本实用新型专利技术公开了预开孔碳纤维复合材料和铝合金之间的胶铆复合连接装置，包括：凹模；铝合金板；碳纤维复合材料板，其中心位置开设有预开孔；压边圈，其设置在所述碳纤维复合材料板上，并与所述预开孔同轴设置；超声冲头，其设置在所述压边圈内，并位于所述压边圈的上部，所述超声冲头的底部设置有球形浅坑；铆钉，其设置在所述压边圈内，并同轴设置在所述预开孔内，所述铆钉为T型结构；孔道机构，其沿所述铆钉轴向开设；多个通孔，其沿径向开设在所述铆钉的下部；钉塞，其匹配设置在所述铆钉内，所述钉塞的底部具有向上凹陷的曲面。本实用新型专利技术能够减少铆接过程对碳纤维复合材料板的损伤，解决粘接不牢靠、溢胶和局部缺胶等问题。溢胶和局部缺胶等问题。溢胶和局部缺胶等问题。
【技术实现步骤摘要】
预开孔碳纤维复合材料和铝合金之间的胶铆复合连接装置
[0001]本技术涉及预开孔碳纤维复合材料和铝合金之间的胶铆复合连接装置，属于复合材料与金属板件铆接
技术介绍
[0002]二十一世纪以来，随着节能与环保成为各行各业发展的主流，汽车轻量化技术以其在降低油耗，减少排放、提高新能源汽车续航里程等方面的显著作用成为当前汽车工业持续追求的发展方向，碳纤维复合材料与传统金属材料相比，具有轻质高强、耐腐抗震、制件设计灵活等一系列特点，是汽车轻量化最理想的材料。
[0003]然而，随着碳纤维复合材料等轻质材料在车身上的进一步应用，多材料混合车身结构对异种材料之间的连接技术和工艺提出了挑战。碳纤维复合材料在车身上常与铝合金进行连接，连接技术常用有螺栓连接、压印粘接、自冲铆接等等。这些连接技术都存在一些明显的缺陷，于是将不同连接方式复合起来以结合其优势成为优化接头质量的重要手段。
[0004]胶铆复合连接技术集中了胶接的连续密封性能、耐疲劳性能和铆接的抗剥离性能，胶接和铆接在失效时互为缓冲，极大提高了接头强度。但应用到复合材料与金属连接领域，其仍存在缺陷，碳纤维复合材料属脆性材料，铆接会破坏其纤维和基体的连续性，导致纤维断裂、基体开裂等问题，若对胶层固化后再冲压铆接，会破坏原本固化的胶层，若在胶层处于流动状态时进行冲压铆接，又会造成溢胶，局部缺胶等问题，影响接头连接性能。因此需要在现有胶铆工艺基础上，开发新的装置及技术以保证碳纤维复合材料与铝合金连接接头强度。
技术实现思路
[0005]本技术设计开发了预开孔碳纤维复合材料和铝合金之间的胶铆复合连接装置，铆钉最终呈“开花”状变形，减少了胶接失效后碳纤维复合材料板法向剥离的可能。
[0006]本技术提供的技术方案为：
[0007]预开孔碳纤维复合材料和铝合金之间的胶铆复合连接装置，包括：
[0008]凹模，其设置环形凹槽，并在环形凹槽的中心处向上圆锥状凸起；
[0009]铝合金板，其设置在所述凹模上；
[0010]碳纤维复合材料板，其设置在所述铝合金板上，所述碳纤维复合材料板的中心位置设有预开孔；所述预开孔和所述环形凹槽同轴；
[0011]压边圈，其设置在所述碳纤维复合材料板上，并与所述预开孔同轴设置；
[0012]超声冲头，其设置在所述压边圈内，并位于所述压边圈的上部，所述超声冲头的底部设置向上凹陷的球形坑；
[0013]T型铆钉，其包括：
[0014]大直径的钉帽和小直径的钉腿，所述铆钉同轴设置在所述预开孔内，所述钉腿与所述铝合金板上表面相接触；
[0015]第一孔，其沿所述钉帽轴向设置在钉帽中心处；
[0016]连接空腔，其沿所述钉腿轴向设置在所述钉腿内；所述第一孔和连接空腔同轴并且连通；
[0017]其中，从所述第一孔起始沿径向延伸到钉帽外周缘的四道裂缝，其将所述钉帽分成四个分瓣，所述分瓣的高度小于所述钉帽的高度；
[0018]多个通孔，其沿所述钉腿径向设置在所述钉腿的下部；
[0019]倒T型钉塞，其包括：
[0020]小直径的第一端，其为竖直延伸；
[0021]大直径的第二端，其从第一端起始向外径向延伸；
[0022]其中，所述第一端的直径大于所述第一孔的内径并且抵靠所述第一孔；所述第二端与所述连接空腔之间过盈配合；所述第二端的下表面为向上凹陷的曲面；
[0023]倒T型钉塞和连接空腔的内壁之间形成封闭的第一空间，其充满液态胶粘剂。
[0024]优选的是，所述T型铆钉还包括：
[0025]钉颈，其位于钉帽和钉腿之间，并且与所述钉帽通过光滑曲面过渡连接。
[0026]优选的是，还包括：
[0027]环形连接槽，其沿着所述第一孔起始径向延伸形成径向凹槽，并且位置对应在所述钉颈。
[0028]优选的是，所述向上凹陷的曲面为球面，其与所述环形凹槽同轴。
[0029]优选的是，所述钉腿下端为圆弧形刃口。
[0030]优选的是，所述凹模为长轴颈，所述长轴颈的外部缠绕有电磁感应加热线圈。
[0031]优选的是，所述第一端和所述第二端之间通过圆台面进行过渡。
[0032]优选的是，所述钉塞的高度小于所述连接空腔底部与所述多个通孔之间的高度。
[0033]优选的是，还包括：
[0034]压力传感器，其设置在所述凹模顶部一侧，靠近凹模型腔处；
[0035]温度传感器，其设置在所述凹模顶部的另一侧；
[0036]电磁感应加热线圈，其设置在所述长轴颈内；
[0037]控制器，其与所述压力传感器、所述温度传感器、所述超声冲头及所述电磁感应加热线圈电连接，用于接收所述压力传感器和所述温度传感器的检测数据，控制胶铆区域温度。
[0038]本技术所述的有益效果：
[0039]1、本方法采用预冲孔的碳纤维复合材料板，在铆接之前对碳纤维复合材料板进行激光切割制孔，孔边无毛刺，无分层，预制孔避免了碳纤维复合材料板在铆接过程中产生损伤，保证了接头成型质量和力学性能。
[0040]2、铆钉钉帽和钉颈最终呈“开花”状变形，减少了胶接失效后碳纤维复合材料板法向剥离的可能，且铆钉、钉塞机械互锁比冲头冲击钉帽变形更为安全可靠。
[0041]2、钉塞挤出铆钉钉帽和钉颈中心通孔，对整个胶铆接头进行密封，避免溢胶，提高了接头强度和抗腐蚀性。
[0042]3、整个接头成型过程，铆钉钉帽不直接冲压碳纤维复合材料板预制孔周边材料，减少了对碳纤维复合材料板的冲击破坏。
[0043]4、超声波传递冲头向接头部位传递超声振动，不仅能加强接头的疲劳强度和耐腐蚀性，还加强了接头内部胶粘剂的流动性，使其均匀分布于铆钉、钉塞组件与铝合金之间、铝合金与碳纤维复合材料板之间，提高了胶铆接头的强度。
[0044]5、与在铆钉内设置固态热熔胶相比，本技术铆钉
‑
钉塞承胶预制件可以在铆钉内安置常温下呈液态的胶粘剂，粘接强度更高，并可以通过改变铆钉、钉塞规格改变承胶量的大小，可用于批量化生产。
[0045]6、连接完成后，铆钉、钉塞组件留在板材接头位置，与无铆钉铆接相比，更能保证接头的承载能力。
[0046]7、传统胶铆需先制作胶铆预制件，包括金属表面铺胶、除杂等胶层预处理工作，本方法无需制作胶铆预制件，简化了前期工艺，操作更为简单。
附图说明
[0047]图1为本技术所述预开孔碳纤维复合材料板和铝合金之间的胶铆复合连接装置剖视结构示意图。
[0048]图2为本技术所述预开孔碳纤维复合材料板全剖视图。
[0049]图3为本技术所述的T形开孔半空心承胶铆钉全剖视图。
[0050]图4为本技术所述的T形开孔半空心承胶铆钉俯视图。
[0051]图5为本技术所述的钉塞全剖视图。
[0052]图6为本技术所述的铆钉...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.预开孔碳纤维复合材料和铝合金之间的胶铆复合连接装置，其特征在于，包括：凹模，其设置环形凹槽，并在环形凹槽的中心处向上圆锥状凸起；铝合金板，其设置在所述凹模上；碳纤维复合材料板，其设置在所述铝合金板上，所述碳纤维复合材料板的中心位置设有预开孔；所述预开孔和所述环形凹槽同轴；压边圈，其设置在所述碳纤维复合材料板上，并与所述预开孔同轴设置；超声冲头，其设置在所述压边圈内，并位于所述压边圈的上部，所述超声冲头的底部设置向上凹陷的球形坑；T型铆钉，其包括：大直径的钉帽和小直径的钉腿，所述铆钉同轴设置在所述预开孔内，所述钉腿与所述铝合金板上表面相接触；第一孔，其沿所述钉帽轴向设置在钉帽中心处；连接空腔，其沿所述钉腿轴向设置在所述钉腿内；所述第一孔和连接空腔同轴并且连通；其中，从所述第一孔起始沿径向延伸到钉帽外周缘的四道裂缝，其将所述钉帽分成四个分瓣，所述分瓣的高度小于所述钉帽的高度；多个通孔，其沿所述钉腿径向设置在所述钉腿的下部；倒T型钉塞，其包括：小直径的第一端，其为竖直延伸；大直径的第二端，其从第一端起始向外径向延伸；其中，所述第一端的直径大于所述第一孔的内径并且抵靠所述第一孔；所述第二端与所述连接空腔之间过盈配合；所述第二端的下表面为向上凹陷的曲面；倒T型钉塞和连接空腔的内壁之间形成封闭的第一空间，其充满液态胶粘剂。2.根据权利要求1所述的预开孔碳纤维复合材料和铝合金之间的胶铆复合连接装置，其特征在于，所述T型铆钉还包括：钉颈，其位于钉帽和钉腿之间，并且与所述钉帽通过...
【专利技术属性】
技术研发人员：庄蔚敏，张迪彤，王祺源，肖璐，王相超，杨晓文，王恩铭，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：新型
国别省市：
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