机械接合顶板隔离制造技术

提供了一种用于使用金属机械紧固件将金属层附接到材料堆叠中的其他层的系统，该系统不允许紧固件和金属层之间的直接接触，由此中和金属板和紧固件之间的任何电偶反应并且避免腐蚀。该金属层可以是若干金属中的任意一种，包括镁。紧固件是铆钉、螺钉或螺栓。所公开的发明专利技术构思使用隔离层来隔离镁层。在一个实施例中，薄金属层在隔离层上方形成。在紧固件是铆钉并且金属是镁的情况下，隔离层和薄金属提供镁层和铆钉插入之后铆钉尖头之间的屏障，从而隔离铆钉。该系统使紧固件特别是与镁的接合和混合材料接合的更大的应用成为可能。

【技术实现步骤摘要】

所公开的专利技术构思总体上涉及用于接合混合材料堆叠的机械紧固系统。更具体地，所公开的专利技术构思涉及一种机械地接合具有镁上层的混合材料堆叠的系统，其中紧固件与镁上层之间的腐蚀通过将紧固件与镁上层隔离来避免。
技术介绍
汽车制造业在包括车辆安全性、可靠性、耐用性和成本的广泛的领域中不断面临着新的挑战。由于环境和成本两方面的原因，也许汽车行业今天所面临的最大挑战是需要提高燃料里程以既减少碳排放也提高燃料经济性，所有这些都不影响安全性、动力或耐用性。在2011年，实行了新的燃料经济性要求，该要求规定到2025年实现54.5英里每加仑的美国车队平均水平。随着行业向该目标年移动，对于不同规格的车辆，燃料年度经济性要求将提升。已作出努力来提高车辆的燃料经济性。这些努力可以被划分为两种方法：“供应”方面和“需求”方面。在供应方面，注意力被吸引到通过例如电动或混合动力电动传动系统的使用来提高能量转换效率。另外，正在开发和使用新的车辆传动系统，其包括更小的发动机和具有多个齿轮和分动箱的更有效的变速器。其他技术，包括启动-停止和发动机汽缸停缸策略，也被证明在降低燃料消耗方面很有效。具有多个齿轮的改进的变速器也是提高燃料消耗效率的重要因素。在需求方面，减重是关键，尽管其他方面，例如改进的空气动力学和减阻，也很重要。常规车辆，特别是卡车，依靠钢部件。100年以来，对于大多数车辆选择的材料是钢。今天钢构成平均汽车重量的约60％。尽管钢成分有所改善，但是与类型无关的钢的重量仍然显著。当使用钢时通过减小部件厚度来降低车辆重量也是可能的。然而，在某些情况下，减小钢厚度而不顾所使用的钢等级不再实际。高强钢或先进高强钢的使用不能提高以下认识：在不影响车辆性能的前提下可以通过钢厚度减小来降低的车辆重量的量存在极限。因此，随着汽车行业继续专注于轻量级车辆以满足客户对燃料经济性的期望和(统合平均燃料效能标准)要求，对替代材料包括铝密集型车辆应用的兴趣有所增加。这是因为车辆重量降低是通过将更轻的材料代替当前使用的钢件来最直接地实现的。然而，有限种材料可用为汽车钢材的替代物。一种这样的材料是既质轻又坚固的碳纤维。因此，许多注意力被吸引到轻质金属——例如镁——的使用，这证明了有优于传统钢材的显著重量优势。镁的使用不仅提供重量降低，而且也导致良好的碰撞性能。研究表明，在碰撞中，镁可以表现良好。在白车身结构中，接合方法传统上依靠电阻点焊(例如，在钢结构中)。在镁作为与其它金属结合使用的车辆材料的情况下，接合应用常常依靠使用工程铆钉的自冲铆钉(SPR)技术。根据SPR技术，自冲铆钉不需要钻孔或冲孔，与实心铆钉和空心铆钉不同。SPR技术的一个优点是，它是高产量装配过程。此外，它与粘合剂兼容，这两种方法可以结合使用。随着混合材料接合不断增长，镁应用不断发展。与当镁存在于材料堆叠的顶板时镁的铆接相关的一个问题是紧固件和镁顶板之间的腐蚀问题。消除这种问题将增加在车辆装配中镁板的使用。如在车辆技术的诸多领域，与镁材料的机械紧固相关的改进总有空间。
技术实现思路
所公开的专利技术构思克服了与用于将上层板是金属——例如镁——的材料接合在一起的已知系统和方法相关联的问题。所公开的专利技术构思提供了一种允许使用金属机械紧固件以机械地接合混合材料堆叠的解决方案，该混合材料堆叠具有例如镁的金属作为顶层，其中避免了腐蚀。金属机械紧固件从铆钉、螺钉和螺栓组成的组中进行选择。铆钉包括自冲铆钉、空心铆钉和实心铆钉。螺钉包括例如自攻螺钉。所公开的专利技术构思提供了在连接部处的紧固件和顶层材料之间的隔离屏障的使用。紧固件穿过隔离屏障被插入。屏障的一个示例是铝层。屏障的另一个示例是带层。在紧固件被插入后，屏障提供顶板和紧固件之间的屏障，从而隔离紧固件。所公开的专利技术构思的优点是，它使机械紧固件特别是与例如镁的金属接合和混合材料接合的更大的应用成为可能。所公开的专利技术构思是的另一个优点是，它可以用在任何材料上以将金属紧固件与屏障下方的金属板隔离，特别是当基材(其可以包括碳纤维材料)和金属紧固件之间存在很大的耦合电位(galvanic potential)差时。它是一种比在镁的顶部上使用附加金属件来夹住连接部的解决方案成本更低并且重量更轻的解决方案。所公开的专利技术构思还消除了车辆操作中关于尝试定位在生产中使用的附加材料的问题。当结合附图考虑以下具体实施方式时，上述优点及其它优点和特征将是显而易见的。附图说明为了更完全地理解本专利技术，应当参考在附图中更详细地说明并且以下通过本专利技术的示例描述的实施例，其中：图1A是根据现有技术的自冲铆钉工艺的第一步的示意图，其中防皱压板和冲头在压力被施加到冲头之前在铆钉上方的位置；图1B是根据现有技术的自冲铆钉工艺的第二步的示意图，其中初始压力已被施加到冲头；图1C是根据现有技术的自冲铆钉工艺的第三步的示意图，其中铆钉已穿透上层并且联锁到下层；图1D是根据现有技术的自冲铆钉工艺的第四步的示意图，其中铆钉工艺已完成并且冲头和防皱压板已被去除；图2是根据现有技术的连接部的示意图，其中金属顶板铆接到底板；图3是根据所公开的专利技术构思的第一实施例的连接部的示意图，其中隔离层和上部金属层已在金属顶板上方形成；图4是根据所公开的专利技术构思的第二实施例的连接部的示意图，其中隔离层已在镁层上方形成；以及图5是根据所公开的专利技术构思的第三实施例的连接部的示意图，其中隔离层在金属顶层和镁层之间形成。具体实施方式在以下附图中，相同的附图标记将用于指代相同的部件。在以下描述中，各种操作参数和部件描述用于不同的构造的实施例。这些具体参数和部件都作为示例包括在内，并不意味着限制。所公开的专利技术构思可以应用于附接多个相同或不同的材料层的任何数量的应用中。因此，所公开的专利技术构思可以用于机动车和卡车的制造。在多个部件的装配中，金属机械紧固件——例如自冲铆钉——的使用是如图1A-1D中所说明的已知技术。这些附图示意性地示出了包含在自冲铆钉工艺中的步骤。随着铆钉被插入到堆叠中，材料变形进入冲模并且所得形式被称为“按钮”。如图1A所示，说明了根据现有技术的自冲铆钉工艺的第一步。第一层10被示为在第二层12上方的位置。铆钉14被示为在第一层10上方的位置。冲头16和防皱压板18被示为在压力被施加到冲头16之前在与铆钉14适当的位置。冲模20是在第二层12下方的位置。在图1B中，说明了根据现有技术的自冲铆钉工艺的第二步。在该步骤，初始压力已被施加到冲头16并且铆钉14被示为开始使第一层10和
第二层12变形。在图1C中，说明了根据现有技术的自冲铆钉工艺的第三步。在该步骤，冲头16已被完全插入通过防皱压板18，使得铆钉14穿透第一层10并且使第二层12变形。在图1D中，说明了根据现有技术的自冲铆钉工艺的第四步。在该步骤中，铆钉14被示为完全插入通过第一层10，并且按钮在第二层12中形成。冲头16和防皱压板18已被移除不与第一层10接触。图1A-1D示出并且结合此描述的自冲铆钉工艺可以用于包括镁的任何数量的材料的结合。这与其中一种材料是镁的混合材料的接合的全行业的总体增加相一致。参考图2，示出了总体上被示为30的现有技术连接部的示意图。金属顶板32被安装在底板34上方。具有铆钉头37、铆钉杆38和铆钉脚39的自冲铆钉36以已本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将材料层附接在一起的系统，包含：下部材料层；定位在所述下部材料层上方的金属层；定位在所述金属层上方的隔离层；定位在所述隔离层上方的金属层；以及从由铆钉、螺钉和螺栓组成的组中选择的金属机械紧固件。

【技术特征摘要】
2015.02.19 US 14/625,8081.一种用于将材料层附接在一起的系统，包含：下部材料层；定位在所述下部材料层上方的金属层；定位在所述金属层上方的隔离层；定位在所述隔离层上方的金属层；以及从由铆钉、螺钉和螺栓组成的组中选择的金属机械紧固件。2.根据权利要求1所述的用于将材料层附接在一起的系统，其中定位在所述下部材料层上的所述金属层是镁。3.根据权利要求1所述的用于将材料层附接在一起的系统，其中所述铆钉从由自冲铆钉、空心铆钉和实心铆钉组成的组中进行选择。4.根据权利要求1所述的用于将材料层附接在一起的系统，其中所述下部材料层从由钢和碳纤维复合材料组成的组中进行选择。5.根据权利要求1所述的用于将材料层附接在一起的系统，其中所述隔离层是从由铝和非金属带组成的组中进行选择。6.根据权利要求5所述的用于将材料层附接在一起的系统，其中所述机械金属紧固件穿过定位在所述非金属带层上方的所述金属层。7.根据权利要求6所述的用于将材料层附接在一起的系统，其中所述金属机械紧固件穿过所述隔离层，并且穿过定位在所述下部材料层上方的所述金属层。8.根据权利要求7所述的用于将材料层附接在一起的系统，其中所述金属机械紧固件部分穿透所述下部层。9.根据权利要求1所述的用于将材料层附接在一起的系统，其中所述铆钉包括铆钉头，并且其中所述铆钉头与定位在所述下部材料层上方的所述金属层隔离开而无接触。10.一种用于将材料层附接在一起的系统，包含：下部材料层；定位在所述下部材料层上方的镁层；定位在所述镁层上方的隔离材料层；以及铆钉，所述铆钉由此与所述镁...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿曼达·凯·弗赖斯，弗拉基米尔·弗拉基米罗维奇·博加丘克，艾德里亚·麦凯尔维·坎贝尔，詹森·斯科特·鲍尔泽，金柏莉·安·拉扎尔，乔伊·海恩斯·福什马克，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US