Industrialisering og påføring av honeycomb aluminiumsfolie

Forskning på industriell anvendelse av honeycomb aluminiumsfolie

Honeycomb sandwich-komposittmaterialer er lette, har god absorpsjon av kompresjonsenergi, og har høy spesifikk stivhet og spesifikk styrke.

Med minimal vektøkning, de kan effektivt forbedre bøyestivheten og forbedre evnen til å motstå bøyemomenter og trykk, gjør dem til et ideelt lett industrimateriale.

For tiden, med økende tverrfaglig samarbeid, honeycomb sandwichmaterialer tiltrekker seg mer og mer oppmerksomhet fra forskere.

Den raske utviklingen og modningen av produksjonsprosesser de siste årene har ført til en betydelig nedgang i produksjonskostnadene, driver bruken av honeycomb sandwich-materialer fra militære og romfartsfelt til sivile og kommersielle sektorer.

For tiden, de mest brukte honeycomb-sandwichstrukturene på markedet er for det meste sekskantede honeycomb-strukturer som etterligner naturlige honeycombs.

De mest brukte inkluderer honeycomb av aluminium, Nomex honningkake, honningkake av papir, og glassfiber honningkake, som er mye brukt i bilindustrien, skipsbygging, konstruksjon, og emballasjeindustri.

Denne artikkelen vil fokusere på å diskutere industrielle produksjonsmetoder, prosesser, og mekaniske egenskaper til sandwichmaterialer med honeycomb i aluminium.

Honeycomb kjerne av aluminiumsfolie

1. Aluminium Honeycomb Sandwich Struktur

En honeycomb-sandwichstruktur av aluminium består av et ansiktspanel, et bunnpanel, og en tykk, lettvekts bikakekjerne av aluminium klemt mellom dem.

Frontpanelet og kjernen er limt sammen med et lim for å danne en stiv, integrert struktur.

Topp- og bunnpanelene er vanligvis laget av 3003 eller 5052 legerte aluminiumsplater, og kan også lamineres med brannsikre plater, stein, eller keramikk.

Overflatebehandlinger for ansiktspanelene inkluderer fluorkarbonbelegg, rullebelegg, varmeoverføringsutskrift, børsting, og oksidasjon. Tykkelsen på de laminerte frontpanelene er 0,4–2,0 mm.

Rammematerialet er 6063-T4 aluminiumsprofil eller rustfritt stål. De aluminium honeycomb kjernemateriale er for det meste laget av 3003 eller 5052 aluminiumsfolie.

På grunn av høyere behandlingskostnad på 5052 legering, 3003 legering er for tiden den mest brukte i det kommersielle markedet. Tykkelsen på aluminiumsfolien i honeycomb-kjernen varierer fra 0.02 til 0.08 mm, og sidelengdene til aluminiumshonningkaken er tilgjengelig i 5 mm, 6 mm, 8 mm, 10 mm, og 12 mm.

Honeycomb-kjerner kan kategoriseres etter form, inkludert kvadrat, romboid, sirkulær, og vanlig sekskantet.

Sammenligning av strukturene og ytelsen til ulike former, den vanlige sekskantede strukturen er enkel å produsere, bruker mindre materiale, har høy strukturell effektivitet, og gir bedre trykk- og strekkmotstand, gjør den til den mest brukte typen. Den totale tykkelsen på honeycomb-panelet er 15-25 mm.

2. Honeycomb-foliebearbeiding av aluminium

Kaldvalsede båndemner behandles hovedsakelig ved hjelp av tre metoder: varmvalset blokkstøping, twin-roll kontinuerlig støping og valsing, og Hazlett kontinuerlig støping og valsing.

Konvensjonell 3003 legerings bikakefolieprodukter bruker en smeltestøping direkte-kjølende varmvalsende støpeprosess.

Under smelting, aluminiumsblokker med innhold av 99.7% eller høyere, fast avfall, og 10% til 30% elektrolytisk aluminiumsvæske plasseres i en smelteovn.

Det smeltede aluminiumet formes til ingots (store flate barrer) av 400-600 mm tykkelse gjennom former i forskjellige størrelser.

Ingotene må sages i begge ender, frest, og oppvarmet til 480-550 ℃ og holdt i 20-25 timer før de sendes til et dobbeltspiral varmtvalseverk.

Gjennom høytrykk, multi-pass rulling, varmvalsede aluminiumsspoler av 6-8 mm tykkelse produseres, som deretter overføres til kaldvalseprosessen for videre valsing.

Varmvalsende utstyr krever høye investeringer, involverer komplekse prosesser, bruker mye energi, har en lang produksjonssyklus, og resulterer i relativt høye produksjonskostnader.

Det brukes vanligvis til å produsere bokslager, stålplater til biler, tykke hardlegeringsplater, avanserte CTP-plater, og elektronisk aluminiumsfolie.

Twin-roll kontinuerlig støping og valsing har tre former: topp-for, horisontal, og tilbøyelig. Støpeprosessen deres er stort sett den samme.

Først, aluminiumsblokker med innhold av 99.7% eller høyere, fast avfall, og 20% til 60% elektrolytisk aluminiumsvæske brukes som råmateriale.

Disse smeltes i en ovn for å danne smelte av aluminium eller aluminiumslegering. Temperaturen er generelt under 760 ℃, 90 til 100 ℃ høyere enn smeltepunktet til aluminium eller aluminiumslegering, ved å bruke lavest mulig temperatur.

Huawei 3003 jumborull av aluminiumsfolie

Etter foredling og setting, det smeltede aluminiumet overføres til en holdeovn hvor temperaturen kontrolleres til 720-740 ℃. Den renner deretter gjennom en tut og et trau inn i en avgassingsanordning, hvor en kornforedler legges til på nett.

Etter filtrering, den strømmer inn i et frontkammer hvor væskenivået kan kontrolleres. Den passerer deretter gjennom en støpedyse laget av aluminiumsilikatmateriale med strømningsdeler, og kommer inn i rommet mellom støpevalser som roterer i samme retning og er utstyrt med sirkulerende kjølevann, danner en 6-8 mm støpt stripe.

Denne stripen kveiles deretter til en støpt spole av en viss bredde ved hjelp av en kveilanordning. Twin-roll kontinuerlig støping og valsing krever mindre investering, er svært effektiv, har lavt energiforbruk, og lave produksjonskostnader.

Under produksjonen, det smeltede metallet gjennomgår rask avkjøling i støpe- og valsesonen, med kjølehastigheter som når 102-103 °C/s. Størkning skjer gjennom hurtig, retningsbestemt termisk krystallisering, resulterer i svært retningsbestemt krystallvekst, nesten vinkelrett på overflaten av støpevalsene.

Denne prosessen er preget av dannelsen av mange dendrittiske krystaller, ledsaget av en viss segregering. Lokalt, de dendrittiske krystallene i stripesenteret vokser raskt til søylekrystaller, danner en vinkel på 55°-65° med strimmelsenteret.

Ved produksjon 6-7 mm tykk 3003 legering, med en kastehastighet på 600-800 mm/min, den resulterende mikrostrukturen viser segregering og lokalt grove korn.

Dette øker ikke bare produksjonsustabiliteten, men fører også til redusert produktytelsesstabilitet etter påfølgende valseprosesser.

Høy gjennomstrømning (Hazlett) kontinuerlig støping og valsing bruker en smelteholdende ovn, ansette 80%-85% smeltet aluminium og 15%-20% fast materiale for smelting i ovn, med smeltetemperaturen kontrollert til 740-760 °C.

Prosessen bruker en HD2000 raffineringsfabrikk, hvor et spesifikt forhold mellom Ar og Cl2 injiseres via en høyhastighets roterende grafittrotor. Etter å ha nøyet seg med >1 time, det smeltede aluminiumet strømmer gjennom en strømningskanal inn i innløpet til SNIF-avgassingskammeret.

En kornforedler legges til ved innløpet. Det smeltede aluminiumet strømmer deretter gjennom en filterboks inn i et frontkammer med stabilt og justerbart væskenivå. Under hydrostatisk trykk, det smeltede aluminiumet strømmer inn i en vakuumisolert støpedyse som vippes nedover i ca. 6°.

Munnstykket er fylt med sirkulerende vann, støttet av magnetiske støtteruller, og kaster kontinuerlig en 19 mm tykk plate mellom øvre og nedre stålbånd med et spesifikt belegg på utsiden.

Avkjølingshastigheten under støping når 30~80 ℃/s, faller mellom tradisjonell varmvalsing og twin-roll kontinuerlig støping. Ved produksjon 3003 aluminiumsfolie, kornstrukturen er nær den for varmvalsede blokker.

Den støpte platen mates direkte inn i en trevalsemølle for varm kontinuerlig valsing, produserer 3003 legeringsplater med en tykkelse på 2,5~4,5 mm. Støpehastigheten er 6,5 ~ 8 m/min, rullehastigheten er 30~80 m/min, og gjennomstrømningen er 35~50 t/t. Denne kontinuerlige støpe- og valseprosessen med høy gjennomstrømning har høy produksjonseffektivitet.

Sammenlignet med varmvalsing, det eliminerer saging, fresing, og homogeniseringsprosesser, ikke bare forbedre produksjonseffektiviteten og forkorte arbeids-i-prosess-syklusen, men også sparing 500 kWh/t i strømforbruk og reduserer de totale kostnadene med over 600 yuan/t.

Nåværende innenlandsk forskning fokuserer først og fremst på å bruke varmvalset ingotstøping for å produsere 3003 legering honeycomb folie sandwich materialer, mens forskning på høykapasitets kontinuerlig støping og valseprosesser for produksjon 3003 legering honeycomb folie sandwich materialer er nesten ikke-eksisterende.

Industrialisering og påføring av honeycomb aluminiumsfolie

3. Eksperimentell prosedyre

Den tradisjonelle varmvalsede 6-8 mm valseprosessen er som følger: 6-8 mm emne → homogenisering → kaldvalsing → 0.02-0.08 mm → spalting → belegg → herding → bikakekjerne ferdig produkt.

Høy gjennomstrømning kontinuerlig støping og valsing prosessen er: 2.5-4.5 mm emne → homogenisering → kaldvalsing → 0.02-0.08 mm → slisse → belegg → herding. Dette eksperimentet refererer til den nasjonale standarden 3003 legeringssammensetning, og smelteprosessen vedtar en enhetlig kontrollstandard.

Den spesifikke legeringssammensetningen er vist i tabell 1.

Homogeniseringsprosessen for 3003 legering billett er 550 ℃ for 25-35 h. Etter homogenisering, det varmvalsede materialet hadde en tykkelse på 7.0 mm, en strekkfasthet på 106 MPa, og en forlengelse av 43%.

Det kontinuerlig støpte og valsede emnet hadde en tykkelse på 3.5 mm, en strekkfasthet på 117 MPa, og en forlengelse av 39%.

Begge emnene ble homogenisert og behandlet ved bruk av samme metode, resulterer i en ferdig produkt tykkelse på 0.038 mm.

Prøver av det ferdige produktet ble kuttet i 30 mm × 180 mm stykker, og deres mekaniske egenskaper og varmeforseglingsstyrke ble testet.

Det varmvalsede materialet hadde en strekkfasthet på 264 MPa, en forlengelse av 4.5%, og en varmeforseglingsstyrke på 15 N.

Det kontinuerlig støpte og valsede materiellet hadde en strekkfasthet på 272 MPa, en forlengelse av 3.8%, og en varmeforseglingsstyrke på 16 N.

Ifølge tilbakemeldinger fra markedet, de mekaniske egenskapene til vanlige bikake-aluminiumsfolie-ferdige produkter krever en strekkstyrke >260 MPa, forlengelse >3%, varmeforseglingsstyrke >14 N, og en flat og ren overflate for å unngå å påvirke nedstrøms limpåføring.

Sammenligner disse dataene, det er klart at sandwichmaterialer av honeycomb-folie av aluminium produsert ved bruk av høykapasitets kontinuerlig støpe- og valseprosessen har betydelige fordeler, inkludert en kortere produksjonsprosess, høyere utbytte, lavere energiforbruk, og bedre produktytelse.

4. Konklusjon

Den kontinuerlige støpe- og valseprosessen med høy gjennomstrømning for produksjon 3003 legering honeycomb folie emner, sammenlignet med den tradisjonelle varmvalseprosessen, kan forkorte prosessflyten betydelig og forbedre utbyttet samtidig som produktkvaliteten sikres.

Høy gjennomstrømning kontinuerlig støping og valsing av 3003 legering 3.5 mm og varmvalsing av 7.0 mm emner fulgte samme produksjonsprosess, resulterer i praktisk talt ingen forskjell i de mekaniske egenskapene til de ferdige produktene, begge oppfyller kvalitetskravene til bikakefolie av aluminium.