[发明专利]一种热塑性碳纤维复合材料板与合金板自冲粘柳装置及粘柳方法

摘要

本发明公开一种热塑性碳纤维复合材料板与合金板自冲粘柳装置，包括：凹模，其为圆柱形结构且中心设置有通孔，凹模两侧开设有第一过孔，第一过孔与所述通孔连通；芯轴，其下部为实心圆柱形结构，上部中心设置有圆形凹槽，凹槽底面向上凸起呈圆锥形，芯轴与所述通孔配合连接且能够沿所述通孔轴向运动；压边圈，其为圆柱形结构且中心设置有中心孔，压边圈两侧开设有第二过孔，所述第二过孔与所述中心孔连通，所述压边圈设置在所述凹模上方并与其相对设置；冲头，其为圆柱形结构且与所述中心孔配合连接，其能够沿所述中心孔轴向运动。本发明还提供一种自冲粘柳方法，能够根据柳接件和柳钉的结构特点确定冲头的冲击速度，提高柳接接头的质量。

主权项

1.一种热塑性碳纤维复合材料板与合金板自冲粘柳装置，其特征在于，包括：

凹模，其为圆柱形结构且中心设置有通孔，所述凹模两侧开设有第一过孔，所述第一过孔与所述通孔连通；

芯轴，其下部为实心圆柱形结构，上部中心设置有圆形凹槽，所述凹槽底面向上凸起呈圆锥形，所述芯轴与所述通孔配合连接且能够沿所述通孔轴向运动；

压边圈，其为圆柱形结构且中心设置有中心孔，所述压边圈两侧开设有第二过孔，所述第二过孔与所述中心孔连通，所述压边圈设置在所述凹模上方并与其相对设置；

冲头，其为圆柱形结构且与所述中心孔配合连接，其能够沿所述中心孔轴向运动。

2.如权利要求1所述的热塑性碳纤维复合材料板与合金板自冲粘柳装置，其特征在于，所述圆锥形凸起上表面与芯轴上表面共面；所述圆锥形凸起的回转轴线与圆形凹槽的回转轴线共线。

3.如权利要求1所述的热塑性碳纤维复合材料板与合金板自冲粘柳装置，其特征在于，所述第一过孔斜向上设置与所述通孔连通；所述第二过孔斜向下设置与所述中心孔连通。

4.如权利要求1所述的热塑性碳纤维复合材料板与合金板自冲粘柳装置，其特征在于，还包括：

第一温度传感器，其设置所述第一过孔与通孔连通处，用于检测通孔内温度；

第二温度传感器，其设置所述第二过孔与中心孔连通处，用于检测中心孔内温度；

高度传感器，其设置在所述冲头底面，用于检测冲头距离柳钉的高度；

速度传感器，其设置在所述冲头上，用于检测冲头的冲击速度；

厚度传感器，其分别设置在所述压边圈的下表面和凹模的上表面，用于测量柳接件的厚度；

驱动机构，其与所述冲头连接，用于控制所述冲头距离柳钉的高度和冲击速度；

控制器，其与所述第一温度传感器、第二温度传感器、高度传感器、速度传感器、厚度传感器和驱动机构连接，用于接收所述第一温度传感器、第二温度传感器、高度传感器、速度传感器和厚度传感器的检测数据并控制所述驱动机构工作。

5.一种热塑性碳纤维复合材料板与合金板自冲粘柳方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：在合金板表面均匀涂抹胶粘剂，将热塑性碳纤维复合材料板与涂胶合金板粘接并置于凹模上，合金板在下，压边圈的下表面与热塑性碳纤维复合材料板接触但不压紧，将柳钉置于中心孔内并与热塑性碳纤维复合材料板接触；

步骤2：通过第一过孔和第二过孔向通孔和中心孔内吹入热风，控制中心孔内的温度满足：150≤T≤200℃，保温5～8min；

步骤3：驱动冲头上行到一定高度后下行，以一定冲击速度将柳钉推动刺入热塑性碳纤维复合材料板与合金板，完成柳接，所述冲头的冲击速度为：

其中，k为系数；d为铆钉直径；δ₁为碳纤维复合材料板厚度；δ₂为合金板厚度；δ₃为胶粘剂厚度；Γ₁为碳纤维复合材料板的抗剪强度；Γ₂为合金板的抗剪强度；Γ₃为胶粘剂的抗剪强度；σ_bs为碳纤维复合材料板的许用挤压应力；σ_as为合金板的许用挤压应力；σ_ps为胶粘剂的许用挤压应力；S为冲头面积；t为冲头冲击柳钉的时间。

6.如权利要求5所述的热塑性碳纤维复合材料板与合金板自冲粘柳方法，其特征在于，所述步骤3中还包括模糊控制器：

将胶粘热塑性碳纤维复合材料板与合金板的厚度L和中心孔内温度T输入模糊控制器，所述胶粘热塑性碳纤维复合材料板与合金板的厚度L和中心孔内温度T分为7个等级；

模糊控制器输出冲头距离柳钉的高度H，输出分为7个等级；

所述胶粘热塑性碳纤维复合材料板与合金板的厚度L的模糊论域为[0,1]，其量化因子为12；所述中心孔内温度T的模糊论域为[3,4]，量化因子为50；输出冲头距离柳钉的高度H的模糊论域为[0,1]，量化因子为40；

输入和输出的模糊集为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}。

7.如权利要求6所述的热塑性碳纤维复合材料板与合金板自冲粘柳方法，其特征在于，还包括模糊PID控制器：

输入第i个冲击过程的中心孔内温度T与通孔内温度T_t的差值ΔT和理想差值的偏差、偏差变化率，输出PID的比例系数、比例积分系数和微分系数，比例系数、比例积分系数和微分系数输入PID控制器进行冲头距离柳钉的高度H的误差补偿控制。

8.如权利要求7所述的热塑性碳纤维复合材料板与合金板自冲粘柳方法，其特征在于，

所述中心孔内温度T与通孔内温度T_t的差值ΔT和理想差值的偏差e的模糊论域为[‑1,1]，量化因子为10；所述偏差变化率ec的模糊论域为[‑3,3]，量化因子为1；

所述输出PID的比例系数的模糊论域为[‑1,1]，其量化因子为0.1；比例积分系数的模糊论域为[‑1,1]，其量化因子为0.1；微分系数的模糊论域为[‑1,1]，其量化因子为0.0001；

所述偏差e和偏差变化率ec分为7个等级；所述输出PID的比例系数、比例积分系数和微分系数分为7个等级；

所述模糊PID控制器的输入和输出的模糊集为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}。

9.如权利要求5所述的热塑性碳纤维复合材料板与合金板自冲粘柳方法，其特征在于，所述冲头冲击柳钉的时间2.3～2.6s。

10.如权利要求5所述的热塑性碳纤维复合材料板与合金板自冲粘柳方法，其特征在于，所述步骤1中合金板涂胶后粘接热塑性碳纤维复合材料板之前，在合金板四角放置玻璃珠，用于控制胶粘剂厚度。