连接件的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种使用自冲铆接来连接诸如碳纤维复合板的碳纤维复合材料的工艺。
【背景技术】
[0002]诸如复合材料板的复合材料用来制造车辆以及车辆结构和车身面板以及其他产品。复合材料板典型地由通过诸如但不限制于碳纤维、玻璃纤维以及天然纤维的材料来增强的一种或更多种聚合树脂制成。复合材料板典型地由坚固的、轻量化材料制成。在某些应用中，复合材料板连接至由铝、钢或其他复合材料制成的板。可使用诸如但不限制于钉牢连接件或铆钉的紧固件来将不同的板连接在一起。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的在于，提供一种连接件以减小连接件对于腐蚀或过早失效的敏感性。
[0004]根据一个实施例，公开了一种连接件。该连接件包括第一元件和第二元件，该第一元件和第二元件相接触以形成第一接触部和第二接触部。该第二元件为在室温下的非延展性的纤维复合材料。连接构件将第一元件和第二元件连接，以使得连接件和第一元件未通过第二元件而被暴露。
[0005]根据本实用新型的上述连接件的一个实施例，所述连接构件连接所述第一元件和第二元件以使得所述连接构件和所述第一元件未通过所述第二元件被暴露。
[0006]优选地，所述连接构件为自冲铆钉(“SPR” )。
[0007]优选地，所述SPR包括头部和杆。
[0008]优选地，所述SPR杆接触所述第一元件并且延伸进入所述第一元件一个长度。
[0009]优选地，所述第一元件为铝材料。
[0010]优选地，所述第二元件为复合材料。
[0011]优选地，所述第一元件和第二元件分别为第一板和第二板。
[0012]优选地，所述纤维复合材料为碳纤维复合材料。
[0013]优选地，所述纤维复合材料在已升高的温度下展示了增加的延展性性能。
[0014]根据另一个实施例，公开了一种方法。该方法包括将底部层和顶部层接触以在这两个层之间形成接合点。该底部层为在室温下的非延展性纤维复合材料。该方法还包括提升底部层的紧固部的温度以使得紧固部具有延展性。该方法还包括当紧固部在已升高的温度下时，将该底部层和顶部层连接。
[0015]优选地，所述紧固部为所述第一接触部。
[0016]优选地，所述连接步骤包括使用一个或更多个铆钉来将第一接触部和第二接触部连接。
[0017]优选地，所述已升高的温度在100°C至300°C的范围内。
[0018]优选地，所述提升步骤使用辐射热、感应热或对流热来实现。
[0019]优选地，所述纤维复合材料包括碳纤维材料和聚合材料。
[0020]优选地，所述已升高的温度在所述纤维复合材料的玻璃化转变温度(开尔文温度，Kelvin)的+/-30%的范围内。
[0021]在又一个实施例中，公开了一种方法。该方法包括将第一板和第二板接触以在这两个板之间形成接合点。第二板为在室温下的非延展性纤维复合材料。该方法还包括仅提升第二板的紧固部的温度以使得紧固部具有延展性。该方法还包括当第二板在已升高的温度下时，使用一个或更多个铆钉将第一和第二板连接以形成连接部。
[0022]优选地，所述已升高的温度在100°C至300°C的范围中。
[0023]优选地，所述纤维复合材料包括碳纤维材料和聚合材料。
[0024]优选地，所述已升高的温度在所述纤维复合材料的玻璃化转换温度(开尔文温度)的+/-30%的范围内。
[0025]本实用新型的有益效果在于，减小连接件对于腐蚀或过早失效的敏感性。
【附图说明】
[0026]图1A为待连接的底部层和顶部层的局部透视图；
[0027]图1B为沿着图1A的线1B-1B截取的横截面视图；
[0028]图2为使用自冲铆接方法来连接纤维复合材料的工艺的步骤的示意图；
[0029]图3A为使用自冲铆接方法而连接至铝板的玻璃纤维复合材料板的横截面视图；
[0030]图3B为图3A的钮扣状物(button)的仰视图；
[0031]图4A为使用自冲铆接方法而连接至铝板的碳纤维复合材料板的横截面视图；
[0032]图4B为图4A的钮扣状物的仰视图；
[0033]图5A为使用自冲铆接方法而连接至铝板的碳纤维复合材料板的横截面视图，该方法包括将热能施加至碳纤维复合材料；以及
[0034]图5B为图5A的钮扣状物的仰视图。
【具体实施方式】
[0035]按照要求，本文中已披露了本实用新型的详细的实施方式；然而，应当理解的是，所披露的实施例仅为本实用新型的示例性示例并且可以以不同的和替代的形式来实施。该附图并不一定按比例绘制；一些特征可被放大或缩小以示出特定元件的细部。因此，本文中所披露的具体结构和功能的细部并不应当理解为限制性的，而是仅仅作为用于教导本领域的普通技术人员来变化地实施本实用新型的代表性基础。
[0036]随着汽车工业努力满足消费者燃油经济性预期和企业平均燃油经济性(CAFE)的要求，在替代性轻量化材料(包括但不局限于纤维复合材料)上的兴趣增加了。常见的钢结构的连接方法传统上使用电阻点焊。在使用铝和混合金属连接应用的车辆的情况中，已经利用了自冲铆钉(SPR)技术。SPR技术的一个益处为能够在大批量的生产组装工艺中实施。进一步地，其与粘合剂连接方法兼容，并且因此两个方法可结合使用。然而，SPR技术经常面临的挑战是被连接的板的材料必须具有足够延伸性以形成适当的钮扣状物。该钮扣状物是产生连接件以及提供合适变形以提供充足的机械互锁以及具有可接受的特征(例如，不可接受的钮扣状物破裂不存在)的钮扣状物的结果。
[0037]还未发现复合材料，诸如碳纤维或玻璃纤维复合材料，适用于某些连接工艺以及相关材料。这些复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产适当的SPR钮扣状物所要求的大的位移和变形的影响。一个问题为增强纤维可突破复合板的表面。如果其突破复合板的表面，则碳或天然纤维增强纤维可吸收湿气。吸收湿气的纤维可令人反感，这是因为其可引起腐蚀并且可削弱连接件。当暴露至湿气时，碳纤维可在纤维与金属零件或紧固件接触时引起电化学腐蚀。
[0038]虽然已经使用粘合剂连接工艺来连接复合材料，然而这些工艺的使用可导致较低产量的生产方法。进一步地，直至粘合剂固化，未固化的连接件易受到在被连接的零件或板之间的位移和/或移动的影响。需要一种可结合至大批量生产要求中的连接方案，用于连接低延展性纤维复合材料。本实用新型的一个或更多个实施例涉及一种使用SPR来连接纤维复合材料的方法，其产生具有良好成型特性(以及机械互锁)的钮扣状物。
[0039]在一个或更多个实施例中，延展性是指材料在未断裂的情况下可塑性地变形的程度或可塑性。虽然，纤维复合材料具有相对低的延展性，然而金属和金属合金趋向于具有高的延展性。相反地，纤维复合材料在周围环境温度下典型性为非延展性的。在一个或更多个实施例中，本实用新型涉及在自冲铆接连接工艺之前和/或期间，用以改善纤维复合材料的延展性的工艺。
[0040]复合材料可包括碳纤维和玻璃纤维复合材料、天然纤维、薄片、或微粒、及其组合。复合材料可使用各种不同的纤维密度和形式来生产。复合材料形式的非限制性示例包括随机分散的纤维或对齐的纤维。复合材料可具有多种基体材料(还称为周边材料)，其包括但不限制于热塑性聚合物，诸如聚酰胺或热固树脂(诸如环氧树脂)。
[0041]图1A描绘了要使用SPR连接的底部层10和顶部层12的局部视图。如在下文中更加详细地描述的，当驱使铆钉机械时，底部层邻近于冲模(die)。图1B为沿着图1A的线1B-1B截取的横截面视图并且示出了底部层10的第一接触部14以及顶部层12的第二接触部16。底部层10可由复合材料制成。顶部层12可由铝合金、钢、镁合金制成。底部层和顶部层共同限定了稍后收容紧固件的紧固区18，该紧固件诸如但不限制于SPR。
[0042]加热器20可用于提升紧固区18的温度，以使该紧固区18可延展从而当底部层10和顶部层12连接时减少破裂和断裂。当紧固区18的至少一部分处于已升高的温度时，则第一接触部14和第二接触部16被连接。在一个或更多个实施例中，局限于紧固区18并且在底部层和顶部层连接之前，热能被施加至复合材料。在替代性实施例中，底部层10和顶部层12由纤维复合材料制成。
[0043]纤维复合材料元件可被加热至邻近复合材料的玻璃化转变温度(glasstransit1n temperature)的温度，以获得复合材料的足够的延展性。一旦复合材料到达预期的升高