CN108488611A - 一种整体结构金属蜂窝板及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及轻型金属结构材料领域，尤其是涉及一种减轻构件重量的整体结构金属蜂窝板及其制作方法，其中一种整体结构蜂窝板，在所述板坯的长度和宽度方向的相对立面之间设有贯穿或不贯穿的密集排孔，所述板体内的密集排孔彼此独立或相贯通。一种整体结构金属蜂窝板的制作方法，其特征在于，其具体操作步骤如下：轧制或挤压，退火，板材切割，加工孔、清理、后续加工、表面处理。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果重量轻、强度高、性能均匀、寿命长等特点，后续的焊接、弯曲等加工，不会产生分层现象，该方法也适用于非金属材料的加工，用于轻量化结构中。本发明也适用于其他金属或非金属板材，如铝合金、镁合金、钢、钛、木材、石头等。
Description
技术领域
本发明涉及轻型金属结构材料领域，尤其是涉及一种减轻构件重量的整体结构金属蜂窝板及其制作方法。
背景技术
蜂窝板一般用于轻量化结构中，例如高铁地板、桌椅面板，飞机中的结构件等。蜂窝金属材料具有抗高风压、减震，隔音、保温、阻燃和比强度高等优良性能。国外六十年代已在民用各领域使用，而且发展很快，我国最近几年蜂窝技术才在民用工业的各领域应用。铝蜂窝板幕墙以其质轻、强度高、刚度大等诸多优点，已被广泛应用于高层建筑外墙装饰。总厚度为15mm，面板底板均为1.0mm厚的铝蜂窝板只有6 kg/㎡。具有相同刚度的蜂窝板重量仅为铝单板的1/5，钢板的1/10，相互连接的铝蜂窝芯就如无数个工字钢，芯层分布固定在整个板面内，使板块更加稳定，其抗风压性能大大超于铝塑板和铝单板，并具有不易变形，平面度好的特点，即使蜂窝板的分格尺寸很大，也能达到极高的平面度，是建筑业首选的轻质材料。
蜂窝板适用于民用建筑、车船装饰等，是航空、航天材料在民用建筑领域的应用。目前铝质蜂窝板应用比较普遍，多采用热压成型技术，因铝皮和蜂窝间的高热传导值，内外铝皮的热胀冷缩同步；蜂窝铝皮上有贯穿上下两层板面的小孔，使板内气体可以自由流动；可滑动安装扣系统在热胀冷缩时不会引起结构变形。
国内专利申请号 201520944498.7公开了一种金属蜂窝板，其包括第一不锈钢板、蜂窝芯板、第二不锈钢板，蜂窝芯板位于第一不锈钢板和第二不锈钢板之间。该结构金属蜂窝板为分体式结构，即采用金属上、下面板，中间加蜂窝芯并用胶粘或钎焊的方法形成蜂窝板；或者采用铸造、凝固的方法在板中形生成蜂窝结构。胶粘剂一般为高分子材料及低熔点钎焊材料，蜂窝芯为塑性较好的铝或其它金属薄板制成，采用胶粘或钎焊的分体结构蜂窝板，其强度和使用寿命受到胶粘剂和钎料的影响；而铸造蜂窝板因受到如疏松、夹杂、偏析、缩孔等铸造缺陷而影响强度、寿命和材料的均匀程度。另外铸造工艺很难铸出复杂薄壁形状的结构件，且铸造后续的清理工作也很大。
发明内容
本发明提出一种整体结构金属蜂窝板及其制作方法，克服现有技术的不足，通过塑性加工方法制成金属板材，然后在金属板材长度和宽度方向加工出密集的不同交叉角度的孔，形成一块上下表面光滑无缝，具有中间蜂窝孔洞的整体蜂窝结构板。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是这样的：
发明之一：一种整体结构蜂窝板，其具有上表面、下表面、左立面、右立面、前立面和后立面，其特征在于，该板体为厚度5~120mm的板坯，板坯的相对立面是相互平行且平直的表面，在所述板坯的长度和宽度方向的相对立面之间设有贯穿或不贯穿的密集排孔，所述板体内的密集排孔彼此独立或相贯通。
所述密集排孔的直径范围为1~118mm，相邻中心距3~200mm，开孔率30~90%。
所述密集排孔为单层或多层分布。
所述密集排孔的孔径为同径或异径，所述孔距为等距或不等距，
所述多层分布的相邻两层密集排孔方向为交叉30~90°。
所述密集排孔中的任何一个孔形为圆孔、正方孔、长方孔、椭圆孔形的一种。
所述密集排孔的孔口处用自身材料或其它金属或非金属材料以过盈或胶粘的方法进行封堵，所用封堵物厚度为10~30mm。
发明之二：一种整体结构金属蜂窝板的制作方法，其特征在于，其具体操作步骤如下：
1）轧制或挤压的实心板材，或挤压的带有纵向通孔的板材，经矫直后获得平直的板材，其不平度小于2mm/1000mm，厚度偏差小于10%；
2）退火——根据材质特点消除板材内部应力，避免加工孔后出现瓢曲；
3）板材切割——将平直的板材切割成所需尺寸；
4）加工孔——将平直的金属板置于深孔加工设备上，沿金属板坯的长度和宽度方向分别加工出两组孔中心空间交叉的孔，形成一块由上面和下面光滑无缝，中间孔洞结构的整体结构蜂窝板；
5）清理——在加工孔的过程中，会产生大量的金属屑保留在蜂窝板的内部，用0.1-0.6MPa的高压风或高压水把整体结构蜂窝板内部的金属屑排到板外，并对板内进行干燥处理；
6）后续加工——通过焊接的方式把几块整体结构蜂窝板连接成一块大板，并在卷曲机上弯曲成型加工，制成所需形状；
7）表面处理——加工好的整体结构蜂窝板表面经过涂漆或贴膜、镀锌处理，以增加耐蚀性。
所述深孔加工设备为深孔排钻床、激光打孔机或电火花打孔机中的任一种。
所述深孔排钻床结构包括底板、滑座、钻头座和钻头传动机构，若干滑座设于长方形的底板上，滑座上安装有钻头座，钻头座上设有钻头传动机构，所述滑座分别沿待加工板材的长度方向和宽度方向设置，一个所述钻头座上设有多组钻头传动机构，底板上设有砧板和压板，加工板材时，待加工板材设置于砧板和压板之间。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果 ：
该整体结构的金属蜂窝板具有重量轻、强度高、性能均匀、寿命长等特点，与实心金属板材相比，整体结构的金属蜂窝板重量减轻30%以上，并可进行后续的焊接、弯曲等加工，不会产生分层现象，该方法也适用于非金属材料的加工，用于轻量化结构中。本发明也适用于其他金属或非金属板材，如铝合金、镁合金、钢、钛、木材、石头等。
附图说明
图1是本发明深孔排钻床结构示意图；
图2是图1的俯视图；
图3是本发明金属蜂窝板实施例一结构示意图；
图4是本发明金属蜂窝板实施例二结构示意图；
图5是本发明金属蜂窝板实施例三结构示意图；
图6是单层交叉90°的金属蜂窝板中心剖面结构示意图；
图7是本发明方孔形金属蜂窝板示意图。
图中：1-底板，2-滑座，3-钻头滑座，4-钻头传动机构，5-砧板，6-加工板材，7-压板，8-长向钻头，9-宽向钻头，10-密集排孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
见图1、图2，是本发明深孔排钻床实施例结构示意图，结构包括底板1、滑座2、钻头座3和钻头传动机构4，若干滑座设于长方形的底板1上，滑座2上安装有钻头滑座3，钻头滑座上设有钻头传动机构4，滑座2分别沿待加工板材的长度方向和宽度方向设置，一个所述钻头滑座上设有多组钻头传动机构4；加工板材时，底板1上设有砧板5和压板7，加工板材6设置于砧板5和压板7之间，以保证加工板材6可靠定位。
见图3，是本发明金属蜂窝板实施例一结构示意图，实施例1中：制作800×600×12mm的铝合金蜂窝板。首先把铝合金铸坯或铝合金锭轧制成厚度为12mm的铝合金板，经200℃，10小时去应力退火后，把铝合金板材矫直并保证其平直度小于1mm/1000mm，然后把铝合金板切割成800 ×600×12mm。
把切割好的铝合金板放置在深孔排钻床上，分别在800mm长度方向钻深790mm，直径为8mm，等间距80mm的8个盲孔。然后再沿宽600mm方向上钻深590mm直径为8mm，等距55mm的9个盲孔，这样就制成了一块如图3所示的单层、两向交叉90°，板体上面和板体下面最小厚度为2mm的轻型整体结构铝合金蜂窝板，其中心剖面如图6所示。
钻完孔后如果需要改变孔的形状，可用拉削的方式，用拉刀把圆孔改为如图7所示的方孔。钻好孔的蜂窝板经清理、封孔、涂油、包装等工序，最终形成轻型整体结构的铝合金蜂窝板。这样的4块铝合金蜂窝板焊接在一起，可以形成1600×1200×12mm的蜂窝板。
见图4，是本发明金属蜂窝板实施例二结构示意图，实施例2中，制作1500×750×15mm厚的镁合金蜂窝板。由于镁合金具有良好的切削性，为了提高钻孔效率，采用如图1、图2所示的深孔排钻床。首先把半连续铸造的镁合金铸坯或镁锭经轧制或挤压成厚度为15mm的镁合金板，并通过矫直机使板材平直，切割成1500×750×15mm的镁合金板。把剪切好的镁合金板放在深孔排钻床的砧板上，并用压板压紧，压紧力控制在材料弹性极限的25%左右即可，例如16MPa左右，以减少镁合金板的瓢曲，并防止孔钻时板的窜动。长向钻头8可以沿底板1长度方向移动，也可沿钻头滑座3在宽向上移动。长向钻头分别在1500mm长度方向的两端的相同位置相向同时钻深750mm，直径为12mm，并使两孔连通。钻完一组3个孔后，抽出钻头，把长向钻头沿滑座移动到下一个钻孔位置，继续钻孔，直到长度方向的孔都钻完为止。
然后用同样的方法在宽度方向上钻孔，钻深740mm直径为12mm的等距盲孔。这样就制成了如图4所示的一块双层孔、两向交叉90°轻型整体结构镁合金蜂窝板，其板体上面和板体下面的最小厚度分别为1.5mm。孔钻完后，用高压空气或高压水清理干净蜂窝里面的镁合金屑，然后进行封孔、表面处理等工序，最终形成轻型整体结构的镁合金蜂窝板。
见图5，是本发明金属蜂窝板实施例三结构示意图，实施例3中，制作1400×1000×20mm厚的镁合金蜂窝板。由于镁合金具有良好的切削性，为了提高钻孔效率，采用如图1、图2所示的深孔排钻床。首先把半连续铸造的镁合金铸坯4经轧制或挤压成厚度为20mm的镁合金板，并通过矫直机使板材平直，切割成1400×1000×20mm的镁合金板。把剪切好的镁合金板放在激光打孔机的工作台上，并压紧，压紧力控制在材料弹性极限的25%左右即可，例如18MPa左右，以减少镁合金板的瓢曲，防止孔钻时板的窜动。长向钻头可以沿底板长度方向移动，也可沿钻头滑座在宽向上移动。长向钻头分别在1400mm长度方向的两端的相同位置相向同时钻深700mm，直径为16mm，并使两孔连通。钻完一组3个孔后，抽出钻头，把长向钻头沿滑座移动到下一个钻孔位置，继续钻孔，直到长度方向的孔都钻完为止。
这样就制成了如图5所示的一块单层孔、两向空间交叉90°轻型整体结构镁合金蜂窝板，其上面和下面的最小厚度分别为2.0mm。孔钻完后，用高压空气或高压水清理干净蜂窝里面的镁合金屑，然后进行封孔、表面处理等工序，最终形成轻型整体结构的镁合金蜂窝板。
本发明轻型整体结构金属蜂窝板的具体制作工艺要求为：
板材选用轧制或挤压的实心板材，或挤压的带有纵向通孔的板材，经矫直后获得平直的板材，其不平度小于2mm/1000mm，厚度偏差小于10%，经塑性加工的金属板材，其塑性、强度、均匀性等都得到了提高；
退火的目的是根据材质特点消除板材内部应力，经过去应力退火后，板内的残余应力减小，能有效避免加工孔后出现瓢曲；
板材切割是将平直的板材切用常规金属切割的方法，比如锯切、水切割、电火花、等离子等方法，割成所需尺寸；
加工孔是将平直的金属板置于深孔加工设备（深孔排钻床、电火花或激光打孔机）上，沿金属板坯的长度和宽度方向分别加工出两组孔中心空间交叉的孔，交叉角为30~90°，最终形成一块由上表面和下表面光滑无缝，中间孔洞结构的整体结构蜂窝板；如果需改变孔的形状，可用拉刀、线切割等方法，改变圆孔为方孔、长条孔、椭圆孔或其它所需形状的孔，把圆孔扩成方孔，可以更大限度地减轻板体的重量。
清理是在加工孔的过程中，会产生大量的金属屑保留在蜂窝板的孔隙内部，用0.1~0.6MPa的高压风或高压水把整体结构蜂窝板内部的金属屑排到板外，并对板内进行干燥处理；
后续加工先通过焊接的方式把几块整体结构蜂窝板连接成一块大板，并在卷曲机上弯曲成型加工，再做金属切割制成所需形状；
最后表面处理：加工好的整体结构蜂窝板表面经过涂漆或贴膜、镀锌处理，以增加耐蚀性，满足装饰性。
本发明制作方法同样适用于铝合金、铜合金、钛合金等其它金属材料，也可用于容易钻孔的非金属材料，如木材、电木、石头等。
当然，上述说明并非是对本发明的实质范围的限值，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的人员在本发明的实质范围内所作出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种整体结构蜂窝板，其具有上表面、下表面、左立面、右立面、前立面和后立面，其特征在于，该板体为厚度5~120mm的板坯，板坯的相对立面是相互平行且平直的表面，在所述板坯的长度和宽度方向的相对立面之间设有贯穿或不贯穿的密集排孔，所述板体内的密集排孔彼此独立或相贯通。
2.根据权利要求1所述的一种整体结构金属蜂窝板，其特征在于，所述密集排孔的直径范围为1~118mm，相邻中心距3~200mm，开孔率30~90%。
3.根据权利要求1所述的一种整体结构蜂窝板，其特征在于，所述密集排孔为单层或多层分布。
4.根据权利要求1所述的一种整体结构蜂窝板，其特征在于，所述密集排孔的孔径为同径或异径，所述孔距为等距或不等距。
5.根据权利要求3所述的一种整体结构蜂窝板，其特征在于，所述多层分布的相邻两层密集排孔方向为交叉30~90°。
6.根据权利要求1所述的一种整体结构蜂窝板，其特征在于，所述密集排孔中的任何一个孔形为圆孔、正方孔、长方孔、椭圆孔形的一种。
7.根据权利要求1所述的一种整体结构金属蜂窝板，其特征在于，所述密集排孔的孔口处用自身材料或其它金属或非金属材料以过盈或胶粘的方法进行封堵，所用封堵物厚度为10~30mm。
8.一种整体结构金属蜂窝板的制作方法，其特征在于，其具体操作步骤如下：
1）轧制或挤压的实心板材，或挤压的带有纵向通孔的板材，经矫直后获得平直的板材，其不平度小于2mm/1000mm，厚度偏差小于10%；
2）退火——根据材质特点消除板材内部应力，避免加工孔后出现瓢曲；
3）板材切割——将平直的板材切割成所需尺寸；
4）加工孔——将平直的金属板置于深孔加工设备上，沿金属板坯的长度和宽度方向分别加工出两组孔中心空间交叉的孔，形成一块由上面和下面光滑无缝，中间孔洞结构的整体结构蜂窝板；
5）清理——在加工孔的过程中，会产生大量的金属屑保留在蜂窝板的内部，用0.1-0.6MPa的高压风或高压水把整体结构蜂窝板内部的金属屑排到板外，并对板内进行干燥处理；
6）后续加工——通过焊接的方式把几块整体结构蜂窝板连接成一块大板，并在卷曲机上弯曲成型加工，制成所需形状；
7）表面处理——加工好的整体结构蜂窝板表面经过涂漆或贴膜、镀锌处理，以增加耐蚀性。
9.根据权利要求8所述的一种整体结构金属蜂窝板的制作方法，其特征在于，所述深孔加工设备为深孔排钻床、激光打孔机或电火花打孔机中的任一种。
10.根据权利要求9所述的一种整体结构金属蜂窝板的制作方法，其特征在于，所述深孔排钻床结构包括底板、滑座、钻头座和钻头传动机构，若干滑座设于长方形的底板上，滑座上安装有钻头座，钻头座上设有钻头传动机构，所述滑座分别沿待加工板材的长度方向和宽度方向设置，一个所述钻头座上设有多组钻头传动机构，底板上设有砧板和压板，加工板材时，待加工板材设置于砧板和压板之间。
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