CN106567899B - 用于汽车底盘纵梁前部的轻型减振缓冲块及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于汽车底盘纵梁前部的轻型减振缓冲块及其制备方法，该缓冲块由金属橡胶弹簧制成的腰鼓状轻型减振缓冲块，其上端面为凹状弧形，下端面为平面圆形，侧立面为凸出弧形，中间为上下通孔结构。随着上部载荷的增加,该缓冲块微结构逐步被压缩直至被压成实体，其刚度呈现“前软后硬”，符合车辆碰撞设计要求。同时金属橡胶具有良好阻尼特性，能够耗散大量能量。其制备方法，包括一次拉拔工序、二次拉拔工序、螺旋卷缠绕、毛坯制造、冲压成型、预加载强化和后期处理，采用上述工艺制造的金属橡胶减振缓冲块，可以大幅度降低金属微丝拉拔表面裂纹、拉拔起刺、金属丝内部杯锥状裂纹等缺陷，提高金属微丝拉拔表面质量和疲劳寿命。
Description
技术领域
本发明所述的一种用于汽车底盘纵梁前部轻型减振缓冲块及其制备方法，属于汽车配件技术领域。
背景技术
汽车碰撞性能是汽车最重要的安全性能之一，汽车底盘纵梁前部装置是吸收碰撞能量的重要组成部分。一般汽车底盘纵梁前部装置由金属板金件冲压焊接而成，由金属钣金结构构成的碰撞吸能装置难以实现碰撞过程中“前软后硬”的刚度设计准则，同时金属钣金结构没有阻尼特性，不能快速耗散碰撞能量。此外，金属钣金结构件还存在重量偏重的缺陷。而金属橡胶是橡胶的模拟制品，用金属螺旋细丝压制而成，其内部呈网状，类似天然橡胶的大分子结构，在交变的应力应变作用下能耗散大量的振动能量，是一种具有高弹性和良好阻尼特性的疏松结构材料，其密度仅为金属的0.3左右。
金属橡胶材料的一般选用奥氏体不锈钢（金属丝牌号：1Cr 18Ni9Ti或0Cr18Ni9Ti）。传统制造工艺依序包括有金属丝拉拔、螺旋卷缠绕、毛坯制造、冲压成型、后期处理，其中拔丝工艺易产生表面裂纹以及金属的不均匀流动和应力的不均匀分布等问题，从而影响金属丝的性能。同时，金属橡胶制件在使用过程中易产生应力松弛现象。因此，需对传统的金属橡胶制备工艺研究优化，以解决金属细丝制备过程中的缺陷，以及进一步提高金属橡胶制件的疲劳寿命。
发明内容
本发明的目的是：为了解决上述现有技术的缺陷而提供一种轻型减振缓冲块及其制备方法。本发明的目的通过以下技术解决方案来实现：
一种用于汽车底盘纵梁前部的轻型减振缓冲块，由金属橡胶弹簧制成的腰鼓状轻型减振缓冲块，其上端面为凹状弧形，下端面为平面圆形，侧立面为凸出弧形，中间为上下通孔结构，其中，所述缓冲块的高为H，所述缓冲块下端面的平面圆形的直径为D，所述缓冲块中间的通孔结构的直径d为（1/3～1/5）D，所述缓冲块上端面的凹状弧形的半径R1为1.1～1.3H，所述缓冲块侧立面的凸出弧形的半径R2为1.2～1.4D。
一种用于汽车底盘纵梁前部的轻型减振缓冲块制备方法，包括如下步骤：
（1）一次拉拔工序，通过金属橡胶材料选用直径0.1～0.5mm不锈钢奥氏体1Cr18Ni9Ti或0Cr18Ni9Ti微丝，完成70%～90%的减面率的拉拔，然后进行退火热处理以消除加工硬化并恢复金属丝的塑性，退火温度400～500oC ,退火时间30～40分钟；
（2）二次拉拔工序，完成最终10%～30%的减面率的拉拔，再次进行退火处理，消除加工硬化并恢复金属丝的塑性，退火温度300～400oC ,退火时间20～30分钟，消除加工硬化并恢复金属丝的塑性；
（3）螺旋卷缠绕，金属丝在滚轮与锥形型芯之间经碾压而成的，螺旋卷的直径为金属丝的20～25倍，滚轮转速控制在4000r/min左右；
（4）毛坯制造，将缠绕好的螺旋卷拉伸，使其螺距为螺旋卷直径的1/2，然后将拉伸后的螺旋卷沿着专用模具有序排列铺放，得到金属橡胶坯料；
（5）冲压成型，将制得的金属橡胶毛坯放入冲压模具中，经冲压达到所要求的几何外形及性能，冲压亦可多次循环加压；
（6）预加载强化，即沿其工作受力方向加载，超过工作临界点后继续加载过量位移，使其过量位移达到正常工作位移的1/3左右，并保持过量位移载荷100小时，以使缓冲块产生一定的塑性变形，从而使缓冲块产生与使用状态反方向的残余应力已达到强化的目的；
（7）后期处理，对金属橡胶缓冲块进行超声波清洗后，再进行磷化处理或者镀锌防腐处理，其中磷化处理使金属橡胶缓冲块表面生成磷酸盐或磷酸氢盐的结晶膜层，形成金属橡胶缓冲块的表面保护层。
通过上述技术方案本发明的有益效果为：
1、与传统金属橡胶制备方法相比，本发明技术增加了二次拉拔工艺和预加载强化工艺，二次拉拔工艺可以大幅度降低金属微丝拉拔表面裂纹、内部晶粒大小不均匀、拉拔起刺、金属丝内部杯锥状裂纹等缺陷，提高金属微丝拉拔表面质量；预加载强化工艺可以提高金属橡胶制缓冲块的疲劳寿命，经预加载强化后，在同样的工作条件下，可提高金属橡胶缓冲块10%～35%的疲劳寿命。
2、本发明制得的缓冲块刚度呈现 “前软后硬”，该刚度递增的结构特性非常符合车辆碰撞设计要求。同时金属橡胶具有良好阻尼特性，能够耗散大量能量。金属橡胶密度仅为金属的0.3左右，缓冲块具有轻量化特征。
附图说明
附图是用来提供本发明的进一步解释，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的的立体图；
图2是图1的正视图；
图3是图2所示沿A-A向截面视图；
图4是图1承载后的立体图；
图5是图4承载后的正视图；
图6是图5所示沿B-B向截面视图；
图7是金属橡胶元件承载前后变形收缩示意图。
附图标记：
1-上端面，2-侧立面，3-下端面，4-通孔结构。
具体实施方式
下面结合附图来说明实施本发明的具体方式。显然，描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所或的获得所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1-7所示， 一种用于汽车底盘纵梁前部的轻型减振缓冲块，由金属橡胶弹簧制成，其外形如腰鼓状，下端面3为平面圆形，直径为D，缓冲块高为H，缓冲块中间为上下通孔结构4，直径为d；所述缓冲块的上端面1为凹状弧形，其半径R1为1.2H；其侧立面2为凸出弧形，其半径R2为1.3D；所述缓冲块中间通孔直径d为（1/4）D。
一种用于汽车底盘纵梁前部的轻型减振缓冲块制备方法，金属橡胶材料选用直径0.5mm不锈钢奥氏体1Cr18Ni9Ti微丝，包括如下步骤：
（1）一次拉拔工序，完成80%的减面率，拉拔后的微丝断面直径为0.16mm，然后进行退火热处理以消除加工硬化并恢复期塑性，退火温度500oC ,退火时间35分钟。
（2）二次拉拔工序，完成20%的减面率，拉拔后的微丝断面直径为0.075mm，再次进行退火处理，消除加工硬化并恢复金属丝的塑性，退火温度400oC ,退火时间25分钟。
（3）螺旋卷缠绕，金属丝在滚轮与锥形型芯之间经碾压而成的，螺旋卷的直径为金属丝的25倍，滚轮转速控制在4000r/min左右。
（4）毛坯制造，将缠绕好的螺旋卷拉伸，使其螺距为螺旋卷直径的1/2，然后将拉伸后的螺旋卷沿着专用模具有序排列铺放，得到金属橡胶坯料。
（5）冲压成型，将制得的金属橡胶毛坯放入冲压模具中，经冲压达到所要求的几何外形及性能，冲压亦可多次循环加压。
（6）预加载强化，即沿其工作受力方向加载，超过临界点后继续加载过量位移，使其过量位移达到正常工作位移的1/3左右，并保持过量位移载荷100小时，以使缓冲块产生一定的塑性变形，从而使缓冲块产生与使用状态反方向的残余应力已达到强化的目的；经预加载强化后，在同样的工作条件下，可提高金属橡胶缓冲块10%～35%的疲劳寿命。
（7）后期处理，对金属橡胶缓冲块进行超声波清洗后，再进行再进行磷化处理或者镀锌防腐处理，其中磷化处理使金属橡胶缓冲块表面生成磷酸盐或磷酸氢盐的结晶膜层，形成金属橡胶缓冲块的表面保护层。
实施例2
如图1-7所示， 一种用于汽车底盘纵梁前部的轻型减振缓冲块，由金属橡胶弹簧制成，其外形如腰鼓状，下端面为平面圆形，直径为D，缓冲块高为H，缓冲块中间为上下通孔结构，直径为d；所述缓冲块的上端面为凹状弧形，其半径R1为1.1H；其侧立面为凸出弧形，其半径R2为1.2D；所述缓冲块中间通孔直径d为（1/3）D。
一种用于汽车底盘纵梁前部的轻型减振缓冲块制备方法，金属橡胶材料选用直径0.1mm不锈钢奥氏体1Cr18Ni9Ti微丝，包括如下步骤：
（1）一次拉拔工序，完成70%的减面率，拉拔后的微丝断面直径为0.2025mm，然后进行退火热处理以消除加工硬化并恢复期塑性，退火温度400oC ,退火时间30分钟。
（2）二次拉拔工序，完成30%的减面率，拉拔后的微丝断面直径为0.075 mm，再次进行退火处理，消除加工硬化并恢复金属丝的塑性，退火温度300oC ,退火时间20分钟。
（3）螺旋卷缠绕，金属丝在滚轮与锥形型芯之间经碾压而成的，螺旋卷的直径为金属丝的20倍，滚轮转速控制在4000r/min左右。
（4）毛坯制造，将缠绕好的螺旋卷拉伸，使其螺距为螺旋卷直径的1/2，然后将拉伸后的螺旋卷沿着专用模具有序排列铺放，得到金属橡胶坯料。
（5）冲压成型，将制得的金属橡胶毛坯放入冲压模具中，经冲压达到所要求的几何外形及性能，冲压亦可多次循环加压。
（6）预加载强化，即沿其工作受力方向加载，超过临界点后继续加载过量位移，使其过量位移达到正常工作位移的1/3左右，并保持过量位移载荷100小时，以使缓冲块产生一定的塑性变形，从而使缓冲块产生与使用状态反方向的残余应力已达到强化的目的；经预加载强化后，在同样的工作条件下，可提高金属橡胶缓冲块10%～35%的疲劳寿命。
（7）后期处理，对金属橡胶缓冲块进行超声波清洗后，再进行再进行磷化处理或者镀锌防腐处理，其中磷化处理使金属橡胶缓冲块表面生成磷酸盐或磷酸氢盐的结晶膜层，形成金属橡胶缓冲块的表面保护层。
实施例3
如图1-7所示， 一种用于汽车底盘纵梁前部的轻型减振缓冲块，由金属橡胶弹簧制成，其外形如腰鼓状，下端面为平面圆形，直径为D，缓冲块高为H，缓冲块中间为上下通孔结构，直径为d；所述缓冲块的上端面为凹状弧形，其半径R1为1.3H；其侧立面为凸出弧形，其半径R2为1.4D；所述缓冲块中间通孔直径d为（1/5）D。
一种用于汽车底盘纵梁前部的轻型减振缓冲块制备方法，金属橡胶材料选用直径0.3mm不锈钢奥氏体1Cr18Ni9Ti微丝，包括如下步骤：
（1）一次拉拔工序，完成90%的减面率，拉拔后的微丝断面直径为0.1175 mm，然后进行退火热处理以消除加工硬化并恢复期塑性，退火温度450oC ,退火时间33分钟。
（2）二次拉拔工序，完成10%的减面率，拉拔后的微丝断面直径为0.075 mm，再次进行退火处理，消除加工硬化并恢复金属丝的塑性，退火温度350oC ,退火时间23分钟。
（3）螺旋卷缠绕，金属丝在滚轮与锥形型芯之间经碾压而成的，螺旋卷的直径为金属丝的22倍，滚轮转速控制在4000r/min左右。
（4）毛坯制造，将缠绕好的螺旋卷拉伸，使其螺距为螺旋卷直径的1/2，然后将拉伸后的螺旋卷沿着专用模具有序排列铺放，得到金属橡胶坯料。
（5）冲压成型，将制得的金属橡胶毛坯放入冲压模具中，经冲压达到所要求的几何外形及性能，冲压亦可多次循环加压。
（6）预加载强化，即沿其工作受力方向加载，超过临界点后继续加载过量位移，使其过量位移达到正常工作位移的1/3左右，并保持过量位移载荷100小时，以使缓冲块产生一定的塑性变形，从而使缓冲块产生与使用状态反方向的残余应力已达到强化的目的；经预加载强化后，在同样的工作条件下，可提高金属橡胶缓冲块10%～35%的疲劳寿命。
（7）后期处理，对金属橡胶缓冲块进行超声波清洗后，再进行再进行磷化处理或者镀锌防腐处理，其中磷化处理使金属橡胶缓冲块表面生成磷酸盐或磷酸氢盐的结晶膜层，形成金属橡胶缓冲块的表面保护层。
实施例4
如图1-7所示， 一种用于汽车底盘纵梁前部的轻型减振缓冲块，由金属橡胶弹簧制成，其外形如腰鼓状，下端面为平面圆形，直径为D，缓冲块高为H，缓冲块中间为上下通孔结构，直径为d；所述缓冲块的上端面为凹状弧形，其半径R1为1.15H；其侧立面为凸出弧形，其半径R2为1.25D；所述缓冲块中间通孔直径d为（1/4）D。
一种用于汽车底盘纵梁前部的轻型减振缓冲块制备方法，金属橡胶材料选用直径0.4mm不锈钢奥氏体0Cr18Ni9Ti微丝，包括如下步骤：
（1）一次拉拔工序，完成70%的减面率，拉拔后的微丝断面直径为0.2025mm，然后进行退火热处理以消除加工硬化并恢复期塑性，退火温度400oC ,退火时间30分钟。
（2）二次拉拔工序，完成30%的减面率，拉拔后的微丝断面直径为0.075 mm，再次进行退火处理，消除加工硬化并恢复金属丝的塑性，退火温度300oC ,退火时间20分钟。
（3）螺旋卷缠绕，金属丝在滚轮与锥形型芯之间经碾压而成的，螺旋卷的直径为金属丝的20倍，滚轮转速控制在4000r/min左右。
（4）毛坯制造，将缠绕好的螺旋卷拉伸，使其螺距为螺旋卷直径的1/2，然后将拉伸后的螺旋卷沿着专用模具有序排列铺放，得到金属橡胶坯料。
（5）冲压成型，将制得的金属橡胶毛坯放入冲压模具中，经冲压达到所要求的几何外形及性能，冲压亦可多次循环加压。
（6）预加载强化，即沿其工作受力方向加载，超过临界点后继续加载过量位移，使其过量位移达到正常工作位移的1/3左右，并保持过量位移载荷100小时，以使缓冲块产生一定的塑性变形，从而使缓冲块产生与使用状态反方向的残余应力已达到强化的目的；经预加载强化后，在同样的工作条件下，可提高金属橡胶缓冲块10%～35%的疲劳寿命。
（7）后期处理，对金属橡胶缓冲块进行超声波清洗后，再进行再进行磷化处理或者镀锌防腐处理，其中磷化处理使金属橡胶缓冲块表面生成磷酸盐或磷酸氢盐的结晶膜层，形成金属橡胶缓冲块的表面保护层。
Claims (2)
1.一种用于汽车底盘纵梁前部的轻型减振缓冲块的制备方法，包括如下步骤：
（1）一次拉拔工序，通过金属橡胶材料选用不锈钢奥氏体微丝，完成70%～90%的减面率的拉拔，然后进行退火热处理以消除加工硬化并恢复金属丝的塑性，退火温度400～500oC,退火时间30～40分钟；
（2）二次拉拔工序，完成最终10%～30%的减面率的拉拔，再次进行退火处理，消除加工硬化并恢复金属丝的塑性，退火温度300～400oC ,退火时间20～30分钟；
（3）螺旋卷缠绕，金属丝在滚轮与锥形型芯之间经碾压而成的，螺旋卷的直径为金属丝的20～25倍，滚轮转速控制在4000r/min；
（4）毛坯制造，将缠绕好的螺旋卷拉伸，使其螺距为螺旋卷直径的1/2，然后将拉伸后的螺旋卷沿着专用模具有序排列铺放，得到金属橡胶毛坯；
（5）冲压成型，将制得的金属橡胶毛坯放入冲压模具中，经冲压达到所要求的几何外形及性能，冲压亦可多次循环加压；
（6）预加载强化，即沿其工作受力方向加载，超过工作临界点后继续加载过量位移，使其过量位移达到正常工作位移的1/3，并保持过量位移载荷100小时，以使缓冲块产生塑性变形，从而使缓冲块产生与使用状态反方向的残余应力已达到强化的目的；
（7）后期处理，对金属橡胶缓冲块进行超声波清洗后，再进行磷化处理或者镀锌防腐处理，其中磷化处理使金属橡胶缓冲块表面生成磷酸盐或磷酸氢盐的结晶膜层，形成金属橡胶缓冲块的表面保护层。
2.根据权利要求1所述的一种用于汽车底盘纵梁前部的轻型减振缓冲块的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的不锈钢奥氏体微丝为直径0.1～0.5mm的不锈钢奥氏体1Cr18Ni9Ti或0Cr18Ni9Ti微丝。
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Application publication date: 20170419 Assignee: Xuzhou Rongteng Locomotive Co.,Ltd. Assignor: NANJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY Contract record no.: X2024980001822 Denomination of invention: Lightweight vibration damping buffer block and its preparation method for the front part of the longitudinal beam of the automotive chassis Granted publication date: 20190122 License type: Common License Record date: 20240204 |