某某工厂-专业生产加工、定做各种金属工艺品

文 | SHY

编辑 | 文史常谈

对高性能轻质结构的需求继续刺激纤维金属层压板的进步。科尔特斯和坎特威尔将FML描述为基于金属合金薄片和纤维增强聚合物材料层的混合复合材料结构。

通过考虑金属是各向同性材料，具有高强度和抗冲击性并且易于修复来证明这种组合的合理性，而全复合材料通常具有高强度和刚度以及出色的疲劳特性。

FML从金属和纤维增强复合材料中都具有积极特性，与由纤维增强复合材料或整体金属加工的传统薄片相比，具有优异的机械性能。尽管表现出低重量，但复合材料非常容易受到冲击损坏。

另一方面，金属通常较重，但可能具有出色的抗冲击性，因此，通过将纤维增强聚合物的低体积质量密度与延展性金属的高抗冲击性相结合，可以生产出非常轻和抗冲击的面板。

正如 Vlot ，FML的冲击损伤区小于单独使用纤维增强复合材料的冲击损伤区，总之，与金属相比，FML的特点是低结构重量与高强度和刚度的平衡。

用金属销加固的小型FMLP的生产以相同的方式产生，但引脚沉积步骤除外。金属部件由AISI 430不锈钢板组成。

对于引脚沉积，使用了伏能士TransPuls Synergic 5000电源，连接到VR7000-CMT送丝机，PullMig CMT割炬和RCU 5000i远程控制单元，并选择DB0875数据库，使用焊接机器人根据沉积图案移动焊枪。

使用公称直径为 309 mm的 AWS ER00L 填充焊丝作为引脚材料，使用 4%的 Ar 作为 CO2采用流速为 8 L/min 的气体来保护引脚沉积，采用伏能士康泰克MD®接触头，如CMT PIN所推荐的那样，割炬始终垂直于金属部件。

金属表面全部用丙酮湿布均匀擦拭。其他输入参数，如接触尖端到工件的距离、金属板温度和引脚沉积顺序保持不变。然后对CMT PIN过程进行参数化，以获得最小高度和小球头引脚。

乌奇尼克等表明球头形销在金属-复合材料混合连接中具有潜力。生产的销钉高度为2.50±0.06毫米，头部直径为1.40±0.03毫米，平均销钉重量为0.023±0.002克。

通过对电流和电压数据进行采样来监控引脚沉积过程，引脚沉积周期为5.73 s，这是机器人在两个连续沉积点之间运动的结果，在这项工作中没有优化，CMT PIN过程基本上通过控制施加到电极线的电流水平和每个电平中的停留时间来工作。

首先，电压处于开路电平，准备进行电弧启动。然后，电弧被击中，其尖端和下面的贱金属被熔化。随后，在电极丝向前运动并与母材接触后，电弧熄灭，电极丝与母材之间的焊接发生。最后，焊接的电极丝在其中间长度范围内通过电流和电极丝向后运动。

在CMT PIN处理后，所有金属部件都经过超声波清洗，浸入丙酮中8分钟，以去除任何可能损害复合材料部件附着力的工艺相关或非元素，对于复合层压，采用了由Hexcel公司的玻璃纤维和环氧树脂制成的预浸料。

每层预浸料的切割尺寸为360×90毫米，预浸料层堆叠在下部金属部件的顶部，始终使经纱与其长度对齐，从而将填充纱线与其宽度对齐，接下来，将上部金属部件与预浸料层和下部金属部件对齐放置。

所有预浸料处理均在白色房间内进行，最大限度地避免了任何污染。所有小尺寸面板都用脱模剂薄膜包裹，然后固化后，通过带锯和皮带打磨去除每个面板边缘的复合材料，最终形成 350 × 80 × 4 mm 的面板。

制作两种基本类型的小型FMLP：常规FMLP，即金属-复合材料-金属;和带引脚的FMLP，即引脚金属复合引脚金属。MPin-C-MPin型是使用两个引脚间距和两种沉积图案的组合生产的。

上部金属部件的销钉相对于下部金属部件的销以足够的位移沉积，避免了上下销之间的接触并提供均匀的分布。五种小型FMLP类型中的每一种都生产了两次，以便在测试中复制。

模态分析是一种工具，主要用于通过施加振动来确定机械结构的动态特性，任何在时间间隔后重复的柔性结构运动都称为振动。这种运动可以瞬间或连续地推断出来。模态分析的使用经常被应用，因为它易于实现，成本相对较低，并且是一种无损分析。

固有频率表示结构在停止引起其运动的力后的自由振荡速率。换句话说，它表示当不再施加力时结构的振动程度。值得回顾的是，结构的固有频率值取决于其刚度和质量。在结构中可以观察到几个固有频率，因为它可以在多个方向和模式下自由振动。

在实践中，较高的固有频率值表明弹性应力主要于惯性力。此外，每当结构以等于其固有频率之一的频率振荡时，就会发生一种称为共振的现象。共振意味着高振幅的振动，并可能导致结构故障，由于声能导致水晶杯破裂。

在这种情况下，当源引起的振动频率与水晶玻璃的固有频率重合时，该物体的振荡幅度达到高值，因为源逐渐向身体提供能量，如果应变延伸超过材料支持的水平，水晶玻璃可能会破裂。

但是，如果结构中存在具有高阻尼因子的耗散机制，例如减震器，则共振期间的振动水平可能会衰减。在一定的固有频率下，阻尼更大的结构可以更快地衰减振动水平。阻尼因子表示结构的阻尼水平，而结构又针对其每个固有频率进行表征。

通过分析给定的固有频率离散结构的点之间的关系，可以获得振动的自然模式。也就是说，振动模式决定了结构以一定的固有频率振动的方式。在实践中，通过了解结构的动态特性，可以确定不同测量位置的振动振荡情况。

因此，在FMLP中应用实验模态分析的目的是通过各自的固有频率和阻尼因子评估FMLP内部的引脚是否能够修改面板的动态特性。在这项工作中没有评估FMLP的模态形式。

实际中的结构动力学特性或模态参数由频率响应函数确定。为了获得频响函数，使用傅里叶变换将时域中的数据转换为频域，同时，根据系统在一定条件下振动的响应，确定模态属性。

可以说，从所识别的模态特性中，可以预测结构在任何激励条件下的动态时间行为，结构的时间响应包含其振动模式的参与，每种振动模式都考虑固有频率，阻尼因子和模态形式。

实验台，带有用于对小型FMLP进行模态分析的设备，其中：1-面板、2—尼龙线粘在FMLP的边缘、3—加速度计、4—振动筛、5—称重传感器和振动台之间的毒刺、6—称重传感器、7—采集数据系统、8—用于数据处理的计算机和软件。

显示了输出信号和输入之间沿频域的幅度和相位关系的典型FRF曲线，根据该曲线确定面板的动态特性。在这种情况下，加速度计和称重传感器的响应之间的相位具有确认谐振峰值是否实际沿频域发生的作用。

饶提到当同时观察到FRF振幅正信号中的峰值并且相位接近或穿过90°时，就会发生共振。，在四个谐振峰值中，相位信号明显改变了它们的值，从而确认共振峰值确实发生了。峰值的形状也表明阻尼水平，因为更“椭圆”的峰值与高阻尼效应有关。

有理分数多项式 方法 用于准确确定每种模态的固有频率和阻尼因子。RFP 方法包括调整多项式与实验获得的 FRF 曲线的比率。为此，在 MATLAB 环境中设计了一个例程。

纤维金属层压板的主要部分由于其优点，用于现代飞机零件，例如机身，机翼等。FMLP用于制造或涂漆后。在这种情况下，表面的质量成为一个相关因素。因此，评估引脚沉积对FMLP金属表面的影响。

通过测量与销钉区域相对的金属表面的波纹度和粗糙度，对不同FMLP的外观特性进行了总体评估。

用销钉加固的小型FMLP，其中可以感知金属表面上的深色标记，这些标记代表沉积在对面的引脚。这些标记的特征在于局部变形和由于引脚焊接引起的热诱导氧化，也就是说，它被视为热机械效应。

局部变形是由于CMT PIN的操作模式，该模式通过电弧工艺沉积销钉，形成一个小的熔池，但没有到达另一侧。然后，电极丝的尖端渗透到熔池中，可能到达其底部并推动金属板的表面，使其变形，表征标记中心的峰值。

然后关闭电流，电线在金属板表面上凝固。接下来，电流流过焊丝和金属板，通过焦耳效应和钢丝软化促进加热，导线的缩回运动将其分开，留下引脚。

据信，这种线材的缩回会使金属板变形，在未来面板中产生与峰值同心的谷。同时，也可能发生一些膨胀和收缩效应，但以次要方式发生。

表面波纹度和粗糙度的测量是用泰勒霍布森的Talysurf内部轮廓仪进行的，分辨率为16 nm，距离测量为1 mm。测量参数设置为测量速度等于0.25 mm/s，测量长度等于10 mm，环境温度为20 ± 2°C和截止样品长度值等于0.8毫米。

回想一下，截止值代表粗糙度测量的某些表示中使用的一段测量长度。重要的是要注意，对于带有销钉的面板，轮廓仪的尖端定位为仅测量针脚径向交叉沉积留下的一些标记区域。在没有销钉的面板中，选择了相同大小的区域。

出于统计目的，分析了随机选择的每种类型面板的三个表面样本。带销和不带销的面板表面的典型波纹度剖面，并说明相关的测量区域。波纹度的量化是根据峰值和谷值之间的最大距离的每个标记。

表面波纹轮廓的峰值位于沉积在金属板相对表面上的销的中心，并且销周围出现两个最小峰，由于引脚使用相同的参数制成，因此ΔZ的值很接近，因此平均值为26.92±2.35μm。出于比较目的，在没有引脚的FMLP中应用了相同的标准，导致平均ΔZ仅为1.40±0.40μm。

用销加固的FMLP，如这项工作中所设想的那样，参考面板通过落锤测试提交给冲击损坏，生产的小型FMLP被切割成一半的长度，导致每个试样为≈175×80×4毫米，因此每种FMLP类型使用两个试样。

51漫画

该测试的目的是验证销钉是否会对FMLP吸收冲击能量的能力产生积极或有害的影响。基于 ASTM D7136 标准，设计了一个钻机，用于在小尺寸面板表面上施加恒定质量的自由落体。

该质量由一个由硬钢制成的 28.5 毫米球形头组成，连接到普通碳钢圆柱体，该钻机包括一个锁定装置，以确保没有质量弹跳。使用2000 mm f/90.2微距镜头和正面照明以每秒5帧的速度拍摄商用高速摄像机来量化撞击所涉及的能量。

自由落体高度的目标是足以在撞击时造成明显损坏的势能，这导致每毫米面板厚度为10.5焦耳显示了撞击后所有类型的面板的上表面和下表面。

反过来，撞击所涉及的速度被用来计算撞击和返回能量。冲击能量被认为是实际撞击前下降质量的动能。类似地，回馈能量被作为撞击后反弹开始时上升质量的动能。假设撞击过程中的能量耗散是撞击引起的动能的相对下降。

冲击能量量用两种方式表示：能量和比能量，可以看出，冲击能量始终在40 J左右，可能是由于实验误差造成的小波动。所有FMLP类型的返回能量和能量耗散也相似。

一般来说，在FMLP内部存在销作为锚固似乎对面板吸收冲击能量的能力没有任何显著影响。因此，至少在施加的冲击条件下，引脚不会使FMLP更脆。此外，至少在其余条件下，引脚沉积模式的变化对面板耗散冲击能量的能力没有任何影响。