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      緊固部件、組裝方法和組裝設備與流程

      文檔序號:24543664發布日期:2021-04-02 10:55
      緊固部件、組裝方法和組裝設備與流程

      本發明涉及一種用于組裝兩個零件的緊固部件(特別是在多材料組裝的背景下),涉及一種經由該緊固部件組裝兩個零件的方法,還涉及一種用于實施該方法的組裝設備。



      背景技術:

      已知借助緊固部件(如流鉆螺釘或釘子)將兩塊金屬板相互組裝。這些緊固部件包括允許對兩塊金屬板鉆孔的尖端和用于插入到由尖端鉆出的孔中以便對兩塊金屬板進行緊固的主體。尖端通常具有對金屬板鉆孔的單一功能,并且在組裝后,固定到主體的尖端保持從組裝的金屬板突出。

      然而,這種剩余的突出尖端有若干個缺點。第一個缺點是對維護人員或包括如此組裝的金屬板的產品的使用者有傷害的風險。第二個缺點是由該突出尖端產生的空間需求。第三個缺點是由組裝的金屬板形成的組件中的尖端所代表的不必要的重量,而多材料組件尤其具有減輕它們所裝備的結構(例如車輛)的重量的優點。



      技術實現要素:

      因此,本發明旨在通過提出一種緊固部件來克服這些缺點中的所有或部分,該緊固部件允許多材料組件提高組件的安全性、緊湊性和重量優勢,同時確保高效和堅固的組裝。

      為此,本發明涉及一種用于組裝第一零件和第二零件的緊固部件,其特點是,該緊固部件包括:

      沿著軸線a縱向延伸的主體,

      頭部,其被構造成允許緊固部件圍繞軸線a旋轉,以及

      連接至主體的尖端,其中

      主體具有包括緊固裝置的側壁,該緊固裝置被構造成將主體緊固到第一零件和第二零件,

      尖端具有形狀不同于旋轉表面的形狀的側壁,并且

      尖端和主體由可分割區域連接,該可分割區域被構造為斷開以便將尖端從主體分離。

      因此,根據本發明的緊固部件允許安全、有效、更輕、安全和緊湊的緊固。通過其非旋轉的尖端,第一零件和第二零件的材料的擠壓以及由此加熱有助于有效的刺穿。用于緊固主體的裝置確保第一零件和第二零件的錨定和相對固定??煞指顓^域允許尖端的分離,因此尖端不會留在最終的組件中,從而節省空間、重量和保證安全性。

      有利地,主體具有近側端部和相對的遠側端部,頭部布置在主體的近側端部處,尖端布置在主體的遠側端部處。

      根據一個實施例,可分割區域是截面較小的部分。

      因此,可分割區域可以形成在單件緊固部件上,從而降低緊固部件的成本。

      根據一個實施例,緊固裝置包括一個或若干個徑向突出元件,這些徑向突出元件以沿近側方向減小的間距p布置,和/或尖端具有一個或若干個在近側方向上直徑d增加的徑向突出元件。

      有利地,尖端包括近側部分和遠側部分。近側部分包括一個或若干個徑向突出元件,所述徑向突出元件以預定間距p布置且直徑為d。遠端部分包括非旋轉形狀。

      根據一個實施例,至少尖端包括與緊固部件的內部材料相比硬度較高、耐熱性較高和摩擦系數較低的外表面。

      該外表面可以包括一個或若干個疊加的層。有利地,尖端包括涂層,該涂層具有第一層、第二層和第三層。其中,第一層包括比尖端的內部材料隔熱好的材料,第二層包括比尖端的內部材料硬度高的材料,第三層包括比尖端的內部材料導熱好的材料。第一層優選為外層。第一層或第二層,或者附加層,可以進一步具有低于尖端的內部材料的摩擦系數。

      根據一個實施例,尖端或尖端的遠側部分直接安裝在緊固部件的其余部分上,并且包括不同于緊固部件的其余部分的材料的材料。

      例如,具有由第一材料制成的尖端和具有不同于第一材料的第二材料的主體允許使用高性能尖端和經濟性主體。特別地,尖端或其遠側部分的材料的硬度高于緊固部件的其余部分的硬度。此外,這允許在整個尖端直接安裝在主體上的情況下,可分割區域受益于表面處理。

      根據另一方面,本發明涉及一種經由具有前述特征的緊固部件組裝第一零件和第二零件的方法,該方法包括以下事實:

      圍繞軸線a旋轉緊固部件;

      借助緊固部件的尖端對第一零件和第二零件進行鉆孔;

      在尖端將第一零件和第二零件鉆孔后,斷開可分割區域。

      根據一個實施例,可分割區域的斷開包括在尖端上施加具有垂直于軸線a的分量的力。

      根據一個實施例,該力是方向可變的。

      根據一個實施例,該方法包括圍繞緊固部件的主體成形套環。

      提供對材料的引導來成形套環的事實允許提高機械強度。

      根據另一方面,本發明還涉及一種用于實施上述組裝方法的組裝設備,該設備包括:

      支承工具,其被構造成在緊固部件的尖端已經將第一零件和第二零件鉆孔之后致使緊固部件的可分割區域斷開,

      對應砧座,其具有殼體,該殼體用于圍繞緊固部件的主體成形套環。

      附圖說明

      本發明的其他特征和優點將從下面參考附圖對以非限制性示例的方式給出的實施例的詳細描述中清楚地顯現出來,其中:

      圖1a是根據本發明的實施例的緊固部件的側視圖,

      圖1b是根據本發明的實施例的緊固部件在可分割區域斷開后的側視圖,

      圖2是根據本發明的實施例的緊固部件的側視圖,

      圖3是根據本發明的一個實施例的緊固部件的一部分的剖視圖,

      圖4是示出根據本發明的一個實施例的組裝方法的步驟的視圖,

      圖5a是示出根據本發明的一個實施例的組裝方法的步驟的視圖,

      圖5b是示出根據本發明的實施例的組裝方法的步驟的視圖,

      圖5c是示出根據本發明的一個實施例的組裝方法的步驟的視圖,

      圖5d是示出根據本發明的一個實施例的組裝方法的步驟的視圖,

      圖6a是根據本發明的一個實施例的緊固部件的側視圖,

      圖6b是根據本發明的一個實施例的緊固部件的側視圖,

      圖7a是根據本發明的一個實施例的緊固部件的側視圖,

      圖7b是根據本發明的一個實施例的緊固部件的側視圖,

      圖8a和圖8b是根據本發明的實施例的緊固部件的正交和俯視剖視圖。

      具體實施方式

      圖1a示出了根據本發明的一個實施例的緊固部件1。緊固部件1用于組裝第一零件3和第二零件5。第一零件3和第二零件5可以由不同的材料制成,例如分別由鋁和鋼制成。第一零件3和第二零件5可以具有板形。例如,第一零件3是第一金屬板,第二零件5是第二金屬板5。緊固部件1還可以允許組裝兩個以上的疊置零件或金屬板。

      緊固部件1包括頭部10、主體30和尖端50。主體30沿著軸線a縱向延伸。主體30具有近側端部32a和相對的遠側端部32b。頭部10連接到主體30的近側端部32a。尖端50連接到主體30的遠側端部32b。

      術語“近側端部”在本文中是指最靠近部件的被施加推力的頭部的端部,術語“遠側端部”是指離頭部最遠且最靠近尖端的端部。類似地,遠側方向是緊固部件插入第一零件和第二零件中的方向,近側方向是相反的方向。

      頭部10被構造成允許緊固部件1圍繞軸線a旋轉。如圖6所示,為此目的,頭部10有利地具有至少一個旋轉驅動表面12。該旋轉驅動表面12被布置成允許在頭部10上施加扭矩,以便圍繞軸線a樞轉緊固部件1。頭部10可以有利地具有用于接收工具的空腔14,該工具優選具有互補形狀,以旋轉緊固部件1。驅動表面12至少部分地限定了該空腔14。

      頭部10還被構造成允許施加推力以推動緊固部件1穿過第一零件3和第二零件5。為此目的,頭部10包括近側支承表面16,該近側支承表面16可以對應于頭部10的從空腔14突出的表面。

      頭部10還可以包括遠側支承表面18,該遠側支承表面18被構造成支承抵靠第一零件3,具體地抵靠第一零件3的上面3a。該支承表面18可以具有環形形狀。

      主體30包括側壁34。該側壁34設置有緊固裝置,該緊固裝置被構造成將主體30緊固到第一零件3和第二零件5,并因此固定第一零件3和第二零件5。

      緊固裝置包括一個或若干個從側壁34徑向突出的元件32。徑向突出元件32沿著軸線a以預定的間距p布置,并限定預定的直徑d。

      優選地,如圖2和圖6a、圖6b所示,間距p有利地是可變的,更具體地說,在近側方向上逐漸減小。這允許增加第一零件3和第二零件5彼此抵靠的電鍍,同時提高主體30和這些第一零件3和第二零件5之間的結合力。直徑d可以是恒定的,也可以在近側方向逐漸增加。

      突出元件32可以是螺紋、環組件(例如由若干個環32形成)、或者為由滾花產生的脊之間的突起。徑向突出元件32被構造成與第一零件3和第二零件5圍繞軸線a的相對旋轉和/或軸向相對運動相對。徑向突出元件32相對于軸線a成一定角度或垂直延伸。

      可替代地或以互補的方式,如主體30的側壁34上所示,其可以具有非圓柱形形狀。因此,側壁34不限定回轉表面。例如,側壁34可以被扭曲。

      尖端50包括遠側端部52a和相對的近側端部52b。尖端50具有側壁54。尖端50具有從遠側端部52a在近側方向上增加的橫截面。因此,側壁54從遠側端部52a向近側方向擴張。如圖1b所示,尖端50可以具有近側部分57a和遠側部分57b。

      尖端50(更具體地說,其側壁54的至少一部分)具有圍繞軸線a的非回轉的形狀,也就是說,不是回轉表面的形狀,以便當旋轉緊固部件1時,產生擠壓,并因此加熱第一零件3和第二零件5的材料,例如如圖6b所示。因此,尖端50的至少一部分具有非圓形橫截面,如圖8a和圖8b所示。

      側壁54的非回轉形狀可以更具體地位于尖端50的遠側部分57b處。

      例如,尖端50可以具有由突起、凸起、邊緣或肋分開的區段或平坦表面,所述突起、凸起、邊緣或肋在包含軸線a的平面中縱向延伸。例如,尖端50可以具有橢圓形、卵形、多邊形等橫截面(即垂直于軸線a)。

      尖端50還可以包括一個或若干個從側壁54徑向突出的元件56。徑向突出元件56沿著軸線a以預定的間距p布置,并限定預定的直徑d。

      優選地,如圖2和圖6a、圖6b所示,直徑d有利地是可變的,更具體地說,在近側方向上增加。這允許在第一零件3和第二零件5中逐漸形成互補的形狀,主體30的突出元件32將被植入互補的形狀中以確保緊固部件1在第一零件3和第二零件5中的錨定。為了促進這種錨定,徑向突出元件56相對于軸線a成角度或垂直延伸。間距p可以是恒定的。

      突出元件56可以是螺紋、環組件(例如由若干個環56形成)、或者由滾花產生的脊之間的突起。

      突出元件56有利地至少位于尖端50的近側部分57a上。遠側部分57b可以沒有。

      根據一個實施例,尖端50可以完全沒有突出元件56。在這種情況下,主體30的徑向突出元件32的直徑在近側方向上增加可能是有利的。

      應當注意,尖端50的最大橫截面有利地保持小于或等于主體30的橫截面。然而,根據未示出的實施例,緊固部件1可以具有在主體30的近側部分的上游(也就是說相對于主體30的近側部分位于遠側)的具有較大橫截面的部分。這允許在主體30的近側部分插入零件3、5時的組裝期間受益于材料的彈性復原。該部分具有比主體30的近側部分大的橫截面,其可以位于尖端50上(在其遠側部分52a或近側部分52b上)或在主體30的遠側部分上。因此,該部分有利地位于主體30的最小間距為p的區域之前,即相對于該區域的遠側。

      緊固部件1或至少尖端50有利地包括用于形成熱屏障的表面處理。這允許保護緊固部件1或至少尖端50免受由于緊固部件1與第一零件3和第二零件5之間的摩擦以及由于第一零件3和第二零件5的材料的擠壓而產生的熱量的影響。實際上,在植入緊固部件1的過程中,由于溫度升高而產生的熱能因此通過降低其機械性能而集中在第一零件3和第二零件5中,并且不會影響緊固部件1的性能。這種表面處理例如基于陶瓷或碳化物。因此,緊固部件1或至少尖端50包括涂層或隔熱層。特別地,緊固部件1或尖端的外表面比緊固部件1的內部部分更隔熱。

      此外,緊固部件1或至少尖端50可以有利地包括額外的表面處理,用于增加隔熱層下的熱導率。因此,緊固部件1或至少尖端50可以具有包含導熱材料(例如銅或銀)的子層。通過允許熱能沿著緊固部件1軸向擴散和分布,該導熱子層允許加強緊固部件1或至少尖端50的熱保護,從而避免熱點的集中。

      此外,重要的是,緊固部件1在穿孔階段盡可能長時間地保持其幾何形狀。為此,緊固部件1(至少其尖端50)可以包括用于增加其硬度的表面處理,使得緊固部件1(或尖端50)的外表面具有高于緊固部件1的內部部分的硬度。這允許在整個植入周期中確保有利于緊固部件1的硬度差。所述表面處理可以是熱處理;它可以是表面處理,例如碳氮共滲、滲碳、淬火或滲氮類型的表面處理。替代地或附加地,該表面處理可以是涂層,例如鍍鎳類型的涂層。因此,緊固部件1(或至少尖端50)可以包括硬度高于緊固部件1的內部部分的硬度的外表面。例如,外表面包括硬度等于或大于500hv的材料。

      此外,為了防止緊固部件1的機械性能在穿孔期間降低,緊固部件1或至少尖端50可以包括用于降低其摩擦系數的表面處理,例如成膜或化學鍍鎳,其可以包括一種或若干種添加物(例如陶瓷)。因此,緊固部件1或至少尖端50可以包括粘附系數低于緊固部件1的內部部分的粘附系數的外表面。

      如圖3所示,因此至少緊固部件1的尖端50包括外部涂層或表層58,其具有:硬度高于緊固部件1的內部部分60的材料,和/或熱阻高于內部部分60的材料,和/或摩擦系數低于內部部分60的材料。外表層58可以進一步包括導熱率高于內部部分60的材料。

      該外表層58包括若干個疊加的層,例如熱阻高于和/或摩擦系數低于內部部分60的第一層581、硬度高于和/或摩擦系數低于內部部分60的第二層582以及可能的第三導熱層583。外表層58可以包括摩擦系數低于內部部分60的層,該層可以不同于其他兩個或三個。外表層58可以替代地包括單層,包括例如石墨烯或化學鍍鎳,其包括一種或幾種添加物,例如ptfe、銅或陶瓷,該單層被構造成降低緊固部件1的至少尖端50的外表面的摩擦系數以及隔熱、使堅固。

      應當注意,緊固部件1可以包括兩個組裝的部分。

      特別地,至少尖端50的遠側部分57b或整個尖端50可以是與緊固部件1的其余部分不同的部分,并且可以直接安裝在其余部分上。因此,遠側部分57b可以直接安裝在尖端50的近側部分57a上。在適當的情況下,遠側部分57b和近側部分57a可以具有互補形狀的接合表面。

      參照圖7a和圖7b,整個尖端50是不同于緊固部件1的主體30的部分,并且可以直接安裝在主體上。為此目的,尖端50(特別是其近側端部52b)和主體30(特別是其遠側端部32b)可以具有互補的形狀。

      根據圖7a,凸榫33(例如在這里固定到主體30)嵌套到殼體53中(例如在這里固定到尖端50)。

      尖端50和主體30的固定可以通過例如焊接、膠粘或壓合來實現。在適當的情況下,尖端50的遠側部分57b和其近側部分57b的固定可以通過例如焊接、膠粘或壓合來實現。

      尖端50或其遠側部分57b可以有利地包括硬度高于主體30或尖端50的近側部分57a的材料。例如,尖端50或其遠側部分57b包括碳化物、陶瓷、石墨烯或硬度高于主體30或頭部10或近側部分57a的鋼的鋼。在尖端50直接安裝在主體30上,或者其遠側部分57b直接安裝在其近側部分57a上的情況下,該實施例特別有利。

      特別如圖1a、圖1b、圖2和圖6a所示,緊固部件1進一步包括可分割區域70,該可分割區域70用于在第一零件3和第二零件5穿孔后斷開,以便將尖端50從主體30上分離。該可分割區域70連接尖端50和主體30。該可分割區域70布置在主體30的遠側端部32b和尖端50的近側端部52b處。

      可分割區域70是設置在緊固部件1的尖端50和主體30之間的薄弱區域。因此,可分割區域70是緊固部件1的具有較低機械阻力的預定區域。該可分割區域70限定了緊固部件1的截斷區域,該截斷區域被構造成在具有垂直于軸線a的分量的施加在尖端50上的作用力的作用下斷開??煞指顓^域70介于將緊固部件1的主體30緊固到第一零件3和第二零件5的緊固裝置與尖端50之間,尖端在鉆孔后變得不再需要,因此應該有利地被移出。

      可分割區域70可以是相對于軸線a的橫截面減小或厚度減小的部分70a,特別是具有直徑限制(也就是說直徑小于主體30的直徑和尖端50的直徑)的部分??煞指顓^域70優選為實心部分,也就是說非中空部分。緊固部件1可以包括單個可分割部分70a,其優選地布置在主體30和尖端50的中心處。該部分70a有利地平行于軸線a延伸。該部分70a可以具有回轉形狀,例如圓柱形、圓錐形或截頭圓錐形,以便促進其斷開。

      可分割區域70可以具有圍繞軸線a延伸的環形凹槽的形狀。根據圖7a的示例,可分割區域70可以是嵌套到尖端50的凸榫33。根據圖7a和圖7b,可分割區域70可以是尖端50和主體30之間的接合平面,或者是尖端50的遠側部分57b和近側部分57a之間的接合平面。

      可分割區域70可以通過軋制獲得。

      本發明還涉及一種用于經由具有上述全部或部分特征的緊固部件1組裝第一零件3和第二零件5的方法,該方法包括以下事實:

      圍繞軸線a旋轉緊固部件1;

      借助緊固部件1的尖端50將第一零件3和第二零件5鉆孔;

      在尖端50將第一零件3和第二零件5鉆孔之后,斷開可分割區域70。

      第一零件3和第二零件5的鉆孔可以通過施加在緊固部件1上,特別是頭部10上的軸向推作用力來實現。

      第一零件3和第二零件5的鉆孔可以在緊固部件1圍繞軸線a樞轉的同時實現。

      緊固部件1圍繞軸線a的旋轉可以有利地在鉆孔之前進行、與鉆孔相伴進行、或者在鉆孔開始之后進行。旋轉可以經由用于在緊固部件1的頭部10上施加扭矩的工具來實現。

      可分割區域70的斷開包括在尖端上施加力,該力具有垂直于軸線a的分量。該力可以是圍繞軸線a可變方向的。例如,該方法包括在將第一零件3和第二零件5鉆孔之后,使尖端50與支承工具(例如傾斜間隔件102,該傾斜間隔件具有相對于軸線a傾斜的平面104)接觸,以斷開可分割區域70。該工具或傾斜間隔件102可以是固定的或可移動的,例如圍繞軸線a旋轉和/或沿著軸線a平移,如圖4和圖5a至圖5d所示。

      該方法還包括將緊固部件1錨定在第一零件3和第二零件5中。這種錨定是經由主體30的緊固裝置實現的,也就是說,特別是通過突出元件32在第一零件3和第二零件5中的接合實現的。第一零件3和第二零件5也可以彼此抵靠電鍍。

      如圖4所示,該方法可以包括在鉆孔期間圍繞緊固部件1的主體30成形套環7。該套環7可以借助對應砧座106形成,對應砧座具有用于成形套環7的殼體108。因此,該套環7具有有預定形狀的特殊性,這是通過將材料引導到殼體108中而獲得的。殼體108例如延伸到支承工具或傾斜間隔件102的右側。

      如圖5a至圖5d所示,該方法可以包括例如通過抽吸收集分離的尖端50的步驟。

      本發明還涉及一種用于實施上述組裝方法的組裝設備100,該設備100包括:

      支承工具,例如傾斜間隔件102,其被構造成支承抵靠尖端50,以便在緊固部件的點50已經將第一零件3和第二零件5鉆孔之后,致使緊固部件1的可分割區域70斷開;

      對應砧座106,其具有殼體108,用于圍繞緊固部件1的主體30成形套環7。對應砧座具有用于支承抵靠第二零件5的遠側面的近側面112。

      組裝設備100可以進一步包括排出裝置,該排出裝置被構造為排出從主體30分離的尖端50。排出裝置可以包括排出管道110,該排出管道110允許通過重力或經由抽吸單元(未示出)將尖端50從傾斜間隔件102排出到收集容器(未示出)。

      當然,本發明絕不限于上述實施例,該實施例僅作為示例給出。在不脫離本發明的保護范圍的情況下,改變是可能的,特別是從各種設備的構造的角度或者通過技術等同物的替換。

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