[发明专利]冲压铆钉和用于产生冲压铆接连接部的方法

说明书

本发明涉及一种用于连接两个工件的冲压铆钉，所述冲压铆钉具有头部和杆，其中，杆实现为具有杆内径、杆外径和杆端面的中空杆，其中，在杆端面上实现有环形切割边缘，所述环形切割边缘的直径小于杆外径，其中，杆内径通过切割半径结合到环形切割边缘。

从文献DE102005052360B4和文献DE 102009039936A1中获知这种类型的冲压铆钉。

本发明还涉及一种用于在至少两个工件之间产生冲压铆接连接部的方法，其中一个工件具体由强度为至少600MPa且优选地最大为1000MPa的高强度材料组成，并具体包括至少0.5mm的厚度。此外，本发明涉及一种工件装置，所述工件装置由通过至少一个这种类型的冲压铆钉或通过使用这种类型的冲压铆接方法而进行连接的至少两个工件产生。

冲压铆接是一种变形连接工艺，并可使用所谓的实心铆钉和所谓的半空心铆钉来执行。当前实例考虑使用实现有中空杆的半空心铆钉进行冲压铆接。该方法的特征在于半空心铆钉被驱动到两个工件(具体为两个金属板)的装置中，最上面的工件被中空杆穿透(穿孔)。最底部的工件安放在其上的模具被设计为使得中空杆随后径向地扩张并被径向地驱动到底部工件中，从而形成底切部(undercut)。在这种情况下，底部工件通常不会被切断，以使底部工件的面对模具的侧部保持封闭并因此更不易于生锈。多年来，利用半空心铆钉的冲压铆接方法已被越来越广泛地应用于汽车产业。冲压铆接方法具体适用于连接由不同材料(例如，钢和铝)制成的工件。由于具体在车身结构方面存在倾向于将适用于各个预期目的的不同材料进行组合的趋势，所以相比于焊接来说，冲压铆接方法对于这种情况来说是优选的连接方法。

在这种情况下明显的是至少位于模具侧的底部工件的材料应具有良好的冷成型特性并应具有尽可能均质的材料特性。

由于在上述应用领域中，存在倾向于高强度材料(例如，位于冲头侧的上工件的强度高达1000MPa)的趋势，所以(具体地)为了能够穿透由高强度材料制成的这种工件，用于这个目的的冲压铆钉必须具有对应的高强度(铆钉硬度)。与此同时，冲压铆钉在其杆区域具有适当的变形能力以在最终的冲压铆接连接部处提供良好的底切部。在对高强度金属连接部进行冲压铆接时的另一准则是足够高的刚度水平以用于穿透这种高强度金属板和足够大的杆内部体积以容纳来自冲头侧的金属板层的冲压废料。

在半空心铆钉的领域中，存在不同的标准模型，例如，如从文献WO 95/09307中获知的所谓的C铆钉。所描述的半空心铆钉包括圆筒形的中空杆、实现在杆的端面的外部边缘上的尖锐的环形切割边缘。为了这个目的，内径通过切割半径结合到杆外径。最初开发所述C铆钉用于纯铝连接或低强度钢板的结合。然而，由于在冲压铆接操作期间C铆钉具有极强地扩张趋势，使得仅有少量的材料存在于底部工件的底切部区域中，所以C铆钉不适用于冲压铆接高强度工件。因而，可获得的强度是相对较小的。从文献DE 20319610U1获知具有尖锐的环形切割边缘(不过该环形切割边缘与杆外径间隔开)的改进的C铆钉。

此外，例如，从文献DE 102005052360B4中获知现有技术中的所谓的P铆钉。

在该冲压铆钉的实例中，环形切割边缘实现在杆端面上，其直径小于杆外径。环形切割边缘实现为平坦的环形表面，该环形表面沿径向方向定向并通过杆外斜面结合到杆外径，其结果是该环形切割边缘与杆外径间隔开。杆内径通过相对较小的半径结合到所述环形表面。

当冲压铆接高强度工件时，P铆钉的确具有比C铆钉好的特性。尽管如此，在这方面即使是P铆钉，仍然存在改进的需要。

由于使CO₂排放显著降低对汽车产业的压力不断增加，所以由具有对应的板材厚度的高强度和最高强度金属板制成的轻质结构以及因此可实现的重量的减小变得越来越重要。

从在上文所提及的文献DE 102009039936A1知晓的半空心冲压铆钉通常适用于连接高强度板层。然而，通常需要对已知的半空心冲压铆钉进行改进。

因此，本发明的目的在于提供一种改进的冲压铆钉和一种用于产生冲压铆接连接部的改进的方法，通过该方法可按照可靠的方式连接高强度工件。

利用上文所提及的那种类型的冲压铆钉实现以上目的，其中，环形切割边缘的直径大于杆内径，其中，环形切割边缘与杆外径和杆内径两者都间隔开中空杆的径向杆厚度的至少20％，其中，环形切割边缘包括小于中空杆的径向杆厚度的10％的切割环形表面宽度，其中，杆内径与杆外径的比率小于0.6。

特别优选的是杆内径与杆外径的比率小于0.55。此外，优选的是所述比率大于0.52。