一种铆接方法及其铆接装置

技术领域

本发明涉及连接领域，具体讲是一种铆接方法和铆接装置。

背景技术

借助塑料制成的铆钉圆钉（铆钉销或铆钉销）将两个零件彼此连接是连接方式中的常用手段，该铆钉圆顶被模制或附接到所述零件之一。 铆钉圆顶穿过另一部分的开口，然后通常将铆钉芯轴加热至塑化温度，并通过放置在铆钉芯轴上的铆钉冲头使其变形，以使变形的铆钉芯轴接合在另一部分上。 在冷却阶段之后，在该阶段中将铆钉芯轴冷却至其凝固温度，然后将铆钉芯轴提铆钉圆顶，从而让两个部分通过铆钉圆顶牢固地彼此连接。

同时现有多种加热铆钉芯轴的方法，通常通过电加热元件，通过吹入热空气或通过超声使铆钉圆顶达到其塑化温度； 此外，原则上已经知道使用红外线加热铆钉芯轴。

这些已知方法的缺点在于，由于相对较长的加热和冷却时间，它们通常不允许自动操作中期望的短循环时间。另一个缺点是，当加热铆钉圆顶时，围绕铆钉穹顶的待连接部件的区域通常以这样的方式加热：以这些部件的颜色和结构的不期望的变化的形式在这些区域中发生损坏；这通常是不符合要求的，特别是当颜色和结构的变化在零件的可见侧时。

发明内容

因此，为了解决上述不足，本发明在此提供一种铆接方法和一种用于通过塑料铆钉芯轴连接两个或多个零件的铆接装置，利用该铆接方法和铆接装置，零件可以实现快速连接，有效地铆接而不会损坏零件的零件。

本发明所公开的铆接方法，用于通过塑料制成的铆钉芯轴连接两个部件、，所述铆钉芯轴通过铆接模具变形，所述铆接模具从其后侧无接触，通过热辐射或通过施加热气将其加热至适合于对铆钉芯轴进行塑化的塑化温度，并且通过与加热的铆接模具接触来使铆钉芯轴塑化；通过无直接接触式的加热，缩短了加热时间，提高了加热效率，被加热的铆接模具有针对性地将热量传递到铆钉芯轴，而不会造成明显的热量损失，因此可以减少周期时间。此外，可以防止对与热相关的周围区域的损害，特别是颜色和结构的变化，由于铆钉模具没有与热源的机械连接，因此可以根据需要更容易地更换铆接模具。

优选的，所述铆接模具通过红外线辐射被加热。原则上可以想到用于加热铆模的其他辐射源，例如广泛多样化的激光辐射，如果铆接模具通过热气加热，则热气优选的由热空气组成。

优选的，在所述铆钉芯轴变形之后，通过气体冷却剂冷却所述铆接模具，所述气体冷却剂被导向到所述铆接模具的背面。优选的使用冷空气作为气态冷却剂，变形的铆钉芯棒也优选地通过铆接模具专门地或主要地被冷却，这使得快速的热传递和短的冷却时间成为可能。

在铆接方法中所指出的铆接装置，该铆接装置具有用于通过热辐射对铆接模具进行无接触加热的热辐射源，该热辐射源在这种情况下被布置在铆钉模具的后面。热辐射的方式最好是直接对准铆接模具，热辐射最好是一个红外线辐射源。该铆接装置用于通过塑料制成的铆钉芯轴连接两个部件，该铆接装置具有能够与铆钉芯轴接触以使铆钉芯轴变形的铆接模具，还包括热源，该热源以非接触式对所述铆接模具进行加热，并位于铆接模具的后方。

优选的，所述热源为热辐射源，通过热辐射对铆接模具进行非接触加热，其中热辐射源在铆接模具的后面。

优选的，所述热辐射源是红外辐射源。

优选的，所述热源为热气源，该热气源具有至少一个热气出口，所述热气出口布置在所述铆接模具的后面，使得所述热气被引导到所述铆接模具的后面。

优选的，所述铆接装置还包括冷却装置，所述冷却装置与气态冷却剂一起工作并且具有至少一个冷却剂管线，所述冷却剂管线具有朝着铆接模具的冷却剂出口，冷却剂被引向铆接模具，通过冷却液使铆钉模的温度达到使铆钉芯轴凝固的温度。此设置可以使铆接模具达到使铆钉芯轴顶部通过冷却剂凝固的温度，提供一个或多个这样的冷却剂管线，其将冷却剂从不同侧面或中心引导到铆钉模具上，让其冷却效果更好。

优选的，所述铆接模具为杯形，并包括端壁和套筒形的周壁；所述端壁具有与所述铆钉芯轴匹配的成形表面。套筒形的周壁具有这样的效果，即，热的气体和/或气态的冷却剂集中在铆接模具的端壁的后侧，由此可以进行铆钉芯轴快速有效地的加热和冷却，并及时的退出。

优选的，所述周壁仅通过腹板连接至所述端壁，在腹板之间布置有自由空间，该自由空间在周壁的圆周的主要部分上延伸。这些自由空间允许被热辐射或热气体以及气态冷却剂加热的空气容易地从铆接装置的内部以及从铆接冲头的后部排放到外部。

优选的，还包括铆接模具保持装置，该铆接模具保持装置具有接收套筒，所述接收套筒的端部区域中安装有所述铆接模具；所述热辐射源布置于接收套筒内，或者所述热气源的热空气出口与铆接模具对齐，以使热辐射或热气体从后部引到铆接模具的端壁上。此设置使得能够制造出非常紧凑，有效且快速工作的铆接装置。

优选的，所述冷却剂出口布置在所述接收套筒的内部或上方，并且尤其布置在铆接模具的附近。在此尤其优选的是，冷却剂管路通到铆接模具附近的容纳套筒中或者位于容纳套筒的中央，这为接收套筒内的冷却空气或另一种冷却气体从冷却剂出口到铆钉模具的端壁建立了短而直接的路径，这也有助于铆钉模具的快速有效冷却。

优选的，所述铆接模具由具有高导热率的金属制成，铆接模具优选的由具有高导热率的金属，特别是钢或黄铜制成。以此方式，可以实现铆钉模具的特别短的加热和冷却时间。

优选的，所述铆接模具具有无光泽或深色的背面，以加速热量的吸收。

优选的，所述铆接模具的端壁为薄壁，此设置有利于缩短加热和冷却时间。

本发明具有如下优点：

本发明构思巧妙，能够快速的通过塑料件完成两个部件的连接，采用非接触式对能量的传递，响应快速，加热或冷却周期短，连接效果好，并且不影响两个连接件的构造、形状和色彩。

附图说明

图1是本发明的铆接装置的三维视图；

图2是图1的铆接装置的下部的局部示意性纵向截面图，以及布置在铆接装置下方的铆钉芯轴；

图3是从下方倾斜的示例性铆接模具；

图4是图3的铆钉模具从上方倾斜的角度；

图5是穿过铆接模具的纵向截面，该截面位于腹板的平面中；

图6：穿过铆接模具的纵向截面，该截面位于腹板之间的平面中；

图7是本发明使用状态过程示意图，其中7a至7c展示出了制造铆钉连接的不同阶段。

具体实施方式

下面将结合附图1-图7对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示了铆接装置1，该铆接装置1具有导向套筒2和固定有导向套筒2的保持元件3，借助于该保持元件3，铆接装置1可以至少在其纵向方向上移动，即沿轴向移动；借助于未示出的移动机构，在竖直方向上示出的实施例变为。

在所示的实施例中，导向套筒2竖直地布置，而保持元件3以横向臂的形式水平地延伸，导向套筒2例如通过夹具附接到横向臂的一端，导向套筒2和保持元件3的其他类型和选择是容易的。

通过沿纵向移动铆接装置1，可以将铆接装置1放置在铆钉芯轴4（图2）上，并从其向上抬起。

导向套筒2在其上端（后部或后部）借助于细长的多边形元件5延伸，该多边形元件用于调节铆接装置1的角度。

此外，从图1中可以看出，铆接装置1包括具有保持板7的连接模块6，在其上附接有用于温度传感器和用于热辐射源19的电插接连接件8，该插接连接件8示意性的示出，图2中所示实施例中的热辐射源19是红外辐射源。

从图2中可以看出，管状的保持杆9布置在导向套筒2中，从而可纵向移动，保持杆9向下延伸超过导向套筒2的下端10。

固定座11固定在管状的保持杆9的下端，例如可以通过螺纹12进行固定。 固定座11的外径大于保持杆9的外径，使得固定座11的端面13相对于保持杆9形成直径台阶。

围绕保持杆9的压缩弹簧14布置在固定座11与导向套筒2的下端10之间。 压缩弹簧14的下端支撑在固定座11的端面13上或支撑在该固定座上的中间盘上，并且其上端支撑在导向套筒2的下端面15上。 由于这种布置，当铆接装置1在铆钉芯轴4上的力超过反向力时，固定座11和保持杆9可以相对于导向套筒2压缩压缩弹簧14的力向上移动。

沿保持杆9的纵向向下延伸的接收套筒17优选地通过螺纹16固定到固定座11上。热辐射源19布置在接收套筒17的内部；

热辐射源19连接到电源线，所述电源线在保持杆9内部向上布线，并通过多边形元件5到达相关的插头连接件8，并连接到相应的电源。 优选所述热辐射源19产生从下部辐射表面21辐射到铆接模具22上的红外线，以便将其快速加热到适合于使铆钉芯轴4塑化的温度。

代替热辐射源19的也可以使用热气源，以便借助于热气，特别是热空气将铆接模具22加热到适合于使铆钉芯轴4塑化的温度。 可以例如通过保持杆9或通过外部热气管线在中心将热气引导至铆接模具22。 在铆接模具22被热气加热的情况下，铆接装置可以具有带有热气出口20的热气供应元件18，而不是设置在铆接模具22后面或在其上的热辐射源19。以这样的方式将热气体引导至铆接模具22的后侧：

铆接模具22例如通过螺纹23附接到接收套筒17的下端，铆接模模具22、容纳套筒17、固定座11和保持杆9因此形成刚性单元，该刚性单元相对于导向套筒2抵抗压缩弹簧14的压缩力在其纵向方向上延伸。

在上述实施例中，所述铆接模具22包括端壁24和套筒状的周壁25，该套筒状的周壁25拧入接收套筒17的下端区域中，容易进行另一种连接，例如焊接连接。此外，也可以考虑将接收套筒17和铆接模具22一体地构造，其中，铆接模具22大体形状是杯形的。

如特别从图3至图6可见，铆钉冲头22的周壁25具有径向向外突出的套环26，当将铆钉冲头22拧入接收套筒17中时，该套环26用作铆钉冲头22的轴向止动件，以撞击接收套筒17的下端壁27（图2）。

铆钉冲头22的端壁24布置在周壁25下方一定距离处，并通过四个腹板28连接到其上；周壁25和端壁24的之间是自由空间29，该自由空间在腹板28之间在圆周方向上延伸。而从铆接模具22的内部排出用于加热铆接模具22的热空气或在对铆接模具22进行散热时产生的热风以及用于冷却铆钉冲头22的冷空气，可通过这些自由空间29排出。

在面对铆钉芯轴4的一端，端壁24具有可放置在铆钉芯轴4上的成形表面30，成形表面根据铆钉芯轴4在其变形过程之后将具有的形状来设计。在所示的实施例中，成形表面30由围绕端壁24的中心销32的圆形凹部31形成。销32的直径使得销32可插入到套筒的内部。

铆接模具22的端壁24优选地并且尤其是在成形表面30的区域中，在圆形凹部31的区域中，该壁是薄壁的并且具有高的热导率，使得端壁24可以被快速地加热和冷却。在成形表面30的顶点区域中的端壁24的厚度优选仅为端壁24的直径的1-10％，特别是1-5％。铆钉模具22优选地由以下材料制成：具有高导热性的金属，特别是钢或黄铜。

铆接模具22以及由此变形的铆钉芯轴4通过冷却装置33被冷却，该冷却装置在所示的示例性实施例中包括两个冷却剂管线34； 冷却剂管线34可以经由连接件35连接至另外的未示出的冷却剂供应管线。 气态冷却剂，特别是冷空气，可以通过冷却剂管线34供应到铆接模具22。

冷却剂管线34在所示的实施例中沿导向套筒2和接收套筒17在径向上相对地延伸，并在径向上延伸，并且经由冷却剂出口39在铆接模具22的正上方打开，进入到接收套筒17的内部。沿铆接模具22的方向，优选直接朝向被引导至端壁24。 作为对此的替代，也可以将气态冷却剂以某种其他方式，例如从中心穿过保持杆9的内部，引导至铆接模具22。

下面参考图7中7a至7c更详细地描述根据本发明的铆接方法；

图7a以纵向剖视图示出了铆接装置1的下部，该铆接装置的铆接模具22最初以小距离布置在铆钉心轴4上方并与其对准。

由塑料制成的铆钉芯轴4被模制到第一部分36上，并且延伸穿过第二部分38的开口37，该第二部分38安放在第一部分36上并且旨在与第一部分36连接。 此外，铆钉芯轴4设计为套筒形状，并且向上突出预定量超过第二部分38。

在这种状态下，热辐射源19被激活，并且热辐射到铆接模具22的背面上，即在铆接模具22的背面，尤其是在其端壁24上，从而使成形表面30达到铆钉芯轴塑化温度，适用于软化铆钉芯轴4的温度；借助于未详细示出的温度传感器监控铆接模具22的温度。

然后，从图7可以看出，降低铆接装置1并将其放置在铆钉心轴4上。 铆钉心轴4的突出超过第二部分38的部分借助于铆接模具22通过热传递正重叠而塑化。

在图7b中，示出了铆接装置1处于其最低的位置，其中铆接模具22搁置在第二部分38上并且铆钉圆顶头40完全形成。 在这种状态下，热辐射源19被关闭并且冷却装置33被激活，以便将气态冷却剂，特别是冷却空气经由冷却剂管线34引导到铆接模具22的背面，特别是在其端壁24。 最后，将铆钉模具22冷却到铆钉拱顶凝固温度，至到变形的铆钉芯轴4到固化的温度；该铆钉芯轴4通过从铆钉模22向铆钉芯轴4的冷传递而被冷却。

在图7c中所示，铆接装置1上抬，并脱离塑化成形后的铆钉芯轴，当铆钉芯轴4凝固之后，通过冷却剂管路34的气态冷却剂的供应被阻止并且铆接装置1从铆钉芯轴4上抬起；此时可以再次激活热辐射源19以重新加热铆接冲头22，以便开始进一步的铆接过程。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。