CN100351074C - 汽车用钢质蜂窝夹芯减振板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种汽车用钢质蜂窝夹芯减振板及其制备方法，属于结构功能材料领域。其蜂窝夹芯复合板是由两层薄而强的面板材料，中间夹一层厚度为面板厚度5～8倍的蜂窝芯材组成，蜂窝芯材采用冲压的方法加工。其制备方法是在面板材料与蜂窝芯材间放入中间填充料，将三层待复合材料加热至中间填充料的融化温度，保温2～4分钟，使填充料充分融化；然后进入轧机中实现10%～15%的变形，复合后的钢板进行扩散退火，达到瞬间液相复合的要求，使面板与芯材间通过原子的扩散发生等温凝固，形成组织均匀的连接表面。本发明具有如下优点：界面结合牢固、易于成形、可实现连续化生产并可回收利用。

Description

汽车用钢质蜂窝夹芯减振板及其制备方法
技术领域
本发明属于结构功能材料领域，特别是提供了一种汽车用钢质蜂窝夹芯减振板及其制备方法。适用于汽车车身蒙皮、车身结构及车门等。
背景技术
应用较多的减振板是在钢板表面覆盖一层粘弹性树脂，这种减振板因夹有一层树脂材料而使得使用温度受到很大限制，并且在汽车零件的实际生产过程中存在：1)冲压成形时内外层板错位现象；2)冲压成形时的鼓包现象；3)点焊的导电不良现象；4)焊接时内外层板分离现象；5)减振板焊接存在强刺激性气味现象。钢质蜂窝夹芯减振板由于芯材与基板之间的冶金结合，除具有质量轻、强度高、表面平整、减振、吸音、隔热等特点外，还具有耐高温、抗软化、耐疲劳的性能，并且可以回收再利用，符合环保要求。因此，需发明一种新型减振复合板。
发明内容
本发明的目的在于提供一种汽车用钢质蜂窝夹芯减振板及其制备方法，实现了界面结合牢固、易于成形、连续化生产并可回收利用的汽车用钢质蜂窝夹芯减振板。
本发明的技术解决方案为：
根据使用要求，从剪切强度、弯曲强度、抗弯刚度、临界屈曲载荷、固有频率、质量六个性能参数对蜂窝芯进行多目标优化设计，根据优化设计结构加工蜂窝芯。
蜂窝夹芯复合板是由两层薄而强的面板材料，中间夹一层厚度为面板5～8倍的的蜂窝芯材组成，蜂窝芯材采用冲压的方法加工。
本发明所述的所述的面板材料为普碳钢板或不锈钢板；厚度为0.6～1.2毫米；所述的蜂窝芯材为普碳钢。
在面板与蜂窝芯间放入自制的填充料，将三层待复合材料加热至中间填充料的融化温度，保温2～4分钟，使填充料充分融化。然后进入轧机中，在10％～15％的变形量下进行复合，使面板与芯材间通过原子的扩散发生等温凝固，形成组织均匀的连接表面。复合后的钢板进行扩散退火。
本发明所述的自制的填充料组分为：以铜为基本元素、锌为主要合金元素、锰为主要添加元素，再加入少量的硅、锡、镍、微量的硼和稀土。各组分的成分范围为(均为重量％：)：其中Sn：1.70～2.50，Ni：1.80～2.50，Mn：8.50～9.50，Si：0.50～0.80，B：0.04～0.05，Zn：33～38，稀土：0.02～0.03，其余为Cu。
本发明的优点：瞬间液相扩散复合法生产蜂窝板时容许面板表面存在一定的氧化膜，有一定的“自清净”能力，而且复合界面在等温凝固完成后具有明显不同于基板与填充金属的成分，并在一定情况下最终的显微组织中分辨不出填充金属，具有很高的复合强度。复合后的蜂窝板比同样尺寸的实心板在质量上减轻约40％；一阶固有频率降低7％；二阶固有频率降低7％。
附图说明
图1为本发明的钢质蜂窝夹芯减振板结构示意图。
图2为本发明的蜂窝芯板的结构示意图。
具体实施方式
首先，采用多元化思想，用正交设计方法，建立了润湿性能与合金元素间的回归方程。通过优化设计，研制出(重量％)：Sn：1.70～2.50，Ni：1.80～2.50，Mn：8.50～9.50，Si：0.50～0.80，B：0.04～0.05，Zn：33～38，稀土：0.02～0.03，其余为Cu的中间填充料。
选出其中的4组配方进行冶炼，进行了润湿性能的实测值与预测值的比较(见表1)。在配方4的基础上，添加了0.03％的稀土元素Re。对冶炼出的中间填充料采用差热分析法测得5组配方的熔点，5组配方其熔点已明显降低(Cu的熔点为1084.5℃)，达到本研究的要求。
表1润湿性能预测值与实测值比较
  序号                             合金元素(wt％)   润湿面积/mm2
  Sn   Ni   Mn   Si   B   Ce   Zn   预测值   实测值
  1   1.71   1.87   8.67   0.58   0.045   33   174.40   163.58
  2   1.90   1.95   8.91   0.62   0.050   33   181.68   169.70
  3   2.33   2.16   9.23   0.71   0.050   35   192.55   171.55
  4   2.45   2.28   9.40   0.80   0.050   37   197.15   170.98
  5   2.45   2.28   9.40   0.80   0.050   0.03   37   172.85
表2助复剂的熔点
  序号   1   2   3   4   5
  熔点(℃)   801.9   784.8   785.5   801.3   800.9
其次，从力学性能和减振性能两方面进行蜂窝夹芯结构设计。
夹芯结构的基本设计思想是：用芯子尽可能远地将面板隔开，以获得较大的弯曲刚度和提高结构的稳定性。设计准则为：
(1)夹芯必须具有足够的剪切强度，防止发生剪切破坏；
(2)夹芯结构必须具有足够的抗弯刚度，以避免整个夹芯结构产生过大的挠度而产生破坏；
(3)在保证足够的抗弯刚度时，还应考虑结构可以承受的最大弯曲强度；
(4)提高夹芯结构可以承受的临界屈曲载荷，也即提高了夹芯结构的稳定性；
(5)蜂窝夹芯结构在相同外观尺寸的前提下应具有较大的振动频率和阻尼比；
(6)在蜂窝夹芯结构较好的力学性能和减振性能的前提下，希望结构的质量最轻。
根据结构设计准则，从减轻结构重量，提高剪切强度、抗弯刚度、弯曲强度、减振性能以及结构的临界屈曲载荷六个方面对结构进行分析，确定优化设计的目标函数。用多目标优化方法最终确定夹芯板上、下面板的厚度tf、芯材厚度hc、正六角形蜂窝芯的蜂窝格边长d和蜂窝格壁厚δ的尺寸。根据使用要求，设计出的两种规格蜂窝板尺寸间表3。
表3优化出的蜂窝板尺寸
  编号   面板厚度(mm)   芯材厚度(mm)   蜂窝格壁(mm)   蜂窝格边长(mm)
  1   0.6   3   2.6   5.0
  2   0.6   4.8   2.65   8.0
然后按下述步骤将芯材与基板进行复合：
(1)利用设计的尺寸制备蜂窝夹芯减振板的芯材；
(2)准备与设计尺寸相符的面板和自制的填充料；
(3)对面板和芯材进行表面处理；
(4)在面板与蜂窝芯间放入配方5的填充料，将三层待复合材料加热至中间填充料的融化温度以上30℃(830℃)，保温2分钟，使填充料充分融化。然后进入轧机中，在11％的变形量下进行复合。对复合后的1#蜂窝板进行了力学性能及减振性能试验，试验结果见表4。
表4减振板力学性能与减振性能
类别   质量(g)   剪切强度(MPa)   弯曲强度(MPa)   抗弯刚度(N.m)   临界屈曲载荷N   一阶固有频率(KHz)   蜂窝孔个数(个)
  1#板   283.02   104.40   327.0   616.9   /   1.2400   125

Claims (2)

1、一种汽车用钢质蜂窝夹芯减振板的制备方法，其特征在于：在面板与蜂窝芯材间放入自制的填充料，将三层待复合材料加热至中间填充料的融化温度，保温2～4分钟，使填充料充分融化；然后进入轧机中实现10％～15％的变形，复合后的钢板进行扩散退火，达到瞬间液相复合的要求，使面板与芯材间通过原子的扩散发生等温凝固，形成组织均匀的连接表面。
2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的自制的填充料组分包括：铜、锌、锰，硅、锡、镍、硼、稀土；其组分的重量％为：Sn：1.70～2.50，Ni：1.80～2.50，Mn：8.50～9.50，Si：0.50～0.80，B：0.04～0.05，Zn：33～38，稀土：0.02～0.03，其余为Cu。
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