CN105216872B - 用于汽车的多层组件总成 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于汽车的多层组件总成。一种汽车铝合金组件总成包括限定第一接合区域和第一切口的第一车辆组件。所述总成还包括限定第二接合区域的第二车辆组件。所述总成还包括限定第三接合区域的第三车辆组件。第二接合区域置于第一接合区域的一部分和第三接合区域的一部分之间。第一自冲铆钉设置在第二车辆组件和第三车辆组件内，并与第一切口对齐。

Description

用于汽车的多层组件总成

技术领域

本公开涉及包括自冲铆钉(SPR)的汽车车身总成。

背景技术

皮卡车是具有后部开顶式载货区域(通常称为货厢)的机动车辆。皮卡车受欢迎很大程度上是因为货厢允许以许多不同的方式使用车辆，包括运载各种类型的货物和拖曳各种类型的拖车。传统地，皮卡车的大部分车身结构由钢合金形成。经过多年的经验，皮卡车设计者已经获知如何设计经受各种苛刻的皮卡车应用的钢质皮卡车车身部件。当前的监管和经济环境使制造更节省燃料同时保持或提高功能性和耐用性的皮卡车的重要性增加。降低车辆的燃料消耗的一种方式是降低车辆结构重量。

铝合金的强度重量比通常高于钢合金的强度重量比。因此，用铝代替钢提供了降低重量的可能性。然而，铝的弹性模量通常低于钢的弹性模量。另外，适合于钢部件的制造工艺和连接部件的方法可能不适合同样的铝部件。归因于这些和其它差异，简单的材料替换不一定产生可接受的设计。

通常通过四位数字来标示铝合金，第一位数字通常标示主要合金元素。当基于主要合金元素描述一系列铝合金时，第一位数字之后可跟着三个x或三个0。例如，6xxx(或6000)系列铝合金中的主要合金元素是镁和硅，而5xxx系列铝合金中的主要合金元素是镁，7xxx系列铝合金中的主要合金元素是锌。在系列牌号中由字母“x”(或0)表示的另外的数字限定准确的铝合金。

发明内容

在一个实施例中，一种汽车铝合金组件总成包括限定第一接合区域和第一切口的第一车辆组件。所述总成还包括限定第二接合区域的第二车辆组件。所述总成还包括限定第三接合区域的第三车辆组件。第二接合区域置于第一接合区域的一部分和第三接合区域的一部分之间。第一自冲铆钉设置在第二车辆组件和第三车辆组件内，并与第一切口对齐。

在另一实施例中，一种用于汽车的多个铝制组件的总成包括设置在第一车辆组件和第二车辆组件内的第一自冲铆钉。所述总成还包括设置在第二车辆组件和第三车辆组件内的第二自冲铆钉。第一自冲铆钉和第二自冲铆钉协作以在第一车辆组件、第二车辆组件和第三车辆组件之间形成接合。

在又一实施例中，一种汽车铝合金组件总成包括第一车辆组件、第二车辆组件和第三车辆组件。第一车辆组件、第二车辆组件和第三车辆组件中的每个包括限定凸缘的边缘部分。在第一车辆组件的边缘部分中限定第一切口。在第二车辆组件的边缘部分中限定第一凸耳，第一凸耳与第一切口对齐。第一自冲铆钉与第一切口对齐并设置在第三车辆组件和第一凸耳内。

附图说明

图1是连接两个组件层的自冲铆钉的侧剖视图。

图2A是连接三个组件层的自冲铆钉的侧剖视图，示出了三个组件层的接合的一个潜在问题。

图2B是图2A的自冲铆钉的仰视图，示出了穿破。

图3是连接三个组件层的自冲铆钉的侧剖视图，示出了三个组件层的接合的另一个潜在问题。

图4是根据本公开的一个实施例的车身总成的平面图。

图5是沿着切割线5-5截取的图4的总成的侧剖视图。

图6是根据本公开的另一实施例的车身总成的平面图。

图7是沿着切割线7-7截取的图6的总成的侧剖视图。

图8是根据本公开的又一实施例的车身总成的局部立体图。

图9是沿着切割线9-9截取的图8的总成的剖视图。

具体实施方式

参照附图公开示出的实施例。然而，将理解的是，公开的实施例意在仅是可以以多种和替代的形式实施的示例。附图不一定按照比例绘制，可夸大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而作为用于教导本领域技术人员如何实践公开的构思的代表性基础。

为了提高燃料效率，汽车可包括铝合金组件。传统的连接工艺(诸如点焊)可能不适合于铝合金组件。铝合金组件可利用自冲铆钉进行连接。由于高产能以及与粘合剂的高兼容性，因此自冲铆钉是一种有优势的连接工艺。尽管自冲铆钉是一种适合铝合金组件的连接工艺，但是它们确实也存在挑战。例如，接合部的最里面的组件层的厚度必须足以实现铆钉和底层之间的机械互锁同时避免铆钉穿破。

自冲铆钉特别适合于连接仅具有两个组件层的总成。参照图1，示出了具有第一组件层12和第二组件层14的自冲铆钉接合部10。为了形成足够强大的接合，自冲铆钉18的柄杆16必须至少部分地穿入到所有的组件层中，并且腿16必须充分地张开以形成可接受的互锁。

虽然比较困难，但是自冲铆钉仍可用于连接具有三个或更多个组件层的总成。为了穿入额外的组件层，自冲铆钉的柄杆可增长。柄杆的厚度和强度也可增加，以实现柄杆在接合部中的充分穿入。利用自冲铆钉穿过三个组件层的可行性部分地取决于最内层的厚度和所要求的接合强度。如果最内层的厚度是总的接合厚度的50％或以上，则连接三个组件层更容易实现。然而，如果最内层的厚度较薄，则会出现问题。与柄杆长度的增加相关联的一个问题是穿破(breakthrough)。穿破是在连接期间底层变得太薄时破裂，从而使内层暴露(有时候使铆钉柄杆暴露)。穿破降低了接合强度并增加了腐蚀的风险。如果在组件层之间涂覆有粘合剂，则穿破问题尤其有问题。粘合剂会通过破裂处漏出并污染模具。如果模具被污染，则生产线必须停工以将粘合剂从模具中除去。这导致生产率降低并使成本增加。

图2A和图2B示出了带穿破的三个组件层的接合部。接合部20包括利用自冲铆钉28被固定在一起的第一组件层22、第二组件层24和第三组件层26。第三组件层26的厚度小于总的接合厚度的50％。自冲铆钉28的柄杆30延伸以穿入这三个组件层。然而，由于最里面的材料层26相对较薄，因此组件层26被拉得太薄从而形成破裂处32。

可通过缩短柄杆来降低穿破的可能性。然而，缩短柄杆会导致其他问题，诸如降低穿入能力和互锁性。这使接合强度变弱。在一些应用中，要求的接合强度越低，降低互锁性越不成问题。参照图3，示出了具有第一组件层36、第二组件层38和第三组件层40的自冲铆钉接合部34。接合部34包括用于将组件层固定在一起的自冲铆钉42。自冲铆钉42包括柄杆44。接合部34的接合不成功，这是因为自冲铆钉42未能穿入所有的材料层36、38和40并且未能实现互锁。由于未能实现穿入和互锁，因此接合部在区域46、48和50处分离。

汽车可包括需要三个或更多个铝合金组件层彼此固定的接合部。在一些应用中，理想的是，利用自冲铆钉来固定组件层。

参照图4和图5，三组件层总成60利用自冲铆钉进行连接并避免了上面所述的穿破和互锁问题。总成60利用选择性地布置的切口来减少任何一个自冲铆钉必须固定的组件层的数量。总成60包括第一组件层62、第二组件层64和第三组件层66。第一组件层62和第三组件层66是最外层，第二组件层或中间组件层64置于第一组件层62和第三组件层66之间。第一组件层62、第二组件层64和第三组件层66中的每个包括装配区域，该装配区域限定组件层彼此抵靠堆叠的位置。

第一组件层62包括限定总成60的顶部的顶表面68。第一组件层62还包括抵靠中间组件层64设置的内表面70。顶表面68和内表面70限定第一组件层62的厚度。中间组件层64包括抵靠内表面70设置的第一表面72和抵靠第三组件层66设置的第二表面74。第一表面72和第二表面74限定中间组件层64的厚度。第三组件层66包括抵靠第二表面74设置的内表面76和限定总成60的底部的底表面78。内表面76和底表面78限定第三组件层66的厚度。

第一组件层62包括位于装配区域内的至少一个切口86。第一组件层62包括限定切口86的周界的至少一个切口内壁92。至少一个内壁92在顶表面68和内表面70之间延伸，从而限定完全穿过第一组件层62的切口。切口86使三个组件层的总成局部地转变成局部有两个组件层的总成。至少一个自冲铆钉104可在至少一个切口86处安装到总成60中。

自冲铆钉104包括头部110和从头部110垂直延伸的柄杆112。通过将自冲铆钉104布置在切口86内并使柄杆112抵靠中间组件层64的第一表面72，来安装自冲铆钉104。铆钉驱动工具的驱动头的至少一部分也容纳于切口86内并与头部110接合。铆钉驱动工具的底模抵靠底表面78的与驱动头对齐的那一部分设置。铆钉驱动头包括冲头，冲头与铆钉的头部110接合并驱使自冲铆钉104进入中间组件层64和第三组件层66中。铆钉的头部110可与第一表面72基本上齐平。铆接工艺使第三组件层66变形，从而形成与切口86基本上对齐的纽扣(button)98。切口86部分允许自冲铆钉仅设置在中间组件层64和第三组件层66内。因此，在三个组件层的总成中提供两个组件层的铆接。多个其他自冲铆钉可在与第一组件层62中所限定的另外的切口对齐的位置安装在中间组件层64和第三组件层66内。形成一组第一自冲铆钉和切口。

第三组件层66包括位于装配区域内的至少一个切口90。第三组件层66包括限定切口90的周界的至少一个切口内壁96。至少一个切口内壁96在内表面76和底表面78之间延伸，从而限定完全穿过第三组件层66的切口。切口90使三个组件层的总成局部地转变成局部有两个组件层的总成。

自冲铆钉106包括头部114和从头部114垂直延伸的柄杆116。通过将柄杆116抵靠第一组件层62的顶表面68布置在切口90的周界之内的位置，来安装自冲铆钉106。铆接工具的驱动头与头部114接合，铆接工具的底模抵靠第二组件层64的第二表面74放置在切口90内。冲头驱使自冲铆钉106进入第一组件层62和中间组件层64中。在铆接过程中，纽扣100形成到第二表面74中并设置在切口90内。因此，在三个组件层的总成中提供另一两个组件层的铆接。多个其他自冲铆钉可在与第三组件层66中所限定的另外的切口对齐的位置安装在第一组件层62和中间组件层64内。形成一组第二自冲铆钉和切口。第一组自冲铆钉和切口以及第二组自冲铆钉和切口可沿着装配区域交替，以形成利用多处双层自冲铆接连接的三个组件层的总成。

总成60还可包括设置在第一组件层62、第二组件层64和第三组件层66内的第三自冲铆钉108。第三自冲铆钉108包括头部118和从头部垂直延伸的柄杆120。在安装时，头部118可与顶表面68基本上齐平。自冲铆钉108可比铆钉104和106更长更坚固，以穿入三个组件层并连接三个组件层。可与自冲铆钉104和106的安装类似地安装第三自冲铆钉108。三层自冲铆接的可行性取决于所要求的接合强度以及底部组件层的厚度。三层自冲铆接可与第一组双层自冲铆接以及第二组双层自冲铆接联合。三层自冲铆接可安装在对连接牢固性要求较低的位置。利用三层铆接作为紧固方案的一部分可减少总成60中所需要的切口的数量。铆钉可沿着如图4中所示的铆接线排列或者可交错布置。铆钉也可沿着总成的边缘80排列或者可位于总成60的更加居中的位置。

纽扣98和102从底表面78向外突出，并且在表面78将抵靠另一表面被安装的情况下可导致配合和装饰问题。被设计成抵靠底表面78设置的部件可包括具有用于容纳纽扣98和102的空腔的接合表面。空腔为纽扣形成空隙，并允许所述部件仅沿着底表面78的平滑部分与底表面78接合。

参照图6和图7，四个组件层的总成150利用自冲铆钉被固定。总成150利用选择性地布置的切口来减少任何一个自冲铆钉必须固定的组件层的数量。总成150包括第一组件层152、第二组件层154、第三组件层156和第四组件层158。第一组件层152、第二组件层154、第三组件层156和第四组件层158中的每个包括装配区域，在该装配区域处，组件层彼此堆叠。装配区域的某些部分包括所有的四个组件层的堆叠，其他装配区域可仅包括四个组件层中的两个或三个组件层。

第一组件层152包括第一表面160和相对的第二表面162，第二表面162抵靠第二组件层154设置。第一表面160和第二表面162限定第一组件层152的厚度。第二组件层154包括抵靠第二表面162设置的第一表面164和抵靠第三组件层156设置的第二表面166。第三组件层156包括抵靠第二表面166设置的第一表面168和抵靠第四组件层158设置的第二表面170。第四组件层158包括抵靠第二表面170设置的第一表面172和与第一表面172相对的第二表面174。

第一组件层152包括位于第一组件层152的装配区域内的至少一个第一切口176。第一组件层152包括限定切口176的周界的至少一个切口内壁186。至少一个内壁186在第一表面160和第二表面162之间延伸，从而限定完全穿过第一组件层152的切口。切口176使三个组件层的总成局部地转变成局部有两个组件层的总成。自冲铆钉192在第一切口176处安装到总成150中。

自冲铆钉192包括头部194和从头部194垂直延伸的柄杆196。通过将自冲铆钉192布置在切口部分176内并使柄杆196抵靠第二组件层154的第一表面164，来安装自冲铆钉192。冲头与头部194接合并驱使铆钉192进入第二组件层154和第三组件层156中。铆接工艺在第三组件层156的第二表面170中形成纽扣216。当铆钉192被完全安装时，头部194可与第一表面164基本上齐平。多个其他自冲铆钉可在与第一组件层152中所限定的另外的切口对齐的位置安装在第二组件层154和第三组件层156内。

第三组件层156包括位于装配区域内的至少一个切口182。第三组件层156包括限定切口182的周界的至少一个切口内壁188。至少一个内壁188在第一表面168和第二表面170之间延伸，从而限定完全穿过第三组件层156的切口。

自冲铆钉198包括头部200和从头部200垂直延伸的柄杆202。通过抵靠第一组件层152的第一表面160将柄杆202布置在切口182的周界之内，来安装自冲铆钉198。铆接机的冲头与头部200接合，底模抵靠第二组件层154的第二表面166放置在切口182内。冲头驱使自冲铆钉198进入第一组件层152和第二组件层154中。纽扣218形成到第二表面166中并设置在切口182内。多个其他自冲铆钉可在与第三组件层156中所限定的另外的切口对齐的位置安装在第一组件层152和第二组件层154内。

第一组件层152包括位于第一组件层152的装配区域内的第二切口180。第一组件层152包括限定切口180的周界的至少一个切口内壁190。至少一个内壁190在第一表面160和第二表面162之间延伸，从而限定完全穿过第一组件层152的切口。自冲铆钉204在切口180处安装到总成150中。

自冲铆钉204包括头部206和从头部206垂直延伸的柄杆208。通过将自冲铆钉204布置在切口部分180内并使柄杆208抵靠第二组件层154的第一表面164，来安装自冲铆钉204。冲头与头部206接合并驱使铆钉204进入第二组件层154、第三组件层156和第四组件层158中。铆接工艺在第四组件层158的第二表面174中形成纽扣220。当铆钉204被完全安装时，头部206可与第二组件层154的第一表面164基本上齐平。多个其他自冲铆钉可在与第一组件层152中所限定的另外的切口对齐的位置安装在第二组件层154、第三组件层156和第四组件层158内。

第二组件层154包括位于第二组件层的装配区域内的至少一个切口184。第二组件层154包括限定切口184的周界的至少一个切口内壁193。至少一个内壁193在第一表面164和第二表面166之间延伸，从而限定完全穿过第二组件层154的切口。自冲铆钉210在切口184处安装到总成150中。

自冲铆钉210包括头部212和从头部212垂直延伸的柄杆214。通过将柄杆212抵靠第三组件层156的第一表面168放置在切口184的周界之内的位置，来安装自冲铆钉210。驱动冲头与头部212接合并驱使铆钉210进入第三组件层156和第四组件层158中。铆接工艺在第四组件层158的第二表面174中形成纽扣222。当铆钉210被完全安装时，头部212可与第一表面168基本上齐平。多个其他自冲铆钉可在与第二组件层154中所限定的另外的切口对齐的位置安装在第三组件层156和第四组件层158内。

参照图8和图9，车身总成250包括彼此堆叠的A柱252、铰链柱254和车身板件256。A柱252限定总成的内侧表面，车身板件256限定总成的外侧表面。铰链柱254设置在A柱252和车身板件256之间。

A柱252包括边缘部分260，铰链柱254包括边缘部分262，车身板件256包括边缘部分264。这些边缘部分彼此堆叠并限定凸缘258。A柱252、铰链柱254和车身板件256在凸缘258处连接在一起。多个铆钉设置在凸缘中，用于将总成250连接在一起。铆钉可以是自冲铆钉。铆钉可沿着铆接线设置或者可交错布置。

A柱252的边缘部分和铰链柱254的边缘部分可包括多个切口和凸耳，所述多个切口和凸耳协作以提供具有两层部分和三层部分的凸缘258。所述两层部分减少了某一自冲铆钉必须连接的组件层的数量。

在示出的实施例中，铰链柱254的边缘部分262包括第一凸耳266。第一凸耳266置于A柱252的边缘部分260和车身板件256的边缘部分264之间，从而限定具有三个组件层的凸缘区域268。自冲铆钉270设置在所有的三个组件层中，以将组件层连接在一起。

凸缘258包括A柱252与车身板件256在该处连接的两组件层区域272。A柱252包括在区域272处的凹入部分274。铰链柱254包括在区域272处的切口276。凹入部分274容纳在切口276内并抵靠车身板件256设置。自冲铆钉278设置在A柱252和车身板件256内。

凸缘258还包括铰链柱254与车身板件256在该处连接的另一两组件层区域280。A柱252包括与区域280对齐的切口282。切口282将凸缘厚度从三层减小到两层。铰链柱254包括第二凸耳284，第二凸耳284与切口282对齐并抵靠车身板件256设置。自冲铆钉286设置在铰链柱254的第二凸耳284和车身板件256内。

凸缘258还包括A柱252与车身板件256在该处连接的另一两组件层区域288。铰链柱254包括与区域288对齐的切口290。切口290将凸缘厚度从三层减小到两层。A柱252包括凸耳292，凸耳292容纳在切口290内并抵靠车身板件256设置。自冲铆钉294设置在A柱252的凸耳292和车身板件256内。

上述实施例是具体示例，没有描述本公开的所有可能的形式。示出的实施例的特征可结合以形成公开的构思的进一步的实施例。说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语。权利要求的范围比具体公开的实施例的范围大，且还包括示出的实施例的变型。

Claims (20)

1.一种汽车组件总成，包括：

第一铝合金车辆组件，限定第一接合区域和第一切口；

第二铝合金车辆组件，限定第二接合区域；

第三铝合金车辆组件，限定第三接合区域，其中，第二接合区域置于第一接合区域的一部分和第三接合区域的一部分之间；

第一自冲铆钉，在与第一切口对齐的位置处设置在第二接合区域和第三接合区域内，第一自冲铆钉凹入到第一切口中，第一自冲铆钉的顶表面位于第一铝合金车辆组件的中点以下；

第二自冲铆钉，嵌入在第一铝合金车辆组件和第二铝合金车辆组件内。

2.如权利要求1所述的汽车组件总成，其中，第一自冲铆钉不与第一铝合金车辆组件接触。

3.如权利要求1所述的汽车组件总成，其中，第一自冲铆钉的顶表面与第二铝合金车辆组件的顶表面基本上齐平。

4.如权利要求1所述的汽车组件总成，其中，第三铝合金车辆组件限定第二切口，第二自冲铆钉在与第二切口对齐的位置处嵌入在第一铝合金车辆组件和第二铝合金车辆组件内。

5.如权利要求1所述的汽车组件总成，还包括设置在第一铝合金车辆组件、第二铝合金车辆组件和第三铝合金车辆组件内的第三自冲铆钉。

6.如权利要求4所述的汽车组件总成，其中，第二铝合金车辆组件还包括由第二自冲铆钉形成的纽扣，其中，所述纽扣设置在第二切口内。

7.如权利要求4所述的汽车组件总成，其中，第一自冲铆钉和第二自冲铆钉中的每个包括头部，第一自冲铆钉的头部和第二自冲铆钉的头部朝向相同方向。

8.一种用于汽车的多个铝制组件的总成，包括：

第一组件、第二组件和第三组件的堆叠；

第一自冲铆钉，设置在第一组件和第二组件内，且不位于第三组件中；

第二自冲铆钉，设置在第二组件和第三组件内，且不位于第一组件中，其中，第一自冲铆钉和第二自冲铆钉协作以在第一组件、第二组件和第三组件之间形成接合。

9.如权利要求8所述的用于汽车的多个铝制组件的总成，其中，第一组件限定第一切口，第二自冲铆钉布置在第一切口的周界之内。

10.如权利要求9所述的用于汽车的多个铝制组件的总成，其中，第三组件限定第二切口，第一自冲铆钉布置在第二切口的周界之内。

11.如权利要求10所述的用于汽车的多个铝制组件的总成，其中，第一切口和第二切口彼此错开。

12.如权利要求8所述的用于汽车的多个铝制组件的总成，还包括：

第四组件；

第三自冲铆钉，第三自冲铆钉设置在第二组件、第三组件和第四组件内，其中，第一自冲铆钉、第二自冲铆钉和第三自冲铆钉协作以在第一组件、第二组件、第三组件和第四组件之间形成接合。

13.如权利要求10所述的用于汽车的多个铝制组件的总成，其中，第二自冲铆钉凹入到第一切口中，第二自冲铆钉的顶表面离第二组件比离第一组件更近。

14.如权利要求13所述的用于汽车的多个铝制组件的总成，其中，第二组件包括由第一自冲铆钉形成的纽扣，其中，所述纽扣设置在第二切口内。

15.如权利要求8所述的用于汽车的多个铝制组件的总成，其中，第二自冲铆钉限定具有顶表面的头部，并且所述顶表面与第二组件的顶表面基本上齐平。

16.一种汽车组件总成，包括：

第一铝合金车辆组件、第二铝合金车辆组件和第三铝合金车辆组件，第一铝合金车辆组件、第二铝合金车辆组件和第三铝合金车辆组件中的每个包括限定汽车组件总成的凸缘的边缘部分；

第一切口，在第一铝合金车辆组件的边缘部分中限定；

第一凸耳，在第二铝合金车辆组件的边缘部分中限定，并与第一切口对齐；

第一自冲铆钉，与第一切口对齐并设置在第三铝合金车辆组件和第一凸耳内；

第二凸耳，在第一铝合金车辆组件的边缘部分中限定；

第二自冲铆钉，设置在第二凸耳和第三铝合金车辆组件内，而不设置在第二铝合金车辆组件内。

17.如权利要求16所述的汽车组件总成，还包括：第二切口，在第二铝合金车辆组件的边缘部分中限定，第二凸耳与第二切口对齐。

18.如权利要求16所述的汽车组件总成，其中，第二铝合金车辆组件置于第一铝合金车辆组件和第三铝合金车辆组件之间。

19.如权利要求16所述的汽车组件总成，其中，所述凸缘包括三组件层区域，在该三组件层区域中，第一铝合金车辆组件的边缘部分、第二铝合金车辆组件的边缘部分和第三铝合金车辆组件的边缘部分彼此堆叠。

20.如权利要求19所述的汽车组件总成，还包括第三自冲铆钉，第三自冲铆钉在所述三组件层区域处设置在第一铝合金车辆组件、第二铝合金车辆组件和第三铝合金车辆组件内。