CN113954285A - 一种不规则轻质高强结构泡沫铝填充工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不规则轻质高强结构泡沫铝填充工艺，包括以下步骤：S1、取复杂外形的空腔结构的第一夹层，对其内部型腔进行划分；S2、切割泡沫铝样件，置于第一夹层中；S3、取第二夹层与第一夹层进行一体化连接；S4、将聚氨酯发泡时所用的黑料、白料、发泡剂与Fe、Ni磁性颗粒及石墨烯，搅拌制成发泡原液；S5、将复杂外形空腔结构作为模具，采用高压注射机将发泡原液注射到模具中；S6、整体施加超声波，并施加磁场；S7、对模具空腔施加均匀压强；S8、关闭预热炉、超声波，快速泄压，对第一夹层底部的形状不规则处施加可变磁场强度，正常冷却至室温取出。本发明采用泡沫铝填充不规则结构的方式来解决泡沫铝板材难以二次加工的问题。
Description
技术领域
本发明涉及材料加工技术领域，特别涉及一种不规则轻质高强结构泡沫铝填充工艺。
背景技术
泡沫铝是在纯铝或铝合金中加入添加剂后，经过发泡工艺而成，同时兼有金属和气泡特征。它密度小、高吸收冲击能力强、耐高温、防火性能强、抗腐蚀、隔音降噪、导热率低、电磁屏蔽性高、耐候性强、有过滤能力、易加工、易安装、成形精度高、可进行表面涂装。泡沫铝的这些优异性能使其在当今的材料领域具有广阔的应用前景，是很有开发前途的工程材料，特别是在交通运输工业，航天事业和建筑结构工业等方面。
泡沫铝材料具有优越的冲击吸能效果，但由于受限于发泡工艺限制，目前已公开的技术只能制造平板，不能满足车辆用复杂曲面要求，且泡沫铝板焊接性、冷弯性能、机加工性能差，板材成型后很难二次加工。
发明内容
本发明的目的是提供一种不规则轻质高强结构泡沫铝填充工艺，采用泡沫铝填充不规则结构的方式来解决泡沫铝板材难以二次加工的问题。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种不规则轻质高强结构泡沫铝填充工艺，包括以下步骤：
S1、取复杂外形的空腔结构的第一夹层，对其内部型腔进行划分，形成形状规则的支撑承载区和形状不规则的连接区，其中，第一夹层中的形状不规则连接区应为连续不中断，且预留有与外界通气的流道口；
S2、按照形状规则的支撑承载区来切割已发泡好的泡沫铝样件，置于第一夹层中所对应的位置；
S3、取与第一夹层相匹配的第二夹层，对第二夹层和已填充部分泡沫铝的第一夹层进行一体化连接，形成复杂外形空腔结构；
S4、在25℃下将聚氨酯发泡时所用的黑料、白料、发泡剂混合，再添加1％～3％剂量的Fe、Ni磁性颗粒，以及0.5％～1％剂量的石墨烯，搅拌制成发泡原液；
S5、将复杂外形空腔结构作为模具，置于预热炉，控制模具温度为40℃，对模具空腔抽真空，对所有的与外界通气的流道口，采用高压注射机以14MPa压力将一定体积的发泡原液注射到模具中；
S6、整体施加超声波，立即对形状规则的支撑承载区施加小强度磁场，施加时间为3s，对形状不规则的连接区施加大强度不均匀磁场，施加持续时间为2s，后续施加1s与形状规则的支撑承载区等强度大小的磁场；
S7、对模具空腔施加不小于10MPa的均匀压强，保压持续2s；
S8、关闭预热炉、超声波，快速泄压，使模具空腔压强与大气压持平，添加挡板以堵住流道口，仅对第一夹层底部的形状不规则的连接区施加可变磁场强度，其他磁场关闭，正常冷却至室温取出。
进一步优选的，步骤S2中，第一夹层内还放置有用于挡住泡沫铝样件的限位泡沫铝。
进一步优选的，步骤S4中，速度搅拌为2500rpm/min，搅拌时间8min。
进一步优选的，步骤S6中，形状不规则的连接区内部所施加大强度磁场的大小与流道口之间的距离有关，远离流道口的位置磁场强度越大。
进一步优选的，步骤S8中，在第一夹层底部外表面放置温度传感器，所施加的可变磁场强度与温度有关，随着温度越高，磁场强度越小。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
其一、本发明用泡沫铝填充在不规则的结构中，解决泡沫铝板材难以二次加工的问题，使得不规则结构能够具有泡沫铝的材料优势；
其二、泡沫铝填充在不规则结构中后，用聚氨酯发泡填充空隙，使泡沫铝能够稳固的置于不规则结构中，不会有晃动松动的情况；
其三、本发明在聚氨酯中添加Fe及Ni磁性颗粒，发泡原液会吸附磁性颗粒，发泡原液在温度较高的环境中，其流动性好，使得发泡原液可用磁场控制，在步骤S5及步骤S6中用磁场控制发泡原液，使形状不规则连接区的发泡原液分布的均匀性；
其四、本发明在聚氨酯中添加石墨烯，石墨烯是最高导热系数材料，保证发泡过程中的发泡中心到钢板外表面间的温差缩小化，提高发泡质量；
其五、在步骤S6中，整体施加一定功率的超声波，可使发泡原液产生一定的振幅，可以发泡原液均匀分布在空腔内；
其六、由上而下还有发泡原液的重力因素，会使得底部聚集，影响发泡质量，在步骤S8中，施加的磁场给一个一定的向上的力，阻碍其底部的流动聚集，也提高了上层的发泡质量。
附图说明
图1用于展示泡沫铝样件置于第一夹层的状态；
图2用于展示第一夹层与第二夹层的连接；
图3用于展示流道口处的挡板及限位泡沫铝。
图中：1、第一夹层；2、支撑承载区；3、连接区；4、流道口；5、泡沫铝样件；6、第二夹层；7、挡板；8、限位泡沫铝。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。
实施例1，参照图1-3，一种不规则轻质高强结构泡沫铝填充工艺，包括以下步骤：
S1、取复杂外形的空腔结构的第一夹层1，对其内部型腔进行划分，形成形状规则的支撑承载区2和形状不规则的连接区3，其中，第一夹层1中的形状不规则连接区3应为连续不中断，且预留有与外界通气的流道口4；
S2、按照形状规则的支撑承载区2来切割已发泡好的泡沫铝样件5，置于第一夹层1中所对应的位置，第一夹层1内还放置有四根用于挡住泡沫铝样件5的限位泡沫铝8；
S3、取与第一夹层1相匹配的第二夹层6，对第二夹层6和已填充部分泡沫铝的第一夹层1进行一体化连接，形成复杂外形空腔结构；
S4、在25℃下将聚氨酯发泡时所用的黑料、白料、发泡剂混合，再添加1％剂量的Fe、Ni磁性颗粒，以及0.5％剂量的石墨烯，以2500rpm/min的速度搅拌，搅拌时间8min，制成发泡原液；
S5、将复杂外形空腔结构作为模具，置于预热炉，控制模具温度为40℃，对模具空腔抽真空，对所有的与外界通气的流道口4，采用高压注射机以14MPa压力将一定体积的发泡原液注射到模具中；
S6、整体施加超声波，立即对形状规则的支撑承载区2施加小强度磁场，施加时间为3s，对形状不规则的连接区3施加大强度不均匀磁场，其中，形状不规则的连接区3内部所施加大强度磁场的大小与流道口4之间的距离有关，远离流道口4的位置磁场强度越大，施加持续时间为2s，后续施加1s与形状规则的支撑承载区2等强度大小的磁场；
S7、对模具空腔施加不小于10MPa的均匀压强，保压持续2s；
S8、关闭预热炉、超声波，快速泄压，使模具空腔压强与大气压持平，添加挡板7以堵住流道口4，仅对第一夹层1底部的形状不规则的连接区3施加可变磁场强度，其他磁场关闭，正常冷却至室温取出；在第一夹层1底部外表面放置温度传感器，所施加的可变磁场强度与温度有关，随着温度越高，磁场强度越小。
实施例2，一种不规则轻质高强结构泡沫铝填充工艺，包括以下步骤：
S1、取复杂外形的空腔结构的第一夹层1，对其内部型腔进行划分，形成形状规则的支撑承载区2和形状不规则的连接区3，其中，第一夹层1中的形状不规则连接区3应为连续不中断，且预留有与外界通气的流道口4；
S2、按照形状规则的支撑承载区2来切割已发泡好的泡沫铝样件5，置于第一夹层1中所对应的位置，第一夹层1内还放置有四根用于挡住泡沫铝样件5的限位泡沫铝8；
S3、取与第一夹层1相匹配的第二夹层6，对第二夹层6和已填充部分泡沫铝的第一夹层1进行一体化连接，形成复杂外形空腔结构；
S4、在25℃下将聚氨酯发泡时所用的黑料、白料、发泡剂混合，再添加2％剂量的Fe、Ni磁性颗粒，以及0.8％剂量的石墨烯，以2500rpm/min的速度搅拌，搅拌时间8min，制成发泡原液；
S5、将复杂外形空腔结构作为模具，置于预热炉，控制模具温度为40℃，对模具空腔抽真空，对所有的与外界通气的流道口4，采用高压注射机以14MPa压力将一定体积的发泡原液注射到模具中；
S6、整体施加超声波，立即对形状规则的支撑承载区2施加小强度磁场，施加时间为3s，对形状不规则的连接区3施加大强度不均匀磁场，其中，形状不规则的连接区3内部所施加大强度磁场的大小与流道口4之间的距离有关，远离流道口4的位置磁场强度越大，施加持续时间为2s，后续施加1s与形状规则的支撑承载区2等强度大小的磁场；
S7、对模具空腔施加不小于10MPa的均匀压强，保压持续2s；
S8、关闭预热炉、超声波，快速泄压，使模具空腔压强与大气压持平，添加挡板7以堵住流道口4，仅对第一夹层1底部的形状不规则的连接区3施加可变磁场强度，其他磁场关闭，正常冷却至室温取出；在第一夹层1底部外表面放置温度传感器，所施加的可变磁场强度与温度有关，随着温度越高，磁场强度越小。
实施例3，一种不规则轻质高强结构泡沫铝填充工艺，包括以下步骤：
S1、取复杂外形的空腔结构的第一夹层1，对其内部型腔进行划分，形成形状规则的支撑承载区2和形状不规则的连接区3，其中，第一夹层1中的形状不规则连接区3应为连续不中断，且预留有与外界通气的流道口4；
S2、按照形状规则的支撑承载区2来切割已发泡好的泡沫铝样件5，置于第一夹层1中所对应的位置，第一夹层1内还放置有四根用于挡住泡沫铝样件5的限位泡沫铝8；
S3、取与第一夹层1相匹配的第二夹层6，对第二夹层6和已填充部分泡沫铝的第一夹层1进行一体化连接，形成复杂外形空腔结构；
S4、在25℃下将聚氨酯发泡时所用的黑料、白料、发泡剂混合，再添加3％剂量的Fe、Ni磁性颗粒，以及1％剂量的石墨烯，以2500rpm/min的速度搅拌，搅拌时间8min，制成发泡原液；
S5、将复杂外形空腔结构作为模具，置于预热炉，控制模具温度为40℃，对模具空腔抽真空，对所有的与外界通气的流道口4，采用高压注射机以14MPa压力将一定体积的发泡原液注射到模具中；
S6、整体施加超声波，立即对形状规则的支撑承载区2施加小强度磁场，施加时间为3s，对形状不规则的连接区3施加大强度不均匀磁场，其中，形状不规则的连接区3内部所施加大强度磁场的大小与流道口4之间的距离有关，远离流道口4的位置磁场强度越大，施加持续时间为2s，后续施加1s与形状规则的支撑承载区2等强度大小的磁场；
S7、对模具空腔施加不小于10MPa的均匀压强，保压持续2s；
S8、关闭预热炉、超声波，快速泄压，使模具空腔压强与大气压持平，添加挡板7以堵住流道口4，仅对第一夹层1底部的形状不规则的连接区3施加可变磁场强度，其他磁场关闭，正常冷却至室温取出；在第一夹层1底部外表面放置温度传感器，所施加的可变磁场强度与温度有关，随着温度越高，磁场强度越小。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (5)
1.一种不规则轻质高强结构泡沫铝填充工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、取复杂外形的空腔结构的第一夹层(1)，对其内部型腔进行划分，形成形状规则的支撑承载区(2)和形状不规则的连接区(3)，其中，第一夹层(1)中的形状不规则连接区(3)应为连续不中断，且预留有与外界通气的流道口(4)；
S2、按照形状规则的支撑承载区(2)来切割已发泡好的泡沫铝样件(5)，置于第一夹层(1)中所对应的位置；
S3、取与第一夹层(1)相匹配的第二夹层(6)，对第二夹层(6)和已填充部分泡沫铝的第一夹层(1)进行一体化连接，形成复杂外形空腔结构；
S4、在25℃下将聚氨酯发泡时所用的黑料、白料、发泡剂混合，再添加1％～3％剂量的Fe、Ni磁性颗粒，以及0.5％～1％剂量的石墨烯，搅拌制成发泡原液；
S5、将复杂外形空腔结构作为模具，置于预热炉，控制模具温度为40℃，对模具空腔抽真空，对所有的与外界通气的流道口(4)，采用高压注射机以14MPa压力将一定体积的发泡原液注射到模具中；
S6、整体施加超声波，立即对形状规则的支撑承载区(2)施加小强度磁场，施加时间为3s，对形状不规则的连接区(3)施加大强度不均匀磁场，施加持续时间为2s，后续施加1s与形状规则的支撑承载区(2)等强度大小的磁场；
S7、对模具空腔施加不小于10MPa的均匀压强，保压持续2s；
S8、关闭预热炉、超声波，快速泄压，使模具空腔压强与大气压持平，添加挡板(7)以堵住流道口(4)，仅对第一夹层(1)底部的形状不规则的连接区(3)施加可变磁场强度，其他磁场关闭，正常冷却至室温取出。
2.根据权利要求1所述的一种不规则轻质高强结构泡沫铝填充工艺，其特征在于：步骤S2中，第一夹层(1)内还放置有用于挡住泡沫铝样件(5)的限位泡沫铝(8)。
3.根据权利要求1所述的一种不规则轻质高强结构泡沫铝填充工艺，其特征在于：步骤S4中，速度搅拌为2500rpm/min，搅拌时间8min。
4.根据权利要求1所述的一种不规则轻质高强结构泡沫铝填充工艺，其特征在于：步骤S6中，形状不规则的连接区(3)内部所施加大强度磁场的大小与流道口(4)之间的距离有关，远离流道口(4)的位置磁场强度越大。
5.根据权利要求1所述的一种不规则轻质高强结构泡沫铝填充工艺，其特征在于：步骤S8中，在第一夹层(1)底部外表面放置温度传感器，所施加的可变磁场强度与温度有关，随着温度越高，磁场强度越小。
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