金属和碳纤维增强树脂基复合材料层合板无孔铆接装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种金属和碳纤维增强树脂基复合材料层合板无孔铆接装置，包括铆接冲头、铆接凹模以及浅坑铆钉，铆接冲头和铆接凹模分别与气液增压系统相连，在铆接加工状态时，铆接冲头、铆接凹模和浅坑铆钉的轴线重合，铆接冲头将浅坑铆钉压入多层叠放的金属层板和碳纤维增强树脂基复合材料板的上表面，金属和碳纤维增强树脂基复合材料板在浅坑铆钉的挤压作用下形成凸起，凸起压入铆钉凹模的凹腔内，铆接冲头回程时，浅坑铆钉留在铆钉凹模的凹腔内。本发明专利技术解决了金属层板的翘曲变形等问题，也能避免钻孔过程中碳纤维增强树脂基复合材料板的分层、碳纤维丝的剥离、碳纤维丝缠绕钻头等问题。而且，在连接过程中，不会刺穿被连接板件，提高了连接强度。

Holeless Riveting Device and Method for Metal and Carbon Fiber Reinforced Resin Matrix Composite Laminates

The invention discloses a non-hole riveting device for metal and carbon fiber reinforced resin matrix composite laminates, which includes riveting punch, riveting die and shallow pit rivet. The riveting punch and riveting die are respectively connected with the gas-liquid pressurizing system. When riveting is processed, the axes of riveting punch, riveting die and shallow pit rivet are overlapped, and the riveting punch presses shallow pit rivet rivet into multi-layer overlapping. On the upper surface of metal laminate and carbon fiber reinforced resin matrix composite board, the metal and carbon fiber reinforced resin matrix composite board bulges under the extrusion of rivets in shallow pits. The bulges are pressed into the concave cavity of rivet die. When the rivet punch returns, the rivets in shallow pits remain in the concave cavity of rivet die. The invention solves the problems of warping deformation of metal laminates, avoids the delamination of carbon fiber reinforced resin matrix composite plate, the peeling of carbon fiber filament and the winding of carbon fiber filament drill bit during drilling. Moreover, in the process of connection, the connecting plate will not be pierced, thus improving the connection strength.

【技术实现步骤摘要】
金属和碳纤维增强树脂基复合材料层合板无孔铆接装置及其方法
本专利技术属于材料加工
，尤其涉及一种金属和碳纤维增强树脂基复合材料层合板无孔铆接装置及其方法。
技术介绍
无铆连接技术是指在冲压设备上利用简单的圆锥型凸模将被连接的板件材料挤压进底部带有环状槽的凹模之中，在高压力的作用下，凸模侧的板件材料被挤压到凹模侧的板件内，在进一步的挤压过程中，板件材料塑性“流动”，形成燕尾状镶嵌，如此即可实现两种材料的无铆连接。无铆连接技术的原理为金属的最小阻力定律，即金属在变形时会首先向阻力最小的方向流动。由此可以通过设计模具的形状、结构以使金属按照我们的意愿进行变形。但碳纤维增强树脂基复合材料在固化成形之后塑性较差，不能像金属一样变形。并且由于塑性差，固化好的碳纤维增强树脂基复合材料在冲压之后会有较大的回弹，不利于形成燕尾状镶嵌，不能产生满足应用要求的接触强度。因此，直接利用无铆连接技术对金属/碳纤维增强树脂基复合材料层合板进行连接是不现实的。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种金属和碳纤维增强树脂基复合材料层合板无孔铆接装置，其目的是解决冲压过程中碳纤维增强树脂基复合材料塑性小、回弹大，以及由于钻孔导致的碳纤维增强树脂基复合材料分层、撕裂等问题，提高金属/碳纤维增强树脂基复合材料层合板的连接强度。为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种金属和碳纤维增强树脂基复合材料层合板无孔铆接装置，包括铆接冲头、铆接凹模以及浅坑铆钉，所述铆接冲头和铆接凹模分别与气液增压系统相连，在铆接加工状态时，所述铆接冲头、铆接凹模和浅坑铆钉的轴线重合，所述铆接冲头将浅坑铆钉压入多层叠放的金属层板和碳纤维增强树脂基复合材料板的上表面，金属和碳纤维增强树脂基复合材料板在所述浅坑铆钉的挤压作用下形成凸起，凸起压入所述铆钉凹模的凹腔内，所述铆接冲头回程时，所述浅坑铆钉留在所述铆钉凹模的凹腔内，得到金属和碳纤维增强树脂基复合材料层合板。优选地，所述浅坑铆钉为T型结构，所述浅坑铆钉的水平段与所述铆接冲头接触，所述浅坑铆钉竖直段的远离水平段的一端设有半球形凹槽，所述水平段与竖直段的连接处设有圆形倒角。优选地，所述铆接冲头为圆柱形冲头，所述铆接凹模的凹腔为圆柱形凹腔。一种金属和碳纤维增强树脂基复合材料层合板无孔铆接方法，其具体过程为：S1、将金属层板和碳纤维增强树脂基复合材料板从上到下依次铺设在所述铆接凹模的凹腔上方，保证金属层板和碳纤维增强树脂基复合材料板的外沿超过所述凹腔的边缘；S2、将金属层板、碳纤维增强树脂基复合材料板、铆接冲头、铆接凹模以及浅坑铆钉置于环境箱中或者利用电磁感应设备辅助加热使碳纤维增强树脂基复合材料二次软化以提高塑性；S3、启动气液增压系统，铆接冲头带动浅坑铆钉压入叠放的金属和碳纤维增强树脂基复合材料板的上表面，金属层板和碳纤维增强树脂基复合材料板在所述浅坑铆钉的挤压作用下形成凸起，在压入过程中，所述浅坑铆钉的钉脚在挤压作用下向外张开，与上层的金属层板形成机械自锁，上层金属层板在钉脚的挤压作用下形成围绕钉脚的环形凸起，环形凸起进而对下层的碳纤维增强树脂基复合材料板产生挤压作用，与下层碳纤维增强树脂基复合材料板形成嵌合，通过这种层层递进，逐级嵌合的方式，钉脚与上层金属层板之间、上层金属层板与下层碳纤维增强树脂基复合材料板之间形成稳固的机械自锁，实现对金属层板和碳纤维增强树脂基复合材料层合板的连接，形成金属和碳纤维增强树脂基复合材料层合板；S4、气液增压系统控制所述铆接冲头回程，所述浅坑铆钉留在所述铆钉凹模的凹腔内，得到金属和碳纤维增强树脂基复合材料层合板。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：本专利技术的金属和碳纤维增强树脂基复合材料层合板无孔铆接装置更容易实现金属层板和碳纤维增强树脂基复合材料板的连接，不需要特殊的连接设备，而且铆接质量稳定，不易产生波动，不需要预制孔。在节省时间的同时，避免了碳纤维增强树脂基复合材料板产生分层、剥离等缺陷，提高了连接强度。铆接属于冷加工，不会因为两种材料热膨胀系数的不同而使接头产生严重变形。而且本专利技术在冲压之前，将金属层板、碳纤维增强树脂基复合材料层、铆接冲头、铆接凹模以及浅坑铆钉置于环境箱中或者利用电磁感应设备辅助加热使碳纤维增强树脂基复合材料二次软化以提高塑性，压入过程中，浅坑铆钉的钉脚在挤压作用下向外张开，与上层的金属层板形成机械自锁，上层金属层板在钉脚的挤压作用下形成围绕钉脚的环形凸起，环形凸起进而对下层的碳纤维增强树脂基复合材料板产生挤压作用，与下层碳纤维增强树脂基复合材料板形成嵌合，通过这种层层递进，逐级嵌合的方式，钉脚与上层金属层板之间、上层金属层板与下层碳纤维增强树脂基复合材料板之间形成稳固的机械自锁，实现对金属和碳纤维增强树脂基复合材料层合板的连接；本专利技术的铆接方式比现有的铆接技术更容易实现金属与碳纤维增强树脂基复合材料两种异质材料之间的连接，原理简洁明了，成本低廉。附图说明图1为本专利技术的金属和碳纤维增强树脂基复合材料层合板无孔铆接装置的铆接冲头进行冲压推程的示意图；图2为本专利技术的金属和碳纤维增强树脂基复合材料层合板无孔铆接装置进行冲压过程的示意图；图3为本专利技术的铆接冲头进行回程的示意图；图4为本专利技术的浅坑铆钉的结构示意图；图5为本专利技术的浅坑铆钉的剖视图。附图中的标记如下：1-铆接冲头，2-铆接凹模，3-浅坑铆钉，4-金属层板，5-碳纤维增强树脂基复合材料板，31-钉帽，32-钉脚，33-半球形凹槽具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。如图1所示，一种金属和碳纤维增强树脂基复合材料层合板无孔铆接装置，包括铆接冲头1、铆接凹模2以及浅坑铆钉3，铆接冲头1为圆柱形冲头，铆接凹模2的凹腔为圆柱形凹腔，如图4和5所示，浅坑铆钉3为T型结构，浅坑铆钉的水平段即钉帽31与铆接冲头接触，浅坑铆钉竖直段的远离水平段的一端即钉脚32设有半球形凹槽33，水平段与竖直段的连接处设有圆形倒角。铆接冲头1、铆接凹模2以及浅坑铆钉3的设计避免在冲压过程中将材料刺穿。铆接冲头1和铆接凹模2分别与气液增压系统相连，在铆接加工状态时，铆接冲头1、铆接凹模2和浅坑铆钉3的轴线重合，铆接冲头1将浅坑铆钉3压入多层叠放的金属层板4和碳纤维增强树脂基复合材料板5的上表面，金属层板和碳纤维增强树脂基复合材料板在浅坑铆钉3的挤压作用下形成凸起，凸起压入铆钉凹模3的凹腔内，铆接冲头1回程时，浅坑铆钉3留在铆钉凹模3的凹腔内，从而得到金属和碳纤维增强树脂基复合材料层合板。本专利技术的金属和碳纤维增强树脂基复合材料层合板即为金属-CFRP层合板，将金属层板4和碳纤维增强树脂基复合材料板5进行连接而成的金属-CFRP层合板。本专利技术还提供一种金属和碳纤维增强树脂基复合材料层合板无孔铆接方法，其具体过程为：S1、如图1所示，将金属层板4和碳纤维增强树脂基复合材料板5从上到下依次铺设在铆接凹模2的凹腔上方，保证金属层板和碳纤维增强树脂基复合材料板的外沿超过凹腔的边缘；S2、将金属层板4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属和碳纤维增强树脂基复合材料层合板无孔铆接装置，其特征在于：包括铆接冲头、铆接凹模以及浅坑铆钉，所述铆接冲头和铆接凹模分别与气液增压系统相连，在铆接加工状态时，所述铆接冲头、铆接凹模和浅坑铆钉的轴线重合，所述铆接冲头将浅坑铆钉压入多层叠放的金属层板和碳纤维增强树脂基复合材料板的上表面，金属和碳纤维增强树脂基复合材料板在所述浅坑铆钉的挤压作用下形成凸起，凸起压入所述铆钉凹模的凹腔内，所述铆接冲头回程时，所述浅坑铆钉留在所述铆钉凹模的凹腔内，得到金属和碳纤维增强树脂基复合材料层合板。

【技术特征摘要】
1.一种金属和碳纤维增强树脂基复合材料层合板无孔铆接装置，其特征在于：包括铆接冲头、铆接凹模以及浅坑铆钉，所述铆接冲头和铆接凹模分别与气液增压系统相连，在铆接加工状态时，所述铆接冲头、铆接凹模和浅坑铆钉的轴线重合，所述铆接冲头将浅坑铆钉压入多层叠放的金属层板和碳纤维增强树脂基复合材料板的上表面，金属和碳纤维增强树脂基复合材料板在所述浅坑铆钉的挤压作用下形成凸起，凸起压入所述铆钉凹模的凹腔内，所述铆接冲头回程时，所述浅坑铆钉留在所述铆钉凹模的凹腔内，得到金属和碳纤维增强树脂基复合材料层合板。2.根据权利要求1所述的金属和碳纤维增强树脂基复合材料层合板无孔铆接装置，其特征在于：所述浅坑铆钉为T型结构，所述浅坑铆钉的水平段与所述铆接冲头接触，所述浅坑铆钉竖直段的远离水平段的一端设有半球形凹槽，所述水平段与竖直段的连接处设有圆形倒角。3.根据权利要求1所述的金属和碳纤维增强树脂基复合材料层合板无孔铆接装置，其特征在于：所述铆接冲头为圆柱形冲头，所述铆接凹模的凹腔为圆柱形凹腔。4.一种利用权利要求1～3任一所述的金属和碳纤维增强树脂基复合材料层合板无孔铆接装置进行无孔铆接的方法，其特征在于：其具体过程为：S1、将金属层板和碳纤维增...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖宏，郑学丰，王健，芦跃峰，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13