CN106870531A - 缩短流钻螺钉操作的周期时间的方法 - Google Patents

Abstract

公开一种缩短流钻螺钉操作的周期时间的方法。提供一种通过在利用流钻螺钉接合的部件上设置凹坑而缩短流钻螺钉操作所需的周期时间的方法。流钻螺钉的尖端在与流钻螺钉远端的尖端和凹坑的基部间隔开的位置处接合接触带。流钻螺钉尖端和凹坑之间的摩擦产生热聚集区域并产生形成螺纹套管的移位材料。流钻螺钉被螺纹套管的螺纹固定以将顶部部件固定到底部部件。

Description

缩短流钻螺钉操作的周期时间的方法

技术领域

本公开涉及通过流钻螺钉(flow-drill screw)连接部件的工艺。

背景技术

流钻螺钉用于在单边连接操作中将部件连接在一起。流钻螺钉是具有专用尖端的螺纹紧固件，所述尖端适于通过加热部件的材料直到部件被局部软化而穿透部件。流钻螺钉高速(即，5000转每分钟)旋转，将相当大的轴向力(即，1.5kN)施加到部件。材料被加热并软化直到其塑性变形。旋转速度和轴向力大幅减小以允许材料围绕位于紧固件的尖端和头部之间的流钻螺钉螺纹形成螺纹套管或套环。然后螺钉以较慢的速度旋转以将螺钉拧紧到原位形成的螺纹套管中，对部件进行压缩以利用螺纹连接和头部将部件连接。

流钻螺钉的一个优点是它们节省时间和工艺步骤，这是因为通常没有必要在插入螺钉之前设置孔，也没有必要攻螺纹或将螺母装配到螺栓。然而，对于诸如具有通过大量的紧固件连接的部件的机动车辆、飞机和越野车辆的复杂产品而言，插入大量螺钉所需要的周期时间(即，2-6秒)可能超过制造过程中可用的时间。

在一些装配操作中，除了流钻螺钉，可通过粘合剂将部件固定在一起。如果在将要被连接的两个板之间施加粘合剂，流钻螺钉操作可能由于粘合剂的绝缘作用而减慢，绝缘作用降低了从组件的插入侧的部件到组件的出口侧的部件的热传递速率。此外，所产生的穿透部件的热可能导致粘合剂发泡，并可能导致粘合性能降低。

某些组件可以包括由两种不同类型的材料制成的部件。例如，聚合物部件可能需要组装到铝部件。可能难以有效地将热传递通过聚合物部件并传递到另一部件。

本公开在于解决上述问题和下文概括的其它问题。

发明内容

根据本公开的一方面，公开了通过流钻螺钉装配部件的方法。该方法包括在第一部件的插入侧上形成凹坑并在第一部件的接触侧上形成突起的步骤。凹坑被定义为表面上的凹陷或凹口。该方法后续的步骤为使所述突起与第二部件接触，驱动流钻螺钉进入第一部件。流钻螺钉被驱动通过第一部件和第二部件以将第一部件固定到第二部件。

根据上述方法的其他方面，所述凹坑可以为圆锥形。凹坑的侧面可以设置为相对于第一部件的插入侧上的邻近于凹坑的表面成30°和60°之间的角度。流钻螺钉可具有凸形弯曲尖端，其在凹坑的基部区域的上方间隔开的位置处接合凹坑。凹坑可以是长槽，其包括从第一部件的插入侧延伸到基部区域的锥形侧面。此处提及的基部区域是凹坑的最深区域并包括凹坑的尖端。凹坑在所述锥形侧面和插入侧之间具有导入表面。

根据本公开的其他方面，可以在第一部件的接触侧和第二部件之间施加粘合剂。突起穿过粘合剂，以在没有粘合剂将第二部件与在突起中产生的热进行绝缘的情况下，便于热从突起传递到第二部件。

根据本公开的不同方面，公开了通过流钻螺钉装配部件的方法，其包括在第一部件中形成开口并在第二部件上形成凹坑的步骤。然后，使所述开口与所述凹坑对齐，以将第一部件装配到第二部件。然后，流钻螺钉被插入通过开口并被旋入凹坑中以将第一部件固定到第二部件。

根据本发明的一个实施例，所述凹坑为圆锥形。

根据本发明的一个实施例，所述凹坑包括内侧壁，所述内侧壁被设置为相对于第一部件的插入侧上的邻近于凹坑的表面成30°和60°之间的角度。

根据本发明的一个实施例，所述流钻螺钉具有凸形弯曲尖端，所述凸形弯曲尖端在凹坑的基部区域上方间隔开的位置处接合凹坑。

根据本发明的一个实施例，所述凹坑为长槽，所述长槽包括从第一部件的插入表面延伸到基部区域的一对锥形侧面。

根据本发明的一个实施例，所述一对锥形侧面以30°和60°之间的角度延伸。

根据本发明的一个实施例，所述凹坑在所述锥形侧面和插入表面之间具有导入表面。

根据本公开的另一方面，公开了将流钻螺钉插入到组件中的方法。该方法包括在部件的插入侧形成凹坑的步骤。然后，流钻螺钉抵靠凹坑侧壁的接触区域而旋转以在基部区域上方产生聚集的热，而最初不接触凹坑的基部区域。凹坑内的接触区域被软化，接触区域和基部区域形成为螺纹套环。

根据后者方法的公开的其他方面，该方法可包括旋转流钻螺钉以将流钻螺钉固定到螺纹套环中的步骤。流钻螺钉具有包括终止于一点的弧形凸侧壁的尖端。尖端的凸侧壁在与基部区域间隔开的位置处接触凹坑。

根据本发明，提供一种将流钻螺钉插入组件的方法，包括：在部件的插入侧形成凹坑；使流钻螺钉抵靠凹坑的侧壁的接触区域旋转以在基部区域上方产生聚集的热，而最初不接触凹坑的基部区域；使凹坑内的接触区域软化；将接触区域和基部区域形成为螺纹套环。

根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：旋转流钻螺钉以将流钻螺钉固定到螺纹套环中。

根据本发明的一个实施例，流钻螺钉具有包括终止于一点的弧形凸侧壁的尖端，尖端的凸侧壁在与基部区域间隔开的位置处接触凹坑。

根据本发明的一个实施例，凹坑包括在所述侧壁和所述部件的插入侧之间的导入表面。

下文将参照附图描述本公开的上述方面和其它方面。

附图说明

图1是根据所公开的方法通过多个流钻螺钉组合而装配在一起的两个部件的局部透视图。

图2是可以在所公开的方法的一个实施例的实践中使用的圆锥形凹坑的局部平面图。

图3是可以在所公开的方法的替代实施例的实践中使用的长槽状凹坑的局部平面图。

图4是流钻螺钉最初被插入到将要通过流钻螺钉和粘合剂连接到第二部件的第一部件的凹坑中并旋转的示意性剖视图。

图5是类似于图4的视图，示出了流钻螺钉使第一部件软化、通过从第一部件移位的材料形成套管以及流钻螺钉穿透第二部件。

图6是类似于图4的视图，示出了流钻螺钉完全插入组件中并通过螺纹连接和头部将第一部件和第二部件连接。

图7是流钻螺钉最初插入通过第一部件的预成形孔并在第二部件的凹坑中旋转以将第一部件连接到第二部件的示意性剖视图。

图8是类似于图7的视图，示出了流钻螺钉使第二部件软化，并且通过从第二部件移位的材料形成套管。

图9是类似于图7的视图，示出了流钻螺钉完全插入组件并通过螺纹连接与头部将第一部件和第二部件连接。

具体实施方式

参照附图公开示出的实施例。然而，应理解所公开的实施例仅意在为示例性的示例，所公开的实施例可以以各种和替代的形式实施。附图不一定按比例绘制；一些特征可被夸大或最小化以显示特定部件的细节。公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅作为教导本领域技术人员如何实践所公开的构思的代表性基础。

参照图1，第一部件10和第二部件12被部分地示出为通过流钻螺钉16部分地固定在一起。流钻螺钉16被示出为处于将要被插入多个凹坑18的位置，凹坑18为圆锥形并凹入到第一部件10。

参照图2，凹坑18包括延伸到基部区域24的圆锥形侧壁22。基部区域24是尖的并且是形成凹坑18的凹入的最深部分。导入表面26设置在凹坑18上，从插入侧28或插入表面延伸到圆锥形侧壁22。

参照图3，在替代实施例中，槽状凹坑30可设置为包括弧形侧壁32，弧形侧壁32从设置在侧壁32和插入侧28之间的导入表面34延伸。长槽状凹坑便于安装流钻螺钉，这是因为流钻螺钉16可以安装在由槽状凹坑30限定的一系列位置内，并且必须仅在车辆侧向或横向方向精确对齐以被插入在沿车辆纵向方向延长的侧壁32之间。

参照图4至图6，示出了用于缩短流钻螺钉操作的周期时间的工艺的一个实施例，其中，顶部部件36设置在底部部件38的上方。应当理解的是，提及的顶部部件36和底部部件38是指它们在图中的位置，并不限制这两个部件36和38的空间方位，所述两个部件在实际使用中可被反转或设置为内壁和外壁。

参照图4，顶部部件36包括当在顶部部件36中形成凹坑18时在部件36中形成的突起40。作为形成顶部部件或外板的工艺的一部分，凹坑18优选地在金属板成型操作中形成。凹坑18优选地在冲压/成型工艺中形成。凹坑18为流钻螺钉或其它自攻机械紧固件提供自定位点。顶部部件36被装配到底部部件38，使突起40接触底部部件38。流钻螺钉16的尖端42与凹坑18的基部区域24间隔开。凹坑18的基部区域24是凹入或凹坑18的尖端。

如下文将参照图5和图6进行说明的，多个螺纹44设置在流钻螺钉16上，用于在由流钻螺钉16形成的套管中形成螺纹并且还与形成的螺纹啮合以固定流钻螺钉16。

紧固件16的尖端42具有形成弧形弯曲外表面的凸侧壁43。凸侧壁43在基部区域24上方间隔开的位置处接触凹坑18的圆锥形侧壁22。凹坑18的侧壁22优选地设置为相对于凹坑18的中心轴线成30°和60°之间的角度。选择凸侧壁43的曲率以使尖端42在接触带46处接触侧壁22。

流钻螺钉16的尖端42在接触带46处接触凹坑18，接触带46在流钻螺钉16的尖端42上方和凹坑18的基部区域24上方被间隔开。接触带46是尖端42的凸侧壁43接合凹坑18的圆锥形侧壁22的位置。接触带46处的摩擦使得热集中在顶部部件36上示出的热集中区域48。

粘合剂50被示出为在顶部部件36和底部部件38之间。突起40穿入粘合剂50，以使底部部件38与顶部部件36的突起40周围的区域的热绝缘最小化。通过流钻螺钉16的旋转产生的热最初使顶部部件36软化并传递通过突起40以直接传递到底部部件38。

如图5所示，流钻螺钉16被示出为其尖端42穿透通过顶部部件36并进入底部部件38。当流钻螺钉16的尖端42加热板时，底部部件38和顶部部件36的移位材料54被软化。

参照图6，移位材料(在图5中示出)形成螺纹套管56。螺纹套管56内的螺纹60是通过流钻螺钉16的螺纹44形成的。在底部部件38中也形成螺纹孔62。由于热易于从突起40传递到底部部件38，所以形成螺纹孔62所需要的周期时间缩短。流钻螺钉16包括接合顶部部件36的插入侧28以将顶部部件36固定到底部部件38的头部64。螺纹套管56用作围绕安装的流钻螺钉16的圆筒形衬套。如图所示，流钻螺钉16的尖端42突出到底部部件38以下。粘合剂50没有在突起40周围的区域将底部部件38与顶部部件36绝缘。热集中区域48被流钻螺钉16摩擦接合凹坑18的接触带46而加热，并导致形成在顶部部件36中的凹坑18的其他部分(例如，基部区域24)被更快速加热和软化。

参照图7至图9，示出了用于缩短流钻螺钉操作的周期时间的工艺的替代实施例。

具体地参照图7，顶部部件70限定孔72，孔72与形成在底部部件76中的凹坑78对齐。再次，提及的顶部部件70和底部部件76应该被理解为是指如图所示的部件，不应该被解释为将部件的方位限制为任何特定角度方位。流钻螺钉16被插入通过顶部部件70中的孔72并与形成在底部部件76中的凹坑78接合。在底部部件76的正面侧产生突起80。

如前文参照图4至图6所描述的，在将顶部部件70装配到底部部件76之前在冲压/成型工艺中形成凹坑78。凹坑78包括基部区域82，基部区域82包括凹坑78的凹入尖端。流钻螺钉16的尖端42不接触基部区域82，而是在接触带86的区域接触凹坑78。流钻螺钉16的快速旋转使尖端42摩擦接合接触带86并产生热集中区域88。

参照图8，当流钻螺钉过程继续时，尖端42加热凹坑78并产生沿流钻螺钉16的尖端42流动的移位材料90。

参照图9，通过移位材料90(图8中示出)形成螺纹套管92。螺纹套管92包括由流钻螺钉16的螺纹44形成的多个螺纹94。流钻螺钉16的头部64接合顶部部件70并通过螺纹94拧紧以将顶部部件70固定到底部部件76。在图9的实施例中，顶部部件70和底部部件76之间被示出为没有粘合剂，但应当理解的是，如果需要额外的保持力，可以在顶部部件70和底部部件76之间设置粘合剂。如果设置粘合剂，优选地，将粘合剂与通过流钻螺钉16连接的区域间隔开，以避免干扰流钻螺钉工艺或者降低粘合剂的性能。

上文描述的实施例为具体示例，其没有描述本公开的所有可能的形式。可以将示出的实施例的特征进行组合以形成所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不是限制性词语。权利要求的范围比具体公开的实施例更大并且还包括示出的实施例的变型。

Claims (10)

1.一种装配部件的方法，包括：

在第一部件的插入侧上形成凹坑并在第一部件的接触侧上形成突起；

在突起接触第二部件的情况下，将流钻螺钉插入第一部件中；和

驱动流钻螺钉通过第一部件和第二部件以将第一部件固定到第二部件。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述凹坑呈圆锥形。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述凹坑具有侧壁，所述侧壁被设置为相对于第一部件的插入侧上的邻近于凹坑的表面成30°和60°之间的角度。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述流钻螺钉具有凸形弯曲的尖端，所述凸形弯曲的尖端在所述凹坑的基部区域上方间隔开的位置处接合所述凹坑。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述凹坑是长槽，所述长槽包括从第一部件的插入侧延伸到基部区域的锥形侧面。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，在第一部件的接触侧和第二部件之间施加粘合剂。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述突起穿过粘合剂，并且其中，热从所述突起直接传递到第二部件，使得粘合剂将第二部件与在突起中产生的热的热绝缘的程度最小化。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述凹坑具有以30°和60°之间的角度延伸的侧面。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述凹坑在所述侧面和所述插入侧之间具有导入表面。

10.一种装配部件的方法，包括：

在第一部件中形成开口；

在第二部件中形成凹坑；

在开口与凹坑对齐的情况下，将第一部件装配到第二部件；

将流钻螺钉插入通过开口；和

将流钻螺钉旋入凹坑以将第一部件固定到第二部件。