JP2019013942A - Self-drilling rivet fastening device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、大径の頭部と該頭部から垂下する中空の脚部とを有する自己穿孔型(セルフピアス)リベットを使用して複数の被締結部材を締結する自己穿孔型リベット締結装置に関する。特に、ダイカスト材等の展延性の悪い材料で出来た被締結部材を締結する場合に使用する自己穿孔型リベット締結装置に関する。 The present invention relates to a self-piercing rivet fastening device that fastens a plurality of members to be fastened using a self-piercing rivet having a large-diameter head and hollow legs hanging from the head. . In particular, the present invention relates to a self-piercing rivet fastening device used when fastening a fastened member made of a material having poor spreadability such as a die-cast material.
自己穿孔型リベットは、被締結部材に予め締結するためのボルト等を挿通する孔を加工しておかなくても、リベットを打ち込むだけで簡単に複数の被接合部材を接合できるという利点がある。 The self-piercing rivet has an advantage that a plurality of members to be joined can be easily joined simply by driving in a rivet without processing a hole for inserting a bolt or the like for fastening to the member to be fastened in advance.
自己穿孔型リベットは、溶接に不向きなアルミニウムボデーパネルの連結に適している。自動車のボデーは軽量化が進められ、アルミニウムボデーも採用され、自己穿孔型リベットの需要は増大している。特に、自己穿孔型リベットは、上側(パンチ側)の被締結部材は貫通するが、ダイに隣接する下側(受け側)の被締結部材は貫通せずにその中に留まるように打込まれるので、受け側の被締結部材の表面にはリベット貫通孔が形成されない。そのため、受け側被締結部材への密封性が損なわれず、また外観がそのまま維持されるという利点がある。 Self-drilling rivets are suitable for connecting aluminum body panels that are not suitable for welding. The weight of automobile bodies has been reduced, and aluminum bodies have also been adopted, and the demand for self-drilling rivets is increasing. In particular, the self-piercing rivet is driven so that the upper (punch side) fastened member penetrates, but the lower (receiving side) fastened member adjacent to the die does not penetrate and stays therein. Therefore, no rivet through-hole is formed on the surface of the receiving member to be fastened. Therefore, there is an advantage that the sealing performance to the receiving side fastening member is not impaired and the appearance is maintained as it is.
従来のダイを用いる自己穿孔型リベット締結装置を使用して、ダイカスト材等の展延性の悪い被締結部材を締結する場合、自己穿孔型リベットの脚部の先端がパンチにより被締結部材の中に打ち込まれ、ダイの凹部により被締結部材が変形するとき、被締結部材が塑性変形に耐えられず、割れが発生する場合がある。特に、下側の被締結部材に割れが発生する場合が多い。 When using a conventional self-piercing rivet fastening device using a die to fasten a fastened member such as a die-casting material, the tip of the leg of the self-piercing rivet is punched into the fastened member When the member to be fastened is deformed by the recessed portion of the die, the member to be fastened cannot withstand plastic deformation and cracking may occur. In particular, cracks often occur in the lower fastening member.
特許文献1は、パンチ(自己穿孔型)リベット取付工具用の、基部本体を備えるパンチリベット取付金型を開示する。基部本体に形成された凹部は、底面の基部と、基部の周りの環状壁とを有する。凹部の基部の中央領域に環状隆起部が設けられ、その内側領域から半径方向外側に出る材料流を制限する。又は、環状隆起部の代わりに、凹部の基部の中央部にキャビティが設けられ、半径方向外側に出る材料流を制限する。
特許文献1は、中央領域における半径方向の材料流が制限されるので、パンチリベットを締結した後、最下部の被加工物は十分な厚さが維持され、最下部の被加工物にひび割れが発生しにくい、としている。
しかし、特許文献1の取付金型のキャビティの形状は、締結するときにも変化しない。また、取付金型の環状隆起部は軸方向長さが短いので、その効果は限定的であった。
Patent Document 1 discloses a punch rivet setting die having a base body for a punch (self-piercing type) rivet setting tool. The recess formed in the base body has a bottom base and an annular wall around the base. An annular ridge is provided in the central region of the base of the recess to limit the material flow exiting radially outward from its inner region. Alternatively, instead of an annular ridge, a cavity is provided in the center of the base of the recess to limit the material flow exiting radially outward.
In Patent Document 1, since the material flow in the radial direction in the central region is limited, after the punch rivet is fastened, the lowermost workpiece is maintained in sufficient thickness, and the lowermost workpiece is cracked. It is difficult to occur.
However, the shape of the cavity of the mounting die of Patent Document 1 does not change even when fastening. Further, since the annular raised portion of the mounting die has a short axial length, its effect is limited.
特許文献2は、自動穿孔リベット締結装置用のダイを開示する。ダイは、自動穿孔リベットの脚部の中央部分を受ける中央ピンと、自動穿孔リベットの脚部先端が半径方向外側へ変形するようにガイドする凹部が形成されたダイ本体とを有する。ダイ本体をパンチ側に押し付ける皿ばねが設けられている。
自動穿孔リベットがパンチによって押圧され、被締結部材に打ち込まれて、脚部先端が受け側の被締結部材を貫通し始めるとき、皿ばねが縮んで、ダイ本体が下方へ移動し、中央ピンがダイ本体に対して相対的に上方へ移動し、中央ピンが受け側の被締結部材の下面に当接する。
特許文献2では、中央ピンは自動穿孔リベットの脚部の中心位置にあるので、自動穿孔リベットの脚部の先端は、半径方向に大きく拡開して締結される。そのため、被締結部材を十分な結合力で締結することができるとしている。
Patent Document 2 discloses a die for an automatic drilling rivet fastening device. The die has a central pin that receives the central portion of the leg portion of the self-piercing rivet and a die body that is formed with a recess that guides the tip end of the leg portion of the self-piercing rivet to be deformed radially outward. A disc spring is provided to press the die body against the punch.
When the automatic perforating rivet is pressed by the punch, driven into the fastened member, and the tip of the leg begins to penetrate the fastened member on the receiving side, the disc spring shrinks, the die body moves downward, and the center pin moves It moves upward relative to the die body, and the center pin comes into contact with the lower surface of the receiving member to be fastened.
In Patent Document 2, since the center pin is located at the center position of the leg portion of the automatic drilling rivet, the tip of the leg portion of the automatic drilling rivet is greatly expanded and fastened in the radial direction. For this reason, the fastened member can be fastened with a sufficient binding force.
しかし、特許文献2の自動穿孔リベット締結装置は、自動穿孔リベットを締結するとき、受け側の被締結部材の下面を自動穿孔リベットの脚部先端の中央部で、中央ピンが押し上げ、自動穿孔リベットの脚部が開くように作用する。被締結部材が展延性の悪い材料で出来ている場合は、受け側の被締結部材に割れが発生する場合がある。 However, in the automatic perforation rivet fastening device of Patent Document 2, when the automatic perforation rivet is fastened, the center pin pushes up the lower surface of the receiving-side member to be fastened at the center of the leg end of the automatic perforation rivet, and the automatic perforation rivet Acts to open the legs of the. When the member to be fastened is made of a material having poor spreadability, the receiving member to be fastened may be cracked.
そのため、展延性の悪い被締結部材を自己穿孔型リベットにより締結する場合でも、被締結部材に割れが発生するのを防止する自己穿孔型リベット締結装置が求められていた。 Therefore, there has been a demand for a self-piercing rivet fastening device that prevents the fastening member from cracking even when a fastened member having poor spreadability is fastened by a self-piercing rivet.
本発明の目的は、自己穿孔型リベットにより、展延性が悪い被締結部材を割れが発生しないように締結することが出来る自己穿孔型リベット締結装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a self-piercing rivet fastening device that can fasten a fastened member having poor spreadability by a self-piercing rivet so that cracking does not occur.
この目的を達成するため、本発明の自己穿孔型リベット締結装置のダイは、ダイ本体と、ダイ本体の軸方向に形成された中央ピン孔内を軸方向に移動可能な中央ピンとを備える。自己穿孔型リベット締結装置は、中央ピンを上方へ押圧する押圧装置を備える。パンチにより被締結部材に自己穿孔型リベットを打ち込んで締結するとき、被締結部材の材料が中央ピンを下方に押して、中央ピンが移動した後の中央ピン孔に被締結部材の材料が入る。被締結部材は必要以上に拡径されず、割れにくくなる。
また、締結完了後に、押圧装置が中央ピンを上方へ押し、孔内にある被締結部材を押し出すこともできる。
In order to achieve this object, a die of a self-piercing rivet fastening device according to the present invention includes a die body and a center pin that is movable in the axial direction in a center pin hole formed in the axial direction of the die body. The self-piercing rivet fastening device includes a pressing device that presses the center pin upward. When a self-piercing rivet is driven and fastened to the fastened member by punching, the material of the fastened member pushes the central pin downward, and the material of the fastened member enters the central pin hole after the central pin has moved. The member to be fastened is not enlarged more than necessary, and is difficult to break.
In addition, after completion of the fastening, the pressing device can push the center pin upward to push out the fastened member in the hole.
本発明の第1の態様は、大径の頭部と前記頭部から垂下する中空の脚部とを有する自己穿孔型リベットを、被締結部材に打込んで締結する自己穿孔型リベット締結装置であって、
前記被締結部材を押えるためのノーズと、
前記被締結部材に前記自己穿孔型リベットを打ち込むためのパンチと、
前記被締結部材を受けるためのダイとを備え、
前記ダイは、上面と、前記上面の内側に形成された凹部とを有し、前記凹部の中央部から下方に貫通する中央ピン孔が形成されたダイ本体と、
前記ダイ本体の前記中央ピン孔に軸方向に移動可能に支持された中央ピンと、を備え、
前記中央ピンは、前記中央ピン孔の内径に適合する外径を有する円柱形の軸部、を有し、
前記自己穿孔型リベット締結装置は、更に前記中央ピンを軸方向に押圧するための押圧装置を備える、ことを特徴とする自己穿孔型リベット締結装置である。
A first aspect of the present invention is a self-drilling rivet fastening device for driving a self-drilling rivet having a large-diameter head and hollow legs hanging from the head into a member to be fastened. There,
A nose for pressing the fastened member;
A punch for driving the self-piercing rivet into the fastened member;
A die for receiving the fastened member;
The die has an upper surface and a concave body formed on the inner side of the upper surface, and a die body in which a central pin hole penetrating downward from a central portion of the concave portion is formed;
A center pin supported in the center pin hole of the die body so as to be movable in the axial direction,
The central pin has a cylindrical shaft portion having an outer diameter matching the inner diameter of the central pin hole,
The self-piercing rivet fastening device further comprises a pressing device for pressing the central pin in the axial direction.
自己穿孔型リベット締結装置が、中央ピンを軸方向に押圧するための押圧装置を備えると、ダイ本体の中央ピン孔内で中央ピンが上方へ押圧された状態で保持することが出来、中央ピンの上面に大きい力がかかると、中央ピンは下方へ移動することができる。 When the self-piercing rivet fastening device includes a pressing device for pressing the central pin in the axial direction, the central pin can be held in the central pin hole of the die body while being pressed upward. When a large force is applied to the upper surface of the center pin, the center pin can move downward.
前記中央ピンは、前記中央ピンの上面が、前記ダイ本体の前記凹部の底面より下の位置から、前記凹部の前記底面より上の位置まで移動可能であることが好ましい。 It is preferable that the center pin is movable from a position below the bottom surface of the recess of the die body to a position above the bottom surface of the recess.
中央ピンの上面が、ダイ本体の凹部の底面より下の位置にくるまで、中央ピンが下方へ移動可能であると、中央ピンが下方へ移動することにより、自己穿孔型リベットの下の被締結部材の材料が、中央ピン孔内に入ることができる。
中央ピンの上面が、凹部の底面より上の位置にくるまで、中央ピンが上方へ移動可能であると、中央ピンが上方へ移動することにより、締結された被締結部材をダイ本体から押し出すことができる。
If the center pin is able to move downward until the top surface of the center pin is below the bottom surface of the concave portion of the die body, the center pin moves downward, so that it is fastened under the self-piercing rivet. The material of the member can enter the central pin hole.
If the center pin is movable upward until the top surface of the center pin is positioned above the bottom surface of the recess, the center pin moves upward to push the fastened member to be fastened from the die body. Can do.
前記押圧装置は、前記中央ピンの下側に配置されたスプリングであり、
前記スプリングは、前記中央ピンに上方への押圧力をかけ、
前記中央ピンの上面に、前記スプリングの押圧力より強い下方への押圧力がかかると、前記中央ピンは、前記上面が前記凹部の底面より下方に位置するまで下方へ移動し、
前記中央ピンの前記上面に、前記下方への押圧力がかからないと、前記中央ピンは前記スプリングの押圧力に押されて、前記中央ピンは、前記上面が前記凹部の底面より上方に位置するまで上方へ移動するようになっていることが好ましい。
The pressing device is a spring disposed below the center pin,
The spring applies an upward pressing force to the center pin,
When a downward pressing force stronger than the pressing force of the spring is applied to the upper surface of the central pin, the central pin moves downward until the upper surface is positioned below the bottom surface of the recess,
If the downward pressing force is not applied to the upper surface of the central pin, the central pin is pressed by the pressing force of the spring until the upper surface is positioned above the bottom surface of the recess. It is preferable to move upward.
押圧装置が、中央ピンの下側に設けられたスプリングであると、簡単に中央ピンを上方へ押圧することができ、パンチにより自己穿孔型リベットを打ち込む応力がかかると、スプリングは収縮し、中央ピンは下方へ移動することができる。 If the pressing device is a spring provided on the lower side of the center pin, the center pin can be easily pressed upward, and when the punch is subjected to the stress of driving a self-piercing rivet, the spring contracts and the center The pin can move downward.
被締結部材が自己穿孔型リベットに押されて中央ピンの上面を押圧すると、中央ピンが下方へ移動し、被締結部材は中央ピンが移動したあとの中央ピン孔に入ることができる。
自己穿孔型リベットの締結が完了すると、スプリングの押圧力により、中央ピンが上方へ押され、締結された被締結部材を、ダイ本体から押し出すことができる。
When the fastened member is pushed by the self-piercing rivet and presses the upper surface of the central pin, the central pin moves downward and the fastened member can enter the central pin hole after the central pin has moved.
When the fastening of the self-piercing rivet is completed, the center pin is pushed upward by the pressing force of the spring, and the fastened member to be fastened can be pushed out from the die body.
前記押圧装置は、前記フレームに取り付けられ、前記中央ピンを押圧する油圧装置又は空圧装置又は電動装置であることが好ましい。 The pressing device is preferably a hydraulic device, a pneumatic device, or an electric device that is attached to the frame and presses the center pin.
押圧装置が油圧装置又は空圧装置又はモーター等の電動装置であると、中央ピンに接続されたシリンダにオイル又は空気を供給し、又はモーター等の力により中央ピンを軸方向に移動させることができる。中央ピンを油圧又は空気圧又は電動装置で押圧すると、より細かく中央ピンの移動を制御することができる。 When the pressing device is a hydraulic device, a pneumatic device, or an electric device such as a motor, oil or air is supplied to the cylinder connected to the central pin, or the central pin is moved in the axial direction by the force of the motor or the like. it can. When the center pin is pressed by hydraulic pressure, pneumatic pressure, or an electric device, the movement of the center pin can be controlled more finely.
本発明の第2の態様は、自己穿孔型リベットを締結する締結方法であって、
前記自己穿孔型リベット締結装置は、ノーズと、パンチと、被締結部材を受けるためのダイと、を備え、
前記ダイは、上面と、前記上面の内側に形成された凹部とを有し、前記凹部の中央部から下方に貫通する中央ピン孔が形成されたダイ本体と、
前記ダイ本体の前記中央ピン孔に軸方向に移動可能に支持された中央ピンと、を有し、
更に前記自己穿孔型リベット締結装置は、前記中央ピンを軸方向に押圧するための押圧装置を備え、前記締結方法は、
(a) 前記ダイ本体の前記上面に前記被締結部材を配置し、
(b) 前記ノーズにより前記被締結部材を押さえ、
(c) 前記パンチと前記被締結部材の間に前記自己穿孔型リベットを配置し、
(d) 前記パンチを下降させて、前記自己穿孔型リベットを前記被締結部材に押圧し、前記被締結部材は下方へ移動し、前記自己穿孔型リベットの脚部先端は前記被締結部材の中に穿孔し、
(e) 前記被締結部材の材料は前記中央ピン孔内まで侵入し、前記中央ピンは、前記押圧装置の押圧力に抗して、前記中央ピンの上面が、前記ダイ本体の前記凹部の底面より低い位置にくるまで下降し、締結が完了する、ステップを備えることを特徴とする締結方法である。
A second aspect of the present invention is a fastening method for fastening a self-piercing rivet,
The self-piercing rivet fastening device comprises a nose, a punch, and a die for receiving a fastened member,
The die has an upper surface and a concave body formed on the inner side of the upper surface, and a die body in which a central pin hole penetrating downward from a central portion of the concave portion is formed;
A center pin supported in the center pin hole of the die body so as to be movable in the axial direction;
Furthermore, the self-piercing rivet fastening device includes a pressing device for pressing the central pin in the axial direction, and the fastening method includes:
(a) disposing the fastened member on the upper surface of the die body;
(b) holding the fastened member by the nose;
(c) disposing the self-piercing rivet between the punch and the fastened member;
(d) Lowering the punch and pressing the self-piercing rivet against the fastened member, the fastened member moves downward, and the leg end of the self-piercing rivet is in the fastened member. Perforated and
(e) The material of the fastened member penetrates into the central pin hole, the central pin resists the pressing force of the pressing device, and the upper surface of the central pin is the bottom surface of the concave portion of the die body. The fastening method includes a step of lowering to a lower position and completing the fastening.
パンチが自己穿孔型リベットを押圧し、自己穿孔型リベットが被締結部材の材料を下方に押圧すると、被締結部材の材料はダイ本体の凹部に入り、更に中央ピンを下方に押して、中央ピン孔に入る。中央ピンの上面は、ダイ本体の凹部の底面より低い位置まで下降している。自己穿孔型リベットは、必要以上に半径方向外側に拡径されない。そのため、被締結部材の割れを防止することができる。 When the punch presses the self-piercing rivet and the self-piercing rivet presses the material of the fastened member downward, the material of the fastened member enters the concave portion of the die body, and further pushes the central pin downward, to go into. The upper surface of the center pin is lowered to a position lower than the bottom surface of the concave portion of the die body. Self-drilling rivets are not expanded radially outward beyond necessity. Therefore, it is possible to prevent the member to be fastened from cracking.
(f) 締結完了後、前記押圧装置の押圧力により、前記中央ピン孔内で前記中央ピンが上昇し、前記中央ピン孔内にある前記被締結部材を押し出すことができる。 (f) After completion of the fastening, the center pin is raised in the center pin hole by the pressing force of the pressing device, and the member to be fastened in the center pin hole can be pushed out.
締結完了後、中央ピンが、中央ピン孔内で押圧装置の押圧力により上方に押圧されて上昇し、中央ピン孔内にある被締結部材を押し出すと、締結装置から被締結部材を自動的に取り外すことが出来る。 After the fastening is completed, the center pin is pushed upward by the pressing force of the pressing device in the center pin hole and rises, and when the member to be fastened in the center pin hole is pushed out, the member to be fastened is automatically removed from the fastening device. Can be removed.
本発明の自己穿孔型リベット締結装置により自己穿孔型リベットを締結すると、被締結部材の変形を少なくすることができ、展延性の悪い被締結部材を締結する場合でも割れを少なくすることができる。
その結果、展延性が悪い被締結部材を割れがないように締結することが出来る自己穿孔型リベット締結装置を提供することが出来る。
また、中央ピンの降下する際の押圧力、距離を調整することにより、自己穿孔型リベットの脚の開き方を調整することが出来、少ない数のダイで色々な厚さ、材質の被締結部材の締結に対応することが出来る。
When the self-piercing rivet is fastened by the self-piercing rivet fastening device of the present invention, deformation of the fastened member can be reduced, and cracking can be reduced even when fastening a fastened member with poor spreadability.
As a result, it is possible to provide a self-piercing rivet fastening device that can fasten a fastened member with poor spreadability without cracking.
In addition, by adjusting the pressing force and distance when the center pin is lowered, it is possible to adjust the way of opening the legs of the self-drilling rivet, and to be fastened with various thicknesses and materials with a small number of dies It can correspond to the conclusion of.
以下、図面を参照して、本発明による自己穿孔型リベット締結装置に使用するダイの実施形態について、従来のダイと比較して説明する。
図1は、従来の自己穿孔型リベット締結装置の自己穿孔型リベットを締結する部分の拡大図である。自己穿孔型リベット締結装置1は、C型フレーム(図示せず)を備え、C型フレームに従来のダイ20が固定される。C型フレームには、上下方向に移動可能なノーズ3が取り付けられ、また、自己穿孔型リベット10を打ち込むためのパンチ4が取り付けられる。
ダイ20の上面とノーズ3の下面の間に、被締結部材41,42をクランプすることができる。
Hereinafter, embodiments of a die used for a self-piercing rivet fastening device according to the present invention will be described in comparison with a conventional die with reference to the drawings.
FIG. 1 is an enlarged view of a portion for fastening a self-piercing rivet of a conventional self-piercing rivet fastening device. The self-piercing rivet fastening device 1 includes a C-shaped frame (not shown), and a conventional die 20 is fixed to the C-shaped frame. A nose 3 movable in the vertical direction is attached to the C-type frame, and a punch 4 for driving a self-piercing rivet 10 is attached.
The fastened members 41 and 42 can be clamped between the upper surface of the die 20 and the lower surface of the nose 3.
自己穿孔型リベット10は、大径の頭部11と頭部11から垂下する円筒形の脚部12とを有する。脚部12の下端部は、幅が狭くなった脚部先端13である。 The self-piercing rivet 10 has a large-diameter head 11 and a cylindrical leg 12 depending from the head 11. The lower end of the leg 12 is a leg tip 13 with a narrow width.
ダイ20は短い円柱形の大径部24と、その下の円柱形の小径部26とを有する。大径部24の上端部は平らな上面21であり、上面21の中央部には、自己穿孔型リベット10の脚部12を変形させるための凹部が形成されている。凹部は、中央部の円形平面の底面22と、底面22の周りの湾曲面23とからなる。 The die 20 has a short cylindrical large diameter portion 24 and a cylindrical small diameter portion 26 therebelow. The upper end portion of the large diameter portion 24 is a flat upper surface 21, and a concave portion for deforming the leg portion 12 of the self-piercing rivet 10 is formed in the central portion of the upper surface 21. The concave portion includes a bottom surface 22 having a circular plane in the center and a curved surface 23 around the bottom surface 22.
ダイ20上に被締結部材41,42が配置され、被締結部材41,42の上方から、パンチ4により、自己穿孔型リベット10が打込まれると、自己穿孔型リベット10の脚部先端13はパンチ側の被締結部材41を貫通し、ダイ20に隣接する受け側の被締結部材42は貫通せずに、その中に留まる。自己穿孔型リベット10の脚部12の先端がダイ20により半径方向外方に拡径するように変形する。被締結部材42の中で開いた脚部12と頭部11とによって被締結部材41,42が相互に連結される。 When fastened members 41, 42 are arranged on the die 20, and the self-piercing rivet 10 is driven by the punch 4 from above the fastened members 41, 42, the leg tip 13 of the self-piercing rivet 10 is The clamped member 41 on the punch side passes through, and the clamped member 42 on the receiving side adjacent to the die 20 does not penetrate and stays therein. The tip of the leg portion 12 of the self-piercing rivet 10 is deformed by the die 20 so as to expand the diameter outward in the radial direction. The fastened members 41 and 42 are connected to each other by the leg 12 and the head 11 that are open in the fastened member 42.
図2は、従来のダイ20を用いて、自己穿孔型リベット10により被締結部材41,42を締結した後の拡大断面図である。ノーズ3とパンチ4は、上方へ移動している。自己穿孔型リベット10がパンチ4により打込まれると、脚部12は、パンチ4によりパンチ側の被締結部材41を貫通し、受け側の被締結部材42を塑性変形させる。脚部12により被締結部材42は下方へ突き出され、被締結部材42の突き出された部分は、凹部内に受入れられ、被締結部材42の下面は凹部の底面22に当たる。被締結部材42は底面22に突き当たると、下方へ移動できないので、自己穿孔型リベット10の脚部12は、被締結部材42を半径方向外方へ押しながら、半径方向外方に拡径するように変形する。脚部先端13はダイ20に隣接する受け側の被締結部材42を貫通せずにその中に留まる。被締結部材42の中で拡径した脚部12と頭部11とによって被締結部材41,42が相互に連結される。 FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view after the fastened members 41 and 42 are fastened by the self-piercing rivet 10 using the conventional die 20. The nose 3 and the punch 4 are moving upward. When the self-piercing rivet 10 is driven by the punch 4, the leg portion 12 penetrates the punch-side fastened member 41 by the punch 4 and plastically deforms the receiving-side fastened member 42. The fastened member 42 is protruded downward by the leg 12, the protruding portion of the fastened member 42 is received in the recess, and the lower surface of the fastened member 42 hits the bottom surface 22 of the recess. When the fastened member 42 hits the bottom surface 22, it cannot move downward, so that the leg portion 12 of the self-piercing rivet 10 expands radially outward while pushing the fastened member 42 radially outward. Transforms into The leg tip 13 remains in the receiving member 42 adjacent to the die 20 without penetrating it. The fastened members 41 and 42 are connected to each other by the leg portion 12 and the head portion 11 having a diameter expanded in the fastened member 42.
被締結部材42は、拡径した脚部12により、半径方向外側に押される。被締結部材42が展延性の悪い材料で出来ている場合は、ダイ20の湾曲面23の近くで、割れが発生しやすい。 The fastened member 42 is pushed outward in the radial direction by the enlarged leg portion 12. When the fastened member 42 is made of a material with poor spreadability, cracks are likely to occur near the curved surface 23 of the die 20.
(第1の実施形態)
図3は、本発明の第1の実施形態による自己穿孔型リベット締結装置1のダイとダイを支持するC型フレーム45の一部を示す断面図である。自己穿孔型リベット締結装置1には、C型フレーム45が使用されている。C型フレーム45は、上部水平アーム部分と、垂直アーム部分と、下部水平アーム部分とが一体になっている。図3には、下部水平アーム部分のみが示されている。上部水平アーム部分には、締結機構が取り付けられる。C型フレーム45の下部水平アーム部分には、ダイが取り付けられている。
上部水平アーム部分に取り付けられた締結機構は、ノーズ3を有し、ダイ上に被締結部材を押さえることができるようになっている。またパンチ4を有し、ダイ上に配置された被締結部材に自己穿孔型リベット10を打ち込むことができるようになっている。図3には、ノーズ3、パンチ4は図示していない。
(First embodiment)
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the die of the self-piercing rivet fastening device 1 according to the first embodiment of the present invention and a part of the C-shaped frame 45 that supports the die. A C-type frame 45 is used in the self-piercing rivet fastening device 1. In the C-type frame 45, an upper horizontal arm portion, a vertical arm portion, and a lower horizontal arm portion are integrated. Only the lower horizontal arm portion is shown in FIG. A fastening mechanism is attached to the upper horizontal arm portion. A die is attached to the lower horizontal arm portion of the C-shaped frame 45.
The fastening mechanism attached to the upper horizontal arm portion has a nose 3 so that the fastened member can be pressed on the die. Further, the punch 4 is provided, and the self-piercing rivet 10 can be driven into a fastened member disposed on the die. In FIG. 3, nose 3 and punch 4 are not shown.
自己穿孔型リベット10は、大径の頭部11と頭部11から垂下する円筒形の脚部12とを有する。脚部12の下端部は、幅が狭くなった脚部先端13である。自己穿孔型リベット10の材質は、被締結部材の材質に合わせ選択され、アルミニューム、アルミニューム合金、鉄鋼、ステンレス等が使用される。 The self-piercing rivet 10 has a large-diameter head 11 and a cylindrical leg 12 depending from the head 11. The lower end of the leg 12 is a leg tip 13 with a narrow width. The material of the self-piercing rivet 10 is selected according to the material of the member to be fastened, and aluminum, aluminum alloy, steel, stainless steel or the like is used.
図4は、図3の本発明の自己穿孔型リベット締結装置1のダイの一部を断面にした斜視図である。以下、図3と図4を参照して、ダイについて詳述する。
ダイは、ダイ本体30と、ダイ本体30の中央ピン孔34に摺動可能に収容された中央ピン50とを備える。ダイ本体30は、大径の大径部35と、大径部35の下方のほぼ円筒形の大径部35より小径の小径部36とを有する。
FIG. 4 is a perspective view, partly in section, of the die of the self-piercing rivet fastening device 1 of the present invention shown in FIG. Hereinafter, the die will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 4.
The die includes a die body 30 and a center pin 50 slidably received in the center pin hole 34 of the die body 30. The die body 30 includes a large-diameter large-diameter portion 35 and a small-diameter portion 36 smaller in diameter than the substantially cylindrical large-diameter portion 35 below the large-diameter portion 35.
大径部35はリベット10の脚部12を変形させることができるように、高速度工具鋼等の硬質材料で出来ている。ダイ本体30の大径部35は、中心軸の周りに軸対称である。上端部は平らな上面31であり、上面31の中央部には、自己穿孔型リベット10の脚部12を変形させるための凹部が形成されている。凹部は、中央部の円形平面の底面32と、底面32の周りの湾曲した湾曲面33とからなる。凹部は、これ以外に色々の形状をとることができる。 The large diameter portion 35 is made of a hard material such as high speed tool steel so that the leg portion 12 of the rivet 10 can be deformed. The large-diameter portion 35 of the die body 30 is axisymmetric about the central axis. The upper end portion is a flat upper surface 31, and a concave portion for deforming the leg portion 12 of the self-piercing rivet 10 is formed in the central portion of the upper surface 31. The concave portion is composed of a circular flat bottom surface 32 at the center and a curved surface 33 curved around the bottom surface 32. In addition to this, the recess can take various shapes.
C型フレーム45の下部水平アーム部分には、断面が円形のダイ本体孔46が形成されている。ダイ本体孔46にダイ本体30の小径部36が収容され、大径部35は、ダイ本体孔46の上方に出ている。ダイ本体孔46の内径は、ダイ本体30の小径部36の外径と等しいかそれより少し大きい。ダイ本体30の小径部36は、ダイ本体孔46に収容され、ねじ(図示せず)等によりC型フレーム45に対して相対的に移動しないように固定される。 A die body hole 46 having a circular cross section is formed in the lower horizontal arm portion of the C-shaped frame 45. The small-diameter portion 36 of the die body 30 is accommodated in the die body hole 46, and the large-diameter portion 35 protrudes above the die body hole 46. The inner diameter of the die body hole 46 is equal to or slightly larger than the outer diameter of the small diameter portion 36 of the die body 30. The small-diameter portion 36 of the die body 30 is accommodated in the die body hole 46 and fixed so as not to move relative to the C-shaped frame 45 by screws (not shown) or the like.
ダイ本体30の小径部36はほぼ円筒形で、下端部37は平面となっている。
ダイ本体30の上面の底面32の中央部には、断面が円形の中央ピン孔34が形成されている。中央ピン孔34は、ダイ30の上面31から、下端部37まで貫通している。
The small diameter portion 36 of the die body 30 is substantially cylindrical, and the lower end portion 37 is a flat surface.
A central pin hole 34 having a circular cross section is formed at the center of the bottom surface 32 of the upper surface of the die body 30. The central pin hole 34 penetrates from the upper surface 31 of the die 30 to the lower end portion 37.
中央ピン孔34には、中央ピン50が軸方向に摺動可能に配置されている。中央ピン50は、円柱形の軸部52と、軸部52の一端部に形成された軸部52より大径のピンフランジ53とを有する。ピンフランジ53はなくてもよい。
中央ピン50の軸部52の上端部は平らな上面51である。ピンフランジ53の外径は、中央ピン孔34の内径より大きい。中央ピン孔34内に中央ピン50を摺動させると、中央ピン50のピンフランジ53が、ダイ本体30の下端部37に当接して停止する。
A central pin 50 is disposed in the central pin hole 34 so as to be slidable in the axial direction. The center pin 50 has a cylindrical shaft portion 52 and a pin flange 53 having a diameter larger than that of the shaft portion 52 formed at one end portion of the shaft portion 52. The pin flange 53 may not be provided.
An upper end portion of the shaft portion 52 of the center pin 50 is a flat upper surface 51. The outer diameter of the pin flange 53 is larger than the inner diameter of the central pin hole 34. When the center pin 50 is slid into the center pin hole 34, the pin flange 53 of the center pin 50 comes into contact with the lower end portion 37 of the die body 30 and stops.
C型フレーム45のダイ本体孔46の底部と、中央ピン50のピンフランジ53の下面との間には、スプリング55が配置され、中央ピン50に上向きの力をかけている。中央ピン50のピンフランジ53がない場合は、スプリング55の上端部は中央ピン50の下端部に当接する。
中央ピン50の下部には、ストッパー56が形成され、ピンフランジ53がストッパー56に当接すると、中央ピン50はそれより下方へは移動できないようになっている。ストッパー56は、なくてもよい。
図3、4では、中央ピン50は一番下がった下降位置にある。下降位置では、中央ピン50の上面51は、ダイ本体30の凹部の底面32より、下の位置にあり、ピンフランジ53とダイ本体30の下端部37との間は隙間がある。
A spring 55 is disposed between the bottom of the die body hole 46 of the C-shaped frame 45 and the lower surface of the pin flange 53 of the center pin 50, and applies an upward force to the center pin 50. When the pin flange 53 of the center pin 50 is not provided, the upper end portion of the spring 55 comes into contact with the lower end portion of the center pin 50.
A stopper 56 is formed in the lower part of the center pin 50. When the pin flange 53 abuts against the stopper 56, the center pin 50 cannot move downward. The stopper 56 may not be provided.
3 and 4, the center pin 50 is in the lowest lowered position. In the lowered position, the upper surface 51 of the central pin 50 is located below the bottom surface 32 of the recess of the die body 30, and there is a gap between the pin flange 53 and the lower end portion 37 of the die body 30.
中央ピン孔34内で中央ピン50を上方へ移動していくと、ピンフランジ53の上面が、ダイ本体30の下端部37に当接して、中央ピン50は停止するようになっている。この位置を中央ピン50のホーム位置とする。
中央ピン50にピンフランジ53がない場合は、スプリング55の上端部がダイ本体30の下端部37に当接して、中央ピン50は停止する。
中央ピン50の軸部52の長さは、ダイ本体30の凹部の底面32から下端部37までの長さより長い。そのため、中央ピン50のホーム位置において、中央ピン50の上面51は、凹部の底面32より上の位置にある。
When the center pin 50 is moved upward in the center pin hole 34, the upper surface of the pin flange 53 comes into contact with the lower end portion 37 of the die body 30, and the center pin 50 stops. This position is the home position of the center pin 50.
When the center pin 50 does not have the pin flange 53, the upper end of the spring 55 contacts the lower end 37 of the die body 30, and the center pin 50 stops.
The length of the shaft portion 52 of the central pin 50 is longer than the length from the bottom surface 32 to the lower end portion 37 of the concave portion of the die body 30. Therefore, at the home position of the center pin 50, the upper surface 51 of the center pin 50 is located above the bottom surface 32 of the recess.
更に好ましくは、中央ピン50の軸部52の長さは、ダイ本体30の上面31から下端部37までの長さと等しい。そのため、中央ピン50のホーム位置において、中央ピン50の上面51は、ダイ本体30の上面31と同一平面にある。中央ピン50がホーム位置にある状態で、ダイ本体30の上に被締結部材41,42を配置すると、被締結部材41,42が撓むことがなく好都合である。 More preferably, the length of the shaft portion 52 of the center pin 50 is equal to the length from the upper surface 31 to the lower end portion 37 of the die body 30. Therefore, the upper surface 51 of the central pin 50 is flush with the upper surface 31 of the die body 30 at the home position of the central pin 50. When the fastened members 41 and 42 are disposed on the die body 30 in a state where the central pin 50 is at the home position, it is convenient that the fastened members 41 and 42 are not bent.
自己穿孔型リベット10を締結する前は、スプリング55のばね力により、中央ピン50が上昇したホーム位置にある。
自己穿孔型リベット10を締結するとき、自己穿孔型リベット10が、被締結部材41,42内に穿孔していくと、被締結部材41,42の材料が下方へ移動し、凹部内に入り、更に中央ピン50の上面51を押して、中央ピン50は、中央ピン孔34内を下降する。締結が完了する段階では、中央ピン50は下降位置、又はその近くまで下降する。
自己穿孔型リベット10の材質と大きさ、被締結部材41,42の材質と厚さ等の条件が変わった場合は、スプリング55のばね力が調整される。そして、締結前は中央ピン50がスプリング55により押されて、ホーム位置に位置し、締結時は中央ピン50がスプリング55の押圧力に抗して、下降位置まで下降し、締結後は、スプリング55の押圧力により、中央ピン50が中央ピン孔34内の被締結部材41,42を押し出すようにする。
Before the self-piercing rivet 10 is fastened, the center pin 50 is in the raised home position by the spring force of the spring 55.
When the self-piercing rivet 10 is fastened, when the self-piercing rivet 10 is drilled into the fastened members 41, 42, the material of the fastened members 41, 42 moves downward, enters the recess, Further, when the upper surface 51 of the center pin 50 is pushed, the center pin 50 descends in the center pin hole 34. At the stage where the fastening is completed, the center pin 50 is lowered to or near the lowered position.
When conditions such as the material and size of the self-piercing rivet 10 and the materials and thickness of the fastened members 41 and 42 are changed, the spring force of the spring 55 is adjusted. The center pin 50 is pushed by the spring 55 and positioned at the home position before fastening, and the center pin 50 moves down to the lowered position against the pressing force of the spring 55 at the time of fastening. The central pin 50 pushes out the fastened members 41 and 42 in the central pin hole 34 by the pressing force of 55.
図5〜10を参照して、本発明の第1の実施形態による自己穿孔型リベット締結装置を使用して、自己穿孔型リベット10を被締結部材41,42に打ち込む工程について説明する。
図5は、中央ピン50がホーム位置にある状態で、ダイ本体30の上面31に被締結部材41,42を重ねて置かれる。
With reference to FIGS. 5 to 10, a process of driving the self-piercing rivet 10 into the fastened members 41 and 42 using the self-piercing rivet fastening device according to the first embodiment of the present invention will be described.
In FIG. 5, the fastened members 41 and 42 are placed on the upper surface 31 of the die body 30 with the central pin 50 in the home position.
図示の例では、受け側の被締結部材42は、パンチ側の被締結部材41より厚い。被締結部材41、被締結部材42は、アルミニウム等の軟質の材料、鉄鋼等の硬質の材料で出来ている。パンチ側の被締結部材41は、カーボン、樹脂等の材料で出来ていても良い。受け側の被締結部材42が硬質で展延性の悪い材料で出来ていても、被締結部材42を厚くし、本発明のダイを用いることにより、割れが発生せずに締結することができる。
被締結部材41,42はノーズ3により押さえられ、ノーズ3の開口部の被締結部材41の上に自己穿孔型リベット10が配置され、その上にパンチ4が配置されている。
In the illustrated example, the receiving-side fastened member 42 is thicker than the punch-side fastened member 41. The fastened member 41 and the fastened member 42 are made of a soft material such as aluminum or a hard material such as steel. The fastened member 41 on the punch side may be made of a material such as carbon or resin. Even if the receiving-side fastened member 42 is made of a material that is hard and has poor spreadability, the fastened member 42 can be thickened and fastened without cracking by using the die of the present invention.
The fastened members 41 and 42 are pressed by the nose 3, the self-piercing rivet 10 is disposed on the fastened member 41 in the opening of the nose 3, and the punch 4 is disposed thereon.
ダイ本体30の上面31と、中央ピン50の軸部52の上面51とは、同一平面にあることが好ましい。ダイ本体30の上面31と、中央ピン50の上面51とは、共に下側の被締結部材42の下面に当接している。
中央ピン50の軸部52の上面51は、ダイ本体30の上面より低い位置にあってもよい。その場合は、中央ピン50の軸部52の上面51は、被締結部材42の下面を支持しない。
図5には、中央ピン50の下部は示していないが、中央ピン50はホーム位置にある。
The upper surface 31 of the die body 30 and the upper surface 51 of the shaft portion 52 of the center pin 50 are preferably in the same plane. Both the upper surface 31 of the die body 30 and the upper surface 51 of the center pin 50 are in contact with the lower surface of the lower fastening member 42.
The upper surface 51 of the shaft portion 52 of the central pin 50 may be positioned lower than the upper surface of the die body 30. In that case, the upper surface 51 of the shaft portion 52 of the center pin 50 does not support the lower surface of the fastened member 42.
Although the lower part of the center pin 50 is not shown in FIG. 5, the center pin 50 is in the home position.
図6は、パンチ4が、自己穿孔型リベット10の頭部11を下方へ少し押圧した段階を示す。スプリング55(図示せず)は少し撓んでいる。自己穿孔型リベット10の脚部先端13が、上側の被締結部材41に入り込んでいる。被締結部材41,42の自己穿孔型リベット10の下にある部分は、少し下方へ移動している。
被締結部材42の下面は、中央ピン50の上面51に当接したままである。中央ピン50は、被締結部材42により下方へ押されて少し下方へ移動している。
被締結部材42の下面と、ダイ本体30の湾曲面33、底面32との間はまだ空間が空いている。中央ピン50のピンフランジ53は、ダイ本体30の下端部37から少し離れている。
FIG. 6 shows a stage where the punch 4 slightly presses the head 11 of the self-piercing rivet 10 downward. The spring 55 (not shown) is slightly bent. A leg tip 13 of the self-piercing rivet 10 enters the upper fastening member 41. The portions of the fastened members 41 and 42 below the self-piercing rivet 10 have moved slightly downward.
The lower surface of the fastened member 42 remains in contact with the upper surface 51 of the center pin 50. The center pin 50 is pushed downward by the fastened member 42 and moved slightly downward.
There is still a space between the lower surface of the fastened member 42 and the curved surface 33 and the bottom surface 32 of the die body 30. The pin flange 53 of the center pin 50 is slightly separated from the lower end portion 37 of the die body 30.
図7は、パンチ4が、自己穿孔型リベット10の頭部11を更に下方へ押圧した段階を示す。自己穿孔型リベット10の脚部先端13が上側の被締結部材41を貫通する直前まで、被締結部材41に入り込んでいる。脚部先端13は、少し外側へ広がっている。自己穿孔型リベット10の下にある被締結部材41,42の部分は、更に下方へ移動している。
被締結部材42の下面は、中央ピン50の上面51に当接したまま、中央ピン50を更に下方へ押す。中央ピン50の軸部52の上面51は、ダイ本体30の底面32と同一平面まで下降している。
被締結部材42の下面の一部は、ダイ本体30の底面32に当接している。被締結部材42の下面と、ダイ本体30の湾曲面33との間はまだ空間が空いている。
FIG. 7 shows a stage where the punch 4 presses the head 11 of the self-piercing rivet 10 further downward. Until the leg tip 13 of the self-piercing rivet 10 passes through the upper fastening member 41, the fastening member 41 enters. The leg tip 13 extends slightly outward. The portions of the fastened members 41 and 42 under the self-piercing rivet 10 have moved further downward.
While the lower surface of the fastened member 42 is in contact with the upper surface 51 of the center pin 50, the center pin 50 is pushed further downward. The upper surface 51 of the shaft portion 52 of the central pin 50 is lowered to the same plane as the bottom surface 32 of the die body 30.
A part of the lower surface of the fastened member 42 is in contact with the bottom surface 32 of the die body 30. There is still a space between the lower surface of the fastened member 42 and the curved surface 33 of the die body 30.
図8は、パンチ4が、自己穿孔型リベット10の頭部11を更に下方へ押圧した段階を示す。脚部先端13が上側の被締結部材41を貫通し、被締結部材41の脚部先端13の内側の部分は断面円形に切断されている。被締結部材41,42の自己穿孔型リベット10の下の部分は、更に下方へ移動している。脚部先端13は、まだ被締結部材42には入り込んでいない。
中央ピン50は更に下方へ押され、下方に移動している。中央ピン50の軸部52の上面51は、ダイ本体30の底面32より低い位置にある。
FIG. 8 shows a stage where the punch 4 presses the head 11 of the self-piercing rivet 10 further downward. The leg tip 13 passes through the upper fastened member 41, and the inner part of the leg tip 13 of the fastened member 41 is cut into a circular cross section. The lower part of the self-drilling rivet 10 of the fastened members 41 and 42 is further moved downward. The leg tip 13 has not yet entered the fastened member 42.
The center pin 50 is pushed further downward and moved downward. The upper surface 51 of the shaft portion 52 of the central pin 50 is at a position lower than the bottom surface 32 of the die body 30.
被締結部材42の下面は、ダイ本体30の底面32に当接している。被締結部材42の下面と、ダイ本体30の湾曲面33との間はまだ空間が空いている。
図8の段階は、図7の段階から、パンチ4がかなり下方へ移動しているが、自己穿孔型リベット10の脚部先端13は、下側の被締結部材42に入り込んでいない。自己穿孔型リベット10により、中央ピン50が下方へ押されて、被締結部材42の材料の一部は、中央ピン50を押し下げて、中央ピン孔34内に入る。そのため、被締結部材42の材料は、横方向へはあまり移動していない。
The lower surface of the fastened member 42 is in contact with the bottom surface 32 of the die body 30. There is still a space between the lower surface of the fastened member 42 and the curved surface 33 of the die body 30.
In the stage of FIG. 8, the punch 4 has moved considerably downward from the stage of FIG. 7, but the leg tip 13 of the self-piercing rivet 10 has not entered the lower fastened member 42. The center pin 50 is pushed downward by the self-drilling rivet 10, and a part of the material of the fastened member 42 enters the center pin hole 34 by pushing down the center pin 50. Therefore, the material of the fastened member 42 has not moved much in the lateral direction.
図9は、パンチ4が、自己穿孔型リベット10の頭部11を更に大きく下方へ押圧した段階を示す。脚部先端13は、パンチ側の被締結部材41を突き破り、受け側の被締結部材42に入り込んでいる。
この段階では、脚部先端13の下部には、被締結部材41の薄い部分を介してダイ本体30の底面32があるので、脚部12はあまり下方へは移動できない。そのため、脚部先端13は半径方向外側に広がる。中央ピン50は、図8の段階から、あまり下方へ移動していない。
ダイ本体30の底面32は、被締結部材42の下面に当接している。被締結部材42の下面と、ダイ本体30の湾曲面33との間はまだ空間が少し残っている。
FIG. 9 shows a stage where the punch 4 presses the head 11 of the self-piercing rivet 10 further downward. The leg tip 13 breaks through the punched member 41 and enters the receiving member 42 on the receiving side.
At this stage, since the bottom surface 32 of the die body 30 is located below the leg tip 13 via the thin portion of the fastened member 41, the leg 12 cannot move much downward. Therefore, the leg tip 13 spreads outward in the radial direction. The center pin 50 has not moved much downward from the stage of FIG.
The bottom surface 32 of the die body 30 is in contact with the lower surface of the fastened member 42. A little space still remains between the lower surface of the fastened member 42 and the curved surface 33 of the die body 30.
図10は、自己穿孔型リベット10の締結が完了した段階を示す。ピンフランジ53の下面が、ストッパー56に当接し、中央ピン50は下降位置にある。自己穿孔型リベット10の軸方向の位置は、図9の段階とあまり変わらないが、パンチ4が、自己穿孔型リベット10の頭部11を更に下方へ押圧している。自己穿孔型リベット10の頭部11の上面は、被締結部材41の上面とほぼ同一平面となる。 FIG. 10 shows a stage where the fastening of the self-piercing rivet 10 is completed. The lower surface of the pin flange 53 contacts the stopper 56, and the center pin 50 is in the lowered position. The position of the self-piercing rivet 10 in the axial direction is not much different from that in FIG. 9, but the punch 4 presses the head 11 of the self-piercing rivet 10 further downward. The upper surface of the head 11 of the self-piercing rivet 10 is substantially flush with the upper surface of the fastened member 41.
自己穿孔型リベット10の脚部12の内側は、頭部11の下面と被締結部材41の上面の間は空間が空いている。
被締結部材41が、厚く軟質の金属材料で出来ている場合は、この空間は小さくなる傾向がある。
自己穿孔型リベット10の脚部先端13は半径方向外側に更に広がって、被締結部材41と被締結部材42が締結される。
On the inside of the leg portion 12 of the self-piercing rivet 10, a space is provided between the lower surface of the head 11 and the upper surface of the fastened member 41.
When the fastened member 41 is made of a thick and soft metal material, this space tends to be small.
The leg tip 13 of the self-piercing rivet 10 further spreads outward in the radial direction, and the fastened member 41 and the fastened member 42 are fastened.
自己穿孔型リベット10を締結した後、パンチ4は上方へ移動し、被締結部材41,42を押えていたノーズ3も上方へ移動する。被締結部材41,42を上方から押圧する力がなくなると、スプリング55は、中央ピン50を上方へ押圧する。中央ピン50は、中央ピン孔34に入っている被締結部材42を上方へ押す。締結された被締結部材41,42は、ダイ本体30の上方へ押し出される。 After the self-piercing rivet 10 is fastened, the punch 4 moves upward, and the nose 3 holding the fastened members 41 and 42 also moves upward. When the force for pressing the fastened members 41 and 42 from above is lost, the spring 55 presses the center pin 50 upward. The center pin 50 pushes the fastened member 42 in the center pin hole 34 upward. The fastened members 41 and 42 thus fastened are pushed out above the die body 30.
第1の実施形態では、自己穿孔型リベット10を締結するとき、中央ピン50が下方へ移動し、中央ピン孔34の部分に受け側の被締結部材42が入り込む。そのため、被締結部材42は、半径方向外側に大きくは拡径しない。自己穿孔型リベット10の脚部12は、従来のダイ20を使用する場合より、小さく拡径する。被締結部材42に、強い引張り応力が発生しないようになっている。そのため、受け側の被締結部材42が硬質の材料で出来ていても、割れが発生しにくい。 In the first embodiment, when the self-piercing rivet 10 is fastened, the central pin 50 moves downward, and the fastened member 42 on the receiving side enters the central pin hole 34 portion. Therefore, the fastened member 42 does not greatly expand in the radial direction. The leg portion 12 of the self-piercing rivet 10 has a diameter that is smaller than when the conventional die 20 is used. A strong tensile stress is not generated in the fastened member 42. Therefore, even if the receiving-side fastened member 42 is made of a hard material, cracks are unlikely to occur.
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図11は、本発明の第2の実施形態による自己穿孔型リベット締結装置のダイとダイを支持するC型フレーム45の一部を示す断面図である。第2の実施形態では、第1の実施形態と同様に、ダイは、ダイ本体30と、ダイ本体30の中央ピン孔34に移動可能に支持された中央ピン50とを有する。
第1の実施形態では、スプリング55により中央ピン50を上方へ押圧する。第2の実施形態では、ダイ本体孔46の底部と、ピンフランジ53の下面の間の空間にポンプ58によりオイルを供給し、油圧により中央ピン50のピンフランジ53を押し上げる。又は、ポンプによりオイルの代わりに空気を供給し、空気圧により中央ピン50のピンフランジ53を押し上げることもできる。
第2の実施形態では、ダイ本体孔46とピンフランジ53により密封された空間にオイル又は空気を供給するので、ピンフランジ53は必要である。
又は、油圧装置又は空圧装置の代わりにモーター等の電動装置を用いて、中央ピン50を上下に移動することもできる。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 11 is a cross-sectional view showing a die of a self-piercing rivet fastening device according to a second embodiment of the present invention and a part of a C-shaped frame 45 that supports the die. In the second embodiment, as in the first embodiment, the die has a die body 30 and a center pin 50 that is movably supported in the center pin hole 34 of the die body 30.
In the first embodiment, the center pin 50 is pressed upward by the spring 55. In the second embodiment, oil is supplied to the space between the bottom of the die body hole 46 and the lower surface of the pin flange 53 by the pump 58, and the pin flange 53 of the center pin 50 is pushed up by hydraulic pressure. Alternatively, air can be supplied instead of oil by a pump, and the pin flange 53 of the center pin 50 can be pushed up by air pressure.
In the second embodiment, oil or air is supplied to the space sealed by the die body hole 46 and the pin flange 53, so the pin flange 53 is necessary.
Alternatively, the central pin 50 can be moved up and down by using an electric device such as a motor instead of the hydraulic device or the pneumatic device.
第2の実施形態では、パンチ4を打ち込む前は、ダイ本体孔46の底部と、ピンフランジ53の下面の間の空間にオイルを供給して、中央ピン50が上昇したホーム位置に位置するようにする。自己穿孔型リベット10を打ち込むため、パンチ4を下降させるにつれて、オイルを抜き、中央ピン50が下降位置に下がるようにする。
自己穿孔型リベット10を締結するとき、中央ピン50が下降位置まで一定の速度で下降するように、ポンプ58を制御することができる。又は、中央ピン50がプログラムされた速度で下降するように制御し、締結する初めの段階では中央ピンの下降距離を小さくし、後半に被締結部材42の変形が大きくなる段階で、中央ピンの下降距離を大きくすることもできる。
又は、自己穿孔型リベット10を打ち込む前に、中央ピン50を下げておくこともできる。
In the second embodiment, before the punch 4 is driven, oil is supplied to the space between the bottom of the die body hole 46 and the lower surface of the pin flange 53 so that the center pin 50 is positioned at the raised home position. To. In order to drive the self-piercing rivet 10, oil is removed as the punch 4 is lowered so that the central pin 50 is lowered to the lowered position.
When the self-piercing rivet 10 is fastened, the pump 58 can be controlled so that the central pin 50 descends at a constant speed to the lowered position. Alternatively, the central pin 50 is controlled to descend at a programmed speed, and the lowering distance of the central pin is reduced in the initial stage of fastening, and the deformation of the fastened member 42 is increased in the latter half of the stage. The descending distance can be increased.
Alternatively, the center pin 50 can be lowered before the self-piercing rivet 10 is driven.
自己穿孔型リベット10を締結した後、ダイ本体孔46の底部と、ピンフランジ53の下面の間の空間にオイル又は空気を供給して、中央ピン50を上昇させ、中央ピン孔34から被締結部材42を押し出すこともできる。 After the self-piercing rivet 10 is fastened, oil or air is supplied to the space between the bottom of the die body hole 46 and the lower surface of the pin flange 53 to raise the central pin 50 and fasten from the central pin hole 34 The member 42 can also be extruded.
第2の実施形態では、中央ピン50の上面にかかる圧力によらず、中央ピン50の動きを制御することができる。
また、スプリング55による押圧力に抗して、中央ピン50の押し下げる第1の実施形態と比較して、より精密に中央ピン50の移動を制御することができる。
In the second embodiment, the movement of the central pin 50 can be controlled regardless of the pressure applied to the upper surface of the central pin 50.
Further, the movement of the center pin 50 can be controlled more precisely as compared with the first embodiment in which the center pin 50 is pushed down against the pressing force of the spring 55.
本発明の第2の実施形態でも、自己穿孔型リベット10を締結するとき、中央ピン50が下方へ移動し、中央ピン孔34の部分に受け側の被締結部材42が入り込む。そのため、被締結部材42は、半径方向外側に大きくは変形せず、被締結部材42に強い引張り応力が発生しないようになっている。そのため、受け側の被締結部材42に割れが発生しにくい。 Also in the second embodiment of the present invention, when the self-piercing rivet 10 is fastened, the central pin 50 moves downward, and the receiving-side fastened member 42 enters the central pin hole 34 portion. Therefore, the fastened member 42 is not greatly deformed radially outward, and a strong tensile stress is not generated in the fastened member 42. Therefore, the receiving-side fastened member 42 is unlikely to crack.
(従来のダイのシミュレーション)
従来のダイを使用して被締結部材41,42を締結した場合と、本発明の第1の実施形態のダイを使用して被締結部材41,42を締結した場合について、自己穿孔型リベット10と、被締結部材41,42の内部応力をシミュレーションした結果について説明する。
図12は、従来のダイ20(図1)を使用して被締結部材41,42を締結する場合に、自己穿孔型リベット10と、被締結部材41,42の内部応力をシミュレーションした結果である。
図13は本発明の第1の実施形態によるダイ本体30と中央ピン50を組み合わせたダイを使用して被締結部材41,42を締結する場合に、自己穿孔型リベット10と、被締結部材41,42の内部応力をシミュレーションした結果である。
(Traditional die simulation)
The self-piercing rivet 10 is used when the fastened members 41 and 42 are fastened using a conventional die and when the fastened members 41 and 42 are fastened using the die of the first embodiment of the present invention. And the result of having simulated the internal stress of the to-be-fastened members 41 and 42 is demonstrated.
FIG. 12 is a result of simulating the internal stresses of the self-piercing rivet 10 and the fastened members 41, 42 when fastening the fastened members 41, 42 using the conventional die 20 (FIG. 1). .
FIG. 13 shows a self-drilling rivet 10 and a fastened member 41 when fastened members 41 and 42 are fastened using a die in which the die body 30 and the central pin 50 according to the first embodiment of the present invention are combined. , 42 is the result of simulation of internal stress.
受け側の被締結部材42は、パンチ側の被締結部材41より厚い。
色が白い部分は、内部応力が大きいことを表す。色が濃く黒い部分は、内部応力がマイナスで絶対値が大きいことを表す。中間のグレーの部分は、内部応力がプラス又はマイナスで小さいことを表す。
The clamped member 42 on the receiving side is thicker than the clamped member 41 on the punch side.
A white portion indicates that the internal stress is large. The dark and dark part indicates that the internal stress is negative and the absolute value is large. The middle gray portion indicates that the internal stress is positive or negative and small.
図12は、図1に示す従来のダイ20の上に被締結部材41,42を配置し、自己穿孔型リベット10により被締結部材41,42を締結した段階のシミュレーションである。ノーズ3と、パンチ4は二点鎖線により示す。 FIG. 12 is a simulation of a stage in which the fastened members 41 and 42 are disposed on the conventional die 20 shown in FIG. 1 and fastened by the self-piercing rivet 10. Nose 3 and punch 4 are indicated by a two-dot chain line.
自己穿孔型リベット10がパンチ4により打込まれると、脚部12は、上側の被締結部材41を破断し、受け側の被締結部材42の中に入る。被締結部材42は下方へ押され、被締結部材42の下方へ押された部分は、ダイ20の凹部内に入る。被締結部材42は底面22に突き当たると、下方へは移動できない。脚部12は、下方へ移動できないので、半径方向外側へ拡径する。そのため、被締結部材42も半径方向外側へ広がる。 When the self-piercing rivet 10 is driven by the punch 4, the leg portion 12 breaks the upper fastening member 41 and enters the receiving fastening member 42. The fastened member 42 is pushed downward, and the portion of the fastened member 42 pushed downward enters the recess of the die 20. When the fastened member 42 hits the bottom surface 22, it cannot move downward. Since the leg portion 12 cannot move downward, the diameter is increased radially outward. Therefore, the fastened member 42 also spreads outward in the radial direction.
自己穿孔型リベット10を締結した後は、自己穿孔型リベット10の頭部11、脚部12とも、非常に内部応力が高くなっている。脚部12は、全体の内部応力が高い。
パンチ側の被締結部材41は、締結部近くでは、自己穿孔型リベット10により引っ張られ、マイナスの内部応力となっている。パンチ側の被締結部材41の脚部12により切り取られ、脚部12の中に入った丸い部分は、拡径する脚部12により、半径方向外側へ引っ張られ、マイナスの内部応力となっている。
After the self-piercing rivet 10 is fastened, both the head 11 and the leg 12 of the self-piercing rivet 10 have very high internal stress. The leg portion 12 has a high internal stress.
The to-be-fastened member 41 on the punch side is pulled by the self-piercing rivet 10 near the fastening portion, resulting in a negative internal stress. The round part cut out by the leg part 12 of the fastened member 41 on the punch side and entered into the leg part 12 is pulled outward in the radial direction by the leg part 12 whose diameter is increased, resulting in a negative internal stress. .
受け側の被締結部材42については、自己穿孔型リベット10の脚部先端13の下は、脚部先端13から強い圧力を受けて、内部応力が高い。
被締結部材42の湾曲面23に接する部分は、マイナスの内部応力がかかっている。
Regarding the receiving-side fastened member 42, the internal stress is high under the leg tip 13 of the self-piercing rivet 10 due to strong pressure from the leg tip 13.
A portion of the fastened member 42 that contacts the curved surface 23 is subjected to negative internal stress.
被締結部材42は、あまり下方へ移動できないので、自己穿孔型リベット10の脚部12には、高い内部応力がかかる。そのため、脚部先端13の先にある被締結部材42の部分に高い内部応力が発生して、被締結部材42に割れが発生する場合がある。 Since the fastened member 42 cannot move much downward, a high internal stress is applied to the legs 12 of the self-piercing rivet 10. Therefore, a high internal stress is generated in the portion of the fastened member 42 at the tip of the leg tip 13, and the fastened member 42 may be cracked.
(第1の実施形態のシミュレーション)
図13は、本発明の第1の実施形態によるダイを使用して、自己穿孔型リベット10を被締結部材41,42に打ち込み、締結が完了した段階のシミュレーションである。
(Simulation of the first embodiment)
FIG. 13 is a simulation of a stage in which the self-piercing rivet 10 is driven into the fastened members 41 and 42 using the die according to the first embodiment of the present invention, and the fastening is completed.
第1の実施形態では、ダイ本体30と中央ピン50からなるダイを使用する。被締結部材41,42に自己穿孔型リベット10を打ち込むとき、中央ピン孔34内で中央ピン50が下方へ移動し、中央ピン孔34の上部に受け側の被締結部材42が入り込む。 In the first embodiment, a die composed of a die body 30 and a center pin 50 is used. When the self-piercing rivet 10 is driven into the fastened members 41 and 42, the central pin 50 moves downward in the central pin hole 34, and the fastened member 42 on the receiving side enters the upper part of the central pin hole 34.
第1の実施形態では、図12の従来のダイ20を使用した場合と比較して、自己穿孔型リベット10の頭部11の内部応力は、低くなっている。従来のダイ20を使用した場合は、脚部12の内部応力が高かったが、第1の実施形態では、脚部12の内部応力は、一部のみで高い。
パンチ側の被締結部材41は、締結部近くでは、自己穿孔型リベット10により引っ張られ、マイナスの内部応力となっている。パンチ側の被締結部材41の脚部12により切り取られ、脚部12の中に入った丸い部分は、拡径する脚部12により、半径方向外側へ引っ張られ、マイナスの内部応力が発生しているが、従来のものよりマイナスの内部応力が大きい部分は狭くなる。
受け側の被締結部材42については、自己穿孔型リベット10の脚部先端13の下の部分は、図12の従来のものより内部応力は低い。
In the first embodiment, the internal stress of the head 11 of the self-piercing rivet 10 is lower than when the conventional die 20 of FIG. 12 is used. When the conventional die 20 is used, the internal stress of the leg portion 12 is high, but in the first embodiment, the internal stress of the leg portion 12 is high only in part.
The to-be-fastened member 41 on the punch side is pulled by the self-piercing rivet 10 near the fastening portion, resulting in a negative internal stress. The round part cut out by the leg part 12 of the fastened member 41 on the punch side and entered into the leg part 12 is pulled outward in the radial direction by the leg part 12 whose diameter is increased, and negative internal stress is generated. However, the portion where the negative internal stress is larger than the conventional one becomes narrower.
With respect to the receiving-side fastened member 42, the internal stress of the portion below the leg tip 13 of the self-piercing rivet 10 is lower than that of the conventional member in FIG.
第1の実施形態では、自己穿孔型リベット10を被締結部材41,42に打ち込み、締結するとき、中央ピン50が下方へ移動して、中央ピン50が移動した後の中央ピン孔34の部分に、被締結部材42の材料が移動する。被締結部材42の材料は、あまり半径方向外側に広がらない。自己穿孔型リベット10の脚部12の内側の材料は、あまり半径方向外側に引っ張られず、内部応力が高くならない。脚部12は、必要以上に半径方向外側へ拡径されない。脚部先端13の下の被締結部材42の部分の内部応力は低減され、下側被締結部材42に割れが発生しにくい。 In the first embodiment, when the self-piercing rivet 10 is driven into the fastened members 41 and 42 and fastened, the central pin 50 moves downward, and the central pin hole 34 portion after the central pin 50 has moved. In addition, the material of the fastened member 42 moves. The material of the fastened member 42 does not spread so much outward in the radial direction. The material inside the leg 12 of the self-piercing rivet 10 is not pulled too much radially outward and the internal stress is not increased. The leg portion 12 is not expanded outward in the radial direction more than necessary. The internal stress in the portion of the fastened member 42 below the leg tip 13 is reduced, and the lower fastened member 42 is unlikely to crack.
シミュレーション結果をまとめると、図12の従来のダイ20を使用すると、自己穿孔型リベット10の頭部11と脚部12に強い応力が発生し、受け側の被締結部材42に強いマイナスの応力が発生する。これに対して、図13の第1の実施形態のダイを使用すると、自己穿孔型リベット10の頭部11と脚部12に強い応力が発生する部分が小さくなり、受け側の被締結部材42に強いマイナスの応力が発生する部分は殆どなくなる。このように、シミュレーションによっても、第1の実施形態では、脚部12は必要以上に半径方向外側へ拡径されず、脚部先端13の内部応力は低減され、下側被締結部材42に割れが発生しにくいことが確認された。第2の実施形態でも、同様の効果が得られる。 To summarize the simulation results, when the conventional die 20 shown in FIG. 12 is used, a strong stress is generated in the head 11 and the leg 12 of the self-drilling rivet 10, and a strong negative stress is applied to the receiving member 42 to be fastened. Occur. On the other hand, when the die of the first embodiment shown in FIG. 13 is used, the portion where the strong stress is generated in the head 11 and the leg 12 of the self-piercing rivet 10 is reduced, and the receiving member 42 to be fastened is received. There are almost no portions where strong negative stress is generated. As described above, even in the simulation, in the first embodiment, the leg portion 12 is not expanded beyond the radial direction more than necessary, the internal stress of the leg tip 13 is reduced, and the lower fastening member 42 is cracked. It was confirmed that is difficult to occur. The same effect can be obtained in the second embodiment.
1 自己穿孔型リベット締結装置
3 ノーズ
4 パンチ
10 自己穿孔型リベット
11 頭部
12 脚部
13 脚部先端
20 ダイ(従来)
21 上面
22 底面
23 湾曲面
24 大径部
26 小径部
30 ダイ本体
31 上面
32 底面
33 湾曲面
34 中央ピン孔
35 大径部
36 小径部
37 下端部
41 被締結部材(パンチ側)
42 被締結部材(受け側)
45 C型フレーム
46 ダイ本体孔
50 中央ピン
51 上面
52 軸部
53 ピンフランジ
55 スプリング
56 ストッパー
58 ポンプ
1 Self-piercing rivet fastening device
3 Nose
4 punch
10 Self-drilling rivets
11 head
12 legs
13 Leg tip
20 dies (conventional)
21 Top view
22 Bottom
23 Curved surface
24 Large diameter part
26 Small diameter part
30 die body
31 Top view
32 Bottom
33 Curved surface
34 Center pin hole
35 Large diameter part
36 Small diameter part
37 Bottom edge
41 Fastened member (punch side)
42 Fastened member (receiving side)
45 C-type frame
46 Die body hole
50 center pin
51 Top view
52 Shaft
53 pin flange
55 Spring
56 Stopper
58 Pump
Claims (6)
前記被締結部材を押えるためのノーズと、
前記被締結部材に前記自己穿孔型リベットを打ち込むためのパンチと、
前記被締結部材を受けるためのダイと、を備え、
前記ダイは、上面と、前記上面の内側に形成された凹部とを有し、前記凹部の中央部から下方に貫通する中央ピン孔が形成されたダイ本体と、
前記ダイ本体の前記中央ピン孔に軸方向に移動可能に支持された中央ピンと、を備え、
前記中央ピンは、前記中央ピン孔の内径に適合する外径を有する円柱形の軸部、を有し、
前記自己穿孔型リベット締結装置は、更に前記中央ピンを軸方向に押圧するための押圧装置を備える、ことを特徴とする自己穿孔型リベット締結装置。 A self-piercing rivet fastening device for driving and fastening a self-piercing rivet having a large-diameter head and hollow legs hanging from the head into a member to be fastened,
A nose for pressing the fastened member;
A punch for driving the self-piercing rivet into the fastened member;
A die for receiving the member to be fastened,
The die has an upper surface and a concave body formed on the inner side of the upper surface, and a die body in which a central pin hole penetrating downward from a central portion of the concave portion is formed;
A center pin supported in the center pin hole of the die body so as to be movable in the axial direction,
The central pin has a cylindrical shaft portion having an outer diameter matching the inner diameter of the central pin hole,
The self-piercing rivet fastening device further comprises a pressing device for pressing the central pin in the axial direction.
前記中央ピンは、前記中央ピンの上面が、前記ダイ本体の前記凹部の底面より下の位置から、前記凹部の前記底面より上の位置まで移動可能である自己穿孔型リベット締結装置。 The self-piercing rivet fastening device according to claim 1,
The center pin is a self-piercing rivet fastening device in which an upper surface of the center pin is movable from a position below the bottom surface of the concave portion of the die body to a position above the bottom surface of the concave portion.
前記押圧装置は、前記中央ピンの下側に配置されたスプリングであり、
前記スプリングは、前記中央ピンに上方への押圧力をかけ、
前記中央ピンの上面に、前記スプリングの押圧力より強い下方への押圧力がかかると、前記中央ピンは、前記上面が前記凹部の底面より下方に位置するまで下方へ移動し、
前記中央ピンの前記上面に、前記下方への押圧力がかからないと、前記中央ピンは前記スプリングの押圧力に押されて、前記中央ピンは、前記上面が前記凹部の底面より上方に位置するまで上方へ移動するようになっている自己穿孔型リベット締結装置。 A self-piercing rivet fastening device according to claim 1 or 2,
The pressing device is a spring disposed below the center pin,
The spring applies an upward pressing force to the center pin,
When a downward pressing force stronger than the pressing force of the spring is applied to the upper surface of the central pin, the central pin moves downward until the upper surface is positioned below the bottom surface of the recess,
If the downward pressing force is not applied to the upper surface of the central pin, the central pin is pressed by the pressing force of the spring until the upper surface is positioned above the bottom surface of the recess. Self-drilling rivet fastening device adapted to move upward.
前記押圧装置は、前記中央ピンを上方へ押圧する油圧装置又は空圧装置又は電動装置である自己穿孔型リベット締結装置。 A self-piercing rivet fastening device according to claim 1 or 2,
The pressing device is a self-piercing rivet fastening device that is a hydraulic device, a pneumatic device, or an electric device that presses the center pin upward.
前記ダイは、上面と、前記上面の内側に形成された凹部とを有し、前記凹部の中央部から下方に貫通する中央ピン孔が形成されたダイ本体と、
前記ダイ本体の前記中央ピン孔に軸方向に移動可能に支持された中央ピンと、を有し、
更に前記自己穿孔型リベット締結装置は、前記中央ピンを軸方向に押圧するための押圧装置を備え、前記締結方法は、
(a) 前記ダイ本体の前記上面に前記被締結部材を配置し、
(b) 前記ノーズにより前記被締結部材を押さえ、
(c) 前記パンチと前記被締結部材の間に前記自己穿孔型リベットを配置し、
(d) 前記パンチを下降させて、前記自己穿孔型リベットを前記被締結部材に押圧し、前記被締結部材は下方へ移動し、前記自己穿孔型リベットの脚部先端は前記被締結部材の中に穿孔し、
(e) 前記被締結部材の材料は前記中央ピン孔内まで侵入し、前記中央ピンは、前記押圧装置の押圧力に抗して、前記中央ピンの上面が、前記ダイ本体の前記凹部の底面より低い位置にくるまで下降し、締結が完了する、ステップを備えることを特徴とする締結方法。 A fastening method for fastening a self-piercing rivet by a self-piercing rivet fastening device, the self-piercing rivet fastening device comprising a nose, a punch, and a die for receiving a member to be fastened,
The die has an upper surface and a concave body formed on the inner side of the upper surface, and a die body in which a central pin hole penetrating downward from a central portion of the concave portion is formed;
A center pin supported in the center pin hole of the die body so as to be movable in the axial direction;
Furthermore, the self-piercing rivet fastening device includes a pressing device for pressing the central pin in the axial direction, and the fastening method includes:
(a) disposing the fastened member on the upper surface of the die body;
(b) holding the fastened member by the nose;
(c) disposing the self-piercing rivet between the punch and the fastened member;
(d) Lowering the punch and pressing the self-piercing rivet against the fastened member, the fastened member moves downward, and the leg end of the self-piercing rivet is in the fastened member. Perforated and
(e) The material of the fastened member penetrates into the central pin hole, the central pin resists the pressing force of the pressing device, and the upper surface of the central pin is the bottom surface of the concave portion of the die body. A fastening method comprising the steps of lowering to a lower position and completing the fastening.
(f) 締結完了後、前記押圧装置の押圧力により、前記中央ピン孔内で前記中央ピンが上昇し、前記中央ピン孔内にある前記被締結部材を押し出す締結方法。 The fastening method according to claim 5, further comprising:
(f) A fastening method in which, after completion of the fastening, the center pin is raised in the center pin hole by the pressing force of the pressing device, and the fastened member in the center pin hole is pushed out.
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