[发明专利]用于将独立部件互相附接的穿孔铆钉及附接方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过穿孔铆钉使独立部件相互紧固的方法和装置，其中至少一个部件由复合材料的工件构成。

背景技术

已知穿孔铆钉通常用于将两个部件以钣金件的形式互相固定。这在德文中被称为“压铆（Durchsetzfügen）”，在英文中称为“钳紧（clinching）”。为此，穿孔铆钉具有较大直径的凸缘、较小直径的铆钉部、以及位于凸缘的靠近铆钉部的侧部并围绕铆钉部的环状构件接触面。该面通常为圆锥面，并在将穿孔铆钉压入两个部件时，该面被压入上面的钣金件的表面，且凸缘的远离铆钉部的侧部与上面的钣金件的上表面齐平。

铆钉部的自由端由朝凸缘方向向内会聚的圆锥面形成。这导致了在压入穿孔铆钉的期间，由于作用在圆锥面上的力，铆钉部以喇叭状方式展开，且导致了铆钉部没有刺穿第二个部件。由于喇叭状铆钉部的楔紧作用，使得独立部件固定在一起，其中填充独立部件的材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的穿孔铆钉，其适用于至少两个板状部件的互相连接，其中至少一个部件由纤维或纤维增强塑料组成，可实现高质量的铆接，确保了独立部件彼此高强度的连接，且不存在明显的危险，该危险存在于所用穿孔铆钉可从一个部件或多个部件扯出，或存在与在此期间发生的不必要的疲劳效应。

人们通常关注于将两或三个部件（或最终甚至更多个部件）彼此连接，其中至少一个部件包含所述纤维或纤维增强塑料。例如，这些部件可以包括这种复合材料的部件和金属部件，或者两个这种复合材料的部件，或者两个这种复合材料部件与金属部件，或者三个这种复合材料部件。

迄今只有少数研究已经提出了对所述命名的复合材料的部件进行机械方法连接。其中大多数关注于将紧固件或加固板嵌入到可以与常规紧固件固定在一起的独立部件中。然而，这样相对复杂且昂贵，并扰乱了独立部件的制造顺序。

US-B-7,160,047描述了将以螺栓元件或螺母元件形式存在的紧固件附接到由复合材料组成的部件，其中将该部件定义为脆性或弹性部件，其包含例如具有中空空间或空隙的材料，例如塑料、木材、金属泡沫、填充有中空体或塑料或其它相对软的材料并可选地以夹层结构形式或作为复合材料呈现的金属，例如以单层或多层结构的形式，以及例如具有一种上述提及的物质或材料的芯的两个金属板或塑料层。

本发明尤其关注于和包含纤维或纤维增强塑料的工件形成对比的工件，特别是那些具有硬质塑料基体材料（duroplastic matrix material）的工件，同时本发明也适合于与以钣金件形式存在的工件一起使用。与US7,160,047中定义的材料相反，本发明的工件相对较硬且薄，使得就紧固件附接而言，对于材料的处理需要另作考虑。

关于本发明上下文中使用的复合材料的定义，解释如下： 

根据指定的纤维或纤维增强塑料，可以理解，具有高强度纤维的复合材料，例如芳族聚酰胺纤维、碳纤维或玻璃纤维，其或者可以呈现为相对短的填充纤维或长丝，或者以由长丝制成的纤维的形式存在，并嵌入到塑料基体材料中。热塑性材料诚然可以用作为塑料；然而，硬质塑料通常用于车身的制造和装配组件。相应的组件一般以板件形式呈现，通常具有三维形状。

为了满足上述提及的目的，根据本发明，提供一种用于将独立部件互相连接的穿孔铆钉，其中至少一个部件优选地由复合材料的工件构成，所述穿孔铆钉具有较大直径的凸缘、较小直径的铆钉部、以及位于凸缘的靠近铆钉部的侧部并包围铆钉部的环形构件接触面，其中，所述铆钉部具有环面于其自由端，用于刺穿两个工件，所述环面位于至少基本垂直于穿孔铆钉的中心纵向轴线的方向上，且所述铆钉部可选地具有内凹环面，其形成了从穿孔铆钉的端面到铆钉部的中空内部空间的过渡，且所述穿孔铆钉具有中心通道，其延伸到穿孔铆钉全长。

根据穿孔铆钉的一个特定的实施方式，穿孔铆钉在铆钉部的范围中具有向内突出的环形肩部。

相比常规的穿孔铆钉，采用这种设计可以尽量完全刺穿一个挨一个的部件，使得较下面的部件在远离凸缘的侧部可以生成高质量的铆钉卷边（rivet bead）。为此目的，本发明的穿孔铆钉必须明显比相互放置的部件的层叠总厚度还长，而相比之下，已知的穿孔铆钉并不完全穿透该层叠。

此外，本发明涉及这样的认知，即纤维或纤维增强塑料的部件，特别是硬质塑料基体材料的部件，往往在作用于刺穿部的自由端的力下被弄碎，在此利用该认知，就对产生的刺穿毛坯的处理而言，该处理变容易了，因其具有大致对应于铆钉部的内直径的横向尺寸。

根据本发明，使用上述提及的穿孔铆钉将独立部件互相附接的本发明的方法包括以下步骤：