一种提高激光冲击铆接成形连接强度的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种提高激光冲击铆接成形连接强度的方法及装置。主要步骤如下：首先把树脂混合物和固化剂按一定的比例混合，形成的糊状混合物作为充填料。之后中央控制器控制激光器发射激光光束，通过导光臂和聚焦头传导到工作台，激发吸收层材料为等离子体冲击波，冲击上层板材，在下凹模的约束下，与开孔的下层板形成空心铆接结构；中央控制器调节蠕动泵挤压充填料，使之通过喷料嘴注入到空心铆扣结构之中，等到充填料凝固以后，空心铆扣就变为实心铆扣，在铆扣结构受到法向力和剪切力作用的时候，固化的充填料可以对铆扣结构起到支撑的作用，从而大大提高铆接连接强度。

A Method and Device for Improving the Joint Strength of Laser Impact Riveting Forming

The invention discloses a method and device for improving the connection strength of laser shock riveting forming. The main steps are as follows: Firstly, the resin mixture and curing agent are mixed in a certain proportion to form a paste mixture as filling material. After that, the central controller controls the laser beam to transmit to the worktable through the light guide arm and the focusing head, excites the absorbing layer material to be the plasma shock wave, impacts the upper layer plate, and forms a hollow riveting structure with the perforated lower layer plate under the restraint of the lower concave die; the central controller adjusts the squeezing filling material of the peristaltic pump to inject it into the hollow riveting structure through the nozzle. When the filling material solidifies, the hollow rivet becomes solid rivet. When the rivet structure is subjected to normal force and shear force, the solidified filling material can support the rivet structure, thus greatly improving the rivet connection strength.

【技术实现步骤摘要】
一种提高激光冲击铆接成形连接强度的方法及装置
本专利技术涉及先进制造
，具体涉及一种板材尤其是超薄板材在脉冲激光冲击铆接成形时提高材料连接强度的方法。
技术介绍
随着科技的不断进步，越来越多的精密仪器都需要运用到超薄板材，因此对于超薄板材先进连接技术的需求也越来越高，其中板材的无铆钉铆接就是一种非常高效的连接工艺。例如，申请号为200810014018.1的中国专利文献提出了一种超薄板材脉冲激光微铆接方法及其专用装置，该方法采用脉冲激光束作为柔性凸模，将板材冲击成口小底大的铆扣结构，从而将两层或多层板材铆接在一起。该方法虽然方便高效，但是形成的铆扣是由超薄板材的胀形变形而成的，铆扣的内部是空心结构，连接强度较低。铆接件的各板材在受到法向的剥离力时，铆扣区域极易产生变形，口部和底部的尺寸差逐步减小，机械互锁量减少，并逐渐变形成筒状结构，从而导致铆扣结构消失，板材脱离。在受到剪切作用力时，由于空心结构的铆扣内部缺乏支撑，从而使铆扣侧面产生向内的凹陷变形，并最终导致各板材发生相互脱离。为了提高激光冲击铆接成形时材料的连接强度，申请号为201510119083.0中国专利文献又提出了一种超薄板材脉冲激光同步铆合焊合方法及装置，使各板材在机械连接的同时进行冶金连接，从而提高了连接强度。但该方法对激光器的功率要求高，并要求板材接触表面洁净，即使如此，有些材料间的冶金结合仍然非常难以实现。因此，专利技术一种提高板材激光冲击铆接成形连接强度的新方法，具有非常重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种板材尤其是超薄板材在脉冲激光冲击铆接成形时提高材料连接强度的方法。该方法把树脂混合物和固化剂按一定的比例混合，形成的糊状混合物作为充填料，通过喷料嘴注入到激光冲击形成的空心铆扣之中，等到充填料凝固以后，空心铆扣就变为实心铆扣，在铆扣结构受到法向力和剪切力作用的时候，固化的充填料可以对铆扣结构起到支撑作用，从而大大提高铆接连接强度。为了达成上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种提高激光冲击铆接成形连接强度的方法,其特征在于，利用激光冲击上层板，使上层板与开设有通孔的下层板形成空心铆接结构，然后再向空心铆接结构(即空心铆扣)内填充充填料，待充填料固化，得到加固的铆接件。进一步的，所述的填充料包括树脂、填料按一定的比例均匀混合得到树脂混合物和固化剂。在提供上述方法的同时，本专利技术还提供了一种用于实现上述铆接方法的装置，包括导光机构、充填料供应机构、成形模具；所述的成形模具用于辅助激光冲击成形，其包括一个工作台，在所述的工作台上从下到上依次设有下凹模、吸收层、约束层、压紧装置；所述的导光机构包括一个激光器，所述的激光器发射激光束通过导光臂和聚焦头传导到工作台激发吸收层材料为爆炸等离子体；所述的充填料供应机构用于将充填料送入到空心铆扣的空腔中；所述的导光机构和充填料供应机构均有一个中央控制器控制其运动。进一步的，所述的充填料供应机构包括树脂混合物储料箱和固化剂储料箱，所述的树脂混合物储料箱和固化剂储料箱与一个蠕动泵相连，所述的蠕动泵通过输料管与一个喷料嘴相连。进一步的，所述的导光机构包括脉冲激光器、导光臂和聚焦头；所述的脉冲激光器与导光臂相连，所述的导光臂与聚焦头相连。进一步的，所述的脉冲激光器和蠕动泵与中央控制器相连。进一步的，所述的聚焦头和喷料嘴安装在一个机械手臂上，通过机械手臂控制聚焦头和喷料嘴的位置和方向，输料管和导光臂固定在关节机械手臂上，可以跟随关节机械手臂协同运动。进一步的，所述脉冲激光束根据具体需要可以调节多种工艺参数，例如激光能量、脉冲频率、脉冲次数等等，激光束通过导光臂传递到聚焦头。进一步的，在所述的下凹模和吸收层之间设置上层板和下层板，上层板放置在下层板的上方，在所述的下层板上开孔。进一步的，当上层板是多层板时，下层板也可采用对分式通孔结构。进一步的，中央控制器集中控制激光器系统、喷料系统、关节机械手臂，使各部分之间紧密协作，完成整个工艺。进一步的，所述的约束层采用高透光率材料，约束层下面涂有吸能材料形成吸收层。进一步的，所述的下层板的通孔应打磨棱角。基于上述装置，实现上层板和下层板连接的方法，包括以下步骤：步骤1先将树脂、填料按一定的比例均匀混合，得到树脂混合物，注入到树脂混合物储料箱中，然后将固化剂注入到固化剂储料箱中；步骤2按从下到上的顺序，依次排列好下凹模、下层板、上层板、吸收层、约束层，将装置固定到工作台上，并将下层板中孔的中心位置和聚焦头对齐；步骤3中央控制器控制激光器发射激光束，通过导光臂和聚焦头传导到工作台，激发吸收层材料为爆炸等离子体冲击波，冲击上层板，在下凹模的约束下，与开孔的下层板形成空心铆接结构；步骤4移走约束层，中央控制器调节蠕动泵，将树脂混合物和固化剂按比例混合，形成充填料，并通过输料管、喷料嘴，推送到空心铆扣的空腔中；步骤5充填料固化，得到加固的铆接件。本专利技术的有益效果是：1、提高连接强度现有的激光冲击铆接工艺中，铆扣结构是由箔材胀形形成的，所以铆扣内部是空心的，在受到力的作用时，铆扣结构会发生变形，最终脱落，这种铆扣结构连接强度不会很高。本专利技术中，在激光冲击完成后，通过向铆扣结构的空腔中灌注充填料，在充填料凝固以后，使空心铆扣变为实心铆扣。此时，铆扣结构受到力的作用时，将受到内部充填料的支撑作用，不易发生变形，大大提高了铆接强度。2、工艺灵活，节约成本传统方式铆接时，不同的铆扣结构需要相应的工艺设备和模具来实现，这样设备结构复杂，造价高。本专利技术中，整个成形装置非常简便，通过控制激光器的激光束相关工艺参数，例如光斑直径尺寸、脉冲能量、脉冲次数等，可以完成各种工艺参数材料的铆接连接，工艺十分灵活，效率高，节约了生产成本。3、简化工艺，提高效率本专利技术中，通过机械手臂，将储料系统和脉冲激光器系统连接在一起，再由中央控制器集中控制各个系统。这样就可以把各个部分的功能优势集中体现出来，相互协作，共同完成一个目标。先通过激光束冲击板材，完成铆接步骤之后，紧接着进行加固步骤，这样使得整个工艺流程比较紧凑，并且在同一工位完成，有利于提高生产效率。4、节能环保。在整个过程中，无论是铆接步骤，还是加固步骤，没有产生废料，属于绿色加工，符合当前时代的要求。5、属于无铆钉连接，能够保证材料的完整性及密封性。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1是本专利技术的结构示意图。图2是进行激光冲击铆接成形时的剖面示意图。图3是对铆扣结构进行加固处理时的剖面示意图。图4是最终获得的铆扣结构剖面示意图。其中：1工作台、2下凹模、3下层板、4上层板，5吸收层、6约束层、7压紧装置、8喷料嘴、9聚焦头、10关节机械手臂、11输料管、12蠕动泵、13树脂混合物储料箱、14固化剂储料箱、15中央控制器、16脉冲激光器、17导光臂。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高激光冲击铆接成形连接强度的方法,其特征在于，利用激光冲击上层板，使上层板与开设有通孔的下层板形成空心铆接结构，然后再向空心铆接结构内填充充填料，待充填料固化，得到加固的铆接件。

【技术特征摘要】
1.一种提高激光冲击铆接成形连接强度的方法,其特征在于，利用激光冲击上层板，使上层板与开设有通孔的下层板形成空心铆接结构，然后再向空心铆接结构内填充充填料，待充填料固化，得到加固的铆接件。2.如权利要求1所述的提高激光冲击铆接成形连接强度的方法,其特征在于，所述的填充料包括树脂、填料按一定的比例均匀混合得到树脂混合物和固化剂。3.一种用于实现1-2任一所述方法的装置，其特征在于，包括导光机构、充填料供应机构、成形模具；所述的成形模具用于辅助激光冲击成形，其包括一个工作台，在所述的工作台上从下到上依次设有下凹模、吸收层、约束层、压紧装置；所述的导光机构包括一个激光器，所述的激光器发射激光束通过导光臂和聚焦头传导到工作台激发吸收层材料为等离子体冲击波；所述的充填料供应机构用于将充填料送入到空心铆扣的空腔中；所述的导光机构和充填料供应机构均有一个中央控制器控制其运动。4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述的充填料供应机构包括树脂混合物储料箱和固化剂储料箱，所述的树脂混合物储料箱和固化剂储料箱与一个蠕动泵相连，所述的蠕动泵通过输料管与一个喷料嘴相连。5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述的导光机构包括脉冲激光器、导光臂和聚焦头；所述的脉冲激光器与导光臂相连，所述的导光臂与聚焦头相连。6.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述的脉冲激光器和蠕动泵与中央控制器相连。7.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：季忠，尤书鑫，王祥营，张纪芝，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37