钩织多孔与薄壁层状金属复合管的制作方法

本发明属于薄壁金属管缓冲吸能防撞领域，具体涉及一种钩织多孔与薄壁层状金属复合管。

背景技术：

管状金属结构具有简单有效的形状、易于加工和装配的成形工艺、低的成本、轻的质量及良好的吸能特性，因而广泛应用于汽车、航空航天、建筑、船舶、石油和天然气等领域耗散动能的能量吸收，其中，以汽车车身的碰撞安全设计应用研究最为广泛。

关于管状金属用于吸能防撞，围绕着致密金属薄壁管的截面形状(三角形、四边形、六边形、八边形)、金属薄壁管的厚度(锥形、功能梯度)、金属薄壁管填充(泡沫铝、蜂窝、空心球)及多胞金属薄壁管(管中插入各组合形式的薄壁结构)进行了大量的创新。上述方法在增强管状金属结构吸能防撞能力的同时，增加了结构重量，结构刚性的增强使得结构的初始压溃峰值大大增加。

初始压溃峰值是管状金属结构用于压缩吸能防撞存在的一个不可忽视的缺点，其呈现为一个很大的初始值，比平均压缩力高很多。根据头部伤害指标，初始压溃峰值可能使结构在发挥缓冲吸能作用前，传递至被保护对象上的载荷超过其耐受性，而造成严重破坏。

为了优化管状结构缓冲吸能性能需降低结构的初始压溃峰值，目前已出现一些降低峰值的措施，如在管壁上沿轴向进行定距打孔、沿管内外表面沿某一间隔加工矩形凹槽、外表面形成折痕、或采用波纹管，在管壁上形成柔性结构，以诱导管结构在轴向载荷下易发生褶皱变形，从而降低结构的初始压溃峰值。上述方法在降低结构初始压溃峰值的同时，减轻结构的重量，但也降低了整体结构的刚度和承载力，尤其对管结构径向刚度及侧向斜向抗冲击性产生了极大的削弱。

技术实现要素：

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种钩织多孔与薄壁层状金属复合管，从缓冲吸能和轻量化的角度出发，保证径向结构刚度和承载能力的同时，轴向、侧向及斜向抗冲击能力增强，实现轻质、整体刚性、良好吸能和低冲击力峰值的有机融合，实现了一种轻质多孔薄壁耦合吸能。

本发明解决上述技术问题的方案如下：

钩织多孔与薄壁层状金属复合管，包括至少一个钩织多孔金属管和至少一个薄壁金属管，所述钩织多孔金属管与薄壁金属管间隔式套合，钩织多孔金属管与薄壁金属管之间的连接关系为紧配合或具有高结合强度的冶金结合及高分子粘结。

所述冶金结合为固相烧结、真空液相烧结、真空钎焊或者浸渍钎焊。

所述高分子粘结为高强度耐冲击粘接钢铁铜铝金属专用的丙稀酸结构胶。

所述薄壁金属管的材料为钢或者铝合金，截面形状为圆形、三角形、方形或者六边形，形状为直管或锥度管。

所述钩织多孔金属管为柔性管，通过钩编直接成形，或者通过钩编、缠绕、缝编复合工艺成形，具有很好的柔韧性。当然，本柔性管也可为柔性片通过钩编成四边形，再缝合成管状。

所述钩织多孔金属管为刚性管，通过钩编直接成形，或者通过钩编、缠绕、缝编复合工艺形成柔性管，而后在胀紧力作用下，于1200℃～1330℃烧结，保温2～3h，随炉冷，真空固相烧结强化形成刚性管，刚性管中绳骨架钩接点处形成大量冶金结合点。当然，本刚性管也可为刚性片通过钩编成四边形，而后通过拉紧力作用下，于1200℃～1330℃烧结，保温2～3h，随炉冷，真空固相烧结强化形成刚性管。

所述钩编为：以直径为0.2mm和0.3mm，结构为1×7，由7根钢丝捻制而成的不锈钢304或316多股超细软钢丝绳为基材，或以直径为0.5mm和0.8mm，结构为7×7，由49根钢丝捻制而成的不锈钢304或316多股超细软钢丝绳为基材。

相互钩织、多重互锁，且自身也为有序微孔结构，宏观孔大小及结构灵活多变，孔密度可呈任意梯度变化，具有良好的径向韧性和抗冲击，整体结构呈现为多孔柔性。超细软不锈钢绳具有优异的柔韧性，不仅可以进行任意钩织成形，而且为复合管的多孔结构层提供了具有较强抗拉和抗侧向冲击能力的绳骨架。

复合管包括一个钩织多孔金属管和一个薄壁金属管，所述钩织多孔金属管位于薄壁金属管内表面或者外表面。

或者，复合管包括两个钩织多孔金属管和一个薄壁金属管，所述两个钩织多孔金属管分别位于薄壁金属管内外表面。

或者，复合管包括两个薄壁金属管和一个钩织多孔金属管，所述两个薄壁金属管分别位于钩织多孔金属管内外表面。

本发明相对于现有技术具有如下的优点：

1、本钩织多孔与薄壁层状金属复合管，实现轻质、整体刚性、良好吸能和低冲击力峰值的有机融合，实现了一种轻质多孔薄壁耦合吸能；工艺步骤简单，操作方便，实施容易，生产成本较低，易制成结构件进行使用，为防撞领域提供了一种新思路和新方案。

2、本钩织多孔与薄壁层状金属复合管，钩织多孔金属管为柔性管，钩织多孔金属管与薄壁金属管的复合增强了薄壁管的韧性，整体具有较强的韧性，主要用于抗侧向冲击吸能、抗侧向弯曲及弯曲疲劳。

3、本钩织多孔与薄壁层状金属复合管，钩织多孔金属管为刚性管，改变缓冲吸能模式，轴向及径向刚性增强，轴向、侧向及斜向抗冲击能力增强，侧向抗弯曲能力及弯曲疲劳能力增强，具有整体刚性，高韧性，全方位的抗冲击性能。

4、本钩织多孔与薄壁层状金属复合管表现为钩织多孔结构吸能、界面吸能与薄壁金属管吸能的耦合吸能，有丰富的吸能模式，高的吸能效率。

5、多孔结构层组织结构具有较强的可塑性：钩编仅需通过一支钩针可将单根绳直接钩织成一种镂空组织的多孔管状结构，变换钩织路径和钩针大小，可随心所欲的实现钩织多孔金属管的孔结构和孔密度的无穷变化。

6、钩织层厚度可灵活设计和控制，由于钩编与缠绕、缝编工艺的使用。钩织多孔金属管的工艺简单易行、灵活多变、生产成本低、易实现复合管多孔层孔结构的千变万化。

附图说明

图1为层状复合管结构示意剖视图(外为钩织多孔金属管1，内为薄壁金属管2)。

图2为层状复合管结构示意剖视图(内为钩织多孔金属管1，外为薄壁金属管2)。

图3为层状复合管结构示意剖视图(内外为钩织多孔金属管1，中间为薄壁金属管2)。

图4为层状复合管结构示意剖视图(内外为薄壁金属管2，中间为钩织多孔金属管1)。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

柔性不锈钢绳的钩织多孔金属管套在薄壁金属管的外表面，通过胀紧配合直接形成层状复合管，如图1所示，包括外层的钩织多孔金属管1和内层的薄壁金属管2。截面形状为圆形、三角形、四边形、六边形直管或锥度管。薄壁金属管的材料可为不锈钢或铝合金。

实施例2

与实施例1不同的是，本实施例中，钩织多孔金属管为刚性：柔性不锈钢绳钩织多孔金属管，内插入陶瓷棒，于1200℃～1330℃，保温2～3h真空固相烧结形成。钩织多孔金属管与薄壁金属管采用过紧配合形成复合管。

实施例3

本实施例在接触面上刷高强度高分子粘接剂，常温下24小时全固化，进行高分子粘结形成层状复合管。钩织多孔金属管为柔性。

实施例4

与实施例3不同的是，钩织多孔金属管为刚性。钩织多孔柔性管在胀紧力作用下，于1200℃～1330℃烧结，保温2～3h，随炉冷，真空固相烧结强化形成刚性管，刚性管中绳骨架钩接点处形成大量冶金结合点。

当然，本刚性管也可为刚性片通过钩编成四边形，而后通过拉紧力作用下，于1200℃～1330℃烧结，保温2～3h，随炉冷，真空固相烧结强化形成刚性管。

实施例5

柔性不锈钢绳的钩织多孔金属管套在薄壁金属管的外表面，置于真空烧结炉中，于1200℃～1330℃烧结，保温2～3h，随炉冷，进行冶金结合形成层状复合管。薄壁金属管为不锈钢管。

实施例6

柔性不锈钢绳的钩织多孔金属管套在薄壁金属管的外表面，结合面上喷上低熔点合金，采用瞬时真空液相烧结，形成层状复合管。薄壁金属管的材料可为不锈钢或铝合金。

实施例7

与实施例6不同的是，本实施例中，钩织多孔金属管为刚性。

实施例8

柔性不锈钢绳的钩织多孔金属管套在薄壁金属管的外表面，采用真空钎焊或浸渍钎焊，形成层状复合管。

实施例9

与实施例8不同的是，本实施例中，钩织多孔金属管为刚性。

实施例10-18

与实施例1-9不同的是，薄壁金属管套在不锈钢绳钩织多孔柔性金属管的外表面，如图2所示，包括外层薄壁金属管2和内层钩织多孔金属管1。

实施例19

薄壁金属管套在柔性不锈钢绳的钩织多孔金属管的外表面，钩织多孔金属管插入陶瓷棒，使钩织多孔金属管与薄壁金属管胀紧，于真空烧结炉中，于1200℃～1330℃烧结，保温2～3h，随炉冷，冶金结合形成层状复合管，薄壁金属管仅为不锈钢管。

实施例20

薄壁金属管内外表面设置钩织多孔金属管，贴紧配合，接合面上刷高强度高分子粘接剂(高强度耐冲击粘接钢铁铜铝金属专用的丙稀酸结构胶)，常温下24小时全固化，形成层状复合管，如图3所示，包括外层钩织多孔金属管1，中间层薄壁金属管2和内层钩织多孔金属管1。薄壁金属管材料为不锈钢或者铝合金。

实施例21

薄壁金属管内外表面设置钩织多孔金属管，贴紧配合，而后插入陶瓷棒，使内层钩织多孔金属管紧贴于薄壁金属管，真空烧结炉中于1200℃～1330℃烧结，保温2～3h，随炉冷，形成层状复合管，薄壁金属管仅为不锈钢管。

实施例22

薄壁金属管内外表面设置钩织多孔金属管，贴紧配合，内外接合面上喷上低熔点合金，采用瞬时真空液相烧结，形成层状复合管，薄壁金属管材料为不锈钢或者铝合金。

实施例23

薄壁金属管内外表面设置钩织多孔金属管，贴紧配合，采用真空钎焊或浸渍钎焊，形成层状复合管。薄壁金属管材料为不锈钢或者铝合金。

实施例24-28

与实施例19-23不同的是，钩织多孔金属管为刚性。

实施例29-33

与实施例19-23不同的是，薄壁金属管与钩织多孔金属管的位置互换，即2个薄壁金属管和1个钩织多孔金属管，层状复合管如图4所示，包括外层薄壁金属管2，中间层钩织多孔金属管1和内层薄壁金属管2。

实施例34

钩织多孔金属管可以为多个钩织多孔圈，通过钢丝绳进行缝编。

实施例35

钩织多孔金属管可以为多个钩织多孔圈，附于陶瓷圆管单圈重叠，交接处采用钢丝绳进行缝编，于1200℃～1330℃烧结，保温2～3h，随炉冷。

实施例36

钩织多孔金属管可以为双层织物，沿条干间距纹路缝编。

实施例37

钩织三片(四片、六片)钩织片，钩织片之间进行缝编，紧套在三角形(四边形、六边形)陶瓷管外，于1200℃～1330℃烧结，保温2～3h，随炉冷，形成多孔刚性片。

实施例38

钩织多孔金属管为：钩织多孔带倾斜方式紧密缠绕在薄壁金属管外表面，两端焊接。

实施例39

钩织多孔金属管为：钩织四边形片，依附于薄壁金属管缠绕一周，于交接处采用钢丝绳缝编，缝合成管状。

实施例40

钩织三片(四片、六片)钩织片，钩织片之间进行缝编，紧套在三角形(四边形、六边形)陶瓷管外。

实施例41

在紧配合的方式中，可以在薄壁金属管与钩织多孔金属管之间，可沿轴向插入不锈钢或铝合金毛细管或金属棒。

实施例42

不锈钢绳钩织四边形片，依附于陶瓷圆管缠绕一周，于交接处采用钢丝绳缝编，于1200℃～1330℃烧结，保温2～3h，随炉冷，形成多孔刚性管。

实施例43

以直径为0.5mm的超细软304不锈钢钢丝绳为原材料(结构为7×7，由49根钢丝绳捻制而成)，采用直径为3.5mm的钩针，起16针，短针同向钩织法钩织多孔金属管，将其与6063-T4铝合金薄壁管(直径30mm，高度60mm，壁厚1mm)采用过紧配合直接形成层状复合管。

实施例44

以直径为0.5mm的超细软304不锈钢钢丝绳为原材料，采用直径为3.5mm的钩针，起16针，短针同向钩织法钩织多孔金属管，将其与6063-T4铝合金薄壁管(直径30mm，高度60mm，壁厚1mm)采用过紧配合直接形成层状复合管。

实施例45

以直径为0.5mm的超细软304不锈钢钢丝绳为原材料，采用直径为3.5mm的钩针，起16针和14针，短针同向钩织法分别钩织机外层和内层多孔金属管，将其与6063-T4铝合金薄壁管(直径30mm，高度60mm，壁厚1mm)采用内外过紧配合直接形成层状复合管。

实施例46

以直径为0.5mm的超细软304不锈钢钢丝绳为原材料，采用直径为3.5mm的钩针，起16针，短针同向钩织法钩织多孔金属管，将其与6063-T4铝合金薄壁管(直径30mm，高度60mm，壁厚1mm)采用过紧配合，而后通过旋转压入6063-T4铝合金薄壁管(直径27.6mm，高度60mm，壁厚1mm)，形成层状复合管，如图4所示。

实施例47

以直径为0.5mm的超细软304不锈钢钢丝绳为原材料，采用直径为3.5mm的钩针，起16针，短针同向钩织法钩织多孔金属管，与304不锈钢管(直径30mm，高度60mm，壁厚1mm)胀紧配合，后于真空烧结炉中高温固相烧结，烧结温度为1300℃，保温3小时，随炉冷，实现冶金结合，形成层状复合管。

实施例48

以直径为0.5mm超细软304不锈钢钢丝绳为原材料，采用直径为3.5mm的钩针，起16针，短针同向钩织法钩织多孔金属管，沿轴向插入外径1mm，壁厚0.35mm的304不锈钢毛细管，作为增强骨架，形成紧配合，将其与304不锈钢金属管(直径30mm，高度60mm，壁厚1mm)胀紧配合后，于真空烧结炉中高温固相烧结，烧结温度为1300℃，保温3小时，随炉冷，实现冶金结合，形成带骨架增强的层状复合管。

上述实施例中钩织多孔金属管、薄壁金属管、毛细管，复合前均应于5％盐酸溶液中清洗，浸泡时间为5～15分钟，取出后用清水冲洗干净，最后烘干。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。