[发明专利]纤维复合材料层合板无孔冲压胶铆连接方法及连接装置

说明书

本发明公开一种纤维复合材料层合板无孔冲压胶铆连接方法及连接装置，其包括加热棒、铆接冲头和铆接凹模，铆接凹模固定于超声波振动装置中，在铆接过程中，铆接冲头、热熔胶深坑铆钉和铆接凹模的轴线重合，铆接冲头将热熔胶深坑铆钉刺入铺放于铆接凹模之上的复合材料中，在冲压过程中，碳纤维增强树脂基复合材料和金属板在热熔胶深坑铆钉的挤压下形成的凸起，压入W型凹槽中，融化的热溶胶流入热熔胶深坑铆钉压入时产生的缝隙内，铆接冲头回程时，热熔胶深坑铆钉留在复合材料层合板中，熔融的热熔胶在板材中固化。本发明解决了无铆连接过程中的材料损伤，以及胶接中材料层间粘接不牢固和溢胶问题，连接可靠，操作简单。

技术领域

本发明涉及异种复合材料连接技术领域，具体涉及一种纤维复合材料层合板无孔冲压胶铆连接方法及连接装置。

背景技术

随着汽车行业的飞速发展，汽车轻量化技术的应用大势所趋，轻量化作为实现节能减排的重要措施之一，已成为新能源汽车发展的技术瓶颈。铝合金已在车身上大量应用，而纤维复合材料等新材料与铝合金的连接也在不断研究中。传统的金属碳纤维增强复合塑料材料的连接技术有胶接、自冲铆铆接(SPR)以及流钻螺接(FDS)等工艺。但是，在纯胶接工艺中，由于所使用的结构胶往往需要经过高温作用，在较高的温度下保温一段时间以确保其固化，而金属碳纤维增强复合塑料等异种材料热膨胀系数差异较大，固化过程会导致胶接接头产生严重变形甚至脱胶，影响接头强度和密封效果。对于自冲铆铆接工艺(SPR)和流钻螺接工艺(FDS)，两种连接技术都会在碳纤维增强复合塑料板上钻孔，易造成碳纤维增强复合塑料板的分层与撕裂，影响金属碳纤维增强复合塑料层合板的连接强度。

现在的无铆连接技术是利用冲压设备上的上凸模和环状槽的凹模，通过高压力将被连接板件挤压进环状槽的凹模内，在进一步的挤压过程中，经过板件材料的塑性流动，实现两种不同材料的连接，其原理是利用材料的可塑性，在挤压处形成一个相互镶嵌的圆点或者矩形点，由此将两层或多层板件连接起来。

通常传统实现不同材料之间连接是胶接的方式，但是在较高的温度下，胶液流动性强，很容易在板件间出现溢胶的现象，造成原料的损失，以及使用时出现问题。因此，将无铆连接和胶接两种方式结合起来，能够弥补两者之间的缺陷，更好的实现金属板和碳纤维增强树脂基复合材料的连接。

发明内容

针对以上情况，本发明提供一种纤维复合材料层合板无孔冲压胶铆连接方法及连接装置，其目的是为了解决无铆连接过程中由于机械破坏造成板件材料的损伤，以及胶接中材料层间粘接不牢固和溢胶问题，实现金属碳纤维增强树脂基复合材料层合板更好的连接。

本发明所采用的技术方案是提供一种纤维复合材料层合板无孔冲压胶铆连接方法，其包括以下步骤：

S1：将铆接凹模固定于超声波振动装置中，并开启超声波振动装置，使其工作；

S2：先将金属板铺放在所述铆接凹模的第一表面，再将碳纤维增强树脂基复合材料放置在所述金属板的第一表面上；

S3：将热熔胶深坑铆钉固定到铆接冲头之上；

S4：将加热棒放入铆接冲头中，打开温控加热装置，待温度达到热熔胶熔点且不使热熔胶失效后，启动气液增压系统；

S5：所述铆接冲头带动所述热熔胶深坑铆钉刺入铺放好的碳纤维增强树脂基复合材料中，碳纤维增强树脂基复合材料和下层金属板在热熔胶深坑铆钉的冲压下形成凸起；

S6：热熔胶深坑铆钉的铆钉尖口在压入过程中向外张开，热熔胶受到高温作用融化，随着铆钉尖口的不断压入，融化的热熔胶从缝隙流入碳纤维增强树脂基复合材料和下层金属板层间以及铆钉尖口与金属板的缝隙处，从而在实现嵌合的同时完成胶接，实现对金属板和碳纤维增强树脂基复合材料的连接；

S7：关闭温控加热装置，铆接冲头回程，关闭超声波振动装置，板材中的热熔胶固化，热熔胶深坑铆钉留在板材中，得到金属碳纤维增强树脂基复合材料层合板，连接终止。