CN111365343A - 异种材料连接用自锁铆钉以及使用其连接异种材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种异种材料连接用自锁铆钉(1)以及使用其连接异种材料的方法，所述自锁铆钉包括铆钉头(1.1)和从铆钉头的一侧表面向远侧伸出的筒状钉腿(1.2)，其特征在于，所述钉腿(1.2)被构造成在从所述钉腿的根部开始至所述钉腿(1.2)的自由末端的延伸范围内，所述钉腿(1.2)的外侧表面至少在一个区段上向外倾斜，使得钉腿的根部与上层连接材料(2)之间有一定间隙e。

Description

异种材料连接用自锁铆钉以及使用其连接异种材料的方法

技术领域

本发明涉及一种异种材料连接用自锁铆钉，所述自锁铆钉包括铆钉头和从铆钉头的一侧表面向远侧伸出的筒状钉腿。

本发明还涉及使用该自锁铆钉连接异种材料的方法。

背景技术

在汽车工业，自锁铆接工艺常用于铝-铝连接和钢-铝等异种材料连接。

通常，在自锁铆接完成后，钉腿与材料紧密接触，进行钢-铝等异种材料连接时，因不同材料热膨胀系数不一样，在外界温度发生变化时，尤其高低温差异显著时，连接区域存在热膨胀变形和失效风险，给产品安全和可靠性带来极大隐患。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种异种材料连接用自锁铆钉，所述自锁铆钉包括铆钉头和从铆钉头的一侧表面向远侧伸出的筒状钉腿，借助该自锁铆钉降低了在钢-铝等异种材料连接时因不同材料热膨胀系数不同存在的连接结构热变形失效风险，提高了相应产品的安全和可靠性。

根据本发明的异种材料连接用自锁铆钉包括铆钉头和从铆钉头的一侧表面向远侧伸出的筒状钉腿，其中，所述钉腿被构造成在从所述钉腿的根部开始至所述钉腿的自由末端的延伸范围内，所述钉腿的外侧表面至少在一个区段上向外倾斜，使得钉腿的根部与上层连接材料之间有一定间隙e。

通过该间隙e提供了异种材料连接热膨胀变形的运动空间，消除热膨胀变形导致的连接结构失效风险，提高连接结构安全性和可靠性。

根据本发明的优选的实施方式，所述钉腿自其根部至自由末端依次划分成三个区段，与铆钉头连接的第一区段的外侧表面被构造成竖直的，紧接所述第一区段的第二区段的外侧表面被构造成向外倾斜，第三区段的外侧表面被构造成竖直的。

根据本发明的优选的实施方式，所述自锁铆钉被构造成是旋转对称的。

根据本发明的优选的实施方式，所述钉腿的内表面被构造成逐渐向外倾斜延伸。

根据本发明的优选的实施方式，所述钉腿的内表面相对于铆钉的纵向轴线的倾斜角度c在12°至18°的范围内。

根据本发明的优选的实施方式，所述第二区段的外侧表面相对于铆钉的纵向轴线的倾斜角度a在18°至22°的范围内。

根据本发明的优选的实施方式，所述钉腿的末端的外侧表面与内侧面之间的过渡面相对于铆钉的纵向轴线的夹角b为65°至75°。

根据本发明的优选的实施方式，所述钉腿的根部与上层连接材料之间的间隙e为0.3至2mm。

根据本发明的优选的实施方式，所述钉腿的根部的外侧表面与所述铆钉头同侧边缘之间的水平距离f为3至8mm。

根据本发明的优选的实施方式，所述第三区域的外侧表面与所述铆钉的纵向轴线之间的距离d为2至8mm。

根据本发明的优选的实施方式，所述距离e与距离f具有以下关系：f≥e+2。

根据本发明的优选的实施方式，所述距离e与距离d具有以下关系：d≥4x e。

根据本发明的优选的实施方式，所述自锁铆钉(1)的钉腿(1.2)的外侧表面形成有切削刃。

本发明还涉及一种使用根据本发明的自锁铆钉连接异种材料的方法，该方法包括以下步骤：

-将上层连接材料与下层连接材料通过结构胶层预连接成异种材料层，其中，上层连接材料与下层连接材料不同；

-将异种材料层放置在下凹模上，其中，通过压边圈将所述多层材料件压紧在下凹模上；

-通过送料装置送入自锁铆钉；

-移动上凸模，使所述自锁铆钉的钉腿切开并挤压异种材料层，从而使得被切开和受挤压的材料层与自锁铆钉一起被压至所述下凹模的凹口中，其中，所述下层连接材料未被完全切断，

-使上凸模抬起并取出已通过自锁铆钉连接在一起的异种材料层，其中，所述自锁铆钉的钉腿的根部的外侧表面与上层连接材料之间有所述间隙e。

附图说明

图1a示出了现有技术中的异种材料连接用自锁铆钉；

图1b示出了图1中的自锁铆钉安装在异种材料中的状态；

图2示出了根据本发明的异种材料连接用自锁铆钉的截面图；

图3示出了图2中的自锁铆钉安装在异种材料中时的截面图；

图4示出了根据本发明的异种材料连接用自锁铆钉的在被压入异种材料中之前的截面图，其中示出了该自锁铆钉位于模具中的状态下；

图5示出了根据本发明的异种材料连接用自锁铆钉的在被压入异种材料中之后的截面图；

图6示出了使用根据本发明的自锁铆钉连接异种材料的方法的流程图。

附图标记列表

1自锁铆钉 1.1铆钉头

1.2钉腿 L1第一区段

L2第二区段 L3第三区段

2上层连接材料 3结构胶层

4下层连接材料 5压边圈

6上凸模 7下凹模

A自锁铆钉1的纵向轴线

具体实施方式

下面结合说明书附图，进一步对本发明的优选实施例进行详细描述，以下的描述为示例性的，并非对本发明的限制，任何的其他类似情形也都落入本发明的保护范围之中。

在以下的具体描述中，方向性的术语，例如“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”、等，参考附图中描述的方向使用。本发明的实施例的部件可被置于多种不同的方向，方向性的术语是用于示例的目的而非限制性的。

图1a示出了现有技术中的异种材料连接用自锁铆钉1，所述自锁铆钉1包括铆钉头1.1和从铆钉头的一侧表面向远侧伸出的筒状钉腿1.2。从图1a中可看出，钉腿1.2构造成直的。

图1b示出了图1中的自锁铆钉安装在异种材料中的状态。在此可看出，在自锁铆钉1压入异种材料中时，钉腿与材料紧密接触。在这种情况下，自锁铆钉1连接异种材料之后，由于材料热膨胀系数不一样，在外界温度发生变化时，尤其高低温差异显著时，连接区域存在热膨胀变化和失效风险，给产品安全和可靠性带来极大隐患。

图2示出了根据本发明的异种材料连接用自锁铆钉的截面图。所述自锁铆钉包括铆钉头1.1和从铆钉头的一侧表面向远侧伸出的筒状钉腿1.2，所述钉腿1.2被构造成在从所述钉腿的根部开始至所述钉腿的自由末端的延伸范围内，所述钉腿的外侧面至少在一个区段上向外倾斜，使得钉腿1.2的根部与上层连接材料之间有一定间隙e。

例如在图2中可看出，所述自锁铆钉的钉腿叉开一定的外八字角度。其中，所述钉腿自其根部至自由末端依次划分成三个区段，与铆钉头连接的第一区段L1的外侧面被构造成竖直的，紧接所述第一区段L1的第二区段L2的外侧面被构造成向外倾斜，第三区段L3的外侧面被构造成竖直的。而所述钉腿的内表面则被构造成逐渐向外倾斜延伸。

在示出的实施例中，所述钉腿1.2的内表面相对于铆钉的纵向轴线A的倾斜角度c优选在12°至18°的范围内。所述第二区段L2的外侧面相对于铆钉的纵向轴线A的倾斜角度a优选在18°至22°的范围内。所述钉腿1.2的末端的外侧面与内侧面之间的过渡面相对于铆钉的纵向轴线A的夹角b优选为65°至75°。所述钉腿1.2的根部与上层连接材料之间的间隙e优选为0.3至2mm。该范围为高低温变化时，异种材料热膨胀变形的相对活动范围。所述铆钉2的根部的外侧表面与所述铆钉头1.1同侧边缘之间的水平距离f优选为3至8mm。所述第三区域L3的外侧表面与所述铆钉1的纵向轴线A之间的距离d优选为2至8mm。

优选地，所述距离e与距离f具有以下关系：f≥e+2。优选地，所述距离e与距离d具有以下关系：d≥4x e。已经证明，在采用这些尺寸的情况下可实现良好的连接效果。

例如在所述自锁铆钉1的钉腿1.2的外侧表面可形成有切削刃。通过切削刃可切割材料层。

在示出的实施方式中，所述自锁铆钉被构造成是旋转对称的。

图6示出了使用根据本发明的自锁铆钉连接异种材料的方法的流程图，该方法包括以下步骤：

在步骤S1中，将上层连接材料2与下层连接材料4通过结构胶层3预连接成异种材料层，其中，上层连接材料2与下层连接材料4不同。

在步骤S2中，将异种材料层放置在下凹模7上，其中，通过压边圈5将所述多层材料件压紧在下凹模7上。

在步骤S3中，通过送料装置送入自锁铆钉1。

在步骤S4中，移动上凸模6，使所述自锁铆钉1的钉腿1.2切开并挤压异种材料层，从而使得被切开和受挤压的材料层与自锁铆钉1一起被压至所述下凹模7的凹口中，其中，所述下层连接材料4未被完全切断。其中，上凸模6为自锁铆钉穿透所连接材料提供动力。下凹模7与压边圈5配合，压紧所连接材料，自锁铆钉1在上凸模6的驱动下，钉腿和部分的连接材料区域被挤进下凹模7。

在步骤S5中，使上凸模6抬起并取出已通过自锁铆钉1连接在一起的异种材料层，其中，自锁铆钉1的钉腿的根部的外侧表面与上层连接材料2之间存在间隙e。

通过以上方法可将根据本发明的自锁铆钉压入异种材料层中，其中，在钉腿跟部与上层材料之间有一定间隙e。从而为异种材料连接提供了热膨胀变形的运动空间，消除热膨胀变形导致的连接结构失效风险，提高连接结构安全性和可靠性。

在此，上层连接材料2可为钢/铝镁合金以及复合材料等汽车常用材料，厚度范围在0.6至4mm之间。

下层连接材料4可为钢/铝镁合金等塑性较好的汽车常用材料，厚度范围在0.8至4mm之间，延伸率≥8％。

结构胶层3主要可为：环氧结构胶、聚氨酯结构胶和丙烯酸结构胶，其除了可解决异种材料连接间的电化学腐蚀问题，也可提供足够的连接强度。胶层厚度范围在0.2至2mm。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种异种材料连接用自锁铆钉(1)，所述自锁铆钉包括铆钉头(1.1)和从铆钉头的一侧表面向远侧伸出的筒状钉腿(1.2)，其特征在于，在从所述钉腿的根部开始至所述钉腿(1.2)的自由末端的延伸范围内，所述钉腿(1.2)的外侧表面至少在一个区段上向外倾斜，使得钉腿的根部的外侧表面与上层连接材料(2)之间有一定间隙e。

2.根据权利要求1所述的异种材料连接用自锁铆钉(1)，其特征在于，所述钉腿(1.2)自其根部至自由末端依次划分成三个区段，与铆钉头连接的第一区段(L1)的外侧表面被构造成竖直的，紧接所述第一区段的第二区段(L2)的外侧表面被构造成向外倾斜，第三区段(L3)的外侧表面被构造成竖直的。

3.根据权利要求2所述的异种材料连接用自锁铆钉(1)，其特征在于，所述自锁铆钉(1)被构造成是旋转对称的。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的异种材料连接用自锁铆钉(1)，其特征在于，所述钉腿(1.2)的内表面被构造成逐渐向外倾斜延伸。

5.根据权利要求4所述的异种材料连接用自锁铆钉(1)，其特征在于，所述钉腿(1.2)的内表面相对于铆钉的纵向轴线(A)的倾斜角度c在12°至18°的范围内。

6.根据权利要求3所述的异种材料连接用自锁铆钉(1)，其特征在于，所述第二区段(L2)的外侧表面相对于铆钉的纵向轴线(A)的倾斜角度a在18°至22°的范围内。

7.根据权利要求3所述的异种材料连接用自锁铆钉(1)，其特征在于，所述钉腿(1.2)的末端的外侧表面与内侧面之间的过渡面相对于铆钉的纵向轴线(A)的夹角b为65°至75°。

8.根据权利要求1所述的异种材料连接用自锁铆钉(1)，其特征在于，所述钉腿(1.2)的根部与上层连接材料(2)之间的间隙e为0.3至2mm。

9.根据权利要求8所述的异种材料连接用自锁铆钉(1)，其特征在于，所述钉腿(1.2)的根部的外侧表面与所述铆钉头(1.1)同侧边缘之间的水平距离f为3至8mm。

10.根据权利要求8所述的异种材料连接用自锁铆钉(1)，其特征在于，所述第三区域(L3)的外侧表面与所述铆钉的纵向轴线(A)之间的距离d为2至8mm。

11.根据权利要求9所述的异种材料连接用自锁铆钉(1)，其特征在于，所述距离e与距离f具有以下关系：f≥e+2。

12.根据权利要求10所述的异种材料连接用自锁铆钉(1)，其特征在于，所述距离e与距离d具有以下关系：d≥4x e。

13.根据权利要求1所述的异种材料连接用自锁铆钉(1)，其特征在于，所述自锁铆钉(1)的钉腿(1.2)的外侧表面形成有切削刃。

14.一种使用根据上述权利要求中任一项所述的自锁铆钉连接异种材料的方法，该方法包括以下步骤：

-将上层连接材料(2)与下层连接材料(4)通过结构胶层(3)预连接成异种材料层，其中，上层连接材料(2)与下层连接材料(4)不同；

-将异种材料层放置在下凹模(7)上，其中，通过压边圈(5)将所述多层材料件压紧在下凹模(7)上；

-通过送料装置送入自锁铆钉(1)；

-移动上凸模(6)，使所述自锁铆钉(1)的钉腿(1.2)切开并挤压异种材料层，从而使得被切开和受挤压的材料层与自锁铆钉(1)一起被压至所述下凹模(7)的凹口中，其中，所述下层连接材料(4)未被完全切断，

-使上凸模(6)抬起并取出已通过自锁铆钉(1)连接在一起的异种材料层，其中，所述自锁铆钉的钉腿的根部的外侧表面与上层连接材料(2)之间有所述间隙e。

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