[发明专利]冲压铆钉和将单组件彼此附接的方法及设备

说明书

一种用于将单组件彼此固定的冲压铆钉，其中至少一个组件是复合材料的工件形成的，冲压铆钉具有较大直径的法兰、较小直径的铆钉部和位于法兰的邻近铆钉部的一侧并环绕铆钉部的环状组件接触表面；铆钉部在其自由端具有用于刺穿两个组件的环表面，两个组件至少基本上与冲压铆钉的中央纵轴垂直，铆钉部还具有内部凹环表面，内部凹环表面形成从冲压铆钉的端面到铆钉部的空腔内部空间的过渡。在铆钉部的大致圆柱形外表面上具有平行于纵轴延伸的凸棱，凸棱优选地延伸到铆钉部的自由端面。此外，还要求保护一种方法。

技术领域

本发明涉及冲压铆钉（punch rivet）以及使用冲压铆钉将单组件（component）彼此附接在一起的方法，其中至少一个组件是由复合材料工件形成的。

背景技术

冲压铆钉是已知的，它们通常用于将金属片部件形式的两个组件固定在一起。为此目的，冲压铆钉具有较大直径的法兰（flange）、较小直径的铆钉部（rivet section）和位于法兰的邻近铆钉部的一侧并环绕铆钉部的环状组件接触表面（component contactsurface）。该表面经常是圆锥形表面，并且在将冲压铆钉压入两个组件期间，该表面被压入上部金属片部件的表面，法兰的远离铆钉部的一侧与上部金属片部件的上面侧平齐。

由在法兰方向上向内汇聚的圆锥形表面形成铆钉部的自由端。在圆锥形表面上施加力的结果是，导致铆钉部在压入期间以喇叭状（trumpet-like）方式展开，铆钉部不能刺穿第二个组件。由于铆钉部的喇叭状形状的楔作用（wedge action），组件被保持在一起，铆钉部填满组件的材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的冲压铆钉，适合于将至少两个板状组件彼此连接在一起，其中至少一个组件由纤维或织物增强塑料（fiber or fabric reinforcedplastic）组成，实现高质量的铆钉结合，确保组件间的高强度连接，不会有明显的危险存在，危险是指使用的冲压铆钉被拔出一个组件或多个组件或者在使用过程中发生不期望的疲劳效应。

通常关心将两个或三个组件（或最终甚至多个组件）彼此连接在一起，其中至少一个组件由纤维或织物增强塑料组成。例如，由一个这种复合材料的组件和一个金属组件组成，或由两个这种复合材料的组件组成，或由两个这种复合材料的组件和一个金属组件组成，或由三个所述复合材料的组件组成。

至今，只提出了少数提议，用于将所称的复合材料的组件机械结合在一起。这些提议中的大部分涉及将紧固元件（fastening element）或增强板植入个别组件中，这些组件可用惯常的紧固元件固定在一起。然而，这相对复杂、昂贵并且扰乱个别组件在生产中的工艺顺序。

US-B-7,160,047描述了螺栓元件（bolt elements）或螺母元件（nut elements）形式的紧固元件（fastener elements）附接到组件上，组件由复合材料组成，复合材料在那里定义为易碎的或弹性的成分，例如由具有空腔或孔的材料组成，诸如塑料、木材、泡沫金属，以及用空心体或塑料或另一种相对软的材料填充的金属，该金属可以以夹心结构或复合材料的形式存在，例如单层或多层结构的形式，多层结构具有例如两层金属或塑料层和上述物质或材料的核心。

本发明与那些由纤维或织物增强塑料尤其是那些热固性（duroplastic）塑料基质材料形成对比有关，本发明还适合与以金属片部件形式的工件一起使用。相比于US 7,160,047中定义的材料，本发明的工件相对硬且薄，因此在对这类材料附接紧固元件的处理中，需要考虑其他因素。

关于本发明中可以使用的复合材料的定义，解释如下：

应当理解，纤维或织物增强塑料指具有高强度纤维的复合材料，如芳纶、碳纤维或玻璃纤维，以相对短填充纤维或长细丝形式存在，或由细丝织造，并植入塑料的基质材料中。诚然，热塑性塑料材料可被用作塑料；然而，热固性塑料通常用于车身（coachwork）部件。相应的部件一般以面板形式存在，通常具有三维形状。