CN106312876A - 一种用于超声波振动强化碳纤维板与金属板胶接的夹具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于超声波振动强化碳纤维板与金属板胶接的夹具，包括主平台和辅平台，主平台与辅平台相邻设置，主平台的台面高于辅平台的台面，主平台上设有超声波振动工具头，辅平台上设有垫块，辅平台和垫块之间设有升降机构，通过升降机构可调节垫块的高度，主平台和辅平台上均横向设有凹槽，凹槽上均设有夹爪，夹爪可沿凹槽移动，在进行碳纤维板与金属板胶接工作时，碳纤维板通过夹爪固定于主平台上，金属板通过夹爪固定于辅平台的垫块上。满足不同长度、宽度的碳纤维板和金属板以及不同胶层厚度的要求，降低了制造成本，缩短了生产周期，所述的夹具结构简单、实用。

Description

一种用于超声波振动强化碳纤维板与金属板胶接的夹具

技术领域

本发明涉及复合材料粘接技术领域，具体涉及一种用于超声波振动强化碳纤维板与金属板胶接的夹具。

背景技术

复合材料与金属构件之间的连接装配，通常有三种方法：机械连接、胶接和混合连接。复合材料的机械连接指通过螺栓螺钉、销钉和铆钉等将不同的结构件连接成整体的一种连接方法。复合材料的胶接是指通过胶粘剂将几种不同的零部件连成一个不可分割的整体。复合材料的混合连接是通过釆用胶接与机械连接相结合的方式，将两个或多个不同的构件连接装配在一起，要求从工艺技术上严格保证两者同时承受载荷以及变形一致。

胶接连接的优点是:(1)不需要预钻孔；(2)机械强度较高，抗疲劳性、绝缘性及密封性较好；(3)可以提高连接效率、减少零部件数量、减轻结构整体重量；(4)适用于异质异形、壁薄、结构复杂的零构件,不易产生变形；(5)胶接表面光滑、工艺简单、节约时间与能源,经济效益较好；(6)对金属有防腐保护作用。胶接是一种比较常见、实用效果好的连接装配方法，广泛应用在复合材料零部件的连接装配中,有时能够解决关键性的生产工艺技术。而平面搭接是常见且应用广泛的复合材料/金属胶接形式。

超声波振动辅助成型成为近年来材料加工成型研究的活跃方向。目前国内外开展的研究工作表明了超声波振动在液相中产生的空化和声流效应可以实现诱导填缝和固/液界面增润等作用。发明专利《超声波振动辅助碳纤维板悬架横臂胶连接工艺及装置》(授权公告号：CN 104479569B)将超声波振动应用到赛车碳纤维板复合材料悬架横臂(管状碳纤维板复合材料的胶接研究)胶接工艺中，可以很好地改善碳纤维悬架在胶连接时出现粘接强度波动性大、差异性(不同试件)显著的问题，重复试验的数据结果验证了本发明的粘接工艺可改善碳纤维悬架粘接强度差异性(不同横臂粘接强度的方差)达54％左右。

无论是在实际生产工艺，还在在科学研究实验中，碳纤维复合材料的胶接工艺对胶接件的定位、胶层厚度等尺寸参数的要求都很高，而这些需要通过高精度夹具来实现。为了夹具的制造精度，生产中要求使用专用的高精度设备，如数控磨床、三坐标测量仪、数控镗床等，这些设备的价格昂贵，且大多数企业不具备这种生产条件。高精度的夹具生产设备造成夹具的价格很高。因此，高精度碳纤维复合材料胶接夹具制约着碳纤维产品的实际生产以及科研实验。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种用于超声波振动强化碳纤维板与金属板胶接的夹具，满足不同长度、宽度的碳纤维板和金属板以及不同胶层厚度的要求，降低了制造成本，缩短了生产周期，所述的夹具结构简单、实用。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种用于超声波振动强化碳纤维板与金属板胶接的夹具，包括主平台和辅平台，主平台与辅平台相邻设置，主平台的台面高于辅平台的台面，主平台上设有超声波振动工具头，辅平台上设有垫块，辅平台和垫块之间设有升降机构，通过升降机构可调节垫块的高度，主平台和辅平台上均横向设有凹槽，凹槽上均设有夹爪，夹爪可沿凹槽移动，在进行碳纤维板与金属板胶接工作时，碳纤维板通过夹爪固定于主平台上，金属板通过夹爪固定于辅平台的垫块上。

按照上述技术方案，所述的凹槽为腰圆长孔，夹具上设有普通螺栓，通过普通螺栓和腰圆长孔的配合，将夹具锁紧固定。

按照上述技术方案，所述的夹爪包括两个相对设置的限位块，限位块可从碳纤维板或金属板的两侧进行夹紧，限位块可沿凹槽移动，限位块通过普通螺栓锁紧固定于凹槽上。

按照上述技术方案，辅平台上的两个限位块的上端之间连接有固定块，固定块的两端通过螺栓与限位块连接固定，固定块的下端与金属板压紧接触。

按照上述技术方案，所述的固定块为T形。

按照上述技术方案，所述的升降机构包括多个长螺栓，辅平台上设有多个螺纹孔，长螺栓从辅平台上相应的螺纹孔穿出顶住垫块的底部，通过旋拧长螺栓调节垫块与辅平台台面之间的距离。

本发明具有以下有益效果：

通过主平台和辅平台上的夹爪满足不同宽度、不同长度的碳纤维板和金属板固定，通过夹爪和凹槽的配合调节碳纤维板和金属板的横向和纵向的位置，通过垫板和升降机构调节碳纤维板和金属板之间的相对高度，实现胶接时胶层厚度、胶接长度、胶接宽度的连续变化，满足不同胶层厚度、胶接长度、胶接宽度，同时通过固定块、限位块和凹槽的结构件的位置调整，实现碳纤维板和金属板胶接所需的高精度尺寸，极大地降低了夹具各部件加工精度的要求，降低了制造成本，缩短了生产周期，所述的夹具结构简单、实用，对制造夹具的设备要求低，进一步降低了所述夹具的制造成本。

附图说明

图1是本发明实施例中用于超声波振动强化碳纤维板与金属板胶接的夹具的结构示意图；

图2是本发明实施例中用于超声波振动强化碳纤维板与金属板胶接的夹具的爆炸示意图；

图3是本发明实施例中用于超声波振动强化碳纤维板与金属板胶接的夹具的剖视图；

图中，1-超声波振动工具头，2-第一限位块，3-碳纤维板，4-第一凹槽，5-主平台，6-第二限位块，7-金属板，8-垫块，9-长螺栓，10-辅平台，11-第二凹槽，12-螺纹孔，13-第三限位块，14-第一固定块，15-螺母，16-普通螺栓，17-第四限位块，18-第二固定块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

参照图1～图3所示，本发明提供的一个实施例中的用于超声波振动强化碳纤维板与金属板胶接的夹具，包括主平台5和辅平台10，主平台5与辅平台10相邻设置，主平台5的台面高于辅平台10的台面，主平台5上设有超声波振动工具头1，辅平台10上设有垫块8，辅平台10和垫块8之间设有升降机构，通过升降机构可调节垫块8的高度，垫块8沿主平台5和辅平台10的交接线设置，主平台5和辅平台10上均横向设有凹槽，凹槽上均设有夹爪，夹爪可沿凹槽移动；在进行碳纤维板3与金属板7胶接工作时，碳纤维板3设置于主平台5上，金属板7设置于辅平台10的垫块8上，将碳纤维板3和金属板7调节到相应的对接位置，通过主平台5和辅平台10上的夹爪锁紧固定，再通过超声波振动工具头1沿碳纤维板3和金属板7的对接处进行胶接，通过主平台5和辅平台10上的夹爪满足不同宽度、不同长度的碳纤维板3和金属板7固定，通过夹爪和凹槽的配合调节碳纤维板3和金属板7的横向和纵向的位置，通过垫板和升降机构调节碳纤维板3和金属板7之间的相对高度，实现胶接时胶层厚度、胶接长度、胶接宽度的连续变化，满足不同胶层厚度、胶接长度、胶接宽度，通过固定块、限位块和凹槽的结构件的位置调整，实现碳纤维板3和金属板7胶接所需的高精度尺寸，极大地降低了夹具各部件加工精度的要求，降低了制造成本，缩短了生产周期，所述的夹具结构简单、实用，对制造夹具的设备要求低，进一步降低了所述夹具的制造成本。

进一步地，主平台5上设有第一凹槽4，辅平台10上设有第二凹槽11。

进一步地，第一凹槽4和第二凹槽11均为腰圆长孔，夹具上设有普通螺栓16，通过普通螺栓16和腰圆长孔的配合，将夹具锁紧固定。

进一步地，主平台5上的夹爪包括第一限位块2和第二限位块6，第一限位块2和第二限位块6相对设置，第一限位块2和第二限位块6可沿第一凹槽4移动，第一限位块2和第二限位块6通过普通螺栓16锁紧固定于第一凹槽4上。

进一步地，辅平台10上的夹爪包括第三限位块13和第四限位块17，第三限位块13和第四限位块17相对设置，第三位块和第四限位块17可沿第二凹槽11移动，第三限位块13和第四限位块17通过普通螺栓16锁紧固定于第二凹槽11上。

进一步地，第三限位块13和第四限位块17的上端之间连接有第一固定块14和第二固定块18，第一固定块14和第二固定块18的两端均通过螺栓分别与第三限位块13和第四限位块17连接固定，第一固定块14和第二固定块18的下端与金属板7压紧接触。

进一步地，第一固定块14和第二固定均为T形。

进一步地，所述的升降机构包括多个长螺栓9，辅平台10上设有多个螺纹孔12，长螺栓9从辅平台10上相应的螺纹孔12穿出顶住垫块8的底部，通过旋拧长螺栓9调节垫块8与辅平台10台面之间的距离。

本发明的一个实施例中，本发明的工作原理：

通过改变垫块8的高度实现碳纤维板3与金属板7胶接时需要的胶层厚度，通过固定块来保证碳纤维板3与金属板7胶接时的连接长度，通过限位块实现不同宽度的碳纤维板3与金属板7胶接时的夹紧。

所述保证超声振动强化碳纤维板3与金属板7胶接尺寸的低成本夹具设计方法是通过固定块、限位块和凹槽的结构设计与多结构件的组合使用，实现了碳纤维板3和金属平板胶接时胶层厚度、胶接长度、胶接宽度的连续变化。

所述保证超声振动强化碳纤维板3与金属板7胶接尺寸的低成本夹具设计方法是通过固定块、限位块和凹槽的结构件的位置调整，实现碳纤维板3和金属板7胶接所需的高精度尺寸，从而降低所述的夹具制造精度，大大降低了为保证碳纤维板3和金属板7胶接尺寸而直接设计的高精度夹具所需的制造成本与生产周期。

本发明提供的保证超声振动强化碳纤维板3与金属板7高精度胶接尺寸的低成本夹具，包括限位块、两个高度不同的平台(包括主平台5和辅平台10)、垫块8、长螺栓9、固定块、普通螺栓16、螺母15等几个部件。

所述两个高度不同的平台上分布有宽度为8mm的凹槽，限位块通过凹槽安装在平台上；当进行胶连接的碳纤维板3和金属板7的宽度改变时，改变限位块在凹槽中的位置，并用M8的螺栓、螺母15使其在凹槽中固定，实现对碳纤维板3、金属板7宽度方向的夹紧。

所述主平台5上分布有四个M3的螺纹通孔，与垫块8底部分布的四个M3的盲孔相对应；四个M3的长螺栓9穿过主平台5的螺纹孔12，将主平台5与垫块8相连。

所述辅平台10在竖直方向上比主平台5高10mm。碳纤维板3放置在辅平台10上，金属板7放置在垫块8上。当胶层厚度为0.76mm时(ASTM标准)，拧动四个M3的长螺栓9，使垫块8高出主平台513.26mm(ASTM标准中，碳纤维板3的厚度为2.5mm,金属板7的厚度为1.5mm)。同时，为了保证由四个长螺栓9支撑的垫块8与地面水平，在拧动长螺栓9时采用水平仪进行定位。

所述超声振动强化碳纤维板3与金属板7胶接夹具，金属板7超出主平台为25.4mm(ASTM标准)。

所述固定块通过M8的螺栓安装在限位块顶部的M8的螺纹孔12中。当调整好垫块8高出主平台为13.26mm、金属板7超出主平台为25.4mm之后，将固定块的底部与将要胶连接的金属板7接触，使用M8的螺栓将固定块安装在限位块上，将金属板7的固定、压紧。

所述超声振动强化碳纤维板3与金属板7胶接夹具，碳纤维板3的一端与辅平台10一端平齐，当确定好超声波振动工具头1施加振动的位置后，下调超声波振动工具头1，将碳纤维板3压紧在辅平面上。

以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于超声波振动强化碳纤维板与金属板胶接的夹具，其特征在于，包括主平台和辅平台，主平台与辅平台相邻设置，主平台的台面高于辅平台的台面，主平台上设有超声波振动工具头，辅平台上设有垫块，辅平台和垫块之间设有升降机构，通过升降机构可调节垫块的高度，主平台和辅平台上均横向设有凹槽，凹槽上均设有夹爪，夹爪可沿凹槽移动，在进行碳纤维板与金属板胶接工作时，碳纤维板通过夹爪固定于主平台上，金属板通过夹爪固定于辅平台的垫块上。

2.根据权利要求1所述的用于超声波振动强化碳纤维板与金属板胶接的夹具，其特征在于，所述的凹槽为腰圆长孔，夹具上设有普通螺栓，通过普通螺栓和腰圆长孔的配合，将夹具锁紧固定。

3.根据权利要求1所述的用于超声波振动强化碳纤维板与金属板胶接的夹具，其特征在于，所述的夹爪包括两个相对设置的限位块，限位块可从碳纤维板或金属板的两侧进行夹紧，限位块可沿凹槽移动，限位块通过普通螺栓锁紧固定于凹槽上。

4.根据权利要求3所述的用于超声波振动强化碳纤维板与金属板胶接的夹具，其特征在于，辅平台上的两个限位块的上端之间连接有固定块，固定块的两端通过螺栓与限位块连接固定，固定块的下端与金属板压紧接触。

5.根据权利要求4所述的用于超声波振动强化碳纤维板与金属板胶接的夹具，其特征在于，所述的固定块为T形。

6.根据权利要求1所述的用于超声波振动强化碳纤维板与金属板胶接的夹具，其特征在于，所述的升降机构包括多个长螺栓，辅平台上设有多个螺纹孔，长螺栓从辅平台上相应的螺纹孔穿出顶住垫块的底部，通过旋拧长螺栓调节垫块与辅平台台面之间的距离。