CN105690743A - 减少接合复合工件中腐蚀的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及减少接合复合工件中腐蚀的装置和方法。本公开关系到铆钉主体，包括铆钉头和铆钉柄，由不同于用于插入工件的芯轴的材料组成，芯轴包括芯轴杆和芯轴帽。铆钉主体通过铆钉柄接收包括芯轴帽在内的芯轴杆。芯轴杆通过安装工具被接收，该工具旋转铆钉主体，且芯轴帽通过摩擦铆接使工件局部变形以安装铆钉主体。在摩擦铆接期间，快速旋转的铆钉主体被推入工件，在芯轴帽接触工件的地方造成局部变形／熔化。芯轴帽形成腔，该腔发展通过工件的上表面和下表面。

Description

减少接合复合工件中腐蚀的装置和方法

技术领域

本发明总体上涉及材料相似或不同的接合工件。进一步来说，本发明涉及减少通过机械紧固件而形成在工件间的电化学路径导致的电化学腐蚀。

背景技术

在很多行业广泛使用铆钉作为机械紧固件来连接组件（例如，片材）。近年来，基于聚合物的复合材料已被广泛地使用在目的诸如为减少重量部件和紧固件的应用场合中。

使用快速且容易的铆钉允许相对迅速的组装、一致的机械性能和流线型安装的外观，使得铆接在诸如桥梁构件的组装和汽车工件的连接领域中成为一种可靠且经济的组装方法。铆钉通常与类似的异种金属一起使用，诸如，铝、不锈钢和铜之间的组合，等等。

在安装之前，铆钉主体（例如，盲铆钉）由铆钉头和光滑的圆柱形铆钉杆组成。该铆钉主体使用芯轴而被设置的，该芯轴杯驱动通过铆钉主体。在安装时，铆钉主体被放入安装工具，且然后被插入工件内的穿孔或预钻孔。致动安装工具将芯轴拉入铆钉主体并牢固地将工件夹紧在一起。当芯轴到达预定的断裂载荷，芯轴断裂并从该设置的铆钉主体移除。芯轴的一小部分保留在铆钉杆的底部，以确保夹紧力被保持在接合处。在最终形式中，铆钉杆变形（已知为镦锻），从而使铆钉杆膨胀的比原始的铆钉杆直径更大，因此保持铆钉主体在适当位置。

使用预钻孔来进行铆接会导致接合处完整性的未来问题。与预钻孔相关的问题包括诸如但不限于，用错误尺寸的钻头来钻孔、预定的预钻孔中心标记的钻出、以及忘记清理工件中的孔的毛刺，这会在孔内且从而在接合处产生碎屑。此外，在必须是平头铆接的情况下，忘记提供顶部和／或底部凹陷或使机加工的埋头孔太浅或太深会导致接合处的未来问题。此外，需要预先钻出一些孔会使制造过程的成本和时间明显增加。

另外，使用预钻孔会增加工件发生电化学腐蚀的可能性。当异种工件在存在有电解质（例如，水）的情况下相互接触时，电化学过程（已知为电化学反应）发生。电化学反应，已知为电化学腐蚀，以较快的速度腐蚀一种金属且以较慢的速度腐蚀另一种。腐蚀速率取决于a）导体的电势的差异、b）电解质的导电率、和c）接触区域的相对大小。

用铆钉来连接复合工件，尤其是导电的复合工件，需要付出特别的努力去减少或防止电化学腐蚀。通常电化学腐蚀可以与通过连接的工件的接触和密封而产生的噪音相关联。在铆钉在该处连接工件的表面区域上的腐蚀会产生噪音（例如，研磨或刺耳声）和与密封工件相关的问题。此外，在高水分含量的环境（例如，空调）中，电化学腐蚀会导致在工件的接合位置（既，在铆钉）处的过早分解，引起可能的接合处故障。

之前进行过试图减少和／或避免电化学腐蚀的尝试，其中腐蚀逐渐威胁到接合处的耐用性，例如，在工件之间形成屏障。屏障可包括添加到工件的一个或多个部分的涂漆、或插入工件之间以防止直接接触的垫圈和／或垫片。给铆钉杆增加保护涂层（例如，阳极氧化处理）也被用来防止电化学腐蚀。

虽然屏障和涂层提供防腐处理，但是屏障和涂层增加了铆钉杆的表面，因为屏障／涂层被放置在铆钉主体的外表面上，其占据了比铆钉主体的基底金属更大的空间。增加的表面可能会造成不期望的低的机械加工公差或装配公差的潜在问题。例如，在螺纹加工小孔来接受紧固件的情况下（例如，当在飞行器或汽车行业中用于连接表面时），外表面涂层可能会造成铆钉杆阻滞在孔螺纹内。而且，当屏障和涂层被使用时，很难确保在铆钉插入时保持屏障和涂层的完整性（例如，没有划痕）。屏障和涂层的划痕可能是在铆钉插入时造成的，并形成电化学腐蚀的反应活性部位，从而引起在接合处的噪音和密封问题以及接合处的过早失效的风险。

发明内容

鉴于上述缺陷，需要一种铆钉，它能够减少／防止两个接合的工件之间的电化学腐蚀。该铆钉在安装发生时还会在工件内形成腔，而无需使用预钻孔。

本技术涉及铆钉组件，包括由一种材料构成的铆钉主体和由不同于铆钉主体的材料构成的芯轴。

铆钉主体包括铆钉头和铆钉杆，两者均由配置为减少和／或消除在工件（多个）和铆钉主体之间的电化学腐蚀的材料构成。在一个方面，当铆钉主体与工件中的至少一个是导电的时，铆钉主体由减少工件和铆钉主体之间的电化学路径的材料构成。然而，当铆钉主体由非导电材料构成时，电化学路径可以在铆钉主体和导电工件之间被消除。此外，非导电的铆钉主体被配置为具有的玻变或熔融转变温度高于工件的玻变或熔融转变的温度。

芯轴包括芯轴杆和芯轴帽，芯轴杆和芯轴帽中的每一个均由导电材料构成，例如金属。芯轴主体允许芯轴主体连接到安装工具，用于插入芯轴主体和铆钉主体到一个或多个工件中。

铆钉主体通过铆钉杆接收芯轴杆。芯轴杆包括定位成与铆钉杆连接的芯轴帽。芯轴杆被安装工具接收且芯轴帽通过摩擦铆接使工件（多个）局部变形，以安装铆钉主体。在摩擦铆接期间，芯轴帽形成腔，该腔延伸通过工件（多个）的上表面和下表面。

在一些实施例中，铆钉杆包括一个或多个脊，每个脊具有不同于铆钉杆的尺寸。脊（多个）被配置成与一个或多个工件互锁。在一些实施方案中，构成脊（多个）的材料与铆钉杆的材料相同或相似。在替换实施方案中，脊（多个）包括成分不同于铆钉杆材料的材料。

在一些实施例中，铆钉主体还包括与铆钉头相关的垫圈。垫圈被配置为接触工件的上表面以促进密封。

本技术还涉及一种方法，使用铆钉主体连接工件（多个）而不需要预钻孔。该方法包括使用摩擦铆接，其导致通过安装工具施加扭矩（例如，正常的旋转力）到铆钉主体而产生的热。由于在芯轴帽接触工件的位置处的局部变形／融化，快速旋转的铆钉主体被推入工件（多个）。使用摩擦铆接减少和／或消除了工件的裂纹，例如，复合的工件（多个），其可以是脆性的。

本发明提供下列技术方案。

技术方案1.一种装置，用于接合第一工件和第二工件，包括：

铆钉主体，其包括（i）具有上表面和下表面的铆钉头，其中所述下表面与上表面相对，并被配置成在所述装置被用于接合工件时定位在第一工件的上表面附近或与之接触，和（ii）附连到所述铆钉头的下表面的铆钉柄，其中所述铆钉主体由第一材料组成；和

芯轴，其包括（i）芯轴杆，被配置成待定位在所述铆钉柄的至少一部分内，和（ii）芯轴帽，定位在所述芯轴杆的与所述铆钉柄接触的一部分上，其中所述芯轴由不同于第一材料的第二材料组成。

技术方案2.如技术方案1所述的装置，其中，所述芯轴帽当被用于接合工件时形成了在所述工件内发展的腔，该腔从第一工件的上表面延伸，经过第一工件的下表面和第二工件的上表面，然后到达或超过第二工件的下表面。

技术方案3.如技术方案1所述的装置，其中：

所述铆钉柄具有第一直径；

所述铆钉轴具有不同于第一直径的第二直径；

所述铆钉柄具有从铆钉柄延伸的脊；和

所述脊被配置为与第一工件和第二工件中的一者或两者互锁。

技术方案4.如技术方案3所述的装置，其中所述脊包括在组成上与所述铆钉主体的材料相同或相似的材料。

技术方案5.如技术方案3所述的装置，其中所述脊包括不同于所述铆钉主体的第一材料的材料。

技术方案6.如技术方案1所述的装置，进一步包括垫圈，其邻近所述铆钉头的下部并被配置为在所述装置被用于接合工件时接触第一工件的上表面。

技术方案7.一种系统，用于接合第一工件和第二工件，包括：

铆钉主体，其包括（i）具有上表面和下表面的铆钉头，其中所述下表面与上表面相对并被配置成在所述装置被用于接合工件时定位在第一工件的上表面附近或与之接触，和（ii）附连到所述铆钉头的下表面的铆钉柄，其中所述铆钉主体由第一材料组成；和

芯轴，其包括（i）芯轴杆，被配置成待定位在所述铆钉柄和所述铆钉头的至少一部分内，和（ii）芯轴帽，定位在所述芯轴杆的与所述铆钉柄和铆钉头接触的一部分上，其中所述芯轴由不同于第一材料的第二材料组成。

技术方案8.如技术方案10所述的系统，其中所述芯轴帽当被用于接合工件时在所述工件内形成了腔，该腔从第一工件的上表面延伸，经过第一工件的下表面和第二工件的上表面，然后到达或超过第二工件的下表面。

技术方案9.如技术方案10所述的系统，其中：

所述铆钉柄具有第一直径；

所述铆钉轴具有不同于第一直径的第二直径；

所述铆钉柄具有从所述铆钉柄延伸的脊；和

所述脊被配置为与第一工件和第二工件中的一者或两者互锁。

技术方案10.如技术方案10所述的系统，其中所述脊包括在组成上与所述铆钉主体的材料相同或相似的材料。

技术方案11.如技术方案10所述的系统，其中所述脊包括不同于所述铆钉主体的第一材料的材料。

技术方案12.一种方法，用于接合第一工件和第二工件，包括：

在第一工件的上表面附近定位芯轴，该芯轴被配置为待被接收通过至少一部分的铆钉主体，

所述铆钉主体包括具有直径的铆钉柄和包括上表面和下表面的铆钉头，所述铆钉头的下表面在所述定位过程中变得位于第一工件的上表面附近，其中所述铆钉主体由第一材料组成；和

所述芯轴包括芯轴杆和芯轴帽，所述芯轴帽被定位在所述芯轴杆的与所述铆钉柄相关的一部分上，其中所述芯轴由不同于所述铆钉主体的第一材料的第二材料组成；和

施加扭矩到所述铆钉头的上表面，使所述芯轴帽在第一工件的上表面处产生摩擦热，所述摩擦热使第一工件的上表面变形并形成从第一工件的上表面延伸进入第一工件的腔。

技术方案13.如技术方案12所述的方法，其中在施加的过程中，产生的摩擦热造成所述芯轴帽在所述工件中形成腔，该腔从第一工件的上表面延伸，通过第一工件的下表面和第二工件的上表面，然后到达或超过第二工件的下表面。

技术方案14.如技术方案13所述的方法，其中所述铆钉柄周边是第一周边，所述铆钉轴进一步包括围绕第二周边的脊，所述第二周边的尺寸不同于第一周边，其中所述脊被配置为与第一工件或第二工件互锁。

技术方案15.如技术方案14所述的方法，其中所述脊的材料在组成上类似于所述铆钉柄的材料。

技术方案16.如技术方案14所述的方法，其中所述脊的材料在组成上不同于所述铆钉柄的材料。

技术方案17.如技术方案13所述的方法，其中所述铆钉柄周边是第一周边，且所述铆钉轴进一步包括围绕第二周边的脊，所述第二周边的尺寸不同于第一周边，其中所述脊被配置为与第一工件和第二工件互锁。

技术方案18.如技术方案17所述的方法，其中所述脊的材料在组成上类似于所述铆钉柄的材料。

技术方案19.如技术方案17所述的方法，其中所述脊的材料在组成上不同于所述铆钉柄的材料。

技术方案20.如技术方案12所述的方法，进一步包括垫圈，其邻近所述铆钉头的下部并被配置为在利用所述方法来接合所述工件时接触第一工件的上表面。

本技术的其他方面将部分地显而易见且部分地在下文中说明。

附图说明

图1示出了铆钉的示例性实施例的侧面示意图，包括示出了竖直横截面。

图2示出了图1的结构布置用于将两个工件连接一起。

具体实施方式

根据要求，在此公开本发明的详细实施例。所公开的实施例仅仅是例子，可以各种和替换的形式以及它们的组合实施。如本文所用，例如，示例性的和类似的术语，泛指用作说明、标本、模型或模式的实施例。

这些附图不一定按比例绘制，并且某些图片可被放大或最小化，例如以显示特定部件的细节。在一些情况下，众所周知的部件、系统、材料或方法没有被详细的描述，以避免模糊本发明。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为权利要求的基础，和用于教导本领域技术人员使用各种方式来实施本发明的代表性基础。

在一些情况下，众所周知的部件、系统、材料或方法没有被详细的描述，以避免模糊本发明。因此本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为权利要求的基础，和用于教导本领域技术人员使用各种方式来实施本发明的代表性基础。

措辞如“配置为”执行一种功能，包括在权利要求中，可以包括被定尺寸、成形为、在结构布置中被定位、和包含材料来执行该功能中的任何一个或全部。

I.混合型铆钉总体概述－图1

转向附图，更具体的来说是第一幅图，图1示出了混合型铆钉组件100（下文称为铆钉组件100），包括由不同于芯轴主体的材料制成的铆钉主体。

铆钉主体包括连接到铆钉杆150的铆钉头140。铆钉头140被配置为使得工具（例如，像图2所示的安装工具）可以在或接近铆钉头140的上表面142处或附近接合混合型铆钉组件100并且施加扭矩到铆钉头140和铆钉杆150，从而导致混合型铆钉组件100穿过工件以形成接合处。

铆钉头140可以具有多种形状中的任何形状，取决于特定的用途。该铆钉头140可以包括埋头钉、大凸缘、或圆顶头（低型面或其它），等等。例如，铆钉头140可以是圆顶状，其直径大小设置为形成接合处的所需固位力，这是铆钉杆150的外径和铆钉头140的外径之间的悬伸距离的函数。

铆钉杆150附接到铆钉头140的下表面144，与铆钉头140的上表面142相对。

铆钉杆150的直径小于铆钉头140的直径。具体地说，铆钉杆150的直径促进相对容易地穿刺表面且穿过工件的表面。

在一些实例方式中，铆钉头140和／或铆钉杆150可包括非导电材料。使用非导电材料消除了导致电化学腐蚀的电化学路径。

铆钉头140和／或铆钉杆150的材料应当使得混合型铆钉组件100的相变（例如，聚合物复合材料的玻变）发生在高于工件（例如，聚合物或金属）的相变（例如，玻变或熔融转变）的温度下。换句话说，铆钉头140和／或铆钉杆150的玻变或熔融转变温度高于工件的玻变或熔融转变的温度。例如，铆钉头140和／或铆钉杆150可以包括诸如聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯、硅酮、聚酰胺、聚醚醚酮（PEEK）、聚醚酰亚胺（PEI）、或类似的聚合物，具有高于混合型铆钉组件100将要被用于接合的工件的相变温度。

当铆钉头140和／或铆钉杆150包含非导电材料，铆钉头140和／或铆钉杆150可包括增强纤维（例如，纤维增强聚合物）。这些纤维具有这样的材料，其可以使用已知的纺织加工技术（例如机织、针织、编织和缝合、等等）以二维或三维矩阵结合到铆钉头140和／或铆钉杆150的材料中。例如，该纤维可以包括诸如，但不限于，玻璃、碳、玄武岩、芳族聚酰胺、纸、和木材。

在其他实施例中，铆钉头140和／或铆钉杆150包括导电材料，其减少在工件与铆钉头140和／或铆钉杆150之间的电化学路径。例如，铆钉头140和／或铆钉杆150可包括具有类似于至少一个工件的电极电势的材料。

在一些实施例中，期望增加混合型铆钉组件100与工件的互锁。

在一些实施例中，与工件的增加互锁是通过铆钉杆150包括一个或多个脊或螺纹160来实现的。在一些实施例中，脊（多个）与铆钉杆150是分开的并且连接到其上，而在一些实施例中，它们是一体的。脊（多个）160促进和协助在进入期间铆钉杆150与工件的互锁。铆钉杆150的互锁确保混合型铆钉组件100在工件内的位置。混合型铆钉组件100的固定定位能够减少不必要的移动，从而减少被引入到接合处的空气和／或水分，空气和水分会有助于电化学腐蚀。此外，混合型铆钉组件100的固定定位能减少因对已经发生电化学腐蚀的表面区域的损坏而引起的噪音。此外，工件因它们的不同组成而呈现出不同的热机械性能。具体地，热膨胀系数和变形（蠕变）性质与基于工件的暴露温度和力的尺寸变化相关联。使工件互锁可以为抵消这些尺寸变化和性质差异提供方法，从而确保接合处的更长寿命。

脊（多个）160的直径可以略大于铆钉杆150的主直径、或轴径。或者，相较于铆钉杆150的轴，一个或多个脊（多个）160可以具有更小的直径或不同的形状。铆钉杆150和脊（多个）160之间的直径差允许脊（多个）160与工件互锁，如关联图2所述。

脊（多个）160的材料可以制造作为铆钉杆150的一部分，形成单个一体的柄和脊组合。例如，脊（多个）160的材料可以是与铆钉杆150相同或相似的材料。具体地，脊（多个）160的材料可以是与铆钉杆150内所用的相同的聚合物材料。此外，脊（多个）可以具有与铆钉杆150类似的其他特性，包括，类似的熔点、类似的刚性等等。

或者，脊（多个）160可在随后的过程中被附接到铆钉杆150（例如，附接为拉在铆钉杆150上的套筒），，在将混合型铆钉组件100插入工件之前。换句话说，脊（多个）160的材料可以是不同于铆钉杆150内所用的材料。然而，当脊（多个）160和铆钉杆150的材料不同时，脊（多个）160的材料应具有与铆钉杆150的材料相似的材料性质（例如，硬度、热导率等）。

虽然脊（多个）160被描述为具有直径和周长，这意味着圆形的横截面，但是铆钉头140，铆钉杆150，和／或脊（多个）160可包括其他形状，例如，但不限于，三角形、椭圆形、六边形、等等。例如，使用成形的脊（多个）160在一些应用中是有益的，举例来说，其中在混合型铆钉组件100与接合的工件之间的互锁是期望的或者混合型铆钉组件100无需使用旋转安装工具被插入。当成形的横截面不是大致圆形，由芯轴帽130／芯轴杆120形成的孔将可能比柄大，引起接合失效、公差问题、噪音、密封等的危险。在其中铆钉杆150，和／或脊（多个）160是非圆形的情况下，芯轴帽130可以为过尺寸的，以保证在铆钉杆150的镦锻（成蘑菇状）期间当移除芯轴杆120时，芯轴帽130大于所形成的孔。

在一些实施例中，增加的与工件的互锁是通过一个或多个垫圈（多个）170接触铆钉头140的下表面144来实现的。在安装时，垫圈170被定位成使得垫圈170的一侧接触铆钉头140的下表面144且垫圈170的另一侧接触工件的表面，如图2所示。

垫圈170可以被用于固定铆钉头140和工件间的结合，从而防止在铆钉头140和工件之间形成间隙。除了填充铆钉头140和工件间的间隙，垫圈170还可以充当缓冲件，以防止铆钉头140的材料（通常是金属）和工件间的机电接触，该接触随着时间的推移可能导致电化学腐蚀。

垫圈170可以包括用于粘合垫圈170到铆钉头140的底部的粘合剂（完全或部分固化）或其他粘合材料。垫圈170还可以包括，例如，完全固化或部分固化的环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸酯树脂、发泡胶带、喷射在压敏粘合剂层上，和类似物。

芯轴包括连接到芯轴帽130的芯轴杆120。该芯轴杆120可穿过铆钉主体的中心。如图1所示，芯轴杆120延伸通过铆钉主体的长度并连接到芯轴帽130，位于芯轴杆120的底表面上。在实践中，芯轴杆120和芯轴帽130可以形成为一个部件。

芯轴杆120的长度大于铆钉主体，从而允许芯轴杆120沿着铆钉主体的长度上下滑动（由双向箭头指示）。如下所述，当铆钉主体准备好供使用时，芯轴杆120被拉动，将芯轴帽130拉到铆钉杆150的底部。具体地说，芯轴帽130接触铆钉杆150的底表面，与铆钉头140相对（见图2中的步骤200）。

在其他实施例中，芯轴杆120的一部分可能在预定的断裂载荷下脱离芯轴帽130。该断裂载荷被设计用于防止产生过多的力，这可能会损坏连接着的工件。通常情况下，断裂载荷大于用于接合工件的力（例如，夹紧力）。小于夹紧力的断裂载荷可能会损害接合处的完整性。

芯轴杆120的直径允许穿过铆钉头140和铆钉杆150。具体地，芯轴杆120的直径小于铆钉头140和铆钉杆150的直径。

芯轴帽130被成形为附接到芯轴杆120上。如上所述，芯轴杆120和芯轴帽可以形成为一体。此外，在安装铆钉主体时芯轴帽130的直径并不能完全通过铆钉杆150。换句话说，芯轴帽130的直径大于芯轴杆120的直径，以及大于铆钉杆150的直径，以便允许铆钉主体的镦锻（成蘑菇状）。

芯轴杆120和／或芯轴帽130的材料应该确保工件在夹紧期间被固定且在接合处工作时被受约束。此外，芯轴杆120和／或芯轴帽130可以由强度高于待接合工件的材料的材料制成。芯轴杆120和芯轴帽130的强度可以使用任何数量的材料力学来评价，例如，但不限于，屈服强度和极限强度。较强的材料允许芯轴杆120和芯轴帽130当在接合过程中完全地穿透工件时保持它们的几何形状完整，如下所述。例如，所述芯轴可以包括材料，这些材料包括但不限于，钢、不锈钢、碳钢、铜、铝、黄铜，和类似物。

II.摩擦铆接的过程－图2

图2示出了使用混合型铆钉组件100连接第一工件210和第二工件220的过程。第一工件210和第二工件220可以具有相似的材料结构。在一个实施例中，第一工件210和第二工件220两者都包括聚合物复合材料。在另一个实施例中，第一工件210具有不同于第二工件220的材料。例如，第一工件210可以是复合材料，而第二工件220可以是铝合金。

在一些实施例中，一个或多个工件210，220可包括，但不限于聚合物，例如（按功能化），聚碳酸酯、聚烯烃（例如，聚乙烯和聚丙烯）、聚酰胺（例如，尼龙）、聚丙烯酸酯，和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯。

在其他实施例中，一个或多个工件210，220可包括，但不限于，复合材料如强化塑料，其中所述塑料可以包括任何上述示例性的聚合物，且加强可以包括下列中的一个或多个：粘土、玻璃、碳、微粒形式的聚合物、（纳米、长、或短）纤维、（纳米级或微米级的）薄片、晶须等等。

至少一个工件210，220可以包括合成物质，或无机物质，分子。虽然所谓的生物聚合物（或绿色聚合物）的使用在增加，但是基于石油的聚合物仍然更为常见。工件210，220中的一者或两者的材料还可以包括回收材料，例如聚丁烯对苯二酸酯（PBT）聚合物，它是约85%的消费使用后的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）。在一个实施例中，工件210，220中的一者或两者包括某种塑料。在一个实施例中，所述材料包括热塑性塑料。

在一个实施例中，工件210，220中的一者或两者包括合成物。例如，在一个实施例中，工件210，220中的一者或两者包括纤维增强聚合物（FRP）合成物，例如碳纤维增强聚合物（CFRP），或玻璃纤维增强聚合物（GFRP）。该合成物可以是例如玻璃纤维合成物。在一个实施例中，FRP合成物是混合塑料－金属合成物。所述材料在一些实施例中包括聚酰胺级聚合物，其可以通常被称为聚酰胺。工件210，220中的一者或两者的材料还可以包括聚氯乙烯（PVC）。在一个实施例中，工件210，220中的一者或两者包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）。在一个实施例中，工件210，220中的一者或两者的材料包括聚碳酸酯（PC）。工件中的一者或两者的材料还可以包括一种树脂。树脂例如包括玻璃纤维聚丙烯（PP）树脂、PC／PBT树脂，和PC／ABS树脂。

第一工件210包括上表面212和下表面214，第二工件220包括上表面222和下表面224。在接合工件210，220时第一工件210的下表面224和第二工件220的上表面222接触并通过混合型铆钉组件100被可靠地保持。

如图2中步骤200所示，为了接合工件210，220，首先将混合型铆钉组件100放入安装工具230。致动安装工具230拉动芯轴杆120，将芯轴帽130拉入混合型铆钉组件100的铆钉杆150中。具体地说，芯轴帽130接触铆钉杆150的底表面。当正确地定位时，芯轴帽130的一端附连到芯轴杆120上且另一端大致邻近第一工件210的上表面212。

在步骤220中，安装工具230提供扭矩，致使芯轴帽130和铆钉杆150穿透工件210，220，形成空腔240。空腔240由包括芯轴帽130在内的芯轴杆120形成，其穿过每个工件210，220从而允许铆钉杆150的进入。如图所示，空腔240变成与铆钉杆150相同的形状和大小。如上所述，为了允许工件210，220的穿透，芯轴杆120和芯轴帽130应该是在插入过程期间所达到的任何温度下强度高于每一个工件210，220的材料。

在摩擦铆接期间，混合型铆钉组件100通过安装工具230逐渐与第一工件210的上表面212接触，该安装工具向混合型铆钉组件100施加一定量的扭矩，这取决于工件210，220的组成物。具体来说，法向力（例如，大约每分钟120到900毫米的进给速率）和／或旋转力（例如，大约每分钟9000转的主轴转速）被施加到混合型铆钉组件100。在混合型铆钉组件100在被插入第一工件210时通过安装工具230旋转时，第一工件210中的材料产生摩擦加热。当产生的热的量变得等于或大于第一工件210的软化温度（例如，玻变或熔融转变温度）时，第一工件210的材料软化并进一步变形。局部软化和／或熔融允许混合型铆钉组件100在安装工具230施加的扭矩作用下穿入第一工件210，不需要预钻孔。第二工件220发生类似的摩擦铆接过程。第二工件220的材料被局部熔化和／或变形，允许混合型铆钉组件100穿入第二工件220，从而使空腔240继续。在一些实施例中，铆钉杆150可以与第二工件220互锁，以保证混合型铆钉组件100保持压缩在工件210，220两者上。与第二工件220的互锁将提供一个类似于使用螺钉工作时（例如，干式墙锚固）的结果。

摩擦铆接允许固定混合型铆钉组件100在工件210，220内的定位，这能够减少混合型铆钉组件100的不必要的移动，如在有预钻孔的情况下。当不必要的移动被减少时，也减少了电化学腐蚀的影响，因为空气和／或电解质（例如，水）没有被引入到接合处。具体地说，混合型铆钉组件100能够减少在接合工件210，220时引入的不必要的水分。

最后，如步骤400所示，芯轴杆120到达预定的断裂载荷，芯轴杆120的一部分脱离并从该组铆钉组件100被移除。在一些实施例中，芯轴帽130保持封装在第二工件220的下表面224处或附近。

本领域技术人员理解上述过程可以用于将混合型铆钉组件100安装到一个工件（例如，第一工件210）或多个工件（例如第一工件210，第二工件220，和／或第三工件）中。混合型铆钉组件100可以被用来将多个工件固定在一起。

III.选定特征

本技术的许多特征如上所述。本节以概述的形式呈现了本技术的一些选定特征。应该理解，本节只突出了本技术的众多特征中的一些，且以下段落并不是为了进行限制。

本技术减少了工件和铆钉之间形成的电化学腐蚀。电化学腐蚀的减少提高了接合材料的长期性能，并降低了与受到电化学腐蚀影响的材料相关的可听声音。

本技术还消除了对复合材料工件内预钻孔的需求，特别是碳纤维复合材料工件。在本技术内，在铆钉插入时形成腔，从而消除了对用来接收铆钉的预钻孔的需求。预钻孔的消除可以防止如下问题，例如再次加工以用丝锥重新挖出预钻孔来接收原始铆钉或对工件进行再加工以制造更大的孔来接收较大的铆钉。

本技术还减少了铆钉的重量。在本技术内，铆钉杆是由聚合物或类似材料制造，其具有比传统的金属基柄更低的重量。铆钉重量的减少允许在有特定重量要求的情况下（例如，飞行器和汽车行业）使用铆钉。

IV.结论

本文公开了本发明的不同实施例。所公开的实施例仅仅是例子，其可以不同和替代的形式以及它们的组合来实施。

上述实施例仅为示例性说明所列举的实施方式，以便清楚地理解本发明的原理。

可以对上述实施例进行变型、修改、和组合，而不脱离权利要求的范围。所有这些变型、修改、和组合包括在本文中落在本公开和后面的权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种装置，用于接合第一工件和第二工件，包括：

铆钉主体，其包括（i）具有上表面和下表面的铆钉头，其中所述下表面与上表面相对，并被配置成在所述装置被用于接合工件时定位在第一工件的上表面附近或与之接触，和（ii）附连到所述铆钉头的下表面的铆钉柄，其中所述铆钉主体由第一材料组成；和

芯轴，其包括（i）芯轴杆，被配置成待定位在所述铆钉柄的至少一部分内，和（ii）芯轴帽，定位在所述芯轴杆的与所述铆钉柄接触的一部分上，其中所述芯轴由不同于第一材料的第二材料组成。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述芯轴帽当被用于接合工件时形成了在所述工件内发展的腔，该腔从第一工件的上表面延伸，经过第一工件的下表面和第二工件的上表面，然后到达或超过第二工件的下表面。

3.如权利要求1所述的装置，其中：

所述铆钉柄具有第一直径；

所述铆钉轴具有不同于第一直径的第二直径；

所述铆钉柄具有从铆钉柄延伸的脊；和

所述脊被配置为与第一工件和第二工件中的一者或两者互锁。

4.如权利要求3所述的装置，其中所述脊包括在组成上与所述铆钉主体的材料相同或相似的材料。

5.如权利要求3所述的装置，其中所述脊包括不同于所述铆钉主体的第一材料的材料。

6.如权利要求1所述的装置，进一步包括垫圈，其邻近所述铆钉头的下部并被配置为在所述装置被用于接合工件时接触第一工件的上表面。

7.一种系统，用于接合第一工件和第二工件，包括：

铆钉主体，其包括（i）具有上表面和下表面的铆钉头，其中所述下表面与上表面相对并被配置成在所述装置被用于接合工件时定位在第一工件的上表面附近或与之接触，和（ii）附连到所述铆钉头的下表面的铆钉柄，其中所述铆钉主体由第一材料组成；和

芯轴，其包括（i）芯轴杆，被配置成待定位在所述铆钉柄和所述铆钉头的至少一部分内，和（ii）芯轴帽，定位在所述芯轴杆的与所述铆钉柄和铆钉头接触的一部分上，其中所述芯轴由不同于第一材料的第二材料组成。

8.如权利要求10所述的系统，其中所述芯轴帽当被用于接合工件时在所述工件内形成了腔，该腔从第一工件的上表面延伸，经过第一工件的下表面和第二工件的上表面，然后到达或超过第二工件的下表面。

9.如权利要求10所述的系统，其中：

所述铆钉柄具有第一直径；

所述铆钉轴具有不同于第一直径的第二直径；

所述铆钉柄具有从所述铆钉柄延伸的脊；和

所述脊被配置为与第一工件和第二工件中的一者或两者互锁。

10.一种方法，用于接合第一工件和第二工件，包括：

在第一工件的上表面附近定位芯轴，该芯轴被配置为待被接收通过至少一部分的铆钉主体，

所述铆钉主体包括具有直径的铆钉柄和包括上表面和下表面的铆钉头，所述铆钉头的下表面在所述定位过程中变得位于第一工件的上表面附近，其中所述铆钉主体由第一材料组成；和

所述芯轴包括芯轴杆和芯轴帽，所述芯轴帽被定位在所述芯轴杆的与所述铆钉柄相关的一部分上，其中所述芯轴由不同于所述铆钉主体的第一材料的第二材料组成；和

施加扭矩到所述铆钉头的上表面，使所述芯轴帽在第一工件的上表面处产生摩擦热，所述摩擦热使第一工件的上表面变形并形成从第一工件的上表面延伸进入第一工件的腔。