金属与复合材料自穿刺铆接用铆钉与装置的制作方法

本技术涉及金属与复合材料的连接，特别涉及一种金属与复合材料自穿刺铆接用铆钉与装置。

背景技术：

1、碳纤维增强复合材料因具有比强度高、比模量高、耐疲劳性能优异、热膨胀系数小及耐腐蚀性好等优势，常与铝合金等金属材料搭配使用，以铆接形式应用于汽车车身、航空航天构件等关键部位。

2、然而，现有铆接技术存在显著缺陷：一方面，碳纤维复合材料塑性较差，铆接过程中易发生纤维断裂、基体开裂、界面脱胶及分层等破坏，直接降低接头力学性能甚至导致接头失效；另一方面，为实现金属与复合材料的铆接，现有技术需先对复合材料预制孔，不仅增加了铆接工序复杂度，还提高了工装与开孔的对准难度，降低生产效率且易因对孔偏差引发额外缺陷，因此我们急需金属与复合材料自穿刺铆接用铆钉与装置来解决上述问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本实用新型提供了一种金属与复合材料自穿刺铆接用铆钉与装置，通过上模加热保障金属塑性、下模液氮冷却增强复合材料脆性，配合特殊结构铆钉与切料模协同作用，实现无预制孔自穿刺铆接，减少复合材料开裂分层，提升铆接效率与接头性能。

2、本实用新型的目的是这样实现的：包括用于冲料的上模具及用于切料的下模具，还包括：固定安装在上模具上用于压紧板材的压边圈，所述压边圈内同轴滑动有用于冲料的冲料模，所述冲料模的端部固定安装有铆钉，所述冲料模内可拆卸安装有用于加热的加热件；浮动设置在下模具内的切料模，所述切料模内浮动设置有用于支撑材料的支撑模，所述支撑模内设置有用于液氮流动的引导区，所述支撑模通过贯穿下模具外壳的气管与外部输送单元相连通。

3、可选地，所述铆钉为法兰实心结构，所述铆钉沿其轴线依次设置有法兰、缩颈区及冲铆区。

4、可选地，加热件包括开设在冲料模上的放置槽，所述放置槽内固定安装有与外部供电单元电连的加热器，当加热器工作时，热量传输至铆钉上并形成加热区。

5、可选地，所述下模具内开设有第一浮动槽，所述切料模滑动连接在第一浮动槽内，所述第一浮动槽内设置有第一弹簧，所述第一弹簧的两端分别与切料模及第一浮动槽内底壁相连。

6、可选地，所述切料模的上部开设有第二浮动槽，所述支撑模滑动连接在第二浮动槽内，所述第二浮动槽内设置有第二弹簧，所述第二弹簧的两端分别与支撑模及第二浮动槽内底壁相连。

7、可选地，所述支撑模的顶部设置有环形台阶，当材料与支撑模上端面相抵时，材料与环形台阶的缺口处形成用于容纳液氮的环形储区。

8、可选地，引导区包括开设在支撑模内的轴向气道，所述轴向气道沿环形台阶轴线设置，所述支撑模内环形等距开设有水平气道，所述水平气道的出气端与环形台阶凸起处相连通，且水平气道的进气端与轴向气道相连通。

9、与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

10、1.本实用新型通过铆钉冲铆区与切料模的配合实现复合材料在线冲裁，无需预先对复合材料开设预制孔，不仅简化了铆接工序、降低了对孔难度，还减少了传统钻孔工艺带来的额外缺陷风险，有助于提升生产效率与工序稳定性。

11、2.本实用新型通过上模加热件提升金属板塑性、下模液氮冷却增强复合材料脆性的协同设计，配合金属板翻边包裹复合材料开孔区的结构，大幅减少了复合材料冲裁时的纤维断裂、分层、脱胶等缺陷，同时通过铆钉与金属板的贴合互锁，显著提升了铆接接头的静态拉伸性能和疲劳性能，满足高可靠性连接需求。

1.一种金属与复合材料自穿刺铆接用铆钉与装置，包括用于冲料的上模具（1）及用于切料的下模具（2），其特征在于：还包括：

2.根据权利要求1所述的金属与复合材料自穿刺铆接用铆钉与装置，其特征在于：所述铆钉（5）为法兰实心结构，所述铆钉（5）沿其轴线依次设置有法兰（51）、缩颈区（52）及冲铆区（53）。

3.根据权利要求1所述的金属与复合材料自穿刺铆接用铆钉与装置，其特征在于：加热件包括开设在冲料模（4）上的放置槽（8），所述放置槽（8）内固定安装有与外部供电单元电连的加热器（9），当加热器（9）工作时，热量传输至铆钉（5）上并形成加热区。

4.根据权利要求1所述的金属与复合材料自穿刺铆接用铆钉与装置，其特征在于：所述下模具（2）内开设有第一浮动槽（10），所述切料模（6）滑动连接在第一浮动槽（10）内，所述第一浮动槽（10）内设置有第一弹簧（11），所述第一弹簧（11）的两端分别与切料模（6）及第一浮动槽（10）内底壁相连。

5.根据权利要求4所述的金属与复合材料自穿刺铆接用铆钉与装置，其特征在于：所述切料模（6）的上部开设有第二浮动槽（12），所述支撑模（7）滑动连接在第二浮动槽（12）内，所述第二浮动槽（12）内设置有第二弹簧（13），所述第二弹簧（13）的两端分别与支撑模（7）及第二浮动槽（12）内底壁相连。

6.根据权利要求1所述的金属与复合材料自穿刺铆接用铆钉与装置，其特征在于：所述支撑模（7）的顶部设置有环形台阶（14），当材料与支撑模（7）上端面相抵时，材料与环形台阶（14）的缺口处形成用于容纳液氮的环形储区。

7.根据权利要求1所述的金属与复合材料自穿刺铆接用铆钉与装置，其特征在于：引导区包括开设在支撑模（7）内的轴向气道（15），所述轴向气道（15）沿环形台阶（14）轴线设置，所述支撑模（7）内环形等距开设有水平气道（16），所述水平气道（16）的出气端与环形台阶（14）凸起处相连通，且水平气道（16）的进气端与轴向气道（15）相连通。