[发明专利]摩擦搅拌盲孔铆钉接合系统和方法

说明书

提供了用于接合工件的摩擦搅拌盲孔铆钉系统和方法。FSBR接合系统包括具有形成尖端的头部的心轴。杆从头部延伸并且具有形成凹口的狭窄部分。心轴的尾部被配置为在凹口处断裂，从而形成断裂端。柄部也具有头部和主体，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。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。

技术领域

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。

发明内容

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。