[发明专利]用于在由复合材料构成的部件中制造孔的方法

说明书

本发明涉及用于在由复合材料构成的部件例如纤维增强塑料零件或织物增强塑料零件中制造孔的方法，并且还涉及用于该目的的刺穿辅助工具。

复合材料经常用在大多数多样化区域中并且主要由具有嵌入式纤维增强件的塑料构成，除了别的以外，以带、织物、毡制品和垫子的形式的嵌入式纤维增强件也是已知的。例如，使用玻璃纤维和塑料增强的聚酯树脂，例如使用碳素纤维增强的环氧树脂的汽车车身部件(coachwork part)，经常用在电动车结构中。许多另外的部件，例如控制台和包层，同样地也由这样的复合材料制造。当将碳素纤维用作增强件时，经常使用碳素纤维的织物，因为其然后可以获得在部件的全部方向上的增强。

然而，复合材料的领域决不被限制于玻璃纤维和碳素纤维，存在可以被考虑的许多其他的增强纤维。此外，大多数多样化的塑料也可以用作基质材料(matrix material)。全部这样的材料在本文中被一般地描述为复合材料或纤维增强塑料。其也可以通过通用术语“有机片材金属(organic sheetmetal)”来描述。该术语在某些领域中被理解为专业术语。

复合材料由任意增强材料或纤维以及任意的塑性可变形或可熔化的基质材料构成。术语“复合材料”根据本发明在此使用，且由于该原因，不但包括具有纤维增强的塑料而且还包括例如金属基质材料，例如具有增强材料的铝，该增强材料例如碳素纤维或陶瓷颗粒。

本发明主要使用那些使用热塑性材料即热塑性塑料的复合材料，作为在低于熔点的提高温度下软化或变成浆状的基质材料。然而，不能排除的是，如果硬质塑料(duroplastic)在升高的温度下，即在低于基质材料被永久破坏的温度的温度下是充分地柔软的，或者变得柔软或浆状，则该硬质塑料也可以用作基质材料。在本文中被要求保护的方法也可以用于具有基质材料的复合材料，该基质材料实际上不是热塑性塑料而是还未达到其最终状态，更确切地，是在其中其使用加热或不使用加热来软化的状态下，但是经过一段时间或者通过紫外线或湿度的作用或者相反地通过渐进的聚合作用或交联，其可以被转移到更硬的状态下。

例如，为了将相应的部件固定到其他零件或将其他零件附接到纤维增强塑料部件，经常需要使用具有紧固元件的复合材料的部件。

铆接元件还有螺栓或螺母元件二者可以被考虑，其可以全部被归入术语功能性元件之下。该术语也适用于同样可以固定到复合材料的夹子和轴承。不论是什么形成这样的功能性元件，总需要对塑料零件设置一孔或多个孔，以使相应的期望功能性元件能够附接，除非螺纹插入件或孔眼在部件的制造期间并入到塑料部件中，然而这是非常费时且复杂的，并导致另外的费用且有时使得塑料部件的局部增厚成为必需。孔的制造主要通过钻孔过程来实现，由此出现材料剩余物，例如钻屑，且复合材料在钻孔的区域中弱化。还可想象的是，冲压该部件以根据需要产生孔，由此出现必须被处置掉的以冲压金属块形式的废料以及该部件的局部弱化。

本发明的目的在于提供使孔能够至少以大体上无损耗的方式设置在部件中而不产生该部件的明显弱化的方法和刺穿辅助工具，一般来说，所述孔特别是用于接纳功能性元件，例如铆钉、铆接螺栓和铆接螺母还有螺栓元件和螺母元件的孔。

此外，部件在孔的区域中的显著弱化不应该仅仅是被避免，而是应该优选进行对孔的区域的强化。

在另外的方面中，该方法应该能够以费用有利的方式进行，而且刺穿辅助工具应该能够以费用有利的方式实现。

为了满足该目的，最初提到的种类的方法的特征在于，具有相对地设置的第一侧和第二侧的部件被以其第一侧放置在具有虹状隔膜(irisdiaphragm)的支撑件上；沿着轴向方向渐扩的尖状物被从部件的第二侧按压穿过部件，该部件可选地具有预刺穿部(pre-piercing)，用于孔的形成或用于预刺穿部的扩大；并且虹状隔膜具有较小的起始开口，所述起始开口接纳尖状物的较窄区域并且随着部件被尖状物的渐增穿入而打开成较大开口。

结果是，在孔形成期间，部件被从第一侧支撑在尽可能大的面积上。当其是尖状物在轴向方面上渐扩的辅助工具时，这将被理解成尖状物从尖状物的前端或顶尖在向后的方向上渐扩，该前端或顶尖一般是点或尖锐的或圆形的顶尖。

用于在特别地由复合材料构成的部件，例如纤维增强塑料零件或织物增强塑料零件中形成孔的相应的刺穿辅助工具的特征在于，刺穿辅助工具是具有可以被压开成较大开口的较小初始开口的虹状隔膜。