金属橡胶材料及其应用北气福田.docx
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金属橡胶材料及其应用北气福田
金属橡胶材料及其应用
河北金擘机电科技有限公司
一、金属橡胶制备工艺
我们通过几年的艰苦摸索,掌握了金属橡胶材料制造的核心工艺技术方法,金属橡胶制备基本工艺流程包括:
1、金属丝线牌号选择原则
制造金属橡胶的原材料为金属丝,具体化学成分由工作条件(如温度、湿度、侵蚀性介质、载荷等因素)决定。
合理选择丝线的牌号在制造金属橡胶元件的过程中处于重要的地位。
作为金属橡胶的最基本单元,丝线的弹性模量与强度同时要求有较大的值。
这两个参数直接影响金属橡胶的机械性能,弹性模量决定材料的刚度,强度大但弹性模量低的材料不适合作为结构材料使用,因为对零件施加载荷时,由这种材料制成的结构有很大的残余变形。
研究中我们所用丝线主要采用奥氏体不锈钢材料(0Cr18Ni9Ti),既克服了橡胶类有机非金属材料不耐高温、耐腐蚀性差的缺陷,也克服了一般碳素钢及其它金属材料耐腐蚀性差的缺陷。
丝线的直径取决于制品的尺寸及所要求的零件具有的机械性能,对金属橡胶制件的性能有很大的影响。
2、缠绕螺旋卷
选择各种不同规格的细金属丝,可选用0Cr18Ni9Ti或其它不锈钢材质,直径范围为0.10~0.30mm,其原则是要依据所制备金属橡胶构件用于不同的工作环境,构件承载能力要求越高,丝线强度应越大,直径也相应增大,然后在专用缠绕设备上将细金属丝绕制成螺旋线卷,线卷直径控制在金属丝径的5~15倍,这主要是为了使螺旋线卷咬合钩连较好,而后均匀拉伸螺旋线卷,使螺旋螺距等于线卷直径,其主要目的是保持构件成型后的尺寸稳定性。
3、制取毛坯
毛坯的成型主要通过配料和铺砌来实现。
金属橡胶零件尺寸、孔隙度和机械性能很大程度上与配料有关。
特别值得注意的是配料时应使螺旋卷的根数尽量少,以保证整个制件的拉压强度和阻尼性能。
因为根数的增多意味着没有约束的螺旋卷头的增多。
考虑到金属橡胶件的参数(体积V、密度ρ),毛坯质量按G=ρV确定。
金属橡胶件的密度不同,制造时所用的成型压力也不同,制件的最终性能也不同。
在制作毛坯之前,要通过手工拉伸或使螺旋卷通过校准孔的方法拉伸螺旋卷,使之螺距与螺旋卷直径大致相等,使各丝线间相互啮合状况最好,毛坯体积稳定性最高。
经配料和拉伸处理后的螺旋卷,可以用于绕制毛坯。
编织工艺方法要求将拉伸好的螺旋卷编织成网状结构,然后将其缠绕在模具的芯轴上。
缠绕时要边绕边压,使毛坯的直径尽可能小(其直径比模具外筒内径大5%-10%左右),使其能够方便的放入模具外筒内。
将缠绕好的毛坯放入模具外筒后,把上下两个加压块分别从上方和下方放入模具外筒,然后就可以进行冷冲压成型。
非编织工艺方法则不用将螺旋卷编织成网状,直接将其按某种规则缠绕到芯轴上,放入模具内筒就可以进行冷冲压成型。
铠装工艺方法要求将螺旋卷在芯轴上缠绕一定数量后(此时其直径比弹簧的内径稍大即可),将弹簧套在毛坯上,再将剩下的螺旋卷缠绕在弹簧外径上,并注意保证弹簧内外径之间金属丝螺旋卷的钩连,放入模具内筒待冷冲压成型。
最后需要提到金属橡胶制件成型后的组织不一致性。
金属橡胶制件的组织宏观不一
致性是制造工艺不合理造成的,主要是缠绕螺旋卷方法不合理,可以被消除;微观不一直性是金属橡胶材料组织本身不能获得分布均匀的孔隙而形成的,取决于样件的孔隙度和螺旋卷直径及金属丝直径。
4、冲冷压成型
制作金属橡胶毛坯之后,将其放入预先加工好的具有一定几何形状的模具内,一般应在10~40MPa压力下进行冷冲压成型,对于较小构件可采用一次成型,复杂大型构件可分多次成型。
在这里有一点需要引起特别注意,冷冲压成型后,制件的尺寸要比模具内测量尺寸大,因为从模具中取出制件后,制件在弹性恢复力的作用下会有一定程度的膨胀。
5、后期处理
金属橡胶制件后期处理主要取决于工作环境和特殊使用性能。
压制过程中产生的金属屑和污物等杂质会影响金属橡胶的最终性能,故一般要进行清洗。
对无特殊要求的元件可以用清洁剂清洗,对于弹性阻尼件一类的元件,要采用超声波清洗才行。
为调整制件的硬度和塑性,必要时要对制件进行热处理。
如有耐腐蚀的工作要求,则要涂敷保护膜。
各种处理方法对金属橡胶件的最终性能有不同的影响。
二、金属橡胶减振器特点
1、非线性弹性阻尼力学特性
细金属丝勾链结构之间的滑移、摩擦、挤压、变形,可以耗散大量振动能量,宏观上呈现动态变刚度、变阻尼的迟滞非线性特性。
金属橡胶减振器静态压缩刚度特性
金属橡胶减振器变刚度变阻尼特性
2、很强的环境适应性
通过合理选择金属丝,金属橡胶能可靠地工作在高低温(-80℃~+380℃)、酸腐蚀、油污染、盐雾、强辐射等恶劣环境中,同时具有疲劳老化寿命长、能长期保存等优点。
金属橡胶弹性阻尼元件损耗因子和耗能随温度变化趋势
仪器设备
金属丝螺旋卷缠绕工艺设备
金属橡胶毛坯多角度缠绕工艺设备
金属橡胶400KN成型工艺设备
金属橡胶1000KN成型工艺设备
WDW-T200微机控制电子万能试验机
PLS-20电液伺服疲劳试验机+高低温试验箱
D-300垂直振动台+S-0404水平滑台+RC-2000数字式振动控制系统
机械加工设备
机械加工设备
金属橡胶热处理设备
YWX-250盐雾实验设备
1000KN硫化成型设备
中国船舶重工集团705所(西安)
XXX装置YZ-20金属橡胶元件
中国船舶重工集团705所(西安)
XXX装置CF-165金属橡胶元件
中国船舶重工集团705所(西安)
XXX装置LZJ-56金属橡胶元件
中国船舶重工集团717所(武汉)
XXX装置HQT-34金属橡胶元件
中国船舶重工集团705所(昆明)
XXX装置YLF-287金属橡胶元件
中国常州东芝变压器(常州)
装置BYQ-180金属橡胶元件
中国航空工业集团16研究所(西安)XXX
导弹惯导平台QX-34金属橡胶减振装置
中国电力科学研究院(北京)输变
电塔SBD-108金属橡胶减振装置
中国电子科技集团11研究所(北京)
太空光学组件TGX-11金属橡胶减振元件
中国兵器集团70所(大同)XXX
发动机电控箱DKX-15金属橡胶减振装置
中国科学院长春光学与精密机械研究所(长春)
XXX光电平台WRJ-85金属橡胶减振装置
北京贯中科技发展有限公司(北京)
光电平台GDP-85金属橡胶减振器
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