte von Rissen oder Sprüngen sein können, wenn das Ende beim Nietvorgang plattgedrückt wird, was die mechanischen Eigenschaften beachtlich verschlechtert und für das Korrossionsverhalten der Vernietung sehr schädlich ist.The current method of manufacturing rivets by die deformation presents defects in the manufacturing process and due to the fact that the rivet is ejected from the die's impression mould by an ejector, which exerts pressure on a part of the rivet end, which is thereby deformed, causing the appearance of sensitive defects that can be the origin of cracks or fissures when the end is flattened during the riveting process, which increases the mechanical Properties are considerably impaired and the corrosion behaviour of the riveting is very detrimental.
Der Zweck der Erfindung ist, diese Mängel zu beheben, indem ein industriell es Verfahren und eine Werkzeugausrüstung zur Herstellung von Nieten durch Gesenkverformung angegeben wird, die es erlauben, das Auftreten dieser Störungen und die sich hieraus ergebenden Unzulänglichkeiten zu vermeiden.The purpose of the invention is to remedy these deficiencies by providing an industrial process and tooling for the manufacture of rivets by die deformation, which make it possible to avoid the occurrence of these disturbances and the resulting inadequacies.
Die Erfindung hat zu diesem Zweck als Gegenstand ein industrielles Verfahren zur Herstellung von Nieten durch Gesenkverformung eines zylinderförmigen Rohlings in einer Abdruckform einer Matrize, bei welchem das eine Ende des Rohlings an eine mit einer Ausnehmung versehene Oberfläche zur Anlage gebracht wird, deren Gestalt im wesentlichen komplementär zu der des Nietrohlings ist, wobei die mit der Ausnehmung versehene Oberfläche am Ende eines einen Auswerfer bildenden zylindrischen Teils angeformt ist, der in der Abdruckform angebracht ist, und wobei die Geometrie der mit der Ausnehmung versehenen Oberfläche unter der vom anderen Ende des Rohlings her eingeleiteten Druckbeanspruchung bei der Gesenkverformung derart veränderbar ist, daß ein Selbstabdichtungseffekt zwischen dem aktiven Ende des Auswerfers und der Seitenwand der Abdruckform der Matrize während der gesamten Dauer der Gesenkverformung und des Auswurfs des auf diese Art und Weise erhaltenen Niets erreicht wird.To this end, the invention relates to an industrial process for producing rivets by forging a cylindrical blank in a die, in which one end of the blank is brought into contact with a recessed surface whose shape is substantially complementary to that of the rivet blank, the recessed surface being formed on the end of a cylindrical part forming an ejector, which is mounted in the die, and the geometry of the recessed surface being variable under the compressive stress introduced from the other end of the blank during forging, in such a way that a self-sealing effect is achieved between the active end of the ejector and the side wall of the die forging during the entire duration of forging and ejection of the rivet obtained in this way.
Die Erfindung hat gleichfalls als Gegenstand eine Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens, bestehend aus einer Matrize mit einer Abdruckform, einem Stempel und einem Auswerfer, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdruckform eine zylindrische Bohrung ist, deren Durchmesser über ihre gesamte Länge konstant ist, und die den Rohling und den Auswerfer aufnimmt, wobei der Auswerfer ein Endstück mit einer Ausnehmung aufweist, die durch einen Rotationskörper begrenzt ist, dessen Form im wesentlichen komplementär zu derjenigen des Nietrohlings ist, wobei der Rotationskörper von gleicher Biegefestigkeit ist und unter Einwirkung der auf das Nietende des Rohlings bei der Gesenkverformung ausgeübten Kraft ebenso wie beim Auswurf des so erhaltenen Niets verformbar ist, um sich an die Seitenwände der Abdruckform derart anzulegen, daß eine Selbstabdichtung erreicht wird, wobei der Auswerfer einen Durchmesser aufweist, der beinahe gleich der Bohrung ist und in dieser verstell- und einstellbar geführt ist.The invention also relates to a device for carrying out the method described above, consisting of a matrix with an impression mold, a stamp and an ejector, thereby characterized in that the impression mold is a cylindrical bore whose diameter is constant over its entire length and which accommodates the blank and the ejector, the ejector having an end piece with a recess delimited by a body of revolution whose shape is substantially complementary to that of the rivet blank, the body of revolution being of the same flexural strength and being deformable under the action of the force exerted on the rivet end of the blank during die deformation as well as during ejection of the rivet thus obtained, in order to bear against the side walls of the impression mold in such a way that self-sealing is achieved, the ejector having a diameter which is almost equal to the bore and being guided in the latter in an adjustable and adjustable manner.
Die nachfolgende Beschreibung wird es unter Bezugnahme auf die beigefügten beispielhaften Zeichnungen erlauben zu verstehen, wie die Erfindung in die Praxis umgesetzt werden kann.The following description, with reference to the accompanying exemplary drawings, will enable one to understand how the invention can be put into practice.
Die Fig. 1 zeigt einen Niet in Vorderansicht.Fig. 1 shows a rivet in front view.
Die Fig. 2 und 3 zeigen die verschiedenen Phasen des Arbeitsganges der Gesenkverformung des Rohlings eines in Fig 1 abgebildeten Niets nach dem bis jetzt benutzten klassischen Verfahren.Figures 2 and 3 show the different phases of the operation of forming the blank of a rivet shown in Figure 1 according to the conventional method used up to now.
Die Fig. 4 zeigt den auf diese Art und Weise erhaltenen Niet.Fig. 4 shows the rivet obtained in this way.
Die Fig. 5 zeigt einen zusammengenieteten mit Hilfe eines Niet nach herkömmlicher Herstellungsweise gemäß den Fig. 2 bis 4.Fig. 5 shows a riveted part using a rivet according to the conventional manufacturing method according to Fig. 2 to 4.
Die Fig. 6 bis 8 zeigen die Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung sowie die Form der Matrize und die des Auswerfers nach der Erfindung.Figures 6 to 8 show the execution of the method according to the invention as well as the shape of the die and that of the ejector according to the invention.
In den verschiedenen Figuren sind entsprechende Teile oder Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei für die Erfindung das Zeichen "'" angehängt wurde, um sie von der herkömmlichen Herstellungsweise zu unterscheiden.In the various figures, corresponding parts or elements are designated by the same reference numerals, with the symbol "'" being added to distinguish the invention from the conventional method of manufacture.
Der in Fig. 1 dargestellte Niet ist üblich. Er besitzt einen Kopf 1 und einen Schaft 2, dessen dem Kopf 1 entgegen gesetztes Ende 3 eine kegelstumpfförmige Form hat, um in industriellen, automatisierten Montageverfahren die Einführung in die Löcher des zu vernietenden Verbundes zu erleichtern.The rivet shown in Fig. 1 is conventional. It has a head 1 and a shank 2, the end 3 of which opposite the head 1 has a frustoconical shape in order to facilitate insertion into the holes of the assembly to be riveted in industrial, automated assembly processes.
Der Nietrohling R wird der Gesenkverformung in einer Abdruckform 4 einer Matrize 5 unterworfen, in der der Niet mit Hilfe eines Aufschlagstempels 6 geschmiedet wird, wobei sein Ende 3 gegen das der Abdruckform 4 zur Anlage gebracht wird, die eine zu der des erhaltenen Niets komplementäre, kegelstumpfförmige Form aufweist.The rivet blank R is subjected to die deformation in a mold 4 of a die 5 in which the rivet is forged by means of a punch 6, its end 3 being brought into contact with that of the mold 4, which has a frustoconical shape complementary to that of the rivet obtained.
Eine Bohrung 4a ist in der Matrize 5 eingebracht und erstreckt sich koaxial mit der Verlängerung der Abdruckform 4 mit einem kleineren Durchmesser als diese. Ferner ist in der Bohrung ein Auswerfer 7 verstellbar geführt angeordnet.A bore 4a is made in the die 5 and extends coaxially with the extension of the impression mold 4 with a smaller diameter than this. In addition, an ejector 7 is adjustably guided in the bore.
Unter der Einwirkung des Stempels 6 dehnt sich der Nietschaft 2 und liegt eng an der Seitenwand der Abdruckform an, gegen die er einen in Fig. 3 durch die Pfeile f angedeuteten Druck ausübt.Under the action of the punch 6, the rivet shaft 2 expands and lies closely against the side wall of the impression mold, against which it exerts a pressure indicated by the arrows f in Fig. 3.
Gleichzeitig fließt das dem Druck des Stempels 6 ausgesetzte Material des Niets um das Ende des Auswerfers 7 herum in den Zwischenraum 8 zwischen ihm und der ihn führenden Bohrung 4a, der während der Betätigung des Auswerfers dessen Normalspiel bestimmt, und bildet dort einen vorspringenden ringförmigen Kranz 9.At the same time, the material of the rivet exposed to the pressure of the punch 6 flows around the end of the ejector 7 into the space 8 between it and the bore 4a that guides it, which determines the normal play of the ejector during its operation, and forms a protruding annular ring 9 there.
Nachdem der Aufschlagstempel 6 danach vom Kopf 1 des Niets entfernt ist, wird der Auswerfer 7 betätigt, um den Niet aus der Matrize auszustoßen, indem auf sein Ende eine ausreichende, in axialer Richtung wirkende Kraft ausgeübt wird, um den durch die Summe der Kräfte f gegebenen Reibungswiderstand zu überwinden.After the impact punch 6 has been subsequently removed from the head 1 of the rivet, the ejector 7 is actuated to expel the rivet from the die by exerting on its end a sufficient force acting in the axial direction to overcome the frictional resistance given by the sum of the forces f.
Der notwendige Druck, der über eine Fläche einwirkt, die ebenso wie die des Auswerfers 7 beschränkt ist, führt unvermeidlich zu einer Vertiefung des Materials des Niets in der Mitte des Kranzes 9 (Fig. 4).The necessary pressure, which acts over a surface that is limited, as is that of the ejector 7, inevitably leads to a depression of the material of the rivet in the middle of the crown 9 (Fig. 4).
Die hohen Kräfte, denen das Material am Nietende 3 auf diese Art und Weise unterworfen ist, erzeugen Störungen seiner inneren Struktur. Wenn der Niet in einem zu nietenden Verbund 10 eingesetzt ist, wird der dem gestörten Bereich angehörende Kranz 9 eingedrückt und nach innen gefaltet, wie durch 11 (Fig. 5) dargestellt, wodurch in diesem Bereich die Bildung von Mikrorissen hervorgerufen werden kann. Diese Mikrorisse sind schädlich für die mechanische Festigkeit der ausgeführten Verbindung und bilden, zusammen mit der Falte, Keimstellen für Korrosionserscheinungen.The high forces to which the material at the rivet end 3 is subjected in this way cause disturbances in its internal structure. When the rivet is inserted in a joint 10 to be riveted, the collar 9 belonging to the disturbed area is pressed in and folded inwards, as shown by 11 (Fig. 5), which can cause the formation of microcracks in this area. These microcracks are detrimental to the mechanical strength of the joint produced. and, together with the fold, form nuclei for corrosion phenomena.
Außerdem sind bei diesem klassischen Verfahren und der klassischen Werkzeugausrüstung Matrizen mit verschiedenen Längen notwendig, um ein Sortiment von Nieten mit unterschiedlichen Längen zu erhalten.In addition, this classic process and classic tooling requires dies of different lengths to obtain an assortment of rivets of different lengths.
Nach der Erfindung benutzt man eine Matrize 5', deren Abdruckform 4' und deren koaxiale Bohrung 4a', in der der Auswerfer 7' geführt ist, eine zylindrische Form mit einem gemeinsamen konstanten Duchmesser besitzen. Anders ausgedrückt besitzt die Abdruckform 4' kein Endstück mit einer kegelstumpfförmigen Schulter, die komplementär zum Endstück 3' des Nietschaftes istAccording to the invention, a die 5' is used, the impression mold 4' and the coaxial bore 4a' in which the ejector 7' is guided, have a cylindrical shape with a common constant diameter. In other words, the impression mold 4' does not have an end piece with a frustoconical shoulder that is complementary to the end piece 3' of the rivet shaft.
Weiter weist das mit dem Ende des Niets in Kontakt stehende Endstück des Auswerfers 7' eine Ausnehmung auf, die durch einen Rotationskörper mit einer gleichmäßigen Aushöhlung 12 begrenzt ist, deren Form im wesentlichen komplementär zu derjenigen des Nietrohlings 3' ist, wobei der Rotationskörper von gleicher Biegefestigkeit ist und unter Einwirkung der auf das Ende des Nietrohlings bei der Gesenkverformung ausgeübten Kraft ebenso wie beim Auswurf des so erhaltenen Niets verformbar ist, um sich an die Seitenwände der Abdruckform derart anzulegen, daß eine Selbstabdichtung erreicht wird, wobei die Schnittlinie des zylinderförmigen Volumens des Auswerfers 7' mit der Ausnehmung 12 in der Oberfläche einen scharfen, kreisförmigen Grat 13 bildet, der in einer Ebene senkrecht zur X-X-Achse der Abdruckform 4' liegt, in der der Auswerfer 7' verstellbar geführt ist, entsprechend der Fig. 6.Furthermore, the end of the ejector 7' in contact with the end of the rivet has a recess delimited by a body of revolution with a uniform cavity 12, the shape of which is substantially complementary to that of the rivet blank 3', the body of revolution being of the same bending strength and being deformable under the action of the force exerted on the end of the rivet blank during the die deformation as well as during the ejection of the rivet thus obtained, in order to rest against the side walls of the impression mold in such a way that a self-sealing is achieved, the intersection line of the cylindrical volume of the ejector 7' with the recess 12 in the surface forming a sharp, circular ridge 13 which lies in a plane perpendicular to the X-X axis of the impression mold 4' in which the ejector 7' is adjustably guided, according to Fig. 6.
Der Auswerfer 7' ist verstellbar in der Abdruckform 4' geführt, ist aber so eingerichtet, daß er an beliebigen Positionen in der Abdruckform 4' mit bekannten, nicht die Erfindung betreffenden Mitteln feststellbar ist.The ejector 7' is adjustably guided in the impression mold 4', but is designed so that it can be fixed at any position in the impression mold 4' using known means not relating to the invention.
Dank dieser Bauweise genügt es, die axiale Position des Auswerfers 7' in seiner Bohrung einzustellen, um am Endstück des Auswerfers zur Anlage gebrachte Nietrohlinge schmieden zu können, wodurch die Nieten unter Verwendung nur ein und desselben Werkzeugs irgend eine gewünschte Länge L erhalten können. Es versteht sich, daß damit nicht nur ein einziges Werkzeug ausreicht, um ein ganzes Sortiment von bisher verwendeten Werkzeugen zu ersetzen, sondern daß es außerdem möglich ist, Nieten mit allen gewünschten, unterschiedlichen Schaftlängen herzustellen.Thanks to this design, it is sufficient to adjust the axial position of the ejector 7' in its bore in order to be able to forge rivet blanks placed against the end of the ejector, which allows the rivets to have any desired length L using only one and the same tool. It is clear that not only is a single tool sufficient to replace a whole range of tools previously used, but it is also possible to produce rivets with all the different shank lengths required.
In der Praxis ist es ratsam, den Auswerfer 7' über eine minimale Sicherheitslänge G zu umfassen und zu führen. Es hat sich gezeigt, daß diese Länge G ungefähr das 3,5fache des Durchmessers der Abdruckform 4' betragen sollte (Fig. 6).In practice, it is advisable to grasp and guide the ejector 7' over a minimum safety length G. It has been shown that this length G should be approximately 3.5 times the diameter of the impression mold 4' (Fig. 6).
Bei der Gesenkverformung befindet sich das Material am kegelstumpfförmigen Ende 3' des Niets unter Einwirkung des Stempels 6' eingeschlossen und zusammengedrückt in der Aushöhlung 12 des Auswerfers 7', der an einer Stelle in der Abdruckform 4 einen Anschlag bildet, die in Abhängigkeit von der gewünschten Länge des Niets gewählt wurde.During the die deformation, the material at the frustoconical end 3' of the rivet is enclosed and compressed under the action of the punch 6' in the cavity 12 of the ejector 7', which forms a stop at a point in the impression mold 4 which has been chosen depending on the desired length of the rivet.
Unter dem vom Stempel 6' ausgeübten Druck ist das Material Kräften f ausgesetzt, die es veranlassen, auf die Seitenwände der Abdruckform 4' ebenso wie auf die Seitenwände der Aushöhlung 12 des Auswerfers 7' mit den Kräften f einzuwirken.Under the pressure exerted by the stamp 6', the material is subjected to forces f which cause it to push against the side walls of the impression mold 4' as well as against the Side walls of the cavity 12 of the ejector 7' with the forces f.
Auf diese Weise ist die Geometrie der mit der Ausnehmung versehenen Oberfläche des Auswerfers unter der vom anderen Ende des Rohlings her eingeleiteten Druckbeanspruchung bei der Gesenkverformung veränderbar.In this way, the geometry of the recessed surface of the ejector can be changed under the compressive stress introduced from the other end of the blank during die deformation.
Dieses erreicht man dank der Form des Endstücks des Auswerfers, die die Aushöhlung 12 begrenzt und ein Rotationskörper von "gleicher Biegefestigkeit" ist. Unter zunehmendem Druck der Gesenkverformung entsteht durch eine harmonische Biegung des Körpers eine Selbstabdichtung gegen die Seitenwand der Abdruckform 4', zuerst durch seinen kreisförmigen Grat 13 und danach durch die fortschreitende Biegung der Abschnitte s1, s2, s3 ... sn des Rotationskörpers, die sich unmittelbar unterhalb des Grates 13 (Fig. 8) befinden und einen Abdichtungs-"Zipfel" zwischen dem Ende 3' und der Seitenwand der Abdruckform bilden, wobei sich die Abdichtungswirkung mit dem Druck vergrößert; diese Biegung wird ermöglicht durch das übliche Spiel des Auswerfers in der Abdruckform 4'.This is achieved thanks to the shape of the end of the ejector, which delimits the cavity 12 and is a body of revolution with "equal bending strength". As the pressure of the die deformation increases, a harmonious bending of the body creates a self-sealing effect against the side wall of the impression mold 4', first by its circular ridge 13 and then by the progressive bending of the sections s1, s2, s3 ... sn of the body of revolution, which are located immediately below the ridge 13 (Fig. 8) and form a sealing "tip" between the end 3' and the side wall of the impression mold, the sealing effect increasing with pressure; this bending is made possible by the usual play of the ejector in the impression mold 4'.
Beim Auswurf des Niets unter dem Druck des Auswerfers 7' ist dieser "Selbstabdichtungseffekt" noch wirksam, und die Gesamtheit der Fläche der Aushöhlung 12 drückt auf die entsprechende Fläche des Endes 3' des Niets, dessen Material nicht um den Auswerfer 7' herumfließen kann.When the rivet is ejected under the pressure of the ejector 7', this "self-sealing effect" is still effective and the entire surface of the cavity 12 presses on the corresponding surface of the end 3' of the rivet, the material of which cannot flow around the ejector 7'.
Die Oberfläche des Endes 3', die dem gesamten Druck ausgesetzt ist, zeigt folglich weder eine lokale teilweise Verformung, die dort die innere Struktur zu stören in der Lage wäre, noch ein störendes Relief wie bei der herkömmlichen Herstellungsweise.The surface of the end 3', which is subjected to the entire pressure, therefore shows neither a local partial deformation that could disturb the internal structure there, nor a disturbing relief as in the conventional manufacturing method.
Die drehsymmetrische Ausnehmung 12 besitzt eine kegelstumpfförmige Oberfläche mit einer gerade oder konkav geformten Mantellinie und ist am Boden flach, gebogen oder kornplex ausgebildet.The rotationally symmetrical recess 12 has a truncated cone-shaped surface with a straight or concave surface line and is flat, curved or complex at the bottom.
Die mit Hilfe des Verfahrens und der Werkzeugausrüstung gemäß der Erfindung erhaltenen Nieten besitzen eine gleichbleibende Gestalt und Oberflächenbeschaffenheit und sind ohne die Mängel der Nieten der alten Herstellungsweise.The rivets obtained by means of the method and tooling according to the invention have a consistent shape and surface finish and are free from the defects of the rivets of the old manufacturing method.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8363 | Opposition against the patent | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |