صنعتی سازی و کاربرد فویل آلومینیوم لانه زنبوری

تحقیق در مورد کاربرد صنعتی فویل آلومینیوم لانه زنبوری

مواد کامپوزیت ساندویچ لانه زنبوری سبک وزن هستند, جذب انرژی فشاری خوبی دارند, و دارای سفتی ویژه و استحکام ویژه بالایی است.

با حداقل افزایش وزن, آنها می توانند به طور موثر سفتی خمشی را بهبود بخشند و توانایی مقاومت در برابر گشتاورها و فشارهای خمشی را افزایش دهند, آنها را به یک ماده صنعتی سبک وزن ایده آل تبدیل می کند.

در حال حاضر, با افزایش همکاری بین رشته ای, مواد ساندویچی لانه زنبوری توجه بیشتر و بیشتری را از سوی محققان به خود جلب می کند.

توسعه سریع و بلوغ فرآیندهای تولید در سال های اخیر منجر به کاهش قابل توجه هزینه های تولید شده است, استفاده از مواد ساندویچ لانه زنبوری از زمینه های نظامی و هوافضا در بخش های غیرنظامی و تجاری.

در حال حاضر, پرمصرف ترین سازه های ساندویچی لانه زنبوری در بازار عمدتا ساختارهای لانه زنبوری شش ضلعی هستند که از لانه زنبوری طبیعی تقلید می کنند..

رایج ترین آنها شامل لانه زنبوری آلومینیومی است, لانه زنبوری Nomex, لانه زنبوری کاغذی, و لانه زنبوری فایبرگلاس, که به طور گسترده در خودرو استفاده می شود, کشتی سازی, ساخت و ساز, و صنایع بسته بندی.

در این مقاله به بحث در مورد روش های تولید صنعتی می پردازیم, فرآیندها, و خواص مکانیکی مواد ساندویچی لانه زنبوری آلومینیومی.

هسته لانه زنبوری فویل آلومینیومی

1. ساختار ساندویچی لانه زنبوری آلومینیومی

یک ساختار ساندویچی لانه زنبوری آلومینیومی از یک پانل صورت تشکیل شده است, یک پانل پایه, و ضخیم, هسته لانه زنبوری آلومینیومی سبک وزن بین آنها قرار گرفته است.

پانل صورت و هسته با یک چسب به یکدیگر متصل می شوند تا یک سفت و سخت را تشکیل دهند, ساختار یکپارچه.

پانل های بالا و پایین معمولا از ساخته شده اند 3003 یا 5052 ورق های آلیاژ آلومینیوم, و همچنین می توان با تخته های نسوز لمینیت کرد, سنگ, یا سرامیک.

درمان های سطحی برای پانل های صورت شامل پوشش فلوروکربن است, روکش غلتکی, چاپ انتقال حرارت, مسواک زدن, و اکسیداسیون. ضخامت پانل های چهره چند لایه 0.4-2.0 میلی متر است.

جنس قاب پروفیل آلومینیومی 6063-T4 یا فولاد ضد زنگ است. این مواد هسته لانه زنبوری آلومینیومی بیشتر ساخته شده است 3003 یا 5052 ورقه ی آلومینیومی.

با توجه به هزینه پردازش بالاتر از 5052 آلیاژ, 3003 آلیاژ در حال حاضر بیشترین استفاده را در بازار تجاری دارد. ضخامت فویل آلومینیومی در هسته لانه زنبوری متفاوت است 0.02 به 0.08 میلی متر, و طول های کناری لانه زنبوری آلومینیومی در دسترس هستند 5 میلی متر, 6 میلی متر, 8 میلی متر, 10 میلی متر, و 12 میلی متر.

هسته های لانه زنبوری را می توان بر اساس شکل دسته بندی کرد, از جمله مربع, لوزی, دایره ای, و شش ضلعی منظم.

مقایسه ساختارها و عملکرد اشکال مختلف, ساخت ساختار شش ضلعی منظم ساده است, از مواد کمتری استفاده می کند, کارایی ساختاری بالایی دارد, و مقاومت فشاری و کششی بهتری را ارائه می دهد, آن را به پرکاربردترین نوع تبدیل می کند. ضخامت کلی پانل لانه زنبوری است 15-25 میلی متر.

2. پردازش خالی فویل لانه زنبوری آلومینیومی

نوارهای نورد سرد عمدتاً با استفاده از سه روش پردازش می شوند: ریخته گری شمش نورد گرم, ریخته گری و نورد پیوسته دو رول, و هازلت ریخته گری و نورد پیوسته.

متعارف 3003 محصولات فویل لانه زنبوری آلیاژی از فرآیند ریخته گری نورد گرم با ریخته گری مذاب و خنک کننده مستقیم استفاده می کنند..

در حین ذوب, شمش آلومینیوم با محتوای 99.7% یا بالاتر, زباله جامد, و 10% به 30% مایع الکترولیتی آلومینیوم در یک کوره ذوب قرار می گیرد.

آلومینیوم مذاب به شمش تبدیل می شود (شمش های تخت بزرگ) از 400-600 ضخامت میلی متر از طریق قالب های با اندازه های مختلف.

شمش ها باید در دو انتها اره شوند, آسیاب شده, و دوباره روی دمای 480-550 درجه سانتیگراد گرم می شود و برای مدت طولانی نگه می دارد 20-25 ساعت قبل از ارسال به یک کارخانه نورد گرم دو کلاف.

از طریق فشار بالا, نورد چند پاس, کویل های آلومینیومی نورد گرم 6-8 ضخامت میلی متر تولید می شود, که سپس برای نورد بیشتر به فرآیند نورد سرد منتقل می شوند.

تجهیزات نورد گرم نیاز به سرمایه گذاری بالایی دارد, شامل فرآیندهای پیچیده است, انرژی زیادی مصرف می کند, چرخه تولید طولانی دارد, و منجر به هزینه های تولید نسبتاً بالا می شود.

معمولاً برای تولید انبار قوطی استفاده می شود, ورق های فولادی خودرو, صفحات آلیاژی سخت ضخیم, صفحات CTP سطح بالا, و فویل آلومینیومی الکترونیکی.

ریخته گری و نورد پیوسته دو رول سه شکل دارد: بالا برای, افقی, و متمایل شد. فرآیند ریخته گری آنها تا حد زیادی یکسان است.

اولین, شمش آلومینیوم با محتوای 99.7% یا بالاتر, زباله جامد, و 20% به 60% مایع الکترولیتی آلومینیوم به عنوان مواد اولیه استفاده می شود.

اینها در یک کوره ذوب می شوند تا مذاب آلومینیوم یا آلیاژ آلومینیوم را تشکیل دهند. دما به طور کلی زیر 760 درجه سانتیگراد است, 90 تا 100 ℃ بالاتر از نقطه ذوب آلومینیوم یا آلیاژ آلومینیوم, با استفاده از کمترین دمای ممکن.

هواوی 3003 رول جامبو فویل آلومینیومی

پس از تصفیه و ته نشین شدن, آلومینیوم مذاب به یک کوره نگهدارنده منتقل می شود که در آن دما در 720-740 درجه سانتیگراد کنترل می شود.. سپس از طریق یک دهانه و یک فرورفتگی به یک دستگاه گاز زدایی جریان می یابد, جایی که یک تصفیه کننده غلات به صورت آنلاین اضافه می شود.

پس از فیلتراسیون, آن را به یک محفظه جلویی که در آن می توان سطح مایع را کنترل کرد جریان می یابد. سپس از یک نازل ریخته گری ساخته شده از مواد سیلیکات آلومینیوم با تقسیم کننده های جریان عبور می کند, و وارد فضای بین رول های ریخته گری می شود که در یک جهت می چرخند و مجهز به آب خنک کننده در گردش هستند., تشکیل یک 6-8 نوار ریخته گری میلی متر.

سپس این نوار با استفاده از دستگاه سیم پیچی به یک سیم پیچ ریخته گری با عرض معین پیچیده می شود. فرآیند ریخته گری و نورد پیوسته دو رول نیاز به سرمایه گذاری کمتری دارد, بسیار کارآمد است, مصرف انرژی پایینی دارد, و هزینه تولید پایین.

در طول تولید, فلز مذاب به سرعت در ناحیه ریخته گری و نورد سرد می شود, با رسیدن نرخ های خنک کننده 102-103 درجه سانتیگراد در ثانیه. انجماد از طریق سریع اتفاق می افتد, کریستالیزاسیون حرارتی جهت دار, منجر به رشد کریستال بسیار جهت دار می شود, تقریباً عمود بر سطح رول های ریخته گری.

این فرآیند با تشکیل کریستال های دندریتیک متعدد مشخص می شود, همراه با مقداری تفکیک. به صورت محلی, بلورهای دندریتیک در مرکز نوار به سرعت به کریستال های ستونی تبدیل می شوند, با مرکز نوار زاویه 55-65 درجه تشکیل می دهد.

هنگام تولید 6-7 میلی متر ضخامت 3003 آلیاژ, با سرعت ریخته گری 600-800 میلی متر در دقیقه, ریزساختار حاصل جداسازی و دانه‌های درشت محلی را نشان می‌دهد.

این نه تنها بی ثباتی تولید را افزایش می دهد، بلکه منجر به کاهش ثبات عملکرد محصول پس از فرآیندهای نورد بعدی می شود..

توان عملیاتی بالا (هازلت) ریخته گری و نورد مداوم از یک کوره نگهدارنده مذاب استفاده می کند, استخدام کردن 80%-85% آلومینیوم مذاب و 15%-20% مواد جامد برای ذوب در کوره, با دمای ذوب کنترل شده در 740-760 درجه سانتی گراد.

این فرآیند از یک آسیاب تصفیه HD2000 استفاده می کند, که در آن نسبت خاصی از Ar و Cl2 از طریق یک روتور گرافیت دوار با سرعت بالا تزریق می شود.. پس از رضایت برای >1 ساعت, آلومینیوم مذاب از طریق یک کانال جریان به ورودی محفظه گاز زدایی SNIF جریان می یابد..

یک دستگاه تصفیه غلات در ورودی اضافه می شود. سپس آلومینیوم مذاب از طریق جعبه فیلتر به محفظه جلویی با سطح مایع پایدار و قابل تنظیم جریان می یابد.. تحت فشار هیدرواستاتیک, آلومینیوم مذاب به یک نازل ریخته گری عایق خلاء جریان می یابد که تقریباً 6 درجه به سمت پایین متمایل شده است..

نازل با آب در حال گردش پر شده است, توسط غلتک های نگهدارنده مغناطیسی پشتیبانی می شود, و به طور مداوم الف می زند 19 دال با ضخامت میلی متر بین نوارهای فولادی بالا و پایین با پوششی خاص در سطح بیرونی آنها.

سرعت خنک کننده در هنگام ریخته گری به 30 ~ 80 ℃ در ثانیه می رسد, بین نورد گرم سنتی و ریخته‌گری پیوسته دو رول. هنگام تولید 3003 ورقه ی آلومینیومی, ساختار دانه نزدیک به ساختار شمش های نورد گرم است.

دال ریخته‌گری شده مستقیماً به یک آسیاب سه رول برای نورد مداوم گرم وارد می‌شود, تولید می کند 3003 اسلب های آلیاژی با ضخامت 2.5 ~ 4.5 میلی متر. سرعت ریخته گری 6.5 ~ 8 متر در دقیقه است, سرعت نورد 30 تا 80 متر در دقیقه است, و توان 35 تا 50 تن در ساعت است. این فرآیند ریخته گری و نورد پیوسته با توان عملیاتی بالا دارای راندمان تولید بالایی است.

در مقایسه با نورد گرم, اره زدن را از بین می برد, آسیاب, و فرآیندهای همگن سازی, نه تنها کارایی تولید را بهبود می بخشد و چرخه کار در فرآیند را کوتاه می کند, بلکه پس انداز 500 کیلووات ساعت در تن در مصرف برق و کاهش هزینه های کلی بیش از حد 600 یوان/ت.

تحقیقات داخلی کنونی عمدتاً بر استفاده از ریخته‌گری شمش نورد گرم برای تولید متمرکز است 3003 مواد ساندویچی فویل لانه زنبوری آلیاژی, در حالی که تحقیق در مورد فرآیندهای ریخته گری مداوم و نورد با کارایی بالا برای تولید 3003 مواد ساندویچ فویل لانه زنبوری آلیاژی تقریباً وجود ندارد.

صنعتی سازی و کاربرد فویل آلومینیوم لانه زنبوری

3. رویه آزمایشی

نورد گرم سنتی 6-8 فرآیند نورد بیلت میلی متری به شرح زیر است: 6-8 بیلت میلی متر → همگن سازی → نورد سرد → 0.02-0.08 میلی متر → شکاف → پوشش → پخت → محصول نهایی هسته لانه زنبوری.

فرآیند ریخته گری و نورد پیوسته با توان بالا است: 2.5-4.5 بیلت میلی متر → همگن سازی → نورد سرد → 0.02-0.08 میلی متر → شکاف → پوشش → پخت. این آزمایش به استاندارد ملی اشاره دارد 3003 ترکیب آلیاژی, و فرآیند ذوب یک استاندارد کنترل یکپارچه را اتخاذ می کند.

ترکیب آلیاژ خاص در جدول نشان داده شده است 1.

فرآیند همگن سازی برای 3003 بیلت آلیاژی است 550 ℃ برای 25-35 ساعت. پس از همگن شدن, استاک نورد گرم ضخامت داشت 7.0 میلی متر, مقاومت کششی از 106 MPa, و ازدیاد طول 43%.

شمش ریخته گری و نورد پیوسته دارای ضخامت بود 3.5 میلی متر, مقاومت کششی از 117 MPa, و ازدیاد طول 39%.

هر دو بیلت همگن شده و با استفاده از روش مشابه پردازش شدند, منجر به ضخامت محصول نهایی می شود 0.038 میلی متر.

نمونه هایی از محصول نهایی برش داده شد 30 میلی متر × 180 قطعات میلی متری, و خواص مکانیکی و مقاومت حرارتی آب بندی آنها مورد آزمایش قرار گرفت.

مواد نورد گرم دارای استحکام کششی بود 264 MPa, طویل شدن از 4.5%, و قدرت آب بندی حرارتی از 15 حرف.

مواد ریخته گری و نورد پیوسته دارای استحکام کششی بود 272 MPa, طویل شدن از 3.8%, و قدرت آب بندی حرارتی از 16 حرف.

با توجه به بازخورد بازار, خواص مکانیکی محصولات نهایی فویل آلومینیومی لانه زنبوری معمولی نیازمند استحکام کششی است >260 MPa, طویل شدن >3%, استحکام مهر و موم حرارتی >14 حرف, و یک سطح صاف و تمیز برای جلوگیری از تأثیرگذاری بر روی کاربرد چسب پایین دست.

مقایسه این داده ها, واضح است که مواد ساندویچی فویل لانه زنبوری آلومینیومی تولید شده با استفاده از فرآیند ریخته گری و نورد پیوسته با توان بالا دارای مزایای قابل توجهی هستند., از جمله فرآیند تولید کوتاهتر, بازده بالاتر, مصرف انرژی کمتر, و عملکرد بهتر محصول.

4. نتیجه

فرآیند ریخته گری و نورد پیوسته با توان بالا برای تولید 3003 روکش فویل لانه زنبوری آلیاژی, در مقایسه با فرآیند نورد گرم سنتی, می تواند به طور قابل توجهی جریان فرآیند را کوتاه کند و عملکرد را بهبود بخشد و در عین حال کیفیت محصول را تضمین کند.

ریخته گری مداوم و نورد با توان بالا 3003 آلیاژ 3.5 میلی متر و نورد گرم از 7.0 پرهای میلی متری همان فرآیند تولید را دنبال کردند, در نتیجه عملاً هیچ تفاوتی در خواص مکانیکی محصولات نهایی ایجاد نمی شود, هر دو مورد نیاز کیفیت فویل لانه زنبوری آلومینیومی را برآورده می کنند.