PL187856B1 - Sposób i urządzenie do mechanicznego łączenia elementów z blachy - Google Patents

Abstract

1 Sposób m echanicznego laczenia elem entów z blachy, w którym za p om oca zespolu narzedzi, obejm ujacego co najm niej stem pel i po siad ajaca kow adlo m atryce, m aterial blach poddaje sie odksztalceniu plastycznem u przem ieszczajac w spólnie w y- brane obszary blach do w neki m atrycy, której dno stanow i kow a- dlo i s p e c z a ja c je do utw orzenia elem entu polaczenia nierozlacz- nego, z n am ien n y tym , ze stem pel na poczatku laczenia napina sie w stepnie w zgledem elem entów z blachy a elem ent polaczenia w ykonuje sie w etapach, w których energie odksztalcenia pla- stycznego uzyskuje sie przez w ytw arzanie naprezen udarow ych w postaci serii nastepujacych po sobie uderzen o krótkim czasie trw ania, przy czym energia doprow adzana w kazdym uderzeniu jest w ystarczajaca do odksztalcenia m aterialu przez przekroczenie jeg o zakresu odksztalcen sprezystych i w ejscie w zakres od - ksztalcen plastycznych 15 U rzadzenie do m echanicznego laczenia elem entów z blachy z zespoleni narzedzi obejm ujacym co najm niej takie elem enty narzedziow e ja k stem pel 1 m atryca z kow adlem , p o m ie- dzy którym i leza plasko je d n a na drugiej laczo n e blachy, przy czym co najm n iej je d e n z e le m en tó w zesp o lu n a rz ed z i je s t p rze m iesz cza n y w celu o d d z ia ly w a n ia na c ze sci z blachy energia odksztalcenia plastycznego, zn am ien n e tym , ze stem plowi (16) przyporzadkow ana je s t sp rezy n a (26), która na p o czatku laczenia d o cisk a stem pel (16) do czesci z blachy (3 0 ) a prze- mieszczajacy sie elem ent narzedziow y jest uksztaltow any jak o narzedzie udarowe z ruchom a masa, zwlaszcza w postaci bijaka (40). za pom oca której w czesci z blachy (30) w p ro w a d z a n e je s t n ap rezen ie u d aro w e w p o staci serii uderzen o k ró tk im c z asie trw an ia F IG 1 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób mechanicznego łączenia elementów z blachy, w którym za pomocą zespołu narzędzi, obejmującego co najmniej stempel i posiadającą kowadło matrycę, materiał blach poddaje się odkształceniu plastycznemu oraz urządzenie do mechanicznego łączenia części z blachy z zespołem narzędzi obejmującym co najmniej takie elementy narzędziowe jak stempel i matryca z kowadłem, pomiędzy którymi leżą płasko jedna na drugiej łączone blachy.

Przy mechanicznym łączeniu części metodą obróbki plastycznej, w miejscach połączenia łączonych części z blachy, formuje się pod działaniem zespołów narzędzi, składających się zwłaszcza ze stempla i matrycy, małe przestrzenne twory, połączenia cząstkowe. Tworzą się one wówczas, kiedy w obszarze połączenia wspomnianych części, leżących płasko jedna na drugiej, materiał, z którego są one wykonane, zostaje z ich powierzchni wspólnie przemieszczony i spęczony. Tak więc w wyniku mechanicznego łączenia powstają nierozłączalne z konstrukcyjnego punktu widzenia połączenia cząstkowe. Z części tych można nadto pewną objętość materiału albo wycisnąć albo wypiętrzyć a następnie poddać ją obróbce plastycznej przez spęczanie, tak że jej szerokość wzrasta. Mówi się również nawet o klinczowaniu. Dla zwiększenia wytrzymałości takiego połączenia cząstkowego można podczas łączenia wprowadzić w niego pomocnicze elementy łączące w postaci wtłaczanych nitów. Grubość pojedynczych blach wynosi zazwyczaj od 0,5 do 3 mm.

Odkształcenia plastyczne, mające zastosowanie w tych mechanicznych procesach łączenia, są wnoszone przez jeden, skok suwaka prasy, która stanowi źródło niezbędnych nacisków jako sił łączących. W zależności od grubości łączonych części z blachy oraz materiału, z jakiego są one wykonane, naciski wynoszą zazwyczaj od 20 do 100 kN.

187 856

Stosowane do tego narzędzie do łączenia jest znane przykładowo z EP-B-77932. Obszar łączenia jest w nim ograniczony przez napędzany przez prasę stempel i przez stacjonarną matrycę. Kiedy stempel przemieszcza się w kierunku matrycy, wówczas materiał blach jest wtłaczany głęboko w pustą przestrzeń matrycy. Kiedy blacha znajdująca się od strony matrycy zetknie się ze spodem jej pustej przestrzeni, który stanowi kowadło, a nacisk na stempel jest podtrzymywany lub zwiększany, wówczas spód wypiętrzonego odcinka połączenia może się rozszerzyć na boki, ponieważ materiał ulega spęczeniu a ściany ograniczające z boku pustą przestrzeń matrycy rozstępują się. Zaleta takich narzędzi do łączenia polega na tym, że przy jednym jedynym skoku suwaka prasy może nastąpić zarówno wypiętrzenie jak i spęczenie materiału blachy. Dla osiągnięcia tego musi być jednak zagwarantowane, że elementy wyznaczające boczne ściany pustej przestrzeni matrycy odznaczają się z jednej strony na tyle dużą wytrzymałością, żeby służyć za element oporowy przy wypiętrzaniu, z drugiej zaś są jednak wystarczająco elastyczne, ażeby mogły rozstępować się przy spęczaniu. Rozdzielenie obydwóch funkcji na oddzielne elementy spowodowałoby kosztowniejsze ukształtowanie matrycy.

Jak już wspomniano, wielkości wprowadzanych energii odkształcenia plastycznego muszą zależeć od właściwości materiału, z którego części z blachy są wykonane, i od ich grubości. W związku z tym prasy muszą przejmować znaczne siły i są przez to wykonane jako konstrukcje masywne. Ciężkie prasy niezbędne są również wówczas, kiedy, przykładowo, wbudowanych jest w nie kilka zestawów stempli i matryc w celu wykonania w jednym skoku roboczym suwaka większej liczby połączeń.

W urządzeniach wykonujących pojedyncze połączenia, matrycę osadza się zazwyczaj stacjonarnie w ramieniu jarzma chwytaka cęgowego, wygiętego w kształt litery C, lub innego analogicznego urządzenia, na którego drugim ramieniu znajduje się prowadzenie stempla. Do napędu stempla stosuje się wtedy siłowy cylinder hydrauliczny lub pneumatyczny albo też prasę mimośrodową, której popychacz zazębia się ze stemplem, podczas gdy siły reakcji są odprowadzane poprzez korpus cylindra w wygięte w kształt litery C jarzmo. Przewiduje się w odniesieniu do skoku albo ograniczenie siły albo związanego z nim przemieszczenia. Wymagane naciski medium hydraulicznego wynoszą od kilku dziesiątków do 500 barów. Przynależne giętkie przewody doprowadzające i odprowadzające są odpowiednio nieelastyczne, masywne i ciężkie.

Z przedstawionych wyżej względów przed mechanicznym łączeniem pozostają zamknięte określone obszary zastosowań, dla których wszelako byłoby ono szczególnie przydatne. Tak więc opisane wyżej urządzenia do łączenia z ich doprowadzeniami hydraulicznymi są często zbyt ciężkie i zbyt mało podatne na przemieszczanie, ażeby mogły być użyte do funkcji szybko działających robotów np. w przemyśle motoryzacyjnym. Kolejnym przykładem jest budowa domów, przede wszystkim w USA, gdzie tradycyjne drewniane szkielety zastępuje się przez takie same z profili stalowych, wobec których byłoby pożądane, żeby mogły być łączone własnoręcznie przez inwestorów. Ciężar zwyczajowych urządzeń do łączenia, brak elastyczności przewodów jak również niewielki wysięg narzędzia czynią ich użycie do takich celów nadzwyczaj niepraktycznym.

Z US 3 465 414 znany jest sposób łączenia elementów z blachy poprzez zawijanie szwu, w którym zastosowanie znajduje, jak to pokazuje zwłaszcza fig. 5 US 3 465 414, stempel z ostrzem. Dzięki zastosowanemu szpicowi uzyskiwane jest przecinanie łączonej blachy (W), tak aby następnie zagiąć wokół siebie przecięte końce, tzn. obrócić je na zewnątrz. W rozwiązaniu według opisu US 3 465 414 nie występują przetłoczenia, które odkształcają plastyczny obszar, realizując połączenie kształtowe. Materiał zostaje odcięty i nie ma miejsca spęczanie odkształconej blachy.

Celem wynalazku jest dostarczenie sposobu mechanicznego łączenia elementów z blachy poprzez odkształcenie plastyczne jej materiału, który umożliwi użycie urządzeń lżejszych i korzystniejszych pod względem ceny, także w wyniku wzięcia pod uwagę kosztów agregatów napędowych oraz urządzenia do realizowania takiego sposobu.

Sposób mechanicznego łączenia elementów z blachy, w którym za pomocą zespołu narzędzi, obejmującego co najmniej stempel i posiadającą kowadło matrycę, materiał blach poddaje się odkształceniu plastycznemu przemieszczając wspólnie wybrane obszary blach do

187 856 wnęki matrycy, której dno stanowi kowadło i spęczając je do utworzenia elementu połączenia nierozłącznego, polega według wynalazku na tym, że stempel na początku łączenia napina się wstępnie względem elementów z blachy a element połączenia wykonuje się w etapach, w których energię odkształcenia plastycznego uzyskuje się przez naprężenia udarowe w postaci serii następujących po sobie uderzeń o krótkim czasie trwania, przy czym energia doprowadzana w każdym uderzeniu jest wystarczająca do odkształcenia materiału przez przekroczenie jego zakresu odkształceń sprężystych i wejście w zakres odkształceń plastycznych.

Korzystnie, czas trwania uderzenia jest tak krótki, że bezwładność przeciwwagi przyporządkowanej ruchomej masie nie jest pokonywana, przy czym ruchoma masa wywołuje uderzenia następujące szybko po sobie.

Korzystnie, naprężenie udarowe wywołują uderzenia w liczbie od 10 do 50 uderzeń na sekundę a czas trwania uderzenia wynosi od 0,02 do 5 ms.

Korzystnie, przejmowana przez elementy z blachy praca uderzenia, wprowadzana pojedynczym uderzeniem przez naprężenie udarowe, wynosi od 7 do 20 dżuli.

Korzystnie, naprężenie udarowe przenosi wprawiany w połączenie pomocniczy element łączeniowy, który pozostaje w obszarze połączenia.

Naprężenie udarowe może wywoływać masa przyspieszana elektromechanicznie lub pneumatycznie, przy czym zwłaszcza naprężenie udarowe wywołuje ruchoma masa, która jest przyspieszana przez urządzenie wykonujące periodycznie ruch wahadłowy tam i z powrotem w kierunku poosiowym.

Naprężenie udarowe może być również wprowadzane poprzez stempel, matrycę, może być wywoływane przez ruchomą masę, która jest przyspieszana przez odpalenie materiału wybuchowego lub ruchomą masę, stanowiąca część podatnego na oscylacje systemu, eksploatowanego poza jego częstotliwością rezonansową.

Urządzenie do mechanicznego łączenia części z blachy z zespołem narzędzi obejmującym co najmniej takie elementy narzędziowe jak stempel i matryca z kowadłem, pomiędzy którymi leżą płasko jedna na drugiej łączone blachy, przy czym co najmniej jeden z elementów zespołu narzędzi jest przemieszczany w celu oddziaływania na części z blachy energią odkształcenia plastycznego, charakteryzuje się według wynalazku tym, że stemplowi przyporządkowana jest sprężyna, która na początku łączenia dociska stempel do części z blachy a przemieszczający się element narzędziowy jest ukształtowany jako narzędzie udarowe z ruchomą masą, zwłaszcza w postaci bijaka, za pomocą której w części z blachy wprowadzane jest naprężenie udarowe w postaci serii uderzeń o krótkim czasie trwania.

Ruchomym bijakiem jest korzystnie, przemieszczający się swobodnie tłok, prowadzony w prostoliniowej prowadnicy) w rodzaju cylindra, przyporządkowanej przemieszczającemu się elementowi zespołu narzędzi.

Korzystnie, obydwa końce tłoka znajdują się pod przemiennym działaniem szybko powtarzającego się cyklu sprężonego powietrza.

Narzędzie udarowe stanowić może stempel, naprzeciw którego zamocowana jest stacjonarnie w swoim uchwycie matryca, która jest korzystnie dodatkowo przesuwna w kierunku stempla.

Stempel może być prowadzony liniowo w jego zamocowaniu, które leży w jednej linii z prostoliniowym prowadzeniem bijaka, przy czym zwłaszcza zamocowanie stempla jest zabezpieczone przed obracaniem się.

Korzystnie, stemplowi przyporządkowane jest urządzenie ograniczające jego skok.

Narzędzie udarowe może stanowić matryca, naprzeciw której zamocowany jest stacjonarnie stempel.

Urządzenie ma korzystnie, wygięte w kształt litery C jarzmo, w jednym z ramion którego zamocowana jest matryca, a w drugim ramieniu prowadzony jest uchwyt stempla, przy czym zwłaszcza ramiona są ukształtowane jako długoramienne jednostronne dźwignie, na wolnych końcach których znajdują się, odpowiednio, stempel lub matryca.

Korzystnie, zespół narzędzi ma postać konstrukcji cęgowej.

187 856

W rozwiązaniu według wynalazku przyspieszana, uderzająca masa przenosi większą liczbę impulsów, które jako uderzenia prowadzą do naprężenia udarowego. Energia doprowadzana w każdym pojedynczym kroku musi wystarczać do obróbki plastycznej materiału, polegającej na przejściu na jego charakterystyce przez zakres odkształcenia sprężystego i wejściu w zakres odkształcenia plastycznego. Korzystne jest przy tym nie przekraczanie w istotnym zakresie potrzebnej do tego minimalnej energii, ażeby można było w pełni wykorzystać zalety sposobu według wynalazku. Ogół pojedynczych uderzeń w procesie mechanicznego łączenia daje wtedy pożądany fragment połączenia, które powstaje zatem krok po kroku.

Minimalna energia związana z pojedynczym krokiem jest zaskakująco mała, co umożliwia opracowanie małych, lekkich i tanich urządzeń do łączenia, przeznaczonych również do łączenia blach stalowych o podwójnej grubości 0,5 mm i więcej. Ponieważ zaś jednocześnie w każdym pojedynczym kroku przejąć należy każdorazowe siły reakcji, więc można również zastosować względnie lekkie, wygięte w kształt litery C jarzma, lub analogiczne zamocowania.

Okazało się niezawodnym podejmowanie doprowadzania energii w poszczególnych krokach polegające na tym, że masa, usytuowana ruchomo w pewnej odległości od stempla, zostaje przyspieszona i uderza w stempel, przy czym przenosi się na niego zmagazynowana w niej energia kinetyczna. Liczba potrzebnych pojedynczych kroków zależy wtedy od wielkości masy i jej prędkości w momencie uderzenia, a więc od przenoszonego na stempel impulsu. Z uwagi na to, że uderzająca masa może być o rzędy wielkości większa od masy stempla i powiązanych z nim części, praktycznie cały impuls przenosi się na stempel. Zaleca się przy tym umieszczenie po przeciwnej stronie, a więc za matrycą, stosunkowo dużej masy, która przyjmuje siły reakcji. Wygięte w kształt litery C jarzmo lub inne zamocowania służą wtedy przede wszystkim do prowadzenia stempla względem matrycy i mogą posiadać odpowiednio lekką konstrukcję. Alternatywnie można również, naturalnie, ukształtować matrycę jako przemieszczającą się względem stempla, tak że bijak oddziałuje na matrycę i ona wtedy przenosi naprężenie udarowe.

Do przyspieszenia uderzającej masy można wykorzystać różne możliwości. Przykładowo można by wymienić przemieszczający się swobodnie tłok, którego obydwa końce są poddawane na przemian szybko po sobie następującym naciskom sprężonego powietrza. Można również przewidzieć użycie niewyważonego napędu oscylacyjnego w rodzaju maszyn do zagęszczania. Można, dalej, za pomocą uchwytu elektromagnetycznego napinać sprężynę uderzeniową jak również wystrzelić daną masę w kierunku stempla przez odpalenie ładunku wybuchowego.

Wynalazek zostanie poniżej opisany bliżej na podstawie przykładów wykonania, przedstawionych na załączonym rysunku, na którym fig. 1 przestawia pierwszy przykład wykonania urządzenia do łączenia części, za pomocą którego realizowany jest sposób według wynalazku, pokazany w znacznym stopniu schematycznie, w widoku z boku, częściowo w przekroju a fig. 2 przestawia drugi przykład wykonania urządzenia do łączenia części, za pomocą którego realizowany jest sposób według wynalazku, pokazany w znacznym stopniu schematycznie, w widoku z boku, częściowo w przekroju.

Figura 1 przedstawia urządzenie do mechanicznego łączenia części metodą ich obróbki plastycznej, z dolnym ramieniem 10 jarzma 12, wygiętego w kształt litery C, w którym zamocowana jest matryca 14, należąca do zespołu narzędzi do łączenia części. Do zespołu tych narzędzi należy, dalej, stempel 16. Matryca 14 i stempel 16 mają taki rodzaj konstrukcji, jaki jest ujawniony przykładowo w wymienionym dokumencie EP-B-77932. Stempel 16 jest przymocowany do tłoka prowadzącego 18, prowadzonego prostoliniowo w przewierceniu w nasadce 22 wspomnianego jarzma 12, wygiętego w kształt litery C, i jest zabezpieczony przed obracaniem się. Na tłoku prowadzącym 18 osadzony jest kołnierz oporowy 24, zaś między kołnierzem oporowym 24 i odsądzeniem 28 znajduje się napięta sprężyna 26, dociskająca tłok prowadzący 18 w kierunku matrycy 14. W przedstawionym tu położeniu wyjściowym stempel 16 jest więc utrzymywany w urządzeniu jako skierowany swoją powierzchnią roboczą ku narzędziom

187 856 łączącym jako wstępnie napięty, ażeby uniemożliwić uniesienie się go z części z blachy 30 w początkowej fazie procesu ich łączenia.

Poddawane łączeniu blachy 30 spoczywają na zaznaczonym ale wyrwanym z rysunku elemencie wsporczym 32 i są unieruchamiane w położeniu, w którym są łączone, przeważnie za pomocą dającego się dosuwać, również zaznaczonego ale wyrwanego z rysunku, zacisku mocującego 34. Przez poddawane łączeniu blachy 30 rozumie się co najmniej dwie leżące na sobie blachy 30, przy czym jest sprawą całkiem zwyczajną, że punktowymi połączeniami cząstkowymi są połączone ze sobą więcej niż dwie blachy 30. Łączenie jest wykonywane przy ograniczeniu posuwu, np. pneumatycznego mechanizmu wyłączania docisku, dla przerwania lub zakończenia serii uderzeń, jak to będzie jeszcze objaśnione niżej. Niezbędnym i wystarczającym skokiem roboczym łączenia „X” jest odstęp między kołnierzem oporowym 24 i kołnierzowym ogranicznikiem przesunięcia 36. W innych formach wykonania może być również możliwe nastawianie skoku roboczego.

Nasadka 22 ma na przedłużeniu znajdującego się w niej przewiercenia 20 przewiercenie 38, stanowiące prostoliniowe prowadzenie bijaka 40. Bijak 40 jest wprowadzany w ruch posuwisto-zwrotny względem tłoka prowadzącego 18 w kierunku zaznaczonym strzałką. Bijakiem 40 jest tutaj przemieszczający się swobodnie tłok, którego obydwa końce są poddawane na przemian szybko po sobie następującym naciskom sprężonego powietrza. Doprowadzenia i odprowadzenia sprężonego powietrza nie są przedstawione, ponieważ są one mocowane w znany sposób. Działanie bijaka 40 polega na uderzaniu w tłok prowadzący 18, który w danym wypadku przenosi uderzenie na stempel 16. Stempel 16 staje się dzięki temu narzędziem udarowym, wprowadzającym w blachy 30 naprężenie udarowe. Seria pojedynczych uderzeń powstaje w wyniku naprzemiennego oddziaływania na bijak 40 w celu łączenia przez naprężenie udarowe na całej długości skoku roboczego łączenia „X”. Energia uderzenia związana z pojedynczymi uderzeniami powoduje, że stempel 16 wykonuje pojedyncze połączenie w danym wypadku odcinkami, stanowiącymi część całego połączenia. Po każdym pojedynczym uderzeniu przemieszcza się on w kierunku matrycy 14 z zajętego uprzednio położenia, odpowiadającego połączeniu częściowemu, w następne, aż do wykonania całego połączenia.

Liczba uderzeń na sekundę wynosi przeważnie od 10 do 50, zwłaszcza od 10 do 25. Liczba uderzeń na sekundę zależy w szczególności od rodzaju materiału, z którego wykonane są blachy, to znaczy od tego czy jest to aluminium, stal czy też stal o dużej wytrzymałości itp., i od grubości blach. Dla przerwania lub zakończenia serii uderzeń po przejściu całego skoku roboczego łączenia „X” z uwzględnieniem spęczania, można przewidzieć wielkość wspomnianego już ograniczenia posuwu roboczego.

Wywołane bijakiem 40 naprężenie udarowe w blachach 30 są w postaci seryjnie występujących udarów, pochodzących od uderzeń o krótkim czasie trwania, wywoływanych przeważnie szybko jeden po drugim. Czas trwania jednego uderzenia wybiera się przeważnie w przedziale od 0,02 do 5 ms, zwłaszcza od 0,1 do 0,9 ms. Przez krótkość udaru winno się osiągnąć to, że bezwładność przeciwwagi przyporządkowanej poruszającemu się bijakowi 40, którą w tym wypadku stanowi dolne ramię 10, zasadniczo nie będzie pokonywana. Czas mechanicznego łączenia aluminiowych blach 30, z których każda ma grubość 1 mm, może być wtedy przy serii uderzeń, składającej się przykładowo z 4 do 10 pojedynczych uderzeń, zazwyczaj krótszy od jednej sekundy.

Strzałka 42 na jarzmie 12 wygiętym w kształt litery C oznacza, że szerokość rozwarcia jarzma reguluje się mniej więcej w takim zakresie, żeby można je było przeprowadzić nad krawędziami blach, po czym podejmuje się proces ich łączenia.

Zacisk mocujący może służyć jednocześnie jako zbierak połączonych blach 30 ze stempla 16. Powszechnie znane zgarniaki po stronie matrycy, napinane wstępnie za pomocą sprężyny, są tu mało przydatne, ponieważ tłumiłyby przenoszenie impulsów z bijaka 40 na tłok prowadzący. Można by było zastosować zgarniaki dźwigniowe, w danym wypadku uruchamiane ręcznie, nie są one jednak narysowane dla uproszczenia zobrazowania.

Dla wetknięcia obrabianych przedmiotów stempel 16 wraz z 10 jego tłokiem prowadzącym 18 trzeba naturalnie przesunąć do góry, pokonując siłę nacisku sprężyny 26.

187 856

Przemieszczający się tam i z powrotem bijak 40 może stanowić wraz ze słupem powietrza lub sprężyną uderzeniową napędu pneumatycznego układ oscylacyjny, który jest eksploatowany poza jego częstotliwością rezonansową, przeważnie znacznie poniżej tej częstotliwości. Zespół konstrukcyjny, składający się z nasadki 22 i z wygiętego w kształt litery C jarzma, pozostaje wówczas w wysokim stopniu w stanie bezruchu, tak że urządzenie można wygodnie obsługiwać ręcznie.

W sposobie według wynalazku połączenie powstaje w wyniku jednego tylko suwu stempla 16, przebiegającego w kilku dyskretnych krokach.

Zgodnie z nie pokazanym rozwinięciem konstrukcji urządzenia do łączenia według fig. 1, zamocowanie stempla i matrycy może być typu kleszczowego. Można również przewidzieć zmianę kierunku oddziaływania siły przez równię pochyłą. Można sobie również wyobrazić, dalej, urządzenia z kilkoma lub z większą liczbą zespołów narzędzi do łączenia, w których za matrycami przewidziano jednąjedyną dużą wspólną przeciwwagę.

Urządzenie według wynalazku do mechanicznego łączenia części z blachy obejmuje zatem zespół narzędzi z co najmniej jednym stemplem 16 i jedną matrycą 14 z kowadłem jako elementami tego zespołu, pomiędzy którymi leżą płasko jedna na drugiej przewidziane do połączenia blachy 30, przy czym co najmniej jedno z narzędzi 16 lub 14 z tego kompletu jest przemieszczane w celu oddziaływania na części z blachy 30 energią odkształcenia plastycznego. Przemieszczające się narzędzie jest ukształtowane jako narzędzie udarowe z ruchomą masą 40, za pomocą którego w części z blachy 30 wprowadzane jest naprężenie udarowe w postaci serii uderzeń o krótkim czasie trwania.

Figura 2 przedstawia drugi przykład wykonania urządzenia do łączenia części, różniący się od opisanego na podstawie fig. 1 tylko tym, że zamienione zostały w nim wzajemnie położenia matrycy 14 i stempla 16. Bijak 40 oddziałuje więc tutaj na matrycę 14, podczas gdy stempel 16 jest zamocowany stacjonarnie. Dla pozostałych elementów obowiązują odpowiednio opisy dotyczące fig. 1.

Konstrukcja może, dalej, przewidywać, że bijak 40 jest przyspieszany albo elektromagnetycznie albo pneumatycznie albo przez urządzenie wykonujące periodycznie ruch wahadłowy tam i z powrotem w kierunku poosiowym. Może być również zastosowane odpalanie materiału wybuchowego. Łączenie przez uderzanie według wynalazku umożliwiają wszystkie różne sposoby napędu. W obydwóch przedstawionych formach wykonania element narzędziowy, nie ukształtowany jako narzędzie udarowe, może być ponadto ukształtowany jako ruchomy względem narzędzia udarowego. W ukształtowaniu według fig. 1 matryca 14 jest wówczas zdolna przemieszczać się dodatkowo w kierunku stempla 16.

Urządzenie do łączenia części według wynalazku może być wreszcie ukształtowane z długim wysięgnikiem. Oznacza to, że przykładowo dolnemu ramieniu 10 według fig. 1, może być nadana postać długiej jednoramiennej dźwigni, odchodzącej od wygiętego w kształt litery C jarzma 12. To samo dotyczy oczywiście ramienia, na którym osadzony jest przyporządkowany mu stempel 16.

Przewiduje się przeto w odpowiadającym wynalazkowi sposobie mechanicznego łączenia części z blachy, w którym za pomocą zespołu narzędzi, obejmującego co najmniej stempel i wyposażoną w kowadło matrycę, materiał blach pod wpływem działania energii odkształcenia plastycznego zostaje na ich przylegających do siebie powierzchniach wzajemnie przemieszczony a one same spęczone, że energia odkształcenia plastycznego ewentualnie potrzebna do niego praca pochodzi od naprężenia udarowego w formie serii następujących po sobie uderzeń o krótkim czasie trwania. Siły reakcji mogą być przejmowane przez przeciwwagę umieszczoną po stronie zespołu narzędzi przeciwnej względem uderzającej masy. Wielkość impulsów może być tak dobrana, żeby doprowadzana w każdym impulsie energia odkształcenia plastycznego powodowała stosunkowo małe odkształcenie plastyczne łączonych elementów¹.

Następowanie po sobie pojedynczych uderzeń, liczba tych uderzeń jak również ich czas trwania mogą być wybrane tak, jak to zostało opisane powyżej w odniesieniu do urządzeń do łączenia w powiązaniu z fig. 1 i 2. Dalej, przejmowana przez blachy 30 praca uderzenia, wprowadzana pojedynczym uderzeniem przez naprężenie udarowe, może wynosić od 7 do 20 dzuli.

187 856

W połączenie może być wprawiony poza tym w trakcie jego wykonywania pomocniczy element łączeniowy. Elementami pomocniczymi są przy tym wtłaczane nity, wykorzystujące zwłaszcza nit na wpół wydrążony, które pozostają w obszarze połączenia.

Poza tym odsyła się do opisu urządzeń do łączenia według fig. 1 i 2.

187 856

FIG. 2

187 856

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (26)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób mechanicznego łączenia elementów z blachy, w którym za pomocą zespołu narzędzi, obejmującego co najmniej stempel i posiadającą kowadło matrycę, materiał blach poddaje się odkształceniu plastycznemu przemieszczając wspólnie wybrane obszary blach do wnęki matrycy, której dno stanowi kowadło i spęczając je do utworzenia elementu połączenia nierozłącznego, znamienny tym, że stempel na początku łączenia napina się wstępnie względem elementów z blachy a element połączenia wykonuje się w etapach, w których energię odkształcenia plastycznego uzyskuje się przez wytwarzanie naprężeń udarowych w postaci serii następujących po sobie uderzeń o krótkim czasie trwania, przy czym energia doprowadzana w każdym uderzeniu jest wystarczająca do odkształcenia materiału przez przekroczenie jego zakresu odkształceń sprężystych i wejście w zakres odkształceń plastycznych.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że czas trwania uderzenia jest tak krótki, że bezwładność przeciwwagi przyporządkowanej ruchomej masie nie jest pokonywana.
3. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że ruchoma masa wywołuje uderzenia następujące szybko po sobie.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że naprężenie udarowe wywołuje się uderzeniami w liczbie od 10 do 50 uderzeń na sekundę.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że czas trwania uderzenia wynosi od 0,02 do 5 ms.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przejmowana przez elementy z blachy praca uderzenia, wprowadzana pojedynczym uderzeniem przez naprężenie udarowe, wynosi od 7 do 20 dżuli.
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że naprężenie udarowe przenosi wprowadzany w połączenie pomocniczy element łączeniowy, który pozostaje w obszarze połączenia.
8. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że naprężenie udarowe wywołuje masa przyspieszana elektromechanicznie.
9. 9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że naprężenie udarowe wywołuje masa przyspieszana pneumatycznie.
10. 10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że naprężenie udarowe wywołuje ruchoma masa, która jest przyspieszana przez urządzenie wykonujące periodycznie ruch wahadłowy tam i z powrotem w kierunku poosiowym.
11. 11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że naprężenie udarowe jest wprowadzane poprzez stempel.
12. 12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że naprężenie udarowe jest wprowadzane poprzez matrycę.
13. 13. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że naprężenie udarowe wywołuje ruchoma masa, która jest przyspieszana przez odpalenie materiału wybuchowego.
14. 14. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że naprężenie udarowe wywołuje ruchoma masa, stanowiąca część podatnego na oscylacje systemu, eksploatowanego poza jego częstotliwością rezonansową.
15. 15. Urządzenie do mechanicznego łączenia elementów z blachy z zespołem narzędzi obejmującym co najmniej takie elementy narzędziowe jak stempel i matryca z kowadłem, pomiędzy którymi leżą płasko jedna na drugiej łączone blachy, przy czym co najmniej jeden z elementów zespołu narzędzi jest przemieszczany w celu oddziaływania na części z blachy energią odkształcenia plastycznego, znamienne tym, że stemplowi (16) przyporządkowana jest sprężyna (26), która na początku łączenia dociska stempel (16) do części z blachy (30) a przemieszczający się element narzędziowy jest ukształtowany jako narzędzie udarowe z ruchomą masą, zwłaszcza w postaci bijaka (40), za pomocą której w części z blachy (30) wprowadzane jest naprężenie udarowe w postaci serii uderzeń o krótkim czasie trwania.

    187 856
16. 16. Urządzenie według zastrz. 15, znamienne tym, że ruchomym bijakiem (40) jest przemieszczający się swobodnie tłok, prowadzony w prostoliniowej prowadnicy (38) w rodzaju cylindra, przyporządkowanej przemieszczającemu się elementowi zespołu narzędzi.
17. 17. Urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że obydwa końce tłoka znajdują się pod przemiennym działaniem szybko powtarzającego się cyklu sprężonego powietrza.
18. 18. Urządzenie według zastrz. 15, znamienne tym, że narzędzie udarowe stanowi stempel (16), naprzeciw którego zamocowana jest stacjonarnie w swoim uchwycie matryca (14).
19. 19. Urządzenie według zastrz. 18, znamienne tym, że matryca (14) jest dodatkowo przesuwna w kierunku stempla (16).
20. 20. Urządzenie według zastrz. 18, znamienne tym, że stempel (16) jest prowadzony liniowo w jego zamocowaniu, które leży w jednej linii z prostoliniowym prowadzeniem (38) bijaka (40).
21. 21. Urządzenie według zastrz. 20, znamienne tym, że zamocowanie stempla jest zabezpieczone przed obracaniem się.
22. 22. Urządzenie według zastrz. 18, znamienne tym, że stemplowi (16) przyporządkowane jest urządzenie ograniczające jego skok.
23. 23. Urządzenie według zastrz. 15, znamienne tym, że narzędzie udarowe stanowi matryca (14), naprzeciw której zamocowany jest stacjonarnie stempel (16).
24. 24. Urządzenie według zastrz. 23, znamienne tym, że ma wygięte w kształt litery C jarzmo (12), w jednym z ramion (10) którego zamocowana jest matryca (14), a w drugim ramieniu prowadzony jest uchwyt stempla.
25. 25. Urządzenie według zastrz. 24, znamienne tym, że ramiona (10) są ukształtowane jako długoramienne jednostronne dźwignie, na wolnych końcach których znajdują się, odpowiednio stempel (16) lub matryca (14).
26. 26. Urządzenie według zastrz. 15, znamienne tym, że zespół narzędzi ma postać konstrukcji cęgowej.