CN112601894A - 紧固部件、组装方法和组装设备 - Google Patents

Abstract

用于组装第一零件(3)和第二零件(5)的紧固部件(1)，该紧固部件包括沿着轴线(A)纵向延伸的主体(30)、被构造成允许紧固部件(1)围绕轴线(A)旋转的头部(10)以及连接到主体(30)的尖端(50)。主体(30)具有侧壁(34)，该侧壁包括紧固装置，该紧固装置被构造成将主体(30)紧固到第一和第二零件(3，5)。尖端(50)具有形状不同于旋转表面的侧壁。尖端(50)和主体(30)通过可分裂区域(70)连接，该可分裂区域被构造成被断开以将尖端(50)从主体(30)分离。

Description

紧固部件、组装方法和组装设备

技术领域

本发明涉及一种用于组装两个零件的紧固部件(特别是在多材料组装的背景下)，涉及一种经由该紧固部件组装两个零件的方法，还涉及一种用于实施该方法的组装设备。

背景技术

已知借助紧固部件(如流钻螺钉或钉子)将两块金属板相互组装。这些紧固部件包括允许对两块金属板钻孔的尖端和用于插入到由尖端钻出的孔中以便对两块金属板进行紧固的主体。尖端通常具有对金属板钻孔的单一功能，并且在组装后，固定到主体的尖端保持从组装的金属板突出。

然而，这种剩余的突出尖端有若干个缺点。第一个缺点是对维护人员或包括如此组装的金属板的产品的使用者有伤害的风险。第二个缺点是由该突出尖端产生的空间需求。第三个缺点是由组装的金属板形成的组件中的尖端所代表的不必要的重量，而多材料组件尤其具有减轻它们所装备的结构(例如车辆)的重量的优点。

发明内容

因此，本发明旨在通过提出一种紧固部件来克服这些缺点中的所有或部分，该紧固部件允许多材料组件提高组件的安全性、紧凑性和重量优势，同时确保高效和坚固的组装。

为此，本发明涉及一种用于组装第一零件和第二零件的紧固部件，其特点是，该紧固部件包括：

沿着轴线A纵向延伸的主体，

头部，其被构造成允许紧固部件围绕轴线A旋转，以及

连接至主体的尖端，其中

主体具有包括紧固装置的侧壁，该紧固装置被构造成将主体紧固到第一零件和第二零件，

尖端具有形状不同于旋转表面的形状的侧壁，并且

尖端和主体由可分割区域连接，该可分割区域被构造为断开以便将尖端从主体分离。

因此，根据本发明的紧固部件允许安全、有效、更轻、安全和紧凑的紧固。通过其非旋转的尖端，第一零件和第二零件的材料的挤压以及由此加热有助于有效的刺穿。用于紧固主体的装置确保第一零件和第二零件的锚定和相对固定。可分割区域允许尖端的分离，因此尖端不会留在最终的组件中，从而节省空间、重量和保证安全性。

有利地，主体具有近侧端部和相对的远侧端部，头部布置在主体的近侧端部处，尖端布置在主体的远侧端部处。

根据一个实施例，可分割区域是截面较小的部分。

因此，可分割区域可以形成在单件紧固部件上，从而降低紧固部件的成本。

根据一个实施例，紧固装置包括一个或若干个径向突出元件，这些径向突出元件以沿近侧方向减小的间距P布置，和/或尖端具有一个或若干个在近侧方向上直径d增加的径向突出元件。

有利地，尖端包括近侧部分和远侧部分。近侧部分包括一个或若干个径向突出元件，所述径向突出元件以预定间距P布置且直径为d。远端部分包括非旋转形状。

根据一个实施例，至少尖端包括与紧固部件的内部材料相比硬度较高、耐热性较高和摩擦系数较低的外表面。

该外表面可以包括一个或若干个叠加的层。有利地，尖端包括涂层，该涂层具有第一层、第二层和第三层。其中，第一层包括比尖端的内部材料隔热好的材料，第二层包括比尖端的内部材料硬度高的材料，第三层包括比尖端的内部材料导热好的材料。第一层优选为外层。第一层或第二层，或者附加层，可以进一步具有低于尖端的内部材料的摩擦系数。

根据一个实施例，尖端或尖端的远侧部分直接安装在紧固部件的其余部分上，并且包括不同于紧固部件的其余部分的材料的材料。

例如，具有由第一材料制成的尖端和具有不同于第一材料的第二材料的主体允许使用高性能尖端和经济性主体。特别地，尖端或其远侧部分的材料的硬度高于紧固部件的其余部分的硬度。此外，这允许在整个尖端直接安装在主体上的情况下，可分割区域受益于表面处理。

根据另一方面，本发明涉及一种经由具有前述特征的紧固部件组装第一零件和第二零件的方法，该方法包括以下事实：

围绕轴线A旋转紧固部件；

借助紧固部件的尖端对第一零件和第二零件进行钻孔；

在尖端将第一零件和第二零件钻孔后，断开可分割区域。

根据一个实施例，可分割区域的断开包括在尖端上施加具有垂直于轴线A的分量的力。

根据一个实施例，该力是方向可变的。

根据一个实施例，该方法包括围绕紧固部件的主体成形套环。

提供对材料的引导来成形套环的事实允许提高机械强度。

根据另一方面，本发明还涉及一种用于实施上述组装方法的组装设备，该设备包括：

支承工具，其被构造成在紧固部件的尖端已经将第一零件和第二零件钻孔之后致使紧固部件的可分割区域断开，

对应砧座，其具有壳体，该壳体用于围绕紧固部件的主体成形套环。

附图说明

本发明的其他特征和优点将从下面参考附图对以非限制性示例的方式给出的实施例的详细描述中清楚地显现出来，其中：

图1A是根据本发明的实施例的紧固部件的侧视图，

图1B是根据本发明的实施例的紧固部件在可分割区域断开后的侧视图，

图2是根据本发明的实施例的紧固部件的侧视图，

图3是根据本发明的一个实施例的紧固部件的一部分的剖视图，

图4是示出根据本发明的一个实施例的组装方法的步骤的视图，

图5A是示出根据本发明的一个实施例的组装方法的步骤的视图，

图5B是示出根据本发明的实施例的组装方法的步骤的视图，

图5C是示出根据本发明的一个实施例的组装方法的步骤的视图，

图5D是示出根据本发明的一个实施例的组装方法的步骤的视图，

图6A是根据本发明的一个实施例的紧固部件的侧视图，

图6B是根据本发明的一个实施例的紧固部件的侧视图，

图7A是根据本发明的一个实施例的紧固部件的侧视图，

图7B是根据本发明的一个实施例的紧固部件的侧视图，

图8A和图8B是根据本发明的实施例的紧固部件的正交和俯视剖视图。

具体实施方式

图1A示出了根据本发明的一个实施例的紧固部件1。紧固部件1用于组装第一零件3和第二零件5。第一零件3和第二零件5可以由不同的材料制成，例如分别由铝和钢制成。第一零件3和第二零件5可以具有板形。例如，第一零件3是第一金属板，第二零件5是第二金属板5。紧固部件1还可以允许组装两个以上的叠置零件或金属板。

紧固部件1包括头部10、主体30和尖端50。主体30沿着轴线A纵向延伸。主体30具有近侧端部32a和相对的远侧端部32b。头部10连接到主体30的近侧端部32a。尖端50连接到主体30的远侧端部32b。

术语“近侧端部”在本文中是指最靠近部件的被施加推力的头部的端部，术语“远侧端部”是指离头部最远且最靠近尖端的端部。类似地，远侧方向是紧固部件插入第一零件和第二零件中的方向，近侧方向是相反的方向。

头部10被构造成允许紧固部件1围绕轴线A旋转。如图6所示，为此目的，头部10有利地具有至少一个旋转驱动表面12。该旋转驱动表面12被布置成允许在头部10上施加扭矩，以便围绕轴线A枢转紧固部件1。头部10可以有利地具有用于接收工具的空腔14，该工具优选具有互补形状，以旋转紧固部件1。驱动表面12至少部分地限定了该空腔14。

头部10还被构造成允许施加推力以推动紧固部件1穿过第一零件3和第二零件5。为此目的，头部10包括近侧支承表面16，该近侧支承表面16可以对应于头部10的从空腔14突出的表面。

头部10还可以包括远侧支承表面18，该远侧支承表面18被构造成支承抵靠第一零件3，具体地抵靠第一零件3的上面3a。该支承表面18可以具有环形形状。

主体30包括侧壁34。该侧壁34设置有紧固装置，该紧固装置被构造成将主体30紧固到第一零件3和第二零件5，并因此固定第一零件3和第二零件5。

紧固装置包括一个或若干个从侧壁34径向突出的元件32。径向突出元件32沿着轴线A以预定的间距P布置，并限定预定的直径D。

优选地，如图2和图6A、图6B所示，间距P有利地是可变的，更具体地说，在近侧方向上逐渐减小。这允许增加第一零件3和第二零件5彼此抵靠的电镀，同时提高主体30和这些第一零件3和第二零件5之间的结合力。直径D可以是恒定的，也可以在近侧方向逐渐增加。

突出元件32可以是螺纹、环组件(例如由若干个环32形成)、或者为由滚花产生的脊之间的突起。径向突出元件32被构造成与第一零件3和第二零件5围绕轴线A的相对旋转和/或轴向相对运动相对。径向突出元件32相对于轴线A成一定角度或垂直延伸。

可替代地或以互补的方式，如主体30的侧壁34上所示，其可以具有非圆柱形形状。因此，侧壁34不限定回转表面。例如，侧壁34可以被扭曲。

尖端50包括远侧端部52a和相对的近侧端部52b。尖端50具有侧壁54。尖端50具有从远侧端部52a在近侧方向上增加的横截面。因此，侧壁54从远侧端部52a向近侧方向扩张。如图1B所示，尖端50可以具有近侧部分57a和远侧部分57b。

尖端50(更具体地说，其侧壁54的至少一部分)具有围绕轴线A的非回转的形状，也就是说，不是回转表面的形状，以便当旋转紧固部件1时，产生挤压，并因此加热第一零件3和第二零件5的材料，例如如图6B所示。因此，尖端50的至少一部分具有非圆形横截面，如图8A和图8B所示。

侧壁54的非回转形状可以更具体地位于尖端50的远侧部分57b处。

例如，尖端50可以具有由突起、凸起、边缘或肋分开的区段或平坦表面，所述突起、凸起、边缘或肋在包含轴线A的平面中纵向延伸。例如，尖端50可以具有椭圆形、卵形、多边形等横截面(即垂直于轴线A)。

尖端50还可以包括一个或若干个从侧壁54径向突出的元件56。径向突出元件56沿着轴线A以预定的间距p布置，并限定预定的直径d。

优选地，如图2和图6A、图6B所示，直径d有利地是可变的，更具体地说，在近侧方向上增加。这允许在第一零件3和第二零件5中逐渐形成互补的形状，主体30的突出元件32将被植入互补的形状中以确保紧固部件1在第一零件3和第二零件5中的锚定。为了促进这种锚定，径向突出元件56相对于轴线A成角度或垂直延伸。间距p可以是恒定的。

突出元件56可以是螺纹、环组件(例如由若干个环56形成)、或者由滚花产生的脊之间的突起。

突出元件56有利地至少位于尖端50的近侧部分57a上。远侧部分57b可以没有。

根据一个实施例，尖端50可以完全没有突出元件56。在这种情况下，主体30的径向突出元件32的直径在近侧方向上增加可能是有利的。

应当注意，尖端50的最大横截面有利地保持小于或等于主体30的横截面。然而，根据未示出的实施例，紧固部件1可以具有在主体30的近侧部分的上游(也就是说相对于主体30的近侧部分位于远侧)的具有较大横截面的部分。这允许在主体30的近侧部分插入零件3、5时的组装期间受益于材料的弹性复原。该部分具有比主体30的近侧部分大的横截面，其可以位于尖端50上(在其远侧部分52a或近侧部分52b上)或在主体30的远侧部分上。因此，该部分有利地位于主体30的最小间距为P的区域之前，即相对于该区域的远侧。

紧固部件1或至少尖端50有利地包括用于形成热屏障的表面处理。这允许保护紧固部件1或至少尖端50免受由于紧固部件1与第一零件3和第二零件5之间的摩擦以及由于第一零件3和第二零件5的材料的挤压而产生的热量的影响。实际上，在植入紧固部件1的过程中，由于温度升高而产生的热能因此通过降低其机械性能而集中在第一零件3和第二零件5中，并且不会影响紧固部件1的性能。这种表面处理例如基于陶瓷或碳化物。因此，紧固部件1或至少尖端50包括涂层或隔热层。特别地，紧固部件1或尖端的外表面比紧固部件1的内部部分更隔热。

此外，紧固部件1或至少尖端50可以有利地包括额外的表面处理，用于增加隔热层下的热导率。因此，紧固部件1或至少尖端50可以具有包含导热材料(例如铜或银)的子层。通过允许热能沿着紧固部件1轴向扩散和分布，该导热子层允许加强紧固部件1或至少尖端50的热保护，从而避免热点的集中。

此外，重要的是，紧固部件1在穿孔阶段尽可能长时间地保持其几何形状。为此，紧固部件1(至少其尖端50)可以包括用于增加其硬度的表面处理，使得紧固部件1(或尖端50)的外表面具有高于紧固部件1的内部部分的硬度。这允许在整个植入周期中确保有利于紧固部件1的硬度差。所述表面处理可以是热处理；它可以是表面处理，例如碳氮共渗、渗碳、淬火或渗氮类型的表面处理。替代地或附加地，该表面处理可以是涂层，例如镀镍类型的涂层。因此，紧固部件1(或至少尖端50)可以包括硬度高于紧固部件1的内部部分的硬度的外表面。例如，外表面包括硬度等于或大于500HV的材料。

此外，为了防止紧固部件1的机械性能在穿孔期间降低，紧固部件1或至少尖端50可以包括用于降低其摩擦系数的表面处理，例如成膜或化学镀镍，其可以包括一种或若干种添加物(例如陶瓷)。因此，紧固部件1或至少尖端50可以包括粘附系数低于紧固部件1的内部部分的粘附系数的外表面。

如图3所示，因此至少紧固部件1的尖端50包括外部涂层或表层58，其具有：硬度高于紧固部件1的内部部分60的材料，和/或热阻高于内部部分60的材料，和/或摩擦系数低于内部部分60的材料。外表层58可以进一步包括导热率高于内部部分60的材料。

该外表层58包括若干个叠加的层，例如热阻高于和/或摩擦系数低于内部部分60的第一层581、硬度高于和/或摩擦系数低于内部部分60的第二层582以及可能的第三导热层583。外表层58可以包括摩擦系数低于内部部分60的层，该层可以不同于其他两个或三个。外表层58可以替代地包括单层，包括例如石墨烯或化学镀镍，其包括一种或几种添加物，例如PTFE、铜或陶瓷，该单层被构造成降低紧固部件1的至少尖端50的外表面的摩擦系数以及隔热、使坚固。

应当注意，紧固部件1可以包括两个组装的部分。

特别地，至少尖端50的远侧部分57b或整个尖端50可以是与紧固部件1的其余部分不同的部分，并且可以直接安装在其余部分上。因此，远侧部分57b可以直接安装在尖端50的近侧部分57a上。在适当的情况下，远侧部分57b和近侧部分57a可以具有互补形状的接合表面。

参照图7A和图7B，整个尖端50是不同于紧固部件1的主体30的部分，并且可以直接安装在主体上。为此目的，尖端50(特别是其近侧端部52b)和主体30(特别是其远侧端部32b)可以具有互补的形状。

根据图7A，凸榫33(例如在这里固定到主体30)嵌套到壳体53中(例如在这里固定到尖端50)。

尖端50和主体30的固定可以通过例如焊接、胶粘或压合来实现。在适当的情况下，尖端50的远侧部分57b和其近侧部分57b的固定可以通过例如焊接、胶粘或压合来实现。

尖端50或其远侧部分57b可以有利地包括硬度高于主体30或尖端50的近侧部分57a的材料。例如，尖端50或其远侧部分57b包括碳化物、陶瓷、石墨烯或硬度高于主体30或头部10或近侧部分57a的钢的钢。在尖端50直接安装在主体30上，或者其远侧部分57b直接安装在其近侧部分57a上的情况下，该实施例特别有利。

特别如图1A、图1B、图2和图6A所示，紧固部件1进一步包括可分割区域70，该可分割区域70用于在第一零件3和第二零件5穿孔后断开，以便将尖端50从主体30上分离。该可分割区域70连接尖端50和主体30。该可分割区域70布置在主体30的远侧端部32b和尖端50的近侧端部52b处。

可分割区域70是设置在紧固部件1的尖端50和主体30之间的薄弱区域。因此，可分割区域70是紧固部件1的具有较低机械阻力的预定区域。该可分割区域70限定了紧固部件1的截断区域，该截断区域被构造成在具有垂直于轴线A的分量的施加在尖端50上的作用力的作用下断开。可分割区域70介于将紧固部件1的主体30紧固到第一零件3和第二零件5的紧固装置与尖端50之间，尖端在钻孔后变得不再需要，因此应该有利地被移出。

可分割区域70可以是相对于轴线A的横截面减小或厚度减小的部分70a，特别是具有直径限制(也就是说直径小于主体30的直径和尖端50的直径)的部分。可分割区域70优选为实心部分，也就是说非中空部分。紧固部件1可以包括单个可分割部分70a，其优选地布置在主体30和尖端50的中心处。该部分70a有利地平行于轴线A延伸。该部分70a可以具有回转形状，例如圆柱形、圆锥形或截头圆锥形，以便促进其断开。

可分割区域70可以具有围绕轴线A延伸的环形凹槽的形状。根据图7A的示例，可分割区域70可以是嵌套到尖端50的凸榫33。根据图7A和图7B，可分割区域70可以是尖端50和主体30之间的接合平面，或者是尖端50的远侧部分57b和近侧部分57a之间的接合平面。

可分割区域70可以通过轧制获得。

本发明还涉及一种用于经由具有上述全部或部分特征的紧固部件1组装第一零件3和第二零件5的方法，该方法包括以下事实：

围绕轴线A旋转紧固部件1；

借助紧固部件1的尖端50将第一零件3和第二零件5钻孔；

在尖端50将第一零件3和第二零件5钻孔之后，断开可分割区域70。

第一零件3和第二零件5的钻孔可以通过施加在紧固部件1上，特别是头部10上的轴向推作用力来实现。

第一零件3和第二零件5的钻孔可以在紧固部件1围绕轴线A枢转的同时实现。

紧固部件1围绕轴线A的旋转可以有利地在钻孔之前进行、与钻孔相伴进行、或者在钻孔开始之后进行。旋转可以经由用于在紧固部件1的头部10上施加扭矩的工具来实现。

可分割区域70的断开包括在尖端上施加力，该力具有垂直于轴线A的分量。该力可以是围绕轴线A可变方向的。例如，该方法包括在将第一零件3和第二零件5钻孔之后，使尖端50与支承工具(例如倾斜间隔件102，该倾斜间隔件具有相对于轴线A倾斜的平面104)接触，以断开可分割区域70。该工具或倾斜间隔件102可以是固定的或可移动的，例如围绕轴线A旋转和/或沿着轴线A平移，如图4和图5A至图5D所示。

该方法还包括将紧固部件1锚定在第一零件3和第二零件5中。这种锚定是经由主体30的紧固装置实现的，也就是说，特别是通过突出元件32在第一零件3和第二零件5中的接合实现的。第一零件3和第二零件5也可以彼此抵靠电镀。

如图4所示，该方法可以包括在钻孔期间围绕紧固部件1的主体30成形套环7。该套环7可以借助对应砧座106形成，对应砧座具有用于成形套环7的壳体108。因此，该套环7具有有预定形状的特殊性，这是通过将材料引导到壳体108中而获得的。壳体108例如延伸到支承工具或倾斜间隔件102的右侧。

如图5A至图5D所示，该方法可以包括例如通过抽吸收集分离的尖端50的步骤。

本发明还涉及一种用于实施上述组装方法的组装设备100，该设备100包括：

支承工具，例如倾斜间隔件102，其被构造成支承抵靠尖端50，以便在紧固部件的点50已经将第一零件3和第二零件5钻孔之后，致使紧固部件1的可分割区域70断开；

对应砧座106，其具有壳体108，用于围绕紧固部件1的主体30成形套环7。对应砧座具有用于支承抵靠第二零件5的远侧面的近侧面112。

组装设备100可以进一步包括排出装置，该排出装置被构造为排出从主体30分离的尖端50。排出装置可以包括排出管道110，该排出管道110允许通过重力或经由抽吸单元(未示出)将尖端50从倾斜间隔件102排出到收集容器(未示出)。

当然，本发明绝不限于上述实施例，该实施例仅作为示例给出。在不脱离本发明的保护范围的情况下，改变是可能的，特别是从各种设备的构造的角度或者通过技术等同物的替换。

Claims (10)

1.一种紧固部件(1)，用于组装第一零件(3)和第二零件(5)，其特征在于，所述紧固部件(1)包括：

主体(30)，其沿着轴线(A)纵向延伸，

头部(10)，其被构造成允许紧固部件(1)围绕轴线(A)旋转，以及

尖端(50)，其连接至主体(30)，其中

主体(30)具有包括紧固装置的侧壁(34)，该紧固装置被构造成将主体(30)紧固到第一零件(3)和第二零件(5)，

所述尖端(50)具有不同于回转表面的形状的形状的侧壁(54)，并且

所述尖端(50)和所述主体(30)通过可分割区域(70)连接，该可分割区域被构造成断开以便将尖端(50)从主体(30)分离。

2.根据权利要求1所述的紧固部件(1)，其中，所述可分割区域(70)是截面较小的部分(70a)。

3.根据权利要求1或2所述的紧固部件(1)，其中，所述紧固装置包括一个或若干个径向突出元件(32)，所述径向突出元件以在近侧方向上减小的间距P布置，和/或所述尖端(50)具有一个或若干个在近侧方向上直径d增加的径向突出元件(56)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的紧固部件(1)，其中，至少所述尖端(50)包括与紧固部件(1)的内部材料相比硬度较高、耐热性较高和摩擦系数较低的外表面(58)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的紧固部件，其中，所述尖端(50)或所述尖端(50)的远侧部分(57b)直接安装在紧固部件(1)的其余部分上，并且包括不同于紧固部件(1)的其余部分的材料的材料。

6.一种用于借助根据前述权利要求中任一项所述的紧固部件(1)组装第一零件(3)和第二零件(5)的方法，该方法包括以下事实：

围绕轴线(A)旋转紧固部件(1)；

借助紧固部件(1)的尖端(50)将第一零件(3)和第二零件(5)钻孔；

在尖端(50)将第一零件(3)和第二零件(5)钻孔之后，断开可分割区域(70)。

7.根据前一权利要求所述的方法，其中，可分割区域(70)的断开包括在尖端(50)上施加具有垂直于轴线(A)的分量的力。

8.根据前一权利要求所述的方法，其中，该力是方向可变的。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其中，所述方法包括围绕所述紧固部件(1)的主体(30)成形套环(7)。

10.一种用于实施根据权利要求6至9中任一项所述的组装方法的组装设备(100)，该设备(100)包括：

支承工具(102)，该支承工具被构造成在紧固部件(1)的尖端(50)已经将第一零件(3)和第二零件(5)钻孔之后，致使紧固部件(1)的可分割区域(70)断开，

对应砧座(106)，该对应砧座具有壳体(108)，该壳体用于围绕紧固部件(1)的主体(30)成形套环(7)。

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