溫度，則層10和12通過(guò)諸如鉚接的工藝而連接。在層10和12接觸之前或之后，復(fù)合材料可被加熱。應(yīng)當(dāng)理解的是，待緊固的元件可包括一個(gè)或更多個(gè)纖維復(fù)合材料或者可為具有一種或更多種材料(諸如金屬)的纖維復(fù)合材料。諸如但不限制于鋁合金、鋼或鎂合金的金屬用在板材加工中并且由SPR(包括但不限制于盤(pán)頭鉚釘和沉頭鉚釘)緊固。用以使非延展性的纖維復(fù)合材料元件緊固的熱量的施加可用于其他連接方法，該其他連接方法包括但不限制于熱恪鉆螺釘連接(flow-drill screwing)和釘牢，這是因?yàn)閺?fù)合層的延展性的增加還有利于用于這些緊固技術(shù)。
[0044]當(dāng)元件在輸送帶上或靜止時(shí)，可由輻射傳熱、感應(yīng)傳熱或?qū)α鱾鳠醽?lái)施加熱能。輻射熱可由熱表面(諸如電加熱固定材料或光源)來(lái)提供。對(duì)流傳熱可由熱風(fēng)槍或熱氣鼓風(fēng)機(jī)(諸如，在火爐或熱空氣沖擊中所使用的鼓風(fēng)機(jī))來(lái)提供。用以改變材料以顯示塑性或延伸性性能的復(fù)合材料的升高的溫度依賴(lài)于基體或樹(shù)脂材料的類(lèi)型并且與其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度有關(guān)。環(huán)氧樹(shù)脂材料可需要高達(dá)30(TC來(lái)獲得延展性性能。對(duì)于纖維復(fù)合材料，延展性性能的溫度可在25°C至300 °C的范圍內(nèi)，并且在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于碳纖維增加復(fù)合材料可在100°C至250°C的范圍內(nèi)。選擇不會(huì)造成損壞復(fù)合材料的風(fēng)險(xiǎn)的熱源。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)熱能被施加時(shí)，復(fù)合元件與其他元件接觸。為此，并不會(huì)接受高功率激光加熱，由于當(dāng)在強(qiáng)烈的局部加熱下時(shí)，高功率激光加熱可化學(xué)地且不可逆轉(zhuǎn)地使復(fù)合材料的成分降解。此外，激光器的聚焦光束并不會(huì)在整個(gè)充分的區(qū)域加熱復(fù)合零件，這是因?yàn)槠錈醾鲗?dǎo)性可顯著地低于在金屬中發(fā)現(xiàn)的熱傳導(dǎo)性。因此，經(jīng)由輻射(例如，近紅外光源)加熱或者對(duì)流加熱預(yù)期在本實(shí)用新型的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中。
[0045]參考圖2，提供了根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的用于纖維復(fù)合材料的自沖鉚接的步驟的示意圖。步驟I為放置底部層10 (例如，纖維復(fù)合材料)和頂部層12 (例如鋁)，使得底部層10和頂部層12可在緊固區(qū)18處連接。步驟2示出了施加來(lái)自加熱器20的熱能以提升緊固區(qū)18的至少一部分的溫度。該熱能可分別施加至第一接觸部14處的底部層10或者第二接觸部16處的頂部層12，或者施加至第一接觸部14的底部層10和第二接觸部16的頂部層12兩者。熱能還可僅施加至層10和/或12的外表面以避免層的化學(xué)或不可逆轉(zhuǎn)地降解。
[0046]非延展性元件吸收熱能以提升在緊固區(qū)18中的溫度。該熱能可為輻射熱或傳導(dǎo)熱。熱能可從一個(gè)或更多個(gè)加熱器中供給。步驟3示出了圍繞待連接的緊固區(qū)18放置的鉚釘22、沖壓機(jī)24、壓邊圈26以及沖模28。在步驟4中，沖壓機(jī)24降低并且開(kāi)始使層10和12變形。在步驟5中，鉚釘22被插入或刺穿進(jìn)入頂部層12內(nèi)并且底部層10材料變形至沖模28中并且形成鈕扣狀物30。步驟6示出了鈕扣狀物30和已連接的層10和12。
[0047]圖3A為使用SPR 36連接至玻璃纖維復(fù)合板34的鋁板32的橫截面視圖。SPR 36包括頭部38和桿40，其在延伸至板32和34中時(shí)變形為橢圓形。SPR36延伸至玻璃纖維復(fù)合板34和鋁板32兩者中。桿40延伸至鋁板32中并且相對(duì)于鋁板32、玻璃纖維復(fù)合板34和SPR 36的交集區(qū)42成正交水平間距。在桿40的左側(cè)橫截面上的間距(I1大約為0.20mm并且在桿40的右側(cè)橫截面上的間距d2大約為0.19mm。如所示出的，間距d JP屯具有最小差異。通過(guò)展示了充分的互鎖并且示出了這個(gè)最小差異的SPR所形成的連接件形成了堅(jiān)固且耐用的連接件。參考圖3B，示出了圖3A的鈕扣狀物44的仰視圖。鈕扣狀物44為光滑的且沒(méi)有用于濕氣滲透或外出的路徑或裂紋以及其他缺陷，其為堅(jiān)固且耐用的連接件的進(jìn)一步的特性。
[0048]圖4A為在室溫下使用SPR技術(shù)連接至碳纖維復(fù)合材料元件50的鋁元件48的橫截面視圖。SPR 52包括頭部54和桿56?？障?8形成在SPR 52與鋁元件48之間。在圖4a中示出了空隙58。該連接件示出了與不對(duì)稱(chēng)的SPR桿56的不好的互鎖。在桿56的左側(cè)橫截面上的正交水平間距Cl1為大約0.17mm，并且在桿56的右側(cè)橫截面上的間距d 2為大約0.28mm。如所示的，間距山與d 2具有顯著的差異。通過(guò)示出了這種顯著差異的SPR所形成的連接件展示了不好的機(jī)械互鎖，其可形成弱連接件，并且此外可展示較低的加工能力和可重復(fù)性。
[0049]參考圖4B，示出了圖4A的鈕扣狀物60的仰視圖。鈕扣狀物60破裂并且示出了用于濕氣外出的路徑或裂紋，因而使得連接件的材料易受到腐蝕或者過(guò)早失效。圖4A和圖4B中示出的失效的類(lèi)型還不具有可重復(fù)性，并且因此該早失效不能被設(shè)計(jì)考慮到。如在圖4A和圖4B中所示出的，鈕扣狀物60中斷裂和/或裂紋61穿透使得鋁元件48和SPR 52的一部分或區(qū)域被暴露出。這種暴露使得鋁元件48和SPR 52易受到腐蝕和/或過(guò)早失效。這個(gè)結(jié)果展示了不可接受的鈕扣狀物破裂。雖然不對(duì)稱(chēng)的互鎖可使用不同的鉚釘材料來(lái)解決，然而不可接受的鈕扣狀物破裂不能使用不同的材料來(lái)解決。相反地，如以下參考圖5A和圖5B中所描述的，一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例的熱鉚接方法令人滿(mǎn)意地提供了具有可接受的鈕扣狀物特性的最終連接件。
[0050]圖5A為在已升高的溫度下使用SPR技術(shù)而連接至碳纖維復(fù)合材料元件64的鋁元件62的橫截面視圖。在所示出的實(shí)施例中，碳纖維復(fù)合材料元件64在與招元件62連接之前被加熱至在180至210°C之間的溫度。SPR 66包括頭部68和桿70。在圖5A中所示出的連接件的區(qū)域74為在SPR 66與鋁元件72之間的空隙。SPR 66延伸至碳纖維復(fù)合板(碳纖維復(fù)合材料元件64的一個(gè)示例)和鋁板(鋁元件62的一個(gè)示例)的兩者中。桿70延伸至碳纖維復(fù)合材料元件64中并且相對(duì)于元件62和64以及SPR 66的交集區(qū)76成正交水平間距。在桿70的左側(cè)橫截面上的間距Cl1大約為0.19mm，并且在桿70的右側(cè)橫截面上的間距d2大約為0.16mm。如所示出的，間距d 1與d 2具有最小差異。通過(guò)展示了充分的互鎖并且示出了該最小差異的SPR所形成的連接件形成了堅(jiān)固且耐用的連接件。通過(guò)加熱碳纖維復(fù)合材料元件64至提升的溫度而實(shí)現(xiàn)的增強(qiáng)的延展性和材料流動(dòng)性產(chǎn)生了元件62和64之間的充足的互連、桿70的對(duì)稱(chēng)并且減少了圖5A和圖5B的鈕扣狀物72的破裂。如在圖5A和圖5B中所示出的，斷裂和/或裂紋78并未穿透使得鋁元件62或SPR 66的一部分或區(qū)域被暴露。這種未暴露的表面減小了鋁元件62或SPR 66對(duì)于腐蝕或過(guò)早失效的敏感性，并且對(duì)于上述所描述的不可接受的鈕扣狀物破裂提供了可重復(fù)的且可靠的解決方案。
[0051]雖然上述描述了示例性實(shí)施例，然而這些實(shí)施例并不旨在描述本實(shí)用新型的所有可能的形式。相反地，在說(shuō)明書(shū)中使用的詞語(yǔ)僅為描述性的詞語(yǔ)而非限制性，并且應(yīng)理解的是，在未脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下可進(jìn)行各種改變。另外，各種執(zhí)行的實(shí)施例的特征可以相結(jié)合以形成本實(shí)用新型的另外的實(shí)施例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種連接件，其特征在于，包括: 第一元件和第二元件，所述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，所述第二元件為在室溫下的非延展性的纖維復(fù)合材料；以及 連接構(gòu)件，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(guò)所述第二元件被暴露。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接件，其特征在于，所述連接構(gòu)件為自沖鉚釘。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的連接件，其特征在于，所述自沖鉚釘包括頭部和桿。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的連接件，其特征在于，所述自沖鉚釘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。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接件，其特征在于，所述第一元件為鋁材料。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接件，其特征在于，所述第一元件和第二元件分別為第一板和第二板。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接件，其特征在于，所述纖維復(fù)合材料為碳纖維復(fù)合材料。
【專(zhuān)利摘要】一種連接件，包括：第一元件和第二元件，所述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，所述第二元件為在室溫下的非延展性的纖維復(fù)合材料；以及連接構(gòu)件，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件和所述第一元件未通過(guò)所述第二元件被暴露。本實(shí)用新型減小連接件對(duì)于腐蝕或過(guò)早失效的敏感性。
【IPC分類(lèi)】F16B19/04, B32B15/04
【公開(kāi)號(hào)】CN204725944
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520212752
【發(fā)明人】艾因卓·麥凱爾維·坎貝爾, 加勒特·?；ず辗? 阿曼達(dá)·凱·弗賴(lài)斯
【申請(qǐng)人】福特環(huán)球技術(shù)公司
【公開(kāi)日】2015年10月28日
【申請(qǐng)日】2015年4月9日
【公告號(hào)】US20150290914