一种波纹翅片-X型点阵复合夹芯圆柱壳及其制备方法技术

为了解决现有技术中的夹芯圆柱壳容易发生局部屈曲失效、低密度下芯体杆件单元易屈曲失效的问题，本发明专利技术提供了一种波纹翅片

【技术实现步骤摘要】
一种波纹翅片
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X型点阵复合夹芯圆柱壳及其制备方法


[0001]本专利技术属于夹芯圆柱壳设计制备
，尤其是一种波纹翅片
‑
X型点阵复合夹芯圆柱壳及其制备方法。

技术介绍

[0002]夹芯圆柱壳结构是一种高比强度、比刚度及比吸能的结构，在轴压、径向都具有良好的力学性能,同时兼具轻质、承载与热管理双功能，特别适用于航空航天、化工、交通运输等诸多民用和国防重要工业领域。
[0003]夹芯圆柱壳结构包含内外面板及点阵芯体，由于内外面板分离，有效地提高了夹芯圆柱壳抗弯刚度，是抗屈曲及抗缺陷性能最为突出的构件。而点阵结构是一种有序多孔超轻质结构，其特点是细观构型均为二维格栅或三维桁架结构体系。这样的设计节省了大量的质量，提高了比刚度和比强度，在同等重量下点阵结构材料比无序微结构金属泡沫具有更好的力学性能。现有单一点阵夹芯圆柱壳结构由于芯体对内外面板不连续支撑(例如波纹、桁架结构)造成内外壳易发生局部屈曲失效、低密度下芯体杆件单元易屈曲失效等问题。为了解决上述问题，复合夹芯圆柱壳被提出，复合芯体有效地增强了对内外面板连续支撑作用，抑制内外面板的侧向变形，以及各部分之间的相互约束作用，提高芯体抗屈曲能力，从而实现了对复合夹芯圆柱壳力学性能的增强。同时，复合芯体内通孔结构可以流通流体，用于夹芯圆柱壳的承载和热管理双功能设计。
[0004]因此，设计并制备一种新型的波纹翅片
‑
X型点阵复合夹芯圆柱壳结构，使其提升轴向和径向抗冲击性能和吸能效率并实现轻量化设计有着非常重要的现实意义和需求。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中的夹芯圆柱壳容易发生局部屈曲失效、低密度下芯体杆件单元易屈曲失效的问题，本专利技术提供了一种波纹翅片
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X型点阵复合夹芯圆柱壳及其制备方法，通过加入波纹翅片与X型点阵强化约束作用，可以显著提高复合芯体夹芯圆柱壳结构的强度以及刚度，具有良好的抗轴压、侧压及筒内外压力的性能，综合性能更加优异。
[0006]本专利技术提供了一种波纹翅片
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X型点阵复合夹芯圆柱壳，包括内筒体、外筒体、波纹翅片、X型点阵，所述波纹翅片和X型点阵设置在内筒体和外筒体之间，所述波纹翅片与X型点阵互相交错分布，所述X型点阵上设有用来连接约束所述波纹翅片的节点平台，所述内筒体、外筒体、波纹翅片、X型点阵通过选择性激光成形技术(SLM)一体成型。通过将波纹翅片
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X型点阵复合芯体结构引入圆柱壳的制备当中，利用选择性激光熔化技术(SLM)提高各部分之间界面的连接强度，实现提高复合结构整体的承载和吸能性能的目的；通过加入波纹翅片与X型点阵强化约束作用，可以显著提高复合芯体夹芯圆柱壳结构的强度以及刚度，具有良好的抗轴压、侧压及筒内外压力的性能，综合性能更加优异。
[0007]进一步地，所述的X型点阵包括对称式和非对称式结构。提供了两种不同的X型点阵结构，在实际制备时，可以根据需要选择不同的形式，提供了更多结构以及工艺选择的可
能性。
[0008]进一步地，所述波纹翅片的形状包括梯形和正弦。
[0009]进一步地，所述波纹翅片
‑
X型点阵复合芯体沿环形均匀分布且包含6～12个单元胞。实际使用时，可以将波纹翅片和X型点阵的大小进行合理设计，形成不同数量的单向胞，也可以根据圆柱壳的不同直径大小选择合适的单元胞数量，提高产品结构的多样性。
[0010]进一步地，所述的内筒体、外筒体、波纹翅片及X型点阵厚度0.3～3mm，夹芯圆柱壳的芯体孔隙率在60％
‑
90％之间。高空隙率可以减少圆柱壳的整体重量。
[0011]本专利技术还公开了一种波纹翅片
‑
X型点阵复合夹芯圆柱壳的制备方法，用于制备上述提到的一种波纹翅片
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X型点阵复合夹芯圆柱壳，包括以下步骤：
[0012]步骤一、建立波纹翅片
‑
X型点阵复合夹芯圆柱壳模型；
[0013]步骤二、取材金属粉末并对金属粉末进行SLM成型，得到圆柱壳工件；
[0014]步骤三、对步骤二中得到圆柱壳工件进行进行热处理，去除工件内部的热应力；
[0015]步骤四、采用线切割工艺将工件从基板上分离，并进行表面处理，从而最终得到波纹翅片
‑
X型点阵复合夹芯圆柱壳。
[0016]优选的，所述步骤二中的金属粉末为不锈钢粉末、钛合金粉末、镍基高温合金粉末、铝基合金粉末中的一种或多种，其中粉末平均粒径在5
‑
50m范围内，颗粒形状为球形或者近球形。
[0017]优选的，所述步骤二的SLM成型在Ar气体保护下进行，所述步骤三中的热处理在真空条件下进行，热处理的温度为200～1000℃；热处理的升温速率为5～10℃/min；保温时间为2～8h。
[0018]优选的，所述步骤二中的SLM成型的工艺参数为：激光光斑直径50μm，铺粉层厚为20～50μm，激光功率为50～300W，打印速率200～2000mm/min,搭接率20％～25％，预热温度为25℃～400℃，打印舱室的保护气氛为Ar气，设备内空气氧含量小于0.5％。
[0019]优选的，所述步骤四表面处理包括表面喷砂处理，喷砂介质为40～80目碳化硅，压力0.2～0.6MPa，喷砂角度为70
°
～110
°
，距工件距离100～300mm。
[0020]综上所述，本专利技术至少具有以下优势；
[0021]1、通过加入波纹翅片与X型点阵强化约束作用，可以显著提高复合芯体夹芯圆柱壳结构的强度以及刚度，具有良好的抗轴压、侧压及管内外压力的性能，综合性能更加优异；
[0022]2、通过加入波纹翅片与X型点阵强化约束作用，可以显著提高复合芯体夹芯圆柱壳结构的强度以及刚度，具有良好的抗轴压、侧压及筒内外压力的性能，综合性能更加优异；
[0023]3、采用选择性激光熔化(Selective Laser Sintering，SLM)技术解决了传统加工方法难以制造或者制造周期长、成本高及制造缺陷难以避免等问题；
[0024]4、本申请中圆柱壳的制备不需要模具，可以整体制造形状复杂的夹芯圆柱壳结构，尤其是可以按照CAD软件设计的模型进行加工，具有很大的设计自由度。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使
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专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1是本专利技术波纹翅片
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X型点阵复合夹芯圆柱壳的整体结构示意图；
[0027]图2是本专利技术非对称X型点阵结构示意图；
[0028]图3是本专利技术对称X型点阵结构示意图；
[0029]图4是本专利技术正弦形的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种波纹翅片
‑
X型点阵复合夹芯圆柱壳，其特征在于，包括内筒体、外筒体、波纹翅片、X型点阵，所述波纹翅片和X型点阵设置在内筒体和外筒体之间，所述波纹翅片与X型点阵互相交错分布，所述X型点阵上设有用来连接约束所述波纹翅片的节点平台，所述内筒体、外筒体、波纹翅片、X型点阵通过选择性激光成形技术(SLM)一体成型。2.根据权利要求1所述一种波纹翅片
‑
X型点阵复合夹芯圆柱壳，其特征在于，所述的X型点阵包括对称式和非对称式结构。3.根据权利要求1或2所述一种波纹翅片
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X型点阵复合夹芯圆柱壳，其特征在于，所述波纹翅片的形状包括梯形和正弦。4.根据权利要求1所述一种波纹翅片
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X型点阵复合夹芯圆柱壳，其特征在于，所述波纹翅片
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X型点阵复合芯体沿环形均匀分布且包含6～12个单元胞。5.根据权利要求1所述一种波纹翅片
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X型点阵复合夹芯圆柱壳，其特征在于，所述的内筒体、外筒体、波纹翅片及X型点阵厚度0.3～3mm，夹芯圆柱壳的芯体孔隙率在60
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90％之间。6.一种波纹翅片
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X型点阵复合夹芯圆柱壳的制备方法，用于制备权利要求1
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5任一项所述一种波纹翅片
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X型点阵复合夹芯圆柱壳，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、建立波纹翅片
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X型点阵复合夹芯圆柱壳模型；步骤二、取材金属粉末并对金属粉末进行SLM成型，得到圆柱壳工件；步骤三、对步骤二中得到圆柱壳工件进...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭新平，王彦禹，褚海勇，郑丽军，朱洁，陈吉明，何金蔚，
申请(专利权)人：浙江中天智汇安装工程有限公司，
类型：发明
国别省市：