Industrializzazione e applicazione del foglio di alluminio a nido d'ape

Ricerca sull'applicazione industriale del foglio di alluminio a nido d'ape

I materiali compositi sandwich a nido d'ape sono leggeri, avere un buon assorbimento dell'energia di compressione, e possiedono elevata rigidità specifica e resistenza specifica.

Con un aumento di peso minimo, possono migliorare efficacemente la rigidità alla flessione e migliorare la capacità di resistere a momenti e pressioni flettenti, rendendoli un materiale industriale leggero ideale.

Attualmente, con una crescente collaborazione interdisciplinare, i materiali sandwich a nido d'ape stanno attirando sempre più attenzione da parte dei ricercatori.

Il rapido sviluppo e maturazione dei processi produttivi negli ultimi anni hanno portato ad una significativa diminuzione dei costi di produzione, guidando l'applicazione di materiali sandwich a nido d'ape dai campi militare e aerospaziale ai settori civili e commerciali.

Attualmente, le strutture sandwich a nido d'ape più utilizzate sul mercato sono per lo più strutture a nido d'ape esagonali che imitano i favi naturali.

I più comunemente usati includono il nido d'ape in alluminio, Nido d'ape Nomex, nido d'ape di carta, e nido d'ape in fibra di vetro, che sono ampiamente utilizzati nel settore automobilistico, costruzione navale, costruzione, e industrie dell'imballaggio.

Questo articolo si concentrerà sulla discussione dei metodi di produzione industriale, processi, e proprietà meccaniche dei materiali sandwich a nido d'ape in alluminio.

Anima a nido d'ape in foglio di alluminio

1. Struttura sandwich a nido d'ape in alluminio

Una struttura sandwich a nido d'ape in alluminio è costituita da un pannello frontale, un pannello di base, e uno spesso, anima a nido d'ape in alluminio leggero inserita tra di loro.

Il pannello frontale e il nucleo sono uniti insieme con un adesivo per formare un pannello rigido, struttura integrata.

I pannelli superiore e inferiore sono generalmente costituiti da 3003 O 5052 lamiere in lega di alluminio, e può essere laminato anche con pannelli ignifughi, calcolo, o ceramica.

I trattamenti superficiali per i pannelli frontali includono il rivestimento in fluorocarburo, rivestimento a rullo, stampa a trasferimento termico, spazzolatura, e ossidazione. Lo spessore dei pannelli frontali laminati è 0,4–2,0 mm.

Il materiale del telaio è profilo in alluminio 6063-T4 o acciaio inossidabile. IL materiale d'anima a nido d'ape in alluminio è per lo più fatto 3003 O 5052 foglio di alluminio.

A causa del costo di elaborazione più elevato di 5052 lega, 3003 la lega è attualmente la più utilizzata nel mercato commerciale. Lo spessore del foglio di alluminio nell'anima a nido d'ape varia da 0.02 A 0.08 mm, e le lunghezze laterali del nido d'ape in alluminio sono disponibili in 5 mm, 6 mm, 8 mm, 10 mm, E 12 mm.

I nuclei a nido d'ape possono essere classificati in base alla forma, compreso quadrato, romboidale, circolare, ed esagonale regolare.

Confronto tra le strutture e le prestazioni di varie forme, la struttura esagonale regolare è semplice da realizzare, utilizza meno materiale, ha un'elevata efficienza strutturale, e offre una migliore resistenza alla pressione e alla trazione, rendendolo il tipo più utilizzato. Lo spessore complessivo del pannello a nido d'ape è 15-25 mm.

2. Elaborazione di fogli grezzi in alluminio a nido d'ape

I nastri grezzi laminati a freddo vengono lavorati principalmente utilizzando tre metodi: colata di lingotti laminati a caldo, colata continua e laminazione a doppio rullo, e colata continua e laminazione Hazlett.

Convenzionale 3003 I prodotti in lamina a nido d'ape in lega utilizzano un processo di fusione a caldo con raffreddamento diretto e fusione.

Durante la fusione, lingotti di alluminio con un contenuto di 99.7% o superiore, rifiuti solidi, E 10% A 30% il liquido di alluminio elettrolitico viene posto in un forno fusorio.

L'alluminio fuso viene formato in lingotti (grandi lingotti piatti) Di 400-600 mm di spessore attraverso stampi di diverse dimensioni.

I lingotti devono essere segati su entrambe le estremità, fresato, e riscaldato a 480-550 ℃ e mantenuto per 20-25 ore prima di essere inviato ad un laminatoio a caldo a doppio coil.

Attraverso l'alta pressione, laminazione a più passaggi, bobine di alluminio laminato a caldo di 6-8 vengono prodotti spessori mm, che vengono poi trasferiti al processo di laminazione a freddo per un'ulteriore laminazione.

Le attrezzature per la laminazione a caldo richiedono investimenti elevati, coinvolge processi complessi, consuma molta energia, ha un lungo ciclo produttivo, e comporta costi di produzione relativamente elevati.

Viene generalmente utilizzato per produrre scorte di lattine, lamiere di acciaio per autoveicoli, piastre spesse in lega dura, lastre CTP di fascia alta, e foglio di alluminio elettronico.

La colata continua e la laminazione a doppio rullo ha tre forme: top-per, orizzontale, e inclinato. Il loro processo di fusione è in gran parte lo stesso.

Primo, lingotti di alluminio con un contenuto di 99.7% o superiore, rifiuti solidi, E 20% A 60% Il liquido di alluminio elettrolitico viene utilizzato come materia prima.

Questi vengono fusi in un forno per formare alluminio o lega di alluminio fuso. La temperatura è generalmente inferiore a 760 ℃, 90 a 100 ℃ superiore al punto di fusione dell'alluminio o della lega di alluminio, utilizzando la temperatura più bassa possibile.

Huawei 3003 rotolo jumbo in alluminio

Dopo l'affinamento e la decantazione, l'alluminio fuso viene trasferito in un forno di attesa dove la temperatura è controllata a 720-740 ℃. Successivamente scorre attraverso un beccuccio e una vasca in un dispositivo di degasaggio, dove un raffinatore di grano viene aggiunto online.

Dopo la filtrazione, sfocia in una camera anteriore dove è possibile controllare il livello del liquido. Passa quindi attraverso un ugello di colata in materiale silicato di alluminio con divisori di flusso, ed entra nello spazio tra i rulli di colata che ruotano nella stessa direzione e sono dotati di circolazione di acqua di raffreddamento, formando un 6-8 striscia fusa da mm.

Questa striscia viene quindi avvolta in una bobina fusa di una certa larghezza utilizzando un dispositivo di avvolgimento. Il processo di colata continua e laminazione a doppio rullo richiede meno investimenti, è altamente efficiente, ha un basso consumo energetico, e bassi costi di produzione.

Durante la produzione, il metallo fuso subisce un rapido raffreddamento nella zona di colata e laminazione, con tassi di raffreddamento che raggiungono 102-103 °C/s. La solidificazione avviene attraverso rapide, Cristallizzazione termica direzionale, con conseguente crescita dei cristalli altamente direzionale, quasi perpendicolare alla superficie dei rulli di colata.

Questo processo è caratterizzato dalla formazione di numerosi cristalli dendritici, accompagnato da una certa segregazione. A livello locale, i cristalli dendritici al centro della striscia crescono rapidamente in cristalli colonnari, formando un angolo di 55°-65° con il centro della striscia.

Quando si produce 6-7 mm di spessore 3003 lega, con una velocità di lancio di 600-800 mm/min, la microstruttura risultante presenta segregazione e grana localmente grossolana.

Ciò non solo aumenta l'instabilità della produzione, ma porta anche a una diminuzione della stabilità delle prestazioni del prodotto dopo i successivi processi di laminazione.

Alta produttività (Hazlett) la colata e la laminazione continue utilizzano un forno di mantenimento della fusione, impiegando 80%-85% alluminio fuso e 15%-20% materiale solido per la fusione in forno, con la temperatura di fusione controllata a 740-760 ° C..

Il processo impiega un mulino di raffinazione HD2000, where a specific ratio of Ar and Cl₂ is injected via a high-speed rotating graphite rotor. After settling for >1 hour, the molten aluminum flows through a flow channel into the inlet of the SNIF degassing chamber.

A grain refiner is added at the inlet. The molten aluminum then flows through a filter box into a front chamber with a stable and adjustable liquid level. Under hydrostatic pressure, the molten aluminum flows into a vacuum-insulated casting nozzle tilted downwards at approximately 6°.

The nozzle is filled with circulating water, supported by magnetic support rollers, and continuously casts a 19 mm thick slab between upper and lower steel strips with a specific coating on their outer surface.

The cooling rate during casting reaches 30~80 ℃/s, compreso tra quello della laminazione a caldo tradizionale e quello della colata continua a doppio rullo. Quando si produce 3003 foglio di alluminio, la struttura dei grani è simile a quella dei lingotti laminati a caldo.

La bramma colata viene alimentata direttamente in un mulino a tre cilindri per la laminazione continua a caldo, produrre 3003 lastre di lega con uno spessore di 2,5~4,5 mm. La velocità di colata è di 6,5~8 m/min, la velocità di laminazione è di 30~80 m/min, e la produttività è di 35~50 t/h. Questo processo di colata e laminazione continua ad alto rendimento vanta un'elevata efficienza produttiva.

Rispetto alla laminazione a caldo, elimina il taglio, fresatura, e processi di omogeneizzazione, non solo migliorando l’efficienza produttiva e abbreviando il ciclo di lavorazione, ma anche risparmiare 500 kWh/t nel consumo di elettricità e riducendo i costi complessivi di oltre 600 yuan/t.

L'attuale ricerca nazionale si concentra principalmente sull'utilizzo di lingotti laminati a caldo per la produzione 3003 materiali sandwich in lamina a nido d'ape in lega, mentre la ricerca sui processi di colata continua e laminazione ad alto rendimento per la produzione 3003 i materiali sandwich in lamina a nido d'ape in lega sono quasi inesistenti.

Industrializzazione e applicazione del foglio di alluminio a nido d'ape

3. Procedura sperimentale

Il tradizionale laminato a caldo 6-8 Il processo di laminazione della billetta da mm è il seguente: 6-8 mm billetta → omogeneizzazione → laminazione a freddo → 0.02-0.08 mm → taglio → rivestimento → indurimento → prodotto finito con anima a nido d'ape.

Il processo di colata continua e laminazione ad alto rendimento è: 2.5-4.5 mm billetta → omogeneizzazione → laminazione a freddo → 0.02-0.08 mm → taglio → rivestimento → indurimento. Questo esperimento si riferisce allo standard nazionale 3003 composizione della lega, e il processo di fusione adotta uno standard di controllo unificato.

La composizione specifica della lega è mostrata nella Tabella 1.

Il processo di omogeneizzazione per 3003 la billetta in lega è 550 ℃ per 25-35 H. Dopo l'omogeneizzazione, il materiale laminato a caldo aveva uno spessore di 7.0 mm, una resistenza alla trazione di 106 MPA, e un allungamento di 43%.

La billetta colata e laminata in continuo aveva uno spessore di 3.5 mm, una resistenza alla trazione di 117 MPA, e un allungamento di 39%.

Entrambe le billette sono state omogeneizzate e lavorate utilizzando lo stesso metodo, con conseguente spessore del prodotto finito di 0.038 mm.

Sono stati tagliati campioni del prodotto finito 30 mm × 180 pezzi da mm, e ne sono state testate le proprietà meccaniche e la resistenza alla termosaldatura.

Il materiale laminato a caldo aveva una resistenza alla trazione di 264 MPA, un allungamento di 4.5%, e una forza di termosaldatura di 15 N.

Il materiale colato e laminato in continuo aveva una resistenza alla trazione di 272 MPA, un allungamento di 3.8%, e una forza di termosaldatura di 16 N.

Secondo il feedback del mercato, le proprietà meccaniche dei normali prodotti finiti in foglio di alluminio a nido d'ape richiedono una resistenza alla trazione >260 MPA, allungamento >3%, resistenza alla termosaldatura >14 N, e una superficie piana e pulita per evitare di compromettere l'applicazione dell'adesivo a valle.

Confrontando questi dati, è chiaro che i materiali sandwich in fogli di alluminio a nido d'ape prodotti utilizzando il processo di colata continua e laminazione ad alto rendimento presentano vantaggi significativi, compreso un processo di produzione più breve, rendimento più elevato, minor consumo di energia, e migliori prestazioni del prodotto.

4. Conclusione

Il processo di colata continua e laminazione ad alto rendimento per la produzione 3003 grezzi in lamina a nido d'ape in lega, rispetto al tradizionale processo di laminazione a caldo, può abbreviare significativamente il flusso del processo e migliorare la resa garantendo al tempo stesso la qualità del prodotto.

Colata continua e laminazione ad alto rendimento 3003 lega 3.5 mm e laminazione a caldo di 7.0 i pezzi grezzi da mm hanno seguito lo stesso processo produttivo, con conseguente praticamente nessuna differenza nelle proprietà meccaniche dei prodotti finiti, entrambi soddisfano i requisiti di qualità del foglio di alluminio a nido d'ape.