[发明专利]一种热塑性碳纤维复合材料板与合金板自冲柳接装置及柳接方法

说明书

技术领域

本发明涉一种热塑性碳纤维复合材料板与合金板的铆接领域，更具体的是，本发明涉及一种热塑性碳纤维复合材料板与合金板自冲柳接装置及柳接方法。

背景技术

热塑性碳纤维复合材料具有比强度高、比模量高、抗撞吸能性好、抗疲劳性好、耐电化学腐蚀、韧性比价高、成型过程中无化学反应、可回收重复利用等显著优点。因而，热塑性复合材料在航空、船舶、汽车等领域已经广泛应用。在汽车行业中，碳纤维复合材料的应用比重也在逐年上升，作为一种高性能的复合材料正在被广泛认可，其从高端车型向中端车型的转化正在迅速实现。

热塑性复合材料在汽车行业的应用将不可避免地产生与钢、铝合金等传统金属材料的连接问题。目前汽车中板件的连接方式主要有：焊接、铆接和粘接。碳纤维复合材料在汽车中和其它板结的连接通常使用粘结和螺栓连接。铆接是一种新型的轻量化连接技术，其通常应用于同种金属或者异种金属的连接。碳纤维复合材料在变形过程中塑性变形很小，延展性比金属材料相差很多，限制了铆接技术的应用。

中国发明专利申请“CN105479771B”公开了一种“碳纤维复合材料板的制备方法及其与铝合金板的自冲铆接模具及方法”，但是，是在常温下进行柳接，还需在复合材料板上做通孔，由于热塑性碳纤维复合材料在冷变形破坏的过程中形式过于复杂，很有可能出现“藕断丝连”即树脂基质发生破坏而纤维未断裂，这样会严重降低铆接处的力学性能。另一方面，在铆钉完全穿过碳纤维复合材料板会造成碳纤维局部发生破坏，由于纤维的力学性能相互关联，会导致周围出现局部性能下降。

发明内容

本发明的一个目的是设计开发了一种热塑性碳纤维复合材料板与合金板自冲柳接装置，能够在复合材料板处于粘流态时进行柳接，柳接效果好且结构简单，操作方便。

本发明的另一个目的是设计开发了一种热塑性碳纤维复合材料板与合金板自冲柳接方法，能够对热塑性碳纤维复合材料板与合金板进行加热并使复合材料板柳接处处于粘流态，并主动调节冲头的冲击压力，提高柳接接头的质量。

本发明提供的技术方案为：

一种热塑性碳纤维复合材料板与合金板自冲柳接装置，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，所述通孔和第一过孔内过盈配合有隔热管；

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，所述中心孔和第二过孔内过盈配合有隔热管；

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。

优选的是，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。

优选的是，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。

优选的是，所述隔热管为真空隔热管。

优选的是，还包括恒温热风枪，用于向所述第一过孔和第二过孔内提供热风。

优选的是，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；

压力传感器，其设置在所述冲头上，用于检测冲头的冲击压力；

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压力；

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、压力传感器、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。

相应地，本发明还提供一种热塑性碳纤维复合材料板与合金板自冲柳接方法，包括如下步骤：

步骤1：将待铆接的热塑性碳纤维复合材料板与合金板放置于凹模和压边圈之间并压紧，合金板在下，冲头推送铆钉接触热塑性碳纤维复合材料板上表面；

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：270≤T≤290℃，保温5～8min；