[发明专利]一种双重连接模式的摩擦铆焊装置及铆焊方法

说明书

本发明提出了一种双重连接模式的摩擦铆焊装置及铆焊方法，属于摩擦铆焊技术领域。解决了现有硬且脆金属基复合材料连接中出现的连接强度低且界面不紧密的问题。它包括铆焊工具、铆钉、上连接体、下连接体和铆帽，所述上连接体上设置有上预制铆孔，所述下连接体上设置有下预制铆孔，所述上预制铆孔和下预制铆孔同轴设置，所述铆钉贯穿上预制铆孔和下预制铆孔，所述铆钉上端与铆焊工具相连，所述铆钉下端与铆帽相连。它主要用于摩擦铆焊。

技术领域

本发明属于摩擦铆焊技术领域，特别是涉及一种双重连接模式的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以硬和脆为主要特点，导致传统的机械铆焊难以适应。此外，伴随着较差的焊接性，高焊接热输入极易引起构件的开裂和破坏，因此难以通过传统熔化焊接的方式实现与其他异种材料的有效焊接。因此，迫切需要开发一种能够有效连接金属基复合材料的方法。试想，若能兼顾焊接冶金连接与机械铆接连接双重模式，在保证机械可靠连接条件下，增强局部位置的冶金与密封性，保证金属基复合材料的服役稳定性。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的问题，提出一种双重连接模式的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：一种双重连接模式的摩擦铆焊装置，它包括铆焊工具、铆钉、上连接体、下连接体和铆帽，所述上连接体上设置有上预制铆孔，所述下连接体上设置有下预制铆孔，所述上预制铆孔和下预制铆孔同轴设置，所述铆钉贯穿上预制铆孔和下预制铆孔，所述铆钉上端与铆焊工具相连，所述铆钉下端与铆帽相连。

更进一步的，所述铆焊工具包括夹持部、散热部和轴肩部，所述夹持部上设置有定位平面，所述散热部连接夹持部和轴肩部，所述散热部上设有多个同心圆环结构的散热槽，所述轴肩部上设置有圆角，所述轴肩部端面设置有凹孔，所述凹孔与铆钉配合。

更进一步的，所述铆钉包括铆钉帽和铆钉柱，所述铆钉帽上设置有定位帽，所述铆钉帽通过定位端面与铆钉柱相连，所述铆钉柱表面设置螺纹或铣平面接头。

更进一步的，所述上预制铆孔由上至下依次为上圆柱面、上圆锥面和上圆柱孔，所述下预制铆孔由下至上依次为下圆柱面、下圆锥面、下圆柱孔。

更进一步的，所述铆帽包括铆帽体和铆帽中心孔，所述铆帽中心孔贯穿铆帽体，所述铆帽体上设置有加持面，所述加持面上方依次设置锥面和接触端面。

更进一步的，所述铆焊工具材质为高速工具钢、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和强度不低于铆钉材料的硬度和强度。

更进一步的，所述铆钉和铆帽材质均为金属基复合材料，所述上连接体和下连接体材质为金属基复合材料或高温合金材料。

更进一步的，所述铆钉直径为1～500mm，长度为1～2000m。

本发明还提供了一种双重连接模式的摩擦铆焊装置的铆焊方法，它包括以下步骤：

步骤1：将铆钉与上连接体和下连接体上的上预制铆孔和下预制铆孔放置于同一轴线上；

步骤2：使铆焊工具与铆钉及上预制铆孔和下预制铆孔位于同一轴线，铆焊工具带动铆钉以一定速度旋转并下压，使铆钉压入上预制铆孔和下预制铆孔；

步骤3：铆钉穿出上预制铆孔和下预制铆孔，使铆钉与逆向旋转的铆帽连接；

步骤4：铆焊工具回抽，铆钉、上连接体和下连接体和铆帽共同形成一体式铆焊结构。

更进一步的，所述铆焊工具旋转速度为20～50000rpm，下压速度为0.05～1000mm/min。