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燃油經(jīng)濟性和CAFE的要求，這增加了人們對應(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)，這是形成接點的結(jié)果和提供機械互鎖的必要形變。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，纖維會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，因為這樣會降低接點的持久性并導(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，但是粘接在單獨使用時是一種產(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運動)。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，又能實現(xiàn)低延展性材料的接合。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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”)來實現(xiàn)。用于插入SPR的工具為鉚接機床，其包括沖壓機和作為支撐的沖模。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，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，該方法進一步包括通過分別將包括纖維強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)中隨機分布或陣列分布的纖維強化材料。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，其包括具有纖維強化材料的第一層和未進行強化以在復(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)隨機分布或陣列分布的纖維強化材料。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施例的詳細說明之后，會更深入理解本發(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床將自沖鉚釘插入兩個面板的由初始設(shè)置至鉚接工藝完成的制造過程的一系列示意圖；圖2是示出一個鉚釘處于即將插入金屬件和復(fù)合材料件的位置的示意圖；圖3是示出自沖鉚釘穿透第一面板并插入具有附加樹脂基質(zhì)的第二復(fù)合材料面板的局部截面圖；圖4是以部分截面示出在具有附加樹脂基質(zhì)材料的區(qū)域中使用自沖鉚釘接合在一起的一對面板的正面的立體圖。具體實施方式下面提供了本發(fā)明的示意性實施例的詳細描述。所公開的實施例是本發(fā)明的實例，其能夠以多種形式和替代形式實施。圖示未按比例繪制。若干部件被放大或縮小以顯示特定構(gòu)件的細節(jié)。在本申請中所公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細節(jié)不應(yīng)被解釋為限制，而是僅僅作為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員如何實踐本發(fā)明的典型基礎(chǔ)。參照圖1A至圖1D，自沖鉚接機床整體由參考標(biāo)號10表示。自沖鉚接機床10用于將自沖鉚釘12(以下簡稱“SPR”)插入第一面板(或零件)16和第二面板(或零件)18。第一面板可以是鋼、鋁或其他金屬面板，或者可選地可以為復(fù)合材料件，諸如包含纖維強化樹脂的SMC(超級鍍膜)復(fù)合面板。第二面板或零件18為復(fù)合面板，在其下側(cè)優(yōu)選地設(shè)置有附加基質(zhì)材料。第二面板或零件18的結(jié)構(gòu)會參照圖2-4進行更為詳細的描述。圖1A所示第一面板16和第二面板18被夾持在防皺壓板20和沖模22之間，防皺壓板20和沖模22接合面板堆疊的相對側(cè)。還可提供具有各種組分的額外面板。本發(fā)明適用于包括三層、四層或更多層具有不同厚度和組分的面板。當(dāng)沖壓機24沖壓鉚釘時，沖模22為面板16和18提供支撐。參照圖1B，其示出了鉚接工藝的第一部分，其中，在面板16和18上形成壓痕26，面板16和18被壓入形成于沖模22中的果仁狀突起(pip)28中。盡管在所示實施例中示出了果仁狀突起28，但是具有平坦表面的沖模22也可以在所公開的工藝中使用。鉚釘12包括中空管狀部分30，其被壓入第一面板16和第二面板18中以將面板接合在一起。參照圖1C，示出了通過沖壓機24將鉚釘12完全插入到第一面板16和第二面板18中直到鉚釘與第一面板16齊平。在鉚釘12的管狀部分30被沖壓穿透第一面板16并插入第二或復(fù)合面板18的同時，防皺壓板20對第一面板16持續(xù)施加壓力。當(dāng)自沖鉚釘插入面板16和18時，金屬小塊(slug)32與第一面板16分離并夾持在鉚釘12的中空管狀部分30內(nèi)。如圖所示，該中空管狀部分30在第二面板18覆蓋的果仁狀突起28上方被沖壓之后處于延展?fàn)顟B(tài)。參照圖1D，示出在使鉚釘12穿透第一面板16并插入第二面板18之后，將防皺壓板20和沖壓機24從第一面板16上移開?？蹱罴?4由鉚釘12形成，其中扣狀件34在鉚釘12穿透面板16并部分穿入第二面板18時形成。所示鉚釘12與接合的面板16和18處于即將從沖模22中移除的位置。參照圖2，單個鉚釘12被示出處于準(zhǔn)備通過鉚釘12的插入而接合的兩個面板16和18的上方。纖維填充層36包含隨機分布的纖維和填料。纖維填充層36可包含碳纖維、玻璃纖維、云母或天然纖維填料，其可以配置為隨機復(fù)合材料或松散填充材料。纖維填充層36被封裝在樹脂基質(zhì)中。該樹脂基質(zhì)可以是熱塑性或熱固性樹脂。基質(zhì)層38在第二面板18的正面40鄰近纖維填充層36配置。此處使用的術(shù)語“正面”是為了確定面板堆疊件與鉚釘12插入的一側(cè)相對的一側(cè)?；|(zhì)層38的厚度優(yōu)選為3微米以上，以提供可使鉚釘12的管狀部分30延伸進入的柔韌非脆性層。在纖維填充層36的上方提供約為1到2微米厚的頂層44。如圖所示，放大了層38和層40的厚度以在圖中明顯可見。提供頂層44意在按照要求確保面板上存在光滑表面。網(wǎng)紋表面46可配置在第二面板18的正面40上。網(wǎng)紋表面46可用于防止纖維填料在模壓或面板成形過程中移動至與正面40過近的位置。網(wǎng)紋表面46允許額外的樹脂積累到3微米以上，以緊鄰正面40形成相對純粹的基質(zhì)混合物。網(wǎng)紋表面46可設(shè)置在第二面板18的整個表面上或者可以設(shè)置在局部區(qū)域中。參照圖3，鉚釘12被示出穿透第一面板16并插入整體由參考標(biāo)號18表示的第二面板。第二面板18優(yōu)選為復(fù)合材料，例如SMC面板、注塑成型面板、壓縮成型面板或Vartum液體真空輔助制造面板。隨著鉚釘12的插入，金屬小塊32與第一面板16分離。金屬小塊32將鉚釘12的管狀部分30鎖定為延展?fàn)顟B(tài)并與第二面板18的纖維填充層36互鎖?；|(zhì)層38促進在第二面板18的正面40上形成光滑扣狀件34。纖維填充層36中的纖維在鉚釘12的管狀部分30插入時會發(fā)生移位，但任何移位的纖維都被基質(zhì)層38約束在面板內(nèi)部。參照圖4，所示第一面板16處于第二面板18下方。相較于上面所示的其他視圖，第一和第二面板是倒置的，以示出在局部區(qū)域添加了基質(zhì)材料的兩個區(qū)域。在圖示的邊緣區(qū)域52中設(shè)置了額外的樹脂以允許使用鉚釘12將兩塊面板接合到一起(如圖1至圖3所示)。鉚釘12在插入過程中在邊緣區(qū)域52上形成扣狀件34。以類似的方式，圖示局部或全部為圓形的單個鉚釘區(qū)域54可設(shè)置在特定局部區(qū)域中以容納單個鉚釘12(如圖1至圖3所示)。通過僅設(shè)置添加基質(zhì)的局部區(qū)域52、54，可以在最小化第二面板18的重量的同時配置基質(zhì)層38，其中，形狀良好且光滑的扣狀件34可以在第二面板18的正面上形成。雖然在上面對示例性實施例進行了描述，但并不意味著這些實施例描述了本發(fā)明所有可能的形式。相反，在本說明書中所用的詞語是描述性的而非用于限制，并且應(yīng)當(dāng)理解，在不背離本發(fā)明的主旨和范圍的前提下可以作出各種改變。此外，可以將實現(xiàn)實施例的多種特征進行組合以形成本發(fā)明的其他實施例。