CN106050846A - 一种碳纤维加固铝合金榫卯结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳纤维加固铝合金榫卯结构，包括卯件和榫件，卯件设有卯眼，榫件的榫接部位插入卯眼连接，所述卯眼的至少一内表面覆有碳纤维复合布，榫接部位与覆有碳纤维复合布的卯眼过盈配合。碳纤维的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好。利用碳纤维复合布加固榫卯结构，可以有效的延缓榫卯结构发生拔榫现象。碳纤维加固铝合金榫卯结构具有强度、刚度高，耗能能力降低等特点，可使其广泛应用于汽车工业、体育器材、消防等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于汽车车架中铝合金部件安装结构，尤其是碳纤维加固铝合金榫卯结构，以及上述结构的制备方法。
背景技术
新能源汽车是我国汽车产业未来发展的方向，为降低新能源汽车的能耗并增加续航里程，需要采用轻量化的车身结构，为此现有的新能源汽车的车身骨架的材料一般选用铝合金，相应的结构采用焊接、铆接或者螺钉紧固等连接方式，但是上述连接方式会导致铝合金在连接部位处的缺陷增加、强度降低。参考我国古代建筑的梁与柱是以榫卯结构作为基本节点进行连接的，同时榫卯结构还广泛应用于家具及其它木制器械领域中。这种结构不但可以承受较大的荷载，而且允许产生一定的变形，在地震荷载下通过变形抵消一定的地震能量，减小结构的地震响应，因此可考虑将中国古建筑所用的榫卯结构应用于新能源汽车的车身骨架中，以提高连接强度。
发明内容
本发明的目的就是提供一种碳纤维加固铝合金榫卯结构，在传统榫卯的基础上，选用了铝合金材质，并且用碳纤维对其进行加强，使得该结构的强度、刚度等力学性能更加优越。
本发明的另外一个目的就是提供一种制作上述碳纤维加固铝合金榫卯结构的方法。
本发明是这样来实现上述目的的：
一种碳纤维加固铝合金榫卯结构，包括卯件和榫件，卯件设有卯眼，榫件的榫接部位插入卯眼连接，所述卯眼的至少一内表面覆有碳纤维复合布，榫接部位与覆有碳纤维复合布的卯眼过盈配合。
其中，所述卯眼的所有内表面都覆有碳纤维复合布。
其中，所述碳纤维复合布由卯眼的内表面延伸至卯件的外侧面。
其中，所述碳纤维复合布与卯眼内表面之间通过粘接胶粘接固定。
一种碳纤维加固铝合金榫卯结构的制备方法，其特征在于包括以下工艺步骤：a.加工获得卯件及榫件并清洗干净，将榫件进行冷却处理或者将卯件进行加热处理；b.将碳纤维复合布粘接在卯眼的内表面，然后把榫件的榫接部位插入卯眼中固定获得装配体；c.待装配体恢复常温后放入热压罐中，启动热压罐进行热压；d.热压结束，取出装配体冷却制得成品。
其中，所述碳纤维复合布由多层碳纤维预浸料热压而成。
其中，步骤a中，将榫件进行冷却处理以及将卯件进行加热处理。
其中，步骤c中的热压工艺是将热压罐的工作压力设为0.5-1.0MPa，首先热压罐升温至140-160℃，然后恒温保持60-80分钟，接着降温到60-80℃，恒温保持10-30分钟。
本发明的有益效果是：碳纤维的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好。利用碳纤维布加固榫卯结构，可以有效的延缓榫卯结构发生拔榫现象。碳纤维加固铝合金榫卯结构具有强度、刚度高，耗能能力降低等特点，可使其广泛应用于汽车工业、体育器材、消防等领域。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明型进一步说明：
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
参照图1，碳纤维加固铝合金榫卯结构，包括卯件1和榫件2，卯件1设有卯眼，榫件2的榫接部位插入卯眼连接，所述卯眼的至少一内表面覆有碳纤维复合布3，榫接部位与覆有碳纤维复合布3的卯眼过盈配合，榫卯结构过盈配合符合GB/T5371-2004标准。碳纤维的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好。利用碳纤维复合布3加固榫卯结构，可以有效的延缓榫卯结构发生拔榫现象。碳纤维加固铝合金榫卯结构具有强度、刚度高，耗能能力降低等特点，可使其广泛应用于汽车工业、体育器材、消防等领域。
为提高卯眼内表面与榫接部位之间连接的强度，也就是提高两者之间的摩擦力，所述卯眼的所有内表面都覆有碳纤维复合布3。
为便于碳纤维复合布3连接前能够与卯眼很好的固定，所述碳纤维复合布3由卯眼的内表面延伸至卯件1的外侧面，同时碳纤维复合布3与卯眼内表面之间通过粘接胶粘接固定。所述粘接胶为两液混合硬化胶，简称AB胶，为市场上常见的胶合剂。
下面，将详细描述碳纤维加固铝合金榫卯结构的制备方法。
1）加工获得卯件1及榫件2并清洗干净，以避免CNC开孔等工序造成的附着在试件上的金属屑对后续装配产生影响。为了实现榫接部位与卯眼之间过盈配合且便于榫接部位插入卯眼内，需要将榫件2进行冷却处理使其产生收缩，也可将卯件1进行加热处理使卯眼部位膨胀，当然可以同时将榫件2进行冷却处理以及将卯件1进行加热处理。榫件2的冷却处理是将榫件2放入冰库中在-30℃的环境下保持12小时或以上。卯件1的加热处理是将卯件1放入加温箱中加热至65℃。
2）根据碳纤维复合布3所需的厚度，将多层碳纤维预浸料热压而成。然后把将碳纤维复合布3用两液混合硬化胶粘接在卯眼的内表面。接着把榫件2的榫接部位插入卯眼中固定，完成装配；
3）待装配体恢复常温后放入热压罐中，放入到热压罐中。热压罐内温度参数设置为加热升温到150℃，保温时间为60min，降温到75℃，时间为30min，压力参数设置为0.7MPa，启动热压罐。
4）待热压结束，从热压罐中取出装配体冷却制得成品。
Claims (8)
1.一种碳纤维加固铝合金榫卯结构，包括卯件（1）和榫件，卯件（1）设有卯眼，榫件（2）的榫接部位插入卯眼连接，其特征在于：所述卯眼的至少一内表面覆有碳纤维复合布（3），榫接部位与覆有碳纤维复合布（3）的卯眼过盈配合。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维加固铝合金榫卯结构，其特征在于：所述卯眼的所有内表面都覆有碳纤维复合布（3）。
3.根据权利要求1或2所述的一种碳纤维加固铝合金榫卯结构，其特征在于：所述碳纤维复合布（3）由卯眼的内表面延伸至卯件（1）的外侧面。
4.根据权利要求1或2所述的一种碳纤维加固铝合金榫卯结构，其特征在于：所述碳纤维复合布（3）与卯眼内表面之间通过粘接胶粘接固定。
5.权利要求1或2所述碳纤维加固铝合金榫卯结构的制备方法，其特征在于包括以下工艺步骤：
a.加工获得卯件（1）及榫件（2）并清洗干净，将榫件（2）进行冷却处理或者将卯件（1）进行加热处理；
b.将碳纤维复合布（3）粘接在卯眼的内表面，然后把榫件（2）的榫接部位插入卯眼中固定获得装配体；
c.待装配体恢复常温后放入热压罐中，启动热压罐进行热压；
d.热压结束，取出装配体冷却制得成品。
6.根据权利要求5所述的述碳纤维加固铝合金榫卯结构的制备方法，其特征在于：所述碳纤维复合布（3）由多层碳纤维预浸料热压而成。
7.根据权利要求5所述的述碳纤维加固铝合金榫卯结构的制备方法，其特征在于：步骤a中，将榫件（2）进行冷却处理以及将卯件（1）进行加热处理。
8.根据权利要求5所述的述碳纤维加固铝合金榫卯结构的制备方法，其特征在于：步骤c中的热压工艺是将热压罐的工作压力设为0.5-1.0MPa，首先热压罐升温至140-160℃，然后恒温保持60-80分钟，接着降温到60-80℃，恒温保持10-30分钟。
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