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DE3109500A1 - Verfahren und werkzeug zur plastischen verformung von durch druck und waerme verformbarem material - Google Patents

Verfahren und werkzeug zur plastischen verformung von durch druck und waerme verformbarem material

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Publication number
DE3109500A1
DE3109500A1 DE19813109500 DE3109500A DE3109500A1 DE 3109500 A1 DE3109500 A1 DE 3109500A1 DE 19813109500 DE19813109500 DE 19813109500 DE 3109500 A DE3109500 A DE 3109500A DE 3109500 A1 DE3109500 A1 DE 3109500A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
pressure profile
tool
pressure
rivet
rest
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE19813109500
Other languages
English (en)
Inventor
Hans 7071 Spraitbach Hald
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TRW Repa Feinstanzwerk GmbH
Original Assignee
TRW Repa Feinstanzwerk GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TRW Repa Feinstanzwerk GmbH filed Critical TRW Repa Feinstanzwerk GmbH
Priority to DE19813109500 priority Critical patent/DE3109500A1/de
Publication of DE3109500A1 publication Critical patent/DE3109500A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • B29C66/81—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps
    • B29C66/814—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps
    • B29C66/8141—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined
    • B29C66/81411—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined characterised by its cross-section, e.g. transversal or longitudinal, being non-flat
    • B29C66/81421—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined characterised by its cross-section, e.g. transversal or longitudinal, being non-flat being convex or concave
    • B29C66/81423—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined characterised by its cross-section, e.g. transversal or longitudinal, being non-flat being convex or concave being concave
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2709/00—Use of inorganic materials not provided for in groups B29K2703/00 - B29K2707/00, for preformed parts, e.g. for inserts
    • B29K2709/08—Glass

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Description

  • Verfahren und Werkzeug zur plastischen Verformung
  • von durch Druck und Wärme verformbarem Material Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur plastischen Verformung von durch Druck und Wärme verformbarem Material gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Es sind Verfahren bekannt zur plastischen Verformung von Kunststoffteilen speziell für thermoplastische Kunststoffe, bei denen# die plastische Verformung des Kunststoffmaterials durch Kaltnieten, Taumelnieten, Warmschweißen oder Ultraschallschweißen erfolgt. Derartige Verfahren sind sehr aufwendig und in ihrer Reproduzierbarkeit ungenau. Es besteht außerdem der Nachteil, daß im Verformungsbereich, vorwiegend beim Bearbeiten von kristallinen Kunststoffen, Härtespannungen auftreten, welche die Festigkeit im Verformungsbereich bzw. an der Niet- oder Schweißverbindung mindern.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der plastischen Verformung von insbesondere thermoplastischen Kunststoffen z.B. zwecks Verbindung zweier oder mehrerer Teile festigkeitsmindernde Härte spannungen zu vermeiden und ein Höchstmaß an Materialfestigkeit zu erhalten.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmale. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird erreicht, daß beim Auftreffen des voreilenden Teils des Druckprofils das zu verformende Material an der Berührungsstelle durch Reibwärme plastisch wird. Insbesondere bei spitzer oder messerartiger Ausgestaltung des voreilenden Teils des Druckprofils wird sichergestellt, daß kein schroffer Übergang vom Grundwerkstoff zum verformenden Teil auftritt, so daß mit Sicherheit Härtespannungen vermieden werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der voreilende Teil des Druckprofils im Zentrum des zu verformenden Materials, vorzugsweise eines Kunststoff-Nietes angesetzt. Vorzugsweise besitzt das Druckprofil des Werkzeuges zur Durchführung des Verfahrens eine zentrale, das übrige Druckprofil in Richtung des zu verformenden Materials überragende Kegelspitze. Mit einem solchen Werkzeug lassen sich in besonders wirtschaftlicher Weise Kunststoffniete verformen, die z. B. die Abmessungen eines herkömmlichen Stahlnietes haben und die an dem einen der miteinander zu verbindenden Teile bereits angeformt oder angespSitzt sind. Hierbei wird das Werkzeug mit der Kegelspitze auf das Zentrum des Nietes aufgesetzt, wobei die Reibungswärme mit zunehmendem Druck sehr gleichmäßig sich über den Verformungsbereich verteilt, so daß sich nach dem vollständigen Niederdrücken des dem Schließkopf des Nietes entsprechenden Druckprofils ein homogenes und festigkeitsmäßig hochwertiges Materialgefüge verbleibt.
  • Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den in der Zeichnung dargestellten und nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen.
  • Es zeigt: Fig. 1 eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu verformende Nietverbindung in Schnittansicht zusammen mit einem Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens, Fig. 2 die Nietverbindung gemäß Fig. 1 mit einem Werkzeug verbesserter Ausführungsform, Fig. 3 und 4 die Schnittansicht zweier durch Randbördelung miteinander zu verbindender Teile in Verbindung mit zwei unterschiedlich ausgestalteten Werkzeugen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • In Fig. 1 ist mit 1 ein im wesentlichen ebenes Kunststoffteil aus thermoplastischem Kunststoff bezeichnet, das mit einem angeformten Nietzapfen 2 versehen ist. Auf den Nietzapfen 2 aufgesteckt und auf den Kunststoffteil 1 aufgelegt ist ein zweiter Teil 3, der durch plastische Verformung des Nietzapfens 2 in Form eines Niet-Schließkopfes 4 mit dem erstgenannten Kunststoffteil 1 verbunden werden soll. Der zweite Teil 3 kann aus jedem beliebigen Werkstoff bestehen. Zur plastischen Verformung des Nietzapfens 2 dient ein Werkzeug, das beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 in Form eines im wesentlichen zylindrischen Nietdornes 5 ausgebildet ist. Der Nietdorn ist in eine rotierende Einrichtung, z.B. in eine Bohrmaschine eingespannt und besitzt am freien Ende ein ringartiges, konkaves Druckprofil halbkreisförmigen Querschnitts, das in der Rotationsachse zum Nietzapfen 2 hin überragt wird durch eine spitz auslaufende Kegelspitze 7. Zur Durchführung des plastischen Verformungsvorganges wird der rotierende Nietdorn 5 in Pfeilrichtung auf die miteinander zu verbindenden Teil 1 und 3 abgesenkt, wobei die Kegelspitze 7 des Druckprofils, das dem v##es#t übrigen, konkaven Druckprofilyozuerst in Berührung mit dem Zentrum des Nietzapfens 2 gelangt. Hierbei dringt die Kegelspitze 7 in das Kunststoffmaterial des Nietzapfens 2 spitz ein, wobei infolge der Reibungswärme das Kunststoffmaterial weich wird. Durch die besondere Form der Kegelspitze verteilt sich die Reibungswärme gleichmäßig auf das zu verformende Material des Nietzapfens 2. Mit weiteren Niederdrücken des Nietdornes 5 kommt schließlich der konkave Teil des Druckprofils 6 in Berührung mit dem Nietzapfen 2,und dieser Nietzapfen wird entsprechend den gestrichelten Linienzügen zu einem Niet-Schließkopf 4 verformt, womit die beiden Teilen 1 und 3 fest miteinander verbunden sind.
  • Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 nur hinsichtlich der Ausgestaltung des Werkzeuges zur Durchführung des plastischen Verformungsverfahrens. Hierbei ist der entsprechend Fig. 1 ausgestaltete Nietdorn 5 in einer Bohrung 8 eines Werkzeugteils 9 mit Spannzap#en 10 durch eine Feststellschraube 11 drehfest gelagert, wobei das Druckprofil 6 die untere Begrenzung des Werkzeugteils 9 überragt. Im Bereich dieses Druckprofils 6 ist am Werkzeugteil 9 über Wälzlager 12 ein kappenartiger Aufsetzteil 13 frei drehbar gelagert. Die ebene Aufsetzfläche 14 dieses Aufsetzteils 13 wird überragt durch die Kegelspitze 7 des Nietdornes 5. Der Werkzeugteil 9 wird wiederum z. B. in eine Bohrmaschine eingespannt. Mit dem Absenken des Werkzeugteils 9 zusammen mit dem Nietdorn 5 erfolgt in vorbeschriebener Weise die plastische Verformung des Nietzapfens 2, wobei die Absenkbewegung des Werkzeugteils 9 nach unten hin begrenzt wird durch den Aufsetzteil 13, der sich an dem Teil 3 der Nietverbindung in derEndstellung abstützt und eine weitere Druckbewegung des Werkzeugs verhindert bzw. die Verformungstiefe des Verformungsvorganges bestimmt. Hierbei wird in vorteilhafter Weise gewährleistet, daß auf der Oberfläche des Teils 3 keinerlei Schleifspuren zurückbleiben,und es werden jeweils gleiche Schließkopfprofile sichergestellt, wodurch dieses Werkzeug vorzugsweise für die Massenproduktion verwendet werden kann.
  • Bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 3 und 4 soll ein rohrartiger Kunststoffteil 15 aus thermoplastischem Material mit einer Scheibe z. B. einer Glasscheibe verbunden werden durch Umbördelung des freien, ringförmigen Randes 17 des Kunststoffteils 15. Als Widerlager besitzt das Kunststoffteil 15 einen kragenartigen Ansatz 18, auf dem die Scheibe 16 aufliegt. Beim Ausführungsbeispiel gem. Fig. 3 ist ein strichpunktiert dargestelltes Werkzeug wiederum als Nietdorn 19 ausgeführt, der eine zur Rotationsachse konzentrische Innenbohrung 20 besitzt. Entgegen dem Einspannende des Nietdornes 19 ist ein ringförmiges, im Querschnitt halbkreisförmiges Druckprofil 21 in das ringförmige Ende des Nietdornes 19 eingearbeitet. Mit dem Absenken des Nietdornes 19 kommt zuerst die äußere Begrenzungsfläche des Druckprofils in Berührung mit dem Rand des Kunststoffteils 15, womit wiederum durch die zunächst linienförmige Reibberührung die Reibwärme sich gleichmäßig auf das zu verformende Kunststoffmaterial ausbreitet, das mit weiterem Niederdrücken des Nietdornes 19 entsprechend der Form des Druckprofils plastisch verformt, d.h. auf die obere Fläche der Scheibe 16 umgebördelt wird.
  • Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 besitzt das Druckprofil 22 des im übrigen ähnlich dem Nietdorn 19 gemäß Fig. 3 ausgestalteten Nietdornes 23 eine schneidenartig auslaufende, das übrige Druckprofil 22 in Richtung des Randes 17 überragende Ringkante 24. Der Durchmesser dieser Ringkante 24 entspricht in etwa dem Abstand von Randmitte zu Randmitte. Mit dem Absenken des Nietdornes 23 dringt zuerst die Ringkante 24 unter Rotation des Nietdornes 23 in das Kunststoffmaterial des Randes 17 ein, wobei von dieser Eindringstelle wiederum Reibungswärme ausgeht, die eine nachfolgende plastische Verformung und Vollendung der Bördelung ermöglicht.

Claims (7)

  1. Patentansprüche 1. Verfahren zur plastischen Verformung von durch Druck und Wärme verformbarem Material, vorzugsweise von thermoplastischem Kunststoff, insbesondere zur Umbördelung von Befestigungselementen, z. B. von Nieten, Bördelränder oder dgl., zur Verbindung wenigstens zweier Teile unter Verwendung eines Druckwerkzeuges mit, der gewünschten Verformung entsprechendem Druckprofil, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst nur ein vorzugsweise im Querschnitt spitz auslaufender Teil des Druckprofils (6, 21, 22) des rotierenden Werkzeuges (Nietdorn 5, 19, 23), dem übrigen Druckprofil vorauseilend, mit dem zu verformenden Material in Berührung gebracht wird und daß dann durch die von der Berührungsstelle ausgehende Reibungswärme die gewünschte Verformung durch sukzessives Aufdrücken des übrigen Druckprofils erfolgt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der voreilende Teils des Druckprofils im Zentrum des zu verformenden Materials, vorzugsweise eines Kunststoff-Nietes (Nietzapfen 2) angesetzt wird.
  3. 3. Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das vorzugsweise konkave Druckprofil (6) eine zentrale, das übrige Druckprofil in Richtung des zu verformenden Materials (Nietzapfen 2) überragende Kegelspitze (7) aufweist.
  4. 4. Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, zur Umbördelung des Randes eines rohrartigen Teiles, dadurch gekennzeichnet, daß ein ringförmiges, vorzugsweise im Querschnitt halbkreisförmiges Druckprofil (21, 22) vorgesehen ist.
  5. 5. Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Druckprofil (22) eine schneidenartige, das übrige Druckprofil in Richtung des Bördelrandes (17) überragende Ringkante (24) aufweist.
  6. 6. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Höhe des Druckprofils des rotierenden Werkzeugs ein gegenüber dem Werkzeug frei drehbares Aufsetzteil (13) vorgesehen ist, das sich auf dem zu befestigenden Teil (3) abstützt und die Verformungstiefe bestimmt.
  7. 7. Werkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufsetzteil (13) über ein Wälz- oder Gleitlager (12) mit dem Werkzeug verbunden ist.
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