[发明专利]一种复合材料铆钉原位搅拌摩擦成型的铆焊工艺方法

权利要求书

1.一种复合材料铆钉原位搅拌摩擦成型的铆焊工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，将待连接上板材和下板材的预制孔对中定位，将复合材料铆钉插入预制孔内，露出待成型端部，复合材料铆钉背部用与之形状配合的刚性约束衬垫固定，所述的复合材料铆钉采用长纤维增强的树脂基；

步骤2，选用轴肩直径与上板材及下板材的板厚之和配套，且轴肩内凹槽符合工艺要求的搅拌头，所述的搅拌头采用端面带有球形凹槽且凹槽内带有导流锥形凸起的搅拌头；将选好的搅拌头安装到搅拌摩擦焊机上，将搅拌头与铆钉对中定位，通过搅拌摩擦焊机的控制面板设定焊接工艺参数及搅拌头行走路径；

步骤3，搅拌头在搅拌摩擦焊机主轴带动下以预定转速和下扎速度移动到指定位置，并维持一段预设的停留时间后；搅拌头在搅拌摩擦焊机主轴旋转带动下回抽，待冷却后即完成复合材料铆钉的成型，得到铆焊接头。

2.根据权利要求1所述的一种复合材料铆钉原位搅拌摩擦成型的铆焊工艺方法，其特征在于：所述的上板材为聚合物材料，所述的下板材为金属材料，上板材和下板材的厚度均为1～50 mm，上板材和下板材采用等厚设置或不等厚设置；上板材与下板材的层数之和为1～10层；上板材和下板材为平面板材、曲面板材或平面与曲面结合的复杂结构板材；所述上板材和下板材选用同种材料或异种材料。

3.根据权利要求1所述的一种复合材料铆钉原位搅拌摩擦成型的铆焊工艺方法，其特征在于：所述的预制孔为圆柱形、圆台形、多棱柱或棱台形孔，直径为2～40 mm。

4.根据权利要求1所述的一种复合材料铆钉原位搅拌摩擦成型的铆焊工艺方法，其特征在于：所述的预制孔为与螺纹铆钉配合的螺纹孔、与阶梯型或锥型变径铆钉相配合的异型孔或适用于埋头铆钉且两端带有锪窝的预制孔。

5.根据权利要求1所述的一种复合材料铆钉原位搅拌摩擦成型的铆焊工艺方法，其特征在于：所述的复合材料铆钉的铆钉杆伸出板材部分为待成型端，且待成型端直径小于等于铆钉杆直径，复合材料铆钉的非成型端的铆钉头直径大于复合材料铆钉的铆钉杆的直径，其铆钉头为半圆形、扁圆形、锥形、方形或多边形；复合材料铆钉非成型端的铆钉头中心加工有与刚性约束的衬垫配合的锥孔、“一”字形凹槽或“十”字形凹槽。

6.根据权利要求1所述的一种复合材料铆钉原位搅拌摩擦成型的铆焊工艺方法，其特征在于：所述的刚性约束的衬垫与复合材料铆钉的铆钉头接触的端面开设有圆形、方形、矩形或多边形凹槽；刚性约束的衬垫与复合材料铆钉的铆钉头接触的端面中心加工有锥状凸起、“一”字形凸起或“十”字形凸起。

7.根据权利要求1所述的一种复合材料铆钉原位搅拌摩擦成型的铆焊工艺方法，其特征在于：所述搅拌头的轴肩直径为4～80 mm，其端部分为平面、球形凹槽，根据需要可制成带有倒角的柱形凹槽或带有倒流锥状凸起的凹槽；搅拌头的轴肩外表面有一层或多层涂层，当上板材 为硬质合金时，为防止搅拌头的轴肩磨损，喷涂耐磨涂层；当上板材 为高熔点金属时，为防止搅拌头的轴肩软化变形，喷涂隔热涂层；当上板材 为树脂基复合材料时，为防止搅拌头的轴肩粘连材料，喷涂脱模涂层；所述的搅拌头的转速为50～10000 r/min；下扎速度为0.1～10 mm/min，回抽速度为0.1～100 mm/min，预设的停留时间为0～200 s。

8.根据权利要求1所述的一种复合材料铆钉原位搅拌摩擦成型的铆焊工艺方法，其特征在于：所述复合材料铆钉的成型方式分为单侧加工成型和双侧加工成型两种，当采用单侧加工成型时，即对待成型端使用旋转搅拌头进行加工，背部非成型端为预制形式，铆焊过程中使用背部刚性约束的衬垫进行固定；当采用双侧加工成型时，复合材料铆钉插入上板材和下板材的预制孔内，铆钉上下两端露出待加工部位，呈相反旋转方向的两个搅拌头的轴肩对铆钉上下两侧进行搅拌摩擦铆焊加工，形成双侧原位加工成型的搅拌摩擦铆焊接头。

9.根据权利要求1所述的一种复合材料铆钉原位搅拌摩擦成型的铆焊工艺方法，其特征在于：适用于复合材料铆钉的铆焊结构根据具体工艺分为适用于铆钉头为球形凸起的铆焊结构、适用于铆钉头为圆柱形状凸起的铆焊结构、适用于铆钉头端部带有凹槽的铆焊结构、适用于埋头铆钉的铆焊结构、适用于锪窝铆钉孔的铆焊结构、适用于复合材料板材上置或金属板材上置的铆焊结构，适用于预制纤维增强复合材料铆钉与下置复合材料板一体成型的金属板材上置式铆焊结构以及复合材料铆钉双面加工成型的铆焊结构。