[发明专利]铆接方法

说明书

一种铆接方法，包括提供具有头部和从其向下悬垂的柄的铆钉，该柄终止于尖端并且是中空的，以限定铆钉内部，在铆钉内部内至少部分地接收插入件，将铆钉和插入件放置在工件的与模具相对的一侧上，使用冲头沿着中心轴线在力的作用下将铆钉和插入件朝着模具驱动并进入工件，以及使用模具使力反作用以使铆钉向外张开并与工件互锁。

本发明涉及一种铆接方法，并且特别地涉及一种使用自冲铆钉和插入件的铆接方法。

自冲铆钉用于通过形成机械互锁来连接一层或多层材料。这种铆钉通常包括头部和部分中空的柄。在使用期间，待接合的材料层彼此叠放并置于模具上方。在诸如铆钉设置器的设置设备的作用下，铆钉从与模具相对的一侧被驱动到材料中。通常，模具和设置设备将经由C形框架连接在一起，并作为单个单元提供(尽管并非总是如此)。模具的几何形状使得它能够在垂直于材料层的方向上抵抗设置设备的力，同时促进铆钉柄的向外张开(flaring)。当铆钉柄张开时，铆钉的尖端起到将材料层压靠在铆钉头部上的作用，以形成防止铆钉和材料层分离的机械互锁。优选地，当铆钉头部与材料的上层齐平时，接合的形成完成。在常规铆接中，在插入铆钉之前首先必须在板材中钻一个孔，然后使其凸出的端部镦粗(upset),与常规铆接相比，在连接过程中使用自冲铆钉减少了生产步骤的数量。

自冲铆钉可用于连接多种材料。例如，通常与粘合剂结合使用的自冲铆钉已在汽车工业中获得了巨大的商业成功，以用于连接轻质和高延展性的材料，例如用于车身面板的铝。近来，由诸如钢之类的更坚固的材料制造这种面板变得期望。可能期望将铆钉插入到包括抗拉强度超过550MPa的先进高强度钢(AHSS)的工件中，和/或插入到可能具有抗拉强度至少为800MPa的超高强度钢(UHSS)的工件中。但是，由于接合的材料的强度增加，因此必须使用更坚固的铆钉以确保该铆钉能够穿透AHSS或UHSS。已经发现，尽管可以提供足够强度的铆钉以穿透AHSS或UHSS，但是这种铆钉和接合的材料的延展性降低导致铆钉的张开有限。由于铆钉的张开有限，因此无法在铆钉和工件之间实现牢固的互锁。另外，在铆钉和接合的材料中都可能产生极高的应力。如此高的应力可能导致铆钉或所接合的材料破裂。这削弱接合的结构稳定性，并使接合容易受到渗水的腐蚀。因此，期望提供一种改进的方法来接合高强度和低延展性的材料，例如AHSS和UHSS。

本发明的一个目的是消除或减轻现有技术中存在的高强度材料的自冲铆接的缺点，无论是在上面还是在其他地方指出的。本发明的另一目的是提供一种用于自冲铆接的替代方法。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种铆接方法，其包括提供一种具有头部和从其向下悬垂的柄的铆钉，该柄终止于尖端并且是中空的，以限定铆钉内部，在铆钉内部内至少部分地接收插入件，将铆钉和插入件放置在工件的与模具相对的一侧上，使用冲头沿着中心轴线在力的作用下将铆钉和插入件朝着模具驱动并进入工件，以及使用模具使力反作用以使铆钉向外张开并与工件互锁。

当铆钉和插入件靠着模具被驱动到工件中时，插入件为铆钉提供了额外的强度。这在工件包括超高强度材料(例如UHSS)的应用中特别有利。将理解的是，当工件由超高强度材料制成时，为了刺穿和/或穿透工件，可以使用也由超高强度材料构成的铆钉(尽管在一些实施例中，插入件提供的额外强度将允许使用较软的铆钉)。然而，通常，这种超高强度材料表现出相对较小的延展性，并且因此更难变形以形成牢固的接合。然而，由于使用了接收在铆钉内部内的插入件，因此即使使用这种超高强度材料，本发明的方法也能够引起铆钉张开。

在铆钉由超高强度材料构成的情况下，其天然的抗变形能力将导致其尝试恢复未变形的形状(例如，由于其自身的弹性)。这种天然的抗变形能力通常会导致在形成的接合内的铆钉和工件材料中保留较高的内应力，这已知会导致裂纹的形成，其可能在结构上严重削弱接合和/或使其易于腐蚀。然而，在形成的接合内插入件的存在能够吸收铆钉的一些弹性压缩以从内部支撑铆钉。这减少了在形成接合之后保留在铆钉和工件中的内部应力(即残余应力)。这样，可以避免裂纹形成的问题。