[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

说明书

本发明提供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及工艺，将碳纤维复合板、夹层结构、铝合金板材组成的连接件置于下模与凹模上表面，压边圈固定连接件，利用下模电磁感应线圈与上模电磁感应线圈分别队里对凹模和上模冲头进行升温加热，对连接件进行局部控温。开启超声波高频振动器，上模冲头向下移动挤压连接件，在冲压力和超声波震荡作用下铝合金板材与碳纤维复合板发生塑性变形。同时由于上模冲头与凹模的挤压和超声波的震荡作用，使得夹层结构内树脂与碳纤维再排布，铝粉与树脂包覆嵌入板材内。树脂发生固化反应，最终使铝合金板材、夹层结构、碳纤维复合板互相勾连嵌入，实现铝合金板材、碳纤维复合板材相互连接。

技术领域

本发明涉及冲压连接领域，尤其涉及到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及工艺。

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,也不能连接具有镀层的板件、铝、铜及不锈钢板件。而对喷漆板件,不同材质板件、厚度差异相当大的板件以及中间有夹层的板件更是无能为力。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。

冲压连接工艺最先在德国问世。20世纪70年代末，德国TOX(托克斯)冲压技术有限公司研究开发出了TOX连接技术。冲压连接技术可以更好的弥补上述连接方式所存在的缺陷，是一种可塑性薄板的不可拆卸式冲压点连接技术。但传统冲压连接技术普遍应用在钢、铝(铝合金)以及其他带有涂层的有色金属等金属板材连接领域，在金属与复合材料、复合材料与复合材料间的应用还无相对完整和成熟的冲压连接技术的公开理论体系,且将传统的冲压连接方法用于异种复合材料连接，对于各向异性的复合材料而言不能充分发挥其作用，连接方法难以实现。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供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及工艺，利用碳纤维复合材料/铝合金材料间接感应加热无铆振动接合模具形成的冲压连接点，可实现金属板材和非金属板材、非金属板材和非金属板材之间不同厚度、不同连接层数的快速、高效、低成本的连接。

为实现上述目的，本发明是根据以下技术方案实现的：

一方面，本发明提出了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，其特征在于，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)上方布置有所述压边圈(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。