超聲波振動(dòng)輔助碳纖維懸架橫臂膠連接工藝及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及基于超聲波振動(dòng)輔助FSAE賽車上碳纖維管與鋁接頭(獨(dú)立懸架系統(tǒng)中的雙橫臂結(jié)構(gòu))膠連接的工藝與超聲波輔助粘接的裝置。該工藝流程包括夾具安裝、零件去污洗、清水洗、丙酮洗、涂膠、旋合、定位夾緊、超聲波振動(dòng)、常溫固化。該超聲波振動(dòng)輔助粘膠的裝置主要由氣泵、氣缸、超聲波發(fā)生器、超聲波換能器、超聲振動(dòng)工具頭、夾具組成，其中：超聲波發(fā)生器把市電轉(zhuǎn)換成與超聲波換能器相匹配的高頻交流電信號(hào)，驅(qū)動(dòng)超聲波換能器工作；超聲波換能器將高頻交流電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槌暡ㄕ駝?dòng)，變幅桿將機(jī)械振動(dòng)幅值放大后傳送到超聲工具頭。本發(fā)明工藝流程完整規(guī)范、穩(wěn)定可靠、效率高、實(shí)用性強(qiáng)，發(fā)明裝置易于操作、合理可靠、適用范圍廣。
【專利說明】超聲波振動(dòng)輔助碳纖維懸架橫臂膠連接工藝及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于FSAE賽車上獨(dú)立懸架系統(tǒng)中碳纖維雙橫臂的膠連接工藝，具體涉及一種基于超聲波振動(dòng)下輔助碳纖維管與鋁接頭膠連接的粘膠工藝與超聲波振動(dòng)輔助粘膠
目.ο

【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)汽車行業(yè)的迅速發(fā)展和人民生活品質(zhì)的提高，各式各樣的賽車運(yùn)動(dòng)相繼產(chǎn)生，賽車文化逐漸進(jìn)入人們的生活。2010年，中國(guó)舉辦了首屆大學(xué)生方程式(FSAE)賽車比賽，很多高校相繼展開了對(duì)于FSAE賽車的研宄、制造與調(diào)試。對(duì)于方程式賽車而言，整車重量是衡量整車設(shè)計(jì)水平的一個(gè)重要因素。而FSAE賽車為了控制整車重量，在很多部件中開始應(yīng)用碳纖維，一些高設(shè)計(jì)水平賽車的整備質(zhì)量可以低到150kg左右。
[0003]碳纖維復(fù)合材料是由碳纖維與基體材料通過某種復(fù)合方式被組合而成的新型材料，碳纖維復(fù)合材料不僅保持了原材料的特點(diǎn)，還具有單一材料所沒有的特性:
[0004](I)較高比模量和比強(qiáng)度，在同等受力條件下，使用碳纖維復(fù)合材料可以大大地減少重量，尤其對(duì)于汽車而言，減少重量就是降低燃油經(jīng)濟(jì)性，符合現(xiàn)在國(guó)家的汽車三大主題。而對(duì)于賽車，整車質(zhì)量更是非常重要，懸架系統(tǒng)中的桿件就很適合使用碳纖維材料。
[0005](2)很好的材料柔韌度。
[0006](3)優(yōu)異的減震性。
[0007](4)較好的耐疲勞性，在同等拉伸強(qiáng)度下，金屬材料抗疲勞強(qiáng)度只有碳纖維復(fù)合材料50%左右。
[0008](5)成型工藝性好。
[0009](6)破損安全性好。
[0010]現(xiàn)在，很多汽車制造商青睞碳纖維復(fù)合材料，很多大型的汽車廠商生產(chǎn)的部分高檔及豪華轎車，碳纖維復(fù)合材料己經(jīng)被采用了。碳纖維材料在汽車上的應(yīng)用可以使汽車的輕量化取得長(zhǎng)足進(jìn)步。盡管與汽車上使用的其它材料相比碳纖維復(fù)合材料較昂貴，但由于在輕量化設(shè)計(jì)方面的巨大潛力，汽車制造廠商們?nèi)匀粚?duì)他們興趣不減。近年來，在批量生產(chǎn)汽車零件上一些汽車制造廠商己開始采用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。
[0011]懸架對(duì)于動(dòng)力學(xué)的重要性體現(xiàn)在其運(yùn)動(dòng)特性及其對(duì)從輪胎傳遞到底盤的力和力矩的響應(yīng)。對(duì)于方程式賽車的整車設(shè)計(jì)，懸架性能顯然是影響整車操縱穩(wěn)定性和平順性的重要因素，故懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在整車設(shè)計(jì)中占據(jù)著舉足輕重的地位。將碳纖維成功運(yùn)用到懸架系統(tǒng)上下叉臂中后，鋼制叉臂為4.23kg，而碳纖維叉臂只有1.78kg，減重比例達(dá)到57%，僅僅一個(gè)上下叉臂為賽車成功減重2.45kg。
[0012]但是選擇碳纖維管為獨(dú)立懸架系統(tǒng)中的雙橫臂的材料之后，隨之出現(xiàn)一個(gè)重要的問題，便是碳纖維與金屬制件的連接。使用膠粘劑將需要膠接的兩個(gè)件粘成一個(gè)件的方法稱為膠連接。膠連接對(duì)纖維破壞最小，產(chǎn)生的應(yīng)力集中小；最后粘成一個(gè)件的總質(zhì)量??；做出的表面非常光滑、制作工藝很簡(jiǎn)便、制作加工成本比較低，并且比較能抵抗腐蝕，產(chǎn)生的永久變形小。但是，較難控制的是膠連接的質(zhì)量，如膠連接傳遞很高載荷，則受力會(huì)不可靠。
[0013]目前，國(guó)內(nèi)對(duì)FSAE碳纖維懸架粘接問題的研宄主要是以哈爾濱工業(yè)大學(xué)為代表的通過改變粘膠劑的類型、粘接的長(zhǎng)度、粘接間隙、表面處理等因素進(jìn)行改善與研宄。雖然取得了一定的進(jìn)步與改進(jìn)，但是由于在碳纖維管與鋁接頭的粘膠過程中，人為因素的影響非常大。經(jīng)過重復(fù)性試驗(yàn)后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理，便發(fā)現(xiàn)各個(gè)試件的粘接強(qiáng)度的差異性(波動(dòng))很大，并且經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)粘接強(qiáng)度不符合要求的案例。而FSAE賽車為了安全，絕對(duì)不允許出現(xiàn)碳纖維懸架粘接強(qiáng)度不足的概率，因此，不少大學(xué)的FSAE賽車轉(zhuǎn)而使用傳統(tǒng)的鋼制焊接的懸架橫臂。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種超聲波振動(dòng)輔助碳纖維懸架橫臂膠連接方法及裝置，以克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷。
[0015]本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:
[0016]本發(fā)明提供的超聲波振動(dòng)輔助碳纖維懸架橫臂膠連接裝置，其包括氣泵、氣缸、超聲波發(fā)生器、超聲波換能器、超聲波振動(dòng)工具頭，以及能將碳纖維管與鋁接頭定位的工件夾具，其中:超聲波換能器通過變幅桿與超聲波振動(dòng)工具頭的一端相連，超聲波振動(dòng)工具頭的另一端通過圓柱導(dǎo)軌與氣缸活塞相連。
[0017]所述超聲振動(dòng)工具頭，其上端設(shè)有螺紋孔，該螺紋孔與變幅桿的下端螺紋連接，變幅桿的另一端與超聲波換能器相連。
[0018]所述超聲波振動(dòng)工具頭的頭部設(shè)有直徑為26-30mm的圓弧槽，該圓弧槽所在圓的圓心超出槽口端面5_7mm。
[0019]所述變幅桿為縱振圓錐式變幅桿，主要用于將其機(jī)械振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)位移或速度放大，并將超聲能量集中在較小的面積上，同時(shí)用于調(diào)整超聲波換能器與超聲波振動(dòng)工具頭之間的負(fù)載匹配，減小諧振阻抗。
[0020]所述工件夾具由位于超聲波實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的定位滑槽，以及均設(shè)有26-30mm的圓弧槽的第一定位滑塊、第二定位滑塊、夾緊元件、定位凸臺(tái)組成；所述圓弧槽所在圓的圓心均超出槽口端面5-7mm，以通過調(diào)整裝在有螺紋孔的定位凸臺(tái)上的緊固螺釘來定位、夾緊不同直徑的碳纖維管。
[0021]所述第一定位滑塊、第二定位滑塊和定位凸臺(tái)，其在碳纖維管軸向的長(zhǎng)度均為50—60mm,且都通過螺栓與定位滑槽相連。
[0022]本發(fā)明提供的超聲波振動(dòng)輔助碳纖維懸架橫臂膠連接工藝，是利用上述超聲波振動(dòng)輔助碳纖維懸架橫臂膠連接裝置實(shí)現(xiàn)的，該工藝包括以下步驟:
[0023]I)調(diào)整工件夾具在超聲波工作臺(tái)上的安裝位置、并用螺栓將其固定，同時(shí)確保超聲波工具頭的初始位置與工件夾具相對(duì)位置滿足試工件有效粘接部位對(duì)中要求；
[0024]2)使用具有乳化作用的去污劑將加工好的鋁接頭和碳纖維管表面污漬去除，再用清水沖洗干凈；
[0025]3)用丙酮將碳纖維管內(nèi)表面和鋁接頭的粘膠部位清洗干凈；
[0026]4)用膠槍配合混合嘴將DP460膠水分別在碳纖維管內(nèi)表面和鋁接頭的粘接部位涂抹均勻；
[0027]5)將鋁接頭緩慢旋進(jìn)碳纖維管，然后將其整體放置在工件夾具上定位，并用緊固螺釘將其夾緊、固定；
[0028]6)調(diào)節(jié)氣缸的壓力，使超聲波工具頭以設(shè)定壓力壓至碳纖維管粘接段外表面；
[0029]7)開啟超聲波發(fā)生器，調(diào)節(jié)其輸出頻率為20kHz，振幅為4_6微米，對(duì)碳纖維管外壁施加工作2s，間隔2s的脈沖振動(dòng)，共進(jìn)行多30s ;然后將碳纖維管與鋁接頭整體從工件夾具中取出；
[0030]8)將粘接好的碳纖維懸架橫臂在常溫下放置彡2小時(shí)，直至完全固化。
[0031]上述步驟I)中，所述的超聲波工具頭的初始位置應(yīng)處于鋁接頭有效粘接部位的中間位置的正上方。
[0032]上述步驟4)中，應(yīng)保證膠層的度厚比碳纖維管和鋁接頭之間的配合間隙大0.Ι-Ο.3mm，同時(shí)須將碳纖維管內(nèi)表面和鋁接頭粘接部位的膠水涂抹均勻。
[0033]上述步驟6)中，氣缸壓力應(yīng)調(diào)整為0.3—0.5MPa，超聲波工具頭的下降行程應(yīng)比其初始位置時(shí)凹槽底端與定位的碳纖維管外表面的最短距離多0.2一0.5mm。
[0034]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要有以下的優(yōu)點(diǎn):
[0035]1.采用全新的工藝一一基于超聲波振動(dòng)輔助碳纖維與鋁接頭的膠連接，顯著增強(qiáng)碳纖維管與鋁接頭的粘接強(qiáng)度，同時(shí)改善原始粘膠工藝在重復(fù)性試驗(yàn)中出現(xiàn)粘接強(qiáng)度不穩(wěn)定、差異性顯著、試驗(yàn)數(shù)據(jù)波動(dòng)大以及出現(xiàn)試件不合格的問題。
[0036]2.該超聲波輔助粘接的工藝原理是利用超聲波振動(dòng)輔助碳纖維懸架橫臂膠接的粘膠裝置，通過設(shè)置氣缸壓力、超聲波振動(dòng)加載位置、振動(dòng)時(shí)間等因素，促進(jìn)膠水在碳纖維管與鋁接頭縫隙之間的流動(dòng)，使膠水在縫隙中的分布均勻化，明顯提升碳纖維與鋁接頭之間的粘接強(qiáng)度，從而形成一套完整、穩(wěn)定、可靠的碳纖維懸架的膠連接工藝。
[0037]3.采用全新的思維解決碳纖維懸架橫臂的粘接問題一一目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)FSAE車隊(duì)仍然使用鋼制焊接懸架的主要原因就是完全人工操作、人工干預(yù)進(jìn)行碳纖維懸架粘接時(shí)粘接強(qiáng)度很不穩(wěn)定，由于無法得到參數(shù)化或者自動(dòng)化的控制，因此，沒有人可以保證所粘接的碳纖維懸架100%合格。采用超聲波振動(dòng)輔助碳纖維懸架進(jìn)行粘接碳纖維懸架時(shí)，可以通過改變超聲波振動(dòng)的壓力、振動(dòng)時(shí)間、振動(dòng)位置等參數(shù)進(jìn)行研宄，從而可以找到超聲波振動(dòng)輔助粘接的最佳條件，并且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)碳纖維懸架橫臂粘接過程的參數(shù)化控制，從而，使得粘接處理過的碳纖維懸架的可靠性得到有效的保證。同時(shí)，也為碳纖維懸架在FSAE賽車上的繼續(xù)使用提供保障。
[0038]4.該超聲波振動(dòng)輔助碳纖維管與鋁接頭的粘膠裝置具有比較廣泛的適用性一一通過對(duì)定位滑塊元件、夾緊元件和超聲波振動(dòng)工具頭等的圓弧槽特殊設(shè)計(jì)、加工，實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明中涉及的超聲波振動(dòng)輔助粘膠裝置可以實(shí)現(xiàn)對(duì)直徑分布在16 — 28_的碳纖維懸架橫臂膠連接，而國(guó)內(nèi)所有高校的FSAE賽車的懸架橫臂尺寸基本都包括在這一尺寸范圍之內(nèi)；定位滑塊元件在碳纖維管軸向的長(zhǎng)度較小，從而可以通過改變滑塊元件的數(shù)量來實(shí)現(xiàn)超聲波振動(dòng)輔助粘膠時(shí)對(duì)不同長(zhǎng)度的賽車橫臂的定位、夾緊。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]圖1為超聲波工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040]圖2為本發(fā)明超聲波對(duì)碳纖維加載振動(dòng)輔助粘接的軸測(cè)圖。
[0041]圖3為圖2的俯視圖。
[0042]圖4為碳纖維管使用緊固螺釘夾緊狀態(tài)的局部放大圖。
[0043]圖5為超聲波工具頭對(duì)碳纖維加載振動(dòng)狀態(tài)的局部放大圖。
[0044]圖6為超聲波工具頭的振動(dòng)曲線。
[0045]圖7是經(jīng)過重復(fù)試驗(yàn)得到的不同粘膠工藝下碳纖維懸架的粘接強(qiáng)度均值對(duì)比。
[0046]圖8是經(jīng)過重復(fù)試驗(yàn)得到的不同粘膠工藝下碳纖維懸架的粘接強(qiáng)度方差對(duì)比。
[0047]圖中:1.氣泵；2.氣缸；3.圓柱導(dǎo)軌；4.變幅桿；5.超聲波實(shí)驗(yàn)臺(tái)；6.氣缸活塞；
7.超聲波發(fā)生器；8.超聲波換能器；9.超聲波振動(dòng)工具頭；10.第一定位滑塊；11.螺紋孔；12.鋁接頭；13.定位滑槽；14.碳纖維管；15.第二定位滑塊；16.緊固螺釘；17.夾緊元件；18.有螺紋孔的定位凸臺(tái)；19.螺栓。

【具體實(shí)施方式】
[0048]下面結(jié)合實(shí)施實(shí)例及附圖對(duì)本發(fā)明創(chuàng)新的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步說明。
[0049]本發(fā)明提供的超聲波振動(dòng)輔助碳纖維懸架橫臂膠連接工藝，是通過超聲波振動(dòng)輔助碳纖維懸架橫臂膠連接裝置實(shí)現(xiàn)的，該裝置的結(jié)構(gòu)如圖1至圖5所示，主要由氣泵1、氣缸
2、超聲波發(fā)生器7、超聲波換能器8、超聲波振動(dòng)工具頭9和工件夾具組成，其中:超聲波發(fā)生器7把市電轉(zhuǎn)換成與超聲波換能器8相匹配的高頻交流電信號(hào)，驅(qū)動(dòng)超聲波換能器8工作；超聲波換能器8將高頻交流電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槌暡ㄕ駝?dòng)，變幅桿4將機(jī)械振動(dòng)幅值放大后傳送到超聲波振動(dòng)工具頭9。在工件夾具一一定位滑槽13和第一定位滑塊10、第二定位滑塊15、有螺紋孔的定位凸臺(tái)18組合作用下，將碳纖維管14與鋁接頭12定位，然后，夾緊元件17通過螺栓以及超聲波振動(dòng)工具頭9下降與碳纖維管14接觸壓緊，將碳纖維管14徑向固定。
[0050]所述超聲振動(dòng)工具頭9采用航空鋁合金加工而成，其上端設(shè)有螺紋孔11，該螺紋孔11與變幅桿4的下端螺紋連接，變幅桿4的另一端與超聲波換能器8相連。
[0051]所述定位滑槽13保持水平，表面平整，穩(wěn)定可靠，并且固定在超聲波實(shí)驗(yàn)臺(tái)5上。
[0052]所述變幅桿4為縱振圓錐式變幅桿，主要材質(zhì)為45號(hào)鋼制成，主要用于將機(jī)械振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)位移或速度放大，并將超聲能量集中在較小的面積上，同時(shí)用于調(diào)整超聲波換能器8與超聲波振動(dòng)工具頭9之間的負(fù)載匹配，減小諧振阻抗。
[0053]所述超聲波發(fā)生器7額定輸出頻率為20KHz，功率為1800瓦。
[0054]所述超聲波換能器8為壓電式，采用明和20KHz超聲波換能器。
[0055]所述氣缸2通過管道與氣泵I相連，用于儲(chǔ)存一定量的氣體并通過氣體對(duì)氣缸活塞6做功實(shí)現(xiàn)超聲振動(dòng)工具頭9的上下移動(dòng)，調(diào)節(jié)氣缸2的氣壓值可以改變超聲波振動(dòng)工具頭9的預(yù)壓緊力，氣缸2的下部通過氣缸活塞6密封，氣缸活塞6通過圓柱導(dǎo)軌3與超聲波振動(dòng)工具頭9連接，當(dāng)需要下壓超聲波振動(dòng)工具頭9時(shí)，打開氣泵I的開關(guān)，使氣缸2中氣體對(duì)氣缸活塞6做功，并通過圓柱導(dǎo)軌3將運(yùn)動(dòng)傳遞到超聲振動(dòng)工具頭9，使之向下移動(dòng)，可以通過調(diào)節(jié)限位螺母位置改變超聲波振動(dòng)工具頭9的下移量；當(dāng)需要上移超聲波振動(dòng)工具頭9時(shí)，調(diào)節(jié)開關(guān)改變氣缸進(jìn)氣方向，氣缸2中氣體對(duì)氣缸活塞6做負(fù)功，超聲波振動(dòng)工具頭9跟隨氣缸活塞6上移到初始位置。
[0056]所述氣泵I在啟動(dòng)后進(jìn)行泵氣，并將所泵氣體壓縮，使氣體壓強(qiáng)達(dá)到設(shè)定壓強(qiáng)值，當(dāng)壓強(qiáng)低于設(shè)定值(例如0.1MPa)后，氣泵I會(huì)自動(dòng)泵氣，使壓強(qiáng)回升到設(shè)定值。
[0057]所述工件夾具由位于超聲波實(shí)驗(yàn)臺(tái)5上的定位滑槽13，以及第一定位滑塊10、第二定位滑塊15、夾緊元件17、有螺紋孔的定位凸臺(tái)18組成，其中:第一定位滑塊10、第二定位滑塊15、定位凸臺(tái)18與夾緊元件17中直徑28mm的圓弧槽均為線切割加工而成，并且各個(gè)圓弧槽所在圓的圓心均超出端面6_，因此可以通過調(diào)整裝在有螺紋孔的定位凸臺(tái)18上的緊固螺釘16來定位、夾緊不同直徑的碳纖維管14，從而保證了該夾具適用于直徑分布在16-28mm的碳纖維懸架橫臂的超聲波振動(dòng)輔助膠連接。
[0058]所述第一定位滑塊10、第二定位滑塊15和定位凸臺(tái)18，其分別通過螺栓19與定位滑槽13相連。這三個(gè)部件在碳纖維管14軸向的長(zhǎng)度均在50—60mm左右，從而可以通過改變定位滑塊的數(shù)量來滿足不同長(zhǎng)度的碳纖維懸架橫臂的超聲波振動(dòng)輔助膠連接。
[0059]所述超聲波振動(dòng)工具頭9的圓弧槽直徑為28mm，且所在圓的圓心超出端面6mm，從而保證了利用一個(gè)超聲波振動(dòng)工具頭可以實(shí)現(xiàn)直徑分布在16 — 28mm的碳纖維懸架橫臂的超聲波振動(dòng)輔助膠連接。
[0060]本發(fā)明提供的上述超聲波振動(dòng)輔助碳纖維懸架橫臂膠連接的裝置，其工作過程是:首先利用工件夾具一一定位滑槽13和第一定位滑塊10、第二定位滑塊15、有螺紋孔的定位凸臺(tái)18組合作用將碳纖維管14與鋁接頭12定位，然后，開啟超聲波振動(dòng)裝置。超聲波發(fā)生器7把市電轉(zhuǎn)換成與超聲波換能器8相匹配的高頻交流電信號(hào)，驅(qū)動(dòng)超聲波換能器8工作；超聲波換能器8將高頻交流電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槌暡ㄕ駝?dòng)，變幅桿4將機(jī)械振動(dòng)幅值放大后傳送到超聲波振動(dòng)工具頭9。接著，設(shè)置氣缸壓力，降下超聲波振動(dòng)工具頭9，使其壓緊至定位夾緊在工件夾具上的碳纖維管14外壁。從而，將超聲波振動(dòng)傳遞給填充在碳纖維管14與鋁接頭12間隙中的膠水。
[0061]本發(fā)明提供的超聲波振動(dòng)下輔助碳纖維懸架粘接工藝，是利用上述超聲波振動(dòng)裝置以及工件夾具實(shí)現(xiàn)的，該工藝主要包括以下流程:
[0062]1.調(diào)整工件夾具在超聲波試驗(yàn)臺(tái)5上的安裝位置、并用螺栓19將其固定，同時(shí)必須確保超聲波振動(dòng)工具頭9的初始位置與工件夾具的相對(duì)位置滿足工件有效粘接部位對(duì)中要求，即將超聲波工具頭9的初始位置調(diào)整為鋁管接頭有效粘接部位的中間位置的正上方。
[0063]2.使用具有乳化作用的去污劑將加工好的鋁接頭12和碳纖維管14表面的污漬去除，再用清水沖洗干凈。碳纖維管14為3K斜紋亮光管，其外徑為20mm，內(nèi)徑為16mm，長(zhǎng)度為 200mm。
[0064]所述鋁接頭12材料為7075航空鋁，為保證碳纖維管14與鋁接頭12之間的配合間隙，即膠層的厚度，鋁接頭12由數(shù)控車床加工而成，其粘接部位的直徑為15.9mm，長(zhǎng)度為40mmo
[0065]所述去污劑可以采用含有表面活性劑具有乳化作用的清洗劑。
[0066]3.使用醫(yī)用棉簽蘸取丙酮將碳纖維管14內(nèi)表面和鋁接頭12的粘膠部位清洗干凈。
[0067]在此清洗過程中，醫(yī)用棉簽只能蘸取丙酮一次，當(dāng)棉簽表面出現(xiàn)大片的污漬時(shí)，選用新的棉簽重新蘸取丙酮擦拭清洗碳纖維管14內(nèi)表面和鋁管接頭12的粘接部位，直至蘸取丙酮液體的潔凈棉簽表面不會(huì)出現(xiàn)肉眼可見的比較明顯的污漬為止。否則，清洗不合格，需重新清洗。從而保證膠水在碳纖維管14內(nèi)表面和鋁管接頭12外表面最佳粘接條件。
[0068]使用丙酮清洗結(jié)束后如果碳纖維管14內(nèi)表面或者鋁接頭12的粘接部位存在液滴，須烘干。
[0069]4.用配套膠槍配合混合嘴將DP460膠水分別在碳纖維管14內(nèi)表面和鋁接頭12的粘接部位涂抹均勻。
[0070]上述涂膠過程中，須將碳纖維管14內(nèi)表面和鋁接頭12粘接部位的膠水盡量涂抹均勻，同時(shí)保證膠層的厚度大于碳纖維管14和鋁接頭12的配合間隙。
[0071]5.將鋁接頭12緩慢地完全旋進(jìn)碳纖維管14中，然后將它們整體一起(避免發(fā)生相對(duì)移動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng))放置在工件夾具上定位，并用緊固螺釘16夾緊、固定。
[0072]6.調(diào)整氣缸2的壓力為0.3MPa左右，然后降下超聲波振動(dòng)工具頭9，使該工具頭壓緊至碳纖維管14粘接段外表面。并且，超聲波振動(dòng)工具頭9的下降行程應(yīng)比其初始位置與碳纖維管14的最短距離大0.2一0.5mm左右。
[0073]7.開啟超聲波發(fā)生器7，使其輸出頻率為20kHz，振幅為5 μπι左右，對(duì)碳纖維管14的外壁進(jìn)行40s左右的間歇性振動(dòng)。最后，將碳纖維管14與鋁接頭12整體從夾緊元件17中取出。
[0074]超聲波振動(dòng)工具頭9對(duì)碳纖維管14外壁加載的振動(dòng)為間歇性振動(dòng)，振動(dòng)2s，間歇2s，避免超聲波振動(dòng)時(shí)與工具頭相接觸的碳纖維管14的溫度急劇升高。
[0075]在超聲波工具頭間歇性振動(dòng)40s的過程中，當(dāng)振動(dòng)20s后，松動(dòng)緊固螺釘16，將碳纖維管14與鋁接頭12整體在夾具(第一定位滑塊10、第二定位滑塊15、有螺紋孔的定位凸臺(tái)18)中旋轉(zhuǎn)180度，然后再定位、夾緊，繼續(xù)完成剩余的20s的間歇性振動(dòng)。
[0076]8.常溫下放置至少2小時(shí)，直至完全固化。
[0077]按照上述實(shí)施方式，分別利用傳統(tǒng)的碳纖維懸架粘接工藝與本發(fā)明所述的超聲波振動(dòng)輔助粘膠工藝進(jìn)行粘接試驗(yàn)。為保證試驗(yàn)的可靠性、說服性、正確性，在每一種粘接工藝進(jìn)行重復(fù)10次操作，進(jìn)行每組試驗(yàn)有10個(gè)試件利用相同的工藝進(jìn)行粘接。最后，將粘接固化的試件在Zwick材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸測(cè)試，將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到圖7和圖8。
[0078]由圖7可知:與傳統(tǒng)的碳纖維懸架的粘接工藝相比較，本發(fā)明所提出的基于超聲波振動(dòng)輔助下碳纖維懸架的粘接工藝可以顯著增加碳纖維懸架的粘接強(qiáng)度，重復(fù)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)結(jié)果驗(yàn)證了本發(fā)明的粘接工藝可將碳纖維懸架的粘接強(qiáng)度提45%左右。
[0079]由圖8可知:與傳統(tǒng)的碳纖維懸架的粘接工藝相比較，本發(fā)明所提出的基于超聲波振動(dòng)輔助下碳纖維懸架的粘接工藝可以很好地改善碳纖維懸架在膠連接時(shí)出現(xiàn)粘接強(qiáng)度波動(dòng)性大、差異性(不同試件)顯著的問題，重復(fù)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)結(jié)果驗(yàn)證了本發(fā)明的粘接工藝可改善碳纖維懸架粘接強(qiáng)度差異性(不同橫臂粘接強(qiáng)度的方差)達(dá)54%左右，8卩:本發(fā)明工藝可使碳纖維懸架在膠連接時(shí)粘接強(qiáng)度穩(wěn)定性提高50%以上。
【權(quán)利要求】
1.一種超聲波振動(dòng)輔助碳纖維懸架橫臂膠連接裝置，其特征在于該裝置包括氣泵(I)、氣缸(2)、超聲波發(fā)生器(7)、超聲波換能器(8)、超聲波振動(dòng)工具頭(9)，以及能將碳纖維管(14)與鋁接頭(12)定位的工件夾具，其中:超聲波換能器(8)通過變幅桿(4)與超聲波振動(dòng)工具頭(9)的一端相連，超聲波振動(dòng)工具頭(9)的另一端通過圓柱導(dǎo)軌(3)與氣缸活塞(6)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波振動(dòng)輔助碳纖維懸架橫臂膠連接裝置，其特征在于所述超聲振動(dòng)工具頭(9)，其上端設(shè)有螺紋孔(11)，該螺紋孔(11)與變幅桿(4)的下端螺紋連接，變幅桿(4)的另一端與超聲波換能器(8)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲波振動(dòng)輔助碳纖維懸架橫臂膠連接裝置，其特征在于所述超聲波振動(dòng)工具頭(9)的頭部設(shè)有直徑為26-30mm的圓弧槽，該圓弧槽所在圓的圓心超出槽口端面5_7mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波振動(dòng)輔助碳纖維懸架橫臂膠連接裝置，其特征在于所述變幅桿(4)為縱振圓錐式變幅桿，主要用于將其機(jī)械振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)位移或速度放大，并將超聲能量集中在較小的面積上，同時(shí)用于調(diào)整超聲波換能器(8)與超聲波振動(dòng)工具頭(9)之間的負(fù)載匹配，減小諧振阻抗。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波振動(dòng)輔助碳纖維懸架橫臂膠連接裝置，其特征在于所述工件夾具由位于超聲波實(shí)驗(yàn)臺(tái)(5)上的定位滑槽(13)，以及均設(shè)有26-30mm的圓弧槽的第一定位滑塊(10)、第二定位滑塊(15)、夾緊元件(17)、定位凸臺(tái)(18)組成；所述圓弧槽所在圓的圓心均超出槽口端面5-7_，以通過調(diào)整裝在有螺紋孔的定位凸臺(tái)(18)上的緊固螺釘(16)來定位、夾緊不同直徑的碳纖維管(14)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超聲波振動(dòng)輔助碳纖維懸架橫臂膠連接裝置，其特征在于所述第一定位滑塊(10)、第二定位滑塊(15)和定位凸臺(tái)(18)，其在碳纖維管(14)軸向的長(zhǎng)度均為50— 60mm，且都通過螺栓與定位滑槽(13)相連。
7.一種超聲波振動(dòng)輔助碳纖維懸架橫臂膠連接工藝，其特征在于利用權(quán)利要求1至6中任一權(quán)利要求所述超聲波振動(dòng)輔助碳纖維懸架橫臂膠連接裝置實(shí)現(xiàn)的，該工藝包括以下步驟: 1)調(diào)整工件夾具在超聲波工作臺(tái)上的安裝位置、并用螺栓將其固定，同時(shí)確保超聲波工具頭(9)的初始位置與工件夾具相對(duì)位置滿足工件有效粘接部位對(duì)中要求； 2)使用具有乳化作用的去污劑將加工好的鋁接頭(12)和碳纖維管(14)表面污漬去除，再用清水沖洗干凈； 3)用丙酮將碳纖維管(14)內(nèi)表面和鋁接頭(12)的粘膠部位清洗干凈； 4)用膠槍配合混合嘴將DP460膠水分別在碳纖維管(14)內(nèi)表面和鋁接頭(12)的粘接部位涂抹均勻； 5)將鋁接頭(12)緩慢旋進(jìn)碳纖維管(14)，然后將其整體放置在工件夾具上定位，并用緊固螺釘(16)將其夾緊、固定； 6)調(diào)節(jié)氣缸(2)的壓力，使超聲波工具頭(9)以設(shè)定壓力壓至碳纖維管(14)粘接段外表面； 7)開啟超聲波發(fā)生器(7)，調(diào)節(jié)其輸出頻率為20kHz，振幅為4-6微米，對(duì)碳纖維管(14)外壁施加工作2s，間隔2s的脈沖振動(dòng)，共進(jìn)行多30s ;然后將碳纖維管(14)與鋁接頭(12)整體從工件夾具中取出； 8)將粘接好的碳纖維懸架橫臂在常溫下放置多2小時(shí)，直至完全固化。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲波振動(dòng)輔助碳纖維懸架橫臂膠連接工藝，其特征在于步驟I)中超聲波工具頭(9)的初始位置應(yīng)處于鋁接頭(12)有效粘接部位的中間位置的正上方。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲波振動(dòng)輔助碳纖維懸架橫臂膠連接工藝，其特征在于步驟4)中應(yīng)保證膠層的度厚比碳纖維管(14)和鋁接頭(12)之間的配合間隙大0.1-0.3mm，同時(shí)須將碳纖維管(14)內(nèi)表面和鋁接頭(12)粘接部位的膠水涂抹均勻。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲波振動(dòng)輔助碳纖維懸架橫臂膠連接工藝，其特征在于步驟6)中:氣缸(2)壓力應(yīng)調(diào)整為0.3 — 0.5MPa，超聲波工具頭(9)的下降行程應(yīng)比其初始位置時(shí)凹槽底端與定位的碳纖維管(14)外表面的最短距離多0.2一0.5mm。
【文檔編號(hào)】C09J5/02GK104479569SQ201410705188
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月27日
【發(fā)明者】王輝, 郝旭飛, 柏秋陽, 華林, 孟正華, 郭巍 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)