CN105048240A - 铝铜结构的旋转施压连接方法 - Google Patents
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Abstract
一种铝铜结构的旋转施压连接方法，通过对退火状态的铜片和经过表面刻槽的、处于时效硬化状态的铝件进行清洗处理后，然后用旋压头对置于铝件上的铜环外侧端部进行旋转施压，将铜环外侧压弯90°同时逐步减薄，与铝件外侧表面贴合并部分压入凹槽，使得铜片与铝件连接。本发明在不加热的情况下，能够快速高效、简便可靠、低成本的完成铝铜结构的连接。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种金属处理领域的技术，具体是一种铝铜结构的旋转施压连接方法。
背景技术
铝和铜都是导电性能优良的金属材料，在电力、制冷、航空航天等领域都有广泛的应用。但铜的价格高，资源更稀缺，在零部件处于特定工作条件与性能需求的情况下，采用铝铜连接的复合结构不但能降低构件成本，还能发挥各自的性能优势。
现有的铝铜连接方法主要有焊接与机械连接两大类。由于铝、铜属于异种金属，难以采用熔焊方式，目前可行的技术方案是采用摩擦焊、爆炸焊等压力焊连接方式，但这类方案设备投资较大、工艺复杂，其成本和生产效率都较低，梅云辉等发明了一种铜‐铝异种金属快速连接方法(中国专利文献号CN103567619A，公开(公告)日2014.02.12，“铜‐铝异种金属快速连接方法”)，在金属铜表面涂上一层50μm‐90μm的纳米银焊膏，预热后利用点焊设备实现异种金属的快速连接，效率高，成本低，且连接界面好，力学性能好，但纳米银焊膏层制备成本较高，不宜用于大批量市场化生产；机械连接方式主要有铆接和螺纹连接，但这种连接方式连接部位占用空间较大，不利于后续组件装配。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN201732875U，公开(公告)日2011.02.02，公开了一种铜铝接线端子，包括一端管状、另一端扁平状的铝制本体，扁平端还设有连接通孔，该铝制本体的扁平端由管状压扁成型构成，且铝制本体的整个内壁、包括扁平端内部均覆盖结合有铜片层。该技术主要通过热挤压方式实现铝铜的固相结合，加热过程铝铜易氧化，氧化层会降低连接性能；由于铝铜熔点低，加热温度需要严格控制，然而实际中对于小尺寸的铝铜件散热特别快，增加了固相结合连接工艺的实施难度。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种铝铜结构的旋转施压连接方法，可以在不加热的条件下，能够快速高效、简便可靠、低成本的完成铝铜结构的连接。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明通过对退火状态的铜片和经过表面刻槽的、处于时效硬化状态的铝件进行清洗处理后，然后用旋压头对置于铝件上的铜环外侧端部进行旋转施压，将铜环外侧压弯90°同时逐步减薄，与铝件外侧表面贴合并部分压入凹槽，使得铜片与铝件连接。
所述的表面刻槽，是指在铝件端部外侧弧面进行机加工，每间隔30°刻一凹槽，凹槽长度l＝(2～3)×(D‐d)mm，宽度为0.45～0.55mm，深度0.08～0.10mm，共刻出12组凹槽。
所述的时效硬化状态的铝件，是指铝件完成加工后，进行时效处理，提高其强度，满足实际使用要求，同时在旋转施压连接时不易变形。
所述的铜片，是由退火状态的铜质薄板材，经过落料工序，加工获得的圆形薄片，该铜片外径d为铝件端部外径D的1.05～1.10倍，铜片厚度h＝(0.2～0.3)×(D‐d)mm。
所述的清洗处理，是指采用化学腐蚀的方式去除铜片与铝件待连接表面的氧化层，优选采用NaOH碱溶液，将铜片与铝件的待连接表面，即铜片的下表面和铝件的上表面分别浸没其中3～5min，然后浸入酒精中清洗30s，为后续塑性连接做好准备。
所述的旋转施压，采用旋压头对置于铝件上的铜片外侧端部进行旋转施压，将铜片外侧压弯90°同时逐步减薄，与铝件外侧表面贴合并部分压入凹槽，压扁后铜层厚度H＝0.3～0.5h，控制减薄率大于50％，完成铝铜结构的塑性连接。
技术效果
与现有技术相比，本发明在不加热的条件下完成了铝铜结构的连接，工序简便，可靠性好，成本相对较低。相对压力焊等焊接方式，工序流程简单，设备成本相对较低，由于连接部位铜片受拉应力，包裹住铝件，连接的可靠性更高；相对机械连接方式，连接部位占用空间小。
附图说明
图1为铜片与铝件相对位置示意图；
图2为连接完成后铜铝结构示意图；
图中：1为铜片、2为铝件、3为旋压头、4为凹槽。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1与图2所示，本实施例中，铜片与铝件材料分别为纯铜和纯铝，铝件直径D＝60mm。本实施例具体步骤为：
1)准备铜片与铝件，由退火状态的铜质薄板材，经过落料工序，加工获得的圆形薄片。铜片外径d＝63mm，厚度h＝0.6mm。铝件完成加工后，进行时效处理，提高其强度，满足实际使用要求，同时在旋转施压连接时不易变形。
所述的时效处理采用但不限于：对铝件进行固溶处理并淬火后在常温或加热环境下完成时效。
2)铝件刻槽，在待连接的铝件端部外侧弧面进行机加工，每间隔30°刻一凹槽，凹槽长度l＝6mm，宽度0.5mm，深度0.1mm，共刻出12组凹槽。
3)清洗处理，选用NaOH碱溶液，将铜片与铝件的待连接表面分别浸没其中3～5min，然后浸入酒精中清洗30s，采用化学腐蚀的方式去除铜片与铝件待连接表面的氧化层，为后续塑性连接做好准备。
4)旋转施压，采用旋压头对置于铝件上的铜片外侧端部进行旋转施压，将铜片外侧压弯90°同时逐步减薄，与铝件外侧表面贴合并部分压入凹槽，压扁后铜层厚度H＝0.25mm，控制减薄率为58.3％，完成铝铜结构的塑性连接。
连接完成铝铜结构的表面平整，连接可靠。
实施例2
如图1与图2所示，本实施例中，铜片与铝件材料分别为纯铜和纯铝，铝件直径D＝50mm。本实施例具体步骤为：
1)准备铜片与铝件，由退火状态的铜质薄板材，经过落料工序，加工获得的圆形薄片。铜片外径d＝53mm，厚度h＝0.6mm。铝件完成加工后，进行时效处理，提高其强度，满足实际使用要求，同时在旋转施压连接时不易变形。
所述的时效处理采用但不限于：对铝件进行固溶处理并淬火后在常温或加热环境下完成时效。
2)铝件刻槽，在待连接的铝件端部外侧弧面进行机加工，每间隔30°刻一凹槽，凹槽长度l＝6mm，宽度0.5mm，深度0.1mm，共刻出12组凹槽。
3)清洗处理，选用NaOH碱溶液，将铜片与铝件的待连接表面分别浸没其中3～5min，然后浸入酒精中清洗30s，采用化学腐蚀的方式去除铜片与铝件待连接表面的氧化层，为后续塑性连接做好准备。
4)旋转施压，采用旋压头对置于铝件上的铜片外侧端部进行旋转施压，将铜片外侧压弯90°同时逐步减薄，与铝件外侧表面贴合并部分压入凹槽，压扁后铜层厚度H＝0.25mm，控制减薄率为58.3％，完成铝铜结构的塑性连接。
连接完成铝铜结构的表面平整，连接可靠。
实施例3
如图1与图2所示，本实施例中，铜片与铝件材料分别为纯铜和纯铝，铝件直径D＝60mm。本实施例具体步骤为：
1)准备铜片与铝件，由退火状态的铜质薄板材，经过落料工序，加工获得的圆形薄片。铜片外径d＝63mm，厚度h＝0.6mm。铝件完成加工后，进行时效处理，提高其强度，满足实际使用要求，同时在旋转施压连接时不易变形。
所述的时效处理采用但不限于：对铝件进行固溶处理并淬火后在常温或加热环境下完成时效。
2)铝件刻槽，在待连接的铝件端部外侧弧面进行机加工，每间隔30°刻一凹槽，凹槽长度l＝6mm，宽度0.5mm，深度0.1mm，共刻出12组凹槽。
3)清洗处理，选用NaOH碱溶液，将铜片与铝件的待连接表面分别浸没其中3～5min，然后浸入酒精中清洗30s，采用化学腐蚀的方式去除铜片与铝件待连接表面的氧化层，为后续塑性连接做好准备。
4)旋转施压，采用旋压头对置于铝件上的铜片外侧端部进行旋转施压，将铜片外侧压弯90°同时逐步减薄，与铝件外侧表面贴合并部分压入凹槽，压扁后铜层厚度H＝0.3mm，控制减薄率为50％，完成铝铜结构的塑性连接。
连接完成铝铜结构的表面平整，连接可靠。
Claims (9)
1.一种铝铜结构的旋转施压连接方法，其特征在于，通过对退火状态的铜片和经过表面刻槽的、处于时效硬化状态的铝件进行清洗处理后，然后用旋压头对置于铝件上的铜环外侧端部进行旋转施压，将铜环外侧压弯90°同时逐步减薄，与铝件外侧表面贴合并部分压入凹槽，使得铜片与铝件连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的铜片，是由退火状态的铜质薄板材，经过落料工序，加工获得的圆形薄片。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的时效硬化状态的铝件，是指铝件完成加工后，进行时效处理，提高其强度，满足实际使用要求，同时在旋转施压连接时不易变形。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的表面刻槽，是指在铝件的端部外侧弧面通过机加工得到若干凹槽。
5.根据上述任一权利要求所述的方法，其特征是，所述的铜片外径d为铝件的端部外径D的1.05～1.10倍，铜片厚度h＝(0.2～0.3)×(D‐d)mm。
6.根据权利要求1或4所述的方法，其特征是，所述的表面刻槽，是指在铝件端部外侧弧面进行机加工，每间隔30°刻一凹槽，凹槽长度l＝(2～3)×(D‐d)mm，宽度为0.45～0.55mm，深度0.08～0.10mm，共刻出12组凹槽。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的清洗处理，是指采用化学腐蚀的方式去除铜片与铝件待连接表面的氧化层。
8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征是，所述的清洗处理，选用NaOH碱溶液，将铜片与铝件的待连接表面，即铜片的下表面和铝件的上表面分别浸没其中3～5min，然后浸入酒精中清洗30。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的旋转施压，采用旋压头对置于铝件上的铜片外侧端部进行旋转施压，将铜片外侧压弯90°同时逐步减薄，与铝件外侧表面贴合并部分压入凹槽，压扁后铜层厚度H＝0.3～0.5h，控制减薄率大于50％，完成铝铜结构的塑性连接。
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