[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

一種復合材料鉚釘原位攪拌摩擦成型的鉚焊工藝方法，步驟1，將待連接上下板材的預制孔對中定位，將復合材料鉚釘插入預制孔內，復合材料鉚釘背部用剛性約束襯墊固定；步驟2，選用軸肩直徑合適且軸肩內凹槽符合工藝要求的攪拌頭，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，并設定焊接工藝參數及攪拌頭行走路徑；步驟3，攪拌頭以預定轉速和下扎速度移動到指定位置并維持一段停留時間后，隨后攪拌頭回抽，待鉚焊部位冷卻后即完成復合材料鉚釘的成型，得到鉚焊接頭。該方法解決了長纖維增強復合材料鉚釘無法通過傳統壓鉚及沖擊鉚接進行成型、高分子聚合物鉚釘熱鉚成型過程中鉚釘端部流動性差等問題。

技術領域

本發明屬于復合材料與金屬連接技術領域，具體涉及一種復合材料鉚釘原位攪拌摩擦成型的鉚焊工藝方法。

背景技術

復合材料鉚釘具有質量輕、比強度高、不易腐蝕等特點，綜合性能優于金屬鉚釘，在目前結構輕量化設計的趨勢下，其應用潛力巨大。特別地，長纖維增強的樹脂基復合材料鉚釘，其抗剪能力較高，適用于如機械結構之間及鋼筋混凝土梁之間的連接場合。由于復合材料鉚釘脆性高、易崩裂的特點，傳統沖擊錘鉚、基于抽芯鉚釘的拉鉚以及新型的電磁鉚接等壓力鉚接方式均不再適合其鉚接過程。目前復合材料鉚釘的成型加工主要有兩種：一是現場組裝方式，即在生產現場完成復材鉚釘的浸漬、纖維排布和成型固化，復材鉚釘固化成型后即完成結構的鉚接；二是對鉚釘待成型端進行熱鉚加工。這兩種工藝均耗時費力，且生產效率較低。同時，現場鉚釘固化成型的鉚接組裝方式對環境適用性較窄，只能在車間生產現場對結構進行鉚接組裝。對于熱鉚加工方式，由于復材鉚釘中的纖維無法纏繞或重新排布，導致其熱鉚接頭強度較低；該方式只適用于熔點較低的純樹脂類材料，而對于耐高溫復合材料的連接較為困難且持續較高的溫度也會對結構性能造成不利影響；由于塑料熱導率較低，塑料鉚釘與孔壁及板材上表面之間無材料混合行為，鉚接接頭的密封性無法進一步提升。如申請號為201580003629.4的中國專利申請所公開的熱鉚方式中，采用中心加熱棒的方式對塑料鉚釘進行加熱，另用熱鉚裝置端部的金屬片對塑料鉚釘進行按壓，以保證鉚釘成形。在整個鉚釘頭加熱按壓成型的過程中，其內部的塑料材料未發生較好流動，因此該技術不適用于內部帶有長纖維增強的復合材料鉚釘成型。綜上所述，尋找一種廣泛適用于復合材料鉚釘加工成型的高效便捷的連接工藝能有效提高復合材料鉚釘的應用范圍，對于工業行業實現結構輕量化的目標具有重要的意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種能夠實現復合材料鉚釘高效便捷的原位攪拌摩擦成型的鉚焊工藝方法，它是將復合材料鉚釘以背部裝夾的方式固定在預制鉚釘孔中，使用高速旋轉并下壓的攪拌頭對鉚釘待成型端的樹脂進行摩擦產熱和頂鍛按壓，以此來促進復材鉚釘頭的基體軟化流動以及其內部增強纖維的旋轉交纏與重新分布，最終完成鉚釘的原位攪拌摩擦成型及其作用下的金屬與復合材料板材間的鉚焊連接。

一種復合材料鉚釘原位攪拌摩擦成型的鉚焊工藝方法，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；

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，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帶動下旋轉回抽，待冷卻后即完成復合材料鉚釘的成型，得到鉚焊接頭。

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1～50mm，上、下板材采用等厚或不等厚設置；上板材與下板材的層數之和為1～10層；上、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。特別地，所述上板材和下板材亦可選用同種材料或異種材料。

所述的預制孔為圓柱形、圓臺形、多棱柱或棱臺形孔，直徑為2～40mm。