[发明专利]形成铆接接合的方法

说明书

根据本发明的第一方面，提供了一种形成铆接接合的方法，这种方法使用自冲铆钉，铆接接合包括UHSS层和非UHSS层，自冲铆钉包括头部和柄，柄的顶部的外径大于在插入铆钉之前柄的底部的外径，该方法包括将自冲铆钉推入UHSS层，使得柄的下部从UHSS向外张开并切出料块，以及将自冲铆钉的张开的柄和料块推入非UHSS层，使得非UHSS层变形至模具凹部中并围绕张开的柄的外表面流动。

本发明涉及一种接合包括超高强度钢(UHSS)的工件的方法，并且还涉及相关联的铆钉。该方法可以用于将UHSS片接合至非UHSS片(例如，诸如铝的更软且更易延展的材料片)。

自冲铆钉是一项成熟的技术，并且自冲铆钉与粘合剂结合使用，以将金属工件连接在一起。自冲铆钉用于汽车行业，以将铝制汽车面板连接在一起。由于铝相对柔软且易延展，因此，铝特别适合使用自冲铆钉进行连接。在使用自冲铆钉所形成的典型接合中，可将两片重叠的材料片放置在适当形状的模具上。自冲铆钉被插入材料片。铆钉的柄穿过上层材料，然后在进入下层材料片并靠近模具时向外张开(flare)。当柄向外张开时，其延伸到下层片中，使得下层片的材料包住柄的张开部分。这在铆钉和下层材料片之间提供牢固的接合。上层和下层材料片被牢固地保持在铆钉的头部和铆钉的张开柄之间，从而形成材料的牢固接合。在铆钉插入期间，下层材料片流入模具并形成材料的所谓圆头部(凸起的圆盘)。以这种方式连接铝片是有效且高效的，并且在汽车工业中广泛地在铝制车身车辆的制造期间使用。

尽管自冲铆钉在连接相对柔软和易延展的材料(例如铝)中非常有效，但这种自冲铆钉不太适合于连接较硬和较低延展性的材料(例如超高强度钢(UHSS))。UHSS可以被认为是指抗拉强度为800MPa或更高的钢。使用自冲铆钉在包括UHSS的工件中形成接合具有挑战性。这是因为UHSS的抗拉强度使得铆钉难以穿透UHSS。当试图将铆钉推入UHSS时，铆钉的柄会趋于塌陷。为了避免该问题，可将柄的壁做得更厚，以增加柄的断裂强度。这会使柄穿透UHSS而不产生弯曲。但是，如果铆钉的柄较厚，则在将其插入工件时会减少张开的程度。因此，铆钉和工件的最下面的材料片之间的接合可能是不充分的。

与接合包括UHSS片的工件有关的另一问题(特别是如果铆钉具有增加的柄壁厚度)是难以使UHSS的料块容纳在铆钉孔洞内。相反，UHSS料块可以保留在铆钉的柄的下方，并且可以通过铆钉向下推入工件。UHSS料块会挤压接合的最下面的片，直到该片变得过薄为止，在某些情况下，UHSS料块可能会切穿连接的最低表面。这些问题可能造成较差的连接质量。

当接合包括UHSS片的工件时避免铆钉柄塌陷的附加或替代方式是使用具有非常高的硬度(例如，530HV或更高的硬度)的铆钉。这允许铆钉穿入UHSS而不会发生塌陷。但是，具有很高硬度的铆钉相对较脆，并且在将其插入工件时经常会出现裂纹。这导致接合相对较弱，而且在接合承受动态载荷(例如，在车辆行驶时可能会遇到的)时容易损坏。

本发明的一个目的是提供一种克服与现有技术有关的缺点的接合工件的方法。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种使用自冲铆钉形成包括UHSS层和非UHSS层的铆接接合的方法，自冲铆钉包括头部和柄，在插入铆钉之前的柄的顶部的外径大于柄的底部的外径，该方法包括将自冲铆钉推入UHSS层，使得柄的下部向外张开并从UHSS切出料块，以及将自冲铆钉的张开的柄和料块推入非UHSS层，使得非UHSS层变形为模具凹部并绕张开的柄的外表面流动。

尽管柄在进入非UHSS层时已经张开，但通过使非UHSS层围绕张开的柄的外表面流动，本发明能够形成坚固的接合。这与常规的自冲铆钉连接方法相反，常规的自冲铆钉连接方法依赖于当柄进入工件的最下层时张开的柄。

从UHSS切出的孔可具有大于在插入铆钉之前柄的底部的外径的直径。柄的顶部的外径可能足够大以在柄的圆周周围提供与UHSS层的接触。这是有利的，因为当存在铆钉柄与柄的圆周周围的UHSS层之间的接触时，该接触防止湿气进入接合。由于湿气可能会导致腐蚀，所以这种湿气是不期望的。