双重附接自冲铆钉制造技术

根据本公开原理的一种连接顶部和底部材料层的方法包括提供具有头部和无头端的铆钉，其中有缘边缘从头部朝向无头端向下延伸，在顶层和底层之间施用粘合剂层并且使粘合剂层至少部分固化。该方法进一步包括在粘合剂层固化之后用铆钉的无头端刺穿顶层，用有缘边缘使顶层变形并用铆钉的无头端使底层变形，并且在顶层和底层的变形期间迫使铆钉的有缘边缘和无头端径向向外弯曲。

Double attachment self-piercing rivet

【技术实现步骤摘要】
双重附接自冲铆钉
本公开涉及使用自冲铆钉连接聚合物基复合材料和其他材料的方法。
技术介绍
提供的背景描述这里总体上是为了表示本公开的前后关系。在该
技术介绍
部分以及说明书各方面中描述的当前指出姓名的专利技术人的工作所进行的程度并不表明其在本公开提交时作为现有技术，从未明示或暗示其被承认为本公开的现有技术。碳纤维增强的热塑性塑料(CFRTP)诸如碳纤维增强的尼龙复合物具有高的强度重量比，这使得这些材料用于汽车应用是理想的。例如，为了降低车辆重量，这些材料已经被用于诸如进气歧管、空气过滤器壳体、谐振器、正时齿轮、散热器风扇和散热器箱的部件中。尽管有这些优点，但由于可用于连接CRFTP材料的当前方法，用于CRFTP材料的应用的数量是有限的。因此，需要用于连接CRFTP材料的改进方法。
技术实现思路
根据示例性实施例的方面，连接至少两个材料层(包括顶部和底部材料层)的第一示例方法。该方法包括提供具有头部和无头端的铆钉，其中有缘边缘从头部朝向无头端向下延伸。另一方面包括用铆钉的无头端刺穿顶层。并且又一方面包括用有缘边缘使顶层变形并用铆钉的无头端使底层变形。并且再一方面包括在顶层和底层的变形期间迫使铆钉的有缘边缘和无头端径向向外弯曲，以与顶层和底层形成机械互锁。应该明白，根据示范性实施例的方法可用于多个层(例如，3、4、5或更多层)，而不超出本专利技术的范围。根据示例性实施例的进一步的方面，其中铆钉是自冲铆钉。并且进一步的方面包括用铆钉的无头端刺穿底层。又一方面包括在顶层和底层之间施用粘合剂层。并且另一方面包括使粘合剂层至少部分固化。再一方面包括在粘合剂层至少部分固化之后刺穿顶层。根据示例性实施例的又一些方面包括在将粘合剂层施用在顶层和底层之间之后并且在用铆钉的无头端刺穿顶层之前将顶层和底层定位在模具上，并且由于铆接过程期间产生的力而使有缘边缘径向向外弯曲，以及使用形成在模具的底表面上的突起使铆钉的无头端径向向外弯曲。并且进一步的方面包括在管和模具之间夹紧顶层和底层；使用设置在管内的活塞来保持铆钉；以及朝向模具的底表面移动活塞，以迫使铆钉的无头端穿过顶层并至少部分地进入底层。并且又一方面，其中顶层和底层各自包括聚合物基复合材料。并且再一其他方面，其中顶层和底层中的一个包括聚合物基复合材料，顶层和底层中的另一个包括金属。本公开的其它应用领域从详细描述、权利要求书和附图中将变得显而易见。详细描述和具体示例仅旨在用于说明的目的，而不旨在限制本公开的范围。附图说明从详细描述和附图中将更全面地理解本公开，其中：图1A、1B、1C和1D是根据示例性实施例的多个方面在没有粘合剂的情况下连接至少两个材料层的示例自冲铆接系统的示意性剖视图；图2A、2B和2C是根据示例性实施例的多个方面在有粘合剂的情况下连接至少两个材料层的示例自冲铆接系统的示意性剖视图；图3是根据示例性实施例的多个方面没有粘合剂的示例铆接接头的实际剖视图；图4是根据示例性实施例的多个方面有粘合剂的示例铆接接头的实际剖视图，其中在使粘合剂固化之后将自冲铆钉插入到两个材料层中；图5是根据示例性实施例的多个方面有粘合剂的示例铆接接头的实际剖视图，其中在使粘合剂固化之前将自冲铆钉插入到两个材料层中；以及图6是示出了根据示例性实施例的多个方面使用自冲铆钉将至少两个材料层连接在一起的示例方法的流程图。在附图中，附图标记可以重复使用以标识相似和/或相同的元件。具体实施方式一种用于连接CRFTP和其它材料的过程称为自冲铆接。在该过程中，将自冲铆钉插入到至少两个材料层(或工件)中以将各层连接在一起。铆钉包括头部和设计成刺穿材料的无头端或尾部。应当理解，该方法可以用于连接各种类型的材料，包括但不限于，将聚合物基复合材料连接到聚合复合材料，将聚合物基复合材料连接到金属材料、以及将金属连接到金属材料，而不超出本公开的范围。当铆钉向下插入层中时，尾部刺穿顶层，然后在不刺穿底层的情况下使底层变形。当尾部使底层变形时，头部被安置在顶层中并在顶层中变形。在铆接过程期间产生的力导致围绕铆钉头部的有缘边缘径向向外弯曲以与顶层形成互锁，并且模具使尾部径向向外弯曲，使得各层被夹紧在头部和尾部之间。根据示例性实施例，该过程提供了底部机械互锁，使得我们具有来自单个刺穿铆接过程的双重附接。存在与铆钉和模具的设计有关的若干参数，该若干参数影响铆钉是否刺穿顶层和底层以及头部的有缘边缘和尾部是否向上弯曲以在刺穿工件之后产生机械互锁。此外，工件的规格(或厚度)和工件堆叠在彼此上的顺序在连接操作期间影响铆钉的行为。因此，可能需要详尽的试错测试来找到产生最大连接强度的最佳工艺参数，诸如铆钉和模具设计。在一个示例中，当铆钉用于连接3毫米(mm)CRFTP材料层(其被堆叠在2mmCRFTP材料层的顶部上)时，铆钉和模具的设计可以被优化以产生最大的连接强度。然而，如果将2mm层堆叠在3mm层的顶部上，则铆钉和模具可能必须被重新设计以产生最大连接强度。因此，每当各层的堆叠顺序改变时，铆钉和模具可能必须被重新设计。如上所示，在传统自冲铆接过程中，当铆钉向下插入两个CRFTP材料层中时，尾部刺穿顶层，然后在不刺穿底层的情况下使底层变形。相反，如上所述，在根据本公开的自冲铆接过程中，当铆钉向下插入两个CRFTP材料层时，环绕头部的有缘边缘刺入材料的顶层，并且尾部刺穿底层。此外，有缘边缘和尾部径向向外和向上弯曲，以在铆钉和工件之间形成机械互锁。现在参考图1A、图1B、图1C和图1D，示出了在没有粘合剂的情况下连接至少两个材料层的示例自冲铆接过程。在该过程中，材料的顶层10和材料的底层12定位在模具14上，该模具14在设置在铆钉插入工具16下方。顶层10和底层12可以是相对平坦的板片，并且模具14可以是具有中空内部或空腔18的圆柱体。铆钉插入工具16包括具有中空内部22的管20和可在管20的中空内部22内移动的活塞24。活塞24保持具有头部28的自冲铆钉26，其中有缘边缘33从头部朝向无头端或尾部30向下延伸，如图1A所示。尾部30构造成刺穿材料。例如，尾部30具有尖锐的远端31。可替代地，尾部30的远端31可以是钝的。同样，有缘边缘33的远端可以是尖锐的或钝的。一旦顶层10和底层12定位在模具14上，铆钉插入工具16就沿向下方向17移动，直到铆钉插入工具16的管20接触顶层10，如图1B所示。在该位置，顶层10和底层12被夹紧在铆钉插入工具16的管20和模具14之间。然后使铆钉插入工具16的活塞24致动，以沿向下方向17朝向模具14的底表面32移动铆钉26。当活塞24沿向下方向17移动铆钉26时，铆钉26的尾部30刺穿顶层10，如图1C所示。当活塞24继续沿向下方向17移动铆钉26时，有缘边缘33刺穿并使顶层10变形，并且铆钉26的尾部30刺穿并使底层12变形，如图1D所示。当有缘边缘33刺穿并使顶层10变形时，在插入过程期间产生的力使有缘边缘33沿径向向外并沿向上方向弯曲，从而导致顶层10内的机械互锁。同样地，当尾部30使底层12变形时，形成在模具14的底表面32上的半球形突起34使尾部30沿径向向外并沿向上方向35朝向顶层10弯曲。活塞24可以沿向下方向17移动，直到活塞24移动至少预定距离和/或直到由活塞24施加在铆钉26上的力大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连接至少两个材料层的方法，所述方法包括：提供具有头部和无头端的铆钉，其中有缘边缘从所述头部朝向所述无头端向下延伸；用所述铆钉的所述无头端刺穿顶层；用所述有缘边缘使所述顶层变形并用所述铆钉的所述无头端使底层变形；以及在所述顶层和底层的变形期间迫使所述铆钉的所述有缘边缘和所述无头端径向向外弯曲，以与所述顶层和底层形成机械互锁。

【技术特征摘要】
2018.03.12 US 15/9183461.一种连接至少两个材料层的方法，所述方法包括：提供具有头部和无头端的铆钉，其中有缘边缘从所述头部朝向所述无头端向下延伸；用所述铆钉的所述无头端刺穿顶层；用所述有缘边缘使所述顶层变形并用所述铆钉的所述无头端使底层变形；以及在所述顶层和底层的变形期间迫使所述铆钉的所述有缘边缘和所述无头端径向向外弯曲，以与所述顶层和底层形成机械互锁。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述铆钉是自冲铆钉。3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括用所述铆钉的所述无头端刺穿所述底层。4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述顶层和底层之间应用粘合剂层。5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括使所述粘合剂层至少部分固化。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·西普里亚诺，B·J·布莱斯奇，R·C·詹尼斯，PC·王，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US