專利名稱：一種充填異型泡沫鋁及鋁合金的能量吸收器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于一種能量吸收器，特別涉及一種異型能量吸收器。二、 背景技術(shù)現(xiàn)有技術(shù)以閉孔泡沫鋁為重點(diǎn)的超輕型多孔金屬，由于特殊的孔隙結(jié)構(gòu)， 實現(xiàn)了材料輕質(zhì)、多功能化，從而成為當(dāng)前航天以及高技術(shù)的熱點(diǎn)。由于汽車等 民用及高技術(shù)領(lǐng)域的需求，泡沫鋁異型件、三明治結(jié)構(gòu)正成為泡沫金屬制備領(lǐng)域 中的前沿，其中將閉孔泡沫鋁用作能量吸收已有報導(dǎo)，而現(xiàn)有的泡沫鋁材料在作 為能量吸收器的時候，其能量吸收效率在60%左右，且在其吸收能量過程中會產(chǎn) 生碎屑，可能破壞包裝，導(dǎo)致人員受傷，也會對周圍電子電路的安全運(yùn)行產(chǎn)生不利 影響。目前采用整體泡沫鋁材料制造的能量吸收器，其形狀由于制備工藝的限 制，比較單一，對需要保護(hù)的異型結(jié)構(gòu)適用性不高，經(jīng)常受到種種限制，特別是 對大體積部件防護(hù)，整體泡沫鋁合金材料的制備非常困難，而采用拼接的方法， 就導(dǎo)致吸能效果降低；采用二次泡沫化鋁合金異型件的能量吸收器，可將吸收效 率提高10%以上，滿足各種高技術(shù)領(lǐng)域的能量吸收應(yīng)用。三、 實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種吸能效率高、不產(chǎn)生碎屑、可 滿足吸收特大沖擊能量的，需要大型異型件要求的充填異型泡沫鋁及鋁合金的能 量吸收器。本實用新型的技術(shù)解決方案為 一種充填異型泡沫鋁及鋁合金的能量吸收 器，由金屬外殼和二次泡沫化鋁及鋁合金異型件組成，所述二次泡沫化鋁及鋁合 金異型件為孔隙率在50.4%~93.8%變化，孔徑l-5mm的二次泡沫化鋁及鋁合金 異型件。二次泡沫化鋁及鋁合金異型件為球形、圓柱形。二次泡沫化鋁及鋁合金 異型件的堆積密度V泡鵬/V殼體在30.0%~95.0%。 二次泡沫化鋁及鋁合金異型件的 尺寸在3 50mrn。本實用新型獲得如下技術(shù)效果1、 本實用新型采用鋁及鋁合金作為基體材料的不同直徑的球形件及不同大 小的圓柱等填充件，可以根據(jù)吸能要求及環(huán)境采用不同的堆積密度在異型殼體中 進(jìn)行堆積，制成的異型能量吸收器質(zhì)量更輕，吸能效率比整體泡沫鋁提高10%以 上。圖1中三條曲線分別是平均密度均為0.6g/cmS的整體泡沫鋁，泡沫鋁球堆積 和空心塑料球的應(yīng)變-吸能效率響應(yīng)曲線。其中泡沫鋁合金球和塑料球均采用直徑 為3-5mm的小球用作壓縮性能實驗。(1 )整體泡沫鋁和泡沫鋁球堆積應(yīng)變-吸能 效率響應(yīng)曲線具有較為穩(wěn)定的平臺區(qū)。它們在較低的應(yīng)力水平下可產(chǎn)生大的應(yīng) 變，由于其獨(dú)特的壓縮性能，具有良好的能量吸收能力和較大的能量吸收率。(2)采用整體泡沫鋁時形變達(dá)到10%時開始進(jìn)入能量吸收平臺區(qū)，此時的吸能 效率為59%;而采用泡沫鋁球堆積時當(dāng)形變量達(dá)到13%時才開始進(jìn)入能量吸收平 臺區(qū)，其吸能效率高達(dá)82%，比整體泡沫鋁合金的吸能效率更高，但平臺區(qū)較整 體泡沫鋁要稍短。這是由于采用泡沫鋁球堆積時形成的間隙吸能及泡沫鋁球本身 的吸能二者的綜合作用。(3)采用空心塑料球的堆積方式時，應(yīng)變發(fā)生初期時 吸能效率瞬間達(dá)到#_高，形變量達(dá)到15%后吸能效率急劇下降。從圖中曲線表明 如果采用塑料球等材料作為包裝設(shè)計或人員保護(hù)，沖擊力會在瞬間超過一定值， 從而導(dǎo)致包裝破壞和人員傷害。2、 本實用新型采用二次泡沫化方法制備的球形件及圓柱等異型件作填充 件，外用殼包泉的方法，在壓縮過程中避免碎屑的產(chǎn)生，保證周邊人員及電子等 設(shè)備的安全。3、 本實用新型采用二次泡沫化方法制備的球形件及圓柱等異型件作填充 件，解決了制備異型及超大尺寸能量吸收器的方法，可滿足吸收特大沖擊能量 的，需要大型異型件的要求。對于要保護(hù)的重要部件，采用焊接等方法制備各種 大型異型中空箱體，在箱體中填滿各種尺寸及孔隙率的泡沫鋁合金球形、圓柱等 異型件，當(dāng)在大的沖擊能量作用下，通過異型殼體變形、填充件堆積壓縮轉(zhuǎn)向密 實、填充件本身的塑性變形三種方式的共同作用來起到能量吸收的作用。4、 本實用新型采用鋁、鐵、鈦、銅及其合金中的一種作為殼體，同時對殼 體的形狀、厚度進(jìn)行設(shè)計，可滿足不同需求的吸能應(yīng)用。5、 本實用新型采用鋁、鐵、鈦、銅及其合金中的一種作為殼體，可進(jìn)行防腐 蝕及美觀處理，以適應(yīng)于更寬領(lǐng)域的應(yīng)用。6、 本實用新型采用二次泡沫化方法制備的球形件、圓柱等異型件，可采用鋁 及多種鋁合金作為基體材料，滿足不同范圍的吸能需求。四、
圖1三種多孔材料的形變與吸能效率對比圖五具體實施方式
實施例1第一步首先通過二次泡沫化方法，制備孔隙率為83.8%，平均孔徑 1.7mm,平均直徑為12mm的泡沫鋁合金球形件，獲得填充件；第二步采用厚度為3mm,直徑為10mm的鋁管作殼體，將二次泡沫化鋁合 金填充件在殼體內(nèi)完成堆積，其堆積密度為73.5%;第三步通過焊接的方法將鋁管內(nèi)泡沫填充件密封，制成異型能量吸收器。第四步對異型能量吸收器進(jìn)行防腐蝕處理。實施例2第一步首先通過二次泡沫化方法，制備孔隙率為75.8%,平均孔徑 1.7mm，平均直徑為23mm的泡沫鋁合金球形件，獲得填充件；第二步采用厚度為2mm，直徑為90mm的不銹鋼直角彎管作殼體，將二次 泡沫化鋁合金填充件在殼體內(nèi)完成堆積,其堆積密度為65.3%;第三步通過焊接的方法將不銹鋼直角彎管內(nèi)泡沫填充件密封，制成異型能 量吸收器。第四步對異型能量吸收器進(jìn)行防腐蝕處理。實施例3第一步首先通過二次泡沫化方法，制備孔隙率為50.4%,平均孔徑 l.Omm,平均直徑為23mm的泡沫鋁合金球形件，獲得填充件；第二步采用厚度為2mm，直徑為90mm的不銹鋼直角彎管作殼體，將二次 泡沫化鋁合金填充件在殼體內(nèi)完成堆積,其堆積密度為30.0%;第三步通過焊接的方法將不銹鋼直角彎管內(nèi)泡沫填充件密封，制成異型能 量吸收器。第四步對異型能量吸收器進(jìn)行防腐蝕處理。 實施例4第一步首先通過二次泡沫化方法，制備孔隙率為93.8%,平均孔徑 5.0mm,平均直徑為23mm的泡沫鋁合金球形件，獲得填充件；第二步采用厚度為2mm，直徑為90mm的不銹鋼直角彎管作殼體，將二次 泡沫化鋁合金填充件在殼體內(nèi)完成堆積，其堆積密度為95.0%;第三步通過焊接的方法將不銹鋼直角彎管內(nèi)泡沫填充件密封，制成異型能 量吸收器。第四步對異型能量吸收器進(jìn)行防腐蝕處理。
權(quán)利要求1. 一種充填異型泡沫鋁及鋁合金的能量吸收器，其特征在于由金屬外殼和二次泡沫化鋁及鋁合金異型件組成，所述二次泡沫化鋁及鋁合金異型件為孔隙率在50.4％～93.8％變化，孔徑1～5mm的二次泡沫化鋁及鋁合金異型件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種充填異型泡沫鋁及鋁合金的能量吸收器，其 特征在于所述二次泡沫化鋁及鋁合金異型件為球形、圓柱形。
3. 才艮據(jù);K利要求1所述的一種充填異型泡沫鋁及鋁合金的能量吸收器，其 特征在于二次泡沫化鋁及鋁合金異型件的堆積密度V泡沫g/V殼體在 30.0%~95.0%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種充填異型泡沫鋁及鋁合金的能量吸收器，其 特征在于二次泡沫化鋁及鋁合金異型件的尺寸在3~50mm。
專利摘要一種充填異型泡沫鋁及鋁合金的能量吸收器，其特征在于由金屬外殼和二次泡沫化鋁及鋁合金異型件組成，所述二次泡沫化鋁及鋁合金異型件為孔隙率在50.4％～93.8％變化，孔徑1～5mm的二次泡沫化鋁及鋁合金異型件。本實用新型采用鋁及鋁合金作為基體材料的不同直徑的球形件及不同大小的圓柱等填充件，可以根據(jù)吸能要求及環(huán)境采用不同的堆積密度在異型殼體中進(jìn)行堆積，制成的異型能量吸收器質(zhì)量更輕，吸能效率比整體泡沫鋁提高10％以上。
文檔編號F16F1/36GK201100355SQ20072003862
公開日2008年8月13日 申請日期2007年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月17日
發(fā)明者何德坪, 何思淵, 劉書田, 施國棟, 權(quán) 王, 甘望益, 禇旭明 申請人:東南大學(xué)