CN101386127B - 一种应变强化金字塔结构夹层板的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种应变强化金字塔结构夹层板的制备方法，首先，将退火处理后的金属板材采用穿孔剪进行剪切/扩展得到带有菱形状网孔的金属网板，然后，采用平整机对金属板网进行平整，再采用液压机和模具在金属板网的菱形孔上冲压获得金字塔结构芯体；对金字塔结构芯体和要复合的面板进行除锈除油，并烘干，采用电阻焊或激光焊机将金字塔结构芯体和面板焊接得到金字塔结构夹层板。本发明剪切/扩展步骤是通过原材料板材剪切-拉伸扩展形成菱形网，可以同时充分应用原料，不像冲孔网是通过冲压机械去除孔位置材料来获得菱形网，要损失大量原料，同时材料在剪切-拉伸过程中由于材料拉伸变形而产生加工硬化，从而提高芯体的强度。

Description

一种应变强化金字塔结构夹层板的制备方法
技术领域
本发明涉及一种金字塔结构夹层板的制备方法，具体涉及一种应变强化金字塔结构夹层板的制备方法。
背景技术
金属层合板是近些年来随着材料制备以及机械加工技术的迅速发展而出现的一类新颖多功能材料[Evans AG，Hutchinson JW，Fleck NA，et al.Thetopological design of multifunctional cellular metals[J].Progress inMaterials Science，2001，46(3-4)：309-327；]。广泛应用于交通运输、航空航天、建筑、机械制造、国防工业等领域[卢天健，何德坪，陈常青等.超轻多孔金属材料的多功能特性及应用[J].力学进展，2006，36(4)：517-535]，但多采用国外的技术或者引进国外的产品，如Alusuisse Singer公司的铝蜂窝板和麦达斯铝业有限公司中空铝型材。
桁架层合结构是一种新型的层合板结构，其相对密度通常可低于10％[Wadley HNG.Multifunctional periodic cellular metals [J].Philosophical Transactions of the Royal Society a-MathematicalPhysical and Engineering Sciences，2006，364(1838)：31-68]。与上述结构相比，具有更好的力学性能和广泛的多功能设计空间。美国CMI(CellularMaterials International，Inc.)公司和研究机构已经将金字塔等结构作为进一步应用开发的重点。目前主要问题是如何降低成本和进一步提高性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不仅能够降低材料的成本，而且与目前处于退火态的材料相比，可以提高压缩等力学性能2-3倍的应变强化金字塔结构夹层板的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：首先，将退火处理后的金属板材采用穿孔剪进行剪切/扩展得到带有菱形状网孔的金属网板，材料在剪切-拉伸过程中由于材料拉伸变形而产生加工硬化，提高芯体强度2-3倍，其菱形状网孔的短节距为2-30mm，长节距为4-70mm，板厚为0.5-5mm，梗宽为0.4-8mm；然后，采用10-50吨平整机对金属板网进行平整，再采用5-200吨位的液压机和模具在金属板网的菱形孔上冲压获得金字塔结构芯体；对金字塔结构芯体和要复合的面板进行除锈除油，并烘干，采用电阻焊或激光焊机将金字塔结构芯体和面板焊接得到金字塔结构夹层板。
本发明的金属板材为304不锈钢、718镍基合金、TP2紫铜、可焊接弹簧钢、高锰钢或镍硅锌铜合金。
由于本发明剪切/扩展步骤是通过原材料板材剪切-拉伸扩展形成菱形网，可以同时充分应用原料，不像冲孔网是通过冲压机械去除孔位置材料来获得菱形网，要损失大量原料，同时材料在剪切-拉伸过程中由于材料拉伸变形而产生加工硬化，从而提高芯体的强度。
附图说明
图1是三种304不锈钢芯体密度金字塔结构夹层板在退火态的压缩过程的应力-应变曲线，其中横坐标为名义应变，纵坐标为名义压缩应力；
图2是三种304不锈钢芯体密度金字塔结构夹层板在应变强化态下的压缩过程的应力-应变曲线，其中横坐标为名义应变，纵坐标为名义压缩应力。
图2是本发明的实验结果，与图1比较，在相近的芯体密度下峰值强度性能显著提高到2-3倍。
具体实施方式
下面结合附图及实施实例对本发明作进一步详细说明。
实施例1，首先，将900-1050℃退火后的304不锈钢板采用穿孔剪进行剪切/扩展得到带有菱形状网孔的不锈钢网板，在扩展中材料产生约11％的应变率，其材料屈服强度从220MPa提高到680MPa，其菱形状网孔的短节距为30mm，长节距为70mm，板厚为5mm，梗宽为8mm；然后，采用50吨平整机对不锈钢网板进行平整，再采用200吨位的液压机和模具在不锈钢网板的菱形孔上冲压获得金字塔结构芯体；将金字塔结构芯体和要复合的面板采用金属清洗剂和40℃水按50∶1比例配置的清洗液来除锈除油，再用烘箱50℃烘干；采用电阻焊机将金字塔结构芯体和面板焊接得到金字塔结构夹层板。
实施例2，首先，将800-1000℃退火后的718镍基合金板采用穿孔剪进行剪切/扩展得到带有菱形状网孔的718镍基合金网板，在扩展中材料产生约11％的应变率，其材料屈服强度从220MPa提高到680MPa，其菱形状网孔的短节距为20mm，长节距为50mm，板厚为4mm，梗宽为6mm；然后，采用40吨平整机对镍基合金网板进行平整，再采用170吨位的液压机和模具在镍基合金网板的菱形孔上冲压获得金字塔结构芯体；将金字塔结构芯体和要复合的面板采用金属清洗剂和40℃水按50∶1比例配置的清洗液来除锈除油，再用烘箱50℃烘干；采用激光焊机将金字塔结构芯体和面板焊接得到金字塔结构夹层板。
实施例3，首先，将500-800℃退火后的TP2紫铜板采用穿孔剪进行剪切/扩展得到带有菱形状网孔的TP2紫铜网板，在扩展中材料产生约11％的应变率，其材料屈服强度从220MPa提高到680MPa，其菱形状网孔的短节距为15mm，长节距为30mm，板厚为3mm，梗宽为4mm；然后，采用30吨平整机对紫铜网板进行平整，再采用130吨位的液压机和模具在紫铜网板的菱形孔上冲压获得金字塔结构芯体；将金字塔结构芯体和要复合的面板采用金属清洗剂和40℃水按50∶1比例配置的清洗液来除锈除油，再用烘箱50℃烘干；采用电阻焊机将金字塔结构芯体和面板焊接得到金字塔结构夹层板。
实施例4，首先，将800-1000℃退火后的可焊接弹簧钢板采用穿孔剪进行剪切/扩展得到带有菱形状网孔的可焊接弹簧钢网板，在扩展中材料产生约11％的应变率，其材料屈服强度从220MPa提高到680MPa，其菱形状网孔的短节距为10mm，长节距为20mm，板厚为2mm，梗宽为2mm；然后，采用20吨平整机对可焊接弹簧钢网板进行平整，再采用80吨位的液压机和模具在可焊接弹簧钢板网的菱形孔上冲压获得金字塔结构芯体；将金字塔结构芯体和要复合的面板采用金属清洗剂和40℃水按50∶1比例配置的清洗液来除锈除油，再用烘箱50℃烘干；采用激光焊机将金字塔结构芯体和面板焊接得到金字塔结构夹层板。
实施例5，首先，将850-1100℃退火后的高锰钢板采用穿孔剪进行剪切/扩展得到带有菱形状网孔的高锰钢网板，在扩展中材料产生约11％的应变率，其材料屈服强度从220MPa提高到680MPa，其菱形状网孔的短节距为2mm，长节距为4mm，板厚为0.5mm，梗宽为0.4mm；然后，采用10吨平整机对高锰钢网板进行平整，再采用5吨位的液压机和模具在高锰钢网板的菱形孔上冲压获得金字塔结构芯体；将金字塔结构芯体和要复合的面板采用金属清洗剂和40℃水按50∶1比例配置的清洗液来除锈除油，再用烘箱50℃烘干；采用电阻焊机将金字塔结构芯体和面板焊接得到金字塔结构夹层板。
实施例6、首先，将300-500℃退火后镍硅锌铜合金板采用穿孔剪进行剪切/扩展得到带有菱形状网孔的镍硅锌铜合金网板，在扩展中材料产生约11％的应变率，其材料屈服强度从220MPa提高到680MPa，其菱形状网孔的短节距为25mm，长节距为60mm，板厚为1mm，梗宽为1mm；然后，采用25吨平整机对镍硅锌铜合金网板进行平整，再采用30吨位的液压机和模具在镍硅锌铜合金网板的菱形孔上冲压获得金字塔结构芯体；将金字塔结构芯体和要复合的面板采用金属清洗剂和40℃水按50∶1比例配置的清洗液来除锈除油，再用烘箱50℃烘干；采用激光焊机将金字塔结构芯体和面板焊接得到金字塔结构夹层板。
图1的曲线是三种芯体密度金字塔结构夹层板在退火态(现有文献材料均采用高温钎焊，处于该状态)的压缩过程的应力-应变曲线，图2的曲线是三种芯体密度金字塔结构夹层板在应变强化态下的压缩过程的应力-应变曲线，本实验表明在相同芯体密度下，金字塔结构处于应变强化态是退火态压缩性能2-3倍，力学性能得到大幅度提高。
本发明的金属夹层板，应用于城轨、地铁、高速列车的地板、天花、车厢厢体应用具有广泛应用前景，除了列车上的应用外，还可应用于建筑内外墙装饰，汽车厢体，船舶隔板，大型游艇艇身，地铁站台屏蔽门，电梯等，它可以有效减轻结构重量，改善隔热、磁屏蔽性能，节约能源等领域。

Claims (2)

1.一种应变强化金字塔结构夹层板的制备方法，其特征在于：
1)首先，将退火处理后的金属板材采用穿孔剪进行剪切/扩展得到带有菱形状网孔的金属网板，材料在剪切-拉伸过程中由于材料拉伸变形而产生加工硬化，提高芯体强度2-3倍，其菱形状网孔的短节距为2-30mm，长节距为4-70mm，板厚为0.5-5mm，梗宽为0.4-8mm；
2)然后，采用10-50吨平整机对金属板网进行平整，再采用5-200吨位的液压机和模具在金属板网的菱形孔上冲压获得金字塔结构芯体；
3)对金字塔结构芯体和要复合的面板进行除锈除油，并烘干，采用电阻焊或激光焊机将金字塔结构芯体和面板焊接得到金字塔结构夹层板。
2.根据权利1的要求所述的应变强化金字塔结构夹层板的制备方法，其特征在于：所说的金属板材为304不锈钢、718镍基合金、TP2紫铜、可焊接弹簧钢、高锰钢或镍硅锌铜合金。
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