三明治材料应用技术研究

文/赵金升，赵长明·长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心

三明治材料应用技术研究

文/赵金升，赵长明·长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心

三明治材料是通过采用“金属+高分子阻尼材料+金属”复合而成的，具有减振、降噪、隔声、隔热等功能特性的金属复合材料，而减振降噪正是汽车行业急需解决的问题，因此加强三明治材料在汽车制造领域的推广也是顺应行业趋势的行为。

随着社会的发展，人们对汽车的要求也不断提高，从汽车舒适性、安全性能提升到了汽车的减振、降噪性能，振动和噪声严重破坏汽车运行的稳定性和乘坐的舒适性，并污染环境，危害人们的身心健康。三明治材料的多功能特性使其在多个领域有着重要的应用，例如汽车、高速列车、飞行器、包装等领域，随着三明治材料的应用范围不断扩大，其工艺性逐渐引起人们的关注。

三明治材料的结构特点及性能优势

结构特点

三明治材料是由“金属+高分子阻尼材料+金属”复合而成的，具有减振、降噪、隔声、隔热等功能特性，其结构如图1所示。

图1 三明治材料结构

性能 优势

汽车轻量化技术的发展及轻质车身结构的应用，使汽车在提高动力性和燃油经济性的同时，也随之带来了车身振动增加、车内噪声等级提高，特别是低频结构噪声提高的劣势。而三明治材料本身具有的特性使之成为噪声场合替代金属材料使用的理想环保产品。这主要表现在：

⑴三明治材料有效地把金属材料和高分子材料的特性结合起来，使其既保持了金属材料原有的加工成形等各类特性，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车体品质与感知的作用，同时具有功能轻量化的优势。

三明治材料特性及应用方向的研究

材料特性

⑴自由加工特性：与普通钢板相当，可进行切割、冲压、弯曲和焊接等处理。

⑵减振性能：减振板的约束阻尼结构，使其振动衰减远大于普通钢板的振动衰减。

⑶抗热性能：高分子树脂基的阻尼层，使三明治材料具有良好的抗热性能，耐热在230℃，最佳使用温度在－20～120℃。

⑷降噪性能：能提高材料的隔声性能，明显改善人的主观感受，对噪声总声级的降低一般在1～14dB之间。

⑸成本优势：由于从减振板上获得优良的减振降噪效果，可在车身部位上减少不必要的降噪辅料，节约了部分人工和材料成本。

应用方向

三明治材料的应用开发主要针对噪声源——发动机开展，多用于汽车上的各种冲压件，主要包括发动机壳体零件和前围板等，具体见表1。

表1 三明治材料在汽车上的应用

三明治材料应用实例

三明治材料具有的减振、隔声等特点，多应用于汽车前围板本体。传统的前围板本体多采用DC03材料，增加减振沥青和胶板，这就无形地增加了车身重量。若前围板采用三明治材料，既可以起到隔声减振的效果，还降低了整车重量。

材料力学性能对比

三明治材料与普板板材（DC03）相比，力学性能参数都比普通板材要大，具体各值对比见表2。

表2 三明治材料与普板板材的力学性能参数对比

材料成形性分析

对三明治材料采用AutoForm软件进行成形性验证，发现局部有起皱的趋势。依据模拟分析结果，对材料进行了现场试压，试压结果与分析结果类似，如图2所示。

原因分析

图2 三明治材料的试压结果

⑴板料中间有阻尼胶层，与普通钢板摩擦力不同，导致上下两个面拉应力不同，压应力增大，出现起皱问题。

⑵成形时，材料局部出现分层现象，拉延筋间隙不均，导致局部拉应力增大，出现开裂问题，如图3所示。

图3 局部开裂

制定对策

⑴对压边力进行调整，加大0.15～0.3MPa，具体增加值根据实际状态确定。

⑵降低拉延筋高度和减小间隙值，保证拉应力增大。

⑶降低闭合高度2～3mm。

以上数据需要根据实际制件状态进行调整，具体生产工艺的确定应依据制件品质进行。

结束语

三明治钢板复合型材料的特殊性能将有着广泛的应用前景，本文以理论和实际结合的方式，对三明治钢板的力学性能及现场实际调试进行讲解，针对出现的问题给出了相应对策，对其他企业应用三明治材料具有宣传和指导意义。