CN117999137A - 使用屏障层的自冲铆接 - Google Patents
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Abstract
一种自冲铆接(SPR)系统包含顶片材和底片材。所述顶片材层叠在所述底片材上方，并且安置在模具与压板之间。所述SPR系统进一步包含屏障，所述屏障安置在所述底片材与所述模具之间，其中所述屏障被配置成在所述顶片材与所述底片材之间形成接头期间减小应力集中。所述屏障的厚度可以介于0.8mm与1.0mm之间，并且所述屏障由冷成型钢合金或双相钢合金制成。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年4月28日提交的美国临时专利申请第63/180,764号的权益和优先权，所述美国临时专利申请的全部公开内容特此通过引用并入本文。
背景技术
本公开涉及自冲铆接技术，并且更具体地涉及使用屏障层的SPR。
自冲(self-pierce/self-piercing)铆接(SPR)是用于在没有预钻孔或冲孔的情况下接合两个或更多个材料片材的高速机械紧固工艺。通常，SPR工艺是通过驱动半管状铆钉穿过材料的顶层并在下层将铆钉镦粗(在不完全刺穿下层的情况下)以形成耐久性机械接头来进行的。已经尝试使用现有的SPR技术来紧固具有不同机械特性的顶层和底层(例如，铝或钢顶层和镁底层)。由于各种失效方法(包含韧性较差的层的开裂)，这种铆钉结构的完整性受到限制。另外，当一个或多个层被预涂覆时(例如，使用电泳涂覆或粉末涂覆)，涂层当在模具上形成纽扣时可能被损坏。因此，尽管各种合金压铸件在汽车技术中提供了重量减轻的潜力，但合金的机械特性可能限制其在SPR工艺中的使用。
提供一种克服上述挑战的用于自冲铆钉(SPR)应用的方法和系统将是有利的。这些和其它有利特征对于审阅本公开的人员而言将是显而易见的。
发明内容
本公开的一方面涉及一种自冲铆接(SPR)系统。所述SPR系统包含顶片材和底片材以及屏障，所述屏障安置在所述底片材与模具之间。所述顶片材层叠在所述底片材上方，并且安置在模具与压板之间。所述屏障被配置成在所述顶片材与所述底片材之间形成接头期间减小应力集中。
在各个实施例中，所述顶片材包含铝层、镁层或钢层中的至少一个。在一些实施例中，所述底片材包含铝层、钢层或镁层中的至少一个。在各个实施例中，所述屏障为冷成型钢或双相钢中的至少一种。在一些实施例中，所述屏障的厚度介于大约0.8mm与1.00mm之间。在一些实施例中，所述顶片材或所述底片材中的至少一者包含聚合物层、纤维层或复合层中的至少一个。
本公开的另一方面涉及一种利用自冲铆接(SPR)形成接头的方法。所述方法包含：将第一片材层叠在第二片材顶上；在所述第二片材与模具之间放置屏障；以及通过安置在压板内的冲头将铆钉驱动到所述第一片材和所述第二片材中的每一个中，以在其之间形成接头。所述第一片材和所述第二片材安置在模具与压板之间。所述屏障被配置成在所述顶片材与所述底片材之间形成接头期间减小应力集中。
在各个实施例中，所述方法进一步包含基于与所述屏障相关联的厚度或屈服强度中的至少一个来优化与所述接头形成相关联的设定力。在一些实施例中，所述方法还包含将所述第一片材夹紧到所述第二片材。在其它实施例中，所述方法进一步包含从所述第二片材与所述模具之间移除所述屏障。在又其它实施例中，所述底片材包含铝层、镁层、塑料层、钢层或纤维增强层。在各个实施例中，所述屏障为冷成型钢或双相钢中的至少一种。在一些实施例中，所述顶片材包含铝层、镁层、塑料层、钢层或纤维增强层。在其它实施例中，所述顶片材包含环氧粉末涂层。
本发明内容仅为说明性的并且不应被认为是限制性的。
附图说明
根据以下具体实施方式结合附图，将更充分地理解本公开，其中类似附图标记指代类似元件，其中：
图1为根据示例性实施例的SPR接头的各种失效模式的示意性表示。
图2A-2D为图1中所示的SPR接头的各种失效模式的图像表示。
图3为根据示例性实施例的SPR紧固系统的前透视图。
图4为图3的SPR紧固系统靠近顶片材和底片材的与模具和片材保持器接触的部分的截面图的示意性表示。
图5为使用第一模具几何形状在使用和不使用屏障层的情况下在顶片材与底片材之间形成的SPR接头的底视图。
图6为使用第二模具几何形状在使用和不使用屏障层的情况下在顶片材与底片材之间形成的SPR接头的底视图。
图7为使用具有和不具有屏障层的第三模具几何形状在顶片材与底片材之间形成的SPR接头的底视图。
图8示出了使用第一片材材料在使用和不使用屏障的情况下在顶片材与底片材之间形成的SPR接头的底视图和横截面视图。
图9示出了使用第二片材材料在使用和不使用屏障的情况下在顶片材与底片材之间形成的SPR接头的底视图和横截面视图。
图10示出了使用第三片材材料在使用和不使用屏障的情况下在顶片材与底片材之间形成的SPR接头的底视图和横截面视图。
图11示出了使用经涂覆的材料层在顶片材与底片材之间形成的SPR接头的底视图和横截面视图。
图12为根据示例性实施例的SPR接头的横截面视图的示意性表示。
图13为SPR接头设定力相对于屏障屈服强度和厚度的图形表示。
具体实施方式
在转向详细展示某些示例性实施例的附图之前，应当理解，本公开不限于在说明书中阐述或在附图中展示的细节或方法。还应当理解，本文所使用的术语仅仅是出于描述的目的，而不应被认为是限制性的。
本公开涉及自冲铆接(SPR)和使用SPR技术形成接头。通常，SPR与传统铆接的区别在于SPR不需要预先钻孔以促进铆钉的插入。相反，SPR方法使用半管状铆钉，所述半管状铆钉通过使片材变形和/或刺穿片材使得片材互锁来在两个片材之间形成机械接头。通常，根据优选布置将两个片材层叠(即，顶部和底部)，片材被夹紧或以其它方式附连在模具与压板之间，并且通过冲头迫使铆钉进入到两个片材中。在铆钉由于模具的形状和大小而向外扩口时，铆钉刺穿上部片材并且迫使其进入到第二片材，从而使顶片材和底片材两者变形以在两个片材的底侧上形成突起(“纽扣”)。
通常，在两个片材之间形成的接头的质量可以基于顶片材与底片材之间的机械互锁的量来表征，如通过铆钉的扩口所促进的。然而，根据片材的厚度和/或材料片材的机械特性，所形成的接头可能失效。图1和2示出了与SPR接头100(“纽扣”)相关联的常见失效模式。如所示出的，SPR接头100的常见失效模式包含但不限于：如图2A所示的径向裂纹105(即，在纽扣内径向延伸的裂纹)、如图2B所示的周向裂纹110(即，围绕纽扣的圆周形成的裂纹)、如图2C所示的凸块115以及如图2D所示的边缘裂纹120(即，从铆钉向外延伸的裂纹)。由于形成SPR接头所需的高速度和强大的力，可能存在呈反弹形式的多余能量，所述多余能量可能使SPR接头失效。由于SPR接头在任何失效模式下的失效都可能对涵盖SPR接头的组合件或结构是有害的或甚至灾难性的，因此提供一种防止接头失效的SPR方法或系统将是有利的。
根据本公开的一方面，SPR方法和/或系统包含实施牺牲片材以使用各种材料类型促进稳健的接头形成。参考图3，示出了根据示例性实施例的SPR系统200。SPR系统200包含具有压板205和模具210(例如，成形模具)的c型框架202，所述压板和所述模具被配置成促进在两个材料片材之间形成SPR接头。c型框架202支撑顶片材215和底片材220，所述顶片材和所述底片材层叠在模具210顶上，其中可移除片材或牺牲片材或屏障(“垫”)225安置在底片材220与模具210之间。可以使用本领域已知的任何方法将顶片材215和底片材220夹紧、锁定或以其它方式附连在适当位置。
图4展示了在顶片材215与底片材220之间的接头形成前不久在模具210附近的SPR系统200的截面图的示意性表示。如所示出的，SPR系统200包含冲头235，所述冲头被安置在压板205内并且相对于所述压板铰接。冲头235被配置成驱动铆钉230穿过顶片材215并且进入底片材220中，以在其之间形成接头。所形成的接头可以具有由铆钉230扩口的量(如由模具210的形状或轮廓化特征227引起的)确定的形状。在各个实施例中，顶片材215或底片材220中的至少一个可以包含用于高压压铸(HDPC)的一种或多种材料。在各个实施例中，顶片材215或底片材220中的至少一个可以包含以下中的至少一种：钢(例如，低碳钢、AHSS)、铝(例如，HPDC、5xxx系列、6xxx系列，纤维增强的)、镁(例如，Mg HPDC，挤出)或其组合。在各个实施例中，顶片材215和底片材220中的至少一个可以为涂覆材料。在至少一个实施例中，顶片材215或底片材220中的至少一个包含聚合物(例如，塑料或增强塑料)、纤维(例如，纤维增强的)和/或复合材料。
屏障225为被配置成在SPR接头形成期间减小应力集中的层。具体地，屏障225被安置在底片材220与模具210之间，使得当冲头235将铆钉230驱动到顶片材215和底片材220中时，屏障225减小由冲头235与铆钉230之间的接触所引起的应力集中，由此防止反弹并且降低在顶片材215与底片材220之间产生的SPR接头失效的风险。屏障225可以包含或为低碳钢(例如，CR3)和/或高强度钢(例如，DP600)。在其它实施例中，屏障225可以包含一种或多种其它金属合金。在又其它实施例中，屏障225可以包含一种或多种铝合金。在一些实施例中，屏障225可以包含一种或多种聚合物、纤维和/或复合材料。在一些实施例中，屏障225可以包含一种或多种具有屈服强度的材料，所述屈服强度是基于顶片材215和/或底片材220的一个或多个特性选择的。在各个实施例中，顶片材215的厚度可以小于3mm。在一些实施例中，底片材220的厚度可以在约2mm至5mm的范围内。在各个实施例中，屏障225的厚度可以基于顶片材215和底片材220的组合厚度。在各个实施例中，屏障225的厚度可以在约0.8mm至1.0mm的范围内。在其它实施例中，屏障225的厚度可以在大约0.5mm至大约2mm的范围内。在又其它实施例中，屏障225可以包含或为厚度为大约1mm的DP600钢，并且可以用于与由镁合金(例如，AM60B)制成的厚度为大约3.2mm的底片材220和由铬级钢(例如，410T)制成的顶片材215一起使用，其中顶片材215的厚度可以为大约1.2mm、1.5mm或2.7mm。在其它实施例中，屏障225可以包含或为厚度为大约1.5mm的铬级钢(例如，410T)，并且可以用于与由镁合金(例如，AM60B)制成的厚度为大约3.2mm的底片材220和由石墨系列钢(例如，780T)制成的顶片材215一起使用，其中顶片材215的厚度可以为大约1.6mm。
在顶片材215与底片材220之间形成SPR接头后，屏障225可以在形成其它SPR接头期间被丢弃或重复使用。在各个实施例中，屏障225可以在形成SPR接头期间被夹紧或以其它方式联接到顶片材215和底片材220中的至少一个并且随后被移除。在各个实施例中，屏障225的大小可以基于SPR接头的大小(即，长度和宽度)、顶片材215或底片材220中的至少一个的厚度、SPR模具的顶表面的大小和/或顶片材215或底片材220中的至少一个的机械特性来设定。在一些实施例中，屏障225的宽度可以为大约4英寸并且长度可以为6英寸。
在至少一个实施例中，顶片材215或底片材220中的至少一个包含钢材料层或铝材料层中的至少一个。在各个实施例中，钢层可以具有各种不同的组成。钢层可以具有多种不同的组成。例如，在一个实施例中，钢可以为具有与约0.25重量％(“wt.％”)的碳合金化的铁的低碳钢。在另一个实施例中，钢可以为具有与至多约2.5wt.％的碳合金化的铁的高碳钢。在其它实施例中，钢可以为具有与铬和镍合金化的铁的不锈钢。在又其它实施例中，钢可以包含以下中的至少一种：铁、碳、锰、铬、镍、钨、钼、硼、钛、钒、钴、铌或其组合。例如，钢层可以包含：CR3钢(即，其包含约0.10％的碳(C)、约0.45％的锰(Mn)、至多0.03％的硫(S)、至多0.04％的磷(P)、余量的铁(Fe)以及痕量杂质)、CR2钢、铁素体-马氏体双相(DP)600钢(即，其包含约0.10％的碳(C)、约1.4％的锰(Mn)、约0.14％的硅(Si)、余量的铁(Fe)以及痕量杂质)、galfan(GF)钢和/或冷成型(CF)钢复合材料、先进高强度(AHSS)钢和/或另一种钢或钢合金。
在各个实施例中，铝层可以包含铝铸件、挤出件或类似物中的至少一种。在各个实施例中，铝层可以包含1000系列铝合金、2000系列铝合金、3000系列铝合金、4000系列铝合金、5000系列铝合金、6000系列铝合金、7000系列铝合金或8000系列铝合金中的至少一种。在此类实施例中，1000系列铝合金(即，1050、1060、1070、1100、1145、1199、1350等)基本上为铝含量最低为99wt.％的纯铝并且可以加工硬化。2000系列铝合金(即，2011、2014、2024、2036、2048、2090、2091、2099、2124、2195、2218、2219、2319、2618等)与铜合金化并且可以沉淀硬化到与钢相当的强度。3000系列铝合金(即，3003、3004、3005、3102、3103、3105、3303等)与锰合金化并且可以加工硬化。4000系列铝合金(即，4006、4007、4015、4032、4043等)与硅合金化。5000系列铝合金(即，5005、5010、5019、5026、5050、5052、5056、5059、5083、5086、5154、5182、5252、5254、5356、5454、5456、5457、5652、5657、5754、Al3Mg等)与镁合金化并且提供增强的耐腐蚀性。6000系列铝合金(即，6005、6009、6010、6060、6061、6063、6063A、6065、6066、6070、6081、6082、6101、6105、6151、6162、6201、6205、6262、6351、6463等)与镁和硅合金化并且是可机械加工的、可焊接的并且可以沉淀硬化。7000系列铝合金(即，7005、7039、7049、7050、7068、7072、7075、7079、7116、7129、7175、7178、7475等)与锌合金化并且可以沉淀硬化到任何铝合金的最高强度，其中抗拉强度高达700MPa。8000系列铝合金(即，8011、8090等)与1000-7000系列铝合金未涵盖的元素合金化。
在至少一个实施例中，顶片材215或底片材220中的至少一个包含镁铸件、镁挤出件、镁片材、镁合金或另一镁层。镁合金可以包含但不限于AE42、AE44、AM20、AM40、AM50、AM60、AM60B、AS21、AS41、AZ31、AZ61、AZ63、AZ80、AZ81、AZ91、镁铝合金(Elektron)21、镁铝合金675、EZ33、HK31、HM21、HZ32、K1A、LA141、LA103、LAZ43、M1、M1A、QE22、QH21、WE43、WE54、ZC63、ZC71、ZE41、ZK10、ZK20、ZK30、ZK40、ZK51、ZK60、ZK61、ZM21、ZMC711、镁含量为80％或更高的任何合金或其组合。在各个实施例中，镁层可以包含AM60B镁合金，所述镁合金包含约5.5-6.5％的铝(Al)、约0.24-0.6％的锰(Mn)、至多约0.22％的锌(Zn)、至多约0.1％的硅(Si)、至多约0.01％的铜(Cu)、至多约0.005％的铁(Fe)、至多约0.002％的镍(Ni)、余量的镁(Mg)和痕量杂质。在又其它实施例中，镁层可以使用电泳涂层和/或粉末涂层(例如，N49)涂覆。
图5-7中展示了屏障(例如，类似于或等效于屏障225)在SPR接头形成期间的功效的证据。如所示出的，已经示出使用屏障来改善使用各种不同模具在两个材料片材之间形成的接头。图5示出了使用第一模具(例如，成型模具)并且不使用屏障在两层之间形成的第一SPR接头300。图5也示出了使用第一模具在两层之间形成并且使用屏障形成的第二SPR接头205。如所展示的，使用屏障形成的SPR接头305示出了较少的周向开裂和凸块的迹象。
如图6和7所示，已经示出了在不同厚度上的屏障功效。具体地参考图6，与使用屏障形成的SPR接头315、320和325相比，示出了不使用屏障形成的SPR接头310。SPR接头310、15、320和325中的每一个都是使用第二模具(即，不同于用于形成SPR接头300和305的第一模具)形成的。如所展示的，在不存在屏障的情况下形成的SPR接头310示出了高度的径向开裂和周向开裂，所述径向开裂和周向开裂不利地影响所形成的接头的结构稳固性。然而，如所示出的，使用安置在材料层与第二模具之间的屏障形成的SPR接头315、320和325示出了显著更少的裂纹、凸块或其它显而易见的失效证据。SPR接头315是使用具有第一厚度的屏障形成的，SPR接头320是使用具有第二厚度的屏障形成的，并且SPR接头325是使用具有第三厚度的屏障形成的。在各个实施方案中，第一厚度或第二厚度中的至少一个的范围为大约2mm至大约4mm。如所展示的，与在不存在屏障的情况下的接头形成相比，在接头形成期间使用屏障减少了开裂。
图7类似地展示了在使用第三模具(即，不同于用于形成SPR接头300、305的第一模具和用于形成SPR接头310、315、320、325的第二模具中的每一个的模具)形成SPR接头期间使用屏障(例如，类似于或等效于屏障225)的功效。如所示出的，与各自使用屏障形成的SPR接头335、340和345相比，在不存在屏障的情况下形成的SPR接头330使得接头具有更多凸块和裂纹。SPR接头335是使用具有第一厚度的屏障形成的，SPR接头340是使用具有第二厚度的屏障形成的，并且SPR接头345是使用具有第三厚度的屏障形成的。在各个实施方案中，第一厚度或第二厚度中的至少一个的范围为大约2mm至大约4mm。因此，如图6-7所示，使用屏障，即使在不同厚度下，也可以防止与在不存在屏障的情况下形成的SPR接头(即，SPR接头310、330)相关联的各种失效模式。
图8-10展示了使用和不使用屏障(例如，类似于或等效于屏障225)形成的SPR接头。如先前所描述的，屏障可以包含冷轧钢(例如，CR3)或双相钢(例如，DP600)。用于形成SPR接头的片材材料可以包含铝、镁和/或钢。图8示出了SPR接头400、405和415的底视图和横截面视图。具体地，列A示出了底视图，列B示出了横截面视图，并且列C示出了列B中所示的对应横截面的在SPR接头的外边缘附近的部分的放大。SPR接头400、405和410在6xxx系列铝(顶层)与高压压铸铝(底层)之间形成。SPR接头400在不存在屏障的情况下形成，并且示出了周向形成的凸块和裂纹的证据。如在列C中呈现的部分401的放大中所示，SPR接头400在SPR接头400的外部区域内是脊状且凹凸不平的。如所展示的，与SPR接头400相比，使用由厚度为0.8mm的CR3钢制成的屏障形成的SPR接头405具有更少的凸块和显著更光滑的外边缘。类似地，与SPR接头400相比，使用由厚度为1.0mm的DP600钢制成的屏障形成的SPR接头410在径向方向和周向方向两者上具有光滑的表面。此外，SPR接头405和410的横截面部分406和411的放大分别展示了无脊、光滑的外边缘，所述外边缘具有很少或没有开裂的证据。
在SPR接头形成中使用屏障已证明对具有降低的可成形性(即，例如与钢和/或铝相比降低的可成形性)的材料是有效的。图9示出了SPR接头500、505和515的底视图和横截面视图。SPR接头500、505和510在HPDC镁合金(顶层)与挤出镁合金(底层)之间形成。具体地，列A示出了底视图，列B示出了横截面视图，并且列C示出了列B中所示的对应横截面的在SPR接头的外边缘附近的部分的放大。SPR接头400在不存在屏障的情况下形成，并且示出了周向形成的凸块和裂纹的证据。如在列C中呈现的部分501的放大中所示，SPR接头500显著地开裂，其通过底部材料层的外部区域内的较大的粗糙部证明。与SPR接头500相比，使用由厚度为0.8mm的CR3钢制成的屏障形成的SPR接头405具有明显更少的裂纹和更光滑的外边缘。此外，与SPR接头505相比，SPR接头505的横截面内的部分506的放大示出了更少的边缘裂纹。类似地，与SPR接头500相比，使用由厚度为1.0mm的DP600钢制成的屏障形成的SPR接头510在径向方向和周向方向两者上具有光滑的表面。与SPR接头500和505两者相比，SPR接头510的横截面部分511的放大也示出了非常小的边缘开裂。
图10示出了SPR接头600、605和615的底视图和横截面视图。SPR接头600、605和610在所形成的镁片材(顶层)与HPDC镁合金(底层)之间形成。如前所述，列A示出了底视图，列B示出了横截面视图，并且列C示出了列B中所示的对应横截面的在SPR接头的外边缘附近的部分的放大。SPR接头600在不存在屏障的情况下形成，并且在SPR接头600的径向内部区域和径向外部区域两者中示出了径向裂纹和突出凸块两者的证据。另外，列C中所示的横截面部分601的放大示出，SPR接头600是凹凸不平的，并且在SPR接头600的外部区域附近具有广泛的边缘开裂。然而，与SPR接头600相比，使用由厚度为0.8mm的CR3钢制成的屏障形成的SPR接头605具有更少的径向裂纹和凸块。另外，与SPR接头600相比，SPR接头605具有更少的边缘裂纹，如从示出横截面部分506的放大的列C中显而易见的。使用由厚度为1.0mm的DP600钢制成的屏障形成的SPR接头610具有光滑的外表面，所述外表面具有很少的径向开裂并且具有很少或没有可见的凸块。另外，横截面部分611的放大示出，SPR接头610周围有很少或没有边缘开裂。
尽管在包含经涂覆材料层的SPR接头的形成中使用了屏障，但是在SPR接头形成中使用屏障已证明是有效的。图11示出了SPR接头700、705和715的底视图和横截面视图。SPR接头700、705和710在低碳钢合金(顶层)与环氧粉末涂覆的镁合金(底层)之间形成。环氧粉末涂层被施涂于底层的模具朝向侧。图11的行A示出了底视图，行B示出了横截面视图，并且行C示出了列B中所示的对应横截面的在SPR接头的外边缘附近的部分的放大。SPR接头700是在不存在屏障的情况下形成的，并且包含涂层和底层内的径向延伸的裂纹，所述裂纹也在行C中呈现的部分701的放大中示出。使用由厚度为0.8mm的CR3钢制成的屏障形成的SPR接头705在底表面内具有几乎察觉不到的裂纹，并且具有相较于SPR接头700通常更光滑的外边缘。SPR接头705的横截面内的部分706的放大轻微的边缘开裂。与SPR接头700相比，使用由厚度为1.0mm的DP600钢制成的屏障形成的SPR接头710在径向方向和周向方向两者上具有光滑的表面。与SPR接头500和505两者相比，SPR接头710的横截面部分711的放大也示出小的边缘开裂。
最后，SPR接头的结构稳固性不仅基于各种失效模式的不存在，而且还取决于在铆钉内的材料层的设置。图12示出了形成于铆钉803内的SPR接头800的横截面视图的示意性表示。SPR接头800包含外部区域805(即，沿着SPR接头800的圆周安置)和内部区域815(即，安置在SPR接头800的内圆周或半径内)。通常来说，外部区域805和内部区域810适形于由铆钉803限定的轮廓是有利的。已经通过实验确定了使用具有不同材料和厚度的各种屏障形成的各种SPR接头的适形度或设定力的量。下表1中提供了此类实验的结果。在所总结的实验中，SPR接头通过由低碳钢(CR3)制成的厚度为0.8mm的顶层、由镁合金(AM60)制成的厚度为3.1mm的底层和5mm的铆钉(H4)形成。
表1
| 屏障材料 | 屈服强度(MPa) | 屏障厚度(mm) | 设定力(kN) |
| 0.9mm 6061-T4 | 110 | 4.90 | 54.01 |
| 2x 0.9mm 6061-T4 | 110 | 5.80 | 56.72 |
| 0.8mm CR3 | 180 | 4.80 | 53.11 |
| 2x 08mm CR3 | 180 | 5.60 | 53.28 |
| 1.0mm DP600 | 310 | 5.00 | 55.16 |
| 2x 1.0mm DP600 | 310 | 6.00 | 57.7 |
| 1.7mm DP800 | 530 | 5.70 | 61.83 |
| 2.0mm AM60 | 120 | 6.00 | 49.18 |
| 2.0mm 6061-T6 | 276 | 6.00 | 54.65 |
如图13所示，设定力(在竖轴上示出)通常随着SPR接头形成期间所使用的屏障的屈服强度的增加而增加。然而，SPR接头形成期间所使用的最薄屏障和最厚屏障两者的设定力相对较低。因此，在实践中，屏障材料(并且因此，屏障屈服强度)或屏障厚度中的至少一个可以基于用于SPR接头形成的期望设定力来优化。在一些实施方案中，SPR接头形成可以使用具有相对高的屈服强度与相对小的厚度的屏障来执行。在一些实施方案中，屏障的屈服强度可以大于或等于大约200Mpa，并且其厚度介于大约0.5mm至大约2.0mm之间。在各个实施方案中，屏障材料的选择基于设定力、底片材材料、顶片材材料或模具轮廓中的至少一个。通常，屏障材料被选择使得其充分地韧性变形以适形于模腔并且具有不影响顶片材或底片材的涂层的硬度。在各个实施方案中，屏障的厚度可以被最小化。在一些实施方案中，屏障的厚度可以介于大约0.6mm与大约1.0mm之间。在其它实施方案中，屏障厚度可以为至多2.0mm。
尽管上文在图1-13中描述了实施例，但是这些实施例的各种修改和包含被设想和考虑在本公开的范围内。
应当注意，如本文中用于描述各个实施例的术语“示例性”和其变型旨在指示此类实施例是可能的实例、表示或可能实施例的说明(并且此类术语并不旨在暗示此类实施例必须是特别的或最佳的实例)。
如本文所使用的，术语“联接”以及其变型意指两个构件直接或间接地彼此接合。此类接合可以是静止的(例如，永久的或固定的)或可移动的(例如，可移除的或可释放的)。此类接合可以通过以下实现：两个构件彼此直接联接，两个构件使用单独的中间构件和彼此联接的任何另外的中间构件彼此联接，或者两个构件使用与两个构件之一整体形成为单个整体的中间构件彼此联接。如果“联接的”或其变型被另外术语修饰(例如，直接联接)，则上文提供的“联接的”的同属定义被另外术语的普通语言含义修饰(例如，“直接联接”意指两个构件在没有任何单独中间构件的情况下接合)，从而产生比上文提供的“联接的”的同属定义更窄的定义。此类联接可以为机械的、电的或流体的。
本文中对元件的定位(例如，“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”)的引用仅用于描述附图中各个元件的朝向。应当注意，根据其它示例性实施例，各种元件的取向可以不同，并且此类变化旨在被本公开所涵盖。
如在示例性实施例中所示的SPR接头的元件的构造和布置仅是说明性的。尽管仅详细描述了本公开的几个实施例，但是审查本公开的本领域技术人员将容易地理解，在不实质上脱离所叙述的主题的新颖教导和优点的情况下，许多修改是可能的(例如，各个元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数值、安装布置、材料的使用、颜色、朝向等的变化)。例如，被示出为一体形成的元件可以由多个部件或元件构成，元件的定位可以颠倒或以其它方式改变，并且可以更改或改变离散元件或定位的性质或数量。
尽管附图和说明书可以说明方法步骤的特定顺序，但是此类步骤的顺序可以与所描绘和描述的顺序不同，除非上文有不同的说明。此外，除非上文另有说明，否则两个或更多个步骤可以同时或部分同时执行。
在不脱离本发明的范围的情况下，还可以在各个示例性实施例的设计、操作条件和布置方面作出其它替代、修改、改变和省略。例如，在一个实施例中公开的任何元件可以并入本文所公开的任何其它实施例或与其一起使用。而且，例如，根据替代性实施例，可以改变或重新排序任何过程或方法步骤的顺序或序列。任何装置加功能条款旨在覆盖本文所描述的作为执行所陈述功能的结构，并且不仅是结构等效物，而且还是等效结构。在不脱离所附权利要求的范围的情况下，可以在优选的和其它的示例性实施例的设计、操作配置和布置方面作出其它替代、修改、改变和省略。
Claims (15)
1.一种自冲铆接(SPR)系统，其包括：
顶片材和底片材，其中所述顶片材层叠在所述底片材上方，并且其中所述顶片材和所述底片材安置在模具与压板之间；以及
屏障，所述屏障安置在所述底片材与所述模具之间，其中所述屏障被配置成在所述顶片材与所述底片材之间形成接头期间减小应力集中。
2.根据权利要求1所述的SPR系统，其中所述顶片材包括铝层、镁层、塑料层、钢层或纤维增强层中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的SPR系统，其中所述底片材包括铝层、镁层、塑料层、钢层或纤维增强层。
4.根据权利要求1所述的SPR系统，其中所述屏障为冷成型钢或双相钢中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的SPR系统，其中所述屏障的屈服强度大于或等于200MPa。
6.根据权利要求1所述的SPR系统，其中所述屏障的厚度介于大约0.5mm与2.0mm之间。
7.根据权利要求6所述的SPR系统，其中所述屏障的厚度介于大约0.8mm与1.00mm之间。
8.一种用于使用自冲铆接(SPR)形成接头的方法，所述方法包括：
将第一片材层叠在第二片材顶上，其中所述第一片材和所述第二片材安置在模具与压板之间；
在所述第二片材与所述模具之间放置屏障；以及
通过安置在所述压板内的冲头将铆钉驱动到所述第一片材和所述第二片材中的每一个中，以在其之间形成接头；
其中所述屏障被配置成在所述顶片材与所述底片材之间形成接头期间减小应力集中。
9.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括基于与所述屏障相关联的厚度或屈服强度中的至少一个来优化与所述接头形成相关联的设定力。
10.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括将所述第一片材夹紧到所述第二片材。
11.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括从所述第二片材与所述模具之间移除所述屏障。
12.根据权利要求8所述的方法，其中所述底片材包括铝层、镁层、塑料层、钢层或纤维增强层。
13.根据权利要求8所述的方法，其中所述屏障为冷成型钢或双相钢中的至少一种。
14.根据权利要求8所述的方法，其中所述顶片材包括铝层、镁层、塑料层、钢层或纤维增强层。
15.根据权利要求8所述的方法，其中所述顶片材包括环氧粉末涂层。
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