【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种异种板材连接领域的技术，具体是一种热塑性或热固性树脂基复合材料与金属材料的环状激光辅助无铆铆接方法。
技术介绍
1、复合材料与金属材料的薄板连接在汽车、轨道交通和航空航天领域有着广泛的应用。因为异质材料之间电阻、熔点和导热系数的差异，无法在焊接时形成均质熔核，进而无法实现有效安全的连接。目前连接异质材料多采用机械连接的方式，其中：无铆铆接因为无紧固件、无工件表面损伤、连接头具有良好的耐疲劳和密封性等良好的特性，成为最具经济性的机械连接工艺。但是传统无铆铆接的应用受到了碳纤复材塑性变形能力不足的限制。
2、现有通过热塑复合材料与轻质合金激光辅助啮合连接的技术通过连接板材单侧表面加工出相互对应的特征图案，将两者组装后使用摆动激光扫描轻质合金板表面，在加压的情况下形成强度极高的热塑性复合材料与轻质合金的铆合结构，但是板材表面特征图案制备成本较高，该技术不宜用于大批量市场化生产。
3、现有激光加热无铆钉铆接技术通过在铆接凸模和凹模内预埋光纤管，在铆接成形前通过激光加热铆接材料成形区域，增加材料性能，避免脆性材料在铆接过程中易于裂纹、断裂，同时能降低材料的塑性变形抗力，使得板料在成形过程中变形充分，改善连接质量。然而，这种热软化辅助无铆铆接的方法仅适合于热塑性复合材料。在连接热固性复合材料时，无法通过热软化的方式提高复合材料的塑性变形能力。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有带预制孔无铆铆接工序复杂、定位困难以及热辅助无铆铆接无法连接热固性复合
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、本专利技术涉及一种复合材料与金属材料的环状激光辅助无铆铆接方法，首先将复合材料叠放于金属材料上通过环状激光完成复合材料的激光环切，形成规则通孔；再通过凹模模具下压实现连接板材预紧；在凸模向上运动的成形力作用下促使金属材料发生塑性变形并与复合材料切孔处形成无铆铆接，连接结束后通过打开凹模移动外筒形成侧面开口，从而完成切割废料收集，最后完全打开凹模模具取出连接板材。
4、所述的金属材料为容易塑性变形的金属，其厚度t13＝0.5-5.0mm；复合材料为热塑性或热固性树脂材料为基体的碳纤维或玻璃纤维，其厚度t12＝0.5-5.0mm。在连接前板材无需任何表面预处理。
5、所述的激光环切，通过使用双锥透镜将点状激光分散为环状激光，其中环状光斑宽度小于等于0.3mm，环状光斑直径小于等于10mm，激光源功率p＝at12-b，a＝120w/mm；b＝40w。
6、所述的激光环切，其复合材料的最高温度t满足：et12+140℃<t<et12+190℃，e＝30℃/mm，环切合格可以进行铆接，当最高温度超出范围，则环切不合格结束工艺。
7、所述的无铆铆接方法通过凹模端滑轨实现切割与铆接工位切换。
8、所述的板材预紧通过凹模外筒实施下压力，连接板材预紧于凹模外筒与压边圈之间。预紧压力为q·(t12+t13)，q＝.0.125mm/mpa。
9、所述的无铆铆接，凸模直径为切孔直径，斜角β＝2°-10°。
10、所述的无铆铆接，当凸模向金属材料方向运动并施加向上的成形力时，金属材料在凸模压力下向凹模方向发生塑性变形，产生的复材废料被变形的金属材料顶出的同时其高度受凹模反顶位置的限制：凹模反顶距离d＝t12±0.4mm。当复材废料与凹模反顶接触后共同对金属材料提供支撑力，在成形力和支撑力的共同作用下，金属材料在底部减薄至20％t13-50％t13并导致材料径向流动。
11、所述的切割废料收集是指：在完成铆接后，凹模内的弹簧气缸泄压，通过弹簧拉力使凹模移动外筒向上滑动形成开口，通过开口完成切割废料的回收。
12、技术效果
13、本专利技术所提出的激光辅助无铆铆接技术适合连接金属材料与热塑性或热固性基体的复合材料，特别解决了热固性树脂基复合材料无法热软化改善铆接性能的问题。相比于热软化辅助铆接减少工艺时间70％-85％。通过环状激光束可以在不损伤金属材料表面的情况下完成对复合材料的切割。激光环切复合材料产生的余热可以在一定程度上改善金属材料的塑性变形能力，提高连接质量。相比于现有基于热软化的无铆铆接技术，本专利技术利用环状激光束直接切割与金属材料堆叠放置的复合材料的方式可以突破复合材料基体材料对无铆铆接的限制，同时适合热塑性和热固性的复合材料。连接结束后，分段式打开凹模外筒，完成切割废料的收集。
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1.一种复合材料与金属材料的环状激光辅助无铆铆接方法，其特征在于，首先将复合材料叠放于金属材料上通过环状激光完成复合材料的激光环切，形成规则通孔；再通过凹模模具下压实现连接板材预紧；在凸模向上运动的成形力作用下促使金属材料发生塑性变形并与复合材料切孔处形成无铆铆接；
2.根据权利要求1所述的复合材料与金属材料的环状激光辅助无铆铆接方法，其特征是，所述的反顶机构包括：凹模反顶以及设置于其外部的弹簧气缸和第一支撑块，其中：凹模反顶设置于第一支撑块内孔内并延伸至凹模外筒内部且不突出于凹模外筒。
3.根据权利要求2所述的复合材料与金属材料的环状激光辅助无铆铆接方法，其特征是，所述的凹模外筒为两段式结构，包括固定外筒和移动外筒，其中：固定外筒与反顶机构的第一支撑块相连，移动外筒与弹簧气缸相连。
4.根据权利要求2所述的复合材料与金属材料的环状激光辅助无铆铆接方法，其特征是，所述的凹模外筒和第一支撑块具有同心同尺寸通孔。
5.根据权利要求1所述的复合材料与金属材料的环状激光辅助无铆铆接方法，其特征是，所述的凹模模具的外部设有凹模箱体和箱体盖板，
6.根据权利要求1所述的复合材料与金属材料的环状激光辅助无铆铆接方法，其特征是，所述的金属材料为容易塑性变形的金属，其厚度t13＝0.5-5.0mm；复合材料为热塑性或热固性树脂材料为基体的碳纤维或玻璃纤维，其厚度t12＝0.5-5.0mm。
7.根据权利要求1所述的复合材料与金属材料的环状激光辅助无铆铆接方法，其特征是，所述的激光环切，通过光学原理将点状激光分散为环状状激光，其中环状光斑宽度小于等于0.3mm，环状光斑直径小于等于10mm，激光源功率P＝at12-b，a＝120W/mm；b＝40W；
8.根据权利要求1-7中任一所述的复合材料与金属材料的激光辅助无铆铆接方法，其特征是，所述的连接板材预紧，预紧压力为q·(t12+t13)，q＝.0.125mm/MPa。
9.根据权利要求7所述的复合材料与金属材料的环状激光辅助无铆铆接方法，其特征是，当凸模向金属材料方向运动并施加向上的成形力时，金属材料在凸模压力下向凹模方向发生塑性变形，产生的复材废料被变形的金属材料顶出的同时其高度受凹模反顶位置的限制：凹模反顶距离d＝t12±0.4mm，当复材废料与凹模反顶接触后共同对金属材料提供支撑力，在成形力和支撑力的共同作用下，金属材料在底部减薄至20％t13-50％t13并导致材料径向流动。
10.根据权利要求1所述的复合材料与金属材料的激光辅助无铆铆接方法，其特征是，所述的凸模的直径为切孔直径，斜角β＝2°-10°。
11.根据权利要求1所述的复合材料与金属材料的环状激光辅助无铆铆接方法，其特征是，在完成铆接后，凹模内的弹簧气缸泄压，通过弹簧拉力使凹模移动外筒向上滑动形成开口，通过开口完成切割废料的回收。
...【技术特征摘要】
1.一种复合材料与金属材料的环状激光辅助无铆铆接方法，其特征在于，首先将复合材料叠放于金属材料上通过环状激光完成复合材料的激光环切，形成规则通孔；再通过凹模模具下压实现连接板材预紧；在凸模向上运动的成形力作用下促使金属材料发生塑性变形并与复合材料切孔处形成无铆铆接；
2.根据权利要求1所述的复合材料与金属材料的环状激光辅助无铆铆接方法，其特征是，所述的反顶机构包括：凹模反顶以及设置于其外部的弹簧气缸和第一支撑块，其中：凹模反顶设置于第一支撑块内孔内并延伸至凹模外筒内部且不突出于凹模外筒。
3.根据权利要求2所述的复合材料与金属材料的环状激光辅助无铆铆接方法，其特征是，所述的凹模外筒为两段式结构，包括固定外筒和移动外筒，其中：固定外筒与反顶机构的第一支撑块相连，移动外筒与弹簧气缸相连。
4.根据权利要求2所述的复合材料与金属材料的环状激光辅助无铆铆接方法，其特征是，所述的凹模外筒和第一支撑块具有同心同尺寸通孔。
5.根据权利要求1所述的复合材料与金属材料的环状激光辅助无铆铆接方法，其特征是，所述的凹模模具的外部设有凹模箱体和箱体盖板，其中：凹模外筒放于凹模箱体底部内侧，且凹模外筒底部通过凹模箱体底部通孔凸出于凹模箱体底部；凹模反顶、第一支撑块和弹簧气缸上端面平齐且共同与第二支撑块相连。
6.根据权利要求1所述的复合材料与金属材料的环状激光辅助无铆铆接方法，其特征是，所述的金属材料为容易塑性变形的金属，其厚度t13＝0.5-5.0mm；复合材料为热...
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