[发明专利]碳纤维复材与铝材间接感应加热无铆连接振动接合模具及工艺

权利要求书

1.一种碳纤维复材与铝材间接感应加热无铆连接振动接合工艺，基于一种碳纤维复材与铝材间接感应加热无铆连接振动接合模具实现的，所述模具包括：凹模(8)，下模电磁感应线圈(9)、下模交流电源(10)、下模(11)、超声波高频振动器(12)，其中所述凹模(8)固定于所述下模(11)的中心位置，所述电磁感应线圈(9)缠绕于所述下模(11)中，所述下模电磁感应线圈(9)与所述下模交流电源(10)相连接，在所述凹模(8)上表面叠放碳纤维复合板材(7)、中部的夹层结构(6)、铝合金板(5)，所述铝合金板(5)上方布置有压边圈(4)，所述压边圈(4)的中部为上模冲头(3)，所述上模冲头(3)外部缠绕上模电磁感应线圈(1)，所述上模电磁感应线圈(1)与上模交流电源(2)相连接，所述上模冲头(3)与所述压边圈(4)中轴线重合,其特征在于，包括以下步骤：

连接进行前，进行连接件材料预铺放，将成品碳纤维复合板(7)铺放于底层，将铝合金材料(5)置于顶层，中间采用夹层结构(6)，夹层结构为[0°/90°/0°/90°/0°/90°]碳纤维预浸料铺层，同时内部喷涂2层纳米级铝粉，自上而下顺序为：纳米级铝粉层(13)、0°铺放碳纤维预浸料(14)、纳米级铝粉层(15)、90°铺放碳纤维预浸料(16)；

将铺放完成的连接件置于模具下模(11)，下模(11)固定不动，凹模(8)紧锁于下模(11)处，凹模(8)上表面光滑，铝合金板(5)、夹层结构(6)、碳纤维复合板(7)叠加放置在凹模(8)上表面，压边圈(4)压住铝合金板(5)、夹层结构(6)和碳纤维复合板(7)；

将下模电磁感应线圈(9)与下模交流电源(10)接通，开始对下模(11)及铝合金板(5)、夹层结构(6)、碳纤维复合板(7)进行加热，当加热温度达到被加热件中夹层结构(6)预浸料固化温度且能最大程度软化碳纤维复合板(5)时，切断交流电源(10)，并保持温度；同时将上模电磁感应线圈(1)与上模交流电源(2)接通，对上模冲头(3)进行加热，当加热温度达到被加热件中碳纤维复合板(7)的失效温度前且能最大程度软化上层铝合金板材(5)时，切断交流电源(2)，并保持温度；上模冲头(3)同时向下移动，上模冲头(3)向下移动过程中与压边圈(4)、凹模(8)中轴线保持重合；

连接过程开始，开启超声波高频振动器(12)，上模冲头(3)向下移动，上模冲头(3)接触上层材料铝合金板(5)，上模冲头继续向下移动，上模冲头挤压连接件铝合金板材(5)、夹层结构(6)和碳纤维复合板(7)，使铝合金板材(5)、夹层结构(6)和碳纤维复合板(7)发生变形，由于压边圈(4)和下模(8)限制铝合金板材(5)、夹层结构(6)和碳纤维复合板(7)的向外流动，铝合金板材(5)、夹层结构(6)和碳纤维复合板(7)的变形发生在凹模(8)内，使得铝合金板材(5)逐渐嵌入夹层结构(6)中，夹层结构(6)受压变形逐渐嵌入碳纤维复合板(7)中；夹层结构预浸料受热软化，在固化温度下发生固化反应，使3层材料发生机械互锁；因上模冲头(3)下表面和下模(11)及凹模(8)的上表面均光滑，故连接件其余部位均保持平整；铝合金板材(5)、夹层结构(6)和碳纤维复合板(7)成形完全后，上模冲头(3)向上移动离开连接件表面，去除压边圈(4)后，将被连接件取出，连接过程终止。

2.根据权利要求1所述的一种碳纤维复材与铝材间接感应加热无铆连接振动接合工艺，其特征在于，上模冲头(3)根据材料厚度和连接成形质量进行相应冲压速度、冲压力的调节。

3.根据权利要求1所述的一种碳纤维复材与铝材间接感应加热无铆连接振动接合工艺，其特征在于，压边圈(4)根据不同板材成形厚度以及与材料成形过程中的压边力做出相应调节。

4.根据权利要求1所述的一种碳纤维复材与铝材间接感应加热无铆连接振动接合工艺，其特征在于，凹模(8)根据不同板材成形特点，针对连接点的不同成形情况，做出相应调整。