[发明专利]将零件固定至复合材料件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及将零件或面板固定至由树脂和纤维填料制成的复合材料件。

背景技术

由于汽车工业持续专注于减轻车身重量以满足客户对燃油经济性和CAFE的要求，这增加了人们对应用可替代材料(包括碳纤维复合材料)的兴趣。在白车身结构中，连接方法传统上依赖于电阻点焊(例如，在钢结构中)。在铝密集型车辆和其他混合金属连接应用的情况下，自冲铆接(SPR)技术占主导地位。SPR技术的一个优势在于它是一种高产量的装配工艺。而且，该技术与粘合剂兼容，使得这两种方法可结合使用。然而，SPR技术经常面临的挑战在于基板材料必须具有足够的延展性以形成“扣状件”(即，突起)，这是形成接点的结果和提供机械互锁的必要形变。当复合材料件不具有在正面形成“扣状件”的足够延展性时，纤维会通过该表面上的裂缝而暴露出来。表面开裂和纤维移位都是不满足需求的，因为这样会降低接点的持久性并导致过早失效。

复合材料(诸如碳纤维、玻璃纤维或天然纤维复合物)由于涉及将零件连接在一起的挑战而限制了应用。通常情况下，这些复合物的延展性有限并且不能很好地适应产生SPR“扣状件”所需的较大位移和形变。虽然粘合剂过去广泛地用于将复合材料件接合在一起，但是粘接在单独使用时是一种产量较低的方法，并且在胶水固化之前容易移位(即，被接合零件之间相对运动)。其他方法(诸如盲孔铆钉)也可用于将部件固定至复合材料件，但是需要事先穿过零件钻孔或预成型孔来插入盲孔铆钉。钻孔、校准孔、插入盲孔铆钉以及粘接铆钉等装配操作增加了装配成本和机床加工成本。因此需要一种连接方案，既能满足大批量生产需求，又能实现低延展性材料的接合。

发明内容

本发明旨在解决上述问题以及在其他零件接合至复合材料件的应用中与复合材料件的使用相关的其他问题。

本方法可通过自冲铆钉(以下简称“SPR”)来实现。用于插入SPR的工具为铆接机床，其包括冲压机和作为支撑的冲模。

根据本发明的一个方面，公开了一种将零件连接至复合材料件的方法。根据该方法，选择第一零件和第二零件，第二零件包括由填充材料强化的第一树脂基质层和在第二零件一侧的至少部分区域中不包含填充材料的第二树脂基质层。第一和第二零件插入在机床中的固定件和支撑件之间。固定件穿透第一零件和第二零件的第一层并进入第二零件的第二层但不完全穿透第二层。

根据本发明的其他方面，该方法进一步包括通过分别将包括纤维强化材料的填充材料放置在压缩成型模具中以及将树脂基质沉积到压缩成型模具中来在压缩成型模具中成型第二零件。该方法还可以包括通过两步将树脂基质沉积到压缩成型模具中。在第一步中，将树脂沉积到压缩成型模具中以将填充材料封装在第一层中。在第二步中，将树脂沉积到压缩成型模具中的第二层中。在另一种方法中，该方法还可以包括在压缩成型模具的预定部分(即，第二层形成的位置)处设置网纹表面。网纹表面抑制填充材料成为第二层的一部分。无论采用哪种方法，第二层的厚度都会超过3微米。

根据本发明的另一方面，提供了一种组件，其包括通过固定件接合在一起的第一零件和由复合材料形成的第二零件。第二零件具有通过填充材料强化的第一树脂基质层和在第二零件一侧的至少部分上不包含填充材料的第二树脂基质层。固定件穿过第一零件并部分穿过第二零件延伸。该固定件延伸进入第二层而不穿透第二层。

根据本发明的其他方面，由于其涉及装配，因此固定件可以是具有完全穿透填充材料延伸的管状部分的自冲铆钉。然而，填充材料并不会在第二零件的与第一零件相反的一侧上暴露。管状部分可以在第二零件内部展开以将第一零件固定至第二零件。填充物可以是在树脂基质中随机分布或阵列分布的纤维强化材料。第二零件的第二层可以设置在第一层上的局部区域中，自冲铆钉在该区域压入组件中。

根据本发明的另一方面，提供了一种复合材料件，其包括具有纤维强化材料的第一层和未进行强化以在复合材料件的层中提供附加延展性的第二层。不包含填充材料的第二树脂基质层设置在第二部件一侧的至少部分区域中并且厚度可超过3微米。复合材料件中的填充材料可以是在树脂基质内随机分布或阵列分布的纤维强化材料。第二层可以在第一层的区域上限定空置区域。树脂基质可以是热塑性或热固性树脂。填充物质可以是碳纤维、玻璃纤维、云母、天然纤维等。

本领域的技术人员在阅读附图及以下所公开实施例的详细说明之后，会更深入理解本发明的这些和其他方面。

附图说明

图1A-1D是示出利用自冲铆接机床将自冲铆钉插入两个面板的由初始设置至铆接工艺完成的制造过程的一系列示意图；