Індустріалізація та застосування стільникової алюмінієвої фольги

Дослідження промислового застосування стільникової алюмінієвої фольги

Стільникові сендвіч-композитні матеріали мають легку вагу, мають гарне поглинання енергії стиснення, і мають високу питому жорсткість і питому міцність.

З мінімальним збільшенням ваги, вони можуть ефективно підвищити жорсткість при вигині та підвищити здатність витримувати згинальні моменти та тиск, що робить їх ідеальним легким промисловим матеріалом.

В даний час, зі збільшенням міждисциплінарної співпраці, стільникові сендвіч-матеріали привертають все більше уваги дослідників.

Швидкий розвиток і дозрівання виробничих процесів в останні роки призвели до значного зниження собівартості продукції, сприяння застосуванню стільникових сендвіч-матеріалів із військових та аерокосмічних галузей у цивільні та комерційні сектори.

В даний час, Найбільш широко використовувані стільникові сендвіч-структури на ринку - це переважно шестикутні стільникові структури, які імітують природні стільники.

До найбільш часто використовуваних можна віднести алюмінієві стільники, Номекс стільниковий, паперові стільники, і склопластикові стільникові, які широко використовуються в автомобілебудуванні, суднобудування, будівництво, та пакувальна промисловість.

Ця стаття присвячена обговоренню методів промислового виробництва, процеси, і механічні властивості алюмінієвих стільникових сендвіч-матеріалів.

Стільниковий сердечник з алюмінієвої фольги

1. Алюмінієва стільникова сендвіч-структура

Алюмінієва стільникова сендвіч-конструкція складається з лицьової панелі, базова панель, і товстий, легкий алюмінієвий стільниковий сердечник, затиснутий між ними.

Лицьова панель і серцевина склеєні разом за допомогою клею, щоб утворити жорсткість, інтегрована структура.

Верхня і нижня панелі зазвичай виготовляються з 3003 або 5052 листи алюмінієвого сплаву, а також можна ламінувати вогнетривкими плитами, камінь, або кераміка.

Обробка поверхні лицьових панелей включає фторуглеродне покриття, валикове покриття, теплообмінний друк, чищення зубів, і окислення. Товщина ламінованих лицьових панелей 0,4–2,0 мм.

Матеріал рами - алюмінієвий профіль 6063-T4 або нержавіюча сталь. З алюмінієвий стільниковий матеріал сердечника в основному виготовляється з 3003 або 5052 алюмінієва фольга.

Через більш високу вартість обробки 5052 сплав, 3003 сплав в даний час найбільш широко використовується на комерційному ринку. Товщина алюмінієвої фольги в сердечнику стільника коливається від 0.02 до 0.08 мм, і довжини сторін алюмінієвих стільників доступні в 5 мм, 6 мм, 8 мм, 10 мм, і 12 мм.

Стільникові ядра можна класифікувати за формою, в тому числі квадратні, ромбоподібний, круговий, і правильний шестикутник.

Порівняння структур і характеристик різних форм, правильна шестикутна структура проста у виготовленні, використовує менше матеріалу, має високу конструктивну ефективність, і забезпечує кращу стійкість до тиску та розтягування, що робить його найпоширенішим типом. Загальна товщина стільникової панелі становить 15-25 мм.

2. Обробка заготівлі з алюмінієвої стільникової фольги

Холоднокатані смугові заготовки в основному обробляються трьома способами: гарячекатаний зливок, двовалкові безперервного лиття та прокатки, і Hazlett безперервного лиття та прокатки.

звичайний 3003 вироби зі сплавної стільникової фольги використовують процес лиття з розплаву з прямим охолодженням і гарячої прокатки.

Під час плавки, алюмінієві чушки з вмістом 99.7% або вище, ТПВ, і 10% до 30% електролітичну рідину алюмінію поміщають у плавильну піч.

Розплавлений алюміній формують у злитки (великі плоскі злитки) на 400-600 товщиною мм через форми різних розмірів.

Злитки потрібно підпиляти з обох кінців, фрезерований, і повторно нагрівають до 480-550 ℃ і витримують 20-25 годин перед тим, як відправити на дворулонний стан гарячої прокатки.

Через високий тиск, багатопрохідна прокатка, гарячекатані алюмінієві рулони 6-8 товщиною мм, які потім передаються в процес холодної прокатки для подальшої прокатки.

Гаряче прокатне обладнання вимагає великих капіталовкладень, включає складні процеси, споживає багато енергії, має тривалий цикл виробництва, і призводить до відносно високих витрат виробництва.

Зазвичай використовується для виробництва банок, автомобільні сталеві листи, товсті пластини з твердого сплаву, висококласні CTP пластини, та електронної алюмінієвої фольги.

Двовалковий безперервний розлив і прокатка має три форми: топ-для, горизонтальний, і похилий. Процес їх лиття в основному однаковий.

Спочатку, алюмінієві чушки з вмістом 99.7% або вище, ТПВ, і 20% до 60% Електролітична рідина алюмінію використовується як сировина.

Їх розплавляють у печі з утворенням алюмінію або розплаву алюмінієвого сплаву. Температура зазвичай нижче 760 ℃, 90 на 100 ℃ вище, ніж температура плавлення алюмінію або алюмінієвого сплаву, використовуючи найнижчу можливу температуру.

Huawei 3003 Алюмінієва фольга Jumbo Roll

Після рафінування та відстоювання, розплавлений алюміній передається в піч витримки, де температура контролюється на рівні 720-740 ℃. Потім він тече через носик і жолоб до дегазаційного пристрою, де онлайн додається зерновий рафінер.

Після фільтрації, він тече в передню камеру, де можна контролювати рівень рідини. Потім він проходить через ливарне сопло з алюмосилікатного матеріалу з роздільниками потоку, і надходить у простір між ливарними валками, які обертаються в одному напрямку та оснащені циркулюючою охолоджувальною водою, формування a 6-8 мм лита стрічка.

Потім ця стрічка змотується в литий рулон певної ширини за допомогою пристрою для намотування. Двовалковий процес безперервного лиття та прокатки вимагає менших інвестицій, є високоефективним, має низьке енергоспоживання, і низькі витрати виробництва.

Під час виробництва, розплавлений метал піддається швидкому охолодженню в зоні лиття і прокатки, з досягненням швидкості охолодження 102-103 °C/с. Затвердіння відбувається шляхом швидкого, спрямована термокристалізація, що призводить до сильно спрямованого росту кристалів, майже перпендикулярно до поверхні ливарних валків.

Цей процес характеризується утворенням численних дендритних кристалів, супроводжується деякою сегрегацією. Локально, дендритні кристали в центрі стрічки швидко переростають у стовпчасті кристали, утворюючи з центром смуги кут 55°-65°.

При виробництві 6-7 мм товщиною 3003 сплав, зі швидкістю закидання 600-800 мм/хв, результуюча мікроструктура демонструє сегрегацію та місцеве грубе зерно.

Це не тільки збільшує нестабільність виробництва, але також призводить до зниження стабільності продуктивності продукту після наступних процесів прокатки.

Висока пропускна здатність (Хезлетт) для безперервного лиття та прокатки використовується піч для утримання розплаву, працевлаштування 80%-85% розплавлений алюміній і 15%-20% твердий матеріал для внутрішньопічної плавки, з контрольованою температурою плавлення 740-760 ° C.

У процесі використовується рафінувальний млин HD2000, де певне співвідношення Ar і Cl₂ вводиться через високошвидкісний обертовий графітовий ротор. Розрахувавшись на >1 година, розплавлений алюміній протікає через проточний канал у вхідний отвір дегазаційної камери SNIF.

На вході додається рафінер. Потім розплавлений алюміній протікає через коробку фільтра в передню камеру зі стабільним і регульованим рівнем рідини. Під гідростатичним тиском, розплавлений алюміній надходить у вакуумно ізольоване ливарне сопло, нахилене вниз приблизно на 6°.

Форсунка заповнена циркулюючою водою, підтримується магнітними опорними роликами, і безперервно кидає a 19 мм між верхньою та нижньою сталевими стрічками зі спеціальним покриттям на зовнішній поверхні.

Швидкість охолодження під час лиття досягає 30~80 ℃/с, знаходиться між традиційною гарячою прокаткою та двовалковим безперервним литтям. При виробництві 3003 алюмінієва фольга, зерниста структура близька до гарячекатаних зливків.

Відлитий сляб подається безпосередньо в тривалковий стан для гарячої безперервної прокатки, виробництво 3003 сляби з сплаву товщиною 2,5~4,5 мм. Швидкість закидання 6,5~8 м/хв, швидкість прокатки 30~80 м/хв, і продуктивність 35~50 т/год. Цей високопродуктивний процес безперервного лиття та прокатки має високу ефективність виробництва.

У порівнянні з гарячою прокаткою, це виключає пиляння, фрезерування, і процеси гомогенізації, не тільки підвищення ефективності виробництва та скорочення циклу незавершеного виробництва, але й збереження 500 кВт-год/т у споживанні електроенергії та скорочення загальних витрат на понад 600 юань/т.

Сучасні вітчизняні дослідження в першу чергу зосереджені на використанні гарячекатаного литва для виробництва 3003 сендвіч-матеріали з стільникової фольги зі сплаву, під час дослідження високопродуктивних процесів безперервного лиття та прокатки для виробництва 3003 сендвіч-матеріалів зі сплавної стільникової фольги майже не існує.

Індустріалізація та застосування стільникової алюмінієвої фольги

3. Експериментальна процедура

Традиційний гарячекатаний 6-8 мм процес прокатки заготовки наступний: 6-8 мм заготовка → гомогенізація → холодна прокатка → 0.02-0.08 мм → різання → покриття → затвердіння → готовий продукт із стільникового ядра.

Високопродуктивний процес безперервного лиття та прокатки: 2.5-4.5 мм заготовка → гомогенізація → холодна прокатка → 0.02-0.08 мм → різання → покриття → затвердіння. Цей експеримент відноситься до національного стандарту 3003 склад сплаву, і процес плавлення приймає єдиний стандарт контролю.

Конкретний склад сплаву наведено в табл 1.

Процес гомогенізації для 3003 заготовка сплаву є 550 ℃ для 25-35 ч. Після гомогенізації, гарячекатаний прокат мав товщину 7.0 мм, міцність на розрив 106 MPA, і подовження 43%.

Безперервно лита і прокату заготовка мала товщину 3.5 мм, міцність на розрив 117 MPA, і подовження 39%.

Обидві заготовки були гомогенізовані та оброблені за допомогою того самого методу, в результаті чого готовий продукт має товщину 0.038 мм.

Зразки готової продукції розрізали 30 мм × 180 штук мм, а їх механічні властивості та міцність на термозварювання були перевірені.

Гарячекатаний прокат мав міцність на розрив 264 MPA, подовження 4.5%, і міцність термозварювання 15 Н.

Безперервнолитий і прокатний матеріал мав міцність на розрив 272 MPA, подовження 3.8%, і міцність термозварювання 16 Н.

За відгуками ринку, механічні властивості готових виробів із звичайної стільникової алюмінієвої фольги вимагають міцності на розрив >260 MPA, подовження >3%, міцність термозварювання >14 Н, і рівну та чисту поверхню, щоб уникнути впливу на подальше нанесення клею.

Порівнюючи ці дані, очевидно, що сендвіч-матеріали з алюмінієвої стільникової фольги, виготовлені за допомогою високопродуктивного процесу безперервного лиття та прокатки, мають значні переваги, включаючи більш короткий процес виробництва, вища врожайність, менше енергоспоживання, і кращу продуктивність продукту.

4. Висновок

Високопродуктивний процес безперервного лиття та прокатки для виробництва 3003 заготовки з стільникової фольги зі сплаву, порівняно з традиційним процесом гарячої прокатки, може значно скоротити технологічний процес і підвищити вихід, забезпечуючи при цьому якість продукції.

Високопродуктивне безперервне лиття та прокатка 3003 сплав 3.5 мм і гарячого прокату 7.0 мм заготовки дотримувалися того самого процесу виробництва, в результаті чого механічні властивості готових виробів практично не відрізняються, обидва відповідають вимогам якості алюмінієвої стільникової фольги.