孫國(guó)恩 宋相軍

摘 要：介紹一種大尺幅鋁蜂窩板材的生產(chǎn)工藝及應(yīng)用，通過其在不同產(chǎn)品上的試驗(yàn)與傳統(tǒng)工藝進(jìn)行對(duì)比分析，可以得出：采用本工藝能夠滿足工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)，縮短生產(chǎn)制造時(shí)間，大幅度提高生產(chǎn)制造效率和材料利用率，從而降低生產(chǎn)成本，同時(shí)還能對(duì)板材長(zhǎng)、寬、厚進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，無(wú)需拼接，因此能夠大幅度提高生產(chǎn)質(zhì)量，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：大尺幅鋁蜂窩板材;工業(yè)化生產(chǎn);協(xié)調(diào)控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.04.005

1 引言

目前，我國(guó)工業(yè)發(fā)展的主題是環(huán)保、節(jié)能和安全。因此，如何減少環(huán)境污染和節(jié)約資源也成為了我國(guó)工業(yè)急需解決的問題[1]。鋁蜂窩板材具有耐沖擊、質(zhì)輕、良好的隔熱、隔音效果等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于航空航天、交通運(yùn)輸、建筑等領(lǐng)域[2-3]。

我國(guó)對(duì)鋁蜂窩板進(jìn)行了大量的研究工作。潘雄通過試驗(yàn)研究了在軸壓載荷下復(fù)合材料蜂窩芯壁板的承載能力[4]。石珊珊等研究了Kevlar短纖維增韌碳纖維/鋁蜂窩夾芯板三點(diǎn)彎曲與面內(nèi)壓縮性能[5];梁恒亮等研究了鋁蜂窩夾層板正交結(jié)構(gòu)板件的選材、固化工藝等相關(guān)工藝要求[6];郭哲璐通過運(yùn)用非線性有限元模擬分析研究了蜂窩夾層板在受到剛性球沖擊時(shí)的能量吸收特性和回彈性能[7]。

盡管國(guó)內(nèi)在鋁蜂窩研究方面取得了一些成績(jī)，但隨著科技的發(fā)展，對(duì)鋁蜂窩板材的要求也越來(lái)越高，由于國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的鋁蜂窩板材材料利用率低，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，效率低從而導(dǎo)致其生產(chǎn)成本高，嚴(yán)重制約了鋁蜂窩板材的應(yīng)用，同時(shí)制約了較多行業(yè)的發(fā)展。因此，迫切需要對(duì)大尺幅鋁蜂窩板材的加工工藝及裝備進(jìn)行攻關(guān)。

2 鋁蜂窩結(jié)構(gòu)的承力原理

鋁蜂窩板材是由上、下2個(gè)鋁板和中間的鋁蜂窩芯組成，實(shí)質(zhì)上它與工字梁荷載傳遞方式類似，上、下面板相當(dāng)于工字梁的翼緣，主要承受面內(nèi)拉壓應(yīng)力和剪應(yīng)力，鋁蜂窩芯相當(dāng)于工字梁的腹板，主要承受橫向的剪應(yīng)力，圖1為鋁蜂窩板材在彎曲荷載下的受力圖，其彎曲剛度，剪切剛度如公式1，2所示。這種蜂窩夾層結(jié)構(gòu)除了提高其整體強(qiáng)度，還提高了整體的穩(wěn)定性，從而使面板和整體的力學(xué)性能也隨之提高。

此外，由于隨著鋁蜂窩板材的高度增加，截面慣性矩隨之呈次方增大，使鋁蜂窩板材整體結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定，不容易發(fā)生變形，有良好的抗壓和抗彎能力。表1為鋁蜂窩板材、普通鋁板和鋼板的剛度比較。

3 蜂窩板工藝流程及應(yīng)用

3.1 制造工藝流程

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，通常對(duì)鋁蜂窩板材的加工需要一系列的工藝流程，其具體的工藝流程如下所示：

預(yù)加熱→將鋁板打磨并刷干凈→噴結(jié)構(gòu)膠并升溫→將蜂窩鋁芯鋪設(shè)→保壓→切割半成品制件→烘干→粘接安裝。

在滿足一系列工藝流程的同時(shí)需要相關(guān)的設(shè)備來(lái)配套使用。試驗(yàn)所用設(shè)備為熱壓機(jī)（如圖2所示）和大尺幅鋁蜂窩板材的生產(chǎn)設(shè)備（如圖3所示）。

3.2 鋁蜂窩板材應(yīng)用

3.2.1 在城軌內(nèi)飾件的應(yīng)用

城軌內(nèi)飾是城市軌道車輛的重要部位，其在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，如何減輕其重量從而使車輛輕量化是研究的重點(diǎn)。鋁蜂窩板材的使用能使城軌內(nèi)飾在滿足使用要求的前提下還能減輕其車輛本身的重量。城軌內(nèi)飾（如圖4所示）是由大尺幅鋁蜂窩板材粘接安裝制作而成。其制作過程為：

首先，將設(shè)備進(jìn)行預(yù)加熱，最高溫度控制在100℃左右;其次，把將要進(jìn)行加工的鋁板內(nèi)外表面均打磨并洗刷干凈;將步驟2中打磨過的上鋁板和下鋁板的內(nèi)表面噴涂聚氨酯結(jié)構(gòu)膠，然后設(shè)備進(jìn)入升溫階段;鋁蜂窩芯鋪設(shè)于設(shè)備的平臺(tái)上，然后鋁蜂窩芯將隨著履帶自動(dòng)進(jìn)入上鋁板與下鋁板之間;將上鋁板和下鋁板之間夾有鋁蜂窩芯的工件進(jìn)行合模保壓10min;根據(jù)所要求的鋁蜂窩板尺寸來(lái)設(shè)定自動(dòng)跟蹤的切割尺寸，隨后切割鋸將自動(dòng)切割保壓過的半成品大尺幅鋁蜂窩板材;烘干即可得到成品大尺幅鋁蜂窩板材，按照要求粘接安裝。與傳統(tǒng)工藝進(jìn)行對(duì)比，采用鋁蜂窩板材生產(chǎn)制造時(shí)間可減少2天;生產(chǎn)效率高，工作量每小時(shí)可省去2人，安裝效率由7h/2人縮短至1h/2人;材料利用率大幅度提高，由65%提升至86%。安裝鋁蜂窩板材可取消骨架，單節(jié)整車質(zhì)量可以減少82kg。

3.2.2 在城軌洗漱間的應(yīng)用

洗漱間是高鐵、動(dòng)車和城軌等必不可少的一個(gè)部分。洗漱間的水汽含量是其他地方的幾倍，因此衛(wèi)生間的材料要具備強(qiáng)的防水，防潮性能，還要經(jīng)得起無(wú)數(shù)次的撞擊。鋁蜂窩板材作為洗漱間材料防水防潮防撞擊的性能是其他材料無(wú)法超越的。圖5為城軌上的洗漱間，是由不同的大尺幅鋁蜂窩板材粘接安裝制作而成。

其制作步驟與圖4制件相同。與傳統(tǒng)工藝進(jìn)行對(duì)比，采用鋁蜂窩板材生產(chǎn)制造時(shí)間可減少3天;生產(chǎn)效率高，工作量每小時(shí)可省去2人，安裝效率由7h/2人提升至1h/2人;材料利用率大幅度提高，由75%提升至92%。安裝鋁蜂窩板材可取消骨架，單節(jié)整車質(zhì)量可以減少76kg。

4 結(jié)論

針對(duì)國(guó)內(nèi)鋁蜂窩板材生產(chǎn)的實(shí)際需求，介紹了一種大尺幅鋁蜂窩板材的自動(dòng)化加工工藝及設(shè)備。此工藝設(shè)備簡(jiǎn)單可行，滿足工業(yè)化生產(chǎn)需求。通過試驗(yàn)取得的數(shù)據(jù)，可準(zhǔn)確評(píng)價(jià)其在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中的所取得的作用。試驗(yàn)證明，本加工工藝及設(shè)備能有效減少生產(chǎn)制造時(shí)間，大幅度提高生產(chǎn)制造效率和材料利用率，從而降低生產(chǎn)成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]褚東寧，馮美斌，王勇.未來(lái)汽車業(yè)的發(fā)展與材料技術(shù)[J].汽車工藝與材料，2011（02）：39-43.

[2]Ahmed Abbadi，Y.Koutsawa，A.Carmasol.Experimental and Numerical Characterization of Honeycomb Sandwich Composite Panels.Simulation Modelling Practice and Theory，2009，17（10）：1533-1547.

[3]P.Hard Segerstad，S.Toll，R.Larsson.Computational Modelling of Dissipative Open-Cell Cellular Solids at Finite Deformations.International Journal of Plasticity，2009（25）：802-821.

[4]潘雄.復(fù)合材料蜂窩夾芯壁板軸壓試驗(yàn)研究[J].工程與試驗(yàn)， 2017，57（02）：21-22.

[5]石珊珊，陳秉智，陳浩然，孫直.Kevlar短纖維增韌碳纖維/鋁蜂窩夾芯板三點(diǎn)彎曲與面內(nèi)壓縮性能[J].復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2017， 34（09）：1953-1959.

[6]梁恒亮，邱海鵬，陳靜.鋁蜂窩夾層板正交結(jié)構(gòu)件的制造方法[J]. 航空制造技術(shù)，2009（增刊）：30-32.

[7]郭哲璐.沖擊載荷下鋁蜂窩夾層板動(dòng)力響應(yīng)特性研究[D].華中科技大學(xué)，2014.

[8]陳秀娣.超薄鋁蜂窩夾層結(jié)構(gòu)板的彎曲剛度試驗(yàn)[J].航天工藝， 1995（04）：26-29.

[9]劉金龍.鋁蜂窩復(fù)合材料客車底板性能研究及應(yīng)用[D].華南理工大學(xué)，2012.

*為通訊作者