一种金属泡沫铝夹芯材料、加工方法及加工装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种金属泡沫铝夹芯材料、加工方法及加工装置。所述的金属泡沫铝夹芯材料的加工方法，其特征在于，所述的金属泡沫铝夹芯材料通过泡沫铝板材与面板材料叠加而成，在所述金属泡沫铝夹芯材料的面板材料与泡沫铝材料的界面处进行搅拌摩擦加工；所述的搅拌摩擦加工的参数为：旋转速度为300～1180rpm，前进速度为30～120mm/min，压下量为0.2～0.3mm，道次偏移量为4～8mm。本方法不仅具有工艺简单、可控性强及成品率高的特点，可实现流水作业、规模化生产；还可通过本方法获得成本低廉，效率高，可控性好，抗弯、抗冲击性能好，吸声、隔声性能优异的泡沫铝夹芯材料，对指导工业化生产泡沫铝夹芯材料具有重要的参考价值。

Metal foam aluminum sandwich material, processing method and processing device

The invention discloses a metal foam aluminum sandwich material, a processing method and a processing device. The processing method of the metal foam aluminum sandwich material is characterized in that the metal foam aluminum sandwich material is superposed by the aluminum foam plate and the panel material, and the friction stir processing is carried out at the interface between the panel material of the metal foam aluminum sandwich material and the aluminum foam material; the parameters of the friction stir processing are as follows: the rotation speed is 300 ~ 1180rpm, and the advancing speed is high. Degree is 30-120 mm/min, reduction is 0.2-0.3 mm and pass offset is 4-8 mm. This method not only has the characteristics of simple process, high controllability and high yield, but also can realize flow production and large-scale production. It can also obtain the foam aluminum sandwich material with low cost, high efficiency, good controllability, good bending and impact resistance, excellent sound absorption and sound insulation performance, and has important reference value for guiding the industrial production of aluminum foam sandwich materials.

【技术实现步骤摘要】
一种金属泡沫铝夹芯材料、加工方法及加工装置
本专利技术属于结构复合材料制备
，具体涉及一种金属泡沫铝夹芯材料、加工方法及加工装置。
技术介绍
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、钎焊和前驱体发泡法。但采用上述方法制备泡沫铝夹芯材料均存在诸多问题。比如，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；前驱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。因此，针对传统方法制备的泡沫铝夹芯材料，无法在高温下服役，或引入其它材料，发生不良的界面反应，造成性能严重下降等问题，急需开发一种制备泡沫铝夹芯材料及新方法，以获得界面结合好、无不良界面反应，同时具有较高抗弯、抗冲击和优良的吸声、隔声性能的泡沫铝夹芯材料。
技术实现思路
为了克服上述技术存在的缺陷和不足，本专利技术的目的是提供一种金属泡沫铝夹芯材料、加工方法及加工装置，以解决传统泡沫铝夹芯材料制备方法的瓶颈问题，获得成本低廉，效率高，可控性好，抗弯、抗冲击性能好，吸声、隔声性能优异的泡沫铝夹芯材料。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种金属泡沫铝夹芯材料的加工方法，所述的金属泡沫铝夹芯材料以泡沫铝为芯材，金属板材为面板材料的三明治结构，在所述金属泡沫铝夹芯材料的面板材料与芯材的界面处进行搅拌摩擦加工；所述的搅拌摩擦加工的参数为：旋转速度为300～1180rpm，前进速度为30～120mm/min，压下量为0.2～0.3mm，道次偏移量为4～8mm。可选的，所述的泡沫铝板材为闭孔泡沫铝板材；所述的闭孔泡沫铝板材宽为100～2000mm，长为100～3000mm，厚为2～50mm。可选的，所述的面板材料包括铝、镁、钢、钛或铜；所述的金属面板材料宽为100～2000mm，长为100～3000mm，厚为1～8mm。可选的，所述的搅拌摩擦加工路线为蛇形或漩涡形。可选的，在搅拌摩擦加工过程中，两条相邻平行的加工轴线之间的距离为加工装置搅拌针的直径。可选的，所述的面板材料和芯材在加工前均用砂纸对其表面进行打磨。可选的，具体包括：选用6061铝合金板材、Q235钢板、AZ31镁合金板和TA1钛合金板为面板材料，孔隙率为65％～75％，孔隙平均直径为2～5mm的泡沫铝板材；然后在面板材料与泡沫铝材料的界面处进行搅拌摩擦加工；搅拌摩擦加工参数为：旋转速度为750rpm，前进速度为35mm/min，压下量为0.2mm，道次偏移量为6mm；旋转速度为300rpm，前进速度为30mm/min，压下量为0.2mm，道次偏移量为5mm；旋转速度为1180rpm，前进速度为60mm/min，压下量为0.3mm，道次偏移量为5mm；旋转速度为650rpm，前进速度为120mm/min，压下量为0.3mm，道次偏移量为4mm。一种金属泡沫铝夹芯材料，所述的金属泡沫铝夹芯材料采用本专利技术所述的金属泡沫铝夹芯材料的加工方法制得，具体包括：泡沫铝板材的两面与面板材料接触，均采用搅拌摩擦加工制得泡沫铝夹芯材料。一种金属泡沫铝夹芯材料的加工装置，所述的加工装置实现本专利技术所述的金属泡沫铝夹芯材料的加工方法，包括依次连接的轴肩和搅拌针，所述的轴肩和搅拌针均为圆柱型，所述的轴肩直径为10～20mm，所述的搅拌针直径为4～8mm，长度为1～8mm。可选的，所述的轴肩为马氏体不锈钢轴肩、中碳钢轴肩、高碳钢轴肩、工具钢轴肩或高温合金轴肩，所述的搅拌针为马氏体不锈钢搅拌针、中碳钢搅拌针、高碳钢搅拌针、工具钢搅拌针或高温合金搅拌针。本专利技术的优点：1、本专利技术充分克服了传统制作泡沫铝夹芯材料方法的缺点，使用搅拌摩擦加工方法使面板材料与芯部泡沫铝材料结合良好，抑制了面板材料与泡沫铝材料之间金属间化合物的产生，使夹芯材料的强度得以保证，而且避免了因材料工作温度的变化而导致的失效，同时也可以生产较大尺寸规格的泡沫铝板。2、本专利技术利用搅拌摩擦加工过程中的摩擦加热、塑化、挤压、搅拌作用，将面板材料和泡沫铝板紧密结合，从而得到泡沫铝夹芯材料。这种制备泡沫铝的方法不仅工艺简单、可控性强和成品率高，而且可实现流水作业，规模化生产，对指导工业化生产泡沫铝夹芯材料具有重要的参考价值。附图说明图1是一种金属泡沫铝夹芯材料、加工方法、加工装置及其应用的工艺流程图；图2是一种金属泡沫铝夹芯材料、加工方法、加工装置及其应用的加工装置结构示意图；图3是实施例1中一种金属泡沫铝夹芯材料的加工方法制备的金属铝泡沫铝夹芯材料的抗弯强度的对比图；图4是实施例1中一种金属泡沫铝夹芯材料的加工方法制备的金属铝泡沫铝夹芯材料的吸声系数(a)和隔声指数(b)随频率的变化规律图；图5是实施例2中一种金属泡沫铝夹芯材料的加工方法制备的金属钢泡沫铝夹芯材料的抗弯强度的对比图；图6是实施例2中一种金属泡沫铝夹芯材料的加工方法制备的金属钢泡沫铝夹芯材料的吸声系数(a)和隔声指数(b)随频率的变化规律图；图7是实施例3中一种金属泡沫铝夹芯材料的加工方法制备的金属镁泡沫铝夹芯材料的抗弯强度的对比图；图8是实施例4中一种金属泡沫铝夹芯材料的加工方法制备的金属镁泡沫铝夹芯材料的抗弯强度的对比图。具体实施方式本专利技术的金属泡沫铝夹芯材料为：以泡沫铝为芯材，金属板材为面板材料形成的三明治结构，对金属泡沫铝夹芯材料的面板材料与芯材的界面处进行搅拌摩擦加工；此处的界面处通常为金属板与泡沫铝贴合的部位，最好是两者贴合后向两种材料层延伸的一定距离的部位，比如，在进行搅拌摩擦焊加工过程中，搅拌针是从金属板面进行加工，搅拌针同时接触金属板和部分厚度的泡沫铝，利用搅拌摩擦加工过程中的摩擦加热、塑化、挤压、搅拌作用，将面板材料和泡沫铝板紧密结合，从而得到泡沫铝夹芯材料；搅拌摩擦加工的参数为：旋转速度为300～1180rpm，前进速度为30～120mm/min，压下量为0.2～0.3mm，道次偏移量为4～8mm。本专利技术在制备金属泡沫铝夹芯材料时的原料选择及预处理、加工装置的原料选择和加工参数设置具体为：原料选择及预处理：金属泡沫铝夹芯材料的面板材料，为可进行搅拌摩擦加工的材料，如常见的铝、镁、钢、钛、铜等，尺寸为(100～2000)×(100～3000)×(1～8)mm(宽×长×厚)；金属泡沫铝夹芯材料的芯材为闭孔泡沫铝板材，尺寸为(100～2000)×(100～3000)×(2～50)mm(宽×长×厚)，孔隙率为65％～75％，孔隙平均直径为2～5mm；加工前利用砂纸对铝板进行表面打磨，使表面的粗糙度Ra≤10μm，并用丙酮清洗打磨后的表面，除去铝板表面的油污、氧化物和杂质并烘干。加工装置的原料选择：加工装置的材质主要是马氏体不锈钢、中碳钢、高碳钢、工具钢、高温合金，加工装置包括依次连接的轴肩和搅拌针，所述的轴肩和搅拌针均为圆柱型，轴肩直径为10～20mm，圆柱型搅拌针直径为4～8mm，长度为1～8mm。加工装置加工参数设置：搅拌摩擦加工的旋转速度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属泡沫铝夹芯材料的加工方法，其特征在于，所述的金属泡沫铝夹芯材料以泡沫铝为芯材，金属板材为面板材料的三明治结构，在所述金属泡沫铝夹芯材料的面板材料与芯材的界面处进行搅拌摩擦加工；所述的搅拌摩擦加工的参数为：旋转速度为300～1180rpm，前进速度为30～120mm/min，压下量为0.2～0.3mm，道次偏移量为4～8mm。

【技术特征摘要】
1.一种金属泡沫铝夹芯材料的加工方法，其特征在于，所述的金属泡沫铝夹芯材料以泡沫铝为芯材，金属板材为面板材料的三明治结构，在所述金属泡沫铝夹芯材料的面板材料与芯材的界面处进行搅拌摩擦加工；所述的搅拌摩擦加工的参数为：旋转速度为300～1180rpm，前进速度为30～120mm/min，压下量为0.2～0.3mm，道次偏移量为4～8mm。2.如权利要求1所述的金属泡沫铝夹芯材料的加工方法，其特征在于，所述的泡沫铝板材为闭孔泡沫铝板材；所述的闭孔泡沫铝板材宽为100～2000mm，长为100～3000mm，厚为2～50mm。3.如权利要求1所述的金属泡沫铝夹芯材料的加工方法，其特征在于，所述的面板材料包括铝、镁、钢、钛或铜；所述的金属面板材料宽为100～2000mm，长为100～3000mm，厚为1～8mm。4.如权利要求1所述的金属泡沫铝夹芯材料的加工方法，其特征在于，所述的搅拌摩擦加工路线为蛇形或漩涡形。5.如权利要求4所述的金属泡沫铝夹芯材料的加工方法，其特征在于，在搅拌摩擦加工过程中，两条相邻平行的加工轴线之间的距离为加工装置搅拌针的直径。6.如权利要求1所述的金属泡沫铝夹芯材料的加工方法，其特征在于，所述的面板材料和芯材在加工前均用砂纸对其表面进行打磨。7.如权利要求1所述的金属泡沫铝夹芯材料的加工方法，其特征在于，具体包括：选用6061铝合金板材、Q235钢板、AZ31镁合金板和TA1钛合...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文，彭湃，韩鹏，王快社，乔柯，张婷，张升懿，张兵，陈善勇，强菲，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61