一种基于化学连接剂加固的铝合金型材榫卯结构的制作方法

本发明属于车身铝合金型材连接
技术领域：
，具体涉及一种基于化学连接剂加固的铝合金型材榫卯结构。
背景技术：
“节能、安全、环保”是现代工业的发展主题，新能源汽车已成为发展的必然趋势。为减少新能源汽车的能耗且提高性能，车身轻量化设计首当其冲。新材料颠覆了传统钢制车身，铝合金材料凭借自身比强度高、可塑性强等优势，在新能源汽车上得到了广泛的应用。铝合金型材可用于车身骨架的承载，目前铝合金型材的连接方式主要有焊接、铆接及螺栓等机械固定，粘接也正处于研究阶段。铝合金的热导率较高，加热会破坏铝合金材料性能，焊缝处易存在缺陷且质量略有增加；机械连接的缺陷较大、强度较低且质量有较明显的增加；粘接所使用的粘胶剂通过粘附力和内聚力将表面连接，来自分子间的作用力，其连接性能有待验证。参考我国古建筑立柱、横梁及顺檩构件的连接方式，各个构件之间的结点以榫卯相吻合，构成富有弹性的框架。不但可以承受较大的荷载(强度较好)，而且允许产生一定的变形(刚度较高)，在地震载荷下通过变形抵消一定的地震能量(吸收一定的能量)，减小结构的地震响应。车身骨架需要具有承载能力；同时刚度较高；而且为保证车身碰撞时的安全性，要求车身骨架具有一定的抗撞性，即吸能特性。榫卯结构可以实现车身承载骨架的基本性能要求，因此在新能源车身骨架中应用榫卯连接。为保证连接的可靠性，在榫卯连接的基础上，采用化学连接剂形成化学键，加固连接性能。技术实现要素：本发明设计开发了一种基于化学连接剂加固的铝合金型材榫卯结构，本发明的发明目的是通过水平方向和竖直方向铝合金型材的有效连接，型材本身可以吸能，同时通过榫卯连接结构可以吸收部分能量，由于铝合金型材榫卯连接结构的吸能特性显著，采用化学连接剂加固榫卯结构，使得该结构的强度、刚度等力学性能提高。本发明提供的技术方案为：一种基于化学连接剂加固的铝合金型材榫卯结构，包括：榫件本体，其一侧一体成型设置榫头；卯件本体，其一侧设置卯眼；其中，所述榫件本体和所述卯件本体均为铝合金材质，且一体成型，包括：外框；水平支撑板；竖直支撑板，其与所述水平支撑板垂直设置，且与所述外框和所述水平支撑板形成田字型结构横截面；以及所述榫头与所述卯眼对应设置，且所述榫头卡合在所述卯眼内，所述榫头和所述卯眼通过化学连接剂进行粘接固定。优选的是，所述榫头包括：第一连接板，其为所述水平支撑板和所述竖直支撑板一侧的延伸部；第二连接板，其为所述水平支撑板和所述竖直支撑板一侧的延伸部，且与所述第一连接板同侧设置；其中，所述第一连接板与所述第二连接板成中心对称设置。优选的是，所述卯眼包括：第一凹槽，其包括所述水平支撑板和所述竖直支撑板内侧垂直相连的凹陷部；第二凹槽，其包括所述水平支撑板和所述竖直支撑板内侧垂直相连的凹陷部，且与所述第一凹槽同侧设置；其中，所述第一凹槽和所述第二凹槽成中心对称设置；以及所述第一连接板与所述第一凹槽对应设置，所述第一连接板卡合在所述第一凹槽内，所述第二连接板与所述第二凹槽对应设置，所述第二连接板卡合在所述第二凹槽内。优选的是，所述榫件本体一侧向内凹陷形成由第一凹陷部和第一凸起部组成的榫头。优选的是，所述卯眼包括：第二凸起部，其为所述卯件本体一侧的延伸部；第三凸起部，其为所述卯件本体一侧的延伸部，且与所述第二凸起部同侧间隔设置，所述第二凸起部和所述第三凸起部之间形成第二凹陷部；其中，所述第一凸起部与所述第二凹陷部对应设置，所述第一凸起部卡合在所述第二凹陷部内；以及所述第二凸起部与所述第一凹陷部对应设置，所述第二凸起部卡合在所述第一凹陷部内。优选的是，所述铝合金为7020型铝合金。优选的是，所述化学连接剂包括水解铝化合物、碱或碱性铝酸盐。优选的是，所述化学连接剂涂抹在所述卯眼内侧。本发明与现有技术相比较所具有的有益效果：1、铝合金型材的榫卯结构可以实现水平及垂直等连接，可应用于汽车车身承载骨架的连接处，实现铝合金型材骨架的有效装配，由于榫卯结构可以承受较大的荷载，而且允许产生一定的变形，且可以吸收能量，可以承受复杂工况的载荷；2、在榫卯结构连接部位之间，采用化学连接剂加固榫卯结构，可以避免榫卯结构本身脱卯现象，将榫卯结构两连接件一体化，利于力的传递；3、采用榫卯结构自身实现铝合金型材的装配，并且采用化学连接剂加固连接，该连接方式强度及刚度高、吸能显著、质量较轻，可以被广泛应用于汽车工业领域。附图说明图1为本发明所述的采用化学连接剂加固的铝合金型材水平榫卯结构总体结构示意图。图2所述的采用化学连接剂加固的铝合金型材水平榫卯结构连接断面示意图。图3为本发明所述的水平榫卯结构榫件及化学连接剂涂覆位置示意图。图4为本发明所述的水平榫卯结构榫件断面示意图。图5为本发明所述的水平榫卯结构榫件水平剖面示意图。图6为本发明所述的水平榫卯结构卯件及化学连接剂涂覆示意图。图7为本发明所述的水平榫卯结构卯件断面示意图。图8为本发明所述的水平榫卯结构卯件水平剖面示意图。图9为本发明所述的采用化学连接剂加固的铝合金型材垂直榫卯结构总体结构示意图。图10所述的采用化学连接剂加固的铝合金型材垂直榫卯结构连接断面示意图。图11为本发明所述的垂直榫卯结构榫件及化学连接剂涂覆示意图。图12为本发明所述的垂直榫卯结构榫件水平剖面示意图。图13为本发明所述的垂直榫卯结构卯件及化学连接剂涂覆示意图。图14为本发明所述的水平榫卯结构卯件水平剖面示意图。具体实施方式下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。本发明提供一种基于化学连接剂加固的铝合金型材榫卯结构，其主体结构包括榫件本体和卯件本体；其中，榫件本体一侧一体成型设置榫头，卯件本体一侧设置卯眼，榫件本体和卯件本体均为铝合金材质，并且一体成型，榫件本体和卯件本体均包括：正方形外框、水平支撑板、竖直支撑板；竖直支撑板与水平支撑板垂直设置，并且与外框和水平支撑板形成田字型结构横截面，榫头与卯眼对应设置，并且榫头卡合在所述卯眼内，榫头和卯眼通过化学连接剂进行粘接固定。实施例1如图1～8所示，本发明提供一种基于化学连接剂加固的铝合金型材榫卯结构，其主体结构为水平型榫卯结构，包括榫件本体110和卯件本体130，榫件本体110一侧一体成型设置榫头，卯件本体130一侧设置卯眼；其中，榫件本体110和卯件本体130均为铝合金材质，并且一体成型，榫件本体110和卯件本体130均包括：外框、水平支撑板140、竖直支撑板150；竖直支撑板150与水平支撑板140垂直设置，且与外框和水平支撑板140形成田字型结构横截面，榫头与卯眼对应设置，且榫头卡合在卯眼内，榫头和卯眼通过化学连接剂120进行粘接固定。在另一种实施例中，榫头包括第一连接板111a和第二连接板111b；其中，第一连接板111a为水平支撑板140和竖直支撑板150一侧的延伸部，第二连接板111b为水平支撑板140和竖直支撑板150一侧的延伸部，第二连接板111b与第一连接板111a同侧设置，第一连接板111a与第二连接板111b成中心对称设置。卯眼包括第一凹槽131a和第二凹槽131b；其中，第一凹槽131a包括水平支撑板140和竖直支撑板150内侧垂直相连的凹陷部，第二凹槽131b包括水平支撑板140和竖直支撑板150内侧垂直相连的凹陷部，第二凹槽131b与第一凹槽131a同侧设置，第一凹槽131a和第二凹槽131b成中心对称设置。其中，第一连接板111a与第一凹槽131a对应设置，第一连接板111a卡合在第一凹槽131a内，第二连接板111b与第二凹槽131b对应设置，第二连接板111b卡合在第二凹槽131b内。如图1～3、图6所示，化学连接剂120涂覆在榫卯结构相互接触的卯眼内表面(如图3所示)和榫头外表面(如图6所示)，榫头插入卯件的卯眼中连接；该化学连接剂可以分解铝合金表面的氧化膜(包括三氧化二铝、铝酸盐等)，并形成新的化学键，生成新的化合物，如双管能化合物；在本实施例中，作为一种优选，化学连接剂120包括水解铝化合物、碱或碱性铝酸盐，该水解铝化合物、碱或碱性铝酸盐可以去除铝表面氧化物；还包括有机化合物基团，如锚固基团、羟基基团等，该有机化合物基团可以实现铝合金的连接，生成新的化合物等。实施例2如图9～14所示，本发明提供一种基于化学连接剂加固的铝合金型材榫卯结构，其主体结构包括榫件本体210和卯件本体230，榫件本体210一侧一体成型设置榫头，卯件本体230一侧设置卯眼；其中，榫件本体210和卯件本体230均为铝合金材质，并且一体成型，榫件本体210和卯件本体230均包括：外框、水平支撑板240、竖直支撑板250；竖直支撑板250与水平支撑板240垂直设置，且与外框和水平支撑板240形成田字型结构横截面，榫头与卯眼对应设置，且榫头卡合在卯眼内，榫头和卯眼通过化学连接剂220进行粘接固定。在另一种实施例中，榫件本体210一侧向内凹陷形成由第一凹陷部212和第一凸起部211组成的榫头。卯眼包括第二凸起部231、第三凸起部232以及第二凸起部231和第三凸起部232之间形成第二凹陷部233；第二凸起部231为卯件本体230一侧的延伸部，第三凸起部232为卯件本体230一侧的延伸部，第三凸起部232与第二凸起部231同侧间隔设置。其中，第一凸起部211与第二凹陷部233对应设置，第一凸起部211卡合在第二凹陷部233内，第二凸起部231与第一凹陷部212对应设置，第二凸起部231卡合在第一凹陷部212内。如图9～11所示，化学连接剂220涂覆在榫卯结构相互接触的卯眼内表面(如图11所示)和榫头外表面(如图12所示)，榫头插入卯件的卯眼中连接，如图9、图10所示，化学连接剂220可以分解铝合金表面的氧化膜(包括三氧化二铝、铝酸盐等)，并形成新的化学键，生成新的化合物，如双管能化合物；在本实施例中，作为一种优选，化学连接剂220包括水解铝化合物、碱或碱性铝酸盐，该水解铝化合物、碱或碱性铝酸盐可以去除铝表面氧化物；还包括有机化合物基团，如锚固基团、羟基基团等，该有机化合物基团可以实现铝合金的连接，生成新的化合物等。本发明借鉴中国古建筑的榫卯结构，并采用化学连接剂加固的铝合金型材榫卯结构，强度较高，刚度较好，抗变形能力强，吸能特性较好；质量较轻，克服了现有铝合金型材连接工艺不可靠的缺陷，可以应用于轻质铝合金汽车车身承载骨架的连接。采用7020铝合金型材为例，比较铝型材榫卯结构化学连接和普通焊接的性能参数，如表1所示，7020铝合金母材及焊接接头材料的性能参数估算对比表。表17020铝合金母材及焊接接头材料的性能参数估算对比表参数铝合金铝合金焊接接头焊接降低比率抗拉强度39326831.8％伸长率16.64.572.9％试验例1对实施例1分别施加弯曲、扭转工况以及施加压弯组合工况和弯扭组合工况，将焊接接头应用于对焊实例，如表2所示，比较相关性能参数，对比结果数据可知，铝合金焊接后其结构的性能会大幅度降低。表27020铝合金型材化学连接与对焊焊接的性能参数估算对比表参数榫卯结构化学连接普通结构焊接弯曲刚度(n/mm)777.7748.35扭转刚度(n·m/deg)132.02125.33试验例2对实施列2分别施加压弯组合工况和弯扭组合工况，如表3所示，比较组合工况的变形指标。通过数据对比分析，将焊接接头应用于l型接头焊接实例，铝合金焊接后其结构性能会有较明显的降低。表37020铝合金型材化学连接与l型焊接的性能参数估算对比表参数榫卯结构化学连接普通结构焊接压弯组合工况最大位移(mm)1.2931.637弯扭组合工况最大位移(mm)0.0140.018在加载情况下，组合工况所变形的位移越大，则刚度越小，分别从压弯组合工况和弯扭组合工况考虑，普通接头的变形位移均比化学链接的接头位移大，故焊接后性能降低。综上所述，焊接接头会降低型材整体的变形刚度，不利于车身骨架的承载能力。铝合金热导率较高，线膨胀系数大，在焊接过程中易存在变形、裂纹、气孔等缺陷；由于焊接接头性能下降较大，在实际应用中易在焊缝处断裂韧、腐蚀、疲劳破坏。在极限工况下，普通焊接接头更容易失效。单一接头对结构的性能已有比较明显的降低，考虑到铝合金车身骨架有较多的焊接接头，焊接部位多达几百处相互作用，对整车性能的影响更大。铝合金型材榫卯结构借鉴了古代实心木材的连接，铝合金型材榫卯结构比普通铝合金连接承受载荷更强、所形成的框架结构可允许一定的变形，且吸能效果好；为了提高榫卯连接的有效性，对榫卯结构采用了化学连接，此化学连接可以类比于一体加工成型，无焊接接头，不会出现焊接接头位置的损坏。尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。当前第1页12