CN114799749A - 旋转摩擦挤压复合电磁脉冲制备泡沫铝夹芯材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开旋转摩擦挤压复合电磁脉冲制备泡沫铝夹芯材料的方法，包括：步骤一、制备填充体；步骤二、将填充体进行加工制备若干预制体；步骤三、将若干预制体装夹固定形成预制体组件；步骤四、在预制体组件表面焊接面板形成未发泡夹芯材料；步骤五、通过发泡模具对未发泡夹芯材料进行加热发泡；步骤六、发泡完成后，发泡模具进行保温，保温结束后向发泡模具通入冷却水保压定形，形成所需形状的泡沫铝夹芯材料。采用本方法制作的泡沫铝夹芯材料具有界面结合好、无不良界面反应，同时具有较高抗弯、抗冲击和优良的吸声、隔声性能。
Description
技术领域
本发明涉及泡沫铝夹芯材料制备技术领域，特别是涉及旋转摩擦挤压复合电磁脉冲制备泡沫铝夹芯材料的方法。
背景技术
泡沫铝夹芯材料具有密度低、比刚度高、能量吸收好、阻尼特性优良、绝热、隔音性能佳等优点，被广泛应用于航空、航天、船舶、交通运输等领域，如飞机的机身、机翼以及尾翼，船的船板，公共汽车车身、有轨电车车身。目前，泡沫铝夹芯材料制备方法主要有胶粘、钎焊和预制体发泡法。胶粘法制备的泡沫铝夹芯材料无法在高温条件下(>200℃)服役；在钎焊法制备泡沫铝夹芯材料过程中，会引入钎料，容易导致泡沫铝夹芯层和面板与钎料之间发生不良的界面反应，生成脆性金属间化合物；预制体发泡法不仅工艺复杂，而且制备的泡沫铝夹芯材料尺寸较小。
同时申请号为201811194563.3的专利公开了一种金属泡沫铝夹芯材料、加工方法及加工装置，将清洗后的面板材料置于泡沫铝板之上，使面板材料和泡沫铝板完全重合，并用夹具夹装于工作台上；在面板材料表面进行多道次全覆盖呈现“蛇形或漩涡形”搅拌摩擦加工，使两条相邻平行的加工轴线之间的距离为加工装置搅拌针直径；将加工后的面板材料与泡沫铝板整体翻面，使泡沫铝板一面朝上；在整体翻面的面板材料与泡沫铝板上再放置一块相同规格的面板材料，再次进行多道次全覆盖呈现“蛇形或漩涡形”搅拌摩擦加工，即制得泡沫铝夹芯材料结构。这种技术方案虽然能够有效提升芯层和夹层连接强度，但是需要将搅拌针插入到泡沫铝芯层中，对泡沫铝会产生挤压搅拌作用显著影响连接处的孔隙率，且生产效率低。
因此，亟需设计一种旋转摩擦挤压复合电磁脉冲制备泡沫铝夹芯材料的方法，用以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供旋转摩擦挤压复合电磁脉冲制备泡沫铝夹芯材料的方法，包括：
步骤一、制备填充体；
步骤二、将所述填充体进行加工制备若干预制体；
步骤三、将若干所述预制体装夹固定形成预制体组件；
步骤四、在所述预制体组件表面焊接面板形成未发泡夹芯材料；
步骤五、通过发泡模具对所述未发泡夹芯材料进行加热发泡；
步骤六、发泡完成后，所述发泡模具进行保温，保温结束后向所述发泡模具通入冷却水保压定形，形成所需形状的泡沫铝夹芯材料。
优选的，所述填充体的制备方法为，提供一基体，在基体上开设若干孔洞，在若干孔洞内均填充发泡剂。
优选的，所述基体为纯铝或铝合金材质。
优选的，步骤一中所述发泡剂为氢化钛。
优选的，所述预制体的制备方法为，将所述填充体置于旋转摩擦挤压模具中并挤出加工形成若干所述预制体。
优选的，所述旋转摩擦挤压模具包括搅拌头、上模具体、下模具体和挤压杆，所述上模具体可拆卸连接在所述下模具体顶端，所述上模具体和所述下模具体之间形成有模具型腔，所述下模具体贯穿开设有挤出口；所述搅拌头转动连接在所述上模具体顶端，且所述搅拌头底端贯穿所述上模具体伸入所述模具型腔；所述挤压杆设置有两个，所述上模具体与所述下模具体之间还形成有两个上料通道，两所述上料通道均与所述模具型腔连通，两所述挤压杆分别滑接在两所述上料通道内。
优选的，所述预制体的加工方法为，将所述填充体放入所述上料通道内，所述挤压杆向所述模具型腔内移动，将所述填充体送至所述模具型腔，所述搅拌头转动对所述填充体进行破碎搅拌，并最终沿所述挤出口挤出。
优选的，所述面板与所述预制体组件通过电磁脉冲焊进行焊接。
优选的，所述预制体组件根据待成型的所述泡沫铝夹芯材料的截面形状通过若干所述预制体装夹固定而成。
本发明公开了以下技术效果：
1、本发明采用搅拌摩擦挤压模具制备预制体，解决了传统的混粉挤压工艺制备单次挤压后长度受限的不足，而本申请中制备预制体的方法可在间歇送料的情况下保证挤出材料的连续性。
2、本发明中然后通过电磁脉冲焊的方式将面板与预制体组件焊接，根据电磁感应定律和趋肤效应，使线圈与面板之间产生随时间变化的相互排斥的磁场力，面板在这种磁场力的作用下高速撞击预制体组件形成冶金结合，解决了在钎焊法制备泡沫铝夹芯材料过程中，会引入钎料，容易导致泡沫铝夹芯层和面板与钎料之间发生不良的界面反应，生成脆性金属间化合物的问题。
3、本发明采用一体成形制作泡沫铝夹芯材料，能够制作大尺寸的泡沫铝夹芯材料。
4、采用本发明制作的泡沫铝夹芯材料具有能够在高温条件下(>200℃)服役、界面结合好、无不良界面反应，同时具有较高抗弯、抗冲击和优良的吸声、隔声性能的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中开设有孔洞的基体的结构示意图；
图2为旋转摩擦挤压过程的示意图；
图3为旋转摩擦挤压过程的三维轴测示意图；
图4为本发明中预制体的结构示意图；
图5为本发明实施例一中预制体组件一侧焊接面板的示意图；
图6为本发明实施例一中预制体组件另一侧焊接面板的示意图；
图7为本发明实施例一中平面发泡成形示意图；
图8为本发明实施例二中T形未发泡夹芯材料示意图；
图9为本发明实施例一中T形未发泡夹芯材料焊接装夹示意图；
图10为本发明实施例一中T形发泡成形示意图；
图11为本发明实施例三中曲面未发泡夹芯材料示意图；
图12为本发明实施例四中管状未发泡夹芯材料示意图；
图13为本发明实施例四中管状发泡成形示意图；
其中，1、基体；2、孔洞；3、搅拌头；4、上模具体；5、下模具体；501、挤出口；6、挤压杆；7、发泡剂；8、填充体；9、预制体；10、面板；11、夹具；12、焊接头；13、线圈；1301、外管线圈；1302、内管线圈；14、泡沫铝；15、发泡模具；1501、外壁加热模具；1502、内壁加热模具；16、冷却通道。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1-4，本发明提供旋转摩擦挤压复合电磁脉冲制备泡沫铝夹芯材料的方法，包括：
步骤一、制备填充体8；
步骤二、将填充体8进行加工制备若干预制体9；
步骤三、将若干预制体9装夹固定形成预制体组件；
步骤四、在预制体组件表面焊接面板10形成未发泡夹芯材料；
步骤五、通过发泡模具15对未发泡夹芯材料进行加热发泡；
步骤六、发泡完成后，发泡模具15进行保温，保温结束后向发泡模具15通入冷却水保压定形，形成所需形状的泡沫铝夹芯材料。
进一步的，面板10为金属材质。
进一步的，发泡模具15上开设有冷却通道16。
进一步的，填充体8的制备方法为，提供一基体1，在基体1上开设若干孔洞2，在若干孔洞2内均填充发泡剂7。
进一步的，的基体1为纯铝或铝合金材质。
进一步的，步骤一中的发泡剂7为氢化钛。
进一步的，预制体9的制备方法为，将填充体8置于旋转摩擦挤压模具中并挤出加工形成若干预制体9。
进一步的，旋转摩擦挤压模具包括搅拌头3、上模具体4、下模具体5和挤压杆6，上模具体4可拆卸连接在下模具体5顶端，上模具体4和下模具体5之间形成有模具型腔，下模具体5贯穿开设有挤出口501；搅拌头3转动连接在上模具体4顶端，且搅拌头3底端贯穿上模具体4伸入模具型腔；挤压杆6设置有两个，上模具体4与下模具体5之间还形成有两个上料通道，两上料通道均与模具型腔连通，两挤压杆6分别滑接在两上料通道内。
进一步的，预制体9的加工方法为，将填充体8放入上料通道内，挤压杆6向模具型腔内移动，将填充体8送至模具型腔，搅拌头3转动对填充体8进行破碎搅拌，并最终沿挤出口501挤出。
使用搅拌摩擦挤压模具制备预制体9，解决了传统的混粉挤压工艺制备单次挤压后长度受限的不足，而本申请中制备预制体9的方法可在间歇送料的情况下保证挤出材料的连续性。
进一步的，面板10与预制体组件通过电磁脉冲焊进行焊接。
采用电磁脉冲焊对面板10和预制体组件进行焊接，解决了在钎焊法制备泡沫铝夹芯材料过程中，会引入钎料，容易导致泡沫铝14夹芯层和面板10与钎料之间发生不良的界面反应，生成脆性金属间化合物的问题。
进一步的，预制体组件根据待成型的泡沫铝夹芯材料的截面形状通过若干预制体9装夹固定而成，避免后期的拼焊环节，保证成型后的泡沫铝夹芯材料的整体性能。
实施例一：
参照图5-7，当泡沫铝夹芯材料为平面时，在纯铝或铝合金的基体1上开设若干孔洞2，为了保证后续破碎搅拌时能够更加均匀的与发泡剂7混合形成混合物，若干孔洞2沿基体1的长度方向等间隔分布，发泡剂7选用氢化钛，将填充体8置入上料通道内，挤压杆6向模具型腔内移动，将填充体8送至模具型腔，搅拌头3转动对填充体8进行破碎搅拌，最终使破碎的基体1与发泡剂7均匀的混合形成混合物，随着模具型腔内混合物不断的增多压力增大，最终沿下模具体5上的挤出口501挤出并形成柱状的预制体9，通过夹具11将若干预制体9装夹固定形成平面状的预制体组件，然后通过电磁脉冲焊的方式在预制体组件的两侧焊接面板10，进行电磁脉冲焊时所采用的焊接装置包括焊接头12和RLC震荡电路，RLC震荡电路由电容、线圈13以及放电电路构成，线圈13固定嵌设在焊接头12底部，焊接之前能量储存在电容中，当放电电路中的放电开关瞬间闭合，线圈13中存在瞬态的大交变电流流过，产生强的交变磁场，根据电磁感应定律和趋肤效应，此磁场会在面板10表面产生与线圈13电流相反的感应电流，感应电流也会产生感应磁场，阻止线圈13的磁场穿透面板10，线圈13与面板10之间产生随时间变化的相互排斥的磁场力，面板10在这种磁场力的作用下高速撞击预制体组件形成冶金结合形成未发泡夹芯材料，然后将未发泡夹芯材料通过与未发泡夹芯材料相适配的发泡模具15进行加热保温，最终向发泡模具15内通入冷却水进行保压定型形成平面的泡沫铝夹芯材料。采用本方法制作的泡沫铝夹芯材料具有能够生产大尺寸泡沫铝夹芯材料，且在高温条件下(>200℃)服役，同时具有界面结合好、无不良界面反应，同时具有较高抗弯、抗冲击和优良的吸声、隔声性能的优点。
实施例二：
参照图8-10，当泡沫铝夹芯材料为T字形时，采用与实施例一相同的方法制作预制体9，通过夹具11将若干预制体9装夹固定形成T字形的预制体组件，然后通过电磁脉冲焊的方式在预制体组件的竖直面两侧焊接面板10，再在水平面两侧焊接面板10，进行电磁脉冲焊时所采用的焊接装置与实施例一中相同，焊接完成后形成未发泡夹芯材料，然后将未发泡夹芯材料通过与未发泡夹芯材料相适配的发泡模具15进行加热保温，最终向发泡模具15内通入冷却水进行保压定型形成平面的泡沫铝夹芯材料。采用本方法制作的泡沫铝夹芯材料具有与实施例一相同的优点，同时由于传统的制备工艺是先将两块发泡夹芯板制备出来后再通过焊接或连接，但发泡夹芯材料的芯部为泡沫结构，不能受力制备，而本申请通过在形成预制体组件阶段先构建T形结构再发泡，一体化成形，很好的解决了传统工艺存在的问题。
实施例三：
参照图11，当泡沫铝夹芯材料为曲面时，采用与实施例一相同的方法制作预制体9，通过夹具11将若干预制体9装夹固定形成曲面状的预制体组件，然后通过电磁脉冲焊的方式在预制体组件的两侧焊接面板10，进行电磁脉冲焊时所采用的焊接装置与实施例一中相同，焊接完成后形成未发泡夹芯材料，然后将未发泡夹芯材料通过与未发泡夹芯材料相适配的发泡模具15进行加热保温，最终向发泡模具15内通入冷却水进行保压定型形成平面的泡沫铝夹芯材料。采用本方法制作的泡沫铝夹芯材料具有与实施例一相同的优点，同时还解决了传统制备曲面发泡夹芯材料时，是先通过搅拌摩擦加工的方式制备预制体9板材再通过模具锻压与发泡，生产效率低下不适合规模化生产的问题。
实施例四：
参照图12-13，当泡沫铝夹芯材料为管状时，采用与实施例一相同的方法制作预制体9，通过夹具11将若干预制体9装夹固定形成管状的预制体组件，然后通过电磁脉冲焊的方式在预制体组件的内侧和外侧焊接面板10，进行电磁脉冲焊时所采用的焊接装置包括线圈13和RLC震荡电路，线圈13包括内管线圈1302和外管线圈1301，焊接完成后形成未发泡夹芯材料，然后将未发泡夹芯材料通过与未发泡夹芯材料相适配的发泡模具15进行加热保温，发泡模具15包括内壁加热模具1502和外壁加热模具1501，内壁加热模具1502和外壁加热模具1501上均开设有冷却通道16，最终向冷却通道16内通入冷却水进行保压定型形成平面的泡沫铝夹芯材料。采用本方法制作的泡沫铝夹芯材料具有与实施例一相同的优点，同时还解决了传统制备工艺很难制作较长规格的问题。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (9)
1.旋转摩擦挤压复合电磁脉冲制备泡沫铝夹芯材料的方法，其特征在于，包括：
步骤一、制备填充体(8)；
步骤二、将所述填充体(8)进行加工制备若干预制体(9)；
步骤三、将若干所述预制体(9)装夹固定形成预制体组件；
步骤四、在所述预制体组件表面焊接面板(10)形成未发泡夹芯材料；
步骤五、通过发泡模具(15)对所述未发泡夹芯材料进行加热发泡；
步骤六、发泡完成后，所述发泡模具(15)进行保温，保温结束后向所述发泡模具(15)通入冷却水保压定形，形成所需形状的泡沫铝夹芯材料。
2.根据权利要求1所述旋转摩擦挤压复合电磁脉冲制备泡沫铝夹芯材料的方法，其特征在于：所述填充体(8)的制备方法为，提供一基体(1)，在基体(1)上开设若干孔洞(2)，在若干所述孔洞(2)内均填充发泡剂(7)。
3.根据权利要求2所述旋转摩擦挤压复合电磁脉冲制备泡沫铝夹芯材料的方法，其特征在于：所述基体(1)为纯铝或铝合金材质。
4.根据权利要求2所述旋转摩擦挤压复合电磁脉冲制备泡沫铝夹芯材料的方法，其特征在于：步骤一中所述发泡剂(7)为氢化钛。
5.根据权利要求1所述旋转摩擦挤压复合电磁脉冲制备泡沫铝夹芯材料的方法，其特征在于：所述预制体(9)的制备方法为，将所述填充体(8)置于旋转摩擦挤压模具中并挤出加工形成若干所述预制体(9)。
6.根据权利要求5所述旋转摩擦挤压复合电磁脉冲制备泡沫铝夹芯材料的方法，其特征在于：所述旋转摩擦挤压模具包括搅拌头(3)、上模具体(4)、下模具体(5)和挤压杆(6)，所述上模具体(4)可拆卸连接在所述下模具体(5)顶端，所述上模具体(4)和所述下模具体(5)之间形成有模具型腔，所述下模具体(5)贯穿开设有挤出口(501)；所述搅拌头(3)转动连接在所述上模具体(4)顶端，且所述搅拌头(3)底端贯穿所述上模具体(4)伸入所述模具型腔；所述挤压杆(6)设置有两个，所述上模具体(4)与所述下模具体(5)之间还形成有两个上料通道，两所述上料通道均与所述模具型腔连通，两所述挤压杆(6)分别滑接在两所述上料通道内。
7.根据权利要求6所述旋转摩擦挤压复合电磁脉冲制备泡沫铝夹芯材料的方法，其特征在于：所述预制体(9)的加工方法为，将所述填充体(8)放入所述上料通道内，所述挤压杆(6)向所述模具型腔内移动，将所述填充体(8)送至所述模具型腔，所述搅拌头(3)转动对所述填充体(8)进行破碎搅拌，并最终沿所述挤出口(501)挤出。
8.根据权利要求1所述旋转摩擦挤压复合电磁脉冲制备泡沫铝夹芯材料的方法，其特征在于：所述面板(10)与所述预制体组件通过电磁脉冲焊进行焊接。
9.根据权利要求1所述旋转摩擦挤压复合电磁脉冲制备泡沫铝夹芯材料的方法，其特征在于：所述预制体组件根据待成型的所述泡沫铝夹芯材料的截面形状通过若干所述预制体(9)装夹固定而成。
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