회전 진자 운동에 의한 클린치-리벳 연결을 생성하기 위한 방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING A CLINCH-RIVET CONNECTION BY MEANS OF A ROTARY OSCILLATING MOVEMENT}
본 발명의 대상은 청구항 1의 전제부에 따른 회전 진자 운동을 사용하여 클린치-리벳 연결을 생성하기 위한 방법 및 장치이다.
이와 같은 대상은 동일 출원인에 의해 출원된 DE 10 2011 011 438 A1 호로부터 공지되었다. 이 공보의 개시 내용은 전체적으로 본 발명의 개시 내용에 포함될 것이다.
전술한 공보에서, 클린치-리벳 연결은 진자 운동의 도움으로 금속 구성요소 상에 생성된다. 금속 구성요소는 주변부 주위에 배열되는 아크형 웨브들이 평판형 상부 부품의 연관된 아크 슬롯들 내에 결합되는 항아리형 하부 부품 상에 몰딩되도록 평판형 상부 부품에 연결되는 항아리형(pot-shaped) 하부 부품/피가공재로 구성되며, 아크 슬롯들에서 넓은 의미로 클린치-리벳 방법을 적용하고 형성 롤러(forming roller)들을 사용하여 재성형된다. 이는 아크 슬롯들에서 재성형된 아크 웨브들의 억지 끼워맞춤(force-fit) 및 형상 끼워맞춤(form-fit) 접합을 초래한다.
따라서, 하부 부품의 아크 슬롯들을 통해 도달하는 비-변형된 아크 웨브들은 형성 롤러들의 가압력(pressure force) 하에서 냉간 유동 상태로 되며, 따라서 웨브들이 평판형 상부 부품 내의 아크 슬롯들의 측벽들에 대해 억지 끼워맞춤 및 형상 끼워맞춤 방식으로 놓이도록 팽창된다. 이런 방식으로, 전술한 클린치-리벳 연결이 생성된다.
그러나, 공지된 방법의 단점은 회전 진자 운동이 형성 공구 상으로 도입되어야 한다는 점이다. 상기 공보에 따른 형성 공구는 본질적으로 롤러 리테이너이며, 그 내부에 주변부 주위에 배열되는 여러 개의 형성 롤러들이 존재한다. 형성 공구는 진자 운동을 수행하는 구동 공구에 의해 회전가능하게 구동된다. 공지된 방법의 경우에, 변형에 필요한 형성 롤러들 상으로의 가압력이 형성 공구에 동시에 가해지는 것이 또한 필요하며, 따라서 진자 운동과 가압력을 동시에 가함으로써 클린치-리벳 연결을 생성하기 위한 형성 공구를 사용하는 것이 필요하다.
공지된 클린치-리벳 방법의 다른 단점은 본질적으로 변경될 수 없는 회전의 특정 각도와 특정 진폭을 요구하는 크랭크 드라이브에 의해 진자 운동이 발생되기 때문에 진자 운동의 조정이 심각하게 제한된다는 점이다.
본 발명의 청구항 1의 전제부는 DE 10 2012 206 678 A1 호의 요지를 기초로 한다.
이 공보는 이미, 회전 결합되는 방식으로 제 1 구성요소를 제 2 구성요소, 특히 클러치 유닛에 연결하기 위한 플러그 커넥터를 공개하며, 여기서 제 1 구성요소에는 제 2 구성요소 내의 슬롯형 개구를 통해 연장하는 아크 웨브로서 구성되는 하나 이상의 연결 요소가 제공된다. 제 2 구성요소의 슬롯을 통해 연장하는 제 1 구성요소의 아크 웨브는 롤-형성 방법에 의해 제 2 구성요소에 연결된다.
이런 목적을 위해서, 제 1 및 제 2 구성요소가 진자 방식으로 회전 구동되는 동시에 축방향으로 이동가능한 공급 유닛 상에 배열되는 것이 제공되며, 이는 홀더 내에 고정식으로 배열되는 원통형 형성 롤러들에 대해 함께 압입되는(plugged-together) 구성요소들을 단단히 가압할 수 있다.
따라서, 원통형 형성 롤러들은 롤링 장치의 원주 방향에 대해 예를 들어, 90도 또는 180도의 각도 범위에 걸쳐서 시계 방향 및 반시계 방향으로 진자 방식으로 롤링하여 각각의 아크 웨브는 회전가능하게 장착된 원통형 형성 롤러들 위에서 여러 번 롤링하며, 유동-가압 압력이 원통형 롤러로서 구성된 형성 롤러에 의해 아크 웨브에 가해져서 조금씩 아크 웨브들이 아래로 가압되어 확대되며, 따라서 제 1 구성요소와 제 2 구성요소 사이에 롤-형성 연결이 이루어진다.
아크 웨브들의 하방 가압은 수 mm의 범위일 수 있다. Z-방향으로 원통형 형성 롤러의 공급은 대략 회전 당 1/10 mm일 수 있다.
따라서, 원통형 롤러들은 각각의 아크 웨브에 대해서 다수 회, 예를 들어 10 번 또는 수백 번 롤링될 수 있어서, 버섯 형상으로 확대되며, 여기서 그의 측 표면들이 에지들 상에 놓여 제 2 구성요소 내의 리세스를 한정한다.
그러나, 그와 같은 롤-형성 방법의 단점은 다수 회에 걸쳐서 롤링된 이후에 아크 웨브들의 양 측들에 있는 에지들이 제 2 구성요소의 리세스의 에지 영역에 있는 상부 측에서 버섯 형상으로 외측으로 확장되어 정착되며, 여기서 이들은 부분적으로 파괴 또는 분할된다. 따라서, 아크 웨브들의 비제어식 변형이 초래되며, 이는 제 2 구성요소 내의 리세스의 에지들을 넘어선 아크 웨브들의 버섯 형상의 팽창으로 인해 아크 웨브들의 구조 내에 보이지 않는 파단 선들 및 바람직하지 않은 결정의 변형들이 형성되는 위험을 내포하며, 이는 롤-형성 연결의 안정성을 손상한다.
따라서, 이와 같이 롤-형성된 연결은 또한, x-선 또는 초음파 시험에 의한 무-균열(crack-free) 품질에 대해 시험되지 못할 수 있다.
따라서, 아크 웨브들은 말하자면 스팀롤링된다. 웨브 아크들의 롤러 형성된 횡단면들의 영역에 있는 파단 선들에 대해 지불될 가격이 단점이다.
그러므로, 본 발명의 목적은 클린치-리벳 연결을 생성하기 위한 방법 및 그에 사용되는 장치를 더욱 발전시켜서 실질적으로 더 높은 정밀도와 더 유리한 공정 매개변수들에 의해 항아리형 하부 부품과 평판형 상부 부품 사이에 클린치-리벳 연결이 생성될 수 있게 하고자 하는 것이다.
이러한 목적을 만족시키기 위해서, 상기 방법은 청구항 1의 기술적 교시(technical teaching)를 특징으로 한다.
DE 10 2012 206 678 A1 호의 평탄한, 태브형(tab-like) 아크 웨브들의 러프 롤링-오버(rough rolling-over)에 비교해서, 롤러-성형 또는 원통형 형성 롤러들 대신에, 이제 사용되는 형성 롤러들에는 예각 프로파일이 제공되며, 특정 시계추 경로(pendulum path)를 갖춘 각각의 형성 롤러의 진자 운동이 아크 웨브의 길이를 넘어서 연장하지 않는 것을 본 발명이 제공한다.
이는 아크 웨브의 중심 구역 내의 아크 웨브의 길이가 프로파일된 형성 롤러에 의해 단지 부분적으로만 롤링 오버되며 형성 롤러가 아크 웨브의 길이를 넘어서 롤링되지 않으며 형성 롤러의 진자 운동이 아크 웨브의 영역 내에서 항상 유지됨을 의미한다.
따라서, 아크 웨브는 여기저기로 이동하지 않으며 버섯 형상으로 팽창하도록 평탄하게 롤링되지 않는 대신에, 예각 프로파일 형성 롤러의 결과로써 측면들로 향하는 중심 구역에서 웨지 형상으로 따로따로 가압되며, 유동-형성 공정 중에 변형된 에지-측 횡단면의 경우에 다른 구성요소 내의 리세스의 내부 측에 놓이게 된다.
용어 "예각의" 프로파일 형성 롤러는 아크 웨브의 중심 영역으로부터 외측을 향해 아크 웨브들의 에지 영역으로 금속 재료를 변위시킬 수 있는 형성 롤러의 외측 주변부 상의 임의의 대칭 웨지 프로파일로서 이해되는 것이다. 결과적으로, 그와 같은 대칭의 웨지 프로파일은 180도보다 작은 임의의 각도를 가질 수 있다. 160도 내지 30도 범위의 웨지 프로파일들이 바람직하다. 특히 바람직한 것은 40 내지 60도 범위의 웨지 프로파일들이다. 용어 "예각의" 대신에, 용어 "웨지형"이 또한 사용된다.
그러나, 본 발명의 범주에서, 축들 상에 장착되는 형성 롤러들과 축들 상에 장착되지 않는 형성 롤러들 모두가 본 발명에 본질적인 것으로서 청구된다. 축 상에 장착되지 않는 형태의 형성 롤러들은 예를 들어, 세라믹으로 제조된 베드(bed) 내에 설치된다. 무축(shaftless) 형성 롤러는 세라믹 재료의 고정 베드 내에서 회전하며, 단지 유동 형성 절차의 의미에서 독립한 주변부에 대해 아크 웨브를 충돌시키기 위해 그의 웨지형 프로파일 주변부에 대해 베드로부터 돌출한다.
재성형된 아크 웨브들은 다른 구성요소의 표면을 넘어서 돌출하지 않는데, 이는 그렇지 않으면 파괴 및 분할의 위험이 있는 아크 웨브들의 횡단면이 부서질 수 있기 때문이다.
오히려, 유동 형성 공정 중에 정면 구역에서 웨지 형상으로 변형된 이들 아크 웨브들이 단지, 리세스의 내부 측에 대해서만, 즉 제 2 구성요소의 아크 슬롯에만 놓이는 것을 본 발명이 제공한다.
재성형된 아크 웨브들의 횡단면들이 다른 구성요소의 V형 아크 슬롯의 표면 위에서 그리고 외부에 정착하는 것을 회피한다는 사실로 인해서, 거기에서 더 이상 분할이 발생할 수 없으며 눈에 보일 수 있고 입증가능한 파단 선들이 전개된다.
본 발명의 추가의 특징들은 나머지 종속항들의 요지이다.
진자 운동이 피가공재로 도입되며, 거기에 배열되는 형성 롤러들을 갖춘 롤러 헤드가 단지 형성 롤러들 상에만, 그리고 따라서 재성형될 하부 부품의 아크 웨브들 상에만 가압력을 발생하는 것이 유리하다.
또한, 바람직하게는, 진자 운동 및 시계추의 힘(pendulum force)의 인가뿐만 아니라 프레셔 포스(pressure force)의 생성이 서로 분리되는 장치의 2 개의 구성요소들에서 발생한다. 바람직하게는, 시계추의 힘은 장치의 하부 부품에 배열된 피가공재에 적용되며, 이는 피가공재가 아주 적은 비용으로 진자 방식으로 구동될 수 있게 하는 이점을 갖는 반면, 이는 롤러 헤드 및 장치의 상부 부품을 훨씬 더 어렵게 한다.
따라서, 시계추의 힘이 클램핑 장치를 통해 피가공재에 도입되며, 이 장치는 형상 끼워맞춤 및 억지 끼워맞춤 방식으로 피가공재를 수용하는 것이 본 발명의 바람직한 실시예에 제공된다. 클램핑 장치의 부품은 팔로어 조(follower jaw)들을 갖는 중심맞춤 장치이다. 팔로어 조들 각각은, 형상 끼워맞춤 윤곽 프로파일을 가지며, 이 프로파일은 피가공재와 클램핑 공구의 윤곽 결합(contour engagement)에 기인하여, 시계추의 힘을 클램핑 공구에 적용하는 것이 매우 용이해지도록, 반경방향 외측으로 지향된 피가공재 상에서 반대 윤곽(counter-contour)과 결합된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 중심맞춤 장치가 회전 판 상에서 클램핑 공구에 의해 장착되며, 이 회전 판에는 외측으로 지향된 치형 드라이브 링이 제공되며, 이 링은 기어 모터의 연관된 드라이브 기어 휠에 맞물린다(mesh).
이러한 배열에 의해, 진자 운동은 광범위한 제한들 내에서 수정될 수 있는데, 이는 기어 모터가 그의 길이 및/또는 진폭에 대해서 자유롭게 조정(프로그램가능)될 수 있는 진자 운동을 실행하기 때문이다. 이론적으로, 진자 운동은 0 내지 360°의 회전 각도로 조정될 수 있으며, 이 각도는 종래 기술의 크랭크 장치에 의해서는 가능하지 않았다.
본 발명의 추가의 이점은, 쉽게 조정가능한 드라이브, 예컨대 유압 또는 볼 롤러 스핀들이 피가공재의 아크 웨브들의 변형을 위해서 형성 롤러들을 수용하는 롤러 리테이너 상에 작용하며, 롤러 리테이너는 그의 프레셔 포스에 대해서 정교하게 조정될 수 있다는 것이다. 이에 따라, 이러한 드라이브의 프레셔 포스 및 프레셔 경로(pressure path)는 매우 단순한 조정 수단에 의해 정밀하게 조정될 수 있으며, 이는 본 발명의 장치의 단순화 및 정밀도의 개선을 초래한다.
그러나, 프레셔 경로를 제외하는 것은 아니지만 프레셔 포스를 조정하는 것을 가능케 하는 유압 실린더에 의해 롤러 리테이너를 가압하는 것은 단지 종래 기술의 장치(DE 10 2011 011 438 A1)로부터만 공지되었다.
본 발명은 이로부터, 이른바 롤링 가능한(rollable) 드라이브를 사용하는 것을 입수하였으며(pick up), 여기서 프레셔 경로 및 프레셔 포스가 미세하게 조정될 수 있으며, 그 결과, 방법 및 장치의 실질적으로 보다 양호한 정교함이 얻어진다.
본 발명의 중요한 인자는, Z 방향으로의 시계추의 힘(시계추 장치를 구동하는 회전력임)의 규정된 수정은 X 방향으로의 가압력과 조화된다는 것이다.
Z 방향으로의 시계추의 힘이, 진자 운동의 개시시 비교적 낮으며 이후 급격하게 가속화해야 한다는 것이 발견되었으며, 여기서 최대 힘은 Z 방향으로의 유동 가압 중 그리고 아크 웨브의 종료에 도달하기 직전에 생성되며, 시계추의 힘은 아크 웨브의 단부를 아크 웨브의 중심 영역만큼 비교적 많이 변형시키지 않기 위해서 다시 줄어든다(decline).
이러한 시계추의 힘은, 회전 각도에 의해 제어된다. 이는 종래 기술로부터 공지되지 않았다.
롤러 헤드로부터 형성 롤러들 상으로 작용하는 X 방향으로 가압력을 생성시키는 것도 마찬가지인데, 이는 왜냐하면, 여기서도 또한(here as well), 평형 위치에서 비교적 낮은 가압력으로 시작하여, 먼저, 형성 롤러가 아크 웨브의 재료 내로 가압되고, 이후 진자 운동 중, 프레셔 포스가 비교적 균일하게 유지되며, 진자 운동의 종료 이전에, 프레셔 포스가 다시 줄어들고 낮은 값으로 종료한다는 사실에 기인하여, 형성력이 X 방향으로 매우 빠르게 증가하기(accelerate) 때문이다.
본 발명의 이점들 및 특징들은 하기 모음(compilation)에서 요약된다: 1. 2개 이상의 금속 구성요소들의 클린치-리벳 연결로서, 여기서 형성 롤러들에 의한 회전 진자 운동에 의해서, 수직 및 이와 동시에 수평 변형(3-축 응력 상태/재료 유동)이 실행된다.
2. 2개 이상의 금속 구성요소들의 클린치-리벳 연결로서, 여기서 구성요소들 중 하나는 미리 형성된(pre-formed), 평탄한 태브형 재료 형태를 가지며, 제 2 구성요소에는 부분적으로 V자 형상 개구가 제공되며, 이 개구는 미리 형성된, 평탄한 태브형 재료 형태의 수용을 허용하며, 여기서, 10°이상의 각도로, 형성 롤러가 중첩된(superimposed) 축방향 운동에 의해 반경방향 진자 운동을 통해 재료 형태를 V자 형상 개구 내로 스탬핑하며(stamp), 이에 의해 2 개의 구성요소들의 형상 끼워맞춤 연결을 발생시킨다.
3. 2개 이상의 금속 구성요소들의 클린치-리벳 연결로서, 여기서 구성요소들 중 하나의 구성요소는, 미리 형성된, 환상(annular) 재료 엠보싱을 가지며, 제 2 구성요소에는 보다 큰 직경으로 배열된 파형(wave) 윤곽 상에서 수용 윤곽이 제공되며, 이 수용 윤곽은 미리 형성된, 환상 재료 엠보싱의 수용을 허용하고, 여기서, 10°이상의 각도에서, 형성 롤러가 중첩된 축방향 운동에 의해 반경방향 진자 운동을 통해 재료 엠보싱을 수용 윤곽 내로 스탬핑하며, 이에 의해 2 개의 구성요소들의 형상 끼워맞춤 연결을 발생시킨다.
4. 2개 이상의 금속 구성요소들의 클린치-리벳 연결로서, 여기서 2 개의 구성요소들 중 하나의 구성요소는 연결 공정을 위해 다른 부품을 수용하는 V자 형상 개구를 갖는다.
5. 2개 이상의 금속 구성요소들의 클린치-리벳 연결로서, 여기서 파형 연결에 의해, 2 개의 구성요소들 중 하나의 구성요소에는 치형(toothing) 또는 주름식(corrugated) 윤곽이 제공되며, 이 윤곽 내에서, 미리 형성된 재료가 롤링되며, 이에 따라, 표면 방향으로 더 넓고 이에 따라 토크에 대한 내성이 보다 좋은 포지티브 핏(more-torque-proof positive fit)을 유발한다.
6. 2개 이상의 금속 구성요소들의 클린치-리벳 연결로서, 여기서 규정된 각도 값에 의한 롤러 리테이너의 회전 진자 운동은 또한 구성요소들의 리벳팅 공정에서 반경방향 형성 경로(회전 중심으로부터 볼 수 있는 바와 같은 각도들)에 대응한다.
7. 2개 이상의 금속 구성요소들의 클린치-리벳 연결로서, 여기서 롤러 리테이너는 하나 이상의 형성 롤러를 수용한다.
8. 2개 이상의 금속 구성요소들의 클린치-리벳 연결로서, 여기서 롤러 리테이너는 하나 이상의 형성 롤러를 수용하며, 이들은 이들의 윤곽들에 대해 상이하다.
9. 2개 이상의 금속 구성요소들의 클린치-리벳 연결로서, 여기서 변형의 정도(degree)에 대해서는, 본 방법은 도면의 상세한 설명의 섹션에서 보다 상세히 설명되는 수학적 함수가 후속한다.
10. 2개 이상의 금속 구성요소들의 클린치-리벳 연결을 위한 장치로서, 여기서, 기계식으로, 유압식으로, 또는 서보모터에 의해서, 조정 가능한 각도 값을 갖는 형성 롤러들을 갖는 롤러 리테이너의 회전식, 반경방향 진자 운동 및 기계식으로, 유압식으로, 또는 서보모터 구성요소들에 의해서 동시에 조정 가능한 축방향 운동이 실행된다.
11. 2개 이상의 금속 구성요소들의 클린치-리벳 연결을 위한 장치로서, 여기서, 축(1) 둘레의 회전 반경방향 진자 운동 및 이와 동시에 축(1)을 따른 축방향 운동에서, 클린치-리벳 공정을 위한 변형을 위한 힘들 및 토크들이 전달되며, 조정 및 규제가능할 수 있다.
12. 2개 이상의 금속 구성요소들의 클린치-리벳 연결을 위한 장치로서, 여기서, 형성 롤러들에 의해 연결될 구성요소들 상에 힘의 반경방향 및 축방향 인가의 조합으로부터, 구성요소들의 금속 재료의 유동이 발생한다.
13. 2개 이상의 금속 구성요소들의 클린치-리벳 연결을 위한 장치로서, 여기서, 공정 중, 2 개의 운동들 및 주축들이 경로, 힘 및 토크에 대해 측정 및 조절(regulate)될 수 있다.
14. 2개 이상의 금속 구성요소들의 클린치-리벳 연결을 위한 장치로서, 여기서, 공정 중, 2 개의 운동들 및 주축들이 이에 따라 경로, 힘 및 토크에 대해 측정 및 조절될 수 있다. 이는, 모니터링될 수 있는 폐쇄된 형성(closed forming) 공정에 관한 것이며, 여기서, 수평 및 수직 형성 경로 뿐만 아니라 회전 운동의 회전 토크가 서로에 대해 전자식으로 동기화되어 측정 및 조정된다. 회전 토크는 재료의 실제 변위에 의해 롤러 리테이너 내측에서 능동(active) 형성 롤러들에 의해 발생된다.
본 발명의 범주는 각각의 청구항들의 요지로 제한되는 것이 아니라 본 발명의 각각의 청구항들 모두의 조합이다.
본 문헌들에 개시된 요약, 특히 도면들에 예시된 치수적 구성을 포함하는 모든 상세들 및 특징들은 개별적으로 또는 조합하여, 종래 기술에 대해 신규성이 있는 한 본 발명의 본질적인 특징들로서 주장된다.
본 발명은 단지 일 실시예를 예시하는 도면들을 참조하여 하기에 보다 상세히 설명된다. 도면들 및 이의 설명으로부터, 본 발명의 본질적인 진보적 특징들 및 이점들이 분명해질 것이다.
도 1은 피가공재의 항아리형 하부 부품 사이의 클린치-리벳 변형을 측면도로 개략적으로 도시하며, 여기서 아크 웨브들이 대략 평판형 상부 부품의 아크 슬롯들을 통해 도달한다.
도 2는 클램핑 공구의 예시와 함께 도 1의 피가공재의 사시도를 도시한다.
도 3은 개방 상태에서 장치의 횡단면도를 도시한다.
도 4는 도 3의 장치의 평면도를 도시한다.
도 5는 피가공재 및 형성 롤러들의 확대된 횡단면을 도시한다.
도 6은 아크 슬롯 내로의 아크 웨브의 변형중 형성 롤러의 롤러 헤드의 크게 확대된 개략적인 횡단면도를 도시한다.
도 7은 도 6의 도면의 방식으로 개략적인 롤러 변형 공정을 도시한다.
도 8은 도 7의 예시의 측면도를 도시한다.
도 9는 도 8에 따른 어레이의 평면도를 도시한다.
도 1에는, 일반적인 피가공재(1)이 예시되고, 이 피가공재는 본질적으로는 주변부 주위에 고르게 이격되어 배열된 수 개의 클린치 리벳 연결들에 의해 하부 부품(3)에 연결되는 상부 부품(2)으로 구성된다. 상부 부품(2)은 본질적으로는 외측으로 비스듬하게 지향되는 에지(2a)가 제공되는 대략적으로 항아리형 판 부품(2b)으로 구성된다.
하부 부품(3)은 본질적으로는 항아리 형상으로 구성되고, 바닥부에 배열되는 중심 리세스가 제공되며, 뿐만 아니라 주변부 주위에 고르게 배열되며 반경방향 외측으로 지향되는 하나의, 또는 복수의 리세스(16)들이 제공된다.
항아리형 하부 부품(3)의 수직 상방으로 지향되는 벽들은 아크 웨브(5)들로서 구성되며, 이는 아크 웨브(5)들이 상부 부품(2)의 판 부품(2b)의 구역 내의 연관된 아크 슬롯(4)들을 통과할 때 30 도의 특정 각도로 연장한다.
변형되지 않은 상태에서, 아크 웨브(5)들은 상부 부품(2)의 판 부품(2b)의 상부측을 넘어서 대략 0.5 ㎜ 연장한다.
도 1에 단지 개략적으로 예시된 클린치 리벳 연결은, 롤러 리테이너(12)의 주변부 주위에 고르게 분산되어 배열되는, 각각의 아크 웨브(4) 전용 형성 롤러(10)들의 도움에 의해, 유동-가압력(flow-pressing force)이 하부 부품(3)의 아크 웨브(5)의 상부측에 가해지도록 제조된다. 그 결과, 아크 웨브(5)들은 반경방향 내측 그리고 외측이 변형되고, 상부 부품(2) 내의 아크 슬롯(4)의 측벽들 상에 형상 끼워맞춤식으로 및 억지 끼워맞춤식으로 놓이게 된다.
이 목적을 위해, 적절한 가압력(14)이 형성 롤러(10)들의 각각에 가해져서 대략적으로 콘 형상인 그의 롤러 헤드(11)에 의해, 각각의 형성 롤러(10)는 아크 웨브(5)의 정면 측(face side)에 맞닿아 동일한 가압력으로 가압된다.
장치에 대하여, 본 발명은 피가공재(1)가 이후에 더 상세하게 설명될 클램핑 공구(17) 내에 형상 끼워맞춤식으로 및 억지 끼워맞춤식으로 유지되고, 그의 회전 축선(6)에서 화살표(8, 9)들의 방향으로 진자 운동(7)을 겪게 될 것이며, 진자 운동(7)은 특정 회전 시계추의 힘(15)에 의해 실행되는 것을 제공한다.
또한, 각각의 형성 롤러(10)는 전용 롤러 리테이너(12)에 회전식으로 장착되고, 형성 롤러(10)들은 회전식으로 구동되지 않는다. 따라서, 이들은 단지 회전식으로 장착되지만 회전식으로 구동되지는 않는다.
도 2는 연관된 클램핑 공구(17)의 피가공재(1)의 클램핑의 추가의 세부 사항들을 도시한다. 클램핑 공구(17)는 본질적으로는 중심맞춤 디스크(18)를 포함하며, 그 위에 다수의 팔로어 조(follower jaw; 20)가 주변부 주위에 고르게 분산되어 배열된다. 각각의 팔로어 조(20)에는 반경방향 내측으로 지향되는 윤곽(21)이 제공되고, 이는 피가공재(1)의 에지(2a)의 구역 내의 상부 부품(2) 상에 배열되는 전용 윤곽과 형상 끼워맞춤 결합 상태에 있다.
이러한 방식으로, 피가공재(1)은 유극 없이 그리고 형상 잠금 방식으로 클램핑 공구(17)에 보유된다.
또한, 피가공재(1)의 하부 부품(3)이, 하부 부품(3)의 외부 벽에 맞닿아 형상 끼워맞춤식으로 놓이는 클램핑 조(19)들에 의해 또한 유지되고 중심맞춤된다.
도 3에 따르면, 중심맞춤 디스크(18)가, 그의 외부 주변부가 치형 링(39)에 연결되는 회전 판(23)의 상부측 상에 안착되고, 그의 외측으로 지향된 치형부는 전용 드라이브 기어 휠(40)과 치형 결합 상태에 있으며, 여기서 드라이브 기어 휠(40)은 회전 고정 방식으로 기어 모터(41)의 드라이브 샤프트에 연결된다. 기어 모터(41)는 회전 판(23) 상에서 화살표(8, 9)의 방향으로 진자 운동(7)을 실행한다. 기어 모터(41)로서 구성되기 때문에, 자유롭게 조정 가능한 각도 거리에 걸쳐 높은 회전 토크를 갖는 시계추의 힘(15)를 발생할 수 있다.
장치의 상부 부품은 본질적으로는, 도 3의 다른 부품들에 따라, 헤드 판(46) 상에 장착되고, 압력 램(35)에 의해 플런저 판(29)의 상부 측 상에 작용하는, 볼 롤러 스핀들(34)로 이루어진다.
플런저 판은, 가이드 부싱(37)들의 도움에 의해 고정된 컬럼(36)들에서, 리프팅 프레임의 방식으로 변위 가능하게 장착된다. 가이드 컬럼(36)들은 헤드 판(46)에 체결된다.
플런저 판(29)의 하부측 상에, 롤러 리테이너(12)가 배열되며, 여기에 형성 롤러(10)들이 주변부 주위에 고르게 분산되어 배열된다.
장치의 하부 부품에서, 공압 실린더(42)가 배열되며, 그의 피스톤 로드는 상승되고 하강될 수 있는 리프팅 볼트(43)를 구동하고, 방출기의 방식으로 중심맞춤 장치로부터 구성 요소를 상승시키며, 이는 도 5 를 참조하여 후에 설명될 것이다.
반경방향 베어링(45)들 및 주변부 주위에 배열된 축방향 베어링(44)의 도움에 의해, 회전 판(23)이 장치의 하부 부품 내에 회전식으로 장착되는 것을 도 3으로부터 알 수 있다.
부수적으로, 장치의 하부 부품은 바닥부에 위치되는 베이스 프레임(50)에 유지된다.
롤러 리테이너(12)는 상부 부품의 유지 판(38) 내에 유지된다. 도 4는 장치의 평면도를 도시하며, 도 3의 동일한 부품들은 동일한 참조 부호들로 식별된다. 볼 롤러 스핀들(34)이 헤드 판(46) 위에 배열되고, 헤드 판(46)은 더 큰 크기의 베이스 판(47) 위에 배열되는 것을 여기서 볼 수 있다.
도 5로부터, 장치의 형성 부품의 추가의 세부사항들을 알 수 있다.
하부 부품에서, 중심맞춤 볼트(24)가 도 3의 리프팅 볼트(43)에 연결되고, 중심맞춤 볼트(24)의 상부측은 중심맞춤 디스크(25)에 연결되며, 이는 하부 부품(3)의 중심 리셉터클과 형상 끼워맞춤식으로 결합하며, 하부 부품을 중심맞춤한다.
중심맞춤 볼트(24)는 상부 부품이 개방될 때(도 3 참조) 하부 부품으로부터 피가공재(1)가 상승되도록 하기 위해 화살표(26)의 방향으로 공압 실린더(42)의 리프팅 드라이브를 통하여 상승될 수 있게 그리고 하강될 수 있게 동작된다.
장치의 상부 부품에서, 롤러 리테이너(12)는 판 본체(27)에 의해 형성되며, 이 판 본체에는 주변부 주위에 고르게 분산되어 배열되는 수 개의 형성 롤러(10)들을 수용하기 위한 수 개의 슬롯 형상의 리셉터클들이 제공된다. 각각의 형성 롤러(10)는 베어링 볼트(28) 상에 회전식으로 장착된다.
피가공재(1)의 상부 부품(2)을 중심맞춤하기 위해, 판 본체(27)의 중심 영역에서, 나사 가공된 스크류의 도움에 의해 유지 디스크(33)가 피가공재(1)의 판 부품(2b)의 상부 중심 리세스와 맞물리고, 여기서 압력 디스크(30)가 피가공재(1)의 판 부품(2b)의 상부측 상으로 가압되도록 탄성 보유력이 발생되며, 이는 주변부 주위에 배열된 판 스프링(31)들의 도움에 의해 압력 디스크(30) 상으로 탄성 가압력을 발생하는 것이 제공된다.
압력 디스크(30)는 스러스트 베어링(32)에 의해 고정된 유지 디스크(33)에 회전식으로 장착된다.
이러한 방식으로, 피가공재(1)의 하부 부품(3) 상으로 도입되는 회전 진자 운동은, 고정된 롤러 리테이너(12)에 대하여 따라서 회전식으로 장착되는 가압 디스크(30) 상으로 전달될 수 있다.
도 6에서, 클린치 리벳 공정이 상당히 확대된 예시로서 도시된다. 각각의 형성 롤러의 롤러 헤드(11)가 대략 콘 형상 윤곽(48)을 갖는 것을 알 수 있다. 윤곽(48)의 정확한 성형은 하부 부품(3)의 아크 웨브(5)의 재료뿐만 아니라 가압력(14) 및 시계추의 힘(15)에 의존한다. 게다가, 형성 공정은, 형성 비드(49)의 방식으로 롤러 헤드(11)의 양측들 상에서 반경방향으로(도 6 에 따라) 변위되어, 아크 슬롯(4)의 영역 내의 전용 콘 형상 모따기부(51) 안으로 자체를 가압하는, 아크 웨브(5)의 냉간 유동 공정에 의해 완료되는 클린치 리벳 연결의 안정성에 관한 요구사항들에 의존한다.
도 7은 도 6에 도시된 것과 동일한 부품들을 도시한다. 그의 표면(72)과 함께, 롤 형성 방법에 의해 제조되는 형성 비드(49)가 아크 웨브(5)의 헤드 영역에서 인접한 구성 요소(2b)의 표면(71)과 거의 동일 높이에 있다는 것을 도 7로부터 알 수 있다.
형성 롤러(10)들의 예각의 윤곽(48)은 아크 웨브(5)의 대략 중심 영역 내에 스스로를 매립하고, 유동 가압 공정에서 아크 웨브(5)의 단부면 구역 내에 배열된 금속 재료를 판 부품(2b) 내의 대략 콘 형상의, 모따기 가공된[도 6에서와 같은 모따기부(51)] 리셉터클로 변위시키는 것을 또한 볼 수 있다.
형성 롤러(10)의 예각의 윤곽(48)은 아크 웨브(5)의 길이에 걸쳐 리세스된 형성 표면(73)을 따라 이동하여서 아크 웨브(5)의 중심 구역 내에서 리세스되는 형성 표면(73)이 형성되며, 이는 그의 측면들을 향해 기울어져서, 인접한 구성 요소(2b)의 인접한 표면(71)과 동일 높이인 표면(72)을 형성한다는 것을 도 8에서 볼 수 있다.
도 9는 형성 롤러(10)들의 진자 운동(7)의 경로(7a)를 도시하며, 아크 웨브(5)의 길이(76)가 동시에 표시된다.
이는 잔류 경로(75)들이 좌우로 남아있기 때문에 아크 웨브(5)의 길이(76)가 시계추 경로(7a)보다 더 짧은 것을 분명하게 한다.
따라서, 추의 경로(7a)에 의해 커버되는 각도 범위(74)는 아크 웨브(5)의 실제 각도 크기보다 더 작다.
1 피가공재(workpiece)
2 상부 부품
2a 판 부품
2b 에지
3 하부 부품
4 아크 슬롯
5 아크 웨브
6 회전 축선
7 진자 운동
7a 시계추 경로(pendulum path)
8 화살표 방향
9 화살표 방향
10 형성 롤러(forming roller)
11 롤러 헤드
12 롤러 리테이너(roller retainer)
13 회전 축선
14 가압력
15 시계추의 힘
16 리세스(recess)
17 클램핑 공구
18 중심맞춤 디스크(centering disk)
19 클램핑 조(clamping jaw)(아래)
20 팔로어 조(follower jaw)(위)
21 윤곽(contour)
22 (1의) 외측 윤곽
23 회전 판
24 중심맞춤 볼트
25 중심맞춤 디스크
26 화살표 방향
27 판 본체
28 베어링 볼트
29 플런저 판
30 압력 디스크
31 판 스프링
32 스러스트 베어링
33 유지 디스크
34 볼 롤러 스핀들
35 압력 램
36 고정 컬럼들; 가이드 컬럼들
37 가이드 부싱
38 유지 판
39 치형 링
40 드라이브 기어 휠
41 기어 모터
42 공압 실린더
43 리프팅 볼트
44 (23을 위한) 스러스트 베어링
45 (23을 위한) 반경방향 베어링
46 헤드 판
47 베이스 판
48 윤곽
49 형성 비드(forming bead)
50 베이스 프레임
51 모따기부
52 위치
53 (형성 롤러(10) 상으로의) 시계추의 힘
54 (중심맞춤 장치(18) 상으로의) 시계추의 힘
55 (피가공재(1) 상으로의) 시계추의 힘
56 위치
57 위치
58 위치
59 위치
60 위치
61 해당 없음
62 해당 없음
63 (형성 롤러(10) 상으로의) 가압력
64 (18 상으로의) 가압력
65 (1 상으로의) 가압력
66 위치
67 위치
68 위치
69 위치
70 위치
71 (2b의) 표면
72 (49)의 표면
73 형성 표면
74 각도 범위
75 잔여 경로
76 5(아크 웨브)의 길이 |
