[发明专利]一种带有旋向限位的自填充摩擦铆焊装置及铆焊方法

说明书

本发明提出了一种带有旋向限位的自填充摩擦铆焊装置及铆焊方法，属于摩擦铆焊技术领域。解决了金属基复合材料难以通过传统焊接的方式实现与其他材料的有效连接的问题。铆焊装置包括铆焊工具、上铆接板、下铆接板、非回旋体铆孔和铆钉，所述上铆接板和下铆接板内均设有非回旋体铆孔，所述铆钉置于非回旋体铆孔中并贯穿上铆接板和下铆接板，所述铆焊工具设置在非回旋体铆孔和铆钉的正上方并与铆钉相连。它主要用于自填充摩擦铆焊。

技术领域

本发明属于摩擦铆焊技术领域，特别是涉及一种带有旋向限位的自填充摩擦铆焊装置及铆焊方法。

背景技术

金属基复合材料因为优异的尺寸稳定性、良好的高温力学性能在航空航天关键叶片结构、精密测量机构中具有广泛应用，然而这一类材料往往焊接性极差，难以通过传统焊接的方式实现与其他材料的有效连接。摩擦铆焊作为一个结合铆接机械互锁与焊接冶金连接双重优势的固相连接方法，其过程中铆接冲击力小不易引发开裂，焊接温度低残余应力小，在应用于金属基复合材料等高比强度低延展性材料方面具有显著的优势。此外，由于摩擦铆焊过程中存在大塑性形变及其形变自发热效应，铆钉材料可充分热塑化镦粗充满铆孔以提高界面强度。据此设想，如将铆孔设计为非回旋体结构，使铆钉塑化充满铆孔，以带来旋转自锁特性，可使得铆焊结构承受一定的扭矩，拥有导向性优良，传递能量、变形平稳性好等一系列优点，从而进一步提高其结构整体尺寸稳定性，这将大大拓展摩擦铆焊在高尺寸稳定性要求构件领域的应用广度和深度。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的问题，提出一种带有旋向限位的自填充摩擦铆焊装置及铆焊方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种带有旋向限位的自填充摩擦铆焊装置，它包括铆焊工具、上铆接板、下铆接板、非回旋体铆孔和铆钉，所述上铆接板和下铆接板内均设有非回旋体铆孔，所述铆钉置于非回旋体铆孔中并贯穿上铆接板和下铆接板，所述铆焊工具设置在非回旋体铆孔和铆钉的正上方并与铆钉相连。

更进一步的，所述铆焊工具包括夹持部、过渡部和轴肩部，所述夹持部上设置有定位平面，所述过渡部连接夹持部和轴肩部，所述过渡部上设置有多个同心圆槽结构的散热槽，所述轴肩部上设置有圆角，轴肩部底面开设有凹孔，所述凹孔内设置有凸点。

更进一步的，所述非回旋体铆孔为二次旋转对称铆孔、四次旋转对称铆孔或六次旋转对称铆孔。

更进一步的，所述铆钉包括铆钉柱体和下铆钉帽，所述铆钉柱体与下铆钉帽相连，所述铆钉柱体端面中心设置有定位凹槽。

更进一步的，所述铆焊工具的材质为高速工具钢、硬质合金、钨铼合金或聚晶立方氮化硼，所述铆焊工具的材料硬度不低于铆钉的材料硬度。

更进一步的，所述铆钉的材质为镍基高温合金，所述上铆接板和下铆接板的材质为金属基复合材料。

更进一步的，所述铆钉的长度大于非回旋体铆孔的深度，所述铆钉的直径小于非回旋体铆孔内径，所述铆钉凸出上铆接板的体积不小于非回旋体铆孔的未填充体积。

本发明还公开了一种带有旋向限位的自填充摩擦铆焊装置的铆焊方法，它包括以下步骤：

步骤1：将铆钉预置于非回旋体铆孔中并贯穿上铆接板和下铆接板；

步骤2：将铆焊工具置于非回旋体铆孔及铆钉正上方，铆焊工具轴线对准非回旋体铆孔轴线，将铆焊工具与铆钉相连；

步骤3：铆焊工具旋转并以一定速度下压，直到轴肩部距上铆接板上表面一定距离位置；

步骤4：铆焊工具与铆钉发生旋转摩擦并产生形变热，使得铆钉热塑化并在铆焊工具挤压作用下自动填充非回旋体铆孔，从而形成旋转自锁结构；

步骤5：铆焊工具回抽，上铆接板、下铆接板、非回旋体铆孔和变形后的铆钉共同构成具有旋向限位作用的铆焊结构。