連接件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種使用自沖鉚接來連接諸如碳纖維復(fù)合板的碳纖維復(fù)合材料的工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]諸如復(fù)合材料板的復(fù)合材料用來制造車輛以及車輛結(jié)構(gòu)和車身面板以及其他產(chǎn)品。復(fù)合材料板典型地由通過諸如但不限制于碳纖維、玻璃纖維以及天然纖維的材料來增強(qiáng)的一種或更多種聚合樹脂制成。復(fù)合材料板典型地由堅(jiān)固的、輕量化材料制成。在某些應(yīng)用中，復(fù)合材料板連接至由鋁、鋼或其他復(fù)合材料制成的板?？墒褂弥T如但不限制于釘牢連接件或鉚釘?shù)木o固件來將不同的板連接在一起。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的在于，提供一種連接件以減小連接件對(duì)于腐蝕或過早失效的敏感性。
[0004]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，公開了一種連接件。該連接件包括第一元件和第二元件，該第一元件和第二元件相接觸以形成第一接觸部和第二接觸部。該第二元件為在室溫下的非延展性的纖維復(fù)合材料。連接構(gòu)件將第一元件和第二元件連接，以使得連接件和第一元件未通過第二元件而被暴露。
[0005]根據(jù)本實(shí)用新型的上述連接件的一個(gè)實(shí)施例，所述連接構(gòu)件連接所述第一元件和第二元件以使得所述連接構(gòu)件和所述第一元件未通過所述第二元件被暴露。
[0006]優(yōu)選地，所述連接構(gòu)件為自沖鉚釘(“SPR” )。
[0007]優(yōu)選地，所述SPR包括頭部和桿。
[0008]優(yōu)選地，所述SPR桿接觸所述第一元件并且延伸進(jìn)入所述第一元件一個(gè)長(zhǎng)度。
[0009]優(yōu)選地，所述第一元件為鋁材料。
[0010]優(yōu)選地，所述第二元件為復(fù)合材料。
[0011]優(yōu)選地，所述第一元件和第二元件分別為第一板和第二板。
[0012]優(yōu)選地，所述纖維復(fù)合材料為碳纖維復(fù)合材料。
[0013]優(yōu)選地，所述纖維復(fù)合材料在已升高的溫度下展示了增加的延展性性能。
[0014]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，公開了一種方法。該方法包括將底部層和頂部層接觸以在這兩個(gè)層之間形成接合點(diǎn)。該底部層為在室溫下的非延展性纖維復(fù)合材料。該方法還包括提升底部層的緊固部的溫度以使得緊固部具有延展性。該方法還包括當(dāng)緊固部在已升高的溫度下時(shí)，將該底部層和頂部層連接。
[0015]優(yōu)選地，所述緊固部為所述第一接觸部。
[0016]優(yōu)選地，所述連接步驟包括使用一個(gè)或更多個(gè)鉚釘來將第一接觸部和第二接觸部連接。
[0017]優(yōu)選地，所述已升高的溫度在100°C至300°C的范圍內(nèi)。
[0018]優(yōu)選地，所述提升步驟使用輻射熱、感應(yīng)熱或?qū)α鳠醽韺?shí)現(xiàn)。
[0019]優(yōu)選地，所述纖維復(fù)合材料包括碳纖維材料和聚合材料。
[0020]優(yōu)選地，所述已升高的溫度在所述纖維復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(開爾文溫度，Kelvin)的+/-30%的范圍內(nèi)。
[0021]在又一個(gè)實(shí)施例中，公開了一種方法。該方法包括將第一板和第二板接觸以在這兩個(gè)板之間形成接合點(diǎn)。第二板為在室溫下的非延展性纖維復(fù)合材料。該方法還包括僅提升第二板的緊固部的溫度以使得緊固部具有延展性。該方法還包括當(dāng)?shù)诙逶谝焉叩臏囟认聲r(shí)，使用一個(gè)或更多個(gè)鉚釘將第一和第二板連接以形成連接部。
[0022]優(yōu)選地，所述已升高的溫度在100°C至300°C的范圍中。
[0023]優(yōu)選地，所述纖維復(fù)合材料包括碳纖維材料和聚合材料。
[0024]優(yōu)選地，所述已升高的溫度在所述纖維復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)換溫度(開爾文溫度)的+/-30%的范圍內(nèi)。
[0025]本實(shí)用新型的有益效果在于，減小連接件對(duì)于腐蝕或過早失效的敏感性。
【附圖說明】
[0026]圖1A為待連接的底部層和頂部層的局部透視圖；
[0027]圖1B為沿著圖1A的線1B-1B截取的橫截面視圖；
[0028]圖2為使用自沖鉚接方法來連接纖維復(fù)合材料的工藝的步驟的示意圖；
[0029]圖3A為使用自沖鉚接方法而連接至鋁板的玻璃纖維復(fù)合材料板的橫截面視圖；
[0030]圖3B為圖3A的鈕扣狀物(button)的仰視圖；
[0031]圖4A為使用自沖鉚接方法而連接至鋁板的碳纖維復(fù)合材料板的橫截面視圖；
[0032]圖4B為圖4A的鈕扣狀物的仰視圖；
[0033]圖5A為使用自沖鉚接方法而連接至鋁板的碳纖維復(fù)合材料板的橫截面視圖，該方法包括將熱能施加至碳纖維復(fù)合材料；以及
[0034]圖5B為圖5A的鈕扣狀物的仰視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]按照要求，本文中已披露了本實(shí)用新型的詳細(xì)的實(shí)施方式；然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，所披露的實(shí)施例僅為本實(shí)用新型的示例性示例并且可以以不同的和替代的形式來實(shí)施。該附圖并不一定按比例繪制；一些特征可被放大或縮小以示出特定元件的細(xì)部。因此，本文中所披露的具體結(jié)構(gòu)和功能的細(xì)部并不應(yīng)當(dāng)理解為限制性的，而是僅僅作為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來變化地實(shí)施本實(shí)用新型的代表性基礎(chǔ)。
[0036]隨著汽車工業(yè)努力滿足消費(fèi)者燃油經(jīng)濟(jì)性預(yù)期和企業(yè)平均燃油經(jīng)濟(jì)性(CAFE)的要求，在替代性輕量化材料(包括但不局限于纖維復(fù)合材料)上的興趣增加了。常見的鋼結(jié)構(gòu)的連接方法傳統(tǒng)上使用電阻點(diǎn)焊。在使用鋁和混合金屬連接應(yīng)用的車輛的情況中，已經(jīng)利用了自沖鉚釘(SPR)技術(shù)。SPR技術(shù)的一個(gè)益處為能夠在大批量的生產(chǎn)組裝工藝中實(shí)施。進(jìn)一步地，其與粘合劑連接方法兼容，并且因此兩個(gè)方法可結(jié)合使用。然而，SPR技術(shù)經(jīng)常面臨的挑戰(zhàn)是被連接的板的材料必須具有足夠延伸性以形成適當(dāng)?shù)拟o扣狀物。該鈕扣狀物是產(chǎn)生連接件以及提供合適變形以提供充足的機(jī)械互鎖以及具有可接受的特征(例如，不可接受的鈕扣狀物破裂不存在)的鈕扣狀物的結(jié)果。
[0037]還未發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料，諸如碳纖維或玻璃纖維復(fù)合材料，適用于某些連接工藝以及相關(guān)材料。這些復(fù)合材料中的某些通常在延伸性上具有限制并且不易受到生產(chǎn)適當(dāng)?shù)腟PR鈕扣狀物所要求的大的位移和變形的影響。一個(gè)問題為增強(qiáng)纖維可突破復(fù)合板的表面。如果其突破復(fù)合板的表面，則碳或天然纖維增強(qiáng)纖維可吸收濕氣。吸收濕氣的纖維可令人反感，這是因?yàn)槠淇梢鸶g并且可削弱連接件。當(dāng)暴露至濕氣時(shí)，碳纖維可在纖維與金屬零件或緊固件接觸時(shí)引起電化學(xué)腐蝕。
[0038]雖然已經(jīng)使用粘合劑連接工藝來連接復(fù)合材料，然而這些工藝的使用可導(dǎo)致較低產(chǎn)量的生產(chǎn)方法。進(jìn)一步地，直至粘合劑固化，未固化的連接件易受到在被連接的零件或板之間的位移和/或移動(dòng)的影響。需要一種可結(jié)合至大批量生產(chǎn)要求中的連接方案，用于連接低延展性纖維復(fù)合材料。本實(shí)用新型的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例涉及一種使用SPR來連接纖維復(fù)合材料的方法，其產(chǎn)生具有良好成型特性(以及機(jī)械互鎖)的鈕扣狀物。
[0039]在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，延展性是指材料在未斷裂的情況下可塑性地變形的程度或可塑性。雖然，纖維復(fù)合材料具有相對(duì)低的延展性，然而金屬和金屬合金趨向于具有高的延展性。相反地，纖維復(fù)合材料在周圍環(huán)境溫度下典型性為非延展性的。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，本實(shí)用新型涉及在自沖鉚接連接工藝之前和/或期間，用以改善纖維復(fù)合材料的延展性的工藝。
[0040]復(fù)合材料可包括碳纖維和玻璃纖維復(fù)合材料、天然纖維、薄片、或微粒、及其組合。復(fù)合材料可使用各種不同的纖維密度和形式來生產(chǎn)。復(fù)合材料形式的非限制性示例包括隨機(jī)分散的纖維或?qū)R的纖維。復(fù)合材料可具有多種基體材料(還稱為周邊材料)，其包括但不限制于熱塑性聚合物，諸如聚酰胺或熱固樹脂(諸如環(huán)氧樹脂)。
[0041]圖1A描繪了要使用SPR連接的底部層10和頂部層12的局部視圖。如在下文中更加詳細(xì)地描述的，當(dāng)驅(qū)使鉚釘機(jī)械時(shí)，底部層鄰近于沖模(die)。圖1B為沿著圖1A的線1B-1B截取的橫截面視圖并且示出了底部層10的第一接觸部14以及頂部層12的第二接觸部16。底部層10可由復(fù)合材料制成。頂部層12可由鋁合金、鋼、鎂合金制成。底部層和頂部層共同限定了稍后收容緊固件的緊固區(qū)18，該緊固件諸如但不限制于SPR。
[0042]加熱器20可用于提升緊固區(qū)18的溫度，以使該緊固區(qū)18可延展從而當(dāng)?shù)撞繉?0和頂部層12連接時(shí)減少破裂和斷裂。當(dāng)緊固區(qū)18的至少一部分處于已升高的溫度時(shí)，則第一接觸部14和第二接觸部16被連接。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，局限于緊固區(qū)18并且在底部層和頂部層連接之前，熱能被施加至復(fù)合材料。在替代性實(shí)施例中，底部層10和頂部層12由纖維復(fù)合材料制成。
[0043]纖維復(fù)合材料元件可被加熱至鄰近復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(glasstransit1n temperature)的溫度，以獲得復(fù)合材料的足夠的延展性。一旦復(fù)合材料到達(dá)預(yù)期的升高