[發(fā)明專利]將零件固定至復(fù)合材料件的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310131904.3
• 申請(qǐng)日: 2013-04-16
• 公開（公告）號(hào): CN103419367B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 艾因卓·麥凱爾維·坎貝爾;丹尼爾·奎恩·休斯頓;阿曼達(dá)·凱·弗賴斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福特環(huán)球技術(shù)公司
• 主分類號(hào): B29C65/60
• 分類號(hào): B29C65/60
• 代理公司: 北京德恒律治知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11409
• 代理人: 章社杲,孫征

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及將零件或面板固定至由樹脂和纖維填料制成的復(fù)合材料件。

背景技術(shù)

由于汽車工業(yè)持續(xù)專注于減輕車身重量以滿足客戶對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性和CAFE的要求，這增加了人們對(duì)應(yīng)用可替代材料(包括碳纖維復(fù)合材料)的興趣。在白車身結(jié)構(gòu)中，連接方法傳統(tǒng)上依賴于電阻點(diǎn)焊(例如，在鋼結(jié)構(gòu)中)。在鋁密集型車輛和其他混合金屬連接應(yīng)用的情況下，自沖鉚接(SPR)技術(shù)占主導(dǎo)地位。SPR技術(shù)的一個(gè)優(yōu)勢在于它是一種高產(chǎn)量的裝配工藝。而且，該技術(shù)與粘合劑兼容，使得這兩種方法可結(jié)合使用。然而，SPR技術(shù)經(jīng)常面臨的挑戰(zhàn)在于基板材料必須具有足夠的延展性以形成“扣狀件”(即，突起)，這是形成接點(diǎn)的結(jié)果和提供機(jī)械互鎖的必要形變。當(dāng)復(fù)合材料件不具有在正面形成“扣狀件”的足夠延展性時(shí)，纖維會(huì)通過該表面上的裂縫而暴露出來。表面開裂和纖維移位都是不滿足需求的，因?yàn)檫@樣會(huì)降低接點(diǎn)的持久性并導(dǎo)致過早失效。

復(fù)合材料(諸如碳纖維、玻璃纖維或天然纖維復(fù)合物)由于涉及將零件連接在一起的挑戰(zhàn)而限制了應(yīng)用。通常情況下，這些復(fù)合物的延展性有限并且不能很好地適應(yīng)產(chǎn)生SPR“扣狀件”所需的較大位移和形變。雖然粘合劑過去廣泛地用于將復(fù)合材料件接合在一起，但是粘接在單獨(dú)使用時(shí)是一種產(chǎn)量較低的方法，并且在膠水固化之前容易移位(即，被接合零件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng))。其他方法(諸如盲孔鉚釘)也可用于將部件固定至復(fù)合材料件，但是需要事先穿過零件鉆孔或預(yù)成型孔來插入盲孔鉚釘。鉆孔、校準(zhǔn)孔、插入盲孔鉚釘以及粘接鉚釘?shù)妊b配操作增加了裝配成本和機(jī)床加工成本。因此需要一種連接方案，既能滿足大批量生產(chǎn)需求，又能實(shí)現(xiàn)低延展性材料的接合。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在解決上述問題以及在其他零件接合至復(fù)合材料件的應(yīng)用中與復(fù)合材料件的使用相關(guān)的其他問題。

本方法可通過自沖鉚釘(以下簡稱“SPR”)來實(shí)現(xiàn)。用于插入SPR的工具為鉚接機(jī)床，其包括沖壓機(jī)和作為支撐的沖模。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，公開了一種將零件連接至復(fù)合材料件的方法。根據(jù)該方法，選擇第一零件和第二零件，第二零件包括由填充材料強(qiáng)化的第一樹脂基質(zhì)層和在第二零件一側(cè)的至少部分區(qū)域中不包含填充材料的第二樹脂基質(zhì)層。第一和第二零件插入在機(jī)床中的固定件和支撐件之間。固定件穿透第一零件和第二零件的第一層并進(jìn)入第二零件的第二層但不完全穿透第二層。

根據(jù)本發(fā)明的其他方面，該方法進(jìn)一步包括通過分別將包括纖維強(qiáng)化材料的填充材料放置在壓縮成型模具中以及將樹脂基質(zhì)沉積到壓縮成型模具中來在壓縮成型模具中成型第二零件。該方法還可以包括通過兩步將樹脂基質(zhì)沉積到壓縮成型模具中。在第一步中，將樹脂沉積到壓縮成型模具中以將填充材料封裝在第一層中。在第二步中，將樹脂沉積到壓縮成型模具中的第二層中。在另一種方法中，該方法還可以包括在壓縮成型模具的預(yù)定部分(即，第二層形成的位置)處設(shè)置網(wǎng)紋表面。網(wǎng)紋表面抑制填充材料成為第二層的一部分。無論采用哪種方法，第二層的厚度都會(huì)超過3微米。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種組件，其包括通過固定件接合在一起的第一零件和由復(fù)合材料形成的第二零件。第二零件具有通過填充材料強(qiáng)化的第一樹脂基質(zhì)層和在第二零件一側(cè)的至少部分上不包含填充材料的第二樹脂基質(zhì)層。固定件穿過第一零件并部分穿過第二零件延伸。該固定件延伸進(jìn)入第二層而不穿透第二層。

根據(jù)本發(fā)明的其他方面，由于其涉及裝配，因此固定件可以是具有完全穿透填充材料延伸的管狀部分的自沖鉚釘。然而，填充材料并不會(huì)在第二零件的與第一零件相反的一側(cè)上暴露。管狀部分可以在第二零件內(nèi)部展開以將第一零件固定至第二零件。填充物可以是在樹脂基質(zhì)中隨機(jī)分布或陣列分布的纖維強(qiáng)化材料。第二零件的第二層可以設(shè)置在第一層上的局部區(qū)域中，自沖鉚釘在該區(qū)域壓入組件中。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種復(fù)合材料件，其包括具有纖維強(qiáng)化材料的第一層和未進(jìn)行強(qiáng)化以在復(fù)合材料件的層中提供附加延展性的第二層。不包含填充材料的第二樹脂基質(zhì)層設(shè)置在第二部件一側(cè)的至少部分區(qū)域中并且厚度可超過3微米。復(fù)合材料件中的填充材料可以是在樹脂基質(zhì)內(nèi)隨機(jī)分布或陣列分布的纖維強(qiáng)化材料。第二層可以在第一層的區(qū)域上限定空置區(qū)域。樹脂基質(zhì)可以是熱塑性或熱固性樹脂。填充物質(zhì)可以是碳纖維、玻璃纖維、云母、天然纖維等。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀附圖及以下所公開實(shí)施例的詳細(xì)說明之后，會(huì)更深入理解本發(fā)明的這些和其他方面。

附圖說明

圖1A-1D是示出利用自沖鉚接機(jī)床將自沖鉚釘插入兩個(gè)面板的由初始設(shè)置至鉚接工藝完成的制造過程的一系列示意圖；