德国弗劳恩霍夫应用研究促进协会北京代表处
金属泡沫:开姆尼茨金属泡沫研究中心
1. 金属泡沫

这种多孔材料非常轻,就像自然界中的木材和骨头。由于其细胞结构,金属泡沫在吸收减震、抗冲击和吸音方面表现出色。与塑料泡沫相比,金属泡沫在抗弯强度和和耐温性方面有更好的性能。此外,金属泡沫很适合屏蔽电磁波。


2. 应用领域

带有铝制泡沫夹心和固体盖板的三明治夹层结构是轻质结构的理想选择。轻质的铝制泡沫夹心具有抗剪切性能,上下两层盖板保持一定距离并承担所施加的载荷。由于芯材的密度低,半成品明显比相同承载能力的实心板轻。

由于重量轻、吸能性强,这种三明治结构特别适合用于机床制造。在建筑和造船业中,由于三明治结构重量轻也可用作墙体、天花板和框架等。

复杂的三维部件也是由铝泡沫制成的。由于其蜂窝状结构,金属泡沫非常适合作为汽车结构中的碰撞缓冲器。

泡沫的形成与体积的大量膨胀有关。由于泡沫可以弥合非常大的缝隙,并与金属材料结合,该材料作为一种连接材料,类似于粘合剂。
 
应用领域 适用范围
汽车制造 节点区域,纵梁,碰撞缓冲器
机械制造 易受振动影响的移动组件
建筑业 具有集成舒适性功能的轻质天花板和墙体元件,
例如蓄热和防火功能
造船业 舱口、门、框架、上层结构
轨道车辆 底板,碰撞缓冲器,完整的前部模块
设计 隔板,饰品,装饰
 


左图:泡沫铝
右图:铝质泡沫汽车零件

 
3. 机器也能瘦身

为了实现高动态性,移动的机器组件必须是轻的——低重量是低能耗和迅速改变方向的前提条件。然而,随着质量的减少,组件变得更容易受到振动的影响。

将结构设计和轻量化材料相结合,采用三明治结构是其中一个解决办法。一个14毫米厚的铝发泡沫材料和1毫米厚的钢制盖板组成的夹心结构,其弯曲刚度相当于10毫米厚的钢板,而其重量仅为钢板的三分之一。

轻量化结构和阻尼机械振动的结合使泡沫铝三明治板适用于机床应用。例如,自2004年以来,IWU研究所金属泡沫研究中心与NILES-SIMMONS工业设备有限公司合作,用铝泡沫钢板系列制造铣床的机器滑块。尽管刚性相同,但比传统的灰铸铁滑轨轻28%,可以实现更快的加速度和行驶速度。

用于大型工具和模具制造的铣床,其两个可移动的横向门采用世界上最大的铝泡沫钢三明治结构组合。门墙和内部支撑由预制的三明治夹层连接而成,形成一个大约5.9 x 1.5 x 0.9立方米的组件。尽管有6吨的自重,但门板只弯曲了14µm。在X和Z方向的弯曲振动的阻尼分别为2.3%和2.9%,表现非常出色。

有可能用铝制泡沫夹层来制造高速列车牵引车吗?在一个联合研发项目中,IWU研究所成功地按1:1的比例建造了一辆动力牵引车,尺寸为6.8 x 3.0 x 2.8立方米。三明治夹层的高固有刚度使其有可能在没有底层结构的情况下进行施工,与传统实心铝板的金属结构相比,能够减少约20%的重量,同时大大降低装配成本。

这些例子证明,泡沫铝半成品可以连接成非常大的结构,而且几乎没有尺寸限制。半成品的使用简化了制造过程,有助于缩短开发时间和削减成本。

 

左图:高速列车的动力车
中图:用铝制泡沫芯的三明治夹层制成的铣床机座(系列部件)
右图:用铝制泡沫芯的三明治夹层制成的铣床门户

 
4. 我们能提供

您想完善或重新设计制造一个装配线?我们可以提供开发理念和设计。通过使用有限元方法对您的组件进行静态、动态和热模拟,以便在开发阶段确定和消除薄弱点,对几个备选方案进行计算以及与原始设计进行比较优化。

我们可以根据您的愿望设计发泡组件,包括设计、单个零件和装配图以及零件清单,设计与您的生产紧密合作。如果您想自己接手设计,我们提供关于组件泡沫兼容设计的建议。

弗劳恩霍夫模具和成型技术研究所IWU的金属泡沫中心,拥有生产铝和锌泡沫的所有设施,生产纯泡沫部件和由泡沫铝与钢或铝结合的复合部件。作为标准,我们提供带有钢制盖板的三明治夹层,这些盖板通过冶金方法与铝制泡沫核心粘合。三明治夹层的平面尺寸为1500毫米×1000毫米,可以根据要求实现更大的尺寸。

这些半成品可以用常见的方法进行加工,如锯切和水刀磨料切割,除此之外胶合、螺丝和焊接等方法适合于连接。我们很高兴为您提供半成品加工方面的建议!

泡沫铝不能提供理想的效果吗?在这种情况下,我们会就其他材料的选择给您提供建议,也很乐意进行材料的比较研究。

您需要对一个组件进行退火处理或进行技术测试吗?如果需要,我们很乐意为您提供我们的设备技术,例如箱式炉和连续炉以及挤压机。

 

金属泡沫中心