[发明专利]碳纤维复合材料和铝合金材料无铆冲压振动连接方法及其模具

摘要

本发明提供一种碳纤维复合材料和铝合金材料无铆冲压振动连接方法，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，利用下模加热棒、上模加热棒分别独立对凹模和上模进行升温加热，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。

主权项

1.一种碳纤维复合材料和铝合金材料无铆冲压振动连接方法，其特征在于：其具体包括以下步骤：S1、连接前，进行连接件材料的预铺放：连接件包括铺放于底层的碳纤维复合板、铺放于顶层的铝合金板材和中间层的夹层结构，所述夹层结构包括碳纤维预浸料铺层和纳米级铝粉层，自上而下依次为：纳米级铝粉层、0°铺放的碳纤维预浸料铺层、纳米级铝粉层、90°铺放的碳纤维预浸料铺层、0°铺放的碳纤维预浸料铺层、90°铺放的碳纤维预浸料铺层、0°铺放的碳纤维预浸料铺层和90°铺放的碳纤维预浸料铺层；模具的凹模固定于下模的中部，连接件放置于凹模和下模的上表面，压边圈压住连接件，所述压边圈的中部为上模冲头；S2、预加热并保温：将下模加热棒与交流电源接通，对下模和连接件进行加热，当加热温度达到连接件的夹层结构的碳纤维预浸料铺层的固化温度且能最大程度软化碳纤维复合板时，切断交流电源，并保温；将上模加热棒与交流电源接通，对上模进行加热，当加热温度达到连接件的碳纤维复合板的失效温度前且能最大程度软化铝合金板材时，切断交流电源，保温；S3、连接过程：开启下模下方的超声波高频振动器，上模向下移动，上模冲头、压边圈和凹模的中轴线重合，上模冲头接触顶层的铝合金板材后继续向下移动，上模挤压所述连接件，所述连接件在所述凹模内变形，铝合金板材嵌入夹层结构中，夹层结构受压嵌入碳纤维复合板中，夹层结构的碳纤维预浸铺层受热软化，在固化温度下发生固化反应，使连接件的碳纤维复合板、铝合金板材和夹层结构发生机械互锁，成形完全后，上模向上移动离开连接件表面，去除压边圈，取出连接件，连接过程终止。