CN106102956A

CN106102956A - 铆接方法

Info

Publication number: CN106102956A
Application number: CN201580013385.8A
Authority: CN
Inventors: S·E·布莱克特; W·格斯提拉; P·布里斯克翰
Original assignee: Henrob Ltd
Current assignee: Atlas Copco IAS UK Ltd
Priority date: 2014-01-16
Filing date: 2015-01-16
Publication date: 2016-11-09
Also published as: CN105916625B; KR20160106129A; EP3094428B1; CN105916625A; EP3094430A1; WO2015107351A1; US10751789B2; US20160332215A1; JP2017510771A; JP6715184B2; KR102135120B1; KR20160105507A; US20160325342A1; US11241728B2; CN106413937A; KR101860334B1; JP6588925B2; KR20160106120A; WO2015107352A1; JP2020097056A

Abstract

本发明公开了一种将铆钉插入工件的方法，该方法包括沿着铆钉的纵向轴线使铆钉和工件相对于彼此移动，从而将铆钉敲入到工件中。在铆钉与工件接触的时间的至少一部分内，铆钉围绕自身的纵向轴线相对于工件旋转。铆钉的旋转速度，或者铆钉沿着纵向轴线的移动速度在将铆钉敲入工件完成之前至少改变一次。铆钉的一个轴向端具有用于刺穿工件的尖端，并且铆钉具有从所述尖端纵向延伸的基本上圆柱形的钉杆。钉杆具有一个或多个表面不规则部。

Description

铆接方法

本发明涉及一种铆接方法，该方法特别但是非唯一地应用于汽车制造业。

自冲铆接(SPR)是一种点连接技术，其中自冲铆钉被冲头敲进模具上支撑的分层工件中。模具的形状设置为当铆钉朝着模具被敲到工件中，工件的材料塑性变形。工件材料的这种流动引起铆钉的环形尖端向外张开，通过工件材料的镦粗环保持密封。铆钉张开的尖端与工件的镦粗环互锁，防止铆钉的移动，或工件各层的分离。

由于SPR需要工件材料的塑性流动以允许铆钉穿透和镦粗，一些材料通常被认为是不适于该技术的。例如，镁合金，超高强度钢(UHSS)和航空级铝被认为是延展性不足以适用于传统SPR：裂断强度足以穿透这种硬度材料的传统铆钉对扩口的阻力太大，难以适当地镦粗。另举一例，聚合物工件层或这些复合材料可能在与铆钉接触时破裂或折断，而不是塑性变形，这会产生不牢固的连接和/或通过水分侵入更加暴露给氧化的连接。因此，SPR通常只用于诸如标准等级钢和成型等级铝之类的材料。

实心铆接(即，传统铆接)是另一种点连接技术。包括圆柱形钉杆和扩大钉头的铆钉插入到工件中预先形成的孔中，因此它的钉头抵靠在工件的顶面上，钉杆从分层工件的另一侧突出。接下来，(举例来说)配合铆钉托杆使用锤子或压力机镦粗钉杆的突出端，锤击钉杆的末端以形成径向扩大的裂片，该裂片防止铆钉脱离或工件的各层分离。实心铆接的一个问题是需要在工件中预先形成孔。这增大了连接过程的复杂性和持续时间(以及成本)。此外，在形成孔之后必须采取步骤将工件固定在位置上，从而防止不同的层(以及这些层中的孔)在铆钉和相关工艺装备进入工件时变得不重合。

另一种公知的点连接技术是搅拌摩擦点焊。在搅拌摩擦点焊中，在尖端上具有带肩搅拌针(probe)的圆柱形冲头旋转，并敲入将要连接的工件层中。搅拌针和工件层之间的滑动摩擦引起这些层软化并塑化而不熔化，搅拌针的旋转使材料发生位移，并引起两个工件层的塑化部分混合。当冲头撤回，工件冷却时，混合的塑化部分硬化，并在两个工件层之间产生焊缝。

搅拌摩擦点焊只用于焊接成分非常类似的材料，因为只有在工件材料在相似温度下软化时才能形成上述混合的塑化部分。此外，一些材料完全不适用于搅拌摩擦点焊，例如不能以所需温度软化的材料(例如，热固性聚合物)，或在所需温度下机械特性发生改变的材料(例如，在搅拌摩擦点焊区域，淬火钢可能回火)。

本发明的一个目的是减轻或消除上述缺点中的一个，和/或提供一种改进的或替代的铆接方法。

根据本发明的第一个方面，提供了一种将铆钉插入工件的方法，该方法包括沿着铆钉的纵向轴线使铆钉和工件相对于彼此移动，从而将铆钉敲入到工件中，其中：

在铆钉与工件接触的时间的至少一部分内，铆钉围绕自身的纵向轴线相对于工件旋转；

铆钉的旋转速度，或者铆钉沿着纵向轴线的移动速度在将铆钉敲入工件完成之前至少改变一次；

铆钉的一个轴向端具有用于刺穿工件的尖端，并且铆钉具有从所述尖端纵向延伸的基本上圆柱形的钉杆；以及

所述钉杆具有一个或多个表面不规则部。

根据本发明的这个方面或任何其他方面，铆钉在工件中沿着铆钉的纵向轴线相对彼此的移动可以涉及相对于工件沿着铆钉的纵向轴线移动铆钉、相对于铆钉沿着铆钉的纵向轴线移动工件、或者相对于彼此移动二者。铆钉的旋转速度或铆钉沿着纵向轴线的移动速度的改变可以是提高或降低所述速度。改变之前或改变之后的速度可以基本上为零。铆钉的旋转速度或轴向速度可以在铆钉与工件接触时，例如在铆钉被敲入工件的过程中改变。

所述表面不规则部中的一个或多个可以设置在钉杆径向外表面上。

铆钉可以具有穿过尖端并穿过钉杆的至少一部分的钻孔，从而提供钉杆径向内表面，所述表面不规则部中的一个或多个可以设置在钉杆径向内表面上。

所述表面不规则部中的一个或多个可以为伸长形状(elongate in shape)。

伸长的所述表面不规则部中的一个或多个可以基本上纵向对齐。

作为替代，或者除此之外，伸长的所述表面不规则部中的一个或多个可以基本上周向对齐。

作为替代，或者除此之外，伸长的所述表面不规则部中的一个或多个可以各自基本上为螺旋弧形。

所述表面不规则部中的一个或多个可以各自表现为突起的形式。

所述表面不规则部中的一个或多个可以各自表现为开口的形式。

所述开口或每个开口可以表现为凹槽、钻孔、或平坦表面的形式(实际上平坦表面在铆钉钉杆的剩余部分的圆柱形外表面后面凹进去)。

在铆钉包括所述开口中的一个或多个的情况下，所述开口中的一个或多个可以在钉杆径向内表面和钉杆径向外表面之间延伸。

包括一个以上表面不规则部的铆钉可以包括不同形式的不规则部。例如，其可以包括轴向阵列的环形槽和周向阵列的纵向槽，为钉杆提供滚花表面。另举一例，铆钉可以包括一个突起和三个开口。

根据本发明的第二个方面，提供了一种将铆钉插入工件的方法，该方法包括沿着铆钉的纵向轴线使铆钉和工件相对于彼此移动，从而将铆钉敲入到工件中，其中：

铆钉的旋转速度，或者铆钉沿着纵向轴线的移动速度在将铆钉敲入工件完成之前至少改变一次；以及

铆钉的一个轴向端具有用于刺穿工件的周向不连续的尖端，并且铆钉具有基本上圆柱形的钉杆，该钉杆从所述尖端纵向延伸并提供钉杆径向外表面。

如果在和铆钉的纵向轴线垂直，并与尖端上的最远轴向末端点相交的平面中，在离铆钉纵向轴线的至少一个径向距离上，尖端在一个角位置上与平面相交，并在另一个角位置上不与平面相交，则可以视为存在周向不连续的尖端。换句话说，如果在上述平面中，尖端的径向部分的形状不是圆形或环形的，则可以认为尖端是周向不连续的。例如，星形尖端可以被视为是周向不连续的，它的径向外部不是环形的，因为在离纵向轴线的较大径向距离上，尖端将与星星上的点的角位置上与平面相交，而在点之间的空间的角位置上不与平面相交。另举一例，形状为来复枪枪管的尖端可以被视为是周向不连续的，它的径向内部(即，切割有“来复线”的部分)不是环形的，因为在离纵向轴线的较小径向距离上，尖端将在“来复线”的凸面的角位置上与平面相交，而在“来复线”的凹槽的角位置上不与平面相交。

可以通过具有相对于本发明的第一个方面描述的形式的一个或多个表面不规则部提供周向不连续的尖端。

周向不连续的尖端可以包括多个齿。

尖端可以在其整个径向长度上是周向不连续的。

如果在和铆钉的纵向轴线垂直，并与尖端上的最远轴向末端点相交的平面中，在离铆钉纵向轴线的至少一个径向距离上，尖端在一个角位置上与平面相交，并在另一个角位置上不与平面相交，则铆钉可以被视为在其整个径向长度上是周向不连续的。换句话说，如果在上述平面中，尖端的径向部分的形状都不是圆形或环形的，则可以认为尖端在其整个径向长度上是周向不连续的。例如，星形尖端可能不被视为在其整个径向长度上是周向不连续的，因为它的中心(hub)部分可以被视为是环形的，因为在离纵向轴线的较小径向距离上，尖端将与星星上的点的所有角位置上都与平面相交。另举一例，形状为来复枪枪管的尖端可能不被视为是周向不连续的，它的径向外部是环形的，因为在离纵向轴线的较大径向距离上，尖端将在每个角位置上与平面相交。举例来说，新月形的尖端可以被视为在其整个径向长度上是周向不连续的。具有波浪形或雉堞形切割边缘的尖端也可以被视为在其整个径向长度上是周向不连续的。

铆钉可以具有穿过尖端并穿过钉杆的至少一部分的钻孔，从而提供具有钉杆径向内表面的基本上管形的钉杆部。

在铆钉具有这种钻孔的情况下，尖端可以由基本上管形的钉杆部中的基本上纵向的槽提供。

槽可以在钉杆径向内表面和钉杆径向外表面之间延伸。

作为替代，槽可以设置在钉杆的钉杆径向内表面或钉杆径向外表面中，但是不穿透钉杆的壁的整个厚度。

尖端可以具有与钉杆径向内表面相交的内部锥表面(taper surface)。

作为替代，或者除此之外，尖端可以具有与钉杆径向外表面相交的外部锥表面。

在尖端不具有钻孔或凹陷的情况下，外部锥表面可以逐渐变细为一个点(其可以与纵向轴线相交或不相交)。

锥表面可以与所述表面以小于50度的角度相交，例如，小于40度或者小于30度。

在尖端具有内部锥表面和/或外部锥表面的情况下，每个锥表面可以是分面的(faceted)。

作为替代，锥表面可以是平滑的、有纹理的(例如，滚花)、波浪形的、或者可以具有任意合适的形状。

尖端可以限定不与铆钉的纵向轴线垂直的平面。

例如，平面可以设置为和纵向轴线呈至少1度，例如至少5度，或者至少10度的角。作为替代，或者除此之外，平面可以设置为和纵向轴线呈小于40度，例如小于30度，或者小于20度的角。

该尖端是周向不连续的，尖端在单个点上与上述平面相交。

根据本发明的第三个方面，提供了一种将铆钉插入工件的方法，该方法包括沿着铆钉的纵向轴线使铆钉和工件相对于彼此移动，从而将铆钉敲入到工件中，其中：

所述工件包括由镁、航空级铝、超高强度钢、钛、或者金属基复合材料制成的层。

超高强度钢可以视为是极限抗拉强度超过大约1000Mpa的钢，或者伸长率低于大约12.5％的钢。航空级铝可以视为是伸长率低于大约12.5％的铝。例如，航空级铝可以是7000系列铝或2000系列铝。

工件可以包括由镁、航空级铝、超高强度钢、钛、金属基复合材料、碳纤维复合材料或聚合物制成的另一层。

作为替代，或者除此之外，工件可以包括由标准等级钢或成型等级铝制成的附加层，并且铆钉可以插入到工件中，由此附加层是与铆钉接触的最后一层。

标准等级钢可以视为是极限抗拉强度低于大约1000Mpa的钢，或者伸长率高于大约12.5％的钢。成型级铝可以视为是伸长率高于大约12.5％的铝。

根据本发明的第四个方面，提供了一种将铆钉插入工件的方法，该方法包括沿着铆钉的纵向轴线使铆钉和工件相对于彼此移动，从而将铆钉敲入到工件中，其中：

在铆钉与工件接触的时间的至少一部分内，铆钉围绕其纵向轴线相对于工件旋转；

铆钉由铝、不锈钢、钛或陶瓷制成。

由这些材料之一制成的铆钉允许铆钉以及与铆钉一起形成的连接更加耐腐蚀(例如，氧化)。

根据本发明的第五个方面，提供了一种利用铆接工具将铆钉插入工件的方法，该方法包括沿着铆钉的纵向轴线使铆钉和工件相对于彼此移动，从而将铆钉敲入到工件中，其中：

在铆钉与工件接触的时间的至少一部分内，所述铆接工具使铆钉围绕自身的纵向轴线相对于工件旋转；

所述铆接工具通过与铆钉摩擦配合的一个或多个旋转驱动组件驱动所述铆钉旋转。

铆接工具可以包括刀头(tool nose)和往复地设置在刀头中的冲头，冲头为铆钉提供轴向力，从而将铆钉敲入到工件中。

在通过移动工件使工件和铆钉沿着铆钉的纵向轴线进行相对运动的情况下，来自冲头的轴向力可以是反作用力。

所述旋转驱动组件或其中之一可以是冲头。

作为替代，或者除此之外，所述旋转驱动组件或其中之一可以是刀头。

在所述刀头是旋转驱动组件的情况下，所述铆接工具可以包括可旋转地安装到刀头上的压力面，该压力面在插入铆钉的过程中与工件接触，并在其与工件接触的时间的至少一部分内相对于刀头旋转。

根据本发明的第六个方面，提供了一种利用铆接工具将铆钉插入工件的方法，该方法包括沿着铆钉的纵向轴线使铆钉和工件相对于彼此移动，从而将铆钉敲入到工件中，其中：

其中所述铆接工具包括刀头和往复地设置在所述刀头中的冲头；

所述冲头为铆钉提供轴向力，从而将铆钉敲入到工件中；

在铆钉与工件接触的时间的至少一部分内，所述铆接工具的刀头使铆钉围绕自身的纵向轴线相对于工件旋转；以及

铆钉的旋转速度，或者铆钉沿着纵向轴线的移动速度在将铆钉敲入工件完成之前至少改变一次。

在将铆钉敲入工件的过程中，冲头可以不相对于工件旋转。

作为替代，冲头可以和铆钉一起旋转。例如，冲头可以是可旋转的，从而允许其靠惯性滑行，或者刀头可以与冲头驱动配合。

冲头和铆钉一起旋转的好处是可以降低冲头在冲头和旋转表面(例如，铆钉的表面，或者铆接工具的另一个组件的表面)之间的交界面上的速度损耗。

根据本发明的第七个方面，提供了一种利用铆接工具将铆钉插入工件的方法，该方法包括沿着铆钉的纵向轴线使铆钉和工件相对于彼此移动，从而将铆钉敲入到工件中，其中：

所述铆接工具通过旋转驱动组件驱动铆钉旋转，所述旋转驱动组件围绕铆钉的一部分的周向外缘与铆钉配合。

铆钉在一个轴向端上可以具有用于刺穿工件的尖端、从所述尖端纵向延伸的钉杆、和从所述钉杆径向向外延伸的钉头。

在铆钉具有钉头的情况下，铆钉的与旋转驱动组件配合的部分可以包括由钉头限定的径向外围边缘或表面。作为替代，或者除此之外，铆钉的与旋转驱动组件配合的部分可以包括位于钉头和钉杆之间的相交部上的圆角或倒角。

根据本发明的第八个方面，提供了一种将铆钉插入工件的方法，该方法包括沿着铆钉的纵向轴线使铆钉和工件相对于彼此移动，从而将铆钉敲入到工件中，其中：

铆钉具有沿其整个轴向长度延伸的纵向钻孔。

铆钉可以通过铆接工具的旋转驱动组件旋转，所述旋转驱动组件与钻孔的具有非圆形横截面的部分配合。举例来说，钻孔的所述部分的横截面可以是正方形、六边形或卵形。

旋转驱动组件可以是冲头，该冲头为铆钉提供轴向力以将铆钉敲入到工件中，所述冲头通过从其突出的具有互补形状的驱动钻头与钻孔的所述部分配合。

驱动钻头可以在延伸位置和缩回位置之间移动，在所述延伸位置，所述驱动钻头从冲头的远端表面突出，在所述缩回位置，所述驱动钻头从冲头的所述远端表面以较小程度突出，或者与冲头的所述远端表面齐平。

铆钉可以围绕其纵向轴线基本上对称。

冲头可以具有异形尖端，该异形尖端向铆钉的一个轴向端施加轴向力，并在将铆钉敲入工件的过程中使铆钉的所述轴向端变形。

根据本发明的第九个方面，提供了一种将铆钉插入工件的方法，该方法包括沿着铆钉的纵向轴线使铆钉和工件相对于彼此移动，从而将铆钉敲入到工件中，其中：

铆钉具有在一个轴向端上的用于刺穿工件的尖端、从所述尖端纵向延伸的钉杆、和从所述钉杆径向向外延伸的钉头；

所述钉头限定朝向所述尖端的下侧；以及

铆钉具有空腔，该空腔设置在所述钉头的所述下侧中，或者设置在钉杆的与钉头相邻的一部分中，工件材料可以容纳在所述空腔中。

在所述空腔设置在钉杆中的情况下，它可以构成根据本发明的第一个方面的表面不规则部。

工件材料在铆钉插入工件的过程中进入所述空腔。

作为替代，所述空腔可以设置为防止所述方法被正确执行时工件材料保持远离所述空腔的意外。

根据本发明的第十个方面，提供了一种将铆钉插入工件的方法，该方法包括沿着铆钉的纵向轴线使铆钉和工件相对于彼此移动，从而将铆钉敲入到工件中，其中：

铆钉具有在一个轴向端上的用于刺穿工件的尖端、从所述尖端纵向延伸的钉杆、和从所述钉杆径向向外延伸的钉头；以及

所述钉杆的位于铆钉的最接近所述钉头的一端上的部分的直径大于所述钉杆的剩余部的直径。

钉杆的所述部分可以构成根据本发明的第一个方面的环形周向突起。

钉杆的所述部分可以基本上为圆柱形。

作为替代，钉杆的所述部分可以为截圆锥形。

根据本发明的第十一个方面，提供了一种将铆钉插入工件的方法，该方法包括沿着铆钉的纵向轴线使铆钉和工件相对于彼此移动，从而将铆钉敲入到工件中，其中：

在将铆钉敲入工件之前、之中、或者之后，在至少一个点上向工件和/或铆钉应用辅助加热。

作为通过与铆钉接触而实现的摩擦加热的替代，或者除了摩擦加热之外，还可以利用辅助加热以软化工件材料。

辅助加热可以至少部分通过激光束提供。

作为替代，或者除此之外，辅助加热可以至少部分通过超声波能量提供。

在辅助加热至少部分通过超声波能量提供的情况下，铆钉可以朝着模具被敲入到工件中，所述超声波能量的至少一部分可以通过模具施加到工件上。作为替代，或者除此之外，超声波能量可以通过刀头或冲头施加到工件和/或铆钉上。

在本发明的任意方面中，在以第二旋转速度刺穿第二工件层之前，铆钉能够以第一旋转速度刺穿第一工件层。

第一旋转速度可以高于第二旋转速度。

作为替代，第一旋转速度可以低于第二旋转速度。

在以第二轴向速度刺穿第二工件层之前，铆钉能够以第一轴向速度刺穿第一工件层。

在铆钉在以第二旋转速度穿过第二工件层之前以第一旋转速度刺穿第一工件层，并且在以第二轴向速度穿过第二工件层之前以第一轴向速度刺穿第一工件层的情况下，以所述第一旋转速度刺穿的所述第一工件和以所述第一轴向速度刺穿的所述第一工件层可以是相同的层或者不是相同的层。同样，以所述第二旋转速度刺穿的所述第二工件和以所述第二轴向速度刺穿的所述第二工件层可以是相同的层或者不是相同的层。

第一轴向速度可以高于第二轴向速度。

作为替代，第一轴向速度可以低于第二轴向速度。

铆钉能够以基本上为零的旋转速度穿透工件的至少一部分。

“基本上为零”可以被视为速度足够低，对铆钉和工件的行为具有微不足道的影响。

基本上为零的速度可以是，或者不是上述的第一旋转速度或第二旋转速度。

在完成将铆钉敲入工件之前，铆钉的旋转速度可以改变至少两次。

在完成将铆钉敲入工件之前，铆钉的轴向速度可以改变至少两次。

(轴向或旋转)速度至少改变两次并不局限于铆钉以三种轴向/旋转速度移动。例如，铆钉的旋转速度或轴向速度可以改变一次，然后第二次改变以使其速度返回至其初始值。

可以通过工件向铆钉施加阻力而引起铆钉的轴向速度或旋转速度的所述改变，或者引起铆钉的轴向速度或旋转速度中至少一个改变。

例如，铆钉的速度可以随着铆钉穿透工件的深度增加而衰减(因为增加的穿透深度可以产生增加的阻力)，与工件各层的材料成分无关，或者随着铆钉与工件的不同层(该不同层可以较硬，因此提供增加的阻力)接触而衰减。

可以通过改变应用于铆钉以引起其旋转的转矩的大小而引起铆钉的旋转速度改变，或者所述改变中的至少一个。

可以通过改变应用于铆钉或工件以将铆钉敲入工件的轴向力的大小而引起铆钉的轴向速度改变，或者所述改变中的至少一个。

应用于将铆钉敲入工件的轴向力可以基本上是恒定的。

铆钉的轴向速度或旋转速度的所述改变，或者所述改变中的至少一个可以作为铆钉与工件内的不同层发生接触的结果而产生。

速度的改变可以归因于前述阻力，或者作为主动控制的结果。例如，插入铆钉的铆接工具可以检测铆钉在工件内的位置，并作为响应而改变其速度。

在完成将铆钉敲入工件之前的至少一个点上，铆钉相对于工件的轴向移动可以暂停。例如，铆钉相对于工件的轴向移动可以在铆钉与工件的一个层第一次接触时暂停。所述层可以是工件的顶层，这时铆钉相对于工件的轴向移动将在铆钉第一次接触工件时暂停。

根据本发明的第十二个方面，提供了一种制造产品的方法，该方法包括利用根据本发明的任意权利要求的方法将工件的两层或更多层紧固在一起。

根据本发明的第十三个方面，提供了一种利用根据本发明的第十二个方面的方法制造的产品。

根据本发明的第十一个或第十二个方面，产品可以是交通工具，例如，摩托车、汽车、货车、卡车或飞机。

根据本发明的第十四个方面，提供了一种铆钉，该铆钉具有根据本发明的第一个、第二个、第四个、第八个、第九个或第十个方面中任意一个方面的特征。

本发明的多个方面特别适合于和具有一层或多层的工件一起使用，所述一层或多层的延展性低于伸长率的大约12.5％，例如，低于伸长率的大约10％。例如，本发明的多个方面可以特别适合于和由镁制成的工件一起使用(镁的伸长率为大约8％)。本发明的多个方面还可以特别适合于和具有一层或多层的工件一起使用，所述一层或多层的极限抗拉强度高于大约1000MPa，例如高于大约1200MPa。

下面仅以举例方式参照附图对本发明的特定实施方式进行描述，在这些附图中：

图1是传统SPR铆钉的横截面侧视图；

图2是另一种传统SPR铆钉的横截面侧视图；

图3是另一种传统SPR铆钉的横截面侧视图；

图4是根据本发明的第一种实施方式的方法的各个阶段的一系列横截面侧视图；

图5是在根据本发明的第二种实施方式的方法中使用的装置的一部分的横截面侧视图；

图6是在根据本发明的第三种实施方式的方法中使用的装置的一部分的横截面侧视图；

图7是根据本发明的第四种实施方式的方法的各个阶段的一系列横截面侧视图；

图8是适用于本发明的铆钉的侧视图；

图9是适用于本发明的另一种铆钉的侧视图；

图10是适用于本发明的另一种铆钉的侧视图；

图11是适用于本发明的附加铆钉的透视图；

图12是适用于本发明的另一种铆钉的侧视图；

图13是适用于本发明的铆钉，适用于插入铆钉的工具的一部分，以及利用铆钉产生的连接的一系列侧视图；

图14是适用于本发明的另一种铆钉的侧视图；

图15是适用于本发明的另一种铆钉的横截面侧视图；

图16是适用于本发明的铆钉的剖视图；

图17是适用于本发明的附加铆钉的侧视图；

图18是适用于本发明的铆钉的透视图；

图19是适用于本发明的另一种铆钉的透视图；

图20是适用于本发明的另一种铆钉的透视图；

图21是适用于本发明的附加铆钉的横截面侧视图；

图22是适用于本发明的铆钉的透视图；

图23是适用于本发明的另一种铆钉的横截面侧视图；

图24是适用于本发明的铆钉，以及适用于插入铆钉的工具的一部分的一系列侧视图；

图25是适用于本发明的另一种铆钉的横截面侧视图；

图26是适用于本发明的另一种铆钉，以及适用于插入铆钉的工具的一部分的一系列侧视图；

图27是适用于本发明的另一种铆钉的侧视图；

图28是适用于本发明的另一种铆钉的侧视图；

图29是适用于本发明的另一种铆钉的侧视图；

图30是适用于本发明的附加铆钉的侧视图；以及

图31是适用于本发明的另一种铆钉的侧视图。

现在参考附图，图1显示了一种传统的自冲铆钉2。铆钉2限定纵向轴线4，在一个轴向端具有尖端6，在另一个轴向端具有钉头8，以及在尖端和钉头之间延伸的基本上圆柱形的钉杆10。铆钉还具有基本上和铆钉的纵向轴线4共轴线的钻孔12。在该示例中，钻孔12穿过尖端6并沿着钉杆10的整个长度延伸。因此，钉杆10限定径向外表面14和径向内表面16，每个表面的形状基本上为圆柱形(并且围绕纵向轴线4基本上轴向地定位)。铆钉2的尖端6具有内部圆锥表面18，内部圆锥表面18为尖端6提供环形切割边缘20。在该示例中，内部圆锥表面18以大约140°的角与钉杆10的径向内表面16相交。此外，内部圆锥表面18沿径向向外充分延伸，因此该示例的切割边缘20可以被视为位于圆锥表面18和钉杆的径向外表面14的相交部上的基本上周向的切割边缘。

铆钉2的钉头8限定周向外周缘22，在这种情况下，周向外周缘22的形式是围绕铆钉纵向轴线4基本上周向定位的基本上圆柱形的表面。钉头8还在最接近铆钉2的尖端6的一侧上限定下侧24。在该示例中，下侧24的形式为围绕铆钉纵向轴线基本上周向定位的截圆锥表面，该截圆锥表面在带圆角的交叉部26上与钉杆10的径向外表面14会合。钉头8还限定压力面28，在压力面28上可以施加轴向力以将铆钉2敲入工件(未显示)中。

在该示例中，钻孔2贯穿钉杆10的整个轴向长度，因此钉杆基本上为管形的。但是，在其他情况下，钻孔2可以只沿着钉杆10的一部分延伸。在这些情况下，钉杆10的由钻孔12穿过的部分可以被称为是钉杆的基本上管形的部分。

图2显示了另一种传统的SPR铆钉2，它和图1所示的铆钉类似。但是，在该示例中，铆钉2的尖端6具有外部圆锥表面30，而不是图1所示铆钉中的内部圆锥表面18。外部圆锥表面30(在该示例中，以大约140°的角)与钉杆10的径向外表面14相交。此外，虽然图1所示铆钉的切割边缘20是锐利的边缘，但是图2所示铆钉2的切割边缘20的形式为围绕铆钉纵向轴线4基本上周向定位的环形表面。此外，在该示例中，铆钉2的钉头8的下侧24完全由带圆角的交叉部26限定。此外，钉头8的周向外周缘22由环形边缘而不是圆柱形表面限定。

图3显示了另一种传统的SPR铆钉2。和图1及图2所示的铆钉不同，钻孔12具有锥形尖端32，而不是圆形尖端。此外，钉头8的下侧24的形式是围绕铆钉纵向轴线4基本上周向定位的环形表面，钉头的下侧和钉杆10的径向外表面之间的连接不具有带圆角的交叉部。此外，铆钉2的尖端6不具有圆锥表面(图1和2中分别为18和30)。相反，切割边缘20的形式为环形表面，该环形表面围绕铆钉纵向轴线4基本上周向定位，在钉杆10的径向外表面14和径向内表面16之间延伸。

现在参考图4描述根据本发明的第一种实施方式的方法，图4A至4E显示了方法中的各个阶段。该实施方式是汽车生产过程的一部分(但是它也可以用于生产其他产品)。在第一种实施方式中，工件46包括第一层42和第二层44，第一层42是由镁合金制成的车辆底盘的一部分，第二层44是由传统成型级铝制成的车身面板的一部分，通过插入图1所示类型的铆钉2将第一层42和第二层44连接在一起。在本例中，铆钉2由钛制成。在该实施方式中，第二层44是“附加层”的一个例子。利用铆接工具插入铆钉2，铆接工具包括往复地容纳在刀头50内的冲头48，以及模具52。在该实施方式中，刀头50基本上为管形的，冲头48基本上为圆柱形的，并且刀头和冲头基本上相对于彼此共轴设置。模具52具有模具核(pip)54和环形空腔56。模具核54和环形空腔56相对于彼此也基本上是共轴的。刀头50与冲头48弹性连接，因此如果冲头轴向移动，则刀头趋向于和它一起移动，但是如果阻止刀头移动，则冲头可以继续移动。本实施方式中的刀头50在其远侧尖端上具有温度传感器57。

在下面的描述中，工件的“顶部”是铆钉首先接触的部分，工件的“底部”是与铆钉最后接触的部分(即，在本例中为和模具接触)，与工件相对于地面的空间定向无关。例如，铆钉可以从下面插入工件中，但是仍然首先与“顶部”层接触。

为了连接工件46的层42和44，将工件定位在模具52的环形支撑表面57上，铆钉2安装在刀头50内。更具体地，在这种情况下，铆钉2安装为使得其压力面28地靠在冲头48的远端表面58上，并且定位成和刀头50与冲头48基本上共轴线。刀头50(以及冲头48和铆钉2)设置在模具52的对面。刀头50、冲头48和铆钉2因此与模具52的模具核54和空腔56基本上共轴线。借助于形式为液压缸(未显示)的致动器，冲头沿着其纵向轴线(也是刀头50和铆钉2的纵向轴线)朝着工件46前进，刀头和它一起轴向移动。当刀头50与工件46的顶部接触时，它不能再进一步移动，但是冲头继续朝着工件移动。作为冲头48和刀头50之间弹性连接的结果，冲头的继续移动将刀头顶靠在工件46上。因此，工件被固定在模具52和刀头50的远端之间。由于冲头48的远端表面58和铆钉2的压力面28接触，随着冲头48在刀头50内朝着工件轴向前进，铆钉也前进。图4显示了这种情况。例如，冲头和铆钉以300mm/s的轴向速度朝着工件前进。

当铆钉2接触工件46的工件顶面时，控制单元暂停冲头48(以及铆钉)的轴向移动。冲头48接下来通过马达被驱动，围绕其纵向轴线在刀头50内旋转，同时铆钉与工件46接触。由于冲头48的远端表面58和铆钉2的压力面28之间的摩擦，当冲头旋转时，铆钉和它一起旋转。因此，冲头48用作和铆钉2摩擦配合的旋转驱动组件。冲头通过旋转位置编码器(未显示)和控制单元(未显示)连接。通过编码器，控制单元监控冲头的速度，并调节马达(未显示)的速度，因此冲头以恒定的速度，例如6000RPM旋转。

如图4B所示，随着铆钉2围绕自身的纵向轴线在工件46的表面上旋转，铆钉和工件之间的滑动摩擦所产生的热量软化工件上铆钉所在的位置。特别地，它软化第一层42的镁，因此使其变得充分柔软，可以被铆钉2穿透而不会使铆钉永久性地变形(或者使这一层破裂)。控制单元利用传感器57监控工件46的顶部的温度。一旦温度增加的足够高，控制单元将通过调节马达旋转冲头48的速度来改变铆钉2的旋转速度。更具体地，在该示例中，冲头48以及铆钉2的速度降低至500RPM。控制单元接下来恢复冲头48和铆钉2在液压缸(未显示)的作用下轴向前进。此时，举例来说，铆钉2以200mm/s的轴向速度移动。

如图4C所示，铆钉2相对于工件46的继续移动引起铆钉开始穿透工件的顶部(即，第一层42)。随着铆钉2穿透工件46，工件顶部的一些工件材料60被强迫向上进入铆钉2的钻孔12中。此外，铆钉2施加给工件46的轴向力引起工件材料62强迫进入模具52的空腔56中。

铆钉2在以500RPM的速度旋转的同时继续穿透工件46。该速度足够低，从而提供微不足道的附加摩擦加热，但是铆钉2在轴向移动时的旋转可以降低工件材料容易粘附到铆钉上，并通过铆钉向下拖到工件46中的程度。这是可取的，因为工件材料随着铆钉被拖下来可能会导致工件的顶面在围绕铆钉的区域中出现巨大的压痕，从美观角度看这是不可取的，或者会为水分侵入提供较大的机会(反过来，这又会导致连接区域的氧化)。

当铆钉2穿透工件46，到达其与第二工件层44接触的点时，铆钉的进一步轴向移动引起其镦粗。从第二层44被强迫进入空腔56的工件材料62通过模具核54被径向向外引导。因为铆钉2的尖端6穿透工件的该部分，这种塑性流动引起尖端向外扩开，使铆钉镦粗。在插入铆钉2的整个过程中，工件材料60继续在铆钉的钻孔12内向上移动。

如图4D所示，当铆钉2到达它的接触面28与工件的顶面齐平的位置时，完成将铆钉2敲入到工件中。因此，控制单元(未显示)停止冲头48的旋转和轴向前进，因此铆钉2也停止移动。在完成的连接中，进入铆钉2的钻孔12中的工件材料60形成“金属块”(slug)64，在该实施方式中，金属块64占据钻孔基本上所有的体积，被强迫进入模具52的空腔56中的工件材料62形成镦粗环66，该镦粗环66密封铆钉的张开的尖端(如上所述)。

如图4E所示，在连接完成之后，冲头48缩回，将铆钉2留在位置上。首先，由于和冲头48的弹性连接，刀头50保持顶靠在工件上，但是，一旦冲头缩回的足够多，刀头50与其一起向上移动，从工件的表面抬离。下一个螺钉2接下来安装到刀头50中，能够(在工件46的不同位置上，或者在不同的工件上)产生另一个连接。

在该实施方式中，第一旋转速度的一个例子是6000RPM，第二旋转速度的一个例子是500RPM，在这种情况下，第一旋转速度高于第二旋转速度。也可以使用其他旋转速度。

在本实施方式中，控制单元选择铆钉2开始穿透工件46的位置，因此应用于顶层42的摩擦搅拌加热还未将底层44的温度升高为使其足够以任何较大程度软化。这是因为在该实施方式中，第二工件层44由成型级铝制成，成型级铝的机械特性适于传统SPR。因此，对铆钉2旋转速度的改变进行定时，由此第二工件层44在很大程度上不受影响，并且SPR可以如常进行(虽然铆钉2依然以较低速度旋转)。如果铆钉的旋转速度继续保持当插入铆钉时足以软化顶层42的速度，则底层44将会太软，无法在流到空腔56时镦粗铆钉。

虽然实施方式参考了连接镁合金和铝，但是该实施方式还可以用于连接其他材料。虽然在上面参考了6000RPM，接下来500RPM的旋转速度，但是还可以使用其他旋转速度。可以利用实验测试为材料组合选择旋转速度。

现在参考图5描述根据本发明的第二种实施方式的方法。第二种实施方式和第一种实施方式类似，因此只详细描述差异部分。第二种实施方式是汽车生产过程的一部分(但是它也可以用于生产其他产品)。在这种情况下，工件46包括第一层42、第二层44、和第三层70，第一层42是由聚合物制成的绝缘板的一部分，第二层44是由钛合金制成的车身面板的一部分，第三层70是由标准等级钢制成的车辆底盘组件。在这种情况下，第一层42是顶层，第三层70是底层。铆钉2和相对于图1描述的铆钉类型相同，但是在该实施方式中，铆钉2由不锈钢制成。在该实施方式中，第一层42或第二层44(并非二者一起)可以被视为构成“另一层”，第三层70可以被视为构成“附加层”。

在该实施方式中，铆接工具包括通过轴承74可旋转地安装在刀头50上的夹紧垫圈72。夹紧垫圈72具有压力面76，在该实施方式中，压力面76的形式为围绕刀头50(以及冲头48)的纵向轴线基本上周向定位的环形表面。在该实施方式中，工件46固定在模具52的支撑表面57和夹紧垫圈72的压力面76之间，而不是像第一种实施方式中一样直接与刀头50接触。第二种实施方式还包括辅助加热单元，该辅助加热单元的形式为激光78和透镜80，激光78和透镜80配置为将来自激光78的准直光束82扩散为发散光束，下面将进行讨论。

在该实施方式中吗，是刀头50而非冲头48用作旋转驱动组件。在该实施方式中，冲头48不能相对于工件46旋转。当铆钉2在插入工件之前安装到刀头50中时，铆钉插入到刀头50中的钻孔86中，钻孔86的大小设置为和铆钉(在这种情况下，和铆钉的钉头8的周向外缘22)形成过盈配合。铆钉2和钻孔86之间的过盈配合提供实质摩擦配合，从而允许刀头50驱动铆钉2，因此铆钉和刀头一致旋转。在该实施方式中，钻孔的形状和铆钉2(在本例中，铆钉的钉头8)的周向外缘的形状互补，但是对实现合适的过盈配合而言，不需要如此。作为过盈配合的替代选择，铆钉钉头可以具有轴向脊部或凹槽，所述脊部或凹槽与设置在钻孔86上的互补特征配合。

激光78被用于在模具52和刀头50(以及冲头48和铆钉2一起)移动到位以形成连接之前加热工件的下侧(例如，第三层70)。发散光束84被引导到第三层70的一部分上，在该部分上将形成铆接接头。激光能量加热第三层70，从而减少必须发生的摩擦搅拌加热的总量(下面解释)。控制单元(未显示)监控操作激光78的持续时间，从而间接监控工件46的第三层70的温度。当控制单元确定激光78的操作时长足够第三层70达到所需温度时，激光关闭，刀头(以及冲头48和铆钉2)和模具52定位成在工件46的要求形成连接的部分上基本上共线。在激光操作之前、之中或之后(以及在刀头定位之前，之中或之后)，铆钉可以安装到刀头50上。

当铆钉安装到刀头50内，并且刀头和模具52就位时，刀头和冲头48(以及铆钉2)以(例如)300mm/s的速度朝支撑在模具上的工件46轴向前进。在该实施方式中，轴向移动由电动线性致动器(未显示)，或者液压缸产生。当刀头50前进的足够夹紧垫圈72的压力面和工件46的顶面接触时，如上所述，刀头顶靠在工件上。在该实施方式中，刀头50和冲头48之间的弹性连接设置为在冲头的继续移动过程中将工件46夹在夹紧垫圈72和模具52之间，而不是只将工件46固定在位置上。在这种情况下，当冲头48在刀头内前进的足够铆钉2与工件46接触时，所施加的夹紧力达到3kN。在一些情况下，以这种方式夹紧工件可以改善连接的质量，这是通过限制工件46的表面面积实现的，材料可以在所述表面面积内变形。例如，如上所述，它可以帮助限制工件被铆钉向下拖的程度。

一旦铆钉2与工件46接触，冲头的轴向移动暂停。此时，控制单元(未显示)将动力引导至马达，从而引起马达向刀头50施加2Nm的转矩(控制单元通过核实的传感器监控施加到刀头上的转矩)，引起刀头以(例如)4000RPM的速度旋转。反过来，这又引起铆钉2在工件的表面上(以相同速度)旋转，产生摩擦加热。除了铆钉2和工件46之间的摩擦之外，因为冲头48不旋转，所以在冲头的远端表面和铆钉2的压力面28之间存在显著的摩擦加热。这会加热铆钉2，铆钉将一部分热量传导至工件46，从而降低软化工件材料所需的时间量。加热铆钉2还可以提高其延展性，允许它在需要时充分张开。与此相反，在一些不包括这种加热的应用中，铆钉的不锈钢材料可能太脆，无法正确变形(但是，在其他应用中，不锈钢铆钉可以在室温下，或者在单独通过和工件的摩擦接触而获得的温度下具有充足的延展性)。

值得注意的是，虽然刀头50旋转，但是夹紧垫圈72不旋转。夹紧垫圈72和刀头50连接所借助的轴承74限制通过刀头施加到夹紧垫圈上的转矩，并且夹紧垫圈的压力面76和工件46之间的摩擦将工件46固定在基本上旋转固定的位置上。与此相反，如果夹紧垫圈72和刀头50一起旋转，它自身可能钻入到工件中，产生不美观并且潜在不牢固的连接。

当铆钉2第一次开始旋转时，通过铆钉和工件46之间的摩擦，铆钉和冲头48之间的摩擦，以及轴承74中的摩擦而施加在铆钉上的旋转阻力将刀头50和铆钉的旋转速度限制为(例如)2000RPM。但是，由于工件46的顶部被加热和软化，顶部和铆钉之间的摩擦阻力减小。控制单元监控刀头50的速度，当速度增加到阈值(例如，在本例中为3000RPM)时，冲头48开始将铆钉2推到工件46中。在这种情况下，控制单元调节致动器，因此致动器向冲头48施加2kN的力(控制单元利用力传感器，例如应变仪监控冲头和铆钉2承受的力)，从而以180mm/s的速度将铆钉移动到第一工件层的聚合物材料中。

一旦铆钉接触第二层44，铆钉2承受的摩擦阻力增加，因为第二层的钛材料比第一层42的聚合物材料硬的多，因此需要较高的温度才能软化。阻力的增加会引起铆钉2和刀头50的旋转变慢。这种变化被控制单元检测到。作为响应，控制单元暂停铆钉的轴向移动，将马达向刀头施加的转矩提高到50至2Nm，反过来这又将铆钉2的旋转速度提高至(例如)5000RPM。因此，铆钉2在第二层44的顶面上旋转，留出时间给软化该层的钛材料所需的附加摩擦搅拌加热。一旦旋转阻力再次降低，控制单元检测到相关的速度提高，通过调节致动器施加1.5kN的轴向力，以140mm/s的轴向速度将铆钉2敲入第二层44中。

当铆钉到达第三层70，铆钉2(以及刀头50)的旋转阻力再次增加。但是，此时控制单元不改变驱动刀头50的转矩。因此，铆钉的旋转速度降低(在本例中，举例来说，下降至3000RPM)。但是，由于第三层通过激光78加热(并且由于要求该层具有一定程度的变形阻力以镦粗铆钉)，所以铆钉2提供很少或者不提供摩擦搅拌热量输入就可以将第三层充分软化以适于SPR。因此，铆钉继续轴向移动到第三层70中而不停留在它的表面上，控制单元通过将施加在冲头上的轴向力增加至3kN，从而将铆钉的速度提高到(例如)150mm/s。如上所述，在穿透第三层70的过程中，工件材料变形到模具52的空腔56中，并镦粗铆钉2。

在该实施方式中，180mm/s的轴向速度可以被视为是第一轴向速度，140mm/s的轴向速度是第二轴向速度，在这种情况下，第一轴向速度高于第二轴向速度。术语“第一轴向速度”和“第二轴向速度”的目的是区分轴向速度和随后的轴向速度。这些术语并不意味着在第一轴向速度之前就不存在其他轴向速度，也不意味着第一轴向速度和第二轴向速度之间不存在其他轴向速度。同样，在该实施方式中，4000RPM的旋转速度可以被视为是第一旋转速度，3000RPM的旋转速度是第二旋转速度(在这种情况下，第一旋转速度高于第二旋转速度)。术语“第一旋转速度”和“第二旋转速度”的目的是区分旋转速度和随后的旋转速度。这些术语并不意味着在第一旋转速度之前就不存在其他旋转速度，也不意味着第一旋转速度和第二旋转速度之间不存在其他旋转速度。

虽然可以单独通过摩擦搅拌加热使第三层70软化，但是有效实现这一点所需铆钉2的旋转速度会对第一层42产生不利影响。例如，以这种速度旋转的铆钉可能过度加热第一层42，引起这一层的工件材料熔化而非软化(此时，工件材料将在离心力作用下喷出，在连接区域中留下的材料不足)，或者着火。因此，该实施方式在穿透第二层44之后降低铆钉的旋转速度，从而最小化所述负面影响的风险，第三层70所需的附加加热由激光78提供。

虽然该实施方式提及连接特定的材料组合，但是该实施方式可以用于连接其他材料组合。可以针对不同的材料组合通过实验确定合适的旋转速度。

现在参考图6描述根据本发明的第三种实施方式的方法。第三种实施方式也和第一种实施方式类似，因此这里只详细描述差异部分。在该实施方式中，第一层42是由碳纤维复合材料制成的车身面板，第二层46是由成型级铝制成的车辆底盘。(和任何其他实施方式一样)该实施方式也可以用于其他材料和/或其他产品，或者铆钉可以由不同的合适材料(例如，不锈钢或非不锈钢、镁、钛、或不同等级的铝)制成。

在该实施方式中，刀头50是与铆钉2(例如，由于摩擦或互相配合的互补轴向特征)配合的旋转驱动组件。在这种情况下，刀头包括由与铆钉摩擦配合的四个可伸缩夹钳组成的基本上周向的阵列。夹钳90可以在闭合位置和打开位置之间移动，在所述闭合位置，夹钳径向向内突出以抓住铆钉2，在所述打开位置，夹钳在刀头内缩回。刀头50的远侧尖端还具有连接至控制单元(未显示)的力传感器92。在该实施方式中，冲头48可以自由旋转。

为了将铆钉2安装到刀头50中，在夹钳90打开的情况下，对铆钉进行定位，如上所述，使其压力面28抵靠在冲头48的远端表面58上。夹钳90接下来闭合，每个夹钳夹到铆钉的带圆角的交叉部26的周向部分上(在图1中更详细地显示)。夹钳90作用于该倾斜表面上，铆钉2可能趋向于向上进行凸轮运动(即，离开工件46)，但是，可以通过铆钉2的压力面28和冲头48的远端表面58之间的接触来防止这一点。如图6所示，当铆钉2安装在刀头50中时，它的尖端6从刀头的远端突出。在该实施方式中，铆钉2从刀头50突出的距离基本上和工件46的第一层42的厚度相同。

第三种实施方式和第一种实施方式的区别还在于模具52是超声变幅器94的一部分。超声变幅器94与超声能量源(未显示)连接，集中该源产生的能量并通过模具将该能量引导至工件46。因此，超声变幅器94和超声能量源合作形成辅助加热单元。在该实施方式中，形式为超声波能量的辅助加热在将铆钉2敲入工件46之前以及在整个过程中应用于工件46。控制单元监控向工件46应用超声波能量的持续时间，并且一旦其确定工件46的温度通过超声波能量充分提高，则开始移动冲头48(以及刀头50和铆钉)。在该实施方式中，当冲头48(以及刀头50和铆钉2)前进时，是铆钉2而非刀头50首先与工件接触。由于铆钉2从刀头50突出的距离基本上和工件46的第一层42的厚度相同，如下所述，一旦铆钉到达第二层44，刀头只与工件接触。

随着铆钉2朝着工件46前进，它被驱动(例如，被刀头50驱动穿过夹钳90)，以(例如)4000RPM的速度旋转。由于冲头48的远端表面58和铆钉2的压力面28之间的摩擦，铆钉引起冲头也旋转。一旦铆钉接触第一层44的顶部，该层被通过模具施加的超声波能量充分加热，因此它需要相对较少的摩擦搅拌加热。因此，在该实施方式中不需要铆钉2的轴向移动在工件46的表面上暂停。相反，冲头48，铆钉2和刀头50继续前进，铆钉开始穿透工件46而没有延迟。虽然该层的碳纤维未软化，但是固定它们的基质被软化，允许铆钉使一些纤维发生位移，而不是将它们切断。这降低了磨损程度。

当铆钉2到达第二层44时，控制单元从力传感器92接收反馈，该反馈指示刀头50与工件接触。此时，控制单元停止刀头50的旋转，并将夹钳90缩回以使铆钉从刀头脱离。冲头48的轴向前进在此期间继续，但是速度减慢，因此夹钳90不会被冲头48相对于刀头的移动损坏。这还确保刀头在以任何显著的力顶靠在工件上之前就停止前进，如上所述，防止刀头钻入到工件中。因为铆钉在被敲入第二层46中时不再旋转，铝材料不被加热到太软而使铆钉无法镦粗的温度。接下来完成连接，铆钉镦粗。

虽然在该实施方式中由于工件通过辅助加热被软化，所以铆钉不在工件的表面上暂停，但是这并不暗示只有在使用辅助加热时铆钉才可以进入到工件中而没有暂停。例如，在其他实施方式中，铆钉可以在与工件接触时具有充分的角速度，因此以充分的速度产生摩擦搅拌软化，不需要暂停轴向移动。

现在参考图7描述根据本发明的第四种实施方式的方法。该实施方式为实心铆接方法。但是，和传统实心铆接不同，在该实施方式中，铆钉2完全不变形，而在传统实心铆接中，铆钉和工件之间的机械互锁是通过镦粗铆钉以在铆钉的两侧产生增大部分而实现的。该实施方式的铆钉2由陶瓷材料制成，陶瓷材料在发生破裂之前通常不能发生任何显著程度的变形。此外，在该实施方式中，工件46被铆钉2直接穿透，而不是将铆钉插入到预先形成的孔中。

和上述SPR铆钉类似，该实施方式的铆钉2包括基本上圆柱形的钉杆10，具有环形切割边缘20的尖端6，以及具有截圆锥形下侧的钉头8。但是，在本例中，铆钉2的切割边缘20设置在凹陷100而不是钻孔的外围。铆钉还具有驱动配合特征，驱动配合特征的形式是钉头8中的四个基本上径向的凹槽102(可以看到其中的一个凹槽)，所述凹槽以90度的间隔设置为基本上周向的阵列。可以使用凹槽或脊部的其他设置。

铆钉2还包括钉杆10的径向外表面14中的表面不规则部。在本例中，表面不规则部是伸长的(elongate)，并且形式上为凹槽104(其为开口的一个例子)。凹槽104基本上沿周向设置，并围绕铆钉钉杆10的整个圆周延伸。因此，它的形状为环形，并为铆钉钉杆10提供最窄腰部(也就是说，直径减小的部分)。

根据第四种实施方式的方法是一种连接工件46的第一层42和第二层44的方法，每个层是由成型级铝制成的车身面板的一部分(但是该方法也可以用于其他材料和/或产品)。和SPR一样，本实施方式中使用的铆接工具包括刀头50，冲头48往复地设置在刀头中。但是，在本例中，冲头48具有接收在铆钉2的径向凹槽102内的由四个径向脊部106(可以看到其中的一个脊部)组成的基本上环形的阵列。此外，该实施方式的模具52为压印模。它包括平坦表面108，环形唇部112从平坦表面108向上突出。唇部112通过模具52围绕钻孔110的口部。

和前面的实施方式不同，在该实施方式中铆钉2以恒定的速度(例如，60000RPM)被敲入工件46中。此外，不再主动控制冲头的线性移动，控制单元调节致动器(未显示)以使其提供恒定的力，例如700N。这允许铆钉2向工件的轴向移动由和尖端6检出的工件材料的状态确定。铆钉2在接近工件46时旋转。当铆钉2接触工件46时，顶层42的铝材料为室温，因此不够软。因此，工件46提供对铆钉2的阻力，防止它进入工件中。因此，铆钉2在工件46的顶面上旋转。一旦工件46的顶部区域经受了充分的摩擦搅拌加热，它对铆钉2施加的轴向阻力量将下降。向下施加在铆钉2上的轴向力开始将铆钉敲入工件46中。随着并且当铆钉2接触工件46的未充分软化的一部分，它的轴向移动将减慢或停止，为必要的摩擦搅拌加热留下时间。

随着铆钉2进入工件46，凹陷下面的工件材料的一部分形成和铆钉一起向下推的金属块64。当铆钉2完全穿透工件46时，金属块在铆钉尖端6和模具52的唇部112之间被尖端，通过钻孔110掉落以进行处理。在一些实施方式中，将金属块64从工件切断是可取的，从而在工件的下侧上提供更加齐平的加工(例如，为了美观或空气动力学原因)。通过在该阶段移除金属块64还可以防止它随后(例如，在成品装配之后)脱落，这时金属块64可能损坏产品的其他组件，或者可能松散地保持在产品内并在产品移动时发出碰击声。

此外，随着铆钉2穿透工件46，工件的底面以足够的力挤压在模具52的唇部112上，因此唇部在工件的底部产生环形压痕。这迫使工件材料从底层44进入凹槽104，在第二工件层和铆钉2之间提供互锁。铆钉的钉头8防止第一工件层43相对于铆钉向上移动，凹槽中的材料防止底层44相对于铆钉向下移动，工件层固定在一起，完成连接。

由于上述类型的实心铆钉插入需要工件46的塑性变形以允许铆钉2穿透和提供与铆钉的机械互锁，所以第一至第三种实施方式中描述的工件层的硬度和延展性也是该技术需要考虑到的。因此，改变实心铆钉2的旋转速度和/或轴向插入速度可以提供相对于SPR描述的益处中的一个或多个。

虽然在该实施方式中工件46通过来自冲头48(通过铆钉)和刀头50的力被顶靠在模具52的唇部112上，但是在其他实施方式中，它可以只通过冲头或者只通过刀头顶靠。此外，在其他实施方式中，作为构件46通过刀头50和/或冲头48被向下顶的替代，或者除此之外，模具52可以在铆钉插入的持续时间的至少一部分内被向上顶。

图8显示了适用于以上实施方式(并且适用于以上实施方式的改进版本)的替代性实心铆钉。图8所示的铆钉2与图7所示的铆钉类似，包括尖端6，钉杆10，以及具有径向凹槽102的钉头8。但是，图8所示的铆钉2没有凹陷(图7中的100)。相反，铆钉2的尖端6的形式为基本上垂直于铆钉的纵向轴线4定位的基本上圆形的表面。此外，图8所示铆钉2的凹槽104足够宽，沿着钉杆10的基本上整个轴向长度延伸，并与钉头8的下侧相交。与图7所示铆钉相比，图8所示铆钉2的凹槽104的较大体积可以允许更大体积的工件材料进入，潜在地提高工件层42，44和铆钉2之间的互锁强度。

虽然如上所述，铆钉具有环形切割边缘(图7中的20)以控制金属块64的行为是有益的，但是一些铆接方法可以包括主动金属块移除步骤(例如，当形成连接时研磨构件的下侧)，使该特征变得不必要。

图9显示了适用于本发明的另一种铆钉。该铆钉2与图7a所示铆钉类似，除了它在钉杆10的径向外表面14上具有两个表面不规则部，各个表面不规则部的形式为(基本上截圆锥形的)径向突起120。在本例中，突起120基本上周向定位，彼此相反。举例来说，通过突入到下工件层44中，突起120可以提供和工件46的机械互锁。此外，突起可以在将铆钉2旋转插入工件46时提供搅拌作用。该搅拌作用可以混合两个工件层42，44的软化材料，产生混合区域并形成摩擦搅拌点焊缝。该焊缝可以为连接提供补充强度，或者可以用于在工件层44，46之间提供全部连接(例如，如果图9所示铆钉2的突起120在两个工件层42，44之间突出)。

虽然图9所示铆钉2具有彼此相反地基本上周向定位的两个截圆锥形突起120，但是应该理解，其他铆钉可以具有不同数量的突起，不同形状的突起，和/或不同数量的突起(例如，1，3，4或更多)。其他铆钉的突起可以任意合适的方式设置，例如它们可以设置为基本上周向的环形阵列(均匀或不均匀地隔开)，和/或可以沿着铆钉的长度在不同的轴向点上隔开。

图10显示了另一种实心铆钉2，该铆钉2与图7所示铆钉相似。在本例中，铆钉2的钉杆10具有表面不规则部，表面不规则部的形式为两个基本上直径上对置的通孔124。开口122可以在插入铆钉2的过程中接收工件材料(例如，其可以通过压印模位移)，在铆钉2和工件层42，44之间提供互锁。

和图9所示的铆钉2的突起120一样，其他铆钉可以具有不同数量，形状或位置的开口。例如，在图10所示铆钉的一种改进中，开口可以各自由单独的盲孔提供。

图11显示了一种适用于本发明的实施方式的铆钉。和图7至图10所示实心铆钉相同，图11所示SPR铆钉2在其钉杆的径向外表面中具有表面不规则部。在该示例中，每个表面不规则部是形式为凹槽126的伸长开口。每个开口126基本上纵向地设置在铆钉2的钉杆10上。如图11所示，凹槽126具有不同的纵向长度，并且围绕铆钉钉杆10基本上均匀地设置为基本上周向的阵列。凹槽126可以改善(或者，在铆钉不镦粗的其他实施方式中，提供)铆钉2和工件之间所需的互锁，和/或可以提供上述搅拌作用。

图12显示了另一种适用于本发明的实施方式的实心铆钉2。该铆钉2与参考图7描述的铆钉类似，除了该铆钉2的钉杆10的径向外表面中的表面不规则部的形式是螺旋形的细长凹槽128。该凹槽128可以提供上述搅拌作用和/或机械互锁。凹槽128的螺旋性质还可以在铆钉2旋转插入工件的过程中起到螺纹的作用。例如，在插入铆钉2的过程中，工件材料可以容纳在凹槽128的最接近铆钉尖端6的部分中。该工件材料可以引起铆钉2在继续旋转时以类似螺丝驱动的方式进一步挤到工件中。作为替代，螺纹形态，例如凹槽128相反(或者除此之外)可以起到提供上述搅拌作用或提供机械互锁的作用。例如，图12所示铆钉2可以在沿着和允许凹槽128充当螺纹的方向相反的方向旋转时被被敲入到工件中。

虽然在该示例中铆钉2具有单个螺旋凹槽128，但是其他铆钉可以具有两个或更多个缠绕的螺旋凹槽(例如，形成双螺旋)。此外，虽然在该示例中凹槽128围绕铆钉钉杆10完成一个以上的完整旋转，但是其他实施方式可以具有一个或多个凹槽，凹槽的形状为螺旋的一部分，但是不围绕螺钉钉杆完成整个旋转。所述凹槽可以被认为是螺旋弧形。

图13显示了适用于本发明的另一种SPR铆钉(图13a)，用于将铆钉2插入工件46的铆接工具(图13b)，和利用铆钉和铆接工具形成的连接(图13c)。图13所示铆钉2与图1所示铆钉类似，因此这里只描述差异部分。和图7至图12所示铆钉类似，该铆钉2具有表面不规则部。在本例中，铆钉2具有四个表面不规则部140a-140d。表面不规则部140a-140d各自的形式为螺旋肋条(即，螺旋形的细长突起)。四个螺旋肋条140a-140d彼此缠绕在一起，并且每一端盘旋铆钉2的钉杆10，形成铆钉钉杆的大约1¹/₄旋转。肋条140a-140d可以提供相对于图12所示铆钉的凹槽描述的任何优点。

图13所示铆钉2和图1所示铆钉的区别还在于钉头8具有设置在压力面28中的配合特征，配合特征的形式为四个基本上径向的凹槽142。凹槽142以大约90°的间隔设置成基本上周向的阵列，每个凹槽142的深度朝着其径向远端逐渐减少。凹槽142在压力面28中合作形成十字形压痕，与飞利浦驱动插孔类似。此外，图13所示铆钉2和图1所示铆钉的区别在与它的内部圆锥表面是弧形的，为钻孔12提供喇叭形口部。换句话说，图1所示铆钉的圆锥表面为倒角，而图13所示铆钉2的圆锥表面18为圆角。

如图13b所示，铆钉钉头8的压力面128中的凹槽142各自与冲头48的远端表面58中的具有互补形状并隔开的脊部144配合(脊部144合作形成十字形突起，类似于飞利浦驱动钻头)。图13b还显示了SPR模具52，其几何形状和图4至图6所示模具稍有不同。虽然这些附图中显示的模具具有在模具的支撑表面后面稍微凹入的模具核54，但是在本例中，模具核54在表面上突出。此外，图13b所示模具的空腔56的深度和图4至图6所示模具的深度相比减少。

图13c显示了利用该铆钉产生的连接，并且显示了铆钉2和工件46之间的互锁不仅由铆钉钉杆10的张开提供，还由肋条140a-140c之间接收的工件材料提供。

图14显示了适用于本发明的实施方式的另一种铆钉2，在本例中为实心铆钉。该铆钉2和图7所示铆钉类似，除了它具有两个表面不规则部，每个表面不规则部的形式为伸长的凹槽144。凹槽144沿着其长度弯曲，但是不围绕铆钉钉杆10螺旋设置。相反，每个凹槽144遵循渐进的路线。

虽然图7至图14所示铆钉在其钉杆的外表面上具有表面不规则部，但是在铆钉具有限定径向内表面的钻孔的情况下，铆钉可以具有设置在该径向内表面中的一个或多个表面不规则部。图15显示了图13所示铆钉的一种改进，其包括所述内部表面不规则部。更具体地，图15所示铆钉2具有螺旋设置的肋条140a，140b，图13所示铆钉也可以发现所述肋条。但是，在本例中，肋条140a，140b设置在钉杆10的径向内表面16上。这些螺旋肋条140a，140b可以通过相对于图13所示肋条描述的功能。图15所示铆钉2也具有圆形开口122。这些开口122各自的形式为基本上径向的钻孔，该钻孔穿过钉杆10的径向内表面16和径向外表面14。由于开口122和径向内表面16及径向外表面14都相交，它们可以被视为是内部定位和外部定位(即，定位在内表面上和外表面上)。在替代设置中，每个开口122可以由一对盲孔提供，一个设置在径向外表面14中，另一个设置在径向内表面16中(这些盲孔不一定互相对齐)。

内表面不规则部可以允许在插入铆钉2的过程中引入的工件材料金属块保留在其中，使金属块松动并影响成品性能的可能性最小化(如上所述)。例如，在图15所示的铆钉2中，来自金属块的工件材料可以填充开口122中的一个或多个的一部分和/或内部螺旋肋条140a，140b之间的空间的一部分。这可以在铆钉2和金属块之间提供互锁，从而保持金属块。

图16显示了适用于本发明的实施方式的另一种SPR铆钉的尖端6和钉杆10。该铆钉具有参考图13所描述类型的螺旋肋条140a，140c，并且还具有内部周向凹槽104a，104b。螺旋肋条140a-140c的作用可以和参考图13描述的作用相同，如上所述，内部周向凹槽104a-104b可以用于保持工件材料金属块。图16所示铆钉的钻孔12也具有形式为肩部146的表面不规则部，如果钻孔12中的工件材料变形以填充肩部后面的空间，则肩部146也可以在铆钉和工件材料金属块之间提供互锁。

在一些应用中，铆钉具有周向不连续的尖端是可取的。周向不连续的尖端可以被视为是在与铆钉的纵向轴线垂直的平面中围绕其圆周不一致的尖端。图17显示了具有周向不连续的尖端的示例性铆钉。该铆钉2和图1所示铆钉相似，除了它具有由纵向槽150组成的基本上周向的阵列。槽150延伸至铆钉2的尖端6，并且沿着钉杆10的轴向长度的大约70％延伸。在本例中，槽150与钉杆10的径向外表面14和径向内表面16都相交。换句话说，它们径向贯穿钉杆10的圆柱形部分的整个厚度。

尖端周向不连续可以有利于允许铆钉尖端切或钻到工件中，而不仅仅是转移工件材料。周向不连续的尖端6由延伸到钉杆10的大部分中的纵向槽150提供的好处是钉杆在周向上变弱。这可以减少工件材料的塑性流所必须提供的用以镦粗铆钉的力的量。

图18显示了适用于本发明的另一种SPR铆钉2。和图17所示铆钉相同，图18所示铆钉2具有由槽150提供的周向不连续的尖端6。但是，在本例中，槽150以较短距离纵向延伸到钉杆10中(即，少于钉杆长度的四分之一)。这维持了钉杆的强度，允许它穿透较硬的材料而不会过早地张开。图18所示铆钉2还具有驱动配合特征152，驱动配合特征152的形式为以90°增量设置的四个基本上径向的脊部。这些脊部152设置为容纳在冲头中的相应基本上径向的凹槽中。

图19显示了另一种SPR铆钉2，其具有周向不连续的尖端6。在本例中，周向不连续的尖端由基本上均匀隔开的切割齿154组成的基本上周向的阵列提供。铆钉2具有内部圆锥表面18和外部圆锥表面30，使切割齿呈现基本上金字塔形的轮廓。该铆钉的齿154以这种方式集中到锋利的点上，可以提供特别有侵略性的作用。但是，与图17和图18所示的铆钉相比，在插入特别硬的材料的过程中，齿可能对尖端6的变形或磨损的抵抗力较低。

图20显示了另一种具有切割齿154的SPR铆钉2。该铆钉的齿154具有锯齿轮廓，该轮廓可以允许切割作用的行进性(aggressiveness)根据铆钉2旋转的方向而改变。更具体地，与铆钉逆时针旋转相比，如果铆钉顺时针旋转(从钉头8的顶部观察)，铆钉会提供更加具有行进性的切割作用。在图20所示的铆钉2中，齿以基本上径向的直线边缘终止，而不是以点终止。与图19所示的铆钉相比，这可以使齿154在插入铆钉的过程中更耐磨损或变形。

图21显示了另一种适用于本发明的自冲铆钉。铆钉2的周向不连续的尖端6由切割边缘20的定向提供。更具体地，虽然在前面的铆钉设计中尖端限定与铆钉的纵向轴线基本上垂直的平面，但是在本例中，边缘20位于和铆钉纵向轴线4呈大约80°的角162的平面160中。图21所示铆钉21还具有和图17至图20所示铆钉不同类型的驱动配合特征。在本例中，铆钉2的钉头8具有插座164，插座具有基本上六角形的横截面，设置为容纳冲头的形状互补的六角形突起。

图22显示了另一种具有周向不连续的尖端6的铆钉2。在本例中，铆钉2为盲铆钉，包括主体170，主体170设置为通过以本领域技术熟悉的方式拉动芯轴172而变形。在本例中，铆钉2的周向不连续的尖端6设置在芯轴172的球头174上，钉杆10(由主体170提供)通过球头174的近端部分176(芯轴172的镦粗主体170的部分)与其隔开。尖端6的形式为(外部)圆锥表面30，圆锥表面30变细为点173，(在该实施方式中)点173与铆钉2的纵向轴线(未显示)相交。该铆钉2的圆锥表面是分面的。更具体地，圆锥表面30具有基本上以金字塔侧面的形状设置的四个切面175。图22所示铆钉2还具有设置在芯轴上的驱动配合平面178，该驱动配合平面178与旋转驱动组件的平头螺丝配合。铆钉2的钉头8由主体170提供，并且具有参考图18所描述类型的径向脊部152。

图23显示了图1所示铆钉的另一种改进。在本例中，钻孔12贯穿铆钉2的整个轴向长度。这有利于(通过去除由超过钻孔末端的钉头提供的任何机械支撑)降低铆钉的周向强度，从而使钉杆更容易镦粗。完全管形的铆钉的好处还在于钻孔内的空间限制较少。如果钻孔中的空间太小，当钻孔被充满时，额外的工件材料会和铆钉一起向下位移(而不是进入到钻孔中)，对穿透构成抑制。

图24显示了图23所示铆钉的一种改进。在本例中，钻孔12包括驱动配合部190，它是钻孔的横截面为非圆形的部分。在本例中，驱动配合钻孔部190可以和尖端6相反地定位在钻孔12(以及铆钉2)的远端上，但是在其他情况下，它的位置可以不同。在该示例中，驱动配合钻孔部190的横截面形状基本上为八角形。驱动配合钻孔部190设置为容纳设置在冲头48的远端表面58上的驱动钻头，驱动钻头的形式为形状互补的驱动配合突起192。在希望工件材料沿着钻孔12的基本上整个长度进入钻孔12，从而(例如)避免由于钻孔充满而带来插入阻力(如上所述)，或者使已完成连接中的金属块的顶部和铆钉的压力面28基本上齐平的情况下，冲头48的驱动配合突起192可以是可伸缩的。这可以允许驱动配合突起192在冲头48仍然与铆钉2接触的同时从驱动配合钻孔部190(至少部分)撤回。更具体地，驱动配合突起192可以伸缩到它与冲头48的远端表面58齐平的位置，如图24C所示，或者可以伸缩到它仍然从远端表面58突出，但是突出程度降低的位置。

需要注意的是，虽然在图24中驱动配合钻孔部分190比钻孔12的剩余部的直径大，但是在其他实施方式中，驱动配合钻孔部分可以具有较小直径，或者直径相同而形状不同。此外，在其他实施方式中，驱动配合钻孔部190可以基本上沿着钻孔的整个长度延伸。

图25显示了另一种完全管形的铆钉(即，钻孔沿其整个轴向长度延伸的铆钉)。该铆钉2围绕其纵向轴线4基本上对称(也就是说，在与其纵向轴线垂直的平面中它是对称的)。铆钉2的任意轴向端都可以被视为尖端6，该轴向端的边缘20被用于刺穿工件，并且另一个轴向端的边缘20用作铆钉的接触面28。铆钉2沿其纵向轴线4基本上对称，允许铆钉的任意一端用作尖端6，这可以有利于允许铆钉以任意轴向定向供应给铆接工具的刀头。与此相反，在铆钉的单端适于刺穿工件的情况下，铆接工具可能需要包括定向机构以确保铆钉以尖端向下的方式安装在刀头内。所述定向机构会增加铆接工具的复杂性和/或体积。

图26显示了一种将图25所示的铆钉2插入工件46中的方法，该方法的各个阶段在图26a-26c中显示。和上述实施方式中的铆接工具一样，在该示例中，工具包括传统48、刀头50、和模具52，模具52包括模具核54和空腔56。

但是，在本例中，工具还包括一对对立的支撑构件200。每个支撑构件具有形状和铆钉的钉杆10互补的弧形压痕202，并设置为容纳钉杆的一部分。图26所示工具和上述实施方式的不同之处还在于冲头48具有异形尖端。更具体地，冲头48的远端表面58具有从其突出的半球形突起204。此外，虽然在前面的实施方式中冲头48的直径基本上和铆钉相同，但是在本例中，冲头48的直径比铆钉2大得多。

为了将铆钉2插入到工件46中，铆钉2安装在支撑构件200之间。模具52靠在工件46的底面上，支撑构件200抵靠在顶面上，铆钉2通过冲头48(其用作和铆钉摩擦配合的旋转驱动组件)前进和旋转。

当铆钉被敲入工件的第一层42时，它与支撑构件200配合，因此钉杆10被径向支撑，并防止钉杆10向外变形。但是，当铆钉2到达第二工件层44时，支撑构件200从彼此移开，使它们的压痕202从铆钉2的钉杆脱离。这为铆钉2的上端(即，铆钉的与尖端6相反的轴向端)提供在突起204的作用下向外张开的空间。这在铆钉的顶端和铆钉2的顶端和工件46的上层42之间提供互锁。同时，如前所述，底层44中工件材料的塑性流使铆钉的尖端张开。这在图26c中显示。

虽然在本例中彼此相反设置的两个支撑构件200被用于防止铆钉2的过早分层，但是其他实施方式可以通过其他方式支撑铆钉。例如，其他实施方式可以使用不同数量的支撑构件200(例如，3个、4个或更多个支撑构件)，并且支撑构件可以设置为任何其他合适的结构。例如，在另一种实施方式中可以使用四个支撑构件，支撑构件围绕铆钉设置在不同的周向位置上。在图26所示实施方式的另一种改进中，铆钉的钉杆可以完全不由支撑构件支撑。例如，铆钉的几何结构可以设置为在没有支撑的情况下，铆钉的顶端产生一定程度的变形，但是铆钉仍然能够有效地穿透工件46。在使用支撑构件的情况下，这些支撑构件可以在任意其他合适的时间从铆钉脱离。支撑构件还可以具有不同形状。例如，它们可以具有与铆钉接触的平坦表面，而不是具有压痕，或者它们可以具有不同形式的压痕。在存在支撑构件的情况下，支撑构件可以彼此相同或不同。

在铆接工具包括冲头，该冲头具有异形尖端以使铆钉的沿其纵向轴线基本上对称的末端变形的其他实施方式中，异形尖端可以包括从冲头的远端表面突出的圆锥形或金字塔形(或者截圆锥形或截金字塔形)突起，而不是半球形突起，或者冲头的整个远端可以采取这种形状。作为替代，冲头尖端的轮廓可以是任何其他合适的方式。

在将铆钉插入工件的过程中，一些工件材料可以被强迫向上移动，超过工件的原始顶面。此外，在铆钉通过切割作用或钻孔作用穿透工件的情况下，它可能产生切屑。处于和上述保持工件金属块类似的原因，在一些应用中，可取的做法是明确地保持该材料而不是使其有机会随后分离。因此，铆钉在钉头的下侧，或者在钉杆的与其相邻的一部分中可以具有一个或多个空腔，从而保持该材料。图27至29显示了三种所述铆钉，在本例中为SPR铆钉。

图27所示的铆钉2具有设置在其钉头8的下侧24中的环形空腔210。图28所示的铆钉2具有设置在钉杆10的与钉头8的下侧24相邻的一部分中的环形空腔201。图29显示了铆钉29，该铆钉29具有设置在钉头8的下侧24和钉杆10的与其相邻的一部分之间的连接处的环形空腔。图29所示空腔210可以被视为是两个联合空腔，一个位于钉头8中，一个位于钉杆10中。

每个铆钉2的空腔210基本上周向定位。但是，在其他实施方式中，它们可以按照任何其他合适的方式定位。此外，其他铆钉包括不是环形的用于保持工件材料的空腔。例如，一种这样的铆钉可以包括由三个单独的空腔组成的周向阵列。如图27和图28所示的铆钉可以被敲入到工件中，因此铆钉的下侧24与工件的顶面接触，这可以提供更加完整的工件材料保持(因为钉头不取代任何材料)。作为替代，铆钉可以被敲入到工件中，因此它的压力面28基本上和工件齐平，这可以在连接区域中产生平滑的表面。

在一些应用中，在插入铆钉的过程中，工件的顶层可以留下直径比传统铆钉钉杆的直径更大的孔。例如，在工件的顶层比其他层之一柔软得多的情况下，它可能变得过于软化(例如，它可能熔化)，离心力迫使它径向向外远离铆钉。这会在铆钉和工件顶层之间形成间隙，这是不美观的，和/或为水分侵入提供了路径。因此，可取的做法是使用在钉头端上钉杆的一部分在径向上大于钉杆的剩余部的铆钉。图30和图31显示了两种这样的铆钉。图30所示的铆钉2具有台阶式钉杆10，钉杆10具有邻近尖端6的第一钉杆部分10a和邻近钉头8的第二钉杆部分10b。第二钉杆部分10b的直径大于第一钉杆部分10a的直径，因此如果工件的顶层在被第一钉杆部分10a穿透时从铆钉扩展，则产生的扩大孔可以被第二钉杆部分10b填充。图31所述的铆钉2具有从钉头8向尖端6连续变细的钉杆10。以和图30所示铆钉相似的方式，钉杆10的位于铆钉的钉头端上的部分可以填充顶部工件层上中的孔，该孔的直径大于钉杆的位于尖端上的部分的直径。

应该理解，在不偏离权利要求所限定的保护范围的前提下，可以对上述实施方式进行许多修改。例如，虽然至相对于特定实施方式描述了将工件夹在模具和刀头之间，但是在任意其他合适实施方式中这样做。此外，虽然工件的辅助加热被描述为是摩擦搅拌加热的补充，但是在其他实施方式中，铆钉可以不充分的旋转速度被敲入到工件中以产生任何显著的搅拌摩擦加热，此时可以通过辅助加热产生软化工件材料所需的所有工件温度提升。在本发明的任何实施方式中，辅助加热(如果有)可以是任意合适的形式，例如应用超声波能量，使用激光，使用电磁感应，或者使用放射或对流加热元件，例如加热线圈或煤气炉。此外，可以在单个实施方式中(在不同时间，或者同时)使用一种以上类型的辅助加热。

在本发明的利用模具和冲头和/或刀头的任何实施方式中，模具和冲头和/或刀头可以彼此相反地安装在力反应框架，例如C形框架上。

虽然本发明的一些实施方式设计SPR铆接，其他实施方式涉及实心铆接，但是应该理解的是，相对于SPR描述的一个或多个特征可以应用于实心铆接，反之亦然。同样，插入盲铆钉也可以利用搅拌摩擦加热，改变插入铆钉的旋转速度和/或轴向速度，因此本发明的一个或多个方面(以及任何合适的可选特征)可以由盲铆接方法体现。在这种情况下，方法还可以包括相对于盲铆钉的主体移动插入到工件中的盲铆钉的芯轴，从而使铆钉镦粗。盲铆钉的解剖，以及盲铆钉(在利用本发明的方法插入工件之后)的镦粗对于本领域技术人员是显而易见的。

虽然相对于特定实施方式描述了特定类型的辅助加热，即使用激光和使用超声波能量，但是这些类型的辅助加热(或任何其他类型)可以在根据本发明的任意方面的任意实施方式中使用。

虽然上面描述的实施方式涉及汽车制造，但是本发明的实施方式还可以用于制造任何其他合适的产品。这些产品包括工业机械，空调系统，路标，机械支撑结构，水箱和粮仓。

在本发明的铆钉具有钻孔的任何实施方式中，钻孔可以是盲孔或通孔。它的横截面可以基本上为圆形，或者可以具有任何其他合适的横截面形状。钻孔可以和铆钉的纵向轴线平行，例如，它可以与铆钉的纵向轴线共线。钻孔可以沿其长度改变或不改变直径和/或横截面形状。

虽然本发明的第二种和第三种实施方式(即，其中刀头用作旋转驱动组件)描述了刀头与铆钉摩擦配合并围绕它的周向外缘，但是在其他实施方式中刀头可以与铆钉的不同部分配合和/或不通过摩擦与铆钉配合。同样，铆钉可以非摩擦地围绕其外缘配合，和/或通过铆接工具的刀头之外的组件配合。举例说明，铆钉可以具有非圆形的钉头(例如，八角形的钉头)，并可以容纳在刀头中的形状互补的钻孔(例如，八角形的钻孔，或者正方形的钻孔)内。在本例中，铆钉将和刀头非摩擦地配合。另举一例，铆钉的刀头可以横截面为非圆形并且容纳在冲头中的形状互补的插座中(例如，铆钉钉头可以是五边形的，并容纳在冲头中的五边形插座中)。在本例中，铆钉将围绕其周向外缘配合，但是将非摩擦地配合，并且不与刀头配合。

应该理解的是，这里所称的金属包括该金属的合金。虽然在第二种实施方式中铆接工具的压力面(在该示例中，设置在夹紧垫圈上)可以相对于刀头自由旋转，因为是通过轴承安装到刀头上面的，但是在其他实施方式中，压力面可以通过替代方式连接到刀头上，在该替代方式中，压力面和刀头之间的相对旋转被限制。这是有利的，因为压力面可以在工件表面上以一定程度旋转，从而产生摩擦热。

虽然支撑构件被描述为支撑沿纵向轴线基本上对称的铆钉，但是它们也可以在其他实施方式中使用。例如，它们可以支撑完全为管形但是具有钉头部分的铆钉，从而补偿上述降低的强度(或者在铆钉在钉头端通过异形冲头变形，从而增加钉头半径的情况下)。另外，支撑构件也可以用于支撑其他任何类型的铆钉。此外，可以使用相对较软的铆钉(例如，为了获得抗腐蚀性)，该铆钉的降低的裂断强度通过支撑构件的支撑得到补偿。

相对于实心铆接，虽然上述实心铆钉各自包括径向增大的钉头，但是在其他实施方式中，实心铆钉可以不包括所述钉头。在这种情况下，铆钉和工件层之间的机械互锁可以完全通过工件材料变形到表面不规则部中或者围绕表面不规则部变形而提供(例如，铆钉可以具有两个凹槽，一个凹槽容纳来自工件顶层的材料，另一个凹槽容纳来自工件底层的材料)。

虽然上述实施方式中描述了特定形式的模具，但是其他实施方式也可以使用不同形式的模具。例如，一种实施方式可以使用包括平坦表面的模具，具有槽而没有模具核的模具，具有模具核而没有槽的模具，具有凸面支撑服务的模具，或任意其他合适形状的模具。此外，在本发明的一些实施方式(例如，使用盲铆钉的实施方式)中，可以不使用模具。

在一些实施方式中，可以在包括不同材料，或者使用不同铆钉的多个不同铆接过程(例如，连接不同厚度的工件)中使用特定形状的模具。例如，可以组合使用轴向长度为10mm的铆钉来连接整个厚度为8mm或12mm的工件。在12mm厚度工件的情况下，模具的模具核仍然能够充分引导工件材料的塑性流以使铆钉完全镦粗，虽然工件材料可能不在模具空腔的整个深度上进入模具空腔，但是铆钉自身不会进入空腔。在8mm厚度工件的情况下，工件材料可能以增大的深度进入空腔，允许铆钉的尖端进入空腔，同时保持完全密封。

虽然将SPR描述为将铆钉镦粗到工件的底层中，从而完全密封在工件内，但是在其他形式的铆接中，铆钉可以完全穿透工件。例如，在被模具镦粗从而使钉杆的位于工件底面之下的远端部分张开之前，铆钉可以完全穿透工件而不会发生任何显著程度的变形。当铆接底层延展性不足以使铆钉在其中镦粗的工件时，这是有用的。

虽然上述实施方式描述了铆接过程监控方式的例子，但是任何实施方式都可以使用任意合适的装置来收集信息。例如，铆钉的旋转和/或线性位置或速度可以由控制单元利用一个或多个位置编码器来监控，例如光学编码器(例如，激光)，磁性编码器，电感式编码器，电容式编码器或涡流编码器。同样，虽然相对于特定位置并且结合大量其他特征分别描述了温度传感器和力(或转矩)传感器，但是在任意合适位置(例如，工具的刀头中，冲头中，或模具中)包括一个或多个这种传感器(或任意其他类型的传感器)，并可以在根据本发明的任意方面的任意合适实施方式中使用。同样，特定动作的持续时间(例如，铆钉轴向或旋转移动的时间，或者应用辅助加热的时间)可以在本发明的任意实施方式中被监控，并被用于确定是否应该发起随后的动作。作为替代，本发明的实施方式可以不收集任意种类的反馈。例如，可以使用动作完全由操作员控制的铆接工具来插入铆钉。

虽然上述实施方式描述了铆钉轴向移动到静止工件中，但是在其他实施方式中，工件可以沿着铆钉的纵向轴线移动到静止铆钉中，或者铆钉和工件可以一起移动。因此，这里所称的铆钉速度(不管是旋转速度还是轴向速度)应该理解为指的是铆钉相对于工件的速度。

虽然上述实施方式描述了多个工件层，工件层材料，铆钉材料，轴向速度(和其改变)以及旋转速度(和其改变)的特定组合，这并不意味着暗示这些选择只适用于所描述的组合。可以预期多个工件层，工件层材料，铆钉材料，轴向速度(和其改变)以及旋转速度(和其改变)的任意合适组合。

在本发明的铆钉轴向速度被调节的任意实施方式中，铆钉的旋转速度在整个插入过程中可以是恒定的。同样，在铆钉的旋转速度被调节的情况下，铆钉的轴向速度在整个插入过程中可以是恒定的。

虽然上述特定实施方式使用液压马达或电动马达来旋转铆钉，但是本发明的任意实施方式都可以使用合适的装置来旋转铆钉。例如，一种实施方式可以使用电动马达(例如，感应电动机，同步电动机或DC电动机)，液压马达或气动马达。同样，虽然上述实施方式描述了使用液压或电动线性致动器来轴向驱动铆钉，但是本发明的任意实施方式可以任意形式的致动器，例如螺线管，液压缸，气压缸，或电动线性致动器。

在本发明的铆钉包括一个或多个表面不规则部的实施方式中，这些表面不规则部的大小和/或位置可以设置为和一个或多个特定工件层的位置相对应。

虽然以上描述提到纵向带槽的钉杆和齿阵列是替代选择，但是应该理解，铆钉可以包括这两种特征。例如，铆钉可以具有纵向槽，纵向槽在它们之间提供有周向部分，每个周向部分具有一个或多个齿。作为另一种替代选择，纵向槽可以提供周向部分，每个周向部分朝着其远侧尖端逐渐变细，从而提供整体齿。

在铆钉在其钉杆的基本上管形的部分中具有基本上纵向的槽的情况下，槽可以或者可以不沿着管形部分的整个轴向长度延伸，并且在槽沿着管形部分的整个轴向长度延伸的情况下，它们可以或者可以不沿着整个钉杆的整个轴向长度延伸。虽然在上述示例中槽具有一致的纵向宽度和一致一的径向深度，但是在其他实施方式中并非如此。例如，槽的周向宽度可以朝着尖端(一致地或不一致地)增加或减小。作为替代，或者除此之外，槽的径向深度可以朝着尖端(一致地或不一致地)增加或减小。在所述示例中，槽基本上是一样的，并且基本上均匀地设置，但是在其他实施方式中，槽可以互不相同(例如，纵向长度，周向宽度或径向深度)，和/或不同地设置。

在工件材料金属块有在成品装配之后从已完成连接分离的风险的情况下，可以为铆钉提供一定数量的粘合剂(例如，在SPR铆钉的钻孔中，或者实心铆钉的凹陷中)，粘合剂可以将金属块粘附到铆钉上，并降低金属块分离的可能性。这种方式可以和上述金属块保持方法中的一种或多种组合使用，或者单独使用。

虽然描述了一系列材料的工件，但是所选择的材料范围应被视为只是示例性的。在本发明的一种实施方式中，工件可以包含任意合适材料(例如，每，航空级铝，超高强度钢，钛或金属基复合材料)制成的一层或多层。作为替代选择，或者除此之外，工件可以包括由碳纤维复合材料，玻璃纤维增强复合材料，聚合物，金属，例如标准等级钢(不锈钢或非不锈钢)或成型级铝，有机材料，例如皮革，或任意其他合适材料制成的一层或多层。

为了简单起见，铆钉运动以及铆钉变形的改变(如适用)被描述为逐层逐步发生。但是，应该理解的是，实际上，铆钉的变形和/或其旋转和/或线性速度的改变可以不是按照这种方式发生的。例如，被描述为在铆钉接触较硬材料制成的工件层时突然发生的事件实际上可以随着铆钉接触逐渐变冷(因此变硬)的工件材料而逐渐发生，不管该较冷的材料是否是新接触工件层的一部分。因此，可以根据铆钉承受的力(例如，阻力)而非它的相对于工件层的位置控制铆钉的运动。

虽然单独或以特定组合描述了本发明的不同方面，但是应该理解的是，本发明的每个方面可以单独使用，或者在合适的情况下与本发明的任意其他方面组合使用。例如，虽然结合辅助加热的应用(本发明的第十一个方面)描述了铆钉围绕其周向外缘配合(本发明的第七个方面)，但是根据本发明的一种方法可以只使用这些概念中的一个。另举一例，铆钉可以具有沿其整个轴向长度延伸的钻孔(根据本发明的第八个方面)和设置在其钉头的下侧中的空腔(根据本发明的第九个方面)，并且可以通过工具的刀头被驱动旋转(根据本发明的第八个方面)。在钉头上具有增大的钉杆部分和接收工件材料的空腔的铆钉是有益的，因为增大的钉杆部分能够刻意地尺寸过大。这可以确保铆钉能够填充工件顶部中的任意可合理预期尺寸的孔，在工件顶部中的孔具有较小直径的情况下，空腔接收由增大的钉杆部分取代的工件材料。

此外，虽然相对于本发明的一个方面描述了特定的特征或设置，但是它们中的一部分也可以被视为和本发明的不同方面相关。例如，图14所示的铆钉被描述成凹槽是表面不规则部(即，相对于本发明的第一个方面描述)。但是，这些凹槽还为铆钉提供了周向不连续的尖端(虽然该尖端不是在其整个径向长度上都是周向不连续的)，因此该铆钉还可以被视为和本发明的第二个方面相关。另举一例，图17所示的铆钉被描述为槽提供了周向不连续的尖端(即，相对于本发明的第二个方面描述)，但是槽还构成形式上为开口的表面不规则部，因此该铆钉还可以被视为和本发明的第一个方面相关。

在合适的情况下，这里所描述的可选和/或优选特征可以单独使用或互相组合在一起使用，特别是根据权利要求中描述的组合使用。在合适的情况下，本发明的每个方面的可选和/或优选特征还可以用于本发明的任意其他方面。

Claims

1.一种将铆钉插入工件的方法，该方法包括沿着铆钉的纵向轴线使铆钉和工件相对于彼此移动，从而将铆钉敲入到工件中，其中：

所述钉杆具有一个或多个表面不规则部。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述表面不规则部中的一个或多个设置在钉杆径向外表面上。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中铆钉具有穿过尖端并穿过钉杆的至少一部分的钻孔，从而提供钉杆径向内表面，并且所述表面不规则部中的一个或多个设置在所述钉杆径向内表面上。

4.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中所述表面不规则部中的一个或多个为伸长形状。

5.根据权利要求4所述的方法，其中伸长的所述表面不规则部中的一个或多个基本上纵向对齐。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其中伸长的所述表面不规则部中的一个或多个基本上周向对齐。

7.根据权利要求4至6中任意一项所述的方法，其中伸长的所述表面不规则部中的一个或多个各自基本上为螺旋弧形。

8.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其中所述表面不规则部中的一个或多个各自表现为突起的形式。

9.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其中所述表面不规则部中的一个或多个各自表现为开口的形式。

10.根据引用权利要求2和3的权利要求9所述的方法，其中所述开口中的一个或多个在钉杆径向内表面和钉杆径向外表面之间延伸。

11.一种将铆钉插入工件的方法，该方法包括沿着铆钉的纵向轴线使铆钉和工件相对于彼此移动，从而将铆钉敲入到工件中，其中：

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述周向不连续的尖端包括多个齿。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中所述尖端在其整个径向长度上是周向不连续的。

14.根据权利要求11至13中任意一项所述的方法，其中所述铆钉具有穿过尖端并穿过钉杆的至少一部分的钻孔，从而提供具有钉杆径向内表面的基本上管形的钉杆部。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述尖端由所述基本上管形的钉杆部中的基本上纵向的槽提供。

16.根据引用权利要求13的权利要求15所述的方法，其中所述槽在钉杆径向内表面和钉杆径向外表面之间延伸。

17.根据权利要求14至16中任意一项所述的方法，其中所述尖端具有与所述钉杆径向内表面相交的内部锥表面。

18.根据权利要求11至17中任意一项所述的方法，其中所述尖端具有与所述钉杆径向外表面相交的外部锥表面。

19.根据权利要求17或18所述的方法，其中所述锥表面或者每个所述锥表面是分面的。

20.根据权利要求11至19中任意一项所述的方法，其中所述尖端限定有不与铆钉的纵向轴线垂直的平面。

21.一种将铆钉插入工件的方法，该方法包括沿着铆钉的纵向轴线使铆钉和工件相对于彼此移动，从而将铆钉敲入到工件中，其中：

22.根据权利要求21所述的方法，其中所述工件包括由镁、航空级铝、超高强度钢、钛、金属基复合材料、碳纤维复合材料或聚合物制成的另一层。

23.根据权利要求21或22所述的方法，其中所述工件包括由标准等级钢或成型等级铝制成的附加层，并且铆钉插入到工件中，由此所述附加层是与铆钉接触的最后一层。

24.一种将铆钉插入工件的方法，该方法包括沿着铆钉的纵向轴线使铆钉和工件相对于彼此移动，从而将铆钉敲入到工件中，其中：

铆钉由铝、不锈钢、钛或陶瓷制成。

25.一种利用铆接工具将铆钉插入工件的方法，该方法包括沿着铆钉的纵向轴线使铆钉和工件相对于彼此移动，从而将铆钉敲入到工件中，其中：

26.根据权利要求25所述的方法，其中所述铆接工具包括刀头和往复地设置在所述刀头中的冲头，所述冲头为铆钉提供轴向力，从而将铆钉敲入到工件中。

27.根据权利要求26所述的方法，其中所述旋转驱动组件或所述旋转驱动组件中的一个是所述冲头。

28.根据权利要求26或27所述的方法，其中所述旋转驱动组件或所述旋转驱动组件中的一个是所述刀头。

29.根据权利要求28所述的方法，其中所述铆接工具包括可旋转地安装到所述刀头上的压力面，该压力面在插入铆钉的过程中与工件接触，并在其与工件接触的时间的至少一部分内相对于所述刀头旋转。

30.一种利用铆接工具将铆钉插入工件的方法，该方法包括沿着铆钉的纵向轴线使铆钉和工件相对于彼此移动，从而将铆钉敲入到工件中，其中：

所述冲头为铆钉提供轴向力，从而将铆钉敲入到工件中；

31.根据权利要求30所述的方法，其中在将铆钉敲入工件的过程中，所述冲头不相对于工件旋转。

32.根据权利要求30所述的方法，其中所述冲头和铆钉一起旋转。

33.一种利用铆接工具将铆钉插入工件的方法，该方法包括沿着铆钉的纵向轴线使铆钉和工件相对于彼此移动，从而将铆钉敲入到工件中，其中：

34.根据权利要求33所述的方法，其中所述铆钉在一个轴向端上具有用于刺穿工件的尖端、从所述尖端纵向延伸的钉杆、和从所述钉杆径向向外延伸的钉头。

35.根据权利要求34所述的方法，其中所述铆钉的与所述旋转驱动组件配合的部分包括由所述钉头限定的径向外围边缘或表面。

36.根据权利要求34或35所述的方法，其中所述铆钉的与所述旋转驱动组件配合的部分包括位于所述钉头和钉杆之间的相交部上的圆角或倒角。

37.一种将铆钉插入工件的方法，该方法包括沿着铆钉的纵向轴线使铆钉和工件相对于彼此移动，从而将铆钉敲入到工件中，其中：

铆钉具有沿其整个轴向长度延伸的纵向钻孔。

38.根据权利要求37所述的方法，其中所述铆钉通过铆接工具的旋转驱动组件旋转，所述旋转驱动组件与所述钻孔的具有非圆形横截面的部分配合。

39.根据权利要求38所述的方法，其中所述旋转驱动组件是冲头，该冲头为铆钉提供轴向力以将铆钉敲入到工件中，所述冲头通过从其突出的具有互补形状的驱动钻头与所述钻孔的所述部分配合。

40.根据权利要求39所述的方法，其中所述驱动钻头能够在延伸位置和缩回位置之间移动，在所述延伸位置，所述驱动钻头从冲头的远端表面突出，在所述缩回位置，所述驱动钻头从冲头的所述远端表面以较小程度突出，或者与冲头的所述远端表面齐平。

41.根据权利要求37至40中任意一项所述的方法，其中所述铆钉围绕其纵向轴线基本上对称。

42.根据权利要求41所述的方法，其中所述冲头具有异形尖端，该异形尖端向铆钉的一个轴向端施加所述轴向力，并在将铆钉敲入工件的过程中使铆钉的所述轴向端变形。

43.一种将铆钉插入工件的方法，该方法包括沿着铆钉的纵向轴线使铆钉和工件相对于彼此移动，从而将铆钉敲入到工件中，其中：

铆钉在一个轴向端上具有用于刺穿工件的尖端、从所述尖端纵向延伸的钉杆、和从所述钉杆径向向外延伸的钉头；

所述钉头限定朝向所述尖端的下侧；以及

铆钉具有空腔，该空腔设置在所述钉头的所述下侧中，或者设置在所述钉杆的与钉头相邻的一部分中，工件材料可以容纳在所述空腔中。

44.根据权利要求43所述的方法，其中所述工件材料在铆钉插入工件的过程中进入所述空腔。

45.一种将铆钉插入工件的方法，该方法包括沿着铆钉的纵向轴线使铆钉和工件相对于彼此移动，从而将铆钉敲入到工件中，其中：

铆钉在一个轴向端上具有用于刺穿工件的尖端、从所述尖端纵向延伸的钉杆、和从所述钉杆径向向外延伸的钉头；以及

46.根据权利要求45所述的方法，其中所述钉杆的所述部分基本上是圆柱形的。

47.根据权利要求45所述的方法，其中所述钉杆的所述部分上是截圆锥形的。

48.一种将铆钉插入工件的方法，该方法包括沿着铆钉的纵向轴线使铆钉和工件相对于彼此移动，从而将铆钉敲入到工件中，其中：

49.根据权利要求48所述的方法，其中所述辅助加热至少部分由激光束提供。

50.根据权利要求48或49所述的方法，其中所述辅助加热至少部分由超声波能量提供。

51.根据权利要求48至50中任意一项所述的方法，其中所述铆钉朝着模具被敲入到工件中，所述超声波能量的至少一部分通过所述模具施加到工件上。

52.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中在以第二旋转速度刺穿第二工件层之前，所述铆钉以第一旋转速度刺穿第一工件层。

53.根据权利要求52所述的方法，其中所述第一旋转速度高于第所述二旋转速度。

54.根据权利要求52所述的方法，其中所述第一旋转速度低于第所述二旋转速度。

55.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中在以第二轴向速度刺穿第二工件层之前，所述铆钉以第一轴向速度刺穿第一工件层。

56.根据权利要求55所述的方法，其中所述第一轴向速度高于所述第二轴向速度。

57.根据权利要求55所述的方法，其中所述第一轴向速度低于所述第二轴向速度。

58.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中所述铆钉以基本上为零的旋转速度穿透工件的至少一部分。

59.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中在完成将铆钉敲入工件之前，所述铆钉的旋转速度改变至少两次。

60.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中在完成将铆钉敲入工件之前，所述铆钉的轴向速度改变至少两次。

61.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中通过工件向铆钉施加阻力而引起铆钉的轴向速度或旋转速度改变，或者引起铆钉的轴向速度或旋转速度中至少一个改变。

62.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中通过改变应用于铆钉以引起其旋转的转矩的大小而引起铆钉的旋转速度改变，或者所述改变中的至少一个。

63.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中通过改变应用于铆钉或工件以将铆钉敲入工件的轴向力的大小而引起铆钉的轴向速度改变，或者所述改变中的至少一个。

64.根据权利要求63所述的方法，其中应用于将铆钉敲入工件的轴向力基本上是恒定的。

65.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中铆钉的轴向速度或旋转速度的所述改变，或者所述改变中的至少一个作为铆钉与工件内的不同层发生接触的结果而产生。

66.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中在完成将铆钉敲入工件之前的至少一个点上，铆钉相对于工件的轴向移动暂停。

67.根据权利要求66所述的方法，其中所述铆钉相对于工件的轴向移动在铆钉与工件的一个层第一次接触时暂停。

68.根据权利要求67所述的方法，其中所述铆钉相对于工件的轴向移动在铆钉与工件第一次接触时暂停。

69.一种制造产品的方法，该方法包括利用根据前述权利要求中任意一项所述的方法将工件的两层或更多层紧固在一起。

70.根据权利要求69所述的方法，其中所述产品是交通工具。

71.一种利用根据权利要求69或70所述的方法制造的产品。