[发明专利]碳纤维复合材料与铝合金板材冲压连接的方法及其装置

说明书

本发明公开了碳纤维复合材料与铝合金板材冲压连接的方法及其装置，属于冲压连接领域。本发明按照设计要求选定碳纤维复合材料与铝合金板材的连接位置，在此位置碳纤维复合材料与铝合金板材之间设置夹层结构，将此位置置于冲压连接装置，对碳纤维复合材料与铝合金板材分别进行加热，在温度达到各自的可塑范围时，进行冲压连接。本发明可实现碳纤维复合材料与铝合金板材连接，通过增加夹层结构，实现板材的机械互锁，解决传统无铆连接无法实现连接点变形强化的问题。

技术领域

本发明属于冲压连接领域，具体涉及一种碳纤维复合材料与铝合金板材冲压连接的方法及其装置。

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，轻量化的替代性材料是业内普遍认可最具价值的轻量化技术。铝合金已在车身上大量应用，而非金属纤维复合材料等新材料也正逐步应用于车身制造中。对于非金属纤维复合材料如果采用传统的方式将两块板料连接在一起，那么,单件连接成本就比较高。现有成熟技术如铆钉接或螺栓连接，准备工作、运输成本和零配件的加工成本较高，且拆卸不方便、孔的产生存在应力集中、密封性差。螺栓连接在振动、冲击、载荷变动和温差过大的情况下，往往会产生松动而导致机械故障。铆接对制孔的精度要求较高，工作时噪音大，结构笨重，且螺栓连接和铆接均存在腐蚀问题，影响接头质量。如果采用点焊,点焊机的投资较大,且存在应力集中、抗振动性差疲劳强度差。此外,对于多层板料相连接就更困难。而对于近年来得到推广的新型连接技术，如SPR自冲铆接技术、FDS流钻铆钉拧紧工艺的推广，弥补了异种材料连接的空白。针对上述两种连接方法，又因其皆须破坏被连接件表面，对材料造成不可逆伤害，使连接部位在寿命、疲劳强度、耐水、防盐雾方面表现不佳。如果采用胶接，其可靠性差、缺乏有效的质量连接方法、胶接性能受环境(湿、热、腐蚀介质)影响大、易老化不能传递大载荷。

发明内容

为了克服上述方式的缺陷，本发明提供了一种碳纤维复合材料与铝合金板材冲压连接的方法及其装置，旨在利用冲压连接模具冲压连接点，以实现碳纤维复合材料与铝合金板材之间不同厚度、不同连接层数的快速、高效、低成本的连接。

为了达到上述目的，本发明所采取的技术方案是：

碳纤维复合材料与铝合金板材冲压连接的方法，其特征在于，其步骤为：

按照设计要求选定碳纤维复合材料与铝合金板材的连接位置，在此位置碳纤维复合材料与铝合金板材之间设置夹层结构，将此位置置于冲压连接装置，对碳纤维复合材料与铝合金板材分别进行加热，在温度达到各自的可塑范围时，进行冲压连接；

所述夹层结构由多层预浸料层和多层金属纳米颗粒层的层叠铺设而成；所述预浸料层以碳纤维复合材料为主；所述金属纳米颗粒层的成分为铝合金板材中的部分或全部金属；

进一步的技术方案在于，所述夹层结构铺设时，预浸料层从碳纤维复合材料向铝合金板材铺设，金属纳米颗粒层从铝合金板材向碳纤维复合材料铺设。

进一步的技术方案在于，所述预浸料层与金属纳米颗粒层交错层叠铺设。

进一步的技术方案在于，冲压连接方法中预浸料层为碳纤维预浸料层，金属纳米颗粒为纳米级铝粉。

进一步的技术方案在于，所述碳纤维预浸料层铺设时，其相邻两层纤维碳纤维预浸料层的纤维方向相互垂直。

一种用于上述所述方法的装置，其特征在于，包括相互配合且用于冲压连接的凸模、凹模，固定凹模的凹模底座，置于凹模底座上用于固定两种薄板冲压连接位置的压边圈；所述压边圈上设置供凸模进出的冲压连接孔；所述凸模内部，以及凹模底座内部分别设置加热装置。

进一步的技术方案在于，所述装置用于碳纤维复合材料与铝合金板材的冲压连接时，铝合金板材与凸模接触，碳纤维复合材料与凹模接触，夹层结构铺设于碳纤维复合材料与铝合金板材之间。