一种异种材料粘接方法与流程

1.本发明属于异种材料涂胶粘接技术领域，尤其涉及一种异种材料粘接方法。


背景技术：

2.环氧树脂具有良好的粘接应用范围以及粘接效果，因此，广泛应用于工业生产各个领域内，其主要特性如下：
3.环氧树脂含有多种极性基团和活性很大的环氧基，因而与金属、玻璃、水泥、木材、塑料等多种极性材料，尤其是表面活性高的材料有很强的粘接力，同时，环氧固化物的内聚强度也很大，所以其胶接强度很高。
4.另外，环氧树脂固化时，基本上无低分子挥发物产生。胶层的体积收缩率小，约1％-2％，是热固性树脂中固化收缩率最小的品种之一。且在环氧树脂中加入填料(如石墨)后可降到0.2％以下，环氧固化物的线胀系数也很小，因此内应力小，对胶接强度的影响小。加之环氧固化物的蠕变小，所以胶层的尺寸稳定性较高。
5.环氧树脂、固化剂以及改性剂的品种很多，可通过合理地配方，使胶粘剂具有所需要的工艺性(如快速固化、室温固化、低温固化、水中固化、低粘度、高粘度等)，并具有所要求的使用性能(如耐高温、耐低温、高强度、高柔性、耐老化、导电、导磁、导热等)。
6.但是，该材料在实际使用过程中，也存在一定的技术难点，且目前多采用人工涂覆、装配，其主要应用难点如下：
7.两种原料(环氧树脂+固化剂)混合后将迅速产生化学反应并最终凝固，所以必须要及时完成胶水的涂覆与粘接工艺；
8.且人工涂覆胶水采用刮到或者类似的工具，分别在需要装配的零件表明涂覆胶水，人工抹平胶水。而人工涂覆胶量无法定量计量，且因操作人员的习惯，工艺水平、操作熟练程度必然存在差异，导致粘接质量不一致，也容易导致造成粘接剂的浪费。


技术实现要素：

9.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种一种材料粘接方法，以解决人工向工件上涂覆胶水，涂覆后的产品的质量无法保证的问题。
10.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
11.提供了一种异种材料粘接方法，用于使筒形件的一端插入环形件并与所述环形件粘接，所述筒形件由第一材料制成，所述环形件由金属材料制成；
12.所述异种材料粘接方法包括：
13.s1、夹持装置夹持所述筒形件，装配装置夹持与所述筒形件同轴设置的所述环形件；
14.s2、自动涂胶装置向所述筒形件的一端的外壁上与所述环形件粘接的区域内涂覆第一定量的胶水，所述自动涂胶装置向所述环形件的内壁与所述筒形件粘接的区域内涂覆第二定量的胶水；
15.s3、所述装配装置夹持所述环形件旋转并沿所述筒形件轴向上升，所述筒形件涂覆有胶水的一端伸入所述环形件，直至所述筒形件插入所述环形件预设装配高度h
预设装配高度
，所述环形件停止上升，所述筒形件旋转上升过程中，扭矩检测装置实时检测所述筒形件与所述环形件之间的扭矩；
16.s4、所述装配装置夹持所述环形件继续旋转直至所述扭矩检测装置检测到预设扭矩值，所述环形件停止转动。
17.优选地，所述s1包括：所述装配装置位于所述夹持装置的下方，所述夹持装置和所述装配装置位于同一定位平台上。
18.优选地，所述s1之前，还包括：
19.s01、利用水基金属清洗剂清洗所述筒形件和所述环形件的表面。
20.优选地，所述s1之前，还包括：s02、环氧树脂：固化剂：石墨按照6:3.5:0.5配比，并由所述自动涂胶装置进行混合，得到所述胶水。
21.优选地，所述s2中的胶水的所述第一定量和所述第二定量之和根据以下确定：
[0022][0023]v胶水
＝h
预设装配高度
*s
涂覆面积
……
(2)；
[0024]v胶水
＝v
涂胶口流量
*t
涂胶时间
……
(3)；
[0025]
其中，h
预设装配高度-筒形件插入环形件内的装配高度，公差≤0.1mm；
[0026]
由自动涂胶装置的喷嘴的直径r
喷胶嘴
确定的v
涂胶口流量
，自动涂胶装置上的喷嘴的v
涂胶口流量
的误差精度可以达到1ml/s。
[0027]
t
涂胶时间-采用plc控制自动涂胶装置的喷胶阀的启动/停止控制，由公式(1)-(3)确定t
涂胶时间
，t
涂胶时间
的控制精度可以到达3ms。
[0028]
优选地，所述第一定量和所述第二定量之比的范围为2：3-3：7。
[0029]
优选地，所述s01之前，还包括：
[0030]
s00、在所述环形件的内侧壁的上端开设45
°‑
60
°
的倒角，同时，在所述筒形件的外侧壁的下端开设45
°‑
60
°
的倒角，所述倒角的公差为
±2°
，缺口边长1.5mm
±
0.1mm。
[0031]
优选地，还包括：
[0032]
s5、装配后的所述环形件和所述筒形件移动至静置固化平台静置，完成固化。
[0033]
优选地，还包括：
[0034]
s61、将所述s5中固化后的所述环形件和所述筒形件形成的产品自第一预设高度自由落体，以及将所述产品倾斜45
°
以第二预设高度自由落体以测试所述产品的剪切强度；或固定所述筒形件，沿轴向推动所述环形件，以测试所述产品的剪切强度；
[0035]
s62、将所述s61中合格的产品的一端的开口封堵，自另一端充气2倍大气压，在2倍大气压的压力下，保持1分钟，检测所述环形件和所述筒形件的粘接处的气密性；
[0036]
s63、检测经s62合格的所述产品的外观，若没有明显的胶水溢出，即为合格，若有明显的胶水溢出，进行修补或报废处理。
[0037]
优选地，还包括：s7、将所述s62中检测合格的产品在-20℃-60℃存储保存。
[0038]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明中的异种材料的粘接方法，采用全自动化生产，大幅度地提高生产效率，显著缩减生产人员，提高工作效率，以降低生产成本。且因生产原料含有危险化学品，利用上述方法实现自动涂覆胶水，对操作人员身体造
成的伤害将会被自动化生产消除。另外，原有的繁琐的人工操作，由精密机械替代，人工操作造成的装配误差得以消除。
附图说明
[0039]
图1为本发明中的筒形件和环形件的粘接后的结构示意图；
[0040]
图2为本发明中的筒形件和环形件的结构示意图；
[0041]
图3为本发明中的实施例一中的异种材料粘接方法的流程图；
[0042]
图4为本发明中的实施例二中的异种材料粘接方法的流程图；
[0043]
图5为本发明中的实施例三中的异种材料粘接方法的流程图；
[0044]
图6为本发明中的实施例四中的异种材料粘接方法的流程图；
[0045]
图7为本发明中的实施例五中的异种材料粘接方法的流程图；
[0046]
图8为本发明中的实施例六中的异种材料粘接方法的流程图。
[0047]
其中，1、筒形件；2、环形件。
具体实施方式
[0048]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0049]
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0050]
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0051]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0052]
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0053]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特
征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0054]
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0055]
实施例一
[0056]
本实施例中针对如图1和图2所示的环形件2和筒形件1的粘接，环形件2和筒形件1装配后如图1所示，筒形件1的为圆筒薄壁零件，环形件2可为内孔直径相同的薄壁零件，也可以为内孔设置有阶梯孔的零件，装配后，筒形件1的下端插入环形件2的内孔内，两者之间通过胶水粘接。通常情况下，两者粘接时，采用人工分别向筒形件1和环形件2上涂覆胶水，涂覆胶水后，两者进行粘接，人工涂覆胶水的胶量无法定量计量，且人工装配导致粘接后形成的产品质量难以保证。
[0057]
为解决上述问题，如图3所示，本实施例中提供了一种异种材料粘接方法，用于粘接筒形件1和环形件2，筒形件1由第一材料制成，环形件2由金属材料制成。具体地，本实施例中筒形件1由玻璃钢制成，环形件2由铝合金制成。
[0058]
具体地，上述异种材料粘接方法包括：
[0059]
s1、夹持装置夹持筒形件1，装配装置夹持与筒形件1同轴设置的环形件2；
[0060]
s2、自动涂胶装置向筒形件1的一端的外壁上与环形件2粘接的区域内螺旋状涂覆第一定量的胶水，自动涂胶装置向环形件2的内壁与筒形件1粘接的区域内螺旋状涂覆第二定量的胶水；
[0061]
s3、装配装置夹持环形件2旋转并沿筒形件1轴向上升，筒形件1涂覆有胶水的一端伸入环形件2，直至筒形件1插入环形件2预设装配高度h预设装配高度，环形件2停止上升，筒形件1旋转上升过程中，扭矩检测装置实时检测筒形件1与环形件2之间的扭矩；
[0062]
s4、装配装置夹持环形件2继续旋转直至扭矩检测装置检测到预设扭矩值，环形件2停止转动。
[0063]
本实施例中，s3中，若环形件2的内孔的直径相同，则通过装配装置控制所夹持的环形件2的行程向上运动预设装配高度h预设装配高度，则说明两者装配到位。本实施例中的环形件2的内孔为阶梯孔，阶梯孔包括相互连接的第一孔和第二孔，第一孔的直径大于第二孔的直径，第一孔沿轴向的尺寸正好为预设装配高度h装配高度，筒形件1的下端插入第一孔内，两者装配完成后，筒形件1的下端抵压于第一孔和第二孔的台肩上。当环形件2上升至筒形件1的下端与台肩接触，即说明环形件2和筒形件1在轴向上装配到位，装配装置及其夹持的环形件2停止上升。
[0064]
本实施例中，利用夹持装置夹持筒形件1，装配装置夹持与筒形件1同轴的环形件2，两者同轴设置，保证两者在涂胶后，两者即能同轴装配，从而保证了两者装配后的产品的同轴度。另外，s2中，利用自动涂胶装置向筒形件1的下端与环形件2粘接的区域内涂覆第一定量的胶水，向环形件2的内壁上与筒形件1粘接的区域内涂覆第二定量的胶水，利用自动涂胶装置控制向筒形件1和环形件2上涂覆胶水的胶量，解决了现有技术中人工涂覆，胶量难以控制的问题。另外，自动涂胶装置以螺旋状向筒形件1和环形件2上涂胶水，保证向环形
件2和筒形件1上均匀涂覆胶水，进而保证了两者粘接后，结合面之间各处的胶量基本保持均匀。
[0065]
本实施例中，第一定量和第二定量的值可相同，也可不同，根据筒形件1和环形件2的材质、加工精度等因素进行调整。
[0066]
s3中，装配装置夹持s2中涂覆有胶水的环形件2沿轴向上升，以使位于环形件2上方的筒形件1插入环形件2内，且在上升过程中，环形件2不断旋转，使筒形件1和环形件2位于预设装配高度h预设装配高度的区域内的表面上均能够均匀涂覆胶水。同时，装配装置夹持环形件2运动，筒形件1保持位置不动，装配装置沿轴向上升以与筒形件1装配，两者自动装配，保证装配精度，且自动装配提高装配效率。
[0067]
另外，利用扭矩检测装置实时检测筒形件1和环形件2之间的扭矩，进而判断两者之间的黏着力，从而判断筒形件1和环形件2之间是否粘接完成，利用扭矩检测装置实时检测，方便可靠，控制精度高，易于实现，从而准确地控制筒形件1和环形件2粘接效果。
[0068]
因本实施例中，上述胶水在两者粘接过程中，随着时间的推移，胶水逐渐凝固，两者之间的黏着力逐渐增加，扭矩也逐渐增加，当s3中，两者装配的位置到位后，两者之间的胶水还未完全凝固，因此，在s4中，当筒形件1和环形件2的装配位置到位后，环形件2停止上升，装配装置带动其夹持的环形件2继续旋转，直至扭矩检测装置检测到两者之间的扭矩值至预设扭矩值，说明两者粘接完成。
[0069]
本实施例中的异种材料的粘接方法，采用全自动化生产，大幅度地提高生产效率，显著缩减生产人员，提高工作效率，以降低生产成本。且因生产原料含有危险化学品，利用上述方法实现自动涂覆胶水，对操作人员身体造成的伤害将会被自动化生产消除。另外，原有的繁琐的人工操作，由精密机械替代，人工操作造成的装配误差得以消除。
[0070]
上述实施例中的夹持装置、装配装置、自动涂胶装置和扭矩检测装置可根据现有技术中的结构实现，本实施例中技术点并不在此，且各个装置的相对位置关系可根据实际需要确定，在此不再赘述。
[0071]
本实施例中，优选地，上述s1包括：装配装置位于夹持装置的下方，夹持装置和装配装置位于同一定位平台上，夹持装置夹持的筒形件1位于装配装置夹持的环形件2的下方，且筒形件1和环形件2同轴，即，此时，环形件2位于筒形件1的正下方，根据二维坐标确定筒形件1和环形件2的位置关系，确保两者装配时同轴，以保证两者装配后的同轴度。
[0072]
实施例二
[0073]
在上述实施例一的基础上，进一步优选地，如图4所示，s1之前，还包括s01、利用水基金属清洗剂清洗筒形件1和环形件2的表面。
[0074]
两者粘接前，要求筒形件1和环形件2的表面洁净，即没有粉尘、油污等杂质，若两者的表面不洁净，会降低胶水的附着力，从而影响粘接强度。具体地，本实施例中，在s01中可用水基金属清洗剂清洁清洁铝合金和玻璃钢的表面，此清洗剂由多种除油剂和高效表面活性剂等配置而成，清洁效果好，且分解污垢速度快，缩短清洁时间，提高清洁效率。
[0075]
实施例三
[0076]
在上述实施例二的基础上，进一步优选地，如图5所示，s1之前，还包括s02、环氧树脂：固化剂：石墨按照6:3.5:0.5配比，并由自动涂胶装置进行混合，得到胶水。
[0077]
本实施例中，s01和s02不分先后，两者可同时进行，也可先后进行，根据实际需要
确定。环氧树脂和固化剂按照工艺需求配比，根据上述比例由自动涂胶机进行预混合。
[0078]
本实施例中，采用脂肪族环氧树脂，环氧树脂分子结构里不仅无苯核，也无脂环结构。仅有脂肪链，环氧基与脂肪链相连。环氧化聚丁二烯树脂固化后的强度、韧性、粘接性、耐正负温度性能都良好。
[0079]
固化剂采用乙烯基三胺，脂肪族胺类具有反应活性高，室温下可以快速固化的特点，另外还对湿度相对不敏感，具有良好的耐化学腐蚀性，尤其是耐溶剂。当用于热固化时，具有良好的耐高温性能，且具有很好的耐化学腐蚀性，以及良好的电性能和机械性能。
[0080]
s2中的胶水的第一定量和第二定量之和根据以下确定：
[0081][0082]v胶水
＝h
预设装配高度
*s
涂覆面积
……
(2)；
[0083]v胶水
＝v
涂胶口流量
*t
涂胶时间
……
(3)；
[0084]
其中，h预设装配高度-筒形件1插入环形件2内的装配高度，公差≤0.1mm；
[0085]
由自动涂胶装置的喷嘴的直径r喷胶嘴确定的v涂胶口流量，自动涂胶装置上的喷嘴的v涂胶口流量的误差精度可以达到1ml/s。通过控制喷嘴的涂胶口流量v涂胶口流量，从而获知涂胶的时间，因喷嘴的涂胶口流量v涂胶口流量的误差精度控制的较小，所以喷嘴向筒形件1和环形件2涂覆的胶水的量控制的准确。
[0086]
t涂胶时间-采用plc控制自动涂胶装置的喷胶阀的启动/停止控制，由公式(1)-(3)确定t涂胶时间，t涂胶时间的控制精度可以到达3ms。
[0087]
喷嘴的向筒形件1和环形件2的涂胶时间的控制精度和涂胶口流量的误差精度同时控制，能够进一步保证向筒形件1和环形件2涂覆的胶水的量的准确性。
[0088]
优选地，上述第一定量和第二定量之比的范围为2：3-3:7。本实施例中，因筒形件1由第一材料制成，环形件2由金属材料制成，因因环形件2由金属材料制成，因此，环形件2的圆度的加工精度易于保证，对于筒形件1由第一材料制成，第一材料可以为玻璃钢、塑料等，加工成型后的产品，易于出现圆度误差较大，筒形件1的圆度难以保证的问题。因此，通过控制第一定量和第二定量的值，即在环形件2的内壁上均匀涂覆的胶水的量大于在筒形件1的外壁上涂覆的胶水量，通过胶水量的调整填充两者之间的空间，能够使圆度误差较大，但误差控制在一定范围内的筒形件1与环形件2装配后仍然能够成为合格件，不致于筒形件1返修或报废，从而节省生产成本。同时，因通过调整第一定量和第二定量的值，使筒形件1的加工精度降低，无需过高的加工精度，以降低加工难度，进而大幅地降低生产成本。
[0089]
相比现有的人工进行装配时，因环氧树脂和固化剂混合后形成的胶水的凝结速度快的原因，人工粘接耗费的时间较长，因此，需要在恒温的室内进行，利用本实施例中的自动化生产方式，胶水的涂覆、粘接等动作在短时间内快速完成，因此，无需在恒温的室内工作，因恒温车间的成本非常高，因此，采用自动化生产，能够大幅度降低生产场地的要求，从而降低生产成本。本实施例中利用自动化生产方式对异种材料粘接的方法，对环形件2和筒形件1粘接、直至两者固化，时间约3-4分钟，因此，筒形件1和环形件2的装配时间较短，采用自动涂胶装置后，可以在控制胶水在较好的流行性时，粘接筒形件1和环形件2，以最大程度的保证两者粘接后的效果。
[0090]
实施例四
[0091]
在上述实施例三的基础上，优选地，如图6所示，在装配时，根据胶水装配时的粘度
(对应流动性)，胶量的堆积状态，优选地，s01之前，还包括s00、在环形件2的内侧壁的上端开设45
°‑
60
°
的倒角，同时，在筒形件1的外侧壁的下端开设45
°‑
60
°
的倒角，倒角的公差为
±2°
，缺口边长1.5mm
±
0.1mm。
[0092]
通过在环形件2和筒形件1上均开设45
°
的倒角，筒形件1插入环形件2时，保证胶水不会在环形件2的上端堆积卡滞，影响胶水进入筒形件1和环形件2之间的空间内。即使有少量的胶水在环形件2的上端，胶水会部分沿着倒角滑落至两者之间空间内，不会过多的溢出在外部。
[0093]
实施例五
[0094]
在上述实施例四的基础上，进一步优选地，如图7所示，异种材料粘接方法还包括s5、装配后的环形件2和筒形件1移动至静置固化平台静置，完成固化。装配后的环形件2和筒形件1之间已经粘接形成产品，经外部移动装置将产品移动至净置固化平台静置一段时间后，两者之间完全固化。
[0095]
实施例六
[0096]
在上述实施例五的基础上，进一步优选地，如图8所示，异种材料粘接方法还包括：s61、将s5中固化后的环形件2和筒形件1形成的产品自第一预设高度自由落体，以及将产品倾斜45
°
以第二预设高度自由落体以测试产品的剪切强度；或固定筒形件1，沿轴向推动环形件2，以测试产品的剪切强度；此s61中，对s5中的产品连续做两次自由落体试验，即第一次将产品竖直放置自第一预设高度自由落体降落，第二次将产品倾斜45
°
以第二预设角度自由落体，观察筒形件1和环形件2之间粘接的胶水是否会破碎，以及两者之间是否会出现粘接松动等现象，间接地判断筒形件1和环形件2粘接后两者之间的剪切强度。或者，将产品放置在测试剪切强度的工装上，将筒形件1固定，利用测试剪切强度工装沿环形件2的轴向推动环形件2，测试环形件2与筒形件1的粘接层破坏的力，从而计算两者之间的剪切强度。上述测试剪切工装为现有的结构，本发明中的技术点不在此，在此不再赘述。
[0097]
s62、将s61中合格的产品的一端的开口封堵，自另一端充气2倍大气压，在2倍大气压的压力下，保持1分钟，检测环形件2和筒形件1的粘接处的气密性；经s61和s62检测合格后，产品合格，且自动化检测的标准一致，自动检测，效率高，保证产品质量。
[0098]
s63、检测经s62合格的产品的外观，若没有明显的胶水溢出，即为合格，若有明显的胶水溢出，进行修补或报废处理。
[0099]
s63中通过判断s62中合格的产品的外观，若有明显的胶水的溢出或流出，在胶水固化后，可以通过人工刮出多余的固化的胶水，或对缺少胶液的位置进行补液，从而保证产品外观美观。
[0100]
经检测合格后的产品，进行存储，优选地，异种材料粘接方法还包括：s7、将s62中检测合格的产品在-20℃-60℃存储保存。
[0101]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。