預製零件的製作方法

2023-06-01 21:03:21

預製零件的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種預製零件，其包括：包括樹脂基體和強化纖維的組合件，該組合件具有容納自衝鉚釘的預定位置；在該組合件上形成的紐扣形區域，該紐扣形區域在預定位置形成了空隙。本實用新型提供的預製零件具有良好的延展性，其在通過自衝鉚接等方式與其它零件的連接時不會產生開裂。
【專利說明】預製零件

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及強化組合件以及製造強化組合件組件的方法。

【背景技術】
[0002]隨著汽車工業持續關注於減輕車輛重量以滿足客戶對於燃油經濟性的期望和CAFE (Corporate Average Fuel Economy,公司平均燃油經濟性)標準,所以,汽車工業對包括碳纖維複合材料在內的替代材料的應用關注在提高。在白車身結構中，連接方法傳統上依賴於電阻點焊(例如，在鋼結構中)。
[0003]在鋁密集型車輛以及其他混合金屬連接應用的情況下，流行使用自衝鉚接技術。自衝鉚接技術的一個優勢在於其為高產量裝配工藝。自衝鉚接技術可與粘接兼容，即可同時使用這兩種方法。然而，自衝鉚接技術通常所要面臨的挑戰是基底材料必須具有足夠的延展性以形成「扣形物」，即凸起，該「扣形物」是創建連接的結果和提供機械互鎖的必要形變。當組合件不具備足夠的延展性以在正面形成扣形物時，纖維會通過該表面上的裂縫露出。不期望出現表面裂縫和纖維移位，因為它們會降低連接的耐久度並導致過早失效。由於自衝鉚接，所以鉚釘插入區域中的纖維都會導致表面破裂或纖維移位。
[0004]由於將零件連接在一起的挑戰，所以，諸如碳素纖維、玻璃纖維或者天然纖維的複合材料的應用受到了限制。通常，這些複合材料具有有限的延展性，且不能很好地適應使用自衝鉚釘將零件連接在一起所需的大位移和形變。
[0005]粘合劑被廣泛用於將組合件連接在一起。在單獨使用粘接時，粘接是一種低產量方法，而且粘接在膠粘物固化前易於產生位移(即，在待連接零件之間的移動)。
[0006]其他方法，比如盲孔鉚釘，可被用於將零件固定到組合件上，但是必須先貫穿零件鑽孔或預製孔以便插入盲孔鉚釘。鑽孔、孔對齊、插入盲孔鉚釘、以及固定鉚釘的裝配操作增加了裝配成本和加工成本。因此，需要一種既能滿足高產量需求又能在低延展性材料中實現連接的連接方案。
[0007]本實用新型旨在克服以上問題以及在其它零件連接於組合件的應用中與組合件的使用相關的其它問題。
實用新型內容
[0008]針對現有技術中存在的問題，本實用新型的目的在於提供一種具有良好延展性的預製零件，以適應與其它零件的連接。
[0009]根據本實用新型的一個方面，公開了一種預製零件，其包括組合件，該組合件包括在預定位置的用以容納自衝鉚釘的樹脂基體和強化纖維。形成在組合件中的紐扣形區域在該預定位置形成了空隙。
[0010]根據本實用新型的一個方面，提供了一種預製零件，其包括:包括樹脂基體和強化纖維的組合件，該組合件具有容納自衝鉚釘的預定位置；在該組合件上形成的紐扣形區域，該紐扣形區域在該預定位置形成了空隙。
[0011]根據涉及預製零件的本實用新型的其它方面，強化樹脂基體的強化纖維還可包括在預定位置中提供的編織墊。可選地，強化樹脂基體的強化纖維還可包括:分散在包括該預定位置在內的整個樹脂基體中的散纖維。
[0012]該預製零件可與與之裝配的裝配零件結合提供。自衝鉚釘穿過裝配零件和預製零件。在自衝鉚釘和預製零件之間的空隙內的移位的材料將裝配零件鎖定在預製零件的紐扣形區域。
[0013]根據本實用新型的另一個方面，公開了一種製造纖維強化組合件的方法，該方法包括提供纖維墊和將纖維墊插入模具中，該模具形成有包括紐扣形凹槽的模具型腔。將液態樹脂供應至該模具以包封該纖維墊。硬化模具中的樹脂，並且紐扣形凹槽中的樹脂在即將插入自衝鉚釘的預定位置限定了纖維強化組合件中的空隙。
[0014]根據本實用新型的一個實施例，該方法還包括:將第二零件裝配至纖維強化組合件；以及在預定位置鉚接纖維強化組合件和第二零件。
[0015]根據本實用新型的一個實施例，鉚接纖維強化組合件和第二零件的步驟還包括:使自衝鉚釘在纖維強化組合件的緊固件容納區域穿過第二零件，並且將第二零件的材料移位到纖維強化組合件的空隙中，以便在預定位置將第二零件和纖維強化組合件鎖定在一起。
[0016]根據本實用新型的又一個方面，公開了一種製造纖維強化組合件的替代方法。該替代方法包括向模具中提供多根散纖維，該模具形成有包括紐扣形凹槽的模具型腔。將液態樹脂供應至該模具以包封該散纖維。硬化模具中的樹脂，紐扣形凹槽中的樹脂在即將插入自衝鉚釘的預定位置形成了纖維強化組合件中的空隙。
[0017]根據上述方法其它方面，這些方法還可包括將第二零件裝配至纖維強化組合件，以及在預定位置處鉚接纖維強化組合件和第二零件。鉚接纖維強化組合件和第二零件的步驟還可包括使自衝鉚釘在纖維強化組合件的緊固件容納區域中穿過第二零件。材料從第二零件移位進入纖維強化組合件的空隙中，從而在該預定位置將第二零件和纖維強化組合件鎖定在一起。
[0018]根據本實用新型的又一個方面，公開了一種製造纖維強化組合件的替代方法。該替代方法包括向模具中提供多根散纖維，該模具形成有包括紐扣形凹槽的模具型腔。將液態樹脂供應至該模具以包封散纖維。硬化模具中的樹脂，紐扣形凹槽中的樹脂在即將插入自衝鉚釘的預定位置形成了纖維強化組合件中的空隙。
[0019]本實用新型的有益效果在於，本實用新型提供的預製零件包括由樹脂基體和強化纖維組成的組合件，其具有良好的延展性，其在通過自衝鉚接等方式與其它零件的連接時不會產生開裂。
[0020]下面將參照所示實施例的附圖充分地描述以上所總結的本實用新型的上述方面以及其他方面。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是模具中的纖維強化組合件的部分截面圖，該零件在一側形成有紐扣形凸起;
[0022]圖2是金屬板、纖維強化組合件以及具有鉚釘衝頭和支撐模的自衝鉚接工具的部分截面圖，其中，該自衝鉚釘處於將要插入零件的位置；
[0023]圖3是裝配至纖維強化組合件的零件的截面圖，其中，自衝鉚釘將零件緊固在一起。

【具體實施方式】
[0024]下面提供本實用新型所示實施例的詳細描述。所公開的實施例是本實用新型的實例，其能夠以多種可選形式實施。附圖不必按比例繪製。可放大或最小化一些結構，以示出特定部件的細節。本申請中所公開的特定構造和功能詳情不應理解為限制，而僅僅作為教導本領域技術人員如何實踐本實用新型的代表性基礎。
[0025]參照圖1，示出了用以形成纖維強化組合件12的模具10。所示纖維強化組合件12包括在該零件內由虛線表示的纖維14，以及由點畫表示的樹脂16。在計劃將自衝鉚釘20 (如圖2所示)插入纖維強化組合件12中的預定位置19處形成有紐扣形凸起或「扣形物」 18，該扣形物18還可以是紐扣形凹槽或其它類似的紐扣形區域。通過下列步驟可形成扣形物18:將散纖維14或纖維墊/編織墊放置到模具型腔22內，然後將樹脂16沉積到模具型腔22內和模具10的其他部分上，以形成包括扣形物18的纖維強化組合件12。
[0026]參照圖2，所示的第二零件24在自衝鉚接工具26中裝配至纖維強化組合件12的上方。自衝鉚接工具26包括鉚釘衝頭28和支撐模30。第二零件24可由鋼、鋁或其他金屬製成。可選地，第二零件24可由纖維強化複合材料製成。在將自衝鉚釘20插入零件12、24之前，在纖維強化組合件12中的扣形物18與第二零件24之間限定了空隙32。
[0027]參照圖3，所示組件36包括纖維強化組合件12和第二零件24，它們通過自衝鉚釘20固定在一起。自衝鉚釘20具有插入端38，該插入端38穿透第二零件24的頂面40並插入纖維強化組合件12。應該理解，對頂面的參考不是限制性的，零件可以以任何方位布置。當使自衝鉚釘穿入第二零件24時，自衝鉚釘20的插入端38擴散開。來自第二零件24的材料與對應於空隙32 (如圖2所示)的位置緊貼。沿徑向移位的材料42填充在自衝鉚釘20的側面與纖維強化組合件12上形成的扣形物18之間。沿軸向移位的材料44填充在自衝鉚釘20的插入端與纖維強化組合件12上形成的扣形物之間。
[0028]自衝鉚釘20穿透纖維強化組合件12以形成機械互鎖，從而將兩個零件連接在一起。預製扣形物18和空隙32容納移位的材料42、44，並且減少作用在纖維強化組合件12的預製扣形物18所在區域的力。通過預製扣形物，能夠基本減少該扣形物破裂或開裂而露出纖維14的任何傾向。
[0029]儘管上面描述了示例性實施例，但並不意味著這些實施例描述了所公開的裝置和方法的所有可能形式。相反，本說明書裡所使用的詞語僅僅是描述性詞語而非限制性詞語，並且應當理解，在不背離所要求的本實用新型的精神和範圍的情況下可進行各種改變。可將不同實施實施例的結構組合在一起，以形成所公開概念的其他實施例。
【權利要求】
1.一種預製零件，其特徵在於，包括: 包括樹脂基體和強化纖維的組合件，所述組合件具有容納自衝鉚釘的預定位置； 在所述組合件中形成的紐扣形區域，所述紐扣形區域在所述預定位置形成了空隙， 其中，在所述組合件的上方裝配有第二零件，在所述紐扣形區域與所述第二零件之間限定了所述空隙。
2.根據權利要求1所述的預製零件，其特徵在於，強化所述樹脂基體的所述強化纖維還包括在所述預定位置中提供的編織墊。
3.根據權利要求1所述的預製零件，其特徵在於，強化所述樹脂基體的所述強化纖維還包括:分散在包括所述預定位置在內的整個所述樹脂基體中的散纖維。
4.根據權利要求1所述的預製零件，其特徵在於，所述預製零件與通過自衝鉚釘裝配到其上的裝配零件結合，所述自衝鉚釘穿透所述裝配零件和所述預製零件，所述結合還包括: 在所述自衝鉚釘和所述預製零件之間的所述空隙中的移位的材料將所述裝配零件鎖定在所述預製零件的所述紐扣形區域。
【文檔編號】F16S5/00GK203979859SQ201420065027
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年2月13日 優先權日:2013年2月15日
【發明者】艾因卓·麥凱爾維·坎貝爾 申請人:福特環球技術公司