[发明专利]铆钉插入方法及设备

说明书

一种使用铆钉插入设备来将铆钉插入工件的方法，该方法包括在第一铆钉插入步骤期间，使用冲头和模具将铆钉驱动到工件中，使得工件材料块从工件上移除，并进入设置在模具中的孔洞中，从而修改或更换模具以提供接收铆钉的模具表面，然后在第二铆钉插入步骤期间，使用冲头将铆钉进一步驱动到工件中，使得铆钉的柄被接收铆钉的模具表面镦粗。

本发明涉及一种将铆钉插入工件的方法，并且涉及一种相关的设备。

自冲铆钉是一项成熟的技术，其与粘合剂结合使用以将金属工件连接在一起。自冲铆钉用于汽车行业，以将铝制汽车面板连接在一起。由于铝特别柔软，也较易延展，因此特别适合使用自冲铆钉进行连接。在使用自冲铆钉形成的典型接合中，包括两片重叠材料的工件位于适当成形的模具上。自冲铆钉被插入材料片。铆钉的柄穿过上层材料片，然后在进入下层材料片并靠近模具时向外张开(flare)。柄的向外张开可称为使铆钉镦粗(upsetting)。当柄向外张开时，其延伸到下层片中，使得下层片的材料包封柄的张开部分。这在铆钉和下层材料片之间提供了牢固的接合。上层和下层材料片牢固地保持在铆钉的头部和铆钉的张开柄之间，从而在材料片之间形成牢固的接合。在铆钉插入过程期间，下层材料片流入模具并形成材料的所谓圆头部(凸起的圆盘)。以这种方式连接铝片是有效且高效的，并且广泛在汽车工业中在铝制车身车辆的制造期间使用。

尽管自冲铆钉在连接相对柔软和易延展的材料(例如铝)方面非常有效，但它们不太适于连接延展性较差的材料，例如超高强度钢(可以认为是指抗拉强度为800MPa或更高的钢)，镁，7000系列铝，铸铝和碳纤维。自冲铆钉应满足两个要求，以形成良好的连接，即穿过工件并向外张开以提供与最低工件的接合(也称为互锁)。在延展性较小的材料中可能难以满足这些要求，因为穿透低延展性材料并且实现足够的张口以在低延展性材料中提供互锁而不引起该材料开裂也具有挑战性。

确保铆钉可以穿透低延展性材料(例如超高强度钢(UHSS))而不会被损坏的一种方法是使用具有很高硬度(例如530HV或更高的硬度)的铆钉。这允许铆钉穿透UHSS而不会塌陷。但是，具有很高硬度的铆钉相对较脆，并且在将其插入工件时经常会出现开裂。这导致接合相对较弱，并且在接合承受动态载荷时(例如，在车辆行驶时可能会经历)容易损坏。

本发明的一个目的是提供一种克服与现有技术有关的缺点的方法和设备。该方法和设备可以适合于接合包括UHSS，镁，7000系列铝，铸造铝，碳纤维或其他低延展性材料的工件。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种使用铆钉插入设备来将铆钉插入工件的方法，该方法包括在第一铆钉插入步骤期间，使用冲头和模具将铆钉驱动到工件中，使得工件材料块从工件上移除，并进入设置在模具中的孔洞中，从而修改或更换模具以提供接收铆钉的模具表面，然后在第二铆钉插入步骤期间，使用冲头将铆钉进一步驱动到工件中，使得铆钉的柄被接收铆钉的模具表面镦粗。

在第二步骤结束时，铆钉的头部可以相对于工件的上表面停在期望的位置。例如，头部可以与工件的上表面接触。

本发明的实施例允许在两个分开的操作中冲孔然后锻造工件，而不需要在工件的两侧上提供能够施加数十kNs的力的致动器。

在整个铆钉插入过程期间，可以通过铆钉插入设备的鼻部鼻部将工件夹持至模具组件。

在某些情况下，在第一铆钉插入步骤之后并在第二铆钉插入步骤之前，铆钉的柄的底端不延伸超过工件。在第二铆钉插入步骤之前，铆钉的杆的底端可以与工件的最下表面大体齐平。在其他情况下，柄的底端可以延伸超过(例如稍微超过)工件的最下表面。

更换模具可以包括移除设置有孔洞的模具，并且将其替换为具有接收铆钉的模具表面的模具。

修改模具可以包括移除模具的内部部分，并且将其替换为包括接收铆钉的模具表面的模具内部部分。

铆钉可以包括部分地沿着铆钉的柄的特征，该特征增加了铆钉和工件之间的接合，使得当特征与工件接触时，将铆钉推入工件所需的力增大。