无氧环境下的金属件自动连接装置及方法

摘要

一种无氧环境下的金属件自动连接装置及方法，包括：设置于无氧腔内的工作台、涂胶模块、下料模块和加载模块，其中：工作台与纵横位移装置相连，涂胶模块、下料模块和加载模块正对工作台；所述的涂胶模块、下料模块和加载模块均为多个平行的子单元组成，每个子单元对应工作台上的一个操作工位。通过本发明粘结金属件牢固耐用，在高温(250℃)和水环境下连接强度均表现良好；粘接位置精确，操作简捷高效；本发明能够实现标准批量化实现金属件的粘结，流水线生产稳定性高。

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种金属粘接领域的技术，具体是一种无氧环境下的金属件自动连接装 置及方法。

背景技术

金属件由于其优良的综合力学性能,在生产加工中广泛应用。长期以来，金属件之间的连 接方式主要采用粘结、电阻焊接、焊接(钎焊)、压接连接或者通过紧固件如螺丝与螺母进行固 定连接。粘结或者焊接的优点是坚固耐用，基本可实现无缝连接，缺点是后续拆解时缺乏专业 的拆解工具，导致破坏拆卸。紧固件连接方式弥补了粘结法的不足，但其明显的缺点是金属件 之间易于产生松动，紧固件增加了金属件的复杂性。

目前，关于金属件粘结方法还没有专用的装置。通常采用人工手动的方式进行整个工艺 流程操作。特别是在喷涂粘结胶和压合时，涂料厚度和施压大小通常具有很大的随意性和波动 性，很难保证粘结件的性能一致。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN103205208A，公布日2013‐07‐17， 记载了一种采用粘结方法，包括脱脂、活化、腐蚀、清洗、烘干、涂胶和粘合工艺，实现了了 金属与金属之间的粘结。该方法的优点在于粘合前对金属表面的预处理，特备是活化腐蚀工艺 加大了粘结面的粗糙度，使胶液能够更好的与金属件表面贴合，使得两个金属件的连接强度极 大的提高。但所述的粘结方式基本采用手工完成，所制成的粘结件前后性能不一，难以进行标 准批量化生产。

进一步检索发现，中国专利文献号CN1120321A，公开日1996‐4‐10，记载了一种“金 属片的连接方法与连接装置”，包括：磁感应系统、夹钳、导电部件、磁性材料部件和错位防止 板，其特征是设置磁感应回路，在金属件的互相相对的端部区域上产生穿过金属件的交流磁场 进行加热，同时借助于在金属件互相相对的端部区域上，以及在金属件所占据的区域内和金属 件宽度之外的区域内的某些局部上，产生逆交变磁场，借此使金属件互相相对的端部区域的整 个宽度方向加热均匀，并将各金属件互相压紧使他们连接。该装置实现了金属件的连接功能， 保证连接强度，并且可进行标准化批量生产。但由于该连接件主要连接端面为矩形的金属件， 对于圆形等非标准形状的金属件则无能为力。

上述金属件的连接方法与连接装置需要感应加热金属件，耗能较大，只能用于连接相同 金属以保证两部分温升相同，对于不同类金属导致温升不同，从而难于保证在合适的温度下进 行压合，且无法用于连接端面和底面差异巨大的底面一侧的金属件的连接。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种无氧环境下的金属件自动连接装置及方 法，粘结金属件牢固耐用，在高温(250℃)和水环境下连接强度均表现良好；粘接位置精确，操 作简捷高效；本发明能够实现标准批量化实现金属件的粘结，流水线生产稳定性高。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种无氧环境下的金属件自动连接装置，包括：设置于无氧腔内的工作台、 涂胶模块、下料模块和加载模块，其中：工作台与纵横位移装置相连，涂胶模块、下料模块和 加载模块正对工作台。

所述的涂胶模块、下料模块和加载模块优选均为多个平行的子单元组成，每个子单元对 应工作台上的一个操作工位。

所述的涂胶模块为多个子涂胶单元组成，每个子涂胶单元包括：内置厌氧胶的喷管以及 设置于喷管顶部的喷涂胶水出口，其中：喷管的末端设有活塞装置，通过活塞推动出胶。

所述的下料模块为多个子下料单元组成，每个子下料单元包括：内置铜片的下料通道以 及设置于下料通道两端的密封盖和落料阀。

所述的加载模块为多个子加载单元组成，每个子加载单元包括：上模具以及设置于其端 部的压头。

所述的纵横位移装置包括：纵向运动导轨以及与之活动连接的横向运动导轨，其中：工 作台设置于纵向运动导轨或横向运动导轨上，从而实现二维平面内的任意位移。

所述的无氧腔通过带有进、排气阀的密闭的工作箱实现，该无氧腔通过充入氮气排出空 气得到绝氧环境，有助于实现厌氧胶的固化，在压力作用下进一步保证金属件之间的粘结强度。

本发明涉及上述装置的金属件绝氧连接方法，包括以下步骤：

1)前处理：将第一片金属件进行脱脂和清洗，烘干后置于工作台上。

所述的脱脂，采用但不限于NaOH碱溶液，将第一片金属件浸没其中保持3～5min。

所述的清洗，以第一片金属件表面pH达到7为准，清洗时间为2～4min。

所述的烘干，采用工作温度为100～120℃的烘箱，保温时间为3～5min。

2)涂胶处理：控制工作台上的第一片金属件处于喷涂胶水出口的正下方，启动活塞装置 在第一片金属件表面均匀喷涂一层厌氧胶。

所述的厌氧胶在氧气环境下保持稳定，当其与第一片金属件之间隔绝氧气时，因金属离 子的催化作用形成自由基，自由基引发聚合物链的形成，最终固化为具有优良密封与锁固性能 的固体高聚物，即热固性塑料。

3)下料：将第二片金属件置于下料通道中，并将顶部密封；控制工作台横向移动，使得 上表面具有厌氧胶的第一片金属件处于落料阀正下方，对准后开启落料阀，使得金属件从送料 筒中出口处落下。

所述的金属件为铁、铜、镁、铝、镁其中之一或其组合。

4)加载：控制工作台横向移动，使得两片金属件处于压头下方，启动上模具下移至金属 件表面，对金属件加载10～20MPa压力，加载时间为2～3小时，当加载压力稳定时向工作箱 内充入氮气以排除工作箱内的空气，以便厌氧胶充分固化。

技术效果

与现有技术相比，本发明的技术效果包括：

①粘结金属件牢固耐用，在高温(250℃)和水环境下连接强度均表现良好；

②可适用于具有平整表面的不同尺寸形状，不同材质的金属件，通用性好；

③采用简单的工作箱和加载模具，连接装置搭建方便；

④工作箱底部设有可以使得工作台横向移动和纵向移动的轨道，每一工步均可实现准确 定位，操作简捷高效；

⑤可进行标准批量化实现金属件的粘结，流水线生产稳定性高。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图中：(a)为本发明使用状态的正视结构示意图；(b)为本发明使用状态的侧视结构示意 图；(c)为本发明使用状态的俯视结构示意图；

图2为涂胶模块结构示意图；

图中：(a)为图1(c)所示中A‐A剖视涂胶模块结构示意图；(b)为图2(a)所示中a部位工 作台使用状态的局部放大示意图；

图3为下料模块结构示意图；

图中：(a)为图1(c)所示中B‐B剖视下料模块结构示意图；(b)为图3(a)所示中b部位工 作台使用状态的局部放大示意图；

图4为加载模块结构示意图；

图中：(a)为图1(c)所示中C‐C剖视加载模块结构示意图；(b)为图4(a)所示中c部位工 作台使用状态的局部放大示意图；

图5为本发明的工艺流程图；

图中：1工作箱、2橡胶圈、3前门、4进气阀、5门把手、6后门、7工作台、 8排气阀、9涂胶模块、10储胶室、11下料模块、12铝块、13观察窗、14纵向运动导轨、15 横向运动导轨、16工作台涂胶定位、17工作台下料定位、18工作台加载定位、19加载模块、 20主承轴、21活塞、22喷涂胶水出口、23厌氧胶、24铝块、25密封盖、26下料通道、27 落料阀、28铜片、29上模具、30压头。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施， 给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图5所示，本实施例包括以下步骤：

第一步、准备表面平整的铝块和铜片。

脱脂，选用清洗油脂进行金属表面的脱脂过程，选用氢氧化钠碱溶液，浸泡5min， 不仅可以将金属件表面的油污去除，并且可以活化铝片表面，使得铝片表面发生腐蚀，增大铝 片表面的粗糙度，从而为粘结胶水提供更大的接触面积，加强金属件的连接强度。

清洗，使用纯净水清洗金属件表面残留的碱溶液和铝片发生腐蚀产生的残屑，清洗时 间为5min。

烘干，将金属件置于烘箱中保温，工作温度为120℃，保温时间为10min。

送料，将烘干之后的铝块放置于工作台上以便进行后续处理，

第二步、金属件的粘结固化处理，通过工作台的二维位移，完成以下3个工步：

如图2所示，所述的涂胶模块的工作过程如下：

定位，打开工作箱前门1，将前处理好的铝块置于工作台7上，随着轨道15纵向进入 工作箱1中，控制工作台7上的铝块12处于粘结剂喷涂口22的正下方。

密封，将带有涂油橡胶圈2的前门3关闭。

喷胶，控制主承轴20，使得活塞21下压，将储胶室10中的厌氧胶棚舍在铝块表面， 形成厚度为0.1mm的胶水层，如图2(b)为a处局部放大示意图。

所储胶室10中由于存在氧气，使胶液保持稳定而不发生固化。

如图3所示，所述的下料模块的工作过程如下：

送料，将铜片置于传送筒25中，并将顶部密封。

定位，控制工作台7沿着轨道14横向移动，使得含有粘结剂的金属件处于送料桶 落料口下方。

落料，控制落料阀门27，使得金属件从送料筒中出口处落下，使得铜片贴在厌氧胶上， 如图3(b)为b处局部放大示意图。

如图4所示，所述的加载模块的工作过程如下：

定位，工作台7沿着轨道14横向移动，使得夹有厌氧胶的铝‐铜件处于施压模具29下 方。

加载，使得模具29下移至金属件表面，保持压头30在金属件上施压，加载力为10MPa， 保持时间为4～6小时，如图4(b)为c处局部放大示意图。

排空气，在加载力达到10MPa稳定时，采用成本低廉的氮气排除工作箱内的空气，打

开进气阀门4和排气阀8，使氮气缓缓进入工作箱，逐渐从底部将空气排出工作箱外， 待工作箱中充满氮气后，关闭进气阀门4和和排气阀8，以便厌氧胶充分固化。

将连接后的铝铜件，分别在热水中浸泡一小时和在酒精灯火焰加热半小时后，连接强度 不减弱。