[发明专利]自冲孔帽元件以及由其和金属片材构成的组件

说明书

技术领域

本发明涉及一种自冲孔帽元件，该自冲孔帽元件被设计为压入金属片材，其中该帽元件具有以下特征：形成凸缘的头部；在头部中的中心孔，该中心孔被设计成容纳栓元件且具有中心纵轴线；形成在凸缘处的位于至少大致垂直于该中心纵轴线的平面中的金属片材接触表面；以及在金属片材接触表面的一侧在纵轴线方向上离开头部延伸的冲孔部。此外，本发明涉及包括附接至金属片材的这样的帽元件的组件。

背景技术

在紧固件领域，紧固件在金属片材制造期间通过机器附接至这些金属片材，在压合元件和铆接元件之间存在区别。压合元件的特征在于，压合元件在附接至金属片材时至少不会有意地发生变形，而是金属片材自身发生变形且与压合元件的形状的特征接合，由此压合元件被以固定不可旋转且不会压出的方式紧固至金属片材。对于铆接元件，该元件的铆接部分在附接至金属片材期间有意地发生变形，通常形成铆接边，由此金属片材被捕获在铆接边与凸缘部分之间，以实现不可旋转地固定且压紧的连接。

此外，压合元件和铆接元件都已知作为自冲孔元件。术语自冲孔应理解成，相应的元件在金属片材中冲出其自身的孔，当然仅当足够的力施加在自冲孔元件上时才是如此，例如通过压力机或者机器人或者力驱动的成对钳将自冲孔元件压靠在金属片材上，且在远离该元件的一侧将金属片材支撑在相应的冲模母模上。

在车辆结构中，之前通常将惯自冲孔元件与强度小于大约300MPa的金属片材一起使用。那么使用的自冲孔元件通常具有的强度在700MPa至900MPa的范围内，且在特殊的情况下达到大约1250MPa，该强度完全足以在将紧固件附接至金属片材时在金属片中冲孔，特别是当金属片材的厚度小于大约3mm时。高达大约850MPa的元件强度例如用于8级的元件，而更高的强度用于10级和12级的元件，这通常需要相应元件的热处理和/或特定的材料选择。

关于所使用的紧固件，紧固件的材料在未处理状态下通常具有大约380MPa的强度。然而，仅通过冷变形，该强度增大到700MPa至900MPa范围内，冷变形被用以从棒材开始通过冷镦形成紧固件。

针对一些目的，要求具有高于900MPa的强度的紧固件。由能够通过热处理而硬化的材料制造这样的紧固件，由此实现更高的强度。然而，这样的热处理在一些情况下是不被期望的。与用冷镦制造紧固件相比，热处理具有不同的工艺，且通常在制造紧固件的同一工厂中甚至都不能被执行，由此生产更高强度的热处理的元件需要耗费相当多的时间和金钱。

另一方面，更高强度的金属片材越来越多地用在车辆结构中，用于紧固件的、强度通常在700MPa至900MPa的范围以上的热处理的金属片材也被部分地、越来越多地用在车辆结构中。这样的更高强度的金属片材一方面使得能够以更薄的金属片协同配合，由此能够节省重量，然而另一方面却使得非常难以与自冲孔元件协同配合。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自冲孔帽元件，强度在700MPa至900MPa的范围内，该自冲孔帽元件能够以自冲孔的方式被引入金属片材(具有低于300MPa的更低强度的金属片材以及具有高于300MPa甚至高于1600MPa的更高强度的金属片材)中。根据本发明的这样的帽元件主要是压入元件。此外，本发明的帽元件或者本发明的组件应当能够以相对低的成本制造。

为实现该目的，提供在本文开头部分所述类型的帽元件，其中帽元件设计用于自冲孔附接进入更高强度的金属片材，使得冲孔部直接并入金属片材接触表面，并且冲孔部在其自由端面处具有冲孔边，冲孔边通过外周表面与金属片材接触表面间隔开，该外周表面的轴向高度与金属片厚度的至少30％、优选至少50％相当，其中所述冲孔部的、在所述冲孔部的自由端面处的、从所述冲孔部的外侧至螺纹的标称直径的区域中的径向壁厚度(对于非方形或圆形冲孔部为最小壁厚)与所预期的金属片材的厚度的1.2倍至1.8倍、优选1.5倍相当。

具有自冲孔帽元件和金属片材的相应的组件的特征在于：金属片材具有被冲出的孔，该孔的形状与冲孔部的形状相当，其中，在金属片材的远离金属片材接触表面的一侧处的金属片材的材料具有邻近冲孔部且环绕冲孔部的凹部，并且孔缘的材料被延伸进入帽元件的径向形成在冲孔部中的收缩部和/或沟槽中。

换句话说，根据本发明令人意外地发现，通过冲孔部的合适的设计，在冲孔部具有至少大致为圆柱的部分，且该圆柱的部分的轴向高度与金属片厚度的至少50％且优选更大比例相当的情况下，则当金属片具有在大于900MPa直至1600MPa以上的范围内的且优选为1500MPa的更高的强度时，也能够在金属片材中冲孔。