[发明专利]一种内嵌式纬向增强型金属蜂窝结构及其制作方法

说明书

本发明涉及一种内嵌式纬向增强型金属蜂窝结构及其制作方法，包括蜂窝芯，所述蜂窝芯具有多根相互平行设置的梯形条，所述梯形条具有至少2个依次首尾相连的单元段，所述单元段由依次一体连接的第一底板、第一腰板、第二底板和第二腰板组成，所述第一腰板和第二腰板对称地分布于第二底板的两端；相邻梯形条的第一底板和第二底板固定连接，形成具有多个单元格的蜂窝芯；还包括内嵌板，所述内嵌板沿纬向延伸且与梯形条的宽度方向垂直，所述内嵌板嵌入在沿纬向依次排布的单元格内，所述沿纬向依次排布的单元格所对应的底板与内嵌板固定连接。本发明的蜂窝结构各向强度高。

技术领域

本发明涉及一种内嵌式纬向增强型金属蜂窝结构及其制作方法，属于复合板材/型材领域。

背景技术

蜂窝构造是自然进化的结果，其实际意义是用最少的材料获得最坚固的结构，这个特征契合了工程领域对轻量化材料的需求。当今，以蜂窝板为主要发展方向的人造蜂窝结构获得了长足的发展。这种结构除了轻质、高强以外，还具有吸能、减震、隔音、隔热等诸多优异性能。

中国专利说明书CN102774042A公开了一种蜂窝加强板及其制作方法，其蜂窝芯材的制作方法如下：先根据蜂窝芯材的高度将金属板材切割成相应的宽度；再将切割成相应宽度的金属板材压制成底面与两腰等长、底角为120°的一个个等腰梯形，获得梯形条；然后，将每两根压制成底面与两腰等长、底角为120°的等腰梯形的金属板材的底面焊接在一起，最终形成所要的蜂窝芯材。如此获得的蜂窝芯材是一种各向异性材料，其经向（沿梯形条延伸方向）的剪切强度和抗弯强度显著优于纬向。工程上，在复杂受力场合和高速运动的物体中，这种各向异性材料的使用将带来安全隐患并导致应用受限。

另外，上述蜂窝芯材的蜂窝孔本身抵御变形的能力较弱，在遭遇局部较强冲击应力时，蜂窝壁容易发生塑性变形，导致扭曲、撕裂、破坏等问题出现。

金属蜂窝板的制造，目前主要以胶接方法生产为主。胶接方法的便利性，施工的可连续性使得这种类型金属蜂窝板生产成本很低。然而，在一些场合，比如需要耐高温、防火、防水等，胶接蜂窝板的应用是受限的，此外，通常情况下，胶接的强度显著低于焊接，那么，在冲击、弯曲、剪切等复杂应力场合，胶接蜂窝板的应用同样受到限制。

用焊接替代胶接是解决上述问题的基本思路，但焊接工艺复杂，需要在高温下操作，对温度予以精准控制，需要高温下的定位、支撑和夹持，有些工艺还需要保护气氛甚至真空条件，因此，目前焊接金属蜂窝板都不能够连续生产，且造价高昂，制约了焊接蜂窝板的市场应用。现有的焊接蜂窝板，蜂窝芯置于两块金属板的中间，形成所谓的三明治结构。蜂窝芯与金属板的连接一般采用钎焊方法。钎焊作为一种金属的连接方法在工艺上要求很高，对于大型板材的大面积钎焊，需要有专门的钎焊炉，还必须是真空或者是特殊的保护气氛。在板材的钎焊中，通常的检验标准是：焊合面积占焊接面积的95%以上为优，80%以上是基本合格。而在蜂窝芯与金属板的钎焊中，两者的接触面积小于10%（一般是3～8%），也就是说即使接触面积的100%能够焊合（蜂窝板的钎焊难度远大于常规板件），金属板与蜂窝芯的焊合面积也小于10%，因而蜂窝芯和金属板之间的连接强度难以达到极高的程度，只有通常板材钎焊强度的10%或以下。这种状况极大地影响了蜂窝板的性能，因此，用钎焊方法生产金属蜂窝板是一种不得已而为之的办法。而且为了检验这种钎焊蜂窝板的性能，还专门提出了一个金属板与蜂窝芯之间结合的“抗剥离强度”指标。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种各向结构强度趋同的内嵌式纬向增强型金属蜂窝结构；本发明的目的之二在于提供一种内嵌式纬向增强型金属蜂窝结构的制作方法。

本发明针对上述难点，开发出了一种内嵌式纬向增强型金属蜂窝结构，该蜂窝结构主要仅由两种部件组成，部件之间可以用无增重焊接工艺进行连接，特别是通过对这两种部件连接部位的细节设计，能够较好地解决焊接工艺中面临的高温下的定位、支撑和夹紧等问题。此外，可以摈弃以往必须采用的（真空/气氛）炉内钎焊工艺，为焊接金属蜂窝板的连续、自动化生产创造了条件，从而能够有效地降低生产成本，拓展应用范围。