CN105538693B - 用于车辆的增强的可模压铆接组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于车辆的增强的可模压铆接组件。一种车辆部件的组件，其包括彼此邻接的第一和第二部件。第一和第二部件的至少一个包括非金属材料。第一和第二部件分别包括重叠的第一和第二孔。该组件进一步包括延伸穿过第一和第二孔的接合部件。接合部件具有支撑主体和外部主体，外部主体至少部分地包覆支撑主体。外部主体包括聚合材料。接合部件将第一和第二部件夹置在外部主体的第一和第二凸缘之间，并且支撑主体延伸至第一和第二孔的至少一个中。

Description

用于车辆的增强的可模压铆接组件

背景技术

诸如机动车辆、皮卡车、运动型多用途车、小型货车、货车或者其他客车的车辆通常使用用于其结构的钢材。然而，基于特殊车辆设计规范，对于更有效率车辆的需求已导致要考虑各种结构和车身材料。例如，为了帮助符合燃料效率目标或要求(例如燃料使用效率标准(CAFE)规定)，取代和/或除了传统的金属部件之外，车辆可结合非金属、塑料、复合和/或增强材料(诸如，例如纤维增强塑料)来降低重量同时维持合适的强度和刚度性能。这种部件的连接件和材料的完整性和稳健性在各种方式上影响车辆的性能，包括车辆的强度以及车辆的噪声、振动和粗糙性(NVH)特性。然而，传统的制造方法并不可应用至替代的材料需求。例如，增强的复合材料不能进行焊接，并且它们可引起金属紧固件腐蚀。其他的接合技术并不适合大众市场周期。在另一个示例中，如果车辆材料和紧固件具有显著不同的热膨胀特性，则由于热循环可使接合件完整性受损。因此，目前很难在大众市场的客车中提供用于非金属、塑料、复合和/或增强材料(诸如，纤维增强塑料)的可施加足够稳健性的连接件。

附图说明

图1是根据本公开原则的车辆部件的示例性组件的横截面视图。

图2是分别定位有重叠的孔穿过其中的示例性车辆结构构件的横截面视图。

图3A至图3C是用于根据本公开原则的组件的示例性紧固部件的横截面视图，该紧固部件包括包覆支撑主体的增强的外部可模压主体。

图4是用于根据本公开原则的组件的示例性紧固部件的另一示例性支撑主体的横截面视图。

图5A至图5C是用于形成根据本公开原则的组件的系统的横截面视图。

图6示出了用于形成根据本公开原则的组件的示例性步骤。

具体实施方式

图1是根据本公开原则的车辆部件的示例性组件10的示例性横截面视图。该示例性组件10包括第一和第二结构部件12和14。在一个示例中，第一和第二部件12和14为用于车辆(诸如，客车、运动型多用途车、小型货车等)的车身部件。在该示例性实施方式中，第一和第二部件12和14彼此邻接。应理解的是，本公开的原则可应用至各种车辆组件，这包括带有大于两个部件的组件。

根据本公开的原则，第一和第二部件12和14中的至少一个由非金属、塑料、复合和/或增强材料(例如，诸如纤维增强塑料)制成和/或包括以上。在一个示例中，第一和第二部件12和14中的一个可由碳纤维增强塑料材料制成，并且另一个也可由碳纤维增强塑料材料、另一种非金属、塑料、复合和/或增强材料、或者金属材料制成。第一和第二部件12和14可具有基本上相同的材料组成。

进一步参照图2，第一和第二部件12和14分别包括第一和第二孔16和18。第一和第二部件12和14被定位成使得第一和第二孔16和18彼此重叠。在某些实施方式中，如在图2的示例性视图中所示出的，第一和第二部件12和14可被安置成使第一和第二孔16和18居中，即，中心对齐。

组件10进一步包括延伸穿过第一和第二部件12和14的第一和第二孔16和18的紧固件或接合部件20。接合部件20包括可模压外部主体22，其至少部分地包覆相对刚性的支撑轴或主体24。应理解的是，在本文中描述的外部主体“至少部分地包覆”支撑主体在某些实施方式中包括：其中支撑主体或轴的一部分或多部分或者其构件可凸出穿过外部主体至接合部件的外表面，但是外部主体围绕支撑主体充分地延伸以维持支撑主体相对于外部主体的固定。此外，如本文所使用的，“可模压”指的是材料在某些情况下可重复地变形和熔化，诸如热塑性聚合物材料，以及由于所施加的变形条件(即，加热、加压等)而基本上不可逆地硬化或化学变化的材料，例如热固性聚合物材料。因此，外部主体22可包括热塑性材料(例如，尼龙)和热固性材料(例如，环氧树脂或聚酯纤维)中的一种。除了这种可模压材料之外，外部主体22可包括增强材料32。

进一步参照图3A至图3C，附加的接合部件20’和20”连同接合部件20一起全部示出为示例性预变形状态，例如，基本上为圆柱形。附加的接合部件20’和20”分别具有外部主体22’和22”，外部主体分别包括变化的增强材料32’和32”。例如，增强材料32、32’和32”可包括多种纤维和/或颗粒材料(例如，碳纤维、玻璃、芳纶以及其他天然纤维)；滑石和金属薄片；以及玻璃珠中的一种或更多种。应理解的是，除了在增强材料上的变化之外，本文中对接合部件20的描述同样应用于接合部件20’和20”。

如在图1和图3A至图3C中所示出的，支撑主体24、24’和24”分别至少部分地由可模压外部主体22、22’和22”包覆，并且每一个可大体呈圆柱形。参照图4，另一支撑主体24”’包括肋状锁定构件34”’，该锁定构件从其外表面径向地凸出。根据本公开的原则，该锁定构件34”’有助于使得支撑主体24”’相对于在车辆部件组件中对应的接合部件的可模压外部主体机械地固定。例如，锁定构件34”’会对支撑主体24”’相对于至少部分地包覆的外部主体的纵向移动提供附加的阻力。应理解的是，根据本公开的原则的支撑主体或轴可包括多种几何形状，包括多种构造的凸出锁定构件，诸如间隔开的球形突起或螺纹。这种结构可明显地影响支撑主体或轴的横截面面积。还应理解的是，除了包括在支撑主体24”’中的锁定构件之外，支撑主体24、24’、24”及24”’在本文中的描述同样地可彼此适用。

在图5A至图5C和图6中示出了用于形成组件10以及第一和第二部件12和14与接合部件20的系统和步骤100。具体地参照图5A和图6的方框102，模具组件50以底座部件52和鼻状部件54使第一和第二部件12和14固定，其中第一和第二孔16和18重叠。底座部件52具有成型凹口56，并且鼻状部件54具有与成型凹口56重叠的通孔58。第一和第二部件12和14定位在模具组件50中，并且第一和第二孔16和18与成型凹口56和通孔58重叠。如在图5A至图5C中所示出的，第一和第二孔16和18可与成型凹口56和通孔58居中，即，中心对齐。

具体参照图5B和图6的方框104，第一和第二部件12和14固定在模具组件50中，接合部件20可延伸穿过鼻状部件54的通孔58和第一和第二孔16和18并且与成型凹口56接合。在示例性示出的实施方式中，接合部件20定位成以大致呈圆柱形的预成型构造穿过第一和第二部件12和14。

具体参照图5C和图6的方框106，接合部件20定位在第一和第二车辆部件12和14之间，模具组件50的冲压构件60延伸进入鼻状部件54的通孔58中且与接合部件20接合，如在图5C中所示出的。冲压构件60使接合部件20的可模压外部主体22变形进入成型凹口56、第一和第二孔16和18以及通孔58在冲压构件60与第一车辆部件12之间的区域中。

如在图5A至图5C中所示出的，温度控制装置62可热连接至模具组件50以提供加热或冷却从而帮助可模压外部主体22的固化和/或变形工艺。例如，参照图6的方框108，步骤100的一部分可确定出是否这种温度控制为需要的或预期的。如果不是，参照图6的方框110，例如当外部主体22的可模压材料为热塑性材料时，则接合部件20的外部主体22可主要由通过冲压构件60施加的力发生变形。

再次参照图6的方框108，如果模具组件50的温度控制是需要的或预期的，例如外部主体22的可模压材料处于热固性材料的形式并且需要热量来固化外部主体22或者热量有助于其变形。例如，温度控制装置62可包括与模具组件50热力学连通的加热器，以根据需要的特定的材料和操作条件来操作。在另一个示例中，为了促进制造，例如通过加速步骤100，温度控制装置62还可具有与模具组件50热力学连通的冷却器，以加速可模压外部主体22在变形形状中的固化或硬化。因此，参照图6的方框112，温度控制装置62根据预期或需要来操作，并且步骤100继续至方框110，其中通过力和/或温度控制发生变形。

由于根据本公开的原则通过冲压构件60变形，接合部件20包括外部主体22的第一和第二凸缘72和74，该第一和第二凸缘将第一和第二部件12和14夹置在一起。在本示例性示出的实施方式中，第一凸缘72直接接合第一部件12的外表面82，且第二凸缘74直接接合第二部件14的外表面84。在一些实施方式中，例如外部主体22的可模压材料为热固性材料，第一凸缘72和第二凸缘74中的一个或两个可分别粘附地结合至第一和第二车辆部件12和14。在这种实施方式中，第一凸缘72可具有与第一部件12的外表面82结合的结合部86，且第二凸缘74可具有与第二部件14的外表面84结合的结合部88。

在可模压外部主体22的变形中，支撑主体24定位成延伸至第一和第二孔16和18中。在其他实施方式中，支撑主体或轴24可仅延伸至第一和第二孔16和18的其中一个中。

如在示例性视图中所示出的，第一和第二孔16和18可相对于彼此大体上居中，并且变形的接合部件20以及其支撑主体24可相对于第一和第二孔16和18大体上居中。在其他实施方式中，变形的接合部件20以及其支撑主体24可相对于第一和第二孔16和18中的至少一个大体上居中。

在附图中，相同的参考标号表示相同的元件。进一步地，可以对这些元件中的一些或者所有进行改变。因此，应理解的是，上述描述仅为示意性的且非限制性的。基于阅读上述的说明，对于本领域的普通技术人员来说，除了已提供的示例之外，许多实施例和应用将是显而易见的。本发明的范围并不通过参考以上描述来确定，而应该替代性地通过参考所附的权利要求连同与这些权利要求的主题等同的所有范围来确定。应理解的是，如本文所使用的，示例性是指作为例证或样本、示例或典型。应预先考虑或预期到的是，在本文所讨论的领域中将发生进一步的发展，并且所披露的系统和方法将结合至这种进一步的实施例中。总而言之，应理解的是，本发明能够进行各种修改和变型并且仅由以下的权利要求限定。

在权利要求中所使用的所有术语旨在给出其最大的合理解释以及由本领域的技术技术人员所理解的通常的含义，除非在本文中明确相反的指出。具体地，单数冠词的使用，诸如“一个”、“该”、“所述”等应理解为例举所指出的元件的一个或多个，除非权利要求列出明确相反的限定。

Claims (20)

1.一种车辆部件的组件，包括：

彼此邻接的第一部件和第二部件，所述第一部件和所述第二部件中的至少一个包括非金属材料，所述第一部件和所述第二部件分别包括重叠的第一孔和第二孔；以及

延伸穿过所述第一孔和所述第二孔的接合部件，所述接合部件具有支撑主体和外部主体，所述外部主体完全包覆所述支撑主体，所述外部主体包括聚合材料，所述接合部件将所述第一部件和所述第二部件夹置在所述外部主体的第一凸缘和第二凸缘之间，所述支撑主体延伸至所述第一孔和所述第二孔的至少一个中。

2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述第一部件和所述第二部件中的至少一个的所述非金属材料为复合材料。

3.根据权利要求2所述的组件，其中，所述复合材料为纤维增强聚合物材料。

4.根据权利要求3所述的组件，其中，所述纤维增强聚合物材料包括碳纤维材料。

5.根据权利要求1所述的组件，其中，所述第一部件和所述第二部件具有相同的材料组成。

6.根据权利要求1所述的组件，其中，所述支撑主体呈圆柱形。

7.根据权利要求6所述的组件，其中，所述支撑主体包括由所述支撑主体的外表面凸出至所述外部主体中的锁定构件。

8.根据权利要求7所述的组件，其中，所述锁定构件形成为肋和螺纹之一。

9.根据权利要求1所述的组件，其中，所述接合部件相对于所述第一孔和所述第二孔的至少一个居中。

10.根据权利要求1所述的组件，其中，所述接合部件相对于所述第一孔和所述第二孔的至少一个居中，所述支撑主体延伸至所述第一孔和所述第二孔的至少一个中。

11.根据权利要求10所述的组件，其中，所述支撑主体至少相对于所述第一孔和所述第二孔的至少一个居中，所述支撑主体延伸至所述第一孔和所述第二孔的至少一个中。

12.根据权利要求1所述的组件，其中，所述第一凸缘直接接合所述第一部件。

13.根据权利要求12所述的组件，其中，所述第二凸缘直接接合所述第二部件。

14.根据权利要求12所述的组件，其中，所述第一凸缘和第一部件的直接接合包括粘接结合。

15.根据权利要求1所述的组件，其中，所述外部主体包括热塑性材料和热固性材料中的一种。

16.根据权利要求15所述的组件，其中，所述外部主体包括增强材料。

17.根据权利要求16所述的组件，其中，所述增强材料包括碳纤维、玻璃和芳纶纤维中的至少一种。

18.根据权利要求16所述的组件，其中，所述增强材料包括滑石、金属和玻璃颗粒中的至少一种。

19.一种车辆结构部件的接合件，包括：

直接彼此重叠的第一部件和第二部件，所述第一部件和所述第二部件中的至少一个包括增强的复合材料，所述第一部件和所述第二部件分别包括彼此对齐的第一孔和第二孔；以及

延伸穿过所述第一孔和所述第二孔的接合部件，所述接合部件具有支撑轴和可模压主体，所述可模压主体完全包覆所述支撑轴，所述可模压主体包括增强材料以及热塑性材料和热固性材料中的一种，所述接合部件直接将所述第一部件和所述第二部件分别夹置至所述可模压主体的第一凸缘和第二凸缘，所述支撑轴延伸至所述第一孔和所述第二孔中。

20.根据权利要求19所述的车辆结构部件的接合件，所述可模压主体的所述增强材料包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、滑石薄片、金属薄片以及玻璃珠中的至少一种。

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