碳纤维复合材料板的制备模具及其与铝合金板的自冲铆接模具制造技术

本实用新型专利技术公开了碳纤维复合材料板的制备模具，包括：上凸模，其为长方体式结构件，在长方体下表面设置长方体凸台，在凸台中心处设置光孔；下凹模，其为长方体式结构件，在长方体上表面设置长方体凹槽，其能够与长方体凸台相配合扣合，凹槽的中心处设置光柱，其能够插入到光孔中。本实用新型专利技术还公开了碳纤维复合材料板与铝合金板的自冲铆接模具，包括：铆钉，其用于将碳纤维复合材料板与铝合金板铆接；冲头，其为圆柱状结构件；凹模主体，其中心位置处设置凹模型腔，凹模型腔侧壁为光孔圆柱侧壁，中心处为圆锥体凸台。本实用新型专利技术具有能够承受较大冲击力、工艺步骤简单、成本低、铆接接头抗拉、抗剪和抗疲劳性能优越等特点。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及碳纤维复合材料板与铝合金板的铆接领域，具体涉及碳纤维复合材料板的制备模具及其与铝合金板的自冲铆接模具。
技术介绍
随着科技日新月异的快速发展，碳纤维复合材料具有很高的机械性能使其在航空、船舶、汽车等领域碳纤维复合材料已了广泛的应用。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。碳纤维复合材料自身具有抗撞吸能性好、抗疲劳性好、耐电化学腐蚀等性质帮助其在汽车行业的发展提供了更广阔的空间。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。碳纤维复合材料与金属材料的自冲铆接技术发展很晚，目前还没有批量的应用于汽车行业中，是因为碳纤维复合材料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。现有的自冲铆接工艺流程：由于碳纤维复合材料在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。因此，在现有的自冲铆接工艺流程中，需要增加新的工艺方法，保证在铝合金和碳纤维复合材料铆接过程中得到质量良好的铆接接头，同时通过改善原有的工艺方法来提高铆接接头的质量，得到性能良好的铆接件。技术内容本技术设计开发了碳纤维复合材料板的制备模具，目的是解决现有技术中，在完成碳纤维复合材料板再次打孔时材料板易发生脆性破坏的问题。本技术还设计开发了碳纤维复合材料板与铝合金板的自冲铆接模具，目的是解决现有技术中自冲铆接过程中需要提供较大冲击力完全穿透碳纤维复合材料板、降低铆接接头质量，甚至无法形成有效的铆接接头的问题。本技术具有能够承受较大冲击力、工艺步骤简单、成本低、铆接接头抗拉、抗剪和抗疲劳性能优越等特点。本技术提供的技术方案为：碳纤维复合材料板的制备模具，包括：上凸模，其为长方体式结构件，在所述长方体下表面中心处设置长方体凸台，在凸台中心处设置光孔；下凹模，其为长方体式结构件，在所述长方体上表面中心处设置长方体凹槽，其能够与所述长方体凸台相配合扣合，所述凹槽的中心处设置光柱，其能够插入到所述光孔中；所述长方体凹槽侧壁中点处设置半圆形通孔。优选的是，所述光孔包括圆柱体光孔及圆锥体光孔，其中，靠近所述长方体凸台的光孔为所述圆柱体光孔，远离所述长方体凸台的光孔为所述圆锥体光孔；所述光柱包括圆柱体光柱及圆锥体光柱，其中，靠近所述长方体凹槽的光柱为所述圆柱体光柱，远离所述长方体凹槽的光柱为所述圆锥体光柱。优选的是，所述圆柱体光孔与所述圆锥体光孔之间采用圆弧过渡；所述圆柱体光柱与所述圆锥体光柱之间采用圆弧过渡。优选的是，所述圆锥体光孔及所述圆锥体光柱在锥尖处设置为球面。优选的是，所述上凸模及所述下凹模为铝合金材料。碳纤维复合材料板与铝合金板的自冲铆接模具，包括：铆钉，其用于将碳纤维复合材料板与铝合金板铆接；冲头，其为圆柱状结构件；凹模主体，其中心位置处设置凹模型腔，所述凹模型腔侧壁为光孔圆柱侧壁，中心处为圆锥体凸台；所述冲头及所述凹模型腔同心设置，所述铝合金板与所述碳纤维复合材料板同心放置在所述凹模主体上，并且与所述冲头同心设置，所述冲头在运动过程中将所述铆钉张开并带入到所述碳纤维复合材料板及所述铝合金板共同进入所述凹模型腔中，进而形成机械互锁。优选的是，所述圆柱状结构件的圆柱底面与柱面之间采用圆角过渡；所述圆锥体凸台顶端采用圆球体过渡，所述凹模型腔侧壁与所述凸台的圆锥面采用圆弧过渡，所述凹模型腔侧壁与所述凹模主体上表面采用圆弧过渡。优选的是，还包括：压边圈，其用于压紧碳纤维复合材料板及铝合金板，所述压边圈中心处设置安装所述冲头的通孔。优选的是，所述冲头为Cr12MoV钢。本技术与现有技术相比较所具有的有益效果为：1.本技术所述的碳纤维复合材料板的制备模具能够制备出一体成型的带有通孔的碳纤维复合材料板，不需要进行冲孔加工工艺，不但简化工艺步骤，节省成本，同时也避免了碳纤维复合材料板在冲孔过程中发生脆性破坏，破坏材料本身良好的力学性能；2.本技术所述的铝合金板与碳纤维复合材料的自冲铆接模具中应用带有通孔的碳纤维复合板件来进行自冲铆接，解决了自冲铆接过程中铆钉需要提供较大冲击力完全穿透碳纤维复合材料板的问题；3.本技术所述的铝合金板与碳纤维复合材料板的自冲铆接模具中采用带有通孔的碳纤维复合材料板，在碳纤维复合材料板在制作过程中直接将该板件做成带有通孔的，不需要进行冲孔加工工艺，不但简化工艺步骤，节省成本，同时也避免了碳纤维复合材料板在冲孔过程中发生脆性破坏，破坏材料本身良好的力学性能；4.本技术所述的铝合金板与碳纤维复合材料板的自冲铆接模具中采用带有通孔的碳纤维复合材料板，在铆接过程中碳纤维复合材料板只需要发生小变形，避免了铆钉切割碳纤维复合材料板使板件发生基体开裂和纤维断裂等材料破坏形式，保证了铆接连接处的力学性能。附图说明图1为碳纤维复合材料模压成型工艺的流程图；图2为本技术所述的制备带有通孔的碳纤维复合材料板所采用模具的全剖视图；图3为本技术所述的制备带有通孔的碳纤维复合材料板所采用模具中上凸模结构的轴测投影视图；图4为本技术所述的制备带有通孔的碳纤维复合材料板所采用模具中下凹模结构的轴测投影视图；图5为本技术所述的铝合金板与碳纤维复合材料板之间的自冲铆接模具结构组成示意图；图6为本技术所述的铝合金板与碳纤维复合材料板之间的自冲铆接模具中采用的带有通孔的碳纤维复合材料板全剖视图；图7为本技术所述的铝合金板与碳纤维复合材料板之间的自冲铆接模具中在铆接过程中冲头运动到下止点的工序；图8为本技术所述的铝合金板与碳纤维复合材料板之间的自冲铆接模具使用方式的流程图。具体实施方式下面结合附图对本技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。如图1～4所示，本技术提供的带有通孔的碳纤维复合材料板所使用的模具如下：如图1，所述的碳纤维复合材料模压工艺流程有预浸布装模、预浸布凝胶、合模加压、升温固化、降温脱模、修剪试件和检查包。所述的制备模具由上凸模110和下凹模120共同组成，模具结构简单，便于制备带通孔的碳纤维复合材料板。如图2与图3，所述的上凸模110为长方体式结构件，以长方体的下表面为基准面在中心处设置一个长和宽相对较小的长方体凸台，在凸台的正中心设置有一个圆柱体与圆锥体组合光孔，以长方体凸台的底面为基准面，靠近基准面的光孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
碳纤维复合材料板的制备模具，其特征在于，包括：上凸模，其为长方体式结构件，在所述长方体下表面中心处设置长方体凸台，在凸台中心处设置光孔；下凹模，其为长方体式结构件，在所述长方体上表面中心处设置长方体凹槽，其能够与所述长方体凸台相配合扣合，所述凹槽的中心处设置光柱，其能够插入到所述光孔中；所述长方体凹槽侧壁中点处设置半圆形通孔。

【技术特征摘要】
1.碳纤维复合材料板的制备模具，其特征在于，包括：
上凸模，其为长方体式结构件，在所述长方体下表面中心处设置长方体
凸台，在凸台中心处设置光孔；
下凹模，其为长方体式结构件，在所述长方体上表面中心处设置长方体
凹槽，其能够与所述长方体凸台相配合扣合，所述凹槽的中心处设置光柱，
其能够插入到所述光孔中；所述长方体凹槽侧壁中点处设置半圆形通孔。
2.如权利要求1所述的碳纤维复合材料板的制备模具，其特征在于，
所述光孔包括圆柱体光孔及圆锥体光孔，其中，靠近所述长方体凸台的
光孔为所述圆柱体光孔，远离所述长方体凸台的光孔为所述圆锥体光孔；
所述光柱包括圆柱体光柱及圆锥体光柱，其中，靠近所述长方体凹槽的
光柱为所述圆柱体光柱，远离所述长方体凹槽的光柱为所述圆锥体光柱。
3.如权利要求2所述的碳纤维复合材料板的制备模具，其特征在于，
所述圆柱体光孔与所述圆锥体光孔之间采用圆弧过渡；
所述圆柱体光柱与所述圆锥体光柱之间采用圆弧过渡。
4.如权利要求2所述的碳纤维复合材料板的制备模具，其特征在于，所
述圆锥体光孔及所述圆锥体光柱在锥尖处设置为球面。
5.如权利要求1-4中任一项所述的碳纤维复合材料板的制备模具，其特
征在于，所述上凸模及所述下凹模为铝合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄蔚敏，刘西洋，敖文宏，徐纪栓，杨冠男，解东旋，李冰娇，胡哲，张凯希，郭帅，闫雪燕，李晓鹏，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：新型
国别省市：吉林;22