用于通過鉚接接合部件的系統和方法與流程

本技術總體上涉及用于接合零部件或工件的系統和方法，并且更具體地涉及用于使用包括獨特配置的模具和鉚釘的鉚接系統互鎖部件的系統和方法。模具和鉚釘配置成使得鉚釘的遠側邊緣或尖端在被迫穿過這兩個部件之后向上朝工件轉動，從而產生將部件鎖定在一起的機械掛鉤。

背景技術：

在諸如消費者電子器件、家用產品和用具、農業、建筑設備、運輸系統、汽車、航空和航海的行業中，諸如鋁的各種制造材料接合以形成重量相對較輕的連接部分。聚合復合物還連接至金屬或其它聚合物。

制造商可通過將某些聚合物或復合物材料與其它材料組合來選擇具有有利特性(諸如重量輕、極高的順應性或可成型、高強度、耐用)或具有理想紋理或顏色的材料。制品可以包括各種部件(例如，外部、內部或裝飾特征)，其中材料經過選擇并且配置成承受(例如)熱和/或化學侵蝕性環境或用于噴涂或者隨時間變化的耐化學性。

由于聚合物和其它低質量材料的使用日益增長，諸如激光焊接和超聲焊接等壓縮模制和模制后接合技術也被更普遍地使用。

用于接合類似或不同材料的工藝包括機械接合(例如，螺栓和鉚釘)、熔接(例如，熔接弧焊和激光焊接)、固態接合(例如，摩擦攪拌焊接和超聲焊接)、釬焊和錫焊以及粘附劑粘合等。

穩健而無需大的成本的接合材料具有挑戰性。考慮因素包括所接合的材料的化學、機械和熱行為。當設計不同材料接頭時，必須考慮例如(諸如但不限于)材料厚度、表面能量、熔化溫度的差異以及每種材料的熱膨脹/收縮的因素必須。不同材料的材料性質的差異使得焊接接合尤其具有挑戰性并且在某些情況中是不可能的。

轉向附圖并且更具體地轉向第一附圖，圖1說明用于將第一工件110接合至第二工件120的常規鉚釘接合系統100。

系統100包括鉚接機130，其包括主體132以及定位鄰近于機器主體132并且可相對于該機器主體移動的活塞或沖壓機134。系統100包括基座140、模具150和鉚釘160。

在操作中，機器主體132定位鄰近于工件中的第一工件110，如由圖1中的箭頭133所指示。

鉚釘160定位在沖壓機134與第一工件110之間。沖壓機134向下推壓在鉚釘160上，如由箭頭180所指示，從而迫使鉚釘160的遠側尖端162刺穿工件110、120，首先穿過工件110、120中的近側工件110、超出該兩個工件110、120之間的界面115，并且進入工件110、120中的遠側工件120。

常規技術的設計者必須在更多裂紋或更小鉚釘擴張之間做出選擇，其中的每一個均降低了接頭質量。

這樣的技術的缺點包括接頭具有的強度小于理想強度。傳統技術還使用相對較短的鉚釘，該鉚釘并未穿過下部、第二工件120。當鉚釘160保持為淺深度并且未能擴張時，接頭強度低于理想強度。

非理想接頭強度還可起因于產生在鉚接過程中的不可接受的裂開程度(例如，裂紋117)。尤其對于具有相對較低延展性的材料(諸如碳纖維熱塑性復合物)，裂開(包含工件內的微裂紋和脫層)是可能的。為了避免裂開，多種技術使用相對較短的鉚釘160來盡可能較低程度地刺穿至第二工件120中。另外，為了避免裂開，通常使用具有相對較高延展性的材料，這限制了在最終產品中使用的選項。

技術實現要素：

歸因于前述提及的缺陷，需要用于牢固地、有效地且具成本效益地接合工件的鉚接系統和方法。

在各個實施例中，本技術包括用于由鉚釘機械地聯結相鄰工件的鉚接系統。該系統包括突出體，該突出體在側面具有在相反方向上從頂點朝相應的過渡點延伸的相對突出體壁段。該系統還包括具有凹槽表面的至少一個凹槽，該凹槽表面包括(i)從過渡點延伸至凹槽底部的凹槽內壁以及(ii)從凹槽底部延伸至凹槽外緣的凹槽外壁。

從頂點朝過渡點延伸的相對突出體壁段可以沿著分割線在相反方向上從頂點朝過渡點延伸。且凹槽外壁在某個部分處比凹槽外緣可以伸出更遠以便在模具的操作中迫使鉚釘支腳彎曲使得鉚釘尖端朝向分割線移動。

在各個實施例中，突出體在某個方向上比凹槽外緣的位置延伸得更遠，使得當工件中的近側工件和鉚釘在鉚接模具的操作中首次彼此接觸時，該工件首先接觸模具的突出體，而非首先在凹槽外緣處或緊鄰凹槽外緣接觸該突出體。

在某些情況中，突出體的高度等于或大于凹槽的深度。

在各個實施方案的側視圖中，凹槽的整個表面連續彎曲和/或突出體的整個表面連續彎曲。

鉚釘和模具可以是諸如一起出售或者提供用于制造接頭的同一系統的部分。工件也可以是具有一個或多個鉚釘和/或模具的系統的部分。

鉚釘可以具有大于所聯結工件的厚度(沿著鉚接線測量)的和的高度，使得鉚釘在系統的操作中可完全穿過工件。

在各個實施例中，本技術包括用鉚釘形成的接頭。該接頭包括第一工件、第二工件以及包括鉚釘頭部和鉚釘支腳的鉚釘，其中鉚釘支腳在第一方向上延伸穿過工件、在垂直于第一方向的第二方向上向外擴張，并且朝總體上與第一方向相反的第三方向回轉，從而形成將第一工件機械地聯結至第二工件的機械掛鉤。

在第一、第二和第三方向上延伸之后，鉚釘支腳可以在總體上朝向鉚釘頭部的第四方向上延伸。

在某些實施方案中，鉚釘支腳的整個側面在鉚釘支腳的頭部側上被第二工件中的工件覆蓋。

在某些情況中，鉚釘的尖端設置在第二工件內。

第二工件在鉚釘后面(例如，下面)的部分在某些情況下凸起，從而具有與結合鉚釘使用以形成接合第一和第二工件的接頭的鉚釘模具的形狀對應的凸度。

鉚釘支腳以及第二工件的材料可以在它們之間形成間隙或空間，當觀察側視圖中的接頭時該間隙或空間是封閉的。

本技術還包括使用鉚釘和模具機械地聯結相鄰工件的過程。該過程包括：將第二工件定位成接觸模具；將包括頭部和具有遠側邊緣或尖端的支腳的鉚釘定位成鄰近于工件中的第一工件；以及施用負荷至鉚釘頭部，由此迫使遠側尖端以預定方式移動。該尖端被迫使(i)刺穿第一工件，(ii)刺穿第二工件，(iii)首先在突出體的側壁或模具的凹槽的內壁處且接著沿著凹槽的內壁接觸模具，(iv)當到達凹槽底部時向外擴張，(v)沿著下部凹槽表面朝外部凹槽壁向外和向上擴張，以及(vi)沿著凹槽的外壁向上移動，使得支腳形成機械地聯結相鄰工件的機械掛鉤。

在某些實施方案中，總體上沿著負荷線施用負荷，且鉚釘尖端在向外擴張和向上移動之后朝負荷線移動。

該過程進一步包括由包括處理器的控制器從輸入裝置接收指示該過程的負荷和移位值的數據。

該過程可進一步包括由控制器比較負荷和移位值與預確立的負荷/鉚釘-移位曲線。

該過程可進一步包括基于比較結果確定是否適當地執行鉚接。

在某些實施方案中，該過程包括如果沒有適當地執行鉚接，那么啟動傳送提醒和標記由鉚接形成的接頭裝置中的一項或兩項。該過程可以包括傳送提醒以供工作人員或計算機化或至少電子裝置接收和/或諸如通過沖壓來標記接合的產品或者標記在顯然有缺陷的接頭附近或其它處接合的工件中的一個。

本技術的其它方面將在下文部分說明和提出。

附圖說明

圖1說明用于接合工件的常規技術。

圖2說明根據本公開的實施例的用于接合工件的第一示例性鉚接模具。

圖3說明根據本公開的實施例的通過鉚釘使用圖2的模具和沖壓機接合的工件。

圖4說明由圖3中所示的操作接合之后的工件，其中移除了沖壓機和模具且鉚釘邊緣向外和向上擴張。

圖5說明通過除鉚釘邊緣在向外和向上擴張之后向內推動外類似于圖3中所示操作的操作接合之后的工件。

圖6示出了示例性負荷-移位圖表。

圖7示出了替選的掛鉤機構。

圖8示出了具體配置用于使用來自鉚接過程的力信號來評估該過程的控制器，該過程包括比較該信號與類似于圖6的預確立負荷/鉚釘-移位曲線。

圖9示出了用于不同高度的鉚釘以及具有和不具有墊圈的情況下的示例性接頭強度值。

圖10說明用于接合工件的第二示例性鉚接模具。

附圖不一定是按比例繪制且某些特征可以被放大或縮小，諸如示出特定部件的細節。在某些實例中，并未詳細描述公知的部件、系統、材料或方法以免混淆本公開。

具體實施方式

根據需要，本文公開了本公開的詳細實施例。所公開的實施例僅僅是可以各種和替選形式及其組合體現的實例。如本文所使用，例如，示例性和類似術語廣泛地指代用作示意圖、樣品、模型或模式的實施例。

本文提及的設置特征的方式可指代(但不限于)相對于其它特征定位該特征的方式。本文提及的配置特征的方式可指代(但不限于)調整特征大小的方式、塑形特征的方式和/或特征的材料。為了簡單起見，所配置的術語可用于指代上文在此段落中描述的配置和設置這二者。

本文所公開的具體結構和功能細節不應被解釋為限制性的，而僅僅是權利要求的原理，并且是用于教導本領域技術人員采用本公開的典型原理。

雖然本技術主要是結合汽車而描述，但是本技術不限于汽車。可在各種應用中、諸如結合飛機和海上船舶使用該概念。

雖然本技術通常是關于垂直聚焦空間背景描述(其中鉚釘最初總體上被迫垂直向下進入所連接的工件中)，但是本文的描述不限于此定向。該描述因此在它們的范圍內包括其它空間背景，諸如(例如)其中鉚釘被迫在側面、以任何角度呈對角線或甚至向上進入工件，其中模具定位在相對側處。

I.本技術的概述

本技術包括用于使用新型機械掛鉤接合零部件或工件的新型模具。

模具獨特地塑形為使得鉚釘的遠側邊緣或尖端在被迫穿過這兩個工件之后朝所接合的工件向外和向上擴張。

II.圖2、圖3和圖10

圖2說明根據本公開的實施例的用于接合工件的第一示例性模具250¹的橫截面示意圖。圖10說明根據本公開的實施例的用于接合工件的第二示例性模具250²的橫截面示意圖。每個模具有時候總體上是由本文的符號250標示。

模具250包括至少一個導向凹槽252。在各個實施例中，導向凹槽252總體上為圓形。凹槽252定位成鄰近于突出體254。在某些實施方案中，凹槽252可被視為在突出體254周圍形成微塵。

在各個實施例中，突出體254是模具250上的最高點，如圖2中所示。當工件(例如，板材)110、120和模具250定位成彼此相鄰時，突出體254因此是接觸第二工件120的模具250的第一部分。

在某些實施方案中，突出體254是接觸工件110、120的模具250的唯一部分。在其它實施方案中，某些下部工件材料被推壓以接觸鄰近于導向凹槽252、與突出體254相對的中間點265¹或表面265²，如圖3中所示。中間點265¹和表面265²介于突出體254的頂部的較高高度與凹槽252的下部部分的較低高度之間或中間。

在各個實施例中，突出體254部分或總體上彎曲。在某些情況中，突出體254包括總體上半球形部分。突出體254不一定在全部位置處完全呈圓形。在各個實施例中，沿著一個或多個半徑257形成突出體254的表面255的至少一部分。作為實例，半徑257可在約1.5mm至約2.0mm的范圍中。

類似于所有模具尺寸，半徑257也可以另一個模具尺寸來表示。例如，半徑被表示為總模具高度、鉚釘高度、工件厚度等的百分比、分率、比率或倍數。

導向凹槽252部分或總體上彎曲。在各個實施例中，沿著一個或多個半徑259形成每個導向凹槽252的凹槽側253(包括253₁和253₂)的表面的至少一部分。

在各個實施例中，為了結合熱塑性工件110、120使用，例如，半徑259可在約0.7mm至約1.0mm的范圍中。

凹槽252包括連接至突出體254的側壁256的內側或內壁253¹。

如下文更多地描述，在使用模具250時，鉚釘310的遠側邊緣或尖端312(圖3)在被迫使刺穿工件110、120之后將首先在凹槽內側壁253¹或突出體側壁256處接觸模具250。在圖3中，包括掛鉤和其遠側尖端312的區域是由參考符號7標示，其指示該區域在圖7中示出。

在某些實施例中，內側壁253¹略圓或總體上扁平。凹槽內側壁253¹過渡至突出體側壁256。在某些實施例中，突出體側壁256略圓或總體上扁平。在其中兩個壁253¹、256均具有彎曲部分的某些實施例中，相應的彎曲部分總體上在相反方向上彎曲，其中壁253¹、256連接的點處不存在彎曲。凹槽內側壁253¹可(例如)在與相鄰突出體側壁256的彎曲相反的方向上彎曲(即便是極細微彎曲)。

壁253¹、256之間的過渡可發生在對應于中間點265¹或表面265²的模具250的高度處或附近。

凹槽252的內壁253¹可以各種角度261中的任一角度相對于垂面延伸。角度261還可或反而被視為描述突出體254的壁256相對于垂面延伸的角度、和/或模具250在凹槽252的內側壁253¹與突出體側壁256之間的過渡區處的角度，如通過圖2可理解的。雖然模具250在此可具有其它角度261，但是在各個實施例中，角度261介于約45度與約60度之間。此角度范圍可以有利于接合熱塑性工件的實施方案。對于接合金屬的實施方案，例如，角度261可以更小，諸如介于約35度與約50度之間。對于熱塑性復合物，具有較大相對角度261、將鉚釘支腳向外更容易地擴張、接著向上穿過下部工件120似乎是有利的。

在過渡區處和/或其附近的模具250的區域可稱為初始接觸區域，因為鉚釘310的遠側邊緣312在鉚接期間將首先接觸模具250。

在預期實施例(未詳細示出)中，鉚釘310包括接合工件110、120的多個支腳。每個支腳的遠側尖端將被迫使刺穿工件110、120并且接觸模具250，此時支腳將開始于尖端而各自向外、接著向上且可從這里稍微向內擴張。下文進一步描述鉚釘支腳在向上移動之后向內移動一定距離的潛在性。

導向凹槽252包括寬度262。可測量介于凹槽252的外緣263與凹槽252的內緣264之間的寬度262。凹槽側253在凹槽252的外緣263處到達模具250的中間點265¹。

雖然導向凹槽252可具有其它寬度262而不脫離本公開，但是在某些實施例中，寬度262介于約3mm與約4mm之間。如果寬度262太大，那么可促使裂開和/或損壞鉚釘310的遠側邊緣。

對于其中接合金屬的實施方案，寬度262可相同或較高，諸如介于約3mm與約5mm之間。應當明白的是，本文所述的所有尺寸(諸如長度、寬度和厚度)取決于實施方案的尺度。對于較厚工件，例如，較長鉚釘310和較大模具250將是適當的。

在預期實施例中，模具250²配置成使得凹槽252的外側253²向上移動、接著在外緣263處向內轉動，如圖10中所示。外壁253²從凹槽252的底部總體上向上且接著短暫地朝突出體254延伸。

模具250的外壁253²(例如，第一示例性模具250¹或第二示例性模具250²)以相對于垂直面的角度269延伸。雖然導向凹槽252可具有其它外壁角度269而不脫離本公開，但是在某些實施例中，外壁角度269以約90度開始鄰近于凹槽252的底部，并且彎曲或者在外緣263處或附近以約180度延伸。在類似于圖10中所示的實施例中，壁在邊緣263處進一步延伸使得角度269在外緣263處或附近超出180度。如可知，凹槽外壁延伸超出凹槽外緣263。或換言之，外緣263與外壁253²的一部分重疊，并且在某些情況中與凹槽底部的一部分重疊。在模具250²的操作中，此幾何形狀迫使鉚釘支腳314彎曲使得鉚釘遠側邊緣312朝鉚接模具的分割線移動。分割線可為(例如)在所示的示例性視圖中垂直延伸穿過突出體的中線，諸如圖2中所示的分割線。

突出體254包括寬度266(圖2)。可測量中心部邊緣之間的寬度266，其中突出體254在該中心部邊緣到達中間表面265。雖然突出體254在可具有其它寬度266而不脫離本公開，但是在某些實施例中，寬度266介于約2mm與約2.5mm之間。

對于接合金屬工件110、120的實施方案，寬度266可相同或較高，諸如介于約2mm與約3mm之間。對于熱塑性復合物，寬度266可更小，諸如2mm以下或在包括2mm至3mm范圍的下端的范圍內，以最小化鉚釘310的不佳邊緣的裂開程度。

每個突出體254包括在某些實施方案中從中間點265¹或表面265²測量至突出體的頂點或尖端的高度267(圖2)。突出體254為凸形，延伸至中間點265¹或表面265²上。在預期實施例中，測量從約過渡點264至突出體254的頂點的高度。

突出體254可配置并且設置在模具250中使得當工件110、120放置在模具250上、接觸突出體254且在工件上施用壓力(例如，圖3中的箭頭133和/或箭頭180)時，突出體254凸起或向上推動至下部工件120中。圖3中通過實例方式示出了所得位置。

凸起促使鉚釘支腳314的遠端擴張或分叉，從而形成鉚釘支腳。支腳在向外和向上推動時形成機械掛鉤以將該兩個工件110、120機械地鎖定在一起。

雖然突出體254可具有其它高度267而不脫離本公開，但是在某些實施例中，高度267介于約0.2mm與約0.4mm之間。

對于接合金屬工件110、120的實施方案，高度267可相同或較大，諸如介于約0.25mm與約0.5mm之間。為了接合熱塑性復合物工件110、120，較低相對高度267(諸如0.2mm以下或在包括0.25mm至0.5mm范圍的下端的范圍)可將鉚釘130(例如，鉚釘的壁或側面)以及鉚釘130與工件110、120中的一個或多個之間的連接中的任一個的鐓鍛最小化。

每個凹槽252包括在某些實施方案中從中間表面265測量的深度268。雖然凹槽252可具有其它深度268而不脫離本公開，但是在某些實施例中，深度268介于約1.0mm與約2.0mm之間。

對于接合金屬工件110、120的實施方案，深度268可較大，諸如介于約1.5mm與約2.2mm之間。對于熱塑性復合物，較小深度(諸如1.5mm以下或在包括1.5mm至2.2mm范圍的下端的范圍內)可以幫助避免下部工件120裂開。

突出體254的高度267以及凹槽252的深度268可限定為相對于彼此的比率。例如，高度267和深度268在各個實施例中具有一比一(1:1)比率，其中高度和深度是相同的。在某些實施例中，高度267大于深度，諸如比深度268大1.2、1.3、1.4或1.5倍。

對于其中接合金屬工件110、120的各個實施方案中，高度267小于深度268。例如，高度與深度268的比率可介于約1:9與約1:3之間，例如，高度267是約0.25mm且深度是約0.5mm。較大比率可以將下部工件120的裂開最小化并且將鉚接時(例如，熱塑性復合物的)鉚釘的鍛墩最小化-該比率可例如介于約1:5與約1:2.5之間。

III.圖3、圖5、圖7和圖10

圖3示意地說明了用于將第一工件110接合至第二工件120的鉚釘-接合系統300的橫截面。雖然本公開主要描述了連接兩個工件110、120，但是本公開涵蓋其中由本技術的鉚釘和模具連接兩個以上工件的實施例。

工件110、120可各自包括一種或多種材料，并且在各個實施例中包括彼此相同的材料或不同材料。示例性材料包括聚合復合物(諸如碳纖維增強尼龍復合物)并且包括一種或多種金屬(諸如鋁)。

系統300包括鉚接機302。在各個實施例中，機器302可類似于上文結合圖1描述的機器130，其具有主體132以及定位成鄰近于機器主體132并且可相對于機器主體132移動的活塞或沖壓機134。在其它實施例中，使用足以用于執行所需沖壓或推動功能的另一種鉚接力來源，諸如人或其它機器(例如，機器人)。

系統300包括新型模具250和新型鉚釘310。在各個實施例中，模具250是可具有一個或多個鉚釘310的獨立子系統或系統。在各個實施例中，鉚釘310是可獨立或連同模具250制造和/或出售的獨立子系統或系統。

在操作中，機器主體132定位成鄰近于第一工件110，并且可設置成接觸工件110或在工件110上施用向下力，如由圖3中的箭頭133所指示。

鉚釘310定位在沖壓機134下方和工件110、120上方。沖壓機134向下沖擊或者推壓在鉚釘310上，如由箭頭180所指示，從而迫使鉚釘310的支腳314的遠側邊緣312刺穿工件110、120-首先穿過工件110、120中的近側工件110、超過該兩個工件110、120之間的界面115，并且進入工件中的遠側工件120。

在圖3中，包括掛鉤和其遠側尖端312的區域是由參考符號7標示，其指示該區域在圖7中示出。

在某些實施方案中，取決于該系統的特性(例如，工件材料、厚度、鉚釘尺寸等)，下部工件120中的一些被下拉使得鉚釘310在工件120的下表面122以下或者由于鉚釘310的移動而移位至工件120的下表面122以下。由圖3中的參考符號316指示的材料包括此移位的材料。

在某些實施例中，墊圈或墊片(未示出)定位在鉚釘的部分(例如，鉚釘頭部)與工件之間。另外或替選地，為了類似目的可使用較大(例如，較寬)鉚釘頭部。目的包括更廣泛地分布從鉚釘310傳送至工件110、120的任何力。墊片支承原本將會傳遞至相鄰工件110的負荷。通過分布該力，工件110、120或至少上部工件110在鉚接期間置于更小應力之下。起因于較大頭部或墊片的接頭可比所形成的不具有較大頭部或墊片的接頭更牢固。下文結合圖9更多地描述該益處。

雖然鉚釘310下可包括其它材料而不脫離本公開的范圍，但是在各個實施例中，鉚釘310包括諸如鋼(奧氏體或馬氏體)、鋁或銅的金屬、熱塑性塑料、任何聚合物、合金等或其它。

模具250和/或鉚釘310配置成(例如，高度、形狀)使得鉚釘310在被迫使穿過這兩個工件110、120之后接觸凹槽252，并且響應于該接觸而朝工件110、120向外且接著向上擴張，諸如圖3中所描繪。根據規定，促使擴張的模具250配置可包括延伸至中間點265¹或表面265²上的突出體254。

雖然鉚釘310可具有其它高度-在刺穿之前從鉚釘頭部311的頂部測量至鉚釘遠側邊緣312-而不脫離本公開的范圍，但是在各個實施例中，鉚釘310具有介于約8mm與15mm之間的高度。通常，可基于包括所接合的工件的厚度和模具250的尺寸的因素來選擇鉚釘高度。

在某些實施例中，鉚釘310具有尖銳遠側邊緣312以限制刺穿時產生在工件110、120上的應力。邊緣312優選地為了此目的而盡可能尖銳。

一方面，將一個或兩個工件110、120預熱以在鉚接之前將材料軟化，由此減小由鉚接引起的應力。

根據所需性能特性配置包括支腳厚度的鉚釘尺寸和材料。選擇尺寸和材料使得支腳314具有足夠大的強度來承受初始刺穿并且具有足夠大的延展性以在刺穿之后擴張和彎曲。還選擇尺寸和材料以促使所得接頭穩健、牢固。應當選擇尺寸和材料使得例如所形成的機械掛鉤是牢固的。

可由各種比率表示鉚釘高度。該高度可例如介于所接合的工件110、120的組合厚度的約1.5倍與約2倍之間。該比率在某些實施方案中更大。

雖然工件110、120可具有其它厚度(圖3中垂直測量)而不脫離本公開的范圍，但是在各個實施例中，其各自具有約2.5mm的厚度。在各個實施例中，各自具有約2.0mm與約3.0mm之間的厚度。

除鉚釘310與工件110、120之間的其它機械連接(諸如工件110、120與鉚釘支腳314的中間部分之間的摩擦)外，擴張促成的掛鉤機構315還產生機械鎖。掛鉤機構315在鉚接過程中可以擠壓下部工件120的材料和/或將下部工件120的材料上推。這樣的材料是由圖3和7中的參考符號316所指示。

如上所述，外壁253²沿著線總體上向上延伸或彎曲，或具有切角(為角度269)(圖2)。結合外壁253²的至少一點，角度269在各個實施例中為約180度。根據規定，在預期實施例中，外壁253²進一步延伸或彎曲超過垂直方向而達到大于180度的角度269，如圖10中所示。

鉚釘310在這樣的實施方案中可具有適當配置(例如，具有適當高度)且模具250配置成(例如，尺寸)使得遠側邊緣312被迫擴張直到凹槽252的內側壁253¹和底部、向上擴張直到外壁253²。在某些實施方案中，遠側邊緣312在一定程度上可橫向地返回朝突出體254延伸。圖5中示出了示例性所得連接。鉚釘支腳314在某些實施例中可向內轉動，即使凹槽邊緣263并未類似于圖10中所示的模具250²一樣向內卷曲。

在各個實施例中，掛鉤機構315在形成時部分圍繞并且支撐第二工件120的材料的部分316。在垂直背景下，材料316將高于掛鉤機構315。在任何定向中，工件120的材料316均可被視為在掛鉤機構315的鉚釘頭部側上。

以這些方式，掛鉤機構315在鉚釘310與工件110、120之間以及所接合的工件110、120之間產生穩健的機械連接。所得連接大于通過常規鉚接技術產生的連接。

在預期實施方案中，模具250和鉚釘310配置成使得隨著遠側邊緣312被推動穿過工件120、向外和向上擴張而在鉚釘支腳314與第二工件120之間形成間隙700(圖7)。以此方式，間隙700可被封閉。

在掛鉤機構315形成間隙700之后，如果鉚釘310的遠側邊緣312繼續被迫使進入第二工件120中，那么該間隙的大小降低或基本上消除了。如圖3的側視圖中所示，間隙或空間可以是封閉的。

IV.圖4

圖4說明在從沖壓機302和模具250中移除工件110、120之后通過圖3中所示的操作接合的工件。

下部工件120或這兩個工件120、110中的凹陷部(由于模具250的突出體254如上所述般凸起至第二工件120中而形成)是由圖4中的標號400標示。參考標號401標示由模具的突出體上推的下部工件120的一定材料。

V.圖5

圖5說明了通過類似于圖10中所示的操作或類似于圖3中所示操作的操作接合的工件110、120，其中鉚釘310和模具250配置成使得鉚釘310的遠側邊緣312總體上橫向地向外、接著總體上向上且接著進一步總體上橫向地向內擴張，如上所述。

VI.圖6至8

圖6示出了示例性負荷/鉚釘-移位圖表600，其示出了在鉚接期間施用至鉚釘310的輸入力或負荷與進入工件110、120中的鉚釘移位之間的關系。y軸602表示施用在鉚釘上的負荷或力，且x軸604表示鉚釘移位。示例性負荷-移位曲線或特征是由參考標號601指示。

可通過比較指示每次鉚接期間的實際負荷和移位的反饋信號或數據與負荷-移位曲線601來實時地評估或監測鉚接過程。

在執行控制器或計算機處可從傳感器或其它部件(是鉚接機302的部分或連接至鉚接機302)接收反饋。部件(例如，傳感器)可配置成感測例如活塞或沖壓機134的移位，其與鉚釘移位相關。在每個實例處，部件還可配置成感測所需的或傳送至鉚釘310以推動鉚釘310的負荷量。當對推動鉚釘310的阻力增加時，曲線601的高度增加。

諸如伺服機的許多現有鉚接機輸出移位值作為它們的正常操作的部分。測量負荷的示例性部件是測力傳感器或壓力或力傳感器。

類似于本公開中使用的所有術語，負荷-移位曲線601可由類似字詞取代。其它術語包括力-移位曲線、力-移位特征和負荷-移位特征。曲線601可以各種方式中的任一種(包括通過測試鉚接或計算機計算(諸如包括仿真))而產生。

進一步參考圖6的示例性特征601，可將鉚接過程分割為在一定程度上可重疊的四個(4)主要階段：確立或夾緊606、刺穿608、擴張610和互鎖612。

在確立階段606中，鉚接機302嚙合鉚釘310并且開始施用負荷。在此階段中，機器302開始在鉚釘310上施用負荷，這旨在克服對刺穿的靜態阻礙，諸如第一工件110頂部上的表面張力。因此，鉚釘移位最初低至零，并且隨著該過程前進至刺穿階段608而開始增加。

在刺穿階段608中，對鉚釘310施用足夠大負荷以迫使鉚釘支腳314穿過第一工件110且接著穿過第二工件120。在刺穿階段608中，支腳314的遠側邊緣312朝模具凹槽252的底部完全穿過第二工件120。突出體254的坡度可將支腳314的遠側邊緣312導向至凹槽252中。

隨著鉚接機302繼續產生負荷，擴張階段610開始。在擴張階段610中，遠側邊緣312沿著模具凹槽內壁253¹橫向地向外擴張。擴張沿著凹槽252的下部部分且最終沿著凹槽252的外壁253²繼續進行。

在擴張結束之后或即將結束時，互鎖階段612開始。

圖6的虛線部分613示出了特征601在新型互鎖階段612中如何根據形成在前面兩個階段608、610中的坡度而變化。更具體地，特征601包括對應于鉚接過程的階段的獨特下降615，在該階段中，鉚釘310的遠側邊緣312從下部工件120中脫落。此時，移位繼續進行，而所需力降低。

在鉚釘邊緣312退出工件120(開始下降615)之后，鉚釘310嚙合突出體254或凹槽252的側面。由于嚙合，鉚釘310上繼續進行鉚釘移位的所需力因此增加，并且由斜升617處的力值增加來指示。

在斜升617中，鉚釘支腳314向外、且接著向上且在某些情況中又接著向內擴張。

分析控制器可為具體配置的計算裝置，其配置有使得控制器的處理器執行比較的代碼。圖8中示出且下文進一步描述示例性控制器800。

在確定是否適當地執行當前鉚接時，控制器800比較當前鉚接的實際負荷-移位曲線與601處所示的預確立負荷-移位曲線或另一個這樣的預設負荷-移位曲線。該比較不一定包括比較當前鉚接的實際負荷-移位曲線的所有部分與預確定負荷-移位曲線601。該比較確定(例如)實際負荷-移位曲線是否包括所描述的下降615。如果不包括，那么鉚釘310出于某個原因可能無法刺穿下部工件120。示例性原因包括所選擇的鉚釘太短或鉚釘太軟而無法刺穿一個或兩個工件110、120。作為另一實例，鉚釘支腳314可出于某個原因而擴張，而邊緣312仍然在第一工件110或第二工件120內，而非在穿過這兩個工件之后擴張。

在進一步確定是否適當地執行當前鉚接之后，控制器800可確定實際負荷-移位曲線是否包括所描述的斜升返回617。如果不包括，那么鉚釘310出于某個原因而可能無法擴張和鉤住。示例性原因包括鉚釘尖端斷裂或模具的非既定缺失。

在各個實施例中，該比較包括確定是否存在下降615和斜升617，或所識別的下降615和斜升617是否具有充足形狀(例如，坡度、大小)。在某些實施方案中可執行該確定但不會確實比較實際曲線與預確立曲線。預確立曲線可以可比較實際鉚接負荷-移位數據以確定下降615和斜升617是否存在或所識別的下降615和斜升617是否具有滿意形狀的其它方式表示，例如(諸如)數據點、閾值等。

控制器800可配置成響應于確定當前鉚接的實際負荷-移位不匹配預定負荷-移位曲線601的預測負荷和/或僅僅確定不存在或充分存在下降615和斜升617(即，鉚釘并未按計劃定位)-啟動通知或提醒的提供。示例性提醒動作包括將故障或警告信號傳輸至該系統的燈或其它顯示裝置或另一個計算裝置和/或本地個人裝置，在這些情況中的任一情況下例如使得燈點亮或揚聲器發出聲音。

在預期實施例中，加標簽于或標記使該比較失敗的部分以指示接合不充分。該指示可設置成諸如由戳記或工件壓痕指示有問題的鉚釘的區域。

控制器800可以各種方式中的任一方式(諸如通過作為各種更大系統801中的任一個的部分，諸如膝上型計算機、平板電腦、其它移動通信裝置或鉚接機器人或其它機器)來實施。雖然沒有示出圖8中說明的所有部件之間的連接，但是該部件可彼此互動以實行系統功能。

如所示，具體配置的控制器800包括存儲器或計算機可讀存儲裝置802，諸如易失性介質、非易失性介質、可抽取式介質和不可抽取式介質。如說明書和權利要求書中所使用，術語計算機可讀介質和其變體是指有形或非暫時性計算機可讀存儲裝置。

在某些實施例中，存儲介質包括易失性和/或非易失性、可抽取式和/或不可抽取式介質，諸如(例如)隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)、固態存儲器或其它存儲器技術、CDROM、DVD、藍光或其它光盤存儲裝置、磁帶、磁盤存儲裝置或其它磁性存儲裝置。

具體配置的控制器800還包括計算機處理器804，其借助于諸如計算機總線的通信鏈路806連接或可連接至計算機可讀存儲裝置802。

處理器804可為多個處理器，其可包括單個機器或多個機器中的分布式處理器或并行處理器。處理器可用于支持虛擬處理環境。處理器可包括狀態機、專用集成電路(ASIC)、包括現場可編程門陣列(PGA)的PGA，或狀態機。本文對執行代碼或指令以執行操作、動作、任務、功能、步驟等的處理器的提及可包括直接執行操作和/或促進、引導或結合另一個裝置或部件來執行操作的處理器。

計算機可讀存儲裝置802包括前述提及的計算機可讀指令或代碼808。計算機可執行指令808可由處理器804執行以使得處理器和因此具體配置的控制器800執行本公開中所述的計算功能的任何組合。

具體配置的控制器800進一步包括輸入/輸出(I/O)裝置820，諸如無線收發器和/或有線通信端口。在某些實施例中，執行指令808的處理器804以諸如信號、消息或分組化數據的形式將信息發送至一個或多個通信網絡812(諸如內聯網或互聯網)和從一個或多個通信網絡812(諸如內聯網或互聯網)接收信息，用于將鉚接過程或鉚接機數據傳送至另一個計算機。

具體配置的控制器800包括或連接至一個或多個本地輸入/輸出裝置814，其包括至少一個本地輸入裝置816和/或一個或多個本地輸出裝置818。輸入816可包括測量如提及的鉚接中的實際負荷和移位的傳感器或部件。本地輸出裝置818可包括單獨的本地計算系統或自動化系統，諸如鉚接機302或機器人設備，其控制鉚接、一個或多個實施主體(例如，工件和/或鉚釘)的放置和/或移動所得接合工件。裝置818的輸出還可包括上文提及的提醒結構。

VII.圖9

如上文所討論，當將鉚釘擠壓至工件中時，墊圈或墊片可定位在鉚釘的部分(例如，鉚釘頭部)與工件之間。另外或替選地，較大鉚釘頭部可用于類似目的-更廣泛地分布從鉚釘傳送至頂部工件110的任何力。墊片或較大頭部可防止鉚釘310下降至相鄰工件120中。通過分布該力，工件110、120或至少上部工件110在鉚接期間置于更小應力之下。

圖9示出了用于不同高度的鉚釘以及具有和不具有墊圈的情況下的示例性接頭強度值的圖表900。

為了制備圖表900，測量在使用各種鉚釘形成接頭之后將該接頭分離所需要的力的大小以及在具有和不具有墊圈的情況下所需的力的大小。y軸902表示分離力的大小。在示例性測試中，以千牛頓(kN)測量分離力。

沿著x軸904設置各種鉚釘設置。該設置包括7毫米(mm)鉚釘的數據906、8mm鉚釘的數據908、9mm鉚釘的數據910、10mm鉚釘的數據912和11mm鉚釘的數據914。

實線列表示當未使用墊圈或墊片時相應鉚釘的分離力。虛線列表示當使用墊圈時該鉚釘的分離力。

每一列的頂部處的I條指示起因于各種測量的誤差的范圍或裕度。

如所示，該測試指示與基本鉚釘頭部大小相比使用墊圈或墊片時接頭更牢固。預期使用大于基本大小的鉚釘頭部(諸如具有對應于墊片的大小)將遵循相同、類似或更好的結果。

另外如所示，該測試指示當使用較長鉚釘(諸如展示較大鉚釘-工件厚度比率的鉚釘)時接頭更牢固。預期此效果至少部分導致由較大機械鎖產生的基腳增大。一旦鉚釘刺穿第二工件120，大幅降低工件110、120上的應力。因此，采用刺穿后的附加接合活動的益處使得工件110、120極少或不會變弱。雖然已經發現較長鉚釘是有利的，但是預期到存在限制(包括使用更長鉚釘的空間限制)且期望可由對應于每個背景-例如，工件厚度、材料等的設計者確定理想高度長于用于接合工件的傳統鉚釘。

VIII.本技術的選擇益處

上文描述了本技術的許多益處和優點。本節涉及某些益處和優點并且提及某些其它益處和優點。所述益處并非本技術的益處的詳盡形式。

鉚釘310與工件110、120之間的連接大于可使用常規鉚接技術進行的連接。工件110、120之間促成的連接也大于可使用常規鉚接技術進行的連接。

與現有技術相比，所得接頭(圖4)的整體靜態強度顯著增大。較高強度起因于各種因素，諸如所形成的機械掛鉤且在某些實施例中所使用的墊片或較大頭部。

與某些現有技術相比，鉚釘310與工件120的邊緣(例如，圖1中的117)之間的下部工件120裂開的潛在性消除了或至少大幅降低了。與其中鉚釘遠側邊緣312從未離開第二工件120且因此如果鉚釘支腳314擴張那么鉚釘的遠側邊緣擴張同時仍然在工件120中的常規技術相比，在該遠側邊緣退出下部工件120之后將該鉚釘支腳擴張可促使極少裂開或不裂開。使用較尖銳鉚釘(例如，超尖銳鉚釘邊緣)也可促使極少裂開或不裂開。使用墊片或具有較大頭部的鉚釘也可促使極少裂開或不裂開。允許極少裂開或不裂開的本技術的輔助益處是與受限于使用相對較高延展性的材料的許多現有技術相比可使用更低延展性的材料。

IX.總結

本文公開了本公開的各個實施例。所公開實施例僅僅是可以各種和替選形式以及其組合體現的實例。

上述實施例僅僅為了清楚地理解本公開的原理而陳述的實施方案的示例性說明。

可以對上述實施例進行改變、修改和這二者的結合，而不脫離權利要求書的范圍。本文在本公開的范圍和下列權利要求書中包括了所有這些改變、修改和這二者的結合。