[發明專利]一種復合材料鉚釘原位攪拌摩擦成型的鉚焊工藝方法

有效

• 申請號: 201910915512.3
• 申請日: 2019-09-26
• 公開（公告）號: CN110654035B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 姬書得;熊需海;李鳴申;馬琳;張利國;呂贊;楊康;胡為
• 申請（專利權）人: 沈陽航空航天大學
• 主分類號: B29C65/64
• 分類號: B29C65/64
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李珉

1.一種復合材料鉚釘原位攪拌摩擦成型的鉚焊工藝方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，將待連接上板材和下板材的預制孔對中定位，將復合材料鉚釘插入預制孔內，露出待成型端部，復合材料鉚釘背部用與之形狀配合的剛性約束襯墊固定，所述的復合材料鉚釘采用長纖維增強的樹脂基；

步驟2，選用軸肩直徑與上板材及下板材的板厚之和配套，且軸肩內凹槽符合工藝要求的攪拌頭，所述的攪拌頭采用端面帶有球形凹槽且凹槽內帶有導流錐形凸起的攪拌頭；將選好的攪拌頭安裝到攪拌摩擦焊機上，將攪拌頭與鉚釘對中定位，通過攪拌摩擦焊機的控制面板設定焊接工藝參數及攪拌頭行走路徑；

步驟3，攪拌頭在攪拌摩擦焊機主軸帶動下以預定轉速和下扎速度移動到指定位置，并維持一段預設的停留時間后；攪拌頭在攪拌摩擦焊機主軸旋轉帶動下回抽，待冷卻后即完成復合材料鉚釘的成型，得到鉚焊接頭。

2.根據權利要求1所述的一種復合材料鉚釘原位攪拌摩擦成型的鉚焊工藝方法，其特征在于：所述的上板材為聚合物材料，所述的下板材為金屬材料，上板材和下板材的厚度均為1～50 mm，上板材和下板材采用等厚設置或不等厚設置；上板材與下板材的層數之和為1～10層；上板材和下板材為平面板材、曲面板材或平面與曲面結合的復雜結構板材；所述上板材和下板材選用同種材料或異種材料。

3.根據權利要求1所述的一種復合材料鉚釘原位攪拌摩擦成型的鉚焊工藝方法，其特征在于：所述的預制孔為圓柱形、圓臺形、多棱柱或棱臺形孔，直徑為2～40 mm。

4.根據權利要求1所述的一種復合材料鉚釘原位攪拌摩擦成型的鉚焊工藝方法，其特征在于：所述的預制孔為與螺紋鉚釘配合的螺紋孔、與階梯型或錐型變徑鉚釘相配合的異型孔或適用于埋頭鉚釘且兩端帶有锪窩的預制孔。

5.根據權利要求1所述的一種復合材料鉚釘原位攪拌摩擦成型的鉚焊工藝方法，其特征在于：所述的復合材料鉚釘的鉚釘桿伸出板材部分為待成型端，且待成型端直徑小于等于鉚釘桿直徑，復合材料鉚釘的非成型端的鉚釘頭直徑大于復合材料鉚釘的鉚釘桿的直徑，其鉚釘頭為半圓形、扁圓形、錐形、方形或多邊形；復合材料鉚釘非成型端的鉚釘頭中心加工有與剛性約束的襯墊配合的錐孔、“一”字形凹槽或“十”字形凹槽。

6.根據權利要求1所述的一種復合材料鉚釘原位攪拌摩擦成型的鉚焊工藝方法，其特征在于：所述的剛性約束的襯墊與復合材料鉚釘的鉚釘頭接觸的端面開設有圓形、方形、矩形或多邊形凹槽；剛性約束的襯墊與復合材料鉚釘的鉚釘頭接觸的端面中心加工有錐狀凸起、“一”字形凸起或“十”字形凸起。

7.根據權利要求1所述的一種復合材料鉚釘原位攪拌摩擦成型的鉚焊工藝方法，其特征在于：所述攪拌頭的軸肩直徑為4～80 mm，其端部分為平面、球形凹槽，根據需要可制成帶有倒角的柱形凹槽或帶有倒流錐狀凸起的凹槽；攪拌頭的軸肩外表面有一層或多層涂層，當上板材 為硬質合金時，為防止攪拌頭的軸肩磨損，噴涂耐磨涂層；當上板材 為高熔點金屬時，為防止攪拌頭的軸肩軟化變形，噴涂隔熱涂層；當上板材 為樹脂基復合材料時，為防止攪拌頭的軸肩粘連材料，噴涂脫模涂層；所述的攪拌頭的轉速為50～10000 r/min；下扎速度為0.1～10 mm/min，回抽速度為0.1～100 mm/min，預設的停留時間為0～200 s。

8.根據權利要求1所述的一種復合材料鉚釘原位攪拌摩擦成型的鉚焊工藝方法，其特征在于：所述復合材料鉚釘的成型方式分為單側加工成型和雙側加工成型兩種，當采用單側加工成型時，即對待成型端使用旋轉攪拌頭進行加工，背部非成型端為預制形式，鉚焊過程中使用背部剛性約束的襯墊進行固定；當采用雙側加工成型時，復合材料鉚釘插入上板材和下板材的預制孔內，鉚釘上下兩端露出待加工部位，呈相反旋轉方向的兩個攪拌頭的軸肩對鉚釘上下兩側進行攪拌摩擦鉚焊加工，形成雙側原位加工成型的攪拌摩擦鉚焊接頭。

9.根據權利要求1所述的一種復合材料鉚釘原位攪拌摩擦成型的鉚焊工藝方法，其特征在于：適用于復合材料鉚釘的鉚焊結構根據具體工藝分為適用于鉚釘頭為球形凸起的鉚焊結構、適用于鉚釘頭為圓柱形狀凸起的鉚焊結構、適用于鉚釘頭端部帶有凹槽的鉚焊結構、適用于埋頭鉚釘的鉚焊結構、適用于锪窩鉚釘孔的鉚焊結構、適用于復合材料板材上置或金屬板材上置的鉚焊結構，適用于預制纖維增強復合材料鉚釘與下置復合材料板一體成型的金屬板材上置式鉚焊結構以及復合材料鉚釘雙面加工成型的鉚焊結構。