三明治材料應(yīng)用技術(shù)研究

文/趙金升，趙長(zhǎng)明·長(zhǎng)城汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車(chē)工程技術(shù)研究中心

三明治材料應(yīng)用技術(shù)研究

文/趙金升，趙長(zhǎng)明·長(zhǎng)城汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車(chē)工程技術(shù)研究中心

三明治材料是通過(guò)采用“金屬+高分子阻尼材料+金屬”復(fù)合而成的，具有減振、降噪、隔聲、隔熱等功能特性的金屬?gòu)?fù)合材料，而減振降噪正是汽車(chē)行業(yè)急需解決的問(wèn)題，因此加強(qiáng)三明治材料在汽車(chē)制造領(lǐng)域的推廣也是順應(yīng)行業(yè)趨勢(shì)的行為。

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)汽車(chē)的要求也不斷提高，從汽車(chē)舒適性、安全性能提升到了汽車(chē)的減振、降噪性能，振動(dòng)和噪聲嚴(yán)重破壞汽車(chē)運(yùn)行的穩(wěn)定性和乘坐的舒適性，并污染環(huán)境，危害人們的身心健康。三明治材料的多功能特性使其在多個(gè)領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用，例如汽車(chē)、高速列車(chē)、飛行器、包裝等領(lǐng)域，隨著三明治材料的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，其工藝性逐漸引起人們的關(guān)注。

三明治材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及性能優(yōu)勢(shì)

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

三明治材料是由“金屬+高分子阻尼材料+金屬”復(fù)合而成的，具有減振、降噪、隔聲、隔熱等功能特性，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 三明治材料結(jié)構(gòu)

性能 優(yōu)勢(shì)

汽車(chē)輕量化技術(shù)的發(fā)展及輕質(zhì)車(chē)身結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，使汽車(chē)在提高動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，也隨之帶來(lái)了車(chē)身振動(dòng)增加、車(chē)內(nèi)噪聲等級(jí)提高，特別是低頻結(jié)構(gòu)噪聲提高的劣勢(shì)。而三明治材料本身具有的特性使之成為噪聲場(chǎng)合替代金屬材料使用的理想環(huán)保產(chǎn)品。這主要表現(xiàn)在：

⑴三明治材料有效地把金屬材料和高分子材料的特性結(jié)合起來(lái)，使其既保持了金屬材料原有的加工成形等各類特性，又具有高分子阻尼材料的阻尼特性。

⑵三明治材料具有提高車(chē)體品質(zhì)與感知的作用，同時(shí)具有功能輕量化的優(yōu)勢(shì)。

三明治材料特性及應(yīng)用方向的研究

材料特性

⑴自由加工特性：與普通鋼板相當(dāng)，可進(jìn)行切割、沖壓、彎曲和焊接等處理。

⑵減振性能：減振板的約束阻尼結(jié)構(gòu)，使其振動(dòng)衰減遠(yuǎn)大于普通鋼板的振動(dòng)衰減。

⑶抗熱性能：高分子樹(shù)脂基的阻尼層，使三明治材料具有良好的抗熱性能，耐熱在230℃，最佳使用溫度在－20～120℃。

⑷降噪性能：能提高材料的隔聲性能，明顯改善人的主觀感受，對(duì)噪聲總聲級(jí)的降低一般在1～14dB之間。

⑸成本優(yōu)勢(shì)：由于從減振板上獲得優(yōu)良的減振降噪效果，可在車(chē)身部位上減少不必要的降噪輔料，節(jié)約了部分人工和材料成本。

應(yīng)用方向

三明治材料的應(yīng)用開(kāi)發(fā)主要針對(duì)噪聲源——發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)展，多用于汽車(chē)上的各種沖壓件，主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)殼體零件和前圍板等，具體見(jiàn)表1。

表1 三明治材料在汽車(chē)上的應(yīng)用

三明治材料應(yīng)用實(shí)例

三明治材料具有的減振、隔聲等特點(diǎn)，多應(yīng)用于汽車(chē)前圍板本體。傳統(tǒng)的前圍板本體多采用DC03材料，增加減振瀝青和膠板，這就無(wú)形地增加了車(chē)身重量。若前圍板采用三明治材料，既可以起到隔聲減振的效果，還降低了整車(chē)重量。

材料力學(xué)性能對(duì)比

三明治材料與普板板材（DC03）相比，力學(xué)性能參數(shù)都比普通板材要大，具體各值對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 三明治材料與普板板材的力學(xué)性能參數(shù)對(duì)比

材料成形性分析

對(duì)三明治材料采用AutoForm軟件進(jìn)行成形性驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)局部有起皺的趨勢(shì)。依據(jù)模擬分析結(jié)果，對(duì)材料進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試壓，試壓結(jié)果與分析結(jié)果類似，如圖2所示。

原因分析

圖2 三明治材料的試壓結(jié)果

⑴板料中間有阻尼膠層，與普通鋼板摩擦力不同，導(dǎo)致上下兩個(gè)面拉應(yīng)力不同，壓應(yīng)力增大，出現(xiàn)起皺問(wèn)題。

⑵成形時(shí)，材料局部出現(xiàn)分層現(xiàn)象，拉延筋間隙不均，導(dǎo)致局部拉應(yīng)力增大，出現(xiàn)開(kāi)裂問(wèn)題，如圖3所示。

圖3 局部開(kāi)裂

制定對(duì)策

⑴對(duì)壓邊力進(jìn)行調(diào)整，加大0.15～0.3MPa，具體增加值根據(jù)實(shí)際狀態(tài)確定。

⑵降低拉延筋高度和減小間隙值，保證拉應(yīng)力增大。

⑶降低閉合高度2～3mm。

以上數(shù)據(jù)需要根據(jù)實(shí)際制件狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，具體生產(chǎn)工藝的確定應(yīng)依據(jù)制件品質(zhì)進(jìn)行。

結(jié)束語(yǔ)

三明治鋼板復(fù)合型材料的特殊性能將有著廣泛的應(yīng)用前景，本文以理論和實(shí)際結(jié)合的方式，對(duì)三明治鋼板的力學(xué)性能及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)試進(jìn)行講解，針對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題給出了相應(yīng)對(duì)策，對(duì)其他企業(yè)應(yīng)用三明治材料具有宣傳和指導(dǎo)意義。