CFRP/金属复合材料连接结构及其加工工装和加工方法技术

本发明专利技术提供一种应用于汽车车身材料技术领域的CFRP/金属复合材料连接结构加工工装，所述的CFRP/金属复合材料连接结构加工工装的工装组件Ⅰ(1)的工作段Ⅰ(4)一端与前锥段Ⅰ(3)一端连接，工作段Ⅰ(4)另一端与后锥段Ⅰ(5)一端连接，工装组件Ⅱ(2)的工作段Ⅱ(7)一端与前锥段Ⅱ(6)一端连接，工作段Ⅱ(7)另一端与后锥段Ⅱ(8)一端连接，后锥段Ⅰ(5)另一端和前锥段Ⅱ(6)另一端通过螺纹部(9)拧装连接，本发明专利技术所述的CFRP/金属复合材料连接结构加工工装，结构简单，能够有效提高CFRP构件与金属构件在进行超差孔机械装配时的疲劳寿命，同时能够实现CFRP构件与金属构件同轴装配，提高装配效率和质量。

Connection Structure of CFRP/Metal Composite Material and Its Processing Tools and Processing Method

The invention provides a CFRP/metal composite connection structure processing tool applied in the field of automobile body material technology. The working section I(4) of the CFRP/metal composite connection structure processing tool component I(1) is connected with one end of the front cone section I(3), the other end of the working section I(4) is connected with one end of the rear cone section I(5), and the working section II(7) of the tooling component II(2) is connected with the other end of the front cone section I(3). The front cone section II(6) is connected at one end, the other end of the working section II(7) is connected with the back cone section II(8), the other end of the rear cone section I(5) and the other end of the front cone section II(6) are connected by screw thread section (9). The CFRP/metal composite connection structure of the invention has simple structure and can effectively improve the fatigue life of the CFRP component and the metal component in the mechanical assembly of the OVER-TOLERANCE hole. At the same time, the coaxial assembly of CFRP and metal components can be realized, and the assembly efficiency and quality can be improved.

【技术实现步骤摘要】
CFRP/金属复合材料连接结构及其加工工装和加工方法
本专利技术属于汽车车身材料
，更具体地说，是涉及一种CFRP/金属异种材料连接，本专利技术还涉及一种CFRP/金属超差孔连接的装配孔挤压强化加工工装，本专利技术同时还涉及一种CFRP/金属超差孔连接的装配孔挤压强化加工方法。
技术介绍
汽车工业的快速发展在方便我们生活的同时，也带来了环境污染和能源紧缺等问题。轻量化作为汽车节能减排的重要手段得到了世界各车企的高度重视。多材料混合车身被视为一种重要的车身轻量化手段。其中碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)因具有金属材料不可比拟的优势，成为汽车轻量化发展中最具潜力的材料。车用CFRP部分零部件不可避免的需要与金属材料进行连接，而机械连接是其主要的连接方式。由于CFRP与金属热膨胀系数不同，在进行共线涂装或汽车在环境较恶劣的环境下服役时，两种材料的伸缩量不同容易出现连接失效问题。超差孔连接可有效解决热膨胀系数不同的问题。而超差孔连接结构中装配孔的存在破坏了构件的整体性，在承受载荷时装配孔周围易产生应力集中，CFRP对开孔尤其敏感，力学性能降低的同时也损害了部件的疲劳性能，影响了连接的可靠性，从而影响汽车的使用耐久性。因此，现有技术中的产品及其工艺无法满足需求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种结构简单，能够同时有效提高CFRP构件与金属构件在进行超差孔机械装配时的疲劳寿命，衬套的存在避免装配时紧固件对CFRP构件的孔壁的损伤，同时这种加工方法还能够实现CFRP构件与金属构件同轴装配，有效简化工艺，提高装配效率和装配质量的CFRP/金属复合材料连接结构加工工装。要解决以上所述的技术问题，本专利技术采取的技术方案为：本专利技术为一种CFRP/金属复合材料连接结构加工工装，所述的CFRP/金属复合材料连接结构加工工装包括工装组件Ⅰ、工装组件Ⅱ，工装组件Ⅰ包括前锥段Ⅰ、工作段Ⅰ、后锥段Ⅰ，工作段Ⅰ设置为圆柱体状结构，工作段Ⅰ一端与前锥段Ⅰ一端连接，工作段Ⅰ另一端与后锥段Ⅰ一端连接，工装组件Ⅱ包括前锥段Ⅱ、工作段Ⅱ、后锥段Ⅱ，工作段Ⅱ设置为圆柱体状结构，工作段Ⅱ一端与前锥段Ⅱ一端连接，工作段Ⅱ另一端与后锥段Ⅱ一端连接，后锥段Ⅰ另一端和前锥段Ⅱ另一端通过螺纹部拧装连接。所述的CFRP/金属复合材料连接结构加工工装的工作段Ⅰ的直径尺寸设置为大于CFRP/金属复合材料连接结构的CFRP构件10的衬套的内径尺寸的结构；工作段Ⅱ的直径尺寸设置为大于CFRP/金属复合材料连接结构中的金属构件的开孔的直径尺寸的结构；工作段Ⅰ的直径尺寸设置为大于工作段Ⅱ的直径尺寸的结构。所述的工装组件Ⅰ的前锥段Ⅰ、工作段Ⅰ、后锥段Ⅰ为一体式结构，工装组件Ⅱ的前锥段Ⅱ、工作段Ⅱ、后锥段Ⅱ为一体式结构。所述的螺纹部包括螺杆部和螺孔部，后锥段Ⅰ另一端设置螺杆部，前锥段Ⅱ另一端设置螺孔部。所述的CFRP/金属复合材料连接结构加工工装还包括连接段，连接段与工装组件Ⅰ的前锥段Ⅰ另一端连接，连接段为杆状结构，连接段与前锥段Ⅰ为一体式结构。本专利技术还涉及一种结构简单，能够有效提高疲劳性能，保障连接的可靠性，提高在汽车上使用耐久性的CFRP/金属复合材料连接结构。所述的CFRP/金属复合材料连接结构包括CFRP构件和金属构件，CFRP构件和金属构件之间设置胶层，CFRP构件上设置超差孔，金属构件上设置开孔，衬套卡装在超差孔内，衬套的高度尺寸设置为等于CFRP构件的厚度尺寸和胶层的厚度尺寸之和的结构。所述的CFRP/金属复合材料连接结构的CFRP构件一侧侧面和金属构件一侧侧面通过胶层粘连连接，衬套一端端面穿过胶层贴合在金属构件一侧侧面位置，衬套另一端端面设置为能够与CFRP构件另一侧侧面平齐布置的结构。所述的衬套为无缝衬套或有缝衬套，金属构件为钢质构件或铝质构件，衬套内径尺寸大于开孔直径尺寸。本专利技术还涉及一种步骤简单，能够有效提高CFRP构件与金属构件在进行超差孔机械装配时的疲劳寿命，衬套的存在避免装配时紧固件对CFRP构件的超差孔孔壁的损伤，同时这种加工方法还能够实现CFRP构件与金属构件同轴装配，有效简化工艺的CFRP/金属复合材料连接结构加工方法。所述的CFRP/金属复合材料连接结构加工方法的加工步骤为：1)将CFRP/金属复合材料连接结构加工工装的工装组件Ⅰ和工装组件Ⅱ从螺纹部位置拧开，在CFRP构件一侧表面涂抹胶层，将工装组件Ⅱ的前锥段Ⅱ一端从金属构件的开孔穿过；2)将工装组件Ⅰ和工装组件Ⅱ再通过螺纹部拧装连接；将衬套套装在工装组件Ⅰ上，将工装组件Ⅰ前锥段Ⅰ一端穿过CFRP构件的超差孔；3)将CFRP构件和金属构件分别固定位置，将工装组件Ⅰ的连接段连接到挤压设备上，控制挤压设备对CFRP/金属复合材料连接结构加工工装施加拉力；4)在挤压设备施加拉力在CFRP/金属复合材料连接结构加工工装时，工装组件Ⅰ的工作段Ⅰ在穿过衬套的过程中使得衬套受挤压而膨胀，而衬套安装到超差孔时，衬套作用在超差孔上，对CFRP构件进行挤压强化，工装组件Ⅱ的工作段Ⅱ穿过开孔时使得开孔受到挤压，对金属构件进行挤压强化；5)挤压设备拉动CFRP/金属CFRP/金属复合材料连接结构加工工装穿过超差孔和开孔后，衬套被紧固在超差孔内，CFRP构件和金属构件通过胶层粘连连接，完成CFRP/金属CFRP/金属复合材料连接结构的加工。将CFRP构件和金属构件分别固定位置时，CFRP构件和金属构件分别固定在定位支架上，CFRP构件和金属构件均水平布置，CFRP构件位于金属构件上方位置，挤压设备位于CFRP构件上方位置。采用本专利技术的技术方案，能得到以下的有益效果：本专利技术所述的CFRP/金属复合材料连接结构加工工装，在进行CFRP/金属复合材料连接结构加工时，将CFRP/金属复合材料连接结构加工工装的工装组件Ⅰ和工装组件Ⅱ从螺纹部位置拧开，在CFRP构件一侧表面涂抹胶层，将工装组件Ⅱ的前锥段Ⅱ一端从金属构件的开孔穿过；将工装组件Ⅰ和工装组件Ⅱ再通过螺纹部拧装连接；将衬套套装在工装组件Ⅰ上，将工装组件Ⅰ从前锥段Ⅰ一端穿过CFRP构件的超差孔；将CFRP构件和金属构件分别固定位置，将工装组件Ⅰ的连接段连接到挤压设备上，控制挤压设备对CFRP/金属复合材料连接结构加工工装施加拉力；在挤压设备施加拉力在CFRP/金属复合材料连接结构加工工装时，工装组件Ⅰ的工作段Ⅰ在穿过衬套的过程中使得衬套受挤压而膨胀，而衬套安装到超差孔时，衬套作用在超差孔上，对CFRP构件进行挤压强化，工装组件Ⅱ的工作段Ⅱ穿过开孔时使得开孔受到挤压，对金属构件进行挤压强化；挤压设备拉动CFRP/金属复合材料连接结构加工工装穿过超差孔和开孔后，衬套被紧固在超差孔内，CFRP构件和金属构件通过胶层粘连连接，完成CFRP/金属复合材料连接结构的加工。这样，对于超差孔连接，可补偿CFRP与金属热膨胀系数不同引起的位置公差；本专利技术的工装及装配的CFRP/金属复合材料连接结构，可使得CFRP构件和金属构件形成的汽车材料用于汽车时的疲劳寿命得到明显提高。现有技术中，CFRP构件与金属构件进行超差孔连接时，由于需要在构件上进行开孔，开孔破坏了构件的整体性，开孔周围产生的应力集中会降低连接处的疲劳寿命。本专利技术的加工工装及加工方法，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CFRP/金属复合材料连接结构加工工装，其特征在于：所述的CFRP/金属复合材料连接结构加工工装包括工装组件Ⅰ(1)、工装组件Ⅱ(2)，工装组件Ⅰ(1)包括前锥段Ⅰ(3)、工作段Ⅰ(4)、后锥段Ⅰ(5)，工作段Ⅰ(4)设置为圆柱体状结构，工作段Ⅰ(4)一端与前锥段Ⅰ(3)一端连接，工作段Ⅰ(4)另一端与后锥段Ⅰ(5)一端连接，工装组件Ⅱ(2)包括前锥段Ⅱ(6)、工作段Ⅱ(7)、后锥段Ⅱ(8)，工作段Ⅱ(7)设置为圆柱体状结构，工作段Ⅱ(7)一端与前锥段Ⅱ(6)一端连接，工作段Ⅱ(7)另一端与后锥段Ⅱ(8)一端连接，后锥段Ⅰ(5)另一端和前锥段Ⅱ(6)另一端通过螺纹部(9)拧装连接。

【技术特征摘要】
1.一种CFRP/金属复合材料连接结构加工工装，其特征在于：所述的CFRP/金属复合材料连接结构加工工装包括工装组件Ⅰ(1)、工装组件Ⅱ(2)，工装组件Ⅰ(1)包括前锥段Ⅰ(3)、工作段Ⅰ(4)、后锥段Ⅰ(5)，工作段Ⅰ(4)设置为圆柱体状结构，工作段Ⅰ(4)一端与前锥段Ⅰ(3)一端连接，工作段Ⅰ(4)另一端与后锥段Ⅰ(5)一端连接，工装组件Ⅱ(2)包括前锥段Ⅱ(6)、工作段Ⅱ(7)、后锥段Ⅱ(8)，工作段Ⅱ(7)设置为圆柱体状结构，工作段Ⅱ(7)一端与前锥段Ⅱ(6)一端连接，工作段Ⅱ(7)另一端与后锥段Ⅱ(8)一端连接，后锥段Ⅰ(5)另一端和前锥段Ⅱ(6)另一端通过螺纹部(9)拧装连接。2.根据权利要求1所述的CFRP/金属复合材料连接结构加工工装，其特征在于：所述的CFRP/金属复合材料连接结构加工工装的工作段Ⅰ(4)的直径尺寸设置为大于CFRP/金属复合材料连接结构中CFRP构件(10)的衬套(11)的内径尺寸的结构；工作段Ⅱ(7)的直径尺寸设置为大于CFRP/金属复合材料连接结构中金属构件(12)的开孔(13)的直径尺寸的结构；工作段Ⅰ(4)的直径尺寸设置为大于工作段Ⅱ(7)的直径尺寸的结构。3.根据权利要求1或2所述的CFRP/金属复合材料连接结构加工工装，其特征在于：所述的工装组件Ⅰ(1)的前锥段Ⅰ(3)、工作段Ⅰ(4)、后锥段Ⅰ(5)为一体式结构，工装组件Ⅱ(2)的前锥段Ⅱ(6)、工作段Ⅱ(7)、后锥段Ⅱ(8)为一体式结构。4.根据权利要求1或2所述的CFRP/金属复合材料连接结构加工工装，其特征在于：所述的螺纹部(9)包括螺杆部和螺孔部，后锥段Ⅰ(5)另一端设置螺杆部，前锥段Ⅱ(6)另一端设置螺孔部。5.根据权利要求1或2所述的CFRP/金属复合材料连接结构加工工装，其特征在于：所述的CFRP/金属复合材料连接结构加工工装还包括连接段(16)，连接段(16)与工装组件Ⅰ(1)的前锥段Ⅰ(3)另一端连接，连接段(16)为杆状结构，连接段(16)与前锥段Ⅰ(3)为一体式结构。6.一种CFRP/金属复合材料连接结构，其特征在于：所述的CFRP/金属复合材料连接结构包括CFRP构件(10)和金属构件(12)，CFRP构件(10)和金属构件(12)之间设置胶层(14)，CFRP构件(10)上设置超差孔(15)，金属构件(12)上设置开孔(13)，衬套(11)卡装在超差孔(15)内，衬套(11)的高度尺寸设置为等于CFRP构件(10)的厚度尺寸和胶层(14)的厚度尺寸之和的结构。7.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：张然然，熊建民，苏一畅，王方玉，陈伊宁，沈长海，张宁，李韶茂，
申请(专利权)人：浙江众泰汽车制造有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33