[发明专利]自冲铆钉间隙孔

说明书

一种将多个材料层附接到一起的系统，包含自冲铆钉、具有装配中自冲铆钉可以通过的间隙孔的层以及自冲铆钉至少部分地插入的没有间隙孔的层。该系统可以包括没有间隙孔的第三层。该系统也可以包括三层，其中间隙孔形成在中间层内。如果间隙孔在中间层内形成，间隙孔的宽度大于自冲铆钉的直径，从而避免铆钉和中间层之间的接触。具有间隙孔的层可以是例如钢的硬质材料。多层中的一层或多层可以是难以刺穿或在刺穿的情况下会受损伤的材料。

技术领域

本发明构思总体涉及自冲铆接系统。尤其地，本发明构思涉及一种利用自冲铆钉的系统，其中在铆接之前间隙孔在多层之一形成。

背景技术

汽车制造业不断地面临各种领域的新挑战，包括车辆安全性、可靠性、耐久性以及成本。出于环境和成本的双重原因，也许汽车行业目前面临的最大挑战是在不影响安全性、动力或耐久性的情况下提升燃油里程以减少碳排放并且增加燃料经济性的需求。在2011年，新的燃料经济性要求实施，该要求到2025年实现美国车辆每加仑平均54.5英里。随着该行业向那个目标年移动，对于不同尺寸的车辆的燃料年度经济要求将加强。

已经做出增加车辆燃料经济性的努力。这些努力可以分为两种途径：“供应”方面和“需求”方面。

在供应方面，注意力放在通过例如利用电力或混合动力电力传动系统来提高能量转换效率。此外，正在开发和采用新的车辆传动系统，包括较小的发动机以及具有多个齿轮和分动箱的更高效的变速器。包括启动-停止以及发动机气缸停用策略的其他技术在降低燃料消耗上也证明是有效的。具有多个齿轮的改进的变速器也是增加燃料消耗效率的重要因素。

在需求方面，尽管例如改进空气动力以及降低阻力的其他方面也是重要的，但关键是降低重量。传统车辆依靠钢组件，尤其是货车。在过去的100年里，大部分车辆的材料选择是钢。现在钢占据了平均车辆重量的约60％。

尽管钢在组分上有所改善，但无论何种类型的钢的重量仍然是显著的。也可能的是，当所利用的钢降低组件厚度时，车辆重量降低。但是，在某种意义上，不顾及所用钢材的等级而降低钢材厚度不再可行。利用高强度钢或高级高强度钢不能改变在不影响车辆性能的情况下而改善通过降低钢材厚度而降低车辆重量的程度是受限制的现实。

因此，随着汽车行业继续关注使车辆重量减轻从而满足顾客对燃料经济性的期望以及CAFE(统合燃料平均效能)要求，对于包括铝密集型车辆应用的可替代的材料的兴趣在增加。这是由于通过利用更轻的材料替代当前所用的钢件可以最直接地实现车辆重量的降低。但是，有限种类的材料可用作汽车钢的替代品。碳纤维是一种这样的材料，其重量轻并且强度高。

虽然碳纤维提供了一些性能优势，但是利用碳纤维代替钢质白车身是昂贵的并且使生产工艺变得相对较慢。

相应地，更多的注意力放在重量约为钢重量1/3的铝的利用上。铝对于车辆利用而言并非新的材料，并且铝已经作为铸造材料利用了超过100年。利用铝不仅提供了重量的降低，也带来了良好的碰撞性能。调查显示，在碰撞中铝可以表现的像传统钢一样并且显示出每磅能吸收低碳钢的两倍的碰撞能量的能力，具有良好的弯曲以及能量吸收特性。

在白车身结构，接合方法传统地依靠电阻点焊(例如在钢结构中)。在铝密集车辆以及其他混合金属接合应用的情况下，盛行自冲铆钉(SPR)技术。SPR技术的一个优势是该技术是高产量装配工艺。而且，它与粘结剂相兼容，在这种情况下可以利用两种方法的组合。

但是，SPR时常面临的挑战是载体材料难以冲入。这会导致铆钉断裂或弯曲，由此损伤接合的整体性。而且，在铆接时，载体材料会积累损伤，这对耐久性而言是不期望的。这样的一个示例是复合材料中的纤维分层。最终，当铆接材料和载体材料之间潜在地存在大电流时会引入腐蚀问题。由于时间以及暴露在周围环境状况下，这会降低接合的整体性。

正如车辆技术的诸多领域，总是存在通过自冲铆接提升材料的机械紧固的空间。

发明内容