本發(fā)明屬于通過沖壓實(shí)現(xiàn)金屬和碳纖維增強(qiáng)聚合物之間的機(jī)械互鎖接合（joint，連接）的特定領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
1、結(jié)構(gòu)部件的多材料設(shè)計(jì)（mmd）是以低成本和高生產(chǎn)量生產(chǎn)滿足安全要求的輕質(zhì)運(yùn)載工具（vehicle）部件的有吸引力的策略。mmd還促進(jìn)最適合的材料在每個(gè)生產(chǎn)的零件中的應(yīng)用，定制部件特性以平衡最大重量減輕、加工性、性能、耐久性和成本。因此，在汽車工業(yè)中對mmd的興趣正在上升，尤其是對輕金屬的組合，諸如鋁與碳纖維增強(qiáng)聚合物（cfrp）的組合。
2、考慮到這一點(diǎn)，這些不同的材料之間的接合是非常重要的，因?yàn)槠渫ǔＪ墙Y(jié)構(gòu)的最弱點(diǎn)并且其確定其結(jié)構(gòu)效率。用于金屬-frp多材料結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)接合策略包括機(jī)械緊固、膠粘劑結(jié)合（bonding）、混合型機(jī)械膠粘劑結(jié)合和焊接。
3、機(jī)械緊固策略在兩種材料之間產(chǎn)生機(jī)械互鎖，其主要優(yōu)點(diǎn)是其成本低、加工簡單、容易維護(hù)并且對工作環(huán)境不敏感。
4、金屬和cfrp之間的常規(guī)機(jī)械結(jié)合策略包括螺栓結(jié)合、自穿透鉚接（spr）和機(jī)械壓接（clinching）。然而，這些常規(guī)方法或通過包含緊固件而增加結(jié)構(gòu)的重量，或產(chǎn)生在復(fù)合材料中鉆孔的需要，這可能引入損害，諸如分層或纖維斷裂（breakage），降低結(jié)構(gòu)的承載能力。
5、還提出了替代的機(jī)械接合工序，以克服先前的缺點(diǎn)，諸如銷接合、環(huán)接合和其它接合方法。然而，所有這些替代方法都涉及高度復(fù)雜的加工，這阻礙了它們在像汽車市場的大批量市場中的工業(yè)應(yīng)用。
6、已經(jīng)開發(fā)了對常規(guī)機(jī)械接合的修改，諸如在復(fù)合材料中包含結(jié)合的金屬插入物以降低復(fù)合材料中的孔處的應(yīng)力集中因子，或?qū)⒏衫w維放置到發(fā)粘的預(yù)浸織物上以引導(dǎo)纖維匹配負(fù)載路徑并且改善螺栓接合的剛度和強(qiáng)度。常規(guī)的壓接也被調(diào)整以擴(kuò)展其對具有低延展性的材料的適合性，cfrp也是如此。一些示例是使用彈簧模具（die）、摩擦輔助壓接或軟化熱塑性復(fù)合物中的聚合物基體以增加復(fù)合物的韌性和可成形性。然而，所有這些修改暗示額外的工藝步驟或復(fù)雜性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的限制，本發(fā)明提出了一種用于機(jī)械地結(jié)合由金屬制成的第一片材和由包括纖維的復(fù)合材料制成的第二片材的方法，其中，使用設(shè)置有至少一個(gè)孔的支撐件和具有平坦基部并且與所述孔同軸的沖頭，所述孔具有周界（perimeter，外緣）并且所述沖頭具有內(nèi)接（inscribe）在孔周界中的周界，所述方法包括以下步驟：
2、a.?放置所述第一片材和所述第二片材，使得片材位于所述沖頭和所述支撐件之間，并且使得所述第一片材更靠近所述支撐件側(cè)，而所述第二片材更靠近所述沖頭側(cè)；
3、b.?用所述沖頭沖壓，直到被沖壓的所述第一片材的部分被切除。
4、表達(dá)“所述孔具有周界并且所述沖頭具有內(nèi)接在孔周界中的周界”意味著，在工廠視圖（plant?view）中，即，根據(jù)沖壓軸線從上方，所述周界將具有大體上相同的形狀，但是它們將由一空隙（gap）分開，該空氣將允許所述第二片材是連續(xù)的。
5、本發(fā)明提供了基于單步?jīng)_壓工藝的、成本高效的并且無重量懲罰的金屬和包括纖維的復(fù)合材料之間的機(jī)械接合技術(shù)。這樣的方法可以被容易地實(shí)施在汽車生產(chǎn)線中，在此處通常使用沖壓操作。其不通過添加緊固件來增加零件的重量，相反，它去除金屬材料的部分，使所述零件更輕。此外，在金屬材料中形成孔，由于其更高的塑性，這比復(fù)合材料更高效地緩解應(yīng)力集中。因此，在不增加結(jié)構(gòu)重量或接合工藝的復(fù)雜性的情況下使復(fù)合材料上的損害最小化。
6、此外，所述方法允許在與其它機(jī)械接合技術(shù)相同的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)接合強(qiáng)度，同時(shí)使復(fù)合材料上的損害最小化而不增加結(jié)構(gòu)重量或接合工藝的復(fù)雜性。
7、必須指出的是，所開發(fā)的接合工藝在金屬片材和復(fù)合材料之間形成緊密的表面接觸。如果兩種材料都是導(dǎo)電的并且它們的電化學(xué)電勢具有大差異，如鋁和碳纖維所發(fā)生的，此布置在存在電解質(zhì)的情況下易受電偶腐蝕。對此，潛在的緩解構(gòu)思將是在兩種材料之間添加絕緣層，諸如玻璃纖維層、富樹脂層或粘附層。
8、在一些實(shí)施例中，執(zhí)行步驟b）直到所述沖頭的所述平坦基部到達(dá)由第一層和所述支撐件之間的接觸平面限定的平面，并且使得被沖壓的所述第一片材的所述部分被切除。
9、在一些實(shí)施例中，所述孔是圓形孔，所述沖頭是圓柱形的，所述圓形孔具有直徑dh并且所述沖頭具有直徑dp，使得dh＞dp。
10、在一些實(shí)施例中，定義以下比率：
11、
12、t是所述第一片材、所述第二片材以及第三防粘附片材的總厚度，如果所述第三防粘附片材存在的話；
13、c被包括在[3%；75%]的范圍內(nèi)。
14、優(yōu)選地，c被包括在[13%；42%]的范圍內(nèi)。
15、在一些實(shí)施例中，在沖壓之前在所述第二片材上放置防粘附層，所述防粘附層是防粘附片材或油。
16、在一些實(shí)施例中，所述第一片材由鋁制成，并且所述第二片材由碳纖維增強(qiáng)聚合物制成。
17、在一些實(shí)施例中，所述第一片材是碳纖維增強(qiáng)聚合物、玻璃纖維增強(qiáng)聚合物、芳族聚酰胺或天然纖維增強(qiáng)聚合物。
18、在一些實(shí)施例中，所述纖維是被編織為斜紋2x2或單向的長纖維。
19、在一些實(shí)施例中，所述聚合物是：
20、-?環(huán)氧或酚醛熱固性基體；或
21、-?熱塑性塑料。
22、在一些實(shí)施例中，在所述第一片材和所述第二片材之間存在第三片材。所述第三片材可以是電絕緣體，以避免所述第一片材和所述第二片材之間的電流耦合。
23、有利地，所述方法包括另一步驟：
24、c.?通過局部施加壓力和溫度來固化結(jié)合處（junction）。
25、已經(jīng)知道用于接合cfrp和鋁合金片材的后固化方法，以減少在復(fù)合材料中所產(chǎn)生的損害。在本發(fā)明的上下文中，其允許大大改善接合。
26、優(yōu)選地，通過將結(jié)合的片材放置在設(shè)置有下模具和上模具的壓機(jī)中來進(jìn)行步驟c。作為一個(gè)替代方案，通過將結(jié)合的片材放置在袋中、在所述袋中形成真空并且對所述袋施加溫度來執(zhí)行步驟c。
27、本發(fā)明還涉及一種用于執(zhí)行根據(jù)上述變體中的任一個(gè)的方法的裝置，所述裝置包括設(shè)置有至少一個(gè)孔的支撐件和具有平坦基部并且與所述孔同軸的沖頭，所述孔具有周界，并且所述沖頭具有內(nèi)接在孔周界中的周界。優(yōu)選地，所述孔是圓形孔并且所述沖頭是圓柱形的，所述圓形孔具有直徑dh并且所述沖頭具有直徑dp，使得dh＞dp。
28、本發(fā)明還涉及一種運(yùn)載工具，所述運(yùn)載工具包括由第一片材和第二片材制成的部件，所述第一片材由金屬制成，所述第二片材由包括纖維的復(fù)合材料制成，其中，所述第一片材和所述第二片材用根據(jù)創(chuàng)新方法的變體中的任一個(gè)的方法結(jié)合。
29、本發(fā)明還涉及一種運(yùn)載工具部件，諸如混合型金屬復(fù)合物b柱、電池箱、飛行器部件、其它航空運(yùn)載工具部件，諸如無人機(jī)、水上運(yùn)載工具部件或其它運(yùn)載工具部件，包括由第一片材和第二片材制成的部件，所述第一片材由金屬制成，所述第二片材由包括纖維的復(fù)合材料制成，其中，所述第一片材和所述第二片材用根據(jù)創(chuàng)新方法的變體中的任一個(gè)的方法結(jié)合。