[發明專利]碳纖維復合材料與鋁合金板材沖壓連接的方法及其裝置

有效

• 申請號: 201811548719.3
• 申請日: 2018-12-18
• 公開（公告）號: CN109483920B
• 公開（公告）日: 2020-03-10
• 發明（設計）人: 王健;于躍;鄭學豐;付昌云;李佳騰;張廣武
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: B29C70/78
• 分類號: B29C70/78
• 代理公司: 北京挺立專利事務所(普通合伙) 11265
• 代理人: 劉陽

本發明公開了碳纖維復合材料與鋁合金板材沖壓連接的方法及其裝置，屬于沖壓連接領域。本發明按照設計要求選定碳纖維復合材料與鋁合金板材的連接位置，在此位置碳纖維復合材料與鋁合金板材之間設置夾層結構，將此位置置于沖壓連接裝置，對碳纖維復合材料與鋁合金板材分別進行加熱，在溫度達到各自的可塑范圍時，進行沖壓連接。本發明可實現碳纖維復合材料與鋁合金板材連接，通過增加夾層結構，實現板材的機械互鎖，解決傳統無鉚連接無法實現連接點變形強化的問題。

技術領域

本發明屬于沖壓連接領域，具體涉及一種碳纖維復合材料與鋁合金板材沖壓連接的方法及其裝置。

背景技術

隨著汽車行業的飛速發展，汽車輕量化技術的應用大勢所趨，輕量化的替代性材料是業內普遍認可最具價值的輕量化技術。鋁合金已在車身上大量應用，而非金屬纖維復合材料等新材料也正逐步應用于車身制造中。對于非金屬纖維復合材料如果采用傳統的方式將兩塊板料連接在一起，那么,單件連接成本就比較高。現有成熟技術如鉚釘接或螺栓連接，準備工作、運輸成本和零配件的加工成本較高，且拆卸不方便、孔的產生存在應力集中、密封性差。螺栓連接在振動、沖擊、載荷變動和溫差過大的情況下，往往會產生松動而導致機械故障。鉚接對制孔的精度要求較高，工作時噪音大，結構笨重，且螺栓連接和鉚接均存在腐蝕問題，影響接頭質量。如果采用點焊,點焊機的投資較大,且存在應力集中、抗振動性差疲勞強度差。此外,對于多層板料相連接就更困難。而對于近年來得到推廣的新型連接技術，如SPR自沖鉚接技術、FDS流鉆鉚釘擰緊工藝的推廣，彌補了異種材料連接的空白。針對上述兩種連接方法，又因其皆須破壞被連接件表面，對材料造成不可逆傷害，使連接部位在壽命、疲勞強度、耐水、防鹽霧方面表現不佳。如果采用膠接，其可靠性差、缺乏有效的質量連接方法、膠接性能受環境(濕、熱、腐蝕介質)影響大、易老化不能傳遞大載荷。

發明內容

為了克服上述方式的缺陷，本發明提供了一種碳纖維復合材料與鋁合金板材沖壓連接的方法及其裝置，旨在利用沖壓連接模具沖壓連接點，以實現碳纖維復合材料與鋁合金板材之間不同厚度、不同連接層數的快速、高效、低成本的連接。

為了達到上述目的，本發明所采取的技術方案是：

碳纖維復合材料與鋁合金板材沖壓連接的方法，其特征在于，其步驟為：

按照設計要求選定碳纖維復合材料與鋁合金板材的連接位置，在此位置碳纖維復合材料與鋁合金板材之間設置夾層結構，將此位置置于沖壓連接裝置，對碳纖維復合材料與鋁合金板材分別進行加熱，在溫度達到各自的可塑范圍時，進行沖壓連接；

所述夾層結構由多層預浸料層和多層金屬納米顆粒層的層疊鋪設而成；所述預浸料層以碳纖維復合材料為主；所述金屬納米顆粒層的成分為鋁合金板材中的部分或全部金屬；

進一步的技術方案在于，所述夾層結構鋪設時，預浸料層從碳纖維復合材料向鋁合金板材鋪設，金屬納米顆粒層從鋁合金板材向碳纖維復合材料鋪設。

進一步的技術方案在于，所述預浸料層與金屬納米顆粒層交錯層疊鋪設。

進一步的技術方案在于，沖壓連接方法中預浸料層為碳纖維預浸料層，金屬納米顆粒為納米級鋁粉。

進一步的技術方案在于，所述碳纖維預浸料層鋪設時，其相鄰兩層纖維碳纖維預浸料層的纖維方向相互垂直。

一種用于上述所述方法的裝置，其特征在于，包括相互配合且用于沖壓連接的凸模、凹模，固定凹模的凹模底座，置于凹模底座上用于固定兩種薄板沖壓連接位置的壓邊圈；所述壓邊圈上設置供凸模進出的沖壓連接孔；所述凸模內部，以及凹模底座內部分別設置加熱裝置。

進一步的技術方案在于，所述裝置用于碳纖維復合材料與鋁合金板材的沖壓連接時，鋁合金板材與凸模接觸，碳纖維復合材料與凹模接觸，夾層結構鋪設于碳纖維復合材料與鋁合金板材之間。