CN108626225A - 头部直径减少的铆钉 - Google Patents
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Abstract
提供了例如车辆总成的总成，该总成包括上部工件、下部工件以及铆钉，该铆钉延伸穿过上部工件并且进入下部工件。在一种形式中可以是自冲铆钉(SPR)的铆钉包括头部和从头部延伸的轴部。头部的直径(Hd)小于或等于轴部的直径(Sd)，并且铆钉的头部与上部工件之间的界面齐平。
Description
技术领域
本发明总体上涉及紧固件并且更具体地涉及自冲铆钉(SPR)。
背景技术
本部分中的陈述仅提供与本发明有关的背景信息并且可以不构成现有技术。
随着汽车工业继续专注于轻型车辆以满足客户对燃料经济性和CAFE(公司平均燃料经济性)要求的期望，增加了对包括铝密集型车辆架构的替代材料的兴趣。在“白车身”结构(结构在涂覆/涂漆之前已经连接在一起的阶段)中，连接方法传统上依赖于电阻点焊(例如在钢结构中)。在铝密集型车辆和其它混合金属连接应用中，自冲铆钉(SPR)技术占上风。在图1中表示了SPR技术，其中通过冲头将铆钉插入工件中，并且工件变形到模具中以形成“按钮”。
SPR技术的一个优点是它是高产量的装配过程。而且，它与粘合剂连接兼容，其中机械铆钉和粘合剂连接方法可以一起使用。SPR技术的另一优点是铆钉有多种几何形状可供选择。然而，利用SPR技术，通常需要高设定力(setting force)才能将铆钉完全固定成一堆。当铆钉打入材料中时，铆钉头部与顶部材料接触，并且当铆钉头部接触顶部材料时设定力增加。高设定力导致更高的工具磨损和维护要求，并且还需要更坚固的C型框架结构以承受更高的设定力，从而妥协其适合生产的部分。当顶部材料是较硬的材料时通常是这种情况。
除了高设定力之外，腐蚀测试显示出凸出的(proud)铆钉头部高度会导致与某些应用有关的腐蚀问题。如图2所示，铆钉头部下方的空隙使水和异物落在头部下方，因此增加了腐蚀风险。解决此问题的一种方法是降低齐平度公差范围，但更严格的公差导致更高的制造成本。
除了其它机械连接问题之外，本发明还解决了使用SPR和相关摩擦元件/紧固件的连接总成中的这种腐蚀问题。
发明内容
在本发明的一种形式中，提供了一种铆钉，该铆钉包括限定了外径Hd的头部和从头部延伸的轴部，该轴部限定了外径Sd。Hd小于或等于Sd。在该铆钉的各种形式中，凹部延伸进入轴部，头部和轴部由相同的材料一体地形成，或者它们可以是不同的材料，该铆钉的材料选自由硼钢、碳钢、不锈钢以及铝组成的组，并且Hd小于Sd并且头部限定了在轴部和头部之间延伸的倒角。
在另一种形式中，提供了一种自冲铆钉(SPR)，该自冲铆钉包括限定了外径Hd的头部和从头部延伸的轴部，轴部限定了外径Sd。Hd小于Sd。在该SPR的各种形式中，头部限定了在轴部和头部之间延伸的倒角，凹部延伸进入所述轴部中，并且头部和轴部由相同的材料一体地形成。
在又一形式中，提供了一种总成，该总成包括上部工件、下部工件以及铆钉，该铆钉延伸穿过上部工件并且进入下部工件。该铆钉包括头部和从头部延伸的轴部，其中头部的直径(Hd)小于或等于轴部的直径(Sd)，并且铆钉的头部与上部工件之间的界面齐平。在该总成的各种形式中，铆钉的头部和上部工件之间的界面被设计成小于+/-0.3mm的增加的齐平度，铆钉的头部和上部工件之间不使用粘合剂，上部工件包括硬度大于下部工件的硬度的材料，上部工件选自由高强度和超高强度的钢、铝、复合材料、低碳钢以及镁组成的组，下部工件选自由铝和钢组成的组，凹部延伸进入铆钉的轴部，Hd小于Sd，并且头部限定了在轴部和头部之间延伸的倒角，头部和轴部由相同的材料一体地形成，铆钉的材料选自由硼钢、碳钢、不锈钢以及铝组成的组。还构思了一种机动车辆，该机动车辆包括本文示出和描述的紧固件和总成。
根据本发明，提供一种铆钉，包括：
头部，该头部限定外径Hd；以及
轴部，该轴部从头部延伸，轴部限定外径Sd，
其中Hd小于或等于Sd。
根据本发明的一个实施例，铆钉还包括延伸进入轴部中的凹部。
根据本发明的一个实施例，头部和轴部由相同的材料一体地形成。
根据本发明的一个实施例，铆钉的材料选自由硼钢、碳钢、不锈钢以及铝组成的组。
根据本发明的一个实施例，Hd小于Sd并且头部限定在轴部和头部之间延伸的倒角。
根据本发明的一个实施例，至少轴部包括围绕内柱延伸的外壳，并且外壳包括比内柱的材料更软的材料。
根据本发明，提供一种自冲铆钉，包括：
头部，该头部限定外径Hd；以及
轴部，该轴部从头部延伸，轴部限定外径Sd，
其中Hd小于Sd。
根据本发明的一个实施例，头部限定了在轴部和头部之间延伸的倒角。
根据本发明的一个实施例，铆钉还包括延伸进入轴部中的凹部。
根据本发明的一个实施例，头部和轴部由相同的材料一体地形成。
根据本发明，提供一种总成，包括：
上部工件；
下部工件；以及
铆钉，该铆钉延伸穿过上部工件并且进入下部工件，铆钉包括：
头部；以及
轴部，该轴部从头部延伸，
其中头部的直径(Hd)小于或等于轴部的直径(Sd)，并且铆钉的头部与上部工件之间的界面齐平。
根据本发明的一个实施例，铆钉的头部和上部工件之间的界面被设计成小于+/-0.3mm的增加的齐平度。
根据本发明的一个实施例，上部工件包括硬度大于下部工件的硬度的材料。
根据本发明的一个实施例，上部工件是选自由高强度和超高强度的钢、铝、复合材料、低碳钢以及镁组成的组的材料。
根据本发明的一个实施例，下部工件是选自由铝和钢组成的组的材料。
根据本发明的一个实施例，总成还包括延伸进入铆钉的轴部的凹部。
根据本发明的一个实施例，Hd小于Sd并且头部限定在轴部和头部之间延伸的倒角。
根据本发明的一个实施例，头部和轴部由相同的材料一体地形成。
根据本发明的一个实施例，铆钉的材料选自由硼钢、碳钢、不锈钢以及铝组成的组。
根据本发明，提供一种机动车辆，包括如上述的总成。
根据本文提供的描述，其它领域的适用性将变得显而易见。应该理解的是，该描述和具体示例仅用于说明性的目的并且不旨在限制本发明的范围。
附图说明
为了可以很好地理解本发明，现在将描述其作为示例给出参考附图的各种形式，附图中：
图1是示出了根据现有技术的自冲铆钉(SPR)安装的一系列渐进剖视图；
图2是根据现有技术安装的SPR的剖视图；
图3A是根据本发明的教导构造的铆钉的剖视图；
图3B是根据本发明的教导构造的另一种形式的铆钉的剖视图；
图4是根据本发明的教导构造的另一种形式的铆钉的剖视图；
图5A是根据本发明的教导构造的并且在安装之前的总成和铆钉的剖视图；以及
图5B是根据本发明的教导构造的并且在安装之后的总成和铆钉的剖视图。
本文描述的附图仅用于说明的目的，并不意图以任何方式限制本发明的范围。
具体实施方式
以下描述本质上仅仅是示例性的，并非意图限制本发明、应用或用途。应该理解的是，贯穿附图，相应的附图标记表示相同或相应的部件和特征。
参考图3A，示出了根据本发明的教导构造的铆钉并且通常由附图标记20表示。铆钉20包括限定外径Hd的头部22和从头部22延伸的轴部24，轴部24限定外径Sd。头部22的外径Hd小于或等于轴部24的外径Sd。铆钉20的头部22的外径Hd较小，以便如下面更详细描述的减小在安装后可能存在于头部22下方或附近的任何间隙。
如进一步所示，凹部30延伸进入一种形式的铆钉20的轴部24中。如下面更详细地描述的，凹部30容纳与铆钉20连接在一起的工件的变形。在一种形式中，头部22和轴部24由相同的材料一体地形成。然而，在其它形式中，头部22和轴部24可以由不同的材料组成。参考图4，示出了包括外壳32和内柱34的一种这样的变体。轴部24的外壳32(其也可以如图所示延伸到头部22中)是比轴部24的内柱34(其也可以延伸到头部22中)更软的材料以便于安装。尽管铆钉20可以是任何材料，但是在一种形式中，材料是硼钢，并且在其它形式中，可以使用碳钢、不锈钢以及铝。应该理解的是，这些材料仅是示例性的并且不应被解释为限制本发明的范围。
现在参考图3B，示出了根据本发明的教导构造的另一种形式的铆钉并且通常由附图标记40表示。在该形式中，头部42的外径Hd小于轴部44的外径Sd并且头部42限定了围绕头部42并且在轴部44和头部42之间延伸的倒角46。类似于铆钉20，该铆钉40包括凹部48并且可以由如本文所述的多种材料形成。而且，头部42和轴部44由相同的材料一体地形成。然而，在其它形式中，头部42和轴部44可以是不同的材料。在图3A和3B中所示的任何一种形式中，除其它类型的铆钉/紧固件之外，铆钉20/40还可以是自冲铆钉(SPR)。
参考图5A和5B，示出了根据本发明的教导的总成并且通常由附图标记50表示。总成50包括上部工件52、下部工件54以及铆钉60，铆钉60延伸穿过上部工件52并且进入下部工件54。铆钉60可以是上述示出的铆钉(20/40)的形式中的任一种，其中除上述其它特征和材料之外，头部(Hd)的直径还小于或等于轴部(Sd)的直径。在安装之后，由于头部62相对于轴部64的几何配置，铆钉60的头部62与上部工件52之间的界面是齐平的。换言之，头部62下方不存在可能成为腐蚀源的间隙或空间。由于头部62的直径Hd比传统铆钉小，即头部62的直径Hd小于或等于轴部64的直径Sd，本领域的技术人员将预期握力不足。然而，本发明人发现，利用这种铆钉60的安装方法，例如SPR或使铆钉和工件塑性变形的方法，在头部62的直径Hd小于或等于轴部64的直径Sd的情况下，可以提供足够的握力，同时提高了总成的耐腐蚀性。
利用如本文所述的铆钉配置/几何形状，铆钉60的头部62与上部工件52之间的界面被设计成小于+/-0.3mm的增加的齐平度公差，这有助于减少制造成本。
在一些应用中，上部工件52包括硬度大于下部工件54的硬度的材料。上部工件52可以是选自由高强度和超高强度钢、铝、复合材料、低碳钢以及镁组成的组的材料。下部工件54可以是选自由铝和钢组成的组的材料。
本发明还构思了包括总成50及其变体的机动车辆。
本发明的描述本质上仅仅是示例性的，并且因此，不脱离本发明的实质的变形意指在本发明的范围内。这种变形被认为不是脱离本发明的精神和范围。
Claims (17)
1.一种铆钉，包括：
头部，所述头部限定外径Hd；以及
轴部，所述轴部从所述头部延伸，所述轴部限定外径Sd，
其中Hd小于或等于Sd。
2.根据权利要求1所述的铆钉，还包括延伸进入所述轴部中的凹部。
3.根据权利要求1或2所述的铆钉，其中所述头部和所述轴部由相同的材料一体地形成。
4.根据权利要求1或2所述的铆钉，其中所述铆钉的材料选自由硼钢、碳钢、不锈钢以及铝组成的组。
5.根据权利要求1或2所述的铆钉，其中Hd小于Sd并且所述头部限定在所述轴部和所述头部之间延伸的倒角。
6.根据权利要求1或2所述的铆钉，其中至少所述轴部包括围绕内柱延伸的外壳，并且所述外壳包括比所述内柱的材料更软的材料。
7.根据权利要求1所述的铆钉，其中所述铆钉是自冲铆钉。
8.一种总成，包括：
上部工件；
下部工件；以及
根据前述权利要求中任一项所述的铆钉，所述铆钉延伸穿过所述上部工件并且进入所述下部工件，
其中所述铆钉的头部与所述上部工件之间的界面齐平。
9.根据权利要求8所述的总成，其中所述铆钉的所述头部和所述上部工件之间的所述界面被设计成小于+/-0.3mm的增加的齐平度。
10.根据权利要求8或9所述的总成，其中所述上部工件包括硬度大于所述下部工件的硬度的材料。
11.根据权利要求8或9所述的总成，其中所述上部工件是选自由高强度和超高强度的钢、铝、复合材料、低碳钢以及镁组成的组的材料。
12.根据权利要求8或9所述的总成，其中所述下部工件是选自由铝和钢组成的组的材料。
13.一种总成，包括：
上部工件；
下部工件；以及
根据权利要求1所述的铆钉，所述铆钉延伸穿过所述上部工件并且进入所述下部工件。
14.根据权利要求13所述的总成，其中，其中，所述上部工件包括硬度大于所述下部工件的硬度的材料。
15.一种机动车辆，包括根据权利要求1所述的铆钉。
16.一种自冲铆钉，包括：
头部，所述头部限定外径Hd；以及
轴部，所述轴部从所述头部延伸，所述轴部限定外径Sd，
其中Hd小于Sd。
17.一种机动车辆，包括根据权利要求8所述的总成。
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