CN102203436A - 盲铆钉及其连接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及盲铆钉及其连接方法。本发明的连接方法适用于用一盲铆钉连接两个或更多工件。本方法包括：首先，将一盲铆钉设置于两个或更多工件重叠部分的一点，所述盲铆钉包括铆体和钉芯；其次，绕钉芯的纵轴旋转钉芯使其与重叠的工件相接触，以一定速度旋转重叠的工件塑化；然后使钉芯穿透塑化的重叠的工件，在所述工件中形成通孔；最后，捕获在钉芯穿透过程中被挖去的一部分重叠工件，并将铆体固定在通孔内连接所述重叠工件。本发明还涉及一种用于穿透和连接工件的盲铆钉。所述盲铆钉包括铆体，铆体包括一具有第一端，第二端和轴向通道钉杆，所述轴向通道在第一端和第二端之间穿过钉杆。盲铆钉还包括钉芯，所述钉芯包括一位于轴向通道内的轴和在所述轴一端的头部，头部用于与工件接触，其中，钉芯可以在接触工件并以一定速度绕其纵轴旋转使工件塑化以并穿过塑化的工件时，挖去塑化工件的一部分，并从工件上置换这部分在工件内形成一通孔。

Description

盲铆钉及其连接方法

技术领域

本发明涉及盲铆钉及其连接方法。

背景技术

搅拌摩擦焊接(FSW)是一种用于接合金属工件的方法，如金属板焊接。典型的搅拌摩擦焊接是利用旋转工具与金属工件之间的接缝接触而进行。焊接时，旋转工具沿接缝移动，工具与工件之间发生摩擦而产生的热量使工件在达到熔点前被软化或塑化。由于旋转工具是沿着工件之间的接缝移动，塑化的材料相互混合，然后冷却硬化使两工件接合在一起。

FSW技术已被应用于用铆钉连接工件的方法中。这些方法被称为搅拌摩擦铆接法(FSR)。在这些方法中，铆钉旋转并与金属工件的重叠部分相接触。铆钉旋转与工件发生摩擦而产生的热量使工件软化或塑化，然后铆钉穿过塑化的工件形成一个孔。于是铆钉被固定在孔内将工件连接在一起。

盲铆钉已被应用于利用FSR技术进行焊接的方法中，不要求从待连接重叠工件的两面进入。使用盲铆钉的FSR技术已知的缺点是，由于铆钉头穿过工件形成通孔而产生的被挖去材料或溢料常常会被推向孔的周围或与工件完全分离。孔周围的溢料使铆钉不能正确的设置而影响工件的连接，如果溢料与工件完全脱离，则脱离的物料散落在已连接的工件之间或一面上，在工件移动时格格做响。在另一项应用中，工件可能是自行车中的金属板，任何噪声都会对使用者造成烦扰。

具有一带有坚固头部的钉芯的盲铆钉已被应用于利用FSR技术进行焊接的方法中。因此，使用盲铆钉的FSR技术已知的缺点是，虽然铆钉穿透工件形成通孔所要求的力度小于穿透当工件处于冰冷坚硬状态时的力度，但需要的力度仍然相对较大，这就要求用一铁砧来支撑工件。当需要进行不能使用铁砧的单面铆接操作时，就不适合使用现有的使用盲铆钉的FSR技术。

发明内容

一方面，本发明提供了一种使用盲铆钉连接两个或更多工件的方法，包括：

-将盲铆钉设置在两个或更多工件重叠部分的一点，所述盲铆钉包括一铆体和一钉芯；

-使钉芯绕其纵轴旋转并使钉芯与重叠的工件接触，在这个过程中，钉芯以一定速度旋转使重叠的工件塑化；

-使钉芯穿过塑化的重叠工件形成一穿透工件的孔；

-捕获钉芯穿透重叠工件时被挖去的重叠工件部分；

-将铆体固定在孔内连接重叠工件。

上述本发明形式的优点在于，捕获(捕集)钉芯穿透过程中被挖去的重叠工件部分可以防止被挖去部分被推向孔的周围或完全与工件分离。因此，这种形式有利于正确设置铆钉或防止被挖去部分与工件完全分离后散落在工件的一面造成工件格格做响。另外，本发明的这些方式可以控制钉芯穿透重叠工件后被挖去部分的位置。此外，钉芯穿透重叠工件时产生的溢料量被减至最低。

在另一种形式中，捕获在钉芯穿透过程中被挖去的重叠工件部分的工序包括，由钉芯捕获所述重叠工件部分。

因此，在钉芯穿透重叠工件过程中产生的溢料大部分被钉芯捕获。

在又一种形式中，捕获在钉芯穿透过程被挖去的重叠工件部分的工序包括，捕获所述重叠工件部分于钉芯中的开口内。

本方法还包括，钉芯的开口可容纳在钉芯穿透工件过程中被挖去的工件部分，所述钉芯开口方向为钉芯穿透重叠工件的运动方向。

留在钉芯的开口内的被挖去部分加固了钉芯头部，同时钉芯头部增强了铆体的钉杆对抗重叠工件施加的向内的径向力的能力，并可以在连接的工件受到剪切负荷时提供一附加阻力。因此，捕获被挖去部分使铆钉更加坚固，提高了铆钉和重叠工件连接的效率和耐用性。

另一方面，本发明提供了一种用盲铆钉连接两个或更多工件的方法，包括：

-将盲铆钉设置于两个或更多工件的重叠部分的一点，所述盲铆钉包括铆体和钉芯；

-使钉芯绕其纵轴旋转并使钉芯与重叠的工件接触，在这个过程中，钉芯以一定速度旋转使重叠的工件塑化；

-使钉芯穿过塑化的重叠工件形成一穿透工件的孔，在这过程中，钉芯挖去在穿透过程中被挖去的重叠工件部分；

-将铆体固定在孔内连接重叠工件。

本连接方法的优点在于，不需要预先对重叠工件钻孔或以其它方式在重叠工件上制孔，以使铆钉通过所制的孔穿过重叠工件。相反，在上述方法中，所述铆钉可自己穿透重叠工件形成通孔。

本发明的优势在于，如果对钉芯施加一个力使其穿透重叠工件，所施加的这个力远远小于现有FSR技术中所需的力。这是因为现有的FSR技术未挖去在钉芯穿透过程中被挖去的重叠工件部分而形成一通孔。

在一种形式中，使钉芯穿透塑化的重叠工件，借此，钉芯挖去在穿透时被挖去的重叠工件部分，其中包括移走基本重叠工件呈圆柱形的部分。

在本方法的另一种形式中，本方法还包括钉芯的开口可容纳在钉芯穿透工件过程中被挖去的重叠工件部分，所述钉芯开口方向为钉芯穿透重叠工件的运动方向。

在本方法的又一种形式中，本方法还包括捕获重叠工件的被挖去部分。

在一种形式中，使钉芯绕其纵轴旋转并使钉芯与重叠工件接触，其中包括使从钉芯开口径向向外的表面旋转并与重叠工件接触。

在另一种形式中，使钉芯穿透塑化的重叠工件，其中包括驱动钉芯穿过塑化的重叠工件。

在本方法的一种形式中，铆体包括一钉杆和外表面，所述钉杆具有第一端，第二端和轴向通道，所述轴向通道在第一端与第二端之间穿过所述钉杆，所述外表面径向向外背对所述轴向通道，所述外表面具有从外表面向外延伸的突起，用于在重叠工件的通孔内与重叠工件啮合。

在本方法的另一种形式中，钉芯包括一轴，所述轴的一端具有一头部，所述轴设置在轴向通道内，头部在钉杆的第二端处，借此铆体被固定在孔内连接重叠工件，其中包括将头部拉进轴向通道内，由此钉杆在孔内径向向外膨胀，使外部的突起与重叠工件进一步啮合。

所述突起的优点在于，它们可以在孔内与重叠工件强制啮合，增强铆钉抵抗拉伸剪切负荷和任何由此引起的重叠工件的相对移动。

在一种形式中，所述铆体在钉杆第一端处具有一铆钉帽，所述铆钉帽从钉杆径向向外延伸，铆钉帽包括一以不同角度面对钉杆的工件啮合表面，将铆体固定在孔内连接重叠工件，包括使工件啮合面与重叠工件啮合。

在另一种形式中，所述头部包括一纵轴和一工件接触面，所述工件接触面从所述头部的纵轴径向向外设置，其中，使钉芯与重叠工件接触，包括使工件接触面与工件相接触，并使工件的将要被挖去和被捕获的部分径向位于工件接触面内。

在本方法的一种形式中，旋转钉芯包括以每分钟约1000至2000转的速度旋转钉芯。

在本方法的另一种形式中，使钉芯穿透塑化的重叠工件的工序，包括驱动钉芯前进的速度为每分钟约10到1000毫米。

在另一种形式中，本方法还包括一停止期，在此期间内，当钉芯穿入重叠工件到预定深度时会暂时停止穿透重叠工件，但钉芯仍保持继续旋转。

本发明上述形式的优点在于，在钉芯穿透工件过程中至少有一个停止期，这样就产生了更多的摩擦热，减小了钉芯穿透工件所需的力。

另一方面，本发明提供了一种用于穿透工件的盲铆钉，包括：

-一铆体，包括一具有第一端，第二端和轴向通道的钉杆，所述轴向通道在第一端和第二端之间穿过所述钉杆；

-一钉芯，包括一位于所述轴向通道内的轴和一在所述钉杆的一端用于与工件接触的头部，

-其中，钉芯在与工件接触时以一定速度绕纵轴旋转使工件塑化，并穿透已塑化的工件，钉芯挖去并置换已塑化工件的一部分，在工件中形成一个孔。

在一种形式中，所述钉芯的头部包括一工件接触面和一开口，所述工件接触面从所述纵轴径向向外设置，所述开口从所述工件接触面径向向内设置，其中，工件接触面挖去工件的一部分，所述开口的开口方向为钉芯穿透工件的运动方向，用于容纳工件的被挖去部分。

在又一种形式中，所述开口可以捕获钉芯穿透工件时被挖去的工件部分。

在一种形式中，所述开口大致呈圆柱形。

在另一种形式中，所述开口具有一近端和一远端，开口的直径从近端向远端逐渐减小。

在又一种形式中，所述开口具有一近端和一远端，开口的直径从近端向远端逐渐增加。

在一种形式中，所述开口由在钉芯头部内的壁构成，一个或多个突起从所述壁向开口内延伸，用于与被捕获的工件部分强制啮合。

在另一种形式中，一突起从钉芯头部的一外表面远离所述开口延伸，所述从钉芯头部外表面延伸的突起可为一螺纹。

在又一种形式中，所述开口由钉芯头部内的壁构成，或者，所述壁可包括一凹槽，用于与被捕获的工件部分强制啮合。

在又一种形式中，所述开口可由钉芯头部内的壁构成，一螺纹从所述壁延伸进入所述开口，用于与被捕获的工件部分强制啮合。

在另一种形式中，所述开口可由钉芯头部内的壁构成，一孔从所述开口横向延伸通过所述壁，用于与被捕获的工件部分强制啮合。

在另一种形式中，所述钉杆具有一径向向外背对轴向通道的外表面，所述外表面包括一外部突起，用于在工件的孔内与工件啮合。所述钉杆外表面上的外部突起可以是一螺纹。

所述铆体可包括一铆钉帽，所述铆钉帽位于钉杆的第一端并从钉杆径向向外延伸。所述铆钉帽还包括一以不同角度朝向钉杆的工件啮合面。

在一种形式中，所述钉芯包括一与工件最初接触的环形面，所述环形面位于相对钉芯纵轴横向设置的平面上。

在另一种形式中，所述钉芯包括一与工件最初接触的环形面，所述环形面朝向并与钉芯的纵轴成一锐角。

在又一种形式中，所述钉芯包括一与工件最初接触的环形面，所述环形面背对并与钉芯的纵轴成一锐角

在另一种形式中，所述钉芯包括一与工件最初接触的环形面和从所述环形表面突起的锯齿。

在又一种形式中，所述钉杆包括与工件最初接触的第一环形面和第二环形面，所述第一环形面面对着并与所述头部的纵轴成一锐角，所述第二环形面背对着并与所述头部的纵轴成一钝角，所述第一环形面和第二环形面相交于一顶点。

另一方面，本发明提供至少两个通过一盲铆钉连接的重叠工件：

-所述盲铆钉包括一钉芯和一铆体；

-所述工件具有一通孔，所述钉芯与所述工件接触，钉芯以一定速度绕其纵轴旋转使工件塑化并穿过塑化的工件，借此钉芯挖去并从工件置换已塑化的工件的一部分，由此形成所述通孔；

-所述铆体包括一钉杆，所述钉杆具有第一端，第二端和轴向通道，所述轴向通道在第一端和第二端之间穿过所述钉杆，所述铆钵被置于通孔内，所述钉芯置于轴向通道内，借此所述钉杆向外轴向膨胀与工件啮合，将重叠的工件连接在一起。

在一种形式中，所述钉芯捕获了重叠工件的被挖去部分。

在一种形式中，所述钉芯包括一开口，所述开口的开口方向为钉芯穿透重叠工件的运动方向，用于容纳重叠工件的被挖去部分。

附图说明

在下文中，结合附图更详细说明本发明。根据本发明，附图说明了盲铆钉、盲铆钉的钉芯以及重叠工件连接方法的优选实施例。但以下说明并不能置换此前规范的通用性。

图1所示为根据本发明一种形式的铆钉的侧视剖视图，所述铆钉包括一铆体和一钉芯。所述铆体包括一钉杆和一铆钉帽，所述钉杆具有一贯穿其中的轴向通道，所述铆钉帽位于钉杆的一端。所述钉芯的头部包括一开口，所述开口的设置可捕获由于钉芯头部穿透工件而被挖去的部分工件。

图2所示为图1中铆钉的透视图。

图3A至图3H所示为根据本发明一种形式的连接方法。

图4所示为根据本发明一种形式的铆钉的侧视剖视图，其中，所述钉芯头部的工件接触面面对所述头部的纵轴并所述头部的纵轴成一锐角。

图5所示为根据本发明另一种形式的铆钉的侧视剖视图，其中，一构成所述钉芯头部内开口的壁具有一凹槽，用于与开口内的被挖去工件部分强制啮合。

图6所示为根据本发明另一种形式的铆钉的侧视剖视图，其中，构成所述钉芯头部内开口的壁包括一环形突起，所述环形突起延伸进入开口内，用于与开口内的被挖去工件部分强制啮合。

图7所示为根据本发明另一种形式的铆钉的侧视剖视图，其中，一横向孔延伸通过构成所述钉芯头部内开口的壁，用于与开口内的被挖去工件部分强制啮合。

图8所示为根据本发明另一种形式的铆钉的侧视剖视图，其中，构成所述钉芯头部内开口的壁包括内螺纹，用于与开口内的被挖去工件部分强制啮合。

图9所示为为根据本发明另一种形式的铆钉的侧视剖视图，其中，所述开口具有一近端和一远端，所述开口的直径从远端向近端逐渐减小。

图10所示为根据本发明另一种形式的铆钉的侧视剖视图，其中，所述开口的直径从远端向近端逐渐增加。

图11所示为根据本发明另一种形式的铆钉的侧视剖视图，其中，所述工件接触面包括第一次表面和第二次表面，所述第一次表面和第二次表面分别朝向和远离所述头部的纵轴并相交于一顶点。

图12所示为根据本发明另一种形式的铆钉的侧视剖视图，其中，所述工件接触面背对所述头部的纵轴并与所述头部的纵轴成一钝角。

图13所示为根据本发明另一种形式的铆钉的剖视图，其中，构成所述钉芯头部内开口的壁的内表面包括一内部环形突起，与之相对的外表面包括一外部环形突起。

图14所示为根据本发明另一种形式的铆钉的侧视剖视图，其中，所述铆体的钉杆的内表面包括一内螺纹，用于在穿透工件后与工件强制啮合。

图15所示为根据本发明另一种形式的铆钉的侧视剖视图，其中，所述铆钉帽的工件接触面的各部分以不同的角度朝向钉杆。

图16更为详细地显示了图3B所示连接方法的步骤。

图17更为详细地显示了图3H所示连接方法的步骤。

图18所示为根据本发明另一种形式的铆钉钉芯的侧视图，其中，初始接触面包括一套轮廓相对较钝的锯齿。

图19所示为根据本发明另一种形式的铆钉钉芯的侧视图，其中，初始接触面包括一套轮廓相对较尖锐的锯齿。

图20所示为根据本发明另一种形式的铆钉钉芯的仰视图，其中，构成所述钉芯头部内开口的壁的内表面包括多个内部环形突起。

图21所示为根据本发明另一种形式的铆钉的侧视剖视图，其中，所述钉芯和铆体分别包括螺纹形式的内部突起。

具体实施方式

盲铆钉

图1至图15所示为盲铆钉10和连接上工件112和下工件114重叠部分的方法。所述铆钉10包括一铆体20和一钉芯40。所述铆体20包括一具有第一端22、第二端24和轴向通道30的钉杆25，所述轴向通道30在第一端22和第二端24之间延伸。所述钉芯40包括一纵轴X，一芯杆50和一与芯杆50连接的头部60。所述芯杆50位于铆体20内的轴向通道30内，所述头部60与铆体20的第二端相邻设置。所述头部60包括近端70、远端80、在远端80的入口85以及从所述远端的入口85向头部60近端70延伸的开口90。

所述头部60还包括一初始接触面100，所述初始接触面100在远端80处环绕在头部60远端80处的入口85。在附图所示的实施例中，初始接触面100为环形。但所述初始接触面100也可以是其它有弯曲边或直边的合适的形状。所述工件最初接触面100可以以一定速度旋转与重叠的上工件112和下工件114中的一个做初始接触，致使或者至少是有助于塑化上工件112和下工件114的重叠部分，使头部60可以穿透所述工件。旋转的初始接触面100与重叠的工件112和114接触产生摩擦热，这至少是重叠的上工件112和下工件114塑化的部分原因。这样，摩擦热使重叠的工件112和114在达到其熔点前软化。因此，重叠的工件112和114在达到其熔点前被塑化即重叠工件112和114被软化。

当构成上工件112的材料和构成下工件114的材料塑化并软化后，对钉芯40施加一个力，使钉芯40的头部60穿过上工件112和下工件114。穿透塑化并软化的上工件112和下工件114所需的力远远小于穿透当上工件112和下工件114在冰冷坚硬状态时所需要的力。通过使钉芯40穿透塑化的重叠工件112和114，钉芯40置换重叠工件112和114的一部分120，形成一个通孔。在本发明的一些形式中，头部60穿透重叠的上工件112和下工件114，可使钉芯40的头部60从重叠的上工件112和下工件114中挖去被挖去的部分120。在本发明的其他形式中，头部60穿透重叠的上工件112和下工件114可使被挖去部分120被钉芯40的头部60容纳和/或捕获。

参见图1到图15，铆体20的钉杆25包括一圆柱形的侧壁27，所述侧壁27可由适当硬度的材料制成。侧壁27包括面朝外的外表面28和一与之朝向相反的内表面29，内表面29从钉杆的第一端22向第二端24延伸。由于侧壁27呈圆柱形，外表面28和内表面29也都呈圆柱形。虽然本文所描述的实施例中侧壁27为圆柱形，但侧壁27也可以为其他形状或构造。例如，侧壁27可以为方形、六边形、八边形或任何其他合适的形状。同样的，侧壁27的外表面28和内表面29可以为方形、六边形、八边形或任何其他合适的形状。

内表面29构成延伸通过钉杆25的轴向通道30。所述轴向通道30与铆体的纵轴Y同轴。轴向通道30从钉杆25第一端22的第一入口32延伸至钉杆25第二端24的第二入口34。轴向通道30的直径和/或形状可以始终保持不变，也可以从第一入口32向第二端34逐渐变化。

所述铆体20包括一与钉杆25的第二端22连接的铆钉帽12。所述铆钉帽12包括一顶面14和一相反的工件啮合面16。顶面14和工件啮合面16均为从钉杆25延伸出的方向平行的突缘，并相对于铆体20的纵轴Y横向设置。顶面14从第一入口32的边缘33沿从铆体20的纵轴Y径向向外的方向延伸。工件啮合面16从钉杆25的外表面28沿从铆体20的纵轴Y径向向外的方向延伸。外周面13构成铆钉帽12的径向的外部边缘，并在顶面14和工件啮合面16之间延伸。参见图2，铆钉帽12可以为具有顶面14和工件啮合面16的圆盘状，所述顶面14和工件啮合面16基本为平面。

钉杆25的圆柱形的侧壁27沿铆体的纵轴Y从铆钉帽12的工件啮合面16向钉芯啮合面26延伸。钉芯啮合面26为一环形面，在侧壁27的外表面28和内表面29之间延伸。钉芯啮合面26朝着钉芯40的头部60的方向。

在图1至图15所示的实施例中，钉芯40具有一基本呈圆柱形的头部60。但钉芯40的头部60也可以有其他合适的形状和结构。例如，头部60可以为方形、六边形、八边形或其他任何合适的形状。头部60的近端70与芯杆50的远端52连接。芯杆50沿大致与钉芯40的纵轴Y相同的方向从远端52向芯杆50的近端51延伸。当钉芯40的芯杆50位于铆体20中的轴向通道30内时，钉芯40的纵轴X基本上与铆体20的纵轴Y同轴。芯杆50的纵向长度大于钉杆50的轴向通道30的长度，这样芯杆50的近端51突出于钉杆25第一端22处的第一入口32，而芯杆50的远端52突出于钉村25第二端24处的第二入口24。芯杆50的突出的远端52与头部60的近端70连接。

钉芯40的头部60包括一侧壁62，在附图所示的实施例中，侧壁62基本上呈圆柱形并围绕钉芯40的纵轴X设置。侧壁62具有一外表面64和一相反的内表面66，所述外表面64和内表面66沿与钉芯40的纵轴X基本相同的方向以大体平行的方式延伸。在所述实施例中，由于侧壁62呈圆柱形，外表面64和内表面66也基本上呈圆柱形。

头部60的近端70具有一基座68，侧壁62从基座68延伸至头部60远端80处的初始接触面100。在附图所示的实施例中，初始接触面100呈环形，并在径向外缘104与径向内缘102之间延伸，所述径向外缘104为初始接触面100与外表面64的交汇处，所述径向内缘102为初始接触面100与内表面66的交汇处。开口90大体上沿钉芯40的纵轴X方向延伸。因此，开口90与钉芯40的纵轴X基本同轴。开口90包括在头部60近端70处的近端92和在头部60远端80处的远端94。

头部60内的开口90的入口85位于开口90的远端94处。入口85由初始接触面100及其内缘102围绕而成。因此，环形初始接触面100环绕头部60内的开口90延伸并构成头部60内的开口90的周缘。在本发明的一些形式中，初始接触面100不呈环形，但仍然环绕头部60内的开口90延伸并构成头部60内的开口90的周缘。钉芯40的头部60内的开口90的开口85径向形成于初始接触面100的内缘102内。在开口90的近端92处，一端面65盖住侧壁62的内表面66。因此，入口85和端面65为开口90相对的两端。在附图所示的实施例中，端面65为圆形表面，或者为平面或者为凹面，但端面65可以做任何类型的光滑的或不规则的处理。

通过芯杆50的远端52和头部60的基座68之间的连接，芯杆50与头部60连接。芯杆50的远端52与基座68可采用任何一种适当的方式进行连接。在附图所示的实施例中，芯杆50的远端52在一基本纵向的位置与基座68形成一个整体。头部60的近端70具有一铆体啮合面72，所述铆体啮合面72面对铆体20的钉芯啮合面26。因此，铆体啮合面72和钉芯啮合面26的设置基本上为相对设置。

在附图所示的实施例中，钉芯40的铆体啮合面72是芯杆50在其远端52处的扩大的外表面。附图中所示的铆体啮合面72大体呈圆台形。圆台形的铆体啮合面72包括一径向宽部72A和一径向窄部72B。圆台形的铆体啮合面72和至少一部分芯杆50沿朝向芯杆50的近端51的方向从芯杆50的远端52处的径向宽部72A延伸至径向窄部72B。芯杆50在径向上窄于头部60的外表面64，而铆体啮合面72从径向较窄的芯杆50向头部60的径向较宽的外表面64渐成锥形。

连接方法

根据本发明的一种形式，图3A到3H显示了用一盲铆钉将上工件112连接到下工件114的方法。在图3A中，铆钉10的设置使得钉芯40的头部60的初始接触面100在上工件112与下工件114相互重叠的一点处接触到上工件112的上表面113。如上所述，环形初始接触面100环绕头部60内的开口90延伸并界定出头部60的开口90。因此，环形初始接触面100接触到上工件112上表面113的一环形区域。钉芯40的延长的芯杆50与一可使钉芯40旋转的工具(未显示)啮合。所述用于旋转钉芯的工具可以采用各种形式。当所述用于旋转钉芯的工具启动后，该工具使钉芯40转动。优选的，当初始接触面100开始与上工件112的上表面113接触时，钉芯40正处于旋转状态。旋转的初始接触面100与上工件112的上表面113接触时得摩擦产生热量。在所述用于旋转钉芯的工具的驱动下，初始接触面100转速的大小需使产生的摩擦热可以使构成上工件112和/或下工件114的材料发生至少一些塑化和软化。

能够使上工件112和下工件114产生至少一些塑化和软化的钉芯40的转速取决于构成上工件112和下工件114的材料性质。如果构成上工件112和下工件114的材料为铝合金，则钉芯40的转速约为每分钟1000转到20000转。如果构成上工件112和下工件114的材料为如钢合金、镁合金或合金组合等合金，能够使上工件112和下工件114塑化和软化的转速也可以为每分钟约1000转至20000转。构成上工件112和下工件114的材料可以为任何一种刚性材料，包括非金属材料，如聚合物和合成材料。可以使构成上工件112和下工件114的刚性材料塑化的合适转速都可以采用。可根据构成上工件112和下工件114的材料的物理性质选择实际转速，如拉伸性能、厚度以及待连接的上工件112和下工件114的层数。

初始接触面100与上工件112的上表面113之间的摩擦产生热量，使初始接触面100下面的构成上工件112的材料和上表面113塑化和软化。下面将做详细说明，沿图3B中箭头A所示的方向对钉芯40施加一个力，使所述钉芯穿过已塑化和软化的材料和上工件112的上表面113，这样钉芯40向前运动穿透上工件112。在钉芯40向前穿过上工件112时，钉芯40前构成上工件1 12的材料发生塑化和软化，这样便于钉芯40穿透上工件112。钉芯40一穿透上工件112，就与下工件114相遇。钉芯40继续向前塑化并穿过在其前面的构成下工件114的材料，直到如图3B所示钉芯40完全穿过下工件114。

参见图3B，构成上工件112的材料和构成下工件114的材料已被塑化和软化，钉芯40在穿过上工件112和下工件114的方向上，以一预定速度被如箭头A所示的力所驱动。按箭头A所示方向施加在钉芯40上的力可通过适当的方式施加在钉芯40上，如通过旋转钉芯40的工具。在穿过上工件112和下工件114的方向上，钉芯40在箭头A所示方向的力的驱动下的预定旋转速度可为每分钟约10到1000转中的任一数值。

从图3B可以看出，在穿透上工件112和下工件114的方向上驱动钉芯40，使得初始接触面100连同头部60的侧壁62穿过塑化和软化的上工件112和下工件114，使初始接触面100从下工件114的下表面109穿出。由于头部60穿透了上工件112和下工件114，在上工件112中形成一个通孔111A，在下工件114中形成一个通孔111B。通孔111A和111B分别由侧表面115A和115B所构成，所述侧表面115A和115B环绕所述通孔并从上表面113延伸到下表面109穿过上工件112和下工件114。侧表面115通常具有圆形轮廓，可呈圆柱形、圆台形等。

如上所述，环形的初始接触面100绕头部60内的开口90延伸并界定出头部内开口90的周缘。因此，环形的初始接触面100与上工件112的上表面113的一环形区域接触。当钉芯40在穿透上工件112和下工件114的方向上被推进时，初始接触面100穿透已经塑化和软化的上工件112并对其取芯，其中，一环状上工件112材料被从上工件112中置换，同时一上工件112的基本为圆形的核部121被从上工件112中移除，这里所指的核部称为上置换部121。同样，初始接触面100穿透已经塑化和软化的下工件114并对其取芯，其中，一环状下工件114材料被从下工件114中置换，同时一下工件114的基本为圆形的核部被从下工件114中移除，这里所指的核部称为下置换部122。被从上工件112和下工件114中置换的环状材料被挖去至少是部分因为初始接触面100相对上工件112和下工件114旋转。这样，初始接触面100有助于将环状材料从上工件112和下工件114切割和/剪切下来，借此基本呈环形的上置换部121和下置换部122被从上工件112和下工件114中移除，形成第一通孔111A和第二通孔111B。通过对从工上件112和下工件114中置换的被挖去部120的上置换部121和下置换部122进行取芯，当上工件112和下工件114通过如上所述的方式塑化和软化时，只需按箭头A对钉芯40在穿透上工件112和下工件114方向上施加较小的力即可使钉芯40穿透工件。

当钉芯40的头部60开始穿过上工件112并开始形成穿透上工件112的第一通孔111A时，不仅初始接触面100与上工件112接触，侧壁62的内表面66和外表面64也开始接触上工件112。内表面66开始接触上工件112的一部分，这个部分最后形成被挖去部分120的一部分，外表面64开始接触第一侧表面115A，所述第一侧表面115A界定了在钉芯40的头部60穿透上工件112时形成的第一通孔111A。当钉芯40旋转时，钉芯40的头部60的侧表面62的的内表面66和外表面64与上工件112的接触在两者之间产生了更多的摩擦热。所产生摩擦热增强了重叠的上工件112和下工件114的塑化，使钉芯40的头部60可穿透工件。因此，初始接触面100和内表面66以及外表面64一起组成了钉芯40的工件接触面，当钉芯40以足够速度旋转时，所述工件接触面与上工件112和下工件114接触使其塑化。

如上所述，当初始接触面100穿过塑化的上工件112和塑化的下工件114时，初始接触面100对塑化的上工件112和塑化的下工件114进行切割和/或剪切。由于钉芯40对塑化的上工件112和塑化的下工件进行切割和/或剪切，被挖去部分120被钉芯40从上工件112和下工件114中取芯。界定头部60中开口90的入口85的初始接触面100的内缘102的大小决定了被钉芯40从上工件112和下工件114置换的被挖去部分120的直径。因此，内缘102决定了被钉芯40从塑化的上工件112和下工件114取芯的被挖去部分120的直径。另外，钉芯40穿透塑化的上工件112和下工件114形成的通孔111A和111B的直径由钉芯40的侧壁62的外表面64的最大直径所决定。

在头部60穿透重叠工件112和114之前，在头部60穿过重叠工件112和114时被挖去的重叠工件112和114的被挖去部分120径向位于头部60的初始接触面100之内。被挖去部分120包括由上工件112材料构成的上置换部121和由下工件114材料构成的下置换部122。上述本发明形式的优点在于通过塑化和软化构成上工件112和下工件114的材料并取芯从上工件112和下工件114置换下来的包括上置换部121和下置换部122的被挖去部分120，施加在钉芯40上的使其穿过上工件112和下工件114的力大大小于现有FSR技术中的所需的力或当构成上工件112和下工件114的材料冰冷坚硬时所需的力。

钉芯40的头部60首先穿透上工件112并从上工件112中取芯上置换部121，形成第一通孔111A。但在此过程中，当钉芯40被推动穿透上工件112时，下工件114仍保持完整并紧靠上置换部121，使上置换部121通过入口85进入钉芯40的头部60的开口90中。穿透上工件112后，钉芯40的头部60开始穿过下工件114。当钉芯40的头部60未完全穿透下工件114时，下工件114的下表面109仍保持完整。因此，下工件114完整的下表面109使下置换部122相对钉芯40的头部60保持稳定，这样，下置换部122开始通过入口85进入钉芯40的头部60内的开口90中。于是钉芯40的头部60完全穿过下工件114并从下工件114取芯下置换部122，形成第二通孔111B。当钉芯40的头部60完全穿过下工件114时，下置换部122被完全从下工件114挖出，至少有部分下置换部122通过入口85进入钉芯40的头部60内的开口90。因此，上置换部121和下置换部122至少有一部分通过入口85进入钉芯40的头部60内的开口90，并被容纳在开口90内。头部60内的开口90提供了一个容纳上置换部121和下置换部122的空间。

包括上置换部121和下置换部122的被挖去部120通过入口85被容纳在钉芯40的头部60内的开口90内。被挖去部120具有顶面126、底面128、及在顶面126和底面128之间延伸的侧面124。在上置换部121从上工件112中被挖去前，顶面126是上工件112上表面113的一部分。在下置换部122从下工件114中被挖去前，底面128是下工件114下表面109的一部分。侧面124的形状和尺寸基本与钉芯40的头部60内的侧壁62的内表面一致。

在钉芯40穿透重叠的上工件112和下工件114的方向上，按图3A中箭头A所示施加在钉芯40上的力的大小也取决于钉芯40的转速，所述钉芯40在穿透上工  件112和下工件114的方向上被推动并旋转。例如，增加钉芯40的旋转速度将增强重叠的上工件112和下工件114的塑化和软化程度，有此，减小了需要施加在钉芯40上以穿透上工件112和下工件114的力。

或者说，钉芯40在穿透上工件112和下工件114方向上的推进速度的增加可导致施加在钉芯40上的、使其穿透上工件112和下工件114的力增大。因此，通过改变钉芯40的转速和其在穿透上工件112和下工件114方向上的前进速度，可以对施加在钉芯40上的、使其穿透上工件112和下工件114的力进行调整。

因此，对于一给定的旋转速度，以较低速度推动钉芯40穿透上工件112和下工件114所需的、施加在钉芯40上使其穿透重叠的上工件112和下工件114的力处于一较低峰值。但是，对于一给定的旋转速度，以较低速度推动钉芯40穿透上工件112和下工件114意味着钉芯40穿透上工件112和下工件114所花费的时间相对较长。这样就使得完成所述连接方法的总时间相对较长。

在推动钉芯40穿透上工件112和下工件114的过程中，可通过推动钉芯40以不同的速度穿过上工件112和下工件114来减少完成本连接方法的时间。例如，当钉芯40最初与上工件112的上表面113接触直至钉芯40穿过上工件112和下工件114厚度的一部分时，被驱动的钉芯40在穿透上工件112和下工件114方向上的初始速度为相对较低的第一速度。接下来，被驱动的钉芯40在穿透上工件112和下工件114的方向上的速度增加到相对较大的第二速度，直到钉芯40完全穿过上工件112和下工件114。一旦钉芯40穿透工件112和下工件114，被驱动的钉芯40在穿透上工件112和下工件114的方向上的速度再次增加，达到高于第二速度的第三速度，直到钉芯40的头部60完全穿过并穿出下工件114的下表面109，而且直到铆体20的钉杆25也穿过形成在上工件112和下工件114中的通孔111a和111b。

因此，对于一给定的钉芯40转速，在穿过上工件112和下工件114的整个过程中，被驱动的钉芯40在穿透上工件112和下工件114的方向上的速度可提升一次或更多次，以减少用铆钉10连接上工件112和下工件114所用的时间。

参见图3C，当钉芯40的头部60穿过上工件112和下工件114后，头部60继续穿过形成于重叠工件112和114中的第一通孔111A和第二通孔111B，并穿出下工件114的下表面109一段距离。上置换部121和下置换部122被钉芯40的头部60内的开口90所容纳和捕获。开口90也被构造成可在钉芯40穿透上工件112和下工件时容纳上置换部121和下置换部122。铆体20的钉杆25跟随钉芯40的头部60进入形成于上工件112和下工件114中的通孔111A和111B。

如图3D所示，钉芯40和铆体20的钉杆25已穿过形成于重叠的上工件112和下工件114中的通孔111A和111B，直到铆钉帽12，尤其是铆钉帽12的工件啮合面16紧靠上工件112的上表面113。铆钉帽12紧靠上工件112的上表面113防止了铆体20的钉杆25完全穿过形成于上工件112和下工件114中的通孔111A和111B。

参见图3E，当铆钉10穿过重叠工件112和114，达到铆钉帽12与上工件112的上表面113相接触的点时，按如图3E箭头所示，基本上沿纵轴Y从铆体20的第二端24向第一端22的力施加在钉芯40上。基本上沿纵轴Y从铆体20的第二端24向第一端22施加在钉芯40上的力使钉芯40被拉进或缩进铆体20的钉杆25内的轴向通道30中。为了对钉芯40施力以达到拉回或收缩钉芯的效果，可通过任一适当工具夹住钉杆25，所述工具包括夹取工具(未显示)，并通过所述夹取工具，沿与钉芯40的纵轴Y基本一致的方向从芯杆50的远端52至近端51对钉芯40施力。可沿与铆体20的纵轴Y基本一致的方向，从铆体20的第一端22至第二端24对铆钉帽12施加一反力，以防止铆体20被从上工件112和下工件114内的通孔111A和111B抽出。

对钉芯40的最初拉拽和收缩使铆体啮合面72的径向较窄部分72A与铆体20的钉芯啮合面26接触并啮合。当对铆钉40施加一个足够大的拉力或回缩力时，铆体20的钉杆25的第二端24从铆体20的纵轴向外径向变形扩大与锥形的铆体啮合面72形状一致。由于铆体20的钉杆25向外径向变形扩大，径向较窄部分72A继续向铆体20的轴向通道30内运动。而且，铆体20的钉杆25的第二端24的径向扩张使钉杆25的侧壁27的外表面28在下工件114的下表面109的一部分上铺展并与其紧紧贴靠。铆体20的钉杆25的第二端24的径向扩张还使钉杆25的侧壁27的外表面28与第一侧表面115A和第二侧表面115B接触并啮合，所述第一侧表面115A和第二侧表面构成在钉芯40穿透上工件112和下工件114过程中形成的第一通孔111A和第二通孔111B。在拉拽或收缩钉芯40的力的作用下，铆体20并未通过第一通孔111A和第二通孔111B缩回，这是因为钉杆25的外表面28抵靠下工件114和下表面109，以及/或者钉杆25的外表面28与构成第一通孔111A和第二通孔111B的第一侧表面115A和第二侧表面115B啮合。

参见图3F，在从铆体20第二端24向第一端22的方向上，所示钉芯40已被进一步拉进轴向通道30内，这样就使得钉芯40的头部60几乎全部位于铆体20中的轴向通道30内。另外，被挖去部分120仍然被钉芯40的头部60内的开口90所容纳和捕获，这就使得被挖去部分120也几乎完全位于铆体20的钉杆25的轴向通道30内。

使用具有钉芯的盲铆钉的FSR法有一个众所周知的问题，那就是当所述头部穿透工件并形成一个通孔时，被挖去部分或溢料趋向于形成与所述头部一致的形状并留在所述头部处。被挖去部分或溢料可能被推向一边而环绕所述通孔和钉芯，或完全与所述工件脱离。研究发现，本文所公开的本方法和盲铆钉10的各种形式能够在钉芯40穿透上工件112和下工件114并形成第一通孔111A和第二通孔111B的过程中，将被挖去部分120取芯、容纳和捕获于钉芯40的头部60内的开口90中。

所以，被挖去部分120不再是上工件112和下工件114的一部分，而且不会被推向一边环绕在第一通孔111A和第二通孔111B周围。因此，环绕在第一通孔111A和第二通孔111B周围的溢料或其他被挖去物质的量被减至最低。当对钉芯40施加一个如图3E和3F中箭头B所示的力，使钉芯40被拉进或缩进铆体20的钉杆25中的轴向通道30内时，在某种程度上来说，总会有一点溢料和其他被挖去物质围绕在第一通孔111A和第二通孔111B周围，这并不影响铆体20的钉杆25的第二端24进行变形和向外径向扩张。另外，如图3F、3G和3H所示，在某种程度上来说，总会有一点溢料和其他被挖去物质围绕在第一通孔111A和第二通孔111B周围，也不会对防止钉芯40的头部60几乎全部进入铆体20中的轴向通道30内有不利影响。

参见图3G，通过在芯杆50远端52处切断芯杆50，使其与钉芯40的头部60断开。从钉芯40的头部60上切断芯杆50可借助合适的工具。切断芯杆50的一种方式是用手在与钉芯40纵轴X相同的方向上对芯杆50的近端51施加一个力，一足够大的拉力被施加在芯杆50上，使芯杆50在其远端52处折断。在芯杆50的远端52处设置一薄弱部分(未显示)可有助于折断芯杆50。由于芯杆50与头部60断开，如图3G所示，只有铆体20和头部60留下来连接上工件112和下工件114。

如图3H所示，上工件112和下工件114的重叠部分被铆钉10连接在一起。从图3H可以看出，铆体20的钉杆25的外表面28位于钉芯40穿透上工件112和下工件114时形成的第一通孔111A和第二通孔111B内。而且，如图所示，铆钉帽12的工件啮合面16紧靠上工件112的上表面113。另外，铆体20的钉杆25的外表面28已向外径向扩张并与上工件112和下工件114内的第一通孔111A和第二通孔111B的第一侧表面115A和第二侧表面115B啮合，这就使得第二端24的外表面64至少有一部分紧靠下工件114和下表面109。因此，通过连接第一通孔111A和第二通孔111B的第一侧表面115A和第二侧表面115B，上工件112和下工件114的重叠部分被铆体20连接在一起。在某种程度上，上工件112和下工件114的重叠部分是在铆钉帽12的工件啮合面16与铆体20的外表面28之间被夹在一起，所述外表面28与第一通孔111A和第二通孔111B的第一侧表面115A和第二侧表面115B以及工下件114的下表面115啮合。

最适宜的是，在用铆钉10连接上工件112和下工件114的重叠部分结束后，被挖去部分120仍被捕获并留在头部60中的开口90内。因此，铆钉10和上面公开的连接方法的优点在于：被挖去部分120不会由于铆钉10穿透并连接上工件112和下工件114而与上工件112或下工件113脱离。而且，被挖去部分120留在被铆钉10连接的上工件112和下工件114中的方式可以使被挖去部分120不因时间推移和/或上工件112和下工件114的移动或振动而与上工件112和下工件114分离。

参见图3F、图3G和图3H，当用铆钉10连接上工件112和下工件114的重叠部分结束后，被挖去部分120留在钉芯40的头部60内的开口90内。由于被挖去部分停留在钉芯40的头部60内的开口90内，被挖去部分120使铆体20的侧壁62增强了对抗向铆体纵轴Y径向向内施加在侧壁27的外表面28上的力。因此，被挖去部分120基本上可以防止钉芯40的侧壁62和铆体20的侧壁27发生径向收缩，否则，在第一侧表面115A和第二侧表面115B对铆体20的外表面28和侧壁27施加的力的作用下，会产生上述朝向铆体20纵轴Y的向内的径向收缩。这样，被挖去部分120抵抗第一侧表面115A和第二侧表面115B施加在铆体20的外表面28和侧壁27上侧力，防止了钉芯40的侧壁62和铆体20的侧壁27发生弯曲或径向收缩。

当铆体20处于图3F、图3G和图3H中所示的连接上工件112和下工件114重叠部分的位置时，由于钉芯可以接收、捕获和容纳被挖去部分120于头部60的开口90内，铆体20的结构完整性得到增强。由此可见，由于钉芯40的头部60可以接收、捕获和容纳被挖去部分120于头部60的开口90内，铆钉10对上工件112和下工件114重叠部分连接的强度和耐久性增强。

如图3B至图3E所示，被挖去部分120通过入口85进入并留在头部60中的开口90内。被挖去部分120在开口90内与开口90吻合，使得被挖去部分120的侧表面124与头部60的侧壁62的内表面66相啮合。被挖去部分120的侧表面124与头部60的侧壁62的内表面66之间的摩擦力足可以使被挖去部分120留在开口90内，基本上可防止被挖去部分120从开口90中移动出来。或者，侧壁62的内表面66的形状和结构可以以一种松动配合的方式捕获和容纳被挖去部分120于开口90内。因此，本发明的优点在于，通过捕获和容纳被挖去部分120于钉芯40的头部60的开口90内，可以防止被挖去部分120与上工件112和下工件114脱离。此外，本发明还能够在钉芯40穿透上工件112和下工件114后控制被挖去部分120的位置。

图3A至图3H所示的方法还包括一停顿期，在此期间，钉芯40的头部60暂时停止穿过重叠的上工件112和下工件114，此时头部60已穿过重叠的上工件112和下工件114一预定深度。在停顿期间，尽管头部60停止穿过重叠的上工件112和下工件114，但仍保持旋转状态。因此，在停顿期间，重叠的上工件112和下工件114与旋转的初始接触面100以及侧壁62的内外表66和外表面64相接触产生的摩擦热逐渐增加。在停顿期间增加的摩擦热增强了重叠的上工件112和下工件114的塑化和软化程度，这样一旦停顿期结束，钉芯40重新穿过上工件112和下工件114时，钉芯40的头部60可以置换并接收重叠的上工件112和下工件114的被挖去部分120，更容易在上工件112和下工件114中分别形成通孔111A和111B。因此，停顿期的优点在于它可以减少使钉芯40的头部60穿透重叠的上工件112和下工件114所需的力。

为了使钉芯40的头部60内的开口90更有效地捕获和容纳被挖去部分120，可以增加开口90的内体积以确保开口90内有足够的内部空间来接收所有或几乎所有被挖去部分。这可以通过在X轴方向增加开口90的尺寸来实现，例如增加钉芯40的头部60的侧壁62在X轴方向上的长度。侧壁62的长度最好足够大以确保开口90内的体积可接收和容纳进而捕获最多量(如果不能捕获全部)的被挖去部分。在一种形式中，侧壁62在X轴方向上的长度至少与重叠的上工件112和下工件114的总厚度相同。在另一种形式中，侧壁62的长度大大长于上工件112和下工件114的总厚度。如果钉芯40的头部60内的开口90的内体积足够大可以捕获和容纳最多量(如果不能容纳全部)的被挖去部120，钉芯40的头部60的内表面66可与足够大面积的下置换部122接触，这样就减少了下置换部122从开口90中意外脱落的可能性。

参见图4所示的钉芯40的一个实施例，其中，初始接触面100为圆台形，面对钉芯40的纵轴X并与其成一锐角。侧壁62的内表面66与初始接触面100成锐角相交于初始接触面100的内缘102。初始接触面100从与钉芯40的纵轴X成锐角的内缘102延伸至外缘104，初始接触面100与侧壁62成锐角相交于外缘104。因此，初始接触面100具有一相对尖锐的外缘104与上工件112的上表面113接触。本发明的这种形式优点在于，由于初始接触面100具有相对尖锐的外缘104，使钉芯40的头部60穿过塑化和软化的上工件112和下工件114所需的力小于使具有基本为平的并相对钉芯40大致成横向的初始接触面100的钉芯40穿过所述工件所需的力。这是因为，初始接触面100的尖锐外缘104将沿穿透上工件112和下工件114方向上施加给钉芯40上的力集中在上工件112的上表面113的一个较小的表面积上，由此增强切割动作。初始接触面100的尖锐的外缘104增强了切割动作，且初始接触面100的旋转产生摩擦热而达到塑化效果，上述两种作用结合起来增强了钉芯40穿透上工件112和下工件114的能力。

参见图5，图中所示钉芯40的另一实施例，包括一环形槽96，所述环形槽96位于钉芯40的头部60内的侧壁62的内表面66中。当钉芯40的头部60穿过上工件112和下工件114时，通过入口85进入开口90的被挖去部分120紧靠内表面66并与其强制啮合。此外，被挖去部分120的侧表面124被塑化和软化，于是被挖去部分120的侧表面124的一部分会径向外向膨胀进入槽96。当被挖去部分120冷却变硬后，被挖去部分120的径向向外膨胀进入槽96内的那部分侧表面124与槽96强制啮合，增强了钉芯40防止被挖去部分120从钉芯40的头部60内的开口90掉落的能力。因此，本发明的这种形式的优点在于，它增加了防止被挖去部分120从钉芯40的头部60内的开口90内意外脱落的安全性。

参见图6，图中所示为钉芯40的另一个实施例，其中，一环状突起97从内表面66延伸进入开口90。当头部60穿过上工件112和下工件114且被挖去部分120通过入口85进入开口90时，被挖去部分120的侧表面124被塑化和软化，这样所述突起97使被挖去部分120的侧表面124发生变形以容纳所述突起。被挖去部分120的侧表面124在突起97的作用下发生变形，这样在侧表面124中形成了一个槽或类似的结构，而突起97在槽内与其相吻合。所述被挖去部分一冷却变硬，突起97就与形成于被挖去部分120的侧表面124中的槽强制啮合以防止被挖去部分120从钉芯40的头部60内的开口90中意外脱落。

参见图7，图中所示为钉芯40的另一个实施例，其中，一横向孔98在基本与钉芯40的纵轴X垂直的方向上从开口90开始延伸穿透侧壁62。所述横孔98在侧壁62的侧表面66上具有一入口。当头部60穿过上工件112和下工件114时，被挖去部分120穿过入口85进入开口90，被挖去部分120的被塑化和软化的侧表面124的一部分向外径向膨胀通过入口99进入横孔98。被挖去部分120的被塑化和软化的侧表面124的一部分向外径向膨胀，通过入口99进入横孔98后，逐渐冷却硬化，与横孔98强制啮合，因而防止了被挖去部分120从钉芯40的头部60内的开口90内意外脱落。

参见图8，图中所示为铆钉10的另一种形式，其中，头部60的侧壁62的内表面66包括多个向外突出的脊状突起67。所述脊状突起67可以是侧壁62的内表面66上的内螺纹。脊状突起67的优点在于它们与被挖去部分120的外表面124强制啮合，防止了被挖去部分120从钉芯40的头部60内的开口90内意外脱落。

参见图9，图中所示为钉芯40的另一实施例，其中，所述钉芯的头部60的侧壁62在头部60的远端90处径向向内渐成锥形。这样，开口90的径向直径向开口90的远端94逐渐减小。因此，开口90在远湍94处的径向直径小于近端92处的直径，侧壁62的内表面66朝向钉芯40的纵轴X径向向内逐渐减小。当头部60穿透工件112和下工件114，且被挖去部分120已通过开口90的远端94的较小直径部分进入开口90的近端94的较大直径部分时，被挖去部分120被塑化的外表面124径向向外膨胀。被挖去部分120的膨胀的外表面124的形状与成锥形的侧壁62的内表面66的形状一致。由于与侧壁62的内表面66的形状一致，被挖去部分120在开口90内与开口90契合，增加了被挖去部分120从钉芯40的头部60内的开口90内意外脱落的阻力。

因为图9所示实施例中的头部60的侧壁62渐成锥形以至于开口90的径向直径朝向其远端94逐渐减小，所以开口90的内体积小于当头部60的侧壁62不成锥形而在X轴方向基本成直线形时的内体积。在本钉芯40实施例中，为了提高开口90接收和捕获被挖去部分120的效率，与在X轴方向上基本成直线形的头部60的侧壁62或与以下所述图10所示实施例中的向外呈嗽形扩张的侧壁62相比，需增加成锥形的侧壁62在X轴方向上的总长度。

参见图10，图中所示为钉芯40的另一实施例，其中，所述钉芯的头部60的侧壁62在头部60的远端80呈嗽叭形径向向外扩张。因此，开口90的径向直径朝向开口90的远端94逐渐增加。所以，开口90的径向直径在远端94处的径向直径大于近端92处的径向直径，侧壁62的内表面66从钉芯40的纵轴X呈喇叭形径向向外扩张。这样，外表面64在头部60的远端80处的直径大于近端74处的直径。此外，从开口90的远端94至近端92，侧壁62的内表面66朝向钉芯40的纵轴X径向向内渐成锥形。这种形式钉芯40的优点在于，外表面64与初始接触面100的外缘104相交处的直径最大。这样，钉芯40的头部60穿透上工件112和下工件114时，形成于所述工件中的第一通孔111A和第二通孔111B的直径大于接近近端70处的侧壁62的直径。因此，所需使钉芯对60穿过塑化和软化的上工件112和下工件114的力较小，大大减少了溢料的产生，如有溢料产生的话，在钉芯40的头部60穿透上工件112和/或下工件114时形成的第二通孔111B处产生溢料。

参见图11，图中所示为钉芯40的另一形式，其中，初始接触面100包括第一次表面107和第二次表面106。第一次表面107为一面向钉芯40的纵轴X的圆台形表面。另外，第一次表面107与钉芯40的纵轴X成一锐角θ。第二次表面106也呈圆台形，背对钉芯40的纵轴X与其成一钝角β。从图11可以看出，第一次表面107和第二次表面106分别从侧壁62的内表面66和外表面64延伸并相交于顶点108。由于具有分别与钉芯40的纵轴X成锐角和钝角的第一次表面107和第二次表面106，减小了施加在钉芯40的使其穿过塑化和软化的上工件112和下工件114的力。通过减小第一次表面107与纵轴X所成的锐角和/或增大第二次表面106与钉芯40的纵轴X所成的钝角，可进一步逐渐减小施加在钉芯40的钉芯60上的使其穿过塑化的软化的上工件112和下工件114的力。通过减小第一次表面107与纵轴X所成的锐角和/或增大第二次表面106与钉芯40的纵轴X所成的钝角，第一亚表同107和第二次表面106相交的顶点108变得更加尖锐。

如上所述，更为尖锐的顶点108增强了对上工件112和下工件114的切割运动。因此，与其它顶点108不太尖锐的实施例相比，更为尖锐的顶点与钉芯40旋转带来的塑化效果相结合使所述钉芯可以在较小的沿穿透方向施加在钉芯40的力的作用下在穿透上工件112和下工件114过程中对其取芯。

图12所示为钉芯40的另一种形式，其中，初始接触面100与钉芯40的纵轴X成一钝角。由于初始接触面100与钉芯40的纵轴X成一钝角，内缘102变得尖锐。与图11所示的实施例相类似，图12所示的实施例要求沿图3B和3C中所示的箭头A方向对钉芯40施加一较小的力使头部60穿透塑化和软化的上工件112和下工件114。这是因为初始接触面100尖锐的内缘102增强了对上工件112和下工件114的切割运动。与其他上述不具有尖锐内缘102的实施例相比，由于初始接触面100尖锐的内缘102而增强的切割运动与因钉芯40旋转产生磨擦热而达到的塑化效果相结合使所述钉芯40可以在较小的沿图3B和图3C所示箭头A方向施加在钉芯40的力的作用下穿透上工件112和下工件114并对其取芯。

图13所示为铆钉10的另一种形式，其中，一内部环形突起69从内表面66延伸进入开口90，一外部环形突起71从侧壁62的外表面64延伸。当头部60穿透上工件112和下工件114且被挖去部120通过入口85进入开口90时，被挖去部120的侧表面124被塑化和软化，这样在突起69的作用下，被挖去部分120的侧表面124发生变形而容纳突起69。被挖去部分120的侧表面124在突起69的作用下变形，从而在侧表面124中形成一个槽或类似槽的结构，突起69在槽内与槽吻合。一旦被挖去部分120冷却变硬，突起69就与形成于被挖去部分120的侧表面124中的槽强制啮合，进而防止被挖去部分120从钉芯40的头部60内的开口90内意外脱落。当头部60穿透上工件112和下工件114时，外部突起71使形成的通孔111A和111B的直径大于侧壁62的外表面64的直径，这样在所述通孔和外表面64间形成一缝隙。因此，所需使头部60穿透上工件112和下工件114的力较小，而且大大减少了溢料的产生，如果有溢料产生，则溢料出现在钉芯40的头部60穿透上工件112和/或下工件114时形成的第二通孔111B处。

参见图14，图中所示为铆钉10另一种形式，其中，铆体20的外表面28包括多个从外表面28径向向外突出的突起或脊状突起29。脊状突起29可以是铆体20外表面28上的外螺纹。铆体20外表面28上的脊状突起29与穿透上工件112和下工件114的第一通孔111A和第二通孔111B的侧表面115A和115B啮合，以进一步确保防止铆体20从通孔111A和111B中意外脱落。通过与通孔111A和111B的侧表面115A和115B啮合，脊状突起29增强了铆体20连接上工件112和下工件114的能力。脊状突起29的优点在于它们增强了铆体20抵抗拉伸剪切负荷及由此产生的上工件112和下工件114相对移动的能力。

参见图15，图中所示为铆钉10的另一种形式，其中，铆钉帽12的工件啮合面16包括与铆体20的纵轴Y成多种角度的部分。工件啮合面16的第一部分16A径向向内面对铆体20的纵轴Y并与之成一锐角。工件啮合面16的第二部分16B从第一部分16A径向向外面对铆体20的纵轴Y并与之成一比第一部分16A更大的锐角。工件啮合面16的第三部分16C从第一部分16A和第二部分16B径向向外不面对或远离铆体20的纵轴Y并与纵轴Y基本垂直。工件啮合面16的第四部分16D从第一部分16A，第二部分16B和第二部分16C径向向外背离铆体20的纵轴Y并与之成一钝角。因此，工件啮合面16的第一、第二、第三和第四部分16A、16B、16C和16D与铆体20的钉杆25成不同角度。这种形式的铆钉10便于影响工件啮合面16施加在上工件112的上表面113上的力的大小，并可以使附近的已塑化和软化的上工件112和下工件114立即包围通孔111A和111B，在上工件112和下工件114之间形成另外一种连接。这种形式的铆钉帽12还可以容纳和压挤任何形成在围绕通孔111A周围的上工件112的上表面113上溢料。

参见图1至图15，上述的不同形状和结构的钉芯40的头部60可分别形成不同形状和结构的被挖去部分120。因此，图4所示实施例具有带有尖锐外缘104的初始接触面100，其由头部60形成的被挖去部分120的形状和结构与图12所示具有尖锐内缘102的实施例中由头部60形成的被挖去部分120的形状和结构差异显著。同样的，由于具有较钝外缘104和较钝内缘102以及尖锐顶点108，图11所示实施例的头部60形成了又一种形状和结构明显不同的被挖去部分120。

图16和图17所示照片更详细地说明了图3B和图3H所示连接步骤。在图16中，初始接触面100已穿透了上工件112和下工件114并且已从上工件112和下工件114容纳接收了被挖去部分120，所述被挖去部分包括上置换部121和下置换部122。上置换部121和下置换部122位于钉芯40的头部60中的开口90内，第一通孔111A和第二通孔111B由于头部60穿透工件分别形成于上工件112和下工件114中。上置换部121和下置换部122的第一侧表面115A和第二侧表面115B分别朝向并接触钉芯40的头部60中开口90的内表面66。

在图17中，铆体20的钉杆25的外表面28已径向向外扩大与穿透上工件112和下工件114的第一通孔111A和第二通孔111B的第一侧表面115A和第二侧表面115B啮合。通过与第一通孔111A和第二通孔111B的第一侧表面115A和第二侧表面115B啮合，上工件112和下工件114的重叠部分被铆体20连接在一起。此外，上置换部121和下置换部122仍位于钉芯40的头部60中开口90内。

图18和图19进一步说明了钉芯40的实施例，其中，初始接触面100为锯齿状。因此，图18和图19所示实施例的初始接触面100分别包括锯齿131a和131b。在图18所示实施例中，每个锯齿131a都包括一斜面132a和一直面133a，所述直面133a沿钉芯40的纵轴X延伸。斜面132a和直面133a通过一平面134a连接，所述平面134a与X轴基本垂直。图19所示的钉芯40也包括一套锯齿131b，每个锯齿13 1b都包括一斜面132b和一直面133b，所述直面133b沿钉芯40的纵轴X延伸。斜面132b和直面133b通过一平面134b连接，所述平面134b与X轴基本垂直。但是，与图18中的钉芯40的平面134a相比，图19中钉芯40的平面134b在垂直于X轴方向上的宽度要小得多。这样，图19中钉芯40的锯齿131b与相对较钝的图18中钉芯40的锯齿131a相比尖锐得多。在另一种形式中，图19中钉芯40的平面134b可以被完全去掉，这使得斜面132b和直面133b直接相交于一点而构成锯齿，这样的锯齿与图18和图19中的锯齿131a和131b相比更为尖锐。

图18和图19所示钉芯40的实施例优点在于：由于具有锯齿131a和131b，对于一给定的钉芯40转速，在穿透上工件112和下工件114方向上施加给钉芯40使其穿透工件的力远远小于例如图1至15所示的钉芯40的实施例中钉芯40的初始接触面100基本为连续或为平面时所需的力。此外，锯齿131a和131b深度的变化可以改变在穿透上工件112和下工件114方向上施加给钉芯40的力的大小。特别地，具有深度较大锯齿的实施例131a和131b所需的在穿透上工件112和下工件114方向上施加给钉芯40穿透工件的力小于具有深度较小锯齿的实施例。而且，与图18所示具有相对较钝锯齿131a的实施例相比，图19所示的实施例中锯齿131b更为尖锐，所需的在穿透上工件112和下工件114方向上施加给钉芯40的力明显减小。

图20所示为钉芯40的另一实施例，包括多个内突起140，所述内突起140从内表面66径向向内延伸进入钉芯40的头部60中开口90中。每一内突起140都沿内表面66的圆周方向与其他内突起分开。与图13所示实施例不同，图20中所示的设置中未在钉芯40的头部60的侧壁62的外表面64上设置外突起。所述内突起140的作用是抓住在钉芯40的头部60穿过上工件112和下工件114时被从所述工件置换下来的被挖去部分120。与图13所示实施例类似，当图20中钉芯40的头部60穿过上工件112和下工件114时，被挖去部分120的处于塑化状态的侧表面124在内突起140的作用下变形，在侧表面124中形成一槽或与槽类似的结构，内突起140被容纳在所述槽中。一旦被挖去部分120冷却硬化，内突起140与形成在被挖去120部分侧表面124中的槽强制啮合，防止被挖去部分120从钉芯40的头部60内的开口90内意外脱落。

图21所示为铆钉10的另一实施例，其中，铆体20的外表面28包括从外表面28径向向外突出的多个突起或脊状突起或者较为特殊的螺纹145。钉芯40的头部60的外表面64也包括从外表面64径向向外突出的多个突起或脊状突起或者较为特殊的螺纹147。当钉芯40旋转且对钉芯40在穿透上工件112和下工件114方向施加一个力而使上工件112和下工件114塑化并开始穿过所述工件时，钉芯40的螺纹147与形成于上工件112和下工件114内的第一通孔111a和第二通孔111b的侧表面115a和115b啮合。钉芯40上的螺纹147与侧表面115a和115b之间的啮合在与钉芯40穿透上工件112和下工件114相反的方向将从上工件112和下工件114掉落的材料碎屑送出通孔111a和111b。同样的，当钉芯40的头部60穿过上工件112和下工件114且铆体20开始穿过上工件112和下工件114时，铆体20的外表面28上的螺纹145同样在直接在与钉芯40和铆体20穿透所述工件相反的方向上将从上工件112和下工件114掉落的材料碎屑送出第一通孔112a和第二通孔112b。

图21所示实施例的优点在于，上工件112和下工件114之间界面上的溢料的产生被减至最低，因此在本连接方法结束后，上工件112和下工件114之间缝隙的产生被减至最低。此外，本实施例最大限度地减少了在第二通孔111b附近由下工件114的下表面109产生的溢料。而且，铆体20和头部60的外表面28和64上的螺纹145和147使得只需在穿透上工件112和下工件114方向上施加较小的力使钉芯40的头部60和铆体20穿透所述工件。但是，为了使铆体20和头部60的外表面28和64上的螺纹145和147导致钉芯40的头部60的侧壁62和铆体20薄弱的可能性减至最低，最好确保钉芯40的头部60的侧壁62和铆体20的厚度不能因为在其外表面64和28上设置螺纹145和147而过度减小。

在另一种形式中，铆体20的外表面28包括从外表面28径向向外突出的多个突起或脊状突起或者更为特殊的螺纹145，钉芯40的头部60的外表面64从外表面64径向向外突出的多个突起或脊状突起或者更为特殊的螺纹147。

在图16和图17所示的铆钉10中，芯杆50包括一槽59，用于形成在远端52处的芯杆50的薄弱部。因此，如图16所示，槽59有助于将芯杆50从头部60折断，这样只有铆体20和头部60留下来连接上工件112和下工件114。

上述的方法和铆钉10用于连接由不同材料制成的上工件112和下工件114，包括铝、镁和其他金属、合金、金属基复合材料以及包括聚合物及其复合材料在内的非金属材料，不论它们是板材或上其他可被铆钉10穿透的形式。用来制成铆钉10的典型材料，尤其是制成钉芯40的材料，其熔点应高于制成上工件112和下工件114的材料的熔点，但也有可能制成钉芯40的材料，或制成部分钉芯40的材料的熔点低于制成上工件112和下工件114的材料的熔点。

显而易见的是，任何对于各种形式铆钉10和连接方法的变更、修改、更改和添加都是可能存在的，其中，所述连接方法的优点是可容纳和捕获由于钉芯40的头部60穿透上工件112和下工件114而被挖去的所述工件的被挖去部分120。在这里公开的在技术改进范围内的所有这些解决方法均在本发明保护范围内。因此，只要不脱离本发明精神和/或范围，各种变更、修改和/添加可被引入上述部件的结构和解决方法中。

Claims (37)

1.一种利用盲铆钉连接两个或更多工件的方法，包括下述工序：

-将盲铆钉定位于两个或更多工件重叠部分的一点，所述盲铆钉包括一铆体和一钉芯；

-绕所述钉芯的纵轴旋转钉芯并使其与所述重叠工件接触，其中，钉芯以一定速度旋转使所述重叠工件塑化；

-使钉芯穿透塑化的重叠工件，形成一穿透所述重叠工件的通孔；

-捕获钉芯穿透工件时被挖去的重叠工件部分；

-将铆体固定在所述通孔内连接所述重叠工件。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，捕获钉芯穿透工件时被挖去的重叠工件部分的工序包括，由钉芯捕获所述重叠工件部分。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，捕获钉芯穿透工件时被挖去的重叠工件部分的工序包括，捕获所述重叠工件部分于钉芯内的开口中。

4.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述钉芯的开口可容纳在钉芯穿透工件过程中被挖去的工件部分，所述开口的开口方向是钉芯穿透所述重叠工件的方向。

5.一种利用盲铆钉连接两个或更多工件的方法，包括下述工序：

-将一盲铆钉定位于重叠的两个或更多工件的一点，所述盲铆钉包括一铆体和一钉芯；

-绕所述钉芯的纵轴旋转钉芯并使其与所述重叠工件接触，其中，钉芯以一定速度旋转使所述重叠工件塑化；

-使钉芯穿透塑化的重叠工件，形成一穿透所述重叠工件的通孔，借此钉芯挖去在穿透过程中重叠工件的一部分，所述重叠工件部分在钉芯穿透工件时被挖去；

-将铆体固定在所述通孔内连接所述重叠工件。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，使钉芯穿透塑化的重叠工件，借此钉芯挖去穿透工件时被挖去的重叠工件部分的工序包括：移走大体呈圆柱形的这部分重叠工件。

7.根据权利要求5或权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：接收重叠工件的被挖去部分于钉芯的开口内的工序，所述开口的开口方向是钉芯穿透所述重叠工件的方向。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，绕钉芯的纵轴旋转钉芯并使钉芯与重叠工件相接触的工序包括：使从钉芯的开口径向向外的表面旋转并使其与重叠工件接触。

9.根据权利要求5至8中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，捕获重叠工件的被挖去部分。

10.根据权利要求5至9中任一权利要求所述的方法，其特征在于，使钉芯穿透塑化的重叠工件的工序包括：驱动钉芯穿过塑化的重叠工件。

11.根据上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述铆体包括一具有第一端、第二端和轴向通道的钉杆和一外表面，所述轴向通道在第一端和第二端之间穿过所述钉杆，所述外表面径向向外背对所述轴向通道并具有从所述外表面向外延伸的突起，所述突起用于在工件的通孔内与重叠工件啮合。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，钉芯包括一轴，所述轴的一端具有一头部，所述轴连同其在所述钉杆第二端的头部位于轴向通道内，由此将所述铆体固定在通孔内连接所述重叠工件，其中包括将所述头部拉进轴向通道，借此所述钉杆在通孔内径向向外膨胀使外部的突起进一步与所述重叠工件啮合。

13.根据上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，旋转钉芯包括，旋转钉芯的速度约为每分钟1000至20000转。

14.根据上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，使钉芯穿透塑化的重叠工件的工序包括，驱动钉芯以每分钟约10至1000mm的速度前进。

15.根据上述任一项权利要求所述的方法还包括一停顿期，其特征在于，当钉芯穿过一预定深度的重叠工件时，钉芯暂时停止穿过重叠工件，而钉芯保持继续旋转。

16.根据上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，钉芯穿过所述重叠工件的速度改变一次或多次。

17.一种用于穿透并连接工件的盲铆钉，其特征在于，包括：

-铆体，包括具有第一端、第二端和轴向通道的钉杆，所述轴向通道在所述第一端和第二端之间穿过所述钉杆

-钉芯，包括一位于所述轴向通道内的轴和在所述轴一端的头部，所述头部用于接触金属工件，

-其中，钉芯的构造使其当接触工件并以一速度绕其纵轴旋转塑化所述工件从而穿透塑化的工件时，钉芯挖去塑化的工件的一部分并从工件中置换这部分，在工件中形成一通孔。

18.根据权利要求17所述的铆钉，其特征在于，所述钉芯的头部包括一从钉芯纵轴径向向外设置的工件接触面和一从所述工件接触面径向向内设置的开口，其中，所述工件接触面挖去部分工件，所述开口的开口方向为钉芯穿透工件的方向，用于容纳所述部分工件。

19.根据权利要求18所述的铆钉，其特征在于，所述开口的构造可以捕获钉芯穿过工件时被挖去的工件部分。

20.根据权利要求18或19所述的铆钉，其特征在于，所述开口基本呈圆柱形。

21.根据权利要求18至20中任一项所述的铆钉，其特征在于，所述开口具有一近端和一远端，所述开口的直径从近端向远端减小。

22.根据权利要求18至21中任一项所述的铆钉，其特征在于，所述开口具有一近端和一远端，所述开口的直径从近端向远端增大。

23.根据权利要求18至22中任一项所述的铆钉，其特征在于，所述开口由一壁构成于所述头部内，而且一个或多个突起从所述壁延伸进入所述开口，用于强制啮合被捕获的工件部分。

24.根据权利要求18至22中任一项所述的铆钉，其特征在于，所述开口由一壁构成于所述头部内，而且一螺纹从所述壁延伸进入所述开口用于强制啮合被捕获的工件部分。

25.根据权利要求17至24中任一项所述的铆钉，其特征在于，一突起从钉芯头部的外表面远离所述开口延伸。

26.根据权利要求25所述的铆钉，其特征在于，所述从头部的外表面延伸的突起为一螺纹。

27.根据权利要求17至26中任一项所述的铆钉，其特征在于，所述钉杆具有一径向向外背对所述轴向通道的外表面，所述外表面包括一用于在工件的通孔内与工件啮合的外部突起。

28.根据权利要求27所述的铆钉，其特征在于，所述钉杆外表面上的外部突起为一螺纹。

29.根据权利要求17至28中任一项所述的铆钉，其特征在于，所述铆体包括一在钉杆第一端的铆钉帽，所述铆钉帽从钉杆径向向外延伸，所述铆钉帽包括一面向钉杆并与钉杆成不同角度的工件啮合面。

30.根据权利要求17至29中任一项所述的铆钉，其特征在于，所述钉芯包括一环形表面，用于与工件做初始接触，所述环形表面位于与相对钉芯纵轴横向设置的平面内。

31.根据权利要求17至30中任一项所述的铆钉，其特征在于，所述钉芯包括一环形表面，用于与工件做初始接触，所述环形表面面向钉芯的纵轴并与钉芯的纵轴成一锐角。

32.根据权利要求17至31中任一项所述的铆钉，其特征在于，所述钉芯包括一环形表面，用于与工件做初始接触，所述环形表面背对钉芯的纵轴并与钉芯的纵轴成一钝角。

33.根据权利要求17至32中任一项所述的铆钉，其特征在于，所述钉芯包括一环形表面，用于与工件做初始接触，还包括从所述环形表面突出的锯齿。

34.根据权利要求17至32中任一项所述的铆钉，其特征在于，所述钉芯包括第一环形面和第二环形面，用于与工件做初始接触，第一环形面面向所述头部的纵轴并与其成一锐角，第二环形面背对所述头部的纵轴并与其成一钝角，第一环形面与第二环形面相交于一顶点。

35.至少两个被盲铆钉连接在一起的重叠工件，其特征在于，

-所述盲铆钉包括钉芯和铆体；

-所述工件具有一通孔，所述钉芯与所述工件接触并以一速度绕钉芯纵轴旋转塑化所述工件，使所述钉芯穿透塑化的工件，借此，钉芯挖去塑化工件的一部分并从工件中置换这部分，进而在工件中形成所述通孔。

-所述铆体包括一具有第一端、第二端和轴向通道的钉杆，所述轴向通道位于第一端与第二端之间穿过所述钉杆，所述铆体位于所述通孔内，所述钉芯位于轴向通道内，借此所述钉杆径向向外膨胀与所述工件啮合将所述重叠工件连接在一起。

36.根据权利要求35所述的至少两个连接在一起的重叠工件，其中，所述钉芯捕获被挖去的工件部分。

37.根据权利要求35或36所述的至少两个连接在一起的重叠工件，其中，所述钉芯包括一开口，所述开口的开口方向为钉芯穿透重叠工件的方向，且所述开口容纳重叠工件的被挖去部分。

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