三明治材料應用技術研究

文/趙金升，趙長明·長城汽車股份有限公司技術中心，河北省汽車工程技術研究中心

三明治材料應用技術研究

文/趙金升，趙長明·長城汽車股份有限公司技術中心，河北省汽車工程技術研究中心

三明治材料是通過采用“金屬+高分子阻尼材料+金屬”復合而成的，具有減振、降噪、隔聲、隔熱等功能特性的金屬復合材料，而減振降噪正是汽車行業急需解決的問題，因此加強三明治材料在汽車制造領域的推廣也是順應行業趨勢的行為。

隨著社會的發展，人們對汽車的要求也不斷提高，從汽車舒適性、安全性能提升到了汽車的減振、降噪性能，振動和噪聲嚴重破壞汽車運行的穩定性和乘坐的舒適性，并污染環境，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領域有著重要的應用，例如汽車、高速列車、飛行器、包裝等領域，隨著三明治材料的應用范圍不斷擴大，其工藝性逐漸引起人們的關注。

三明治材料的結構特點及性能優勢

結構特點

三明治材料是由“金屬+高分子阻尼材料+金屬”復合而成的，具有減振、降噪、隔聲、隔熱等功能特性，其結構如圖1所示。

圖1 三明治材料結構

性能 優勢

汽車輕量化技術的發展及輕質車身結構的應用，使汽車在提高動力性和燃油經濟性的同時，也隨之帶來了車身振動增加、車內噪聲等級提高，特別是低頻結構噪聲提高的劣勢。而三明治材料本身具有的特性使之成為噪聲場合替代金屬材料使用的理想環保產品。這主要表現在：

⑴三明治材料有效地把金屬材料和高分子材料的特性結合起來，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體品質與感知的作用，同時具有功能輕量化的優勢。

三明治材料特性及應用方向的研究

材料特性

⑴自由加工特性：與普通鋼板相當，可進行切割、沖壓、彎曲和焊接等處理。

⑵減振性能：減振板的約束阻尼結構，使其振動衰減遠大于普通鋼板的振動衰減。

⑶抗熱性能：高分子樹脂基的阻尼層，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，對噪聲總聲級的降低一般在1～14dB之間。

⑸成本優勢：由于從減振板上獲得優良的減振降噪效果，可在車身部位上減少不必要的降噪輔料，節約了部分人工和材料成本。

應用方向

三明治材料的應用開發主要針對噪聲源——發動機開展，多用于汽車上的各種沖壓件，主要包括發動機殼體零件和前圍板等，具體見表1。

表1 三明治材料在汽車上的應用

三明治材料應用實例

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

材料力學性能對比

三明治材料與普板板材（DC03）相比，力學性能參數都比普通板材要大，具體各值對比見表2。

表2 三明治材料與普板板材的力學性能參數對比

材料成形性分析

對三明治材料采用AutoForm軟件進行成形性驗證，發現局部有起皺的趨勢。依據模擬分析結果，對材料進行了現場試壓，試壓結果與分析結果類似，如圖2所示。

原因分析

圖2 三明治材料的試壓結果

⑴板料中間有阻尼膠層，與普通鋼板摩擦力不同，導致上下兩個面拉應力不同，壓應力增大，出現起皺問題。

⑵成形時，材料局部出現分層現象，拉延筋間隙不均，導致局部拉應力增大，出現開裂問題，如圖3所示。

圖3 局部開裂

制定對策

⑴對壓邊力進行調整，加大0.15～0.3MPa，具體增加值根據實際狀態確定。

⑵降低拉延筋高度和減小間隙值，保證拉應力增大。

⑶降低閉合高度2～3mm。

以上數據需要根據實際制件狀態進行調整，具體生產工藝的確定應依據制件品質進行。

結束語

三明治鋼板復合型材料的特殊性能將有著廣泛的應用前景，本文以理論和實際結合的方式，對三明治鋼板的力學性能及現場實際調試進行講解，針對出現的問題給出了相應對策，對其他企業應用三明治材料具有宣傳和指導意義。