摩擦搅拌盲孔铆钉接合系统和方法与流程

本发明总体上涉及铆钉系统和方法，并且更具体地涉及摩擦搅拌盲孔铆钉(fsbr)系统和方法。

背景技术：

制成品通常由集成到产品中的许多元件组装而成。单独的元件可以各种方式接合，其中的一种方式涉及到接合在一起。将元件接合在一起的选项非常丰富。然而，接合组件的零部件以及接合不同类型的材料的挑战是无限的，因此持续需要新型且有效的接合产品和方法。

fsbr是高速旋转的盲孔铆钉与工件接触的接合工艺。当铆钉被驱动进入工件时，力和摩擦热使工件材料移位。在插入铆钉后，心轴断裂，并且柄部将工件紧固在一起。虽然fsbr对于许多应用来说是合适的接合工艺，但是对于某些方面和应用来说，进一步改进技术可能是有益的。

因此，希望提供用于使用fsbr来接合部件的新型系统和方法。另外，从以下结合附图和前面的技术领域及背景技术进行的详细描述和所附权利要求书中将更清楚地明白本发明的其它期望特征和特性。

技术实现要素：

提供了用于接合工件的fsbr系统和方法。在许多示例中，fsbr接合系统包括心轴，该心轴具有形成尖端的头部，杆从头部延伸。杆具有形成凹口的狭窄部分，该凹口被配置为使得心轴的尾部可以断裂，其中心轴从尖端延伸到断裂端。柄部也具有头部和延伸主体，其中通孔被限定穿过该柄部。柄头包括形成接触一个工件的表面的肩部，并且头部具有与表面相对的最外点。限定头部的最外点与表面之间的范围。壁从另一个工件突出并且围绕主体形成。壁具有由心轴形成并且被控制以使得主体能够变形的尺寸。

在另一个示例中，可以通过使用等式伪热指数来控制壁的尺寸，其中ω是心轴的转速，并且v是心轴的进给速率。

在另一个示例中，柄部的主体可以通过屈曲而变形以形成抵靠工件向外凸出的环形部分。

在另一个示例中，凹口可以形成为与心轴的尖端相距距离d凹口，使得断裂端被设置在该范围内。

在另一个示例中，工件可以具有在由t最小≤t≤t最小+d头部限定的握持范围内变化的堆叠厚度，其中t是工件的总体堆叠厚度，t最小是最小允许堆叠厚度，并且d头部是被限定为从柄头的最外点到由柄头的肩部形成的表面的第二距离。

在另一个示例中，心轴的断裂端的位置可以被设置在由d拉动-(d进给-d凹口)限定的位置(l心轴至柄部)处，其中d拉动是心轴被拉动以压缩柄部的第一量，d进给是心轴进给到工件中的量，并且d凹口是从心轴的尖端到凹口的距离。

在另一个示例中，壁可以环绕柄部主体并且可以刚性地将柄部保持就位。

在另一个示例中，心轴仅在从尖端延伸到断裂端时可以完全延伸穿过工件。

在另外的示例中，fsbr接合方法包括提供具有尖端和凹口的心轴。心轴延伸穿过具有头部的柄部，该头部具有最外点和与最外点相对的表面。确定包括心轴转速(ω)、心轴强度以及从尖端到凹口的距离d凹口的参数。机器被设定为使用这些参数进行操作并且向工件施加fsbr。操作该机器以使尾部从心轴断裂，使得心轴从尖端延伸到断裂端，并且使得断裂端被设置在头部内。

在另一个示例中，确定这些参数可以包括测试心轴转速(ω)，并且可以包括通过施加心轴以穿透工件并且然后拉回心轴以使其尾部断裂来测试进给速率(v)。然后可以确定柄部主体是否由于屈曲而发生变形，诸如形成环形部分。当确定发现变形尚未发生时，通过降低ω和/或增大由机器赋予的v来调整伪热指数。

在另一个示例中，确定这些参数可以包括通过使fsbr进行包括断裂的剪脱测试并且识别心轴是否剪切来测试心轴强度。当确定发现心轴已经剪切时，心轴的强度增大。

在另一个示例中，确定这些参数可以包括通过将断裂端的可接受位置的范围限定为在柄头的最外点与抵靠工件的柄头的表面之间的范围来测试距离d凹口。然后可以评估距离d凹口以通过计算l心轴至柄部来确定断裂端是否在该范围内，其中l心轴至柄部＝d拉动-(d进给-d凹口)，d拉动是心轴被拉动以压缩柄部的距离，d进给是心轴进给以穿透工件的距离，并且d凹口是从尖端到凹口的距离。

在另一个示例中，当计算结果为l心轴至柄部＜0时，可以增大d凹口以将心轴的断裂端移动到该范围内。

在另一个示例中，当计算结果为l心轴至柄部＞d头部时，可以降低d凹口以将心轴的断裂端移动到该范围内。

在另一个示例中，夹具致动器夹紧到心轴上，并且线性致动器使心轴朝工件前进。当力传感器记录指示心轴与工件接触的力增大时，旋转致动器以心轴转速ω操作，并且线性致动器使心轴以进给速率v前进。当柄头与工件接触时，线性致动器停止前进。心轴的位移被记录为进给距离值d进给。线性致动器将心轴拉回，并且当尾部发生断裂时，心轴的拉回位移被记录为d拉动的值。

在另一个示例中，在尾部断裂后，使用d进给和d拉动的值来计算l心轴至柄部的值：其中l心轴至柄部＝d拉动-(d进给-d凹口)，并且d凹口是从尖端到凹口的距离。从柄头最外点到表面的距离被限定为d头部。当计算导致0≤l心轴至柄部≤d头部时指示令人满意的质量。

在其它示例中，提供了一种用于接合工件的fsbr接合系统。心轴具有形成尖端的头部，杆从头部延伸。杆具有形成凹口的狭窄部分，该凹口被配置为使得心轴的尾部在暴露于拉伸负荷时在凹口处断裂。心轴在断裂后从尖端延伸到断裂端。柄部还具有头部，该头部具有从头部延伸的主体，并且该柄部具有被限定穿过柄部的通孔。柄头包括形成接触第一工件的表面的肩部。头部具有与表面相对的最外点，该最外点是距离第一工件最远的头部的一部分。头部的最外点与表面之间的范围被限定为d头部。当心轴和柄部穿透工件时，壁从第二工件突出并且形成在主体周围。该壁具有通过工件与心轴和柄部相互作用而形成的尺寸，其中该尺寸由心轴旋转的转速和/或心轴前进的进给速率控制。控制尺寸以使得当通过拉动心轴将心轴头部压靠在主体上时使主体变形。

在另一个示例中，柄部主体可形成环形部分，该环形部分在心轴头部被压靠在柄部主体上时由于屈曲变形而向外凸出。

在另一个示例中，凹口可以形成为与尖端相距距离d凹口，使得心轴的断裂端被设置在该范围内，并且心轴完全延伸穿过两个工件。

在另一个示例中，心轴可以相对于柄部定位，如由l心轴至柄部限定，其中l心轴至柄部＝d拉动-(d进给-d凹口)，d拉动是心轴被拉动以压缩柄部的距离，d进给是心轴进给以穿透工件的距离，并且d凹口是从尖端到凹口的距离。

附图说明

下文将结合以下附图描述示例性实施例，其中相同标号表示相同元件，且其中：

图1是根据各种实施例的fsbr接近待接合的工件的横截面图示；

图2是根据各种实施例的图1的fsbr的横截面图示；

图3是根据各种实施例的fsbr的横截面图示；

图4是根据各种实施例的fsbr的横截面图示；

图5是根据各种实施例的穿透工件的图1的fsbr的横截面图示；

图6是根据各种实施例的心轴从图1的fsbr断裂的横截面图示；

图7是根据各种实施例的固定工件的图1的fsbr的横截面图示；

图8是根据各种实施例的施加到工件的示例性fsbr的横截面图示；

图9是根据各种实施例的施加工件的图1的fsbr的横截面图示；

图10是根据示例性实施例的固定工件的图8的fsbr的横截面图示；

图11是根据各种实施例的固定工件的图9的fsbr的横截面图示；

图12是根据各种实施例的图1的fsbr的横截面图示；

图13是根据各种实施例的固定工件的图12的fsbr的横截面图示；

图14是根据各种实施例的固定工件的图12的fsbr的横截面图示；

图15是根据各种实施例的固定工件的图12的fsbr的横截面图示；

图16是根据各种实施例的通过机器并且在心轴断裂前施加到工件的图1的fsbr的横截面图示；

图17是根据各种实施例的通过机器并且在心轴断裂后施加到工件的图1的fsbr的横截面图示；

图18是根据各种实施例的用于图16和17的fsbr的回缩力相对于心轴位移的图形表示。

图19是施加到工件并且暴露于剪切负荷的示例性fsbr的横截面图示；

图20是施加到工件并且暴露于剪切负荷的图1的fsbr的横截面图示；

图21是施加到工件并且暴露于剪切负荷的图1的fsbr的横截面图示；

图22是图17和18的fsbr的各种示例的负荷相对于位移的曲线图；并且

图23是根据各种实施例的fsbr工艺的流程图。

具体实施方式

以下详细描述本质上仅仅是示例性的，并且不旨在限制应用或其用途。另外，不存在被任何前述的技术领域、引言、摘要或具体实施方式中提出的任何表述的或暗示的理论约束的意图。

在产品装配中，有效接合部件的挑战包括提供有效的处理和足够的接合强度。另外，确保接头质量的能力是所需的。根据以下描述，fsbr系统和方法提供具有期望强度和有效质量监测能力的接头。参考图1，提供fsbr20以用于经由fsbr系统25维持两个或更多个工件22、24的固定相对位置。虽然被称为工件22、24，但是应当注意的是，fsbr系统25不限于涉及两个单独零部件的应用，而且也适用于接合单个结构的任何数量的零部件或两个或更多个零部件。因此，术语工件用于参考要接合的多个零部件，无论是分离的还是连续的，并且不管数量如何。工件22、24可以是需要接合在一起的任何元件，并且可以由任何合适的材料构成。在本示例中，工件22、24中的一个或两个可以由轻质材料构成，该轻质材料诸如铝合金或聚合物复合材料。fsbr系统25可以与其它材料和不同材料的工件一起使用。在各种示例中，fsbr系统25牢固地接合各种材料的工件，目的是简化对齐、最小化变形和/或提供足够的强度。本示例的fsbr系统25通常包括心轴26和柄部28，它们协作以将工件22和24固定在一起。心轴26和/或柄28可以由任何数量的材料制成，这些材料包括但不限于：塑料、复合材料、金属(例如，铝合金、不锈钢、低碳钢等)或具有聚合物的金属或陶瓷涂层。

在各种示例中，心轴26包括头部30和从头部30延伸到远端34的杆32。杆32是细长元件，其具有与头部30接合的近端36。杆32从近端延伸到远端34。杆32可以具有沿着其长度在尺寸/直径上变化的各种圆形或其它形状的横截面。杆32具有从近端34开始并且部分地沿着杆32朝向远端34延伸的部分38。部分38是实心的并且通常为圆柱形，其中外周边40限定沿着部分38的长度一致的直径。杆32的另一个部分42从部分38朝向远端34延伸。部分42具有限定沿着其长度直径一致的外周边44，该直径大于部分38的直径。在部分42与部分38相对的附近，杆32具有狭窄部分46，其形成凹口47，该凹口为环形形状以便具有小于部分38和42的直径，从而沿着杆32形成弱点。尾部48在狭窄部分46与远端34之间延伸。尾部48具有沿着其长度限定一致直径的外周边50。尾部48的直径可以与部分42的直径相同。

在各种示例中，心轴26包括头部30，其从杆32径向向外延伸，从而形成具有表面54的肩部52，该表面54为环形形状并且大致面朝远端34的方向。头部30具有限定直径的外周边56，该直径大于部分38和42的直径。头部30在其前表面62上具有圆形形状。

另外参考图2，在各种示例中，柄部28通常包括主体64和头部66。心轴26的头部30可以被称为第一头部，而柄部28的头部66可以被称为第二头部。柄部28具有通孔68，其延伸穿过主体64和头部66并且通过其容纳心轴26。主体64从端部70开始并且延伸到头部66。主体64具有外周边72，该外周边限定了从端部70到头部66沿着其长度一致的直径，从而限定了呈中空圆柱体形式的圆柱形主体64。头部66具有大致上环形形状，其具有外周边74，该外周边限定大于主体64的外径的直径。头部66形成具有面朝端部70的环形表面78的肩部76。头部66的相对表面80通常为圆形形状。心轴26通过通孔68容纳，使得主体64的端部70可以在肩部52处与心轴26的环形表面54接合。当如此设置时，部分38、部分42和凹口47完全位于通孔68内，而尾部48部分地延伸进入通孔68并且从其中向外延伸。

在各种示例中，心轴26具有头部30，其具有如图1和2中所示的圆形尖端。在其它示例中，心轴头部可以具有不同的形状，诸如促进在工件22、24中形成开口。例如，心轴26可具有带锋利尖端的头部，以在需要时更容易地切割穿过工件。如图3中所示，心轴26具有带尖端81的头部79，该尖端为尖状以便容易穿透工件22、24。在如图4中所示的另一个示例中，心轴26包括具有尖端85的头部83，该尖端包括开口穿过其前端的腔体，使得围绕腔体形成环形壁。在环形壁的端部处，在尖端85的前端处提供环形切割边缘以切割穿过工件22、24。具有尖端81、85的头部79、83可与心轴26一起使用，其中期望锋利特征切割穿过工件。

再次参考图1，在各种示例中，工件22、24被放在一起并且被放置成使得它们与工件22的与工件24的表面84配合的表面82重叠。配合表面82、84可以仅包含工件22、24的一部分，这些工件可以在任何方向上彼此分开延伸。在一些示例中，工件22、24可以彼此间隔开或者可以包括任何数量和类型的工件。工件22、24被呈现给fsbr20而没有准备好导向孔。因此，不需要形成或对齐穿过工件22和24的孔。在如图5中所示的多个示例中，机器90可以用于固定fsbr系统25。在图5的截面图示中，为了简单和清楚起见，省略了交叉影线。机器90包括夹具92、94，其在心轴的外周边50处接触心轴26，并且赋予指向工件22的旋转输入96和平移进给速率98。头部30接触工件22，其中当fsbr20被驱动进入工件22、24中时，由进给速率98和旋转输入96产生的头部30与工件22、24之间的力和摩擦热将材料移位。进给速率98继续，使得头部66、具体是环形表面78接触工件22。结果，柄部28的主体64延伸穿过工件22和24，心轴26的端部70和头部30在与头部66和夹具92、94相对的一侧上从工件24中伸出。由于摩擦引起的热效应和挤出，来自工件24的材料被fsbr20移位并且在主体64周围聚集，形成环绕主体64的壁100。壁100是工件22和/或24的一部分并且朝主体64的端部70延伸。壁100可以与主体64融合并且刚性地将主体64相对于工件22、24保持就位。

当摩擦搅拌动作完成时，进给速率98和旋转输入96停止，并且如图6中所说明，通过从工件22拉离夹具92、94向心轴62、24施加拉回力102。在图6的截面图示中，为了简单和清楚起见，省略了交叉影线。当施加回拉力102时，头部66可以保持抵靠工件22。随着心轴尾部48缩回，它在凹口47处从心轴26的其余部分断裂。在施加回拉力的情况下，如图7中所示，头部30被拉向工件24，使得柄部28的主体64变形或屈曲，从而将工件锁定在一起。在图7的截面图示中，为了简单和清楚起见，省略了交叉影线。头部30以及心轴26的部分38和42在通孔68内保持就位。已经发现，壁100的性质对fsbr系统25的剪切强度有影响。具体地，如果影响太大，则在拉回心轴26的操作期间，壁100阻止柄部28的主体64变形，这可能导致次优的机械锁定强度。

为了描述目的，参考图8，其示出了具有心轴106和柄部108的fsbr104。在图8的截面图示中，为了简单和清楚起见，省略了交叉影线。fsbr104被示为已穿透工件110、112。穿透操作导致当fsbr104移动通过工件110、112时来自这些工件的材料流动，导致环绕柄部108形成壁114。壁114从工件112延伸距离116。参考图9，其中相比之下，fsbr系统25形成了从工件24延伸距离118的壁100。在图9的截面图示中，为了简单和清楚起见，省略了交叉影线。距离118小于距离116。在一个具体示例中，距离116是5.80毫米，而距离118是4.08毫米。参考图10，在施加拉回力102且图8的fsbr104的心轴尾部断裂后，可以看到，壁114已经阻止了柄部108变形。在图10的截面图示中，为了简单和清楚起见，省略了交叉影线。柄部108保持大致笔直且呈中空圆柱体的形状。另外，心轴104的保持部分在通孔120内凹陷并且与头部122间隔开。参考图11，其中相比之下，图9的fsbr20具有壁100，其中在施加拉回力102且心轴尾部断裂后，柄部28的主体64以屈曲方式变形。在图11的截面图示中，为了简单和清楚起见，省略了交叉影线。更具体地，在拉回期间由头部30施加到端部70的力已经压缩了主体64，从而形成环形部分124，该环形部分远离通孔68向外隆起并抵靠工件24。心轴26的其余部分(保持心轴105)在通孔68内凹陷的程度明显小于图10的示例。已经发现该结果是由于壁100与壁108相比相对较小而引起的。

已经发现壁100、108的形成可通过改变工件22、24的片材的流动性来控制。这是通过使用以下等式根据伪热指数(phi)调整热输入来实现的：

其中ω是以每分钟转数(rpm)为单位的心轴转速，并且v是以毫米/秒为单位的心轴的进给速率。

具有较高热输入的phi导致更大的材料流动性，并且导致更多材料形成更大和更长的壁。因此，降低用于较低热量输入的phi已经发现减少了形成壁100的材料的量和壁100的长度118。phi与壁100的尺寸和长度之间的这种直接相关性提供了控制壁100的尺寸的能力。控制壁100的长度可以用于提供柄部28的优选变形以及所安装的fsbr系统25的更大的强度。phi可以通过降低ω或者通过增大v来降低。例如，在图10的fsbr104的情况下，在穿透工件110和112的处理期间，使用1600的phi、12000rpm的ω以及9mm/s的v。在图11的fsbr20的情况下，在穿透工件110和112的处理期间，使用900的phi、9,000rpm的ω以及9mm/s的v。因此，与图10的结果相比，3000rpm的速度降低导致图11的fsbr系统25的壁100较小/较短和柄部28变形。

参考图12和13，返回到在尾部48断裂后保持心轴105在通孔68中凹陷的距离。在图12和13的截面图示中，为了简单和清楚起见，省略了交叉影线。心轴26包括凹口47，其确定断裂后尾部48与保持心轴105之间的断裂点。如图12中所示，凹口47在断裂前的初始位置将其放置在通孔68中的柄部28内。作为参考，凹口47的位置可以由从凹口47的中心132(最窄点)到头部30的前表面62上的尖端134的距离130来表达。距离130也可以被称为d凹口。距离130是确定保持心轴105的相对于柄部28的断裂端136的位置的一个因子。用于限定断裂端136的位置的参考是从头部66的最外点140到肩部76的表面78的距离138，被称为d头部。距离138也可以被描述为头部66在轴向方向154上的厚度。已经发现，控制凹口47在心轴26中的相对位置(d凹口)优化了fsbr系统25的剪切强度。具体地，调整d凹口以确保保持心轴105的断裂端136在柄部28的头部66的最外点140与肩部76的表面78之间的范围139内。范围139包括该距离d头部内的任何点。调整将断裂端136从工件22的外表面142向外放置。效果是保持心轴105完全延伸穿过工件22和24。

参考图14和15，工件22、24的堆叠的允许厚度变化可以被称为fsbr20的抓握范围t。在图14和15的截面图示中，为了简单和清楚起见，省略了交叉影线。抓握范围t是工件22的外表面142与工件24的外表面144之间的距离。在图14的情况下，最小堆叠146(抓握范围t的下限)将断裂端136放置在与头部66的最外点140相同的水平面上。这确保了断裂端136在范围139内并且不会突出超过头部66，否则该头部可以形成支撑点。最小堆叠146可以被称为t最小。在图15的情况下，最大堆叠148(握持范围t的上限)将断裂端136放置在与肩部76的表面78相同的水平面上，抵靠工件22的外表面142(与该外表面处于相同水平面)。这确保了断裂端136在范围139内并且不会在外表面142下方凹陷(如所观察的)。最大堆叠148可以被称为t最小+d头部。因此，抓握范围t可以被表达为：

t最小≤t≤t最小+d头部。

在将凹口47的位置识别为fsbr系统25的剪切强度的因子之后，可以利用该因子来提供接头质量的实时监测。参考图16和17，机器90配备有控制系统150。在图16和17的截面图示中，为了简单和清楚起见，省略了交叉影线。轴向方向154被限定为平行于心轴26的长度以及朝向和远离工件22、24的方向。距离传感器152监测夹具92、94在轴向方向154上的位移。例如，可以使用涡流、超声波、光学或其它传感器类型。力传感器156监测心轴26在轴向方向154上的负荷。例如，可以在夹具92、94上使用拉力/张力传感器。在一些实施例中，当机器90对柄部28的头部66施加相反力时可以使用测力传感器，或者可以使用拉伸和压缩负荷传感器的组合。提供夹具致动器158(其可以是线性致动器)以收缩和扩大夹具92、94来夹紧或释放心轴26。提供线性致动器160以使夹具92、94和fsbr20相对于工件22、24在轴向方向154上前进和缩回，包括实现平移进给速率98。旋转致动器162选择性地驱动夹具92、94和fsbr20以提供旋转输入96。控制系统150包括电子控制器164。电子控制器164包括至少一个处理器166和计算机可读存储装置或介质168。处理器166执行电子控制器164的计算和控制功能，并且可包括任何类型的处理器或多个处理器、诸如微处理器等单个集成电路，或协同工作以完成处理单元的功能的任何合适数量的集成电路装置和/或电路板。在操作期间，处理器166执行可以包含在存储器内的一个或多个程序，并且因而在执行本文描述的过程时控制电子控制器164和控制器164的计算机系统的一般操作。计算机可读存储装置或介质168可以使用诸如prom(可编程只读存储器)、eprom(电prom)、eeprom(电可擦除prom)、闪速存储器等许多已知的存储器装置中的任一个或者能够存储数据的任何其它电子、磁性、光学或组合存储器装置来实施，其中的一些数据表示由电子控制器164用于控制机器90的可执行指令。指令可以包括一个或多个单独的程序，每个程序包括用于实施逻辑功能的可执行指令的有序列表。指令在由处理器166执行时接收并处理来自传感器152、156的信号，执行用于自动控制机器90的逻辑、计算、方法和/或算法。处理器166产生用于致动器158、160、162的控制信号以基于逻辑、计算、方法和/或算法来自动地控制机器90的部件。应当理解和明白的是，电子控制器164将监测心轴26的位移和轴向力，并且在进行fsbr工艺期间致动夹具致动器158、线性致动器160和旋转致动器162，如下面进一步描述的。另外，电子控制器164可以执行多种监测和控制功能中的任一种。例如，控制系统150可以经由电子控制器164利用工艺参数来设定/重置或者处理不同厚度的工件材料堆叠。控制系统150可以经由电子控制器164监测工艺参数并且以信息、警报或其它方式提供输出。

参考图16和17，提供了正在进行的质量监测和诊断能力。具体地，处理器166在尾部48断裂后计算保持心轴105在接头中的位置。保持心轴105的断裂端136与柄部28的肩部76的表面78之间的距离170(l心轴至柄部)由以下计算来确定：

l心轴至柄部＝d拉动-(d进给-d凹口)

其中：

d拉动是从初始位置171到终点位置173的距离，在尾部48的拉回和断裂期间，心轴26在轴向方向154上被拉动的距离，并且被指示为拉回位移172；并且

d进给是心轴26从在位置175处首次接触工件22前进直到在位置177处完成穿透行程的距离，并且被指示为穿透位移174。

另外参考图18，在垂直轴线176上用力说明了夹具92、94和抓握心轴26的力/位移并且在水平轴线178上说明了位移的曲线图。通过使用曲线180在多个实施例中确定拉回位移172(d拉动)。在夹具92、94发起拉回前，在点182处力和位移都为零。当发起开始时，随着心轴26在轴向方向154上移动，力升高。曲线180的力的变化率降低并且在尾部48断裂前，力在区段183处下降。在点184处断裂时，尾部48与保持心轴105分离，并且力在沿着水平轴线178从原点的位移(限定d拉动172)处垂直地下降。电子控制器164通过在工件穿透行程期间监测距离传感器152来确定d进给。d凹口的值从fsbr20的设计中已知，被编程到计算机可读存储装置或介质168中，并且被处理器166访问以执行(l心轴至柄部)计算。

参考图19到22，表明了fsbr系统25的性能。在图19、20和21的截面图示中，为了简单和清楚起见，省略了交叉影线。在图19的情况下，示出了图10的fsbr104，其中心轴106的保持部分在柄部108内凹陷，使得其端部186在底部工件112的表面188下方。换句话说，心轴106的保持部分凹陷，使得其不能延伸到工件110中或柄部108的头部122中，而是在范围139之外。剪脱负荷190以相反方向施加到工件110和112。如图19中所示，fsbr104接头的断裂模式需要剪切柄部108。参考图22，剪脱测试结果以沿着垂直轴线192的以千牛顿为单位的负荷和沿着水平轴194的以毫米为单位的位移示出。图22以图形方式描绘了用于fsbr104型接头的剪脱测试的五个示例的结果。这五个示例由曲线196示出。可以看出，对于fsbr104型接头，最大负荷在大约2.2千牛顿到2.6千牛顿的范围内，在每种情况中都导致如图19中所示的柄部剪切。图20示出了具有所施加的剪脱负荷190的fsbr系统25。图22还以图形方式描绘了对fsbr系统25型接头的剪脱测试的五个示例的结果。这五个示例由曲线198示出。可以看出，对于fsbr系统25型接头，最大负荷在大约3.5千牛顿到4.0千牛顿的范围内。在fsbr系统25型接头的测试中没有发生柄部剪切。相反，断裂模式需要如图21中所示的fsbr拉出型断裂。从曲线198中可以看出，与用于fsbr104型接头的曲线196相比，这种拉出类型的断裂在明显更大的位移内导致负荷耗尽。对于fsbr系统25型接头，保持心轴105在剪脱应力期间支撑柄部28。可以优化心轴的硬度/强度，以确保心轴26具有足够的强度以在剪脱负荷下支撑柄部28，以便避免柄部剪切型断裂。

如图23中所描绘，用于fsbr系统25的fsbr接合工艺200包括发起或开始步骤202。例如，在各种实施例中，当需要fsbr接合时，可以发起fsbr接合工艺200。应当明白的是，工艺200可以使用在步骤102前后形成的数据、信息或产品。另外，工艺200的多个步骤可以独立地发起和/或可以在开始生产设定fsbr接合工件之前执行。前进到步骤204，选择热输入(phi)、心轴强度和d凹口参数的值。可以基于经验、建模或其它方法来选择这些值以开始测试选定参数的工艺。phi参数包括选择心轴转速ω和进给速率v。转到步骤206，为了测试热输入参数，诸如通过使用以在步骤204处选择的参数设定的机器来向工件22、24施加fsbr20。前进到步骤208，机器90发起拉回，并且尾部48从保持心轴105断裂。在步骤210处，确定壁100是否形成为使得主体64发生可接受变形。例如，该确定可以包括识别是否发生由于屈曲而形成环形部分124。这可以通过分段和检查在步骤206到208中形成的物理接头来确定。如果在步骤210处确定为否定，意味着主体64诸如由于壁100太大而没有变形，则工艺200进行到步骤211，在步骤211中调整热量。例如，心轴转速ω可以降低以减小壁100的尺寸。工艺200然后返回到步骤206并且重复步骤206到211，直到在步骤210处做出肯定确定。

在步骤210处的肯定确定后，工艺200进行到步骤212，在步骤212中，发起对心轴26强度参数的检查。例如，在步骤206到208处产生的fsbr接头可以进行包括断裂的剪脱测试。在断裂后，工艺200进行到步骤214，在步骤214中确定保持心轴105是否承受了剪切应力。例如，可以物理地检查断裂的接头以识别保持心轴105是否承受了剪切应力。在确定为否定并且保持心轴105已被剪切的情况下，工艺200进行到步骤215，并且诸如通过选择由较强材料制成的心轴26来增加心轴强度。工艺从步骤215返回到步骤206并且工艺继续。可以重复步骤206到215，直到在步骤214做出肯定确定并且心轴26未剪切。步骤214还用于诸如通过检查断裂模式是否涉及拉出检查整个fsbr系统25。

在步骤214处的肯定确定后，工艺200进行到步骤216，在步骤216中，发起对d凹口的检查。例如，该确定可以手动进行，或者由机器90自动进行。工艺200进行到步骤218，在步骤218中，例如可以针对保持心轴105的断裂端136是否在范围139内来评估距离130。该确定可以通过物理地检查所形成的接头来进行。该确定也可以通过计算如上所述的l心轴至柄部来进行。例如，机器90可以用于在步骤206到208处形成接头期间执行计算。l心轴至柄部＜0的计算结果意味着保持心轴105的断裂端136过度地凹陷到通孔68中，并且确定结果为否定。类似地，l心轴至柄部＞d头部的计算结果意味着保持心轴105的断裂端136从通孔68中突出，并且确定结果为否定。当在步骤218处确定为否定时，无论是手动还是自动实现的，工艺200都进行到步骤220，在步骤220中调整距离130以在范围139内移动d凹口。例如，如果断裂端136突出，则d凹口减小，并且如果断裂端136过度凹陷，则d凹口增大。工艺200从步骤220返回到步骤206。可以重复步骤206到220，直到在步骤218处做出肯定确定并且然后工艺200进行到步骤222，在步骤222中，将已验证参数的值诸如记录在计算机可读存储装置或介质168中。应当明白的是，确定热输入(phi)、心轴强度和d凹口的参数可以任何顺序完成，可以并行进行，和/或可以在生产环境之前完成。另外，当通过重复的否定确定循环测试一个参数时，可以省略其它参数的重复步骤。

工艺200进行到步骤224，在步骤224中，使用在步骤222处记录的参数将机器90设定为生产运行，并且进行到步骤226，机器90正准备运行。工艺200进行到步骤228，在步骤228中，确定机器90是否要操作。例如，操作员是否激活了启动按钮。当在步骤228处确定为否定时，该工艺可以在步骤230结束，并且可以在任何时间在步骤226重新发起。当在步骤228处确定为肯定时，工艺200进行到步骤232并且向工件22、24施加fsbr20。电子控制器164向夹具致动器158发起信号以夹紧到心轴26上，然后夹紧到线性致动器160上以朝工件22前进。电子控制器164发信号通知线性致动器160使夹具92、94以在步骤206到211处确定并且从计算机可读存储装置或介质168中调用的进给速率v前进。电子控制器164监测力传感器156，并且在与工件22接触时(经由力增加记录)，电子控制器164发起信号来以在步骤206到211处确定并且从计算机可读存储装置或介质168中调用的转速ω启动旋转致动器162。在其它示例中，当心轴26接近工件22时(通过距离传感器152识别)，电子控制器164发起信号以启动旋转致动器162。工艺200进行至步骤234，并且电子控制器监测距离传感器152和力传感器156。如力增加所指示，当头部66、具体是表面78接触工件22时，电子控制器164发信号通知线性致动器160停止前进，并且将进给距离174作为d进给的值记录在计算机可读存储装置或介质168中。电子控制器164发信号通知旋转致动器162停止。电子控制器164发信号通知线性致动器160拉回夹具92、94并且继续监测距离传感器152和力传感器156。当尾部48发生断裂时，电子控制器将拉回位移172作为d拉动的值记录在计算机可读存储装置或介质168中。

在断裂后，工艺200进行到步骤236，在步骤236中，处理器166从计算机可读存储装置或介质168访问d进给和d拉动的值。处理器166使用上述等式来计算l心轴至柄部的值。工艺200进行到步骤238，在步骤238中确定保持心轴105相对于柄部28的位置是否在可接受范围139内。l心轴至柄部＜0的计算结果意味着保持心轴105的断裂端136过度地凹陷到通孔68中，并且确定结果为否定。类似地，0≤l心轴至柄部≤d头部的计算结果意味着保持心轴105的断裂端136从通孔68中突出，并且确定结果为否定。当在步骤238处确定为否定时，工艺200进行到步骤224，在步骤224中可以调整机器90和/或fsbt20。一旦机器设置/工艺参数被修正，工艺200就可以恢复操作。在步骤238处，只要确定为肯定，意味着正在生产合格的零部件，该工艺就会循环步骤228到238直到生产运行完成。例如，机器90的操作员可以激活停止按钮，并且工艺在步骤230处结束。

虽然前述详细描述中已经提出了至少一个示例性实施例，但是应当明白的是，存在许多变化。还应当明白的是，示例性实施例或多个示例性实施例仅是示例并且不旨在以任何方式限制本发明的范围、实用性或配置。实情是，前文详细描述将给本领域技术人员提供用于实施示例性实施例或多个示例性实施例的便捷指引。应当理解的是，在不脱离所附权利要求书和其合法等同物的范围的情况下，可对元件的功能和布置作出各种改变。