一种金属-塑料复合界面微观结构的复合加工方法与流程

本发明涉及异种材料连接领域，具体涉及一种利用光纤激光器处理金属表面获得界面微观形貌与塑料复合的复合方法。
背景技术：
：随着汽车、航空、通信、电子等产业的快速发展，单一材料的性能已经不能满足日益增长的产品性能指标要求。塑料产品以其易于成型、可加工性强、性价比高等优点得到更加广泛的应用，与此同时，塑料与金属材料的连接问题得到越来越多研究者和企业的关注。复合成型技术能够实现塑料和金属之间的一体化成型，并且能够提高连接强度，因此逐渐的被人们所使用。目前，金属件通常采用粘接剂的方式与塑料材料粘接在一起。此种方式虽然解决了塑料与金属之间的连接问题，但是粘接剂的存在将会影响产品的外观，另外，由于粘接剂对于环境存在一定的适应性，在强酸、强碱、高温、低温、高湿的环境中容易发生失效，影响产品的使用寿命，在整个产品的生命周期中将不断释放有害化学物质，对环境存在污染。因此，亟需一种塑料与金属之间直接复合的方法来解决塑料与金属之间的连接难题。技术实现要素：本发明的目的是提供一种金属-塑料复合界面微观结构的复合加工方法，用于改变金属的表面形貌后再与塑料进行复合成型，以克服上述现有技术的不足。本发明提出一种金属-塑料复合界面微观结构的加工方法，具体包括以下步骤：步骤s1：对金属进行打磨、抛光去除表面氧化膜、污垢；步骤s2：使用酒精或丙酮清洗金属，去除残留物质；步骤s3：利用光纤激光器处理金属表面，根据激光功率pc、扫描线宽d、扫描速度v，建立工艺参数与连接强度之间的函数关系（1），确定金属表面微观形貌：(1)以多项式（2）对工艺参数与连接强度之间的关系进行拟合建立连接强度预测模型：(2)使用逐步回归的方式剔除奇异点，按自变量对因变量影响的显著程度考虑是否将其引入预测模型；其中对因变量作用影响不显著的变量可能始终都不会被引入预测模型，而已被引入预测模型的变量也会因为在引入新变量后对因变量作用影响减小而被剔除出预测模型，获得预测模型（3），用于预测金属微观形貌及金属-塑料复合强度情况；（3）其中，y为响应；x为自变量因素；a0为二次回归模型中的常数项；aj为回归模型中的一次项系数；aij为回归模型中交叉项系数；ajj为二次回归模型中的二次项系数；步骤s4：在获得金属微观形貌之后，将获得微观结构的金属放入模具中进行金属-塑料复合成型。作为优选，金属-塑料复合成型的过程为，步骤s41：对模具型腔进行抽真空，检查密封情况，若密封性不好，进一步拧紧螺钉直至密封性良好；步骤s42：对模具型腔内充氮气，对模具进行预热，并使温度持续升高至180℃-200℃并保持10-20min，而后打开注塑机，开始注塑熔融状塑料，待模具型腔被充满停止注塑，而后进行冷却，静置10-20min后，打开模具，完成金属-塑料复合成型。作为优选，在打开注塑机，开始注塑熔融状塑料，待模具型腔被充满停止注塑过程中分为四个阶段，第一阶段，压力为1-3bars，注塑速度为45-55cc.min-1，注塑时间为190-210s，注射量为160-170cc；第二阶段，压力为2-4bars，注塑速度为25-35cc.min-1，注塑时间为290-310s，注射量为140-160cc；第三阶段，压力为4-6bars，注塑速度为10-20cc.min-1，注塑时间为590-610s，注射量为140-160cc；第四阶段，压力为5-7bars，注塑速度为5-10cc.min-1，注塑时间为590-610s，注射量为30-70cc。作为优选，所述第一阶段，压力为3bars，注塑速度为50cc.min-1，注塑时间为210s，注射量为170cc；所述第二阶段，压力为4bars，注塑速度为30cc.min-1，注塑时间为300s，注射量为150cc；所述第三阶段，压力为5bars，注塑速度为15cc.min-1，注塑时间为600s，注射量为150cc；所述第四阶段，压力为6bars，注塑速度为5cc.min-1，注塑时间为600s，注射量为50cc。作为优选，获得预测模型（3），用于预测金属微观形貌及金属-塑料复合强度如下，当激光功率pc为30-35w、扫描线宽d为0.1-0.05mm、扫描速度v为200-400mm/s时，可获得矩形微观形貌；当激光功率pc为35-40w、扫描线宽d为0.05-0.03mm、扫描速度v为400-600mm/s时，可获得三角形微观形貌；当激光功率pc为40-45w、扫描线宽d为0.03-0.01mm、扫描速度v为600-800mm/s时，可获得梯形微观形貌。本发明的优点及积极效果是：1、本发明通过光纤激光器处理金属表面，改变金属的表面形貌，改变后的金属用于与塑料进行复合成型，经过表面形貌改变的金属能够提高金属-塑料复合连接的强度，增强了连接件抵抗破坏的能力。2、本发明通过建立工艺参数与连接强度之间的函数关系可以直接用于预测金属-塑料复合的连接强度，能够有效避免激光功率、扫描线宽及扫描速度等试验参数变化对计算结果的影响，也可以排除试验操作不当带来的影响，能够保证计算结果的客观性和准确性，能够减少试验的数量，从而达到节省时间，降低成本。附图说明图1是本发明的复合界面微观结构图。图2是本发明的计算方法流程图。具体实施方式实施例1，一种金属-塑料复合界面微观结构的复合加工方法，包括以下步骤：步骤s1：对待连接成型铝合金进行打磨、抛光以达到去除表面氧化膜、污垢的效果；步骤s2：使用酒精清洗金属，去除表面残留物质；步骤s3：使用光纤激光器对预处理后的铝合金进行处理，从而获得复合界面微观结构，使用连续激光处理，波长λ为1.064μm，功率pc为30-45w，扫描线宽d为0.01-0.1mm，扫描速度v为200-800mm/s，电压为220v，电流为3a，频率为20khz。不同激光功率、扫描线宽、扫描速度可以获得不同的微观结构。其中，当激光功率pc为30-35w，扫描线宽d为0.1-0.05mm，扫描速度v为200-400mm/s时，可获得矩形微观形貌；当激光功率pc为35-40w，扫描线宽d为0.05-0.03mm，扫描速度v为400-600mm/s时，可获得三角形微观形貌；当激光功率pc为40-45w，扫描线宽d为0.03-0.01mm，扫描速度v为600-800mm/s时，可获得梯形微观形貌，参见图1；步骤s4：将获得微观结构的金属放入模具中进行金属-塑料复合成型，首先对模具型腔进行抽真空，检查密封情况，若密封性不好，进一步拧紧螺钉直至密封性良好，对模具型腔内充氮气，对模具进行预热，并使温度持续升高至190℃并保持10-20min，而后注塑机打开，开始注塑熔融状塑料pla，待模具型腔被充满停止注塑，而后进行冷却，静置10-20min后，打开模具，完成金属-塑料复合成型。工艺注塑过程分为四个阶段，第一个阶段，压力为3bars，注塑速度为50cc.min-1，注塑时间为210s，注射量为170cc；第二阶段，压力为4bars，注塑速度为30cc.min-1，注塑时间为300s，注射量为150cc；第三阶段，压力为5bars，注塑速度为15cc.min-1，注塑时间为600s，注射量为150cc；第四阶段，压力为6bars，注塑速度为5cc.min-1，注塑时间为600s，注射量为50cc。实施例2，根据激光功率pc、扫描线宽d、扫描速度v，建立试验参数与连接强度之间的关系式：y=f（x1，x2，x3，…，xk），k为试验参数的个数。以多项式(2)来拟合试验参数与连接强度之间的关系，其中y为响应；x为自变量因素；a0为二次回归模型中的常数项；aj为回归模型中的一次项系数；aij为回归模型中交叉项系数；ajj为二次回归模型中的二次项系数。使用逐步回归的方式剔除奇异点，按自变量对因变量影响的显著程度考虑是否将其引入预测模型。其中对因变量作用影响不显著的变量可能始终都不会被引入预测模型，而已被引入预测模型的变量也会因为在引入新变量后对因变量作用影响减小而被剔除出预测模型。在逐步回归的筛选过程中，当概率p大于0.25，则将该作用剔除。金属-塑料直接连接强度回归模型的各效应估计值和概率值如表1所示。表1各效应估计值与概率值从表1中可以看出，激光功率pc与速度v的交互效应的概率以及扫描线宽d与速度v的交互效应的概率大于0.25，因此在运用最小二乘法拟合模型时，这两个效应不会进入模型。根据公式（2）和表1可以得到多元非线性回归模型为：2.试验工艺参数和拉伸强度表2试验工艺参数和拉伸强度序号激光功率pc/w扫描线宽d/mm扫描速度v/mm.s-1拉伸强度σ/mpa1400.0570028.652400.0150034.133400.150021.754450.0550020.755350.0170051.006400.0530029.357350.0130052.258350.170038.959450.130019.8510450.0170026.7511400.0550026.3812450.0130029.8513350.0550040.0714450.170018.2515350.130039.7516400.0550026.38当前第1页12