CN108019455A - 干摩擦阻尼金属材料及其制造和使用方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于改进金属产品中的振动阻尼性能的方法和系统。该产品包含干摩擦、层状金属阻尼材料，该干摩擦、层状金属阻尼材料具有嵌入其中的由捆绑的金属丝的金属丝绳组成的一个或多个编织网层。绳可以用薄层金属套住。编织各个绳以形成网格层，一些绳位于第一或Y方向，其它绳位于第二或X方向。通过滚压、成型或挤出将一个或多个网格层与金属基体连接。可以优化滚压、成型或挤出的工艺参数以便实现绳恰当地嵌入金属板，其中将绳牢固地锁入金属板，金属材料在线缆的外表面上流动而不在金属丝之间渗透。

Description

干摩擦阻尼金属材料及其制造和使用方法

技术领域

本发明涉及具有增强的阻尼能力的材料。更具体地，本发明涉及具有增强的减振性能的干摩擦阻尼、层状金属阻尼材料。阻尼材料具有一层或多层板状的金属原材料和一层或多层网格形式的编织金属丝。编织金属丝是绳索或缆绳的形式并且可以是装有护套的或未装有护套的。多个独立的金属丝要么是线性的要么相对于彼此扭转。至少一个板和编织金属丝的至少一个网格经受滚压、成型或挤出形成金属阻尼材料。层状金属材料具有包括但不限于机动车和非机动车产品二者的宽范围的应用。

背景技术

与具有由金属材料制造的部件的工业机械、机动车以及家用电器的运转相关的不受欢迎的噪声和振动是显著的、反复发生的、以及顾客抱怨原始设备制造商的难以处理的来源。所需补救工作的数量和费用给机械工程的成就的改进制造了压力。

大多数已知的运转的机器由于它们的移动部件的固有的不平衡而产生振动和噪声。不受欢迎的振动和噪声还由在运动中支撑运转的机器(或发动机)或承受负载的结构的动态载荷造成。在当机器或结构的固有的振动频率与外加激发的频率相符的情况下，可能发生机械或结构工程系统的共振。

由于在机械和结构工程中使用的典型的常规的金属材料具有相对低的阻尼能力，因此系统共振可能不仅导致讨厌的噪声级和振动级，而且可能甚至由于由诱导应力的循环变化造成的金属疲劳而导致整个系统的故障。因此，需要增强金属材料的阻尼能力以便抑制不受欢迎的共振，从而阻止不受欢迎的噪声和振动级或由金属疲劳而造成的甚至整个系统的故障。

鉴于目前发展水平，提供新的金属材料是有利地，该金属材料显示了通过在滚压、成型或挤出操作期间将一个或多个金属丝绳嵌入金属材料中带来的改进振动阻尼，利用了金属丝间摩擦的益处来阻止工业机器、机动车、以及具有由金属材料制成的部件的家用电器的不希望的噪音和振动。

因此，在制造工艺的许多领域总是有改进通常在机械和结构部件各方面使用的与金属材料有关的不受欢迎的相关噪声和振动的空间。

发明内容

本发明提供了用于形成具有增强的振动阻尼性能的金属材料的方法和系统，该系统可以包括一个或多个板状的金属原材料层和一个或多个编织金属丝(金属丝绳或线缆)束，该编织金属丝束例如以网格的形式布置，该网格被竖直叠加，然后经历滚压、成型或挤出。可以优化滚压、成型或挤出的工艺参数以便实现线缆恰当的嵌入金属板，从而将线缆牢固地锁入金属板，同时金属材料在线缆的外表面上流动而不在各个金属丝之间渗透。通过使用软钎焊或硬钎焊工艺可以实现线缆外表面和金属材料之间的焊接质量的改进。

编织网层包含多个装有护套或未装有护套的金属丝绳，每个绳包含一个或多个金属丝。编织各个金属丝绳以便形成网格层，一些绳位于第一或Y方向，另一些绳位于第二或X方向。如果装有护套的话，护套由薄的金属层形成。

生成的材料的阻尼性能的增加是由于在嵌入式线缆内的金属丝间的干摩擦，根据使用新材料的结构的动态载荷，该干摩擦在各个金属丝的表面之间形成。特别地，尽管由于低成本和实用性，圆形的横截面是优选的选择，但是金属绳的各个金属丝可以具有任意的横截面，同时各个绳显示出201MPa或更高的抗拉强度。

根据本发明的金属绳的均匀布局的其它可行的示例包括但不限于这样的布局：其中，至少一个金属绳的或至少一个编织金属绳束的各个金属丝以缠绕或随机的方式布置的布局，各个绳和绳束以网格的形式或缠绕的形式相结合的布局，金属绳以不同长度的纤维的形式以随机或特定的模式取向的布局，以及这样的布局的组合。另外，可以布置可以是连续的形式或非连续的形式(例如纤维)以及这些形式的组合的金属丝绳以创建均匀或非均匀分布的具有预定尺寸和形状的所需的自定义标记，例如作为公司的标志或商标。

当结合附图并根据以下优选实施例的具体说明，以上优点和其它的优点和特征将变得显而易见。

附图说明

为了更完整的理解本发明，现在对本发明的在附图中更加详细示出的和通过以下示例的方式描述的实施例作出参考，附图中：

图1是根据本发明的一个实施例的层状金属阻尼材料的一部分的截面图，说明了上部的金属丝网层和下部的金属板；

图2是根据本发明的另一实施例的层状金属阻尼材料的一部分的截面图，说明了上部和下部的金属丝网层以及下部的金属板；

图3是根据本发明的又一实施例的类似于图1所示的实施例的层状金属材料但示出了金属丝网层的装有护套的金属丝的层状金属材料的一部分的截面图；

图4是根据本发明的一个实施例的一部分所示的金属丝网层的俯视图；

图5是根据本发明的另一个实施例的一部分所示的类似于图4所示的实施例但示出了装有护套的金属丝的金属丝网层的俯视图；

图6是根据本发明的包括层状金属阻尼材料的示例性部件的透视图；

图7A是根据本发明的非均匀布局的捆绑的金属丝的示例；

图7B是根据本发明的均匀布局的捆绑的金属丝的示例；

图8A是根据本发明的以缠绕形式布置的至少一个金属绳或编织金属绳束的各个金属丝的示例；

图8B是根据本发明的以随机的形式布置的至少一个金属绳或编织金属绳束的各个金属丝的示例；

图9A是根据本发明的以网格形式组合的各个绳和绳束的示例；

图9B是根据本发明的以缠绕形式组合的各个绳索和绳束的示例；

图10A是根据本发明的以具有不同长度的纤维形式随机取向的金属绳的示例；

图10B是根据本发明的以具有不同长度的纤维形式以特定形式取向的金属绳的示例；

图11A是具有预定尺寸和形状的非均匀分布的自定义标记的示例；

图11B是具有预定尺寸和形状的均匀分布的自定义标记的示例；

图12A是本发明的金属绳的独立的金属丝的横截面，其具有圆形形状的横截面；

图12B是本发明的金属绳的独立的金属丝的横截面，其具有三角形形状的横截面；

图12C是本发明的金属绳的独立的金属丝的横截面，其具有平行四边形形状的横截面；

图12D是本发明的金属绳的独立的金属丝的横截面，其具有五边形形状的横截面；

图12E是本发明的金属绳的独立的金属丝的横截面，其具有六边形形状的横截面；

图12F是本发明的金属绳的独立的金属丝的横截面，其具有正方形形状的横截面；以及

图12G是本发明的金属绳的独立的金属丝的横截面，其具有长方形形状的横截面。

具体实施方式

在以下附图中，相同的附图标记将用于表示相同的部件。在以下附图中，不同的操作参数和部件说明不同结构的实施例。这些具体的参数和部件包含在示例中但不意味着限制。

所附的附图示出了本发明，在附图中示出了可供替换的实施例，包括：干摩擦阻尼、层状金属阻尼材料以及层状的金属阻尼材料的可行的应用，该干摩擦阻尼、层状金属阻尼材料包括：具有单层未装有护套的编织金属丝网的金属板，在两层未装有护套的编织金属丝之间的金属板，具有单个的后来装有护套的编织金属丝网的金属板。应当理解的是本发明的其它的变形是可行的，包括但不限于具有装有护套的和未装有护套的编织金属丝网层的组合的层状金属阻尼材料。

参照图1，根据本发明的实施例的干摩擦阻尼、层状金属阻尼材料的一部分总体表示为10。层状金属阻尼材料10包括由捆绑的金属丝网12限定的上层和具有金属原材料14的下层。金属原材料14可以是任何一种适合于特定应用的金属材料。

捆绑的金属丝网12包括多个独立的金属丝，该独立的金属丝被捆在一起形成在第一方向X上延伸的金属丝绳阵列16，以及在第二方向Y上延伸的金属丝绳阵列18，其中示出了单个的金属丝绳18。应当理解的是金属丝绳阵列16和金属丝绳阵列18可以是单个的金属丝或可以是如图所示的多束单个的金属丝。

在本发明中使用的如图1和其它附图所示的金属丝的长度和直径仅仅是示意性的，而不是为了限制。类似地，如图所示的金属丝的数量、直径以及内部结构也仅仅是示意性的。形成绳的独立的金属丝可以以线性或螺旋的方式配置。图1的金属丝以螺旋的方式排列。

可以包括更多或更少数量的金属丝。通过调节独立的减振绳索的长度和直径，以及通过调节金属丝的数量、直径和内部结构，根据本发明的阻尼特性几乎可以为了非常广泛的应用而无限制地调整。尽管在该应用时可以选择其它金属，但优选金属丝由钢制成。金属丝绳可以由相同的金属或不同的金属制成。

参照图2，根据本发明的另外的实施例的层状金属阻尼材料的一部分总体表示为20。层状金属阻尼材料20包括由上部捆绑的金属丝网22限定的上层，由下部捆绑的金属丝网24限定的下层，以及具有金属原材料26的中间层。如同以上所述的有关图1的金属原材料14，金属原材料26可以是任何一种适合于特定应用的金属材料。

上部捆绑的金属丝网22包括多个独立的金属丝，该独立的金属丝被捆在一起形成在第一方向X上延伸的金属丝绳阵列28，以及在第二方向Y上延伸的金属丝绳阵列30，其中示出了单个的金属丝绳30。下部捆绑的金属丝网24包括多个独立的金属丝，该独立的金属丝被捆在一起形成在第一方向X上延伸的金属丝绳阵列32，以及在第二方向Y上延伸的金属丝绳阵列34，其中示出了单个金属丝绳34。应当理解的是金属丝绳阵列28、30、32和34可以由单个的金属丝或可以由多束单个的金属丝构成。

参照图3，根据本发明的又一实施例的层状金属阻尼材料的一部分总体表示为40。层状金属阻尼材料40包括由捆绑的金属丝网42限定的上层和具有金属原材料44的下层。金属原材料44可以是任何一种适合于特定应用的金属材料。

为了确保金属丝自由移动并且增加阻尼能力，独立的金属丝可以被集体包裹在完全包围所有金属丝的薄的金属护套中。因此，捆绑的金属丝网42包括多个被包裹在薄的金属护套48中的独立的金属丝46以便形成在第一方向X上延伸的装有护套的金属丝绳阵列50，以及多个被包裹在薄的金属护套54中的独立的金属丝52以便形成在第二方向Y上延伸的金属丝绳阵列56。每个护套可以由与金属丝相同的材料或不同的材料形成。

金属丝的空间分布可以具有特定的模式以便增加在使用时生成的材料的可能具有最高振动振幅的区域中大部分的阻尼能力。相应地，薄的金属护套可以被用来仅仅覆盖需要阻尼增强的金属材料区域中的独立的线缆的一些部分。

图4和5中的俯视图说明了本发明的层状金属阻尼材料的两个实施例。参照图4，示出了从顶部看的总体表示为60的层状金属阻尼材料的一个实施例。层状金属阻尼材料60包括截面图所示的形成于金属原材料64之上的未装有护套的金属丝网62。金属原材料64可以是任何一种适合于特定应用的金属材料。

未装有护套的捆绑的金属丝网62包括多个独立的金属丝，该独立的金属丝被捆在一起形成在第一方向X上延伸的金属丝绳阵列66，以及在第二方向Y上延伸的金属丝绳阵列68。应当理解的是金属丝绳阵列66和金属丝绳阵列68可以由单个的金属丝构成或可以是多束单个的金属丝。另外，金属丝绳阵列66和68的密度可以大于或小于如图所示的金属丝绳阵列的密度。

图5示出了本发明的层状金属阻尼材料的另一实施例，在图5中，示出了从顶部看的总体表示为70的层状金属阻尼材料。层状金属阻尼材料70包括截面图所示的形成于金属原材料74之上的装有护套的金属丝网72。如同图4所示的实施例的金属原材料64，金属原材料74可以是任何一种适合于特定应用的金属材料。

装有护套的捆绑的金属丝网72包括多个独立的金属丝，该独立的金属丝被捆在一起形成在第一方向X上延伸的金属丝绳阵列76。每个金属丝绳76包括护套78。装有护套的金属丝网束72进一步包括在第二方向Y上延伸的金属丝绳阵列80。每个金属丝绳80包括护套82。应当理解的是装有护套的金属丝绳阵列76和装有护套的金属丝绳阵列89可以由单个的金属丝构成或可以是多束单个的金属丝。另外，金属丝绳阵列76和80的密度可以大于或小于如图所示的金属丝绳阵列的密度。

如前所述，本发明的干摩擦阻尼、层状金属阻尼材料可以在包括机动车和非机动车的宽范围内使用。没有限制地，机动车应用包括车身外板和结构，也包括冲压的悬挂部件。特定的部件包括车身结构子系统、车身仪表板和车颈、车身侧部和围侧板、前端子系统、前部结构、前侧门、前悬架子系统、前悬架元件、前轮毂和心轴以及转向节、后悬架子系统、以及后悬架元件。

图6示出了一个这样的部件(减振器塔)的立体图，其总体表示为90。减振器塔90包括本体92和减振器柱端口94。

示出了在金属层98的下方并且邻近金属层98的干摩擦阻尼、层状金属阻尼材料96的一部分。应当理解的是阻尼材料可以形成于整个金属层98的下方以便形成减振器塔90或可以策略性地仅设置在部分减振器塔90的下方。还可以理解的是阻尼材料96可以根据需要夹在金属层98和下部的金属层(未示出)之间。因此，图6所示的本发明的实施例的结构是如何有选择地使用干摩擦阻尼、层状金属阻尼材料96的示例，可以将干摩擦阻尼、层状金属阻尼材料96调整为最大阻尼来应对特定的应用。

为了形成包含本发明的干摩擦阻尼、层状金属阻尼材料的目的，根据优选的应用准备了独立的、装有护套的或未装有护套的金属丝绳。然后将金属丝绳编织在一起稍后形成网。然后通过滚压、成型或挤出将一个或多个网层附接至固体金属层。

生成的材料的阻尼性能的增加是由于在嵌入式线缆内的金属丝间的干摩擦，根据使用新材料的结构的动态载荷，该干摩擦在各个金属丝的表面之间形成。为了确保特定用途所要求的足够的材料强度，可以优化滚压、成型或挤出的工艺参数以便实现线缆恰当地嵌入金属板，其中，线缆被牢固地锁入金属板，金属材料在线缆的外表面上流动而不在各个金属丝之间渗透。通过使用软钎焊或硬钎焊工艺可以实现线缆外表面和金属材料之间的粘结质量的改进。例如，可以用软纤焊材料涂覆金属材料中的线缆，然后放置在金属板上并且经历至少一次滚压、成型或挤出操作用于安置并嵌入金属板。之后，用适合的焊剂涂覆金属板的嵌入的线缆表面，并且将表面加热直至焊接涂层熔化。

如上所述，根据本发明的金属丝绳的均匀布置的其它可行的示例是可以预期的。这样的选择包括但不限于这样的布局：其中，至少一个金属绳的或至少一个编织金属绳束的各个金属丝以缠绕或随机的方式布置的布局，各个绳或绳束以网格的形式或缠绕的形式相结合的布局，金属绳以不同长度的纤维的形式以随机或特定的模式取向的布局，以及这样的布局的组合。

参照图7A，非均匀布局的捆绑的金属丝的示例表示为100。非均匀布局的捆绑的金属丝100包括多个独立的金属丝102。

参照图7B，均匀布局的捆绑的金属丝的示例表示为104。均匀布局的捆绑的金属丝104包括与多个同轴的金属丝环108相交的径向金属丝106。

图8A示出了总体表示为110的缠绕的形式的金属绳或编织金属绳束的各个金属丝的示例。缠绕的编织或金属绳束110包括多个独立的金属丝112。

图8B示出了总体表示为114的随机形式的至少一个金属绳的或至少一个编织金属绳束的各个金属丝的示例。随机的编织或金属绳束114包括多个独立的和大体上直的金属丝116。

图9A和9B示出了与以上所述的以及图4和5中具体示出的组合有金属丝网的非线性金属丝。具体地，并且参照图9A，总体表示为120的金属丝和网格的组合包括金属丝网基部122(包含在X和Y方向的金属丝)，金属丝网基部122具有形成为重叠图案的网格的相交的、非线性的金属丝124和126。参照图9B，总体表示为130的金属丝和网格的组合包括金属丝网基部132(也包含在X和Y方向上的金属丝)，金属丝网基部132具有形成为重叠的、缠绕的金属丝阵列的各个绳和绳束134。

如图10A和10B所示，可以提供具有不同长度的增强纤维形式的金属绳。参照图10A，示出了随机取向的具有不同长度的金属绳142的阵列140。参照图10B，示出了相对于背景结构154以特定形式排列的具有不同长度的金属绳152的阵列150。

正如以上所述，可以布置可以是连续的形式或非连续的形式(例如纤维)以及这些形式的组合的金属丝绳来创建均匀或非均匀分布的具有预定尺寸和形状的所需的自定义标记。在图11A中，示出了非均匀布置的自定义形成的网格标记162的阵列160。在图11B中，示出了均匀布置的自定义形成的网格标记172的阵列170。除了提供具有增强的振动阻尼性能的金属材料以外，图11A和11B中示出的自定义的标记还可以在如公司商标和标志这样特定的用途中获得应用。

图12A到12G示出了本发明的在网格绳中单独或组合使用的独立的金属丝的可行的横截面。这样的可行的横截面的示例包括图12A示出的具有圆形形状的金属丝180，图12B示出的具有三角形形状的金属丝182，图12C示出的具有平行四边形形状的金属丝184，图12D示出的具有五边形形状的金属丝186，图12E示出的具有六边形形状的金属丝188，图12F示出的具有正方形形状的金属丝190，以及图12G示出的具有矩形形状的金属丝192。用于形成本发明的绳的其它形状或形状的组合的金属丝是可行的。

本领域技术人员从这样的讨论、以及从所附附图和权利要求将容易认识到可以作出不同的改变、修改和变化，而无需脱离本发明的由以下权利要求所限定的真正的精神和公平的范围。

Claims (20)

1.一种用于物品的干摩擦阻尼、层状阻尼材料，所述材料包含：

金属基体，所述金属基体具有第一和第二侧面；

编织网，所述编织网至少部分地嵌入所述基体的所述第一侧面，所述编织网包含由多个捆绑的金属丝形成的交织在一起的纵向和横向的绳阵列，由此所述金属丝相对于彼此的表面的滑动运动抑制了所述物品的共振。

2.根据权利要求1所述的用于物品的干摩擦阻尼、层状阻尼材料，其中至少一些所述绳具有外部护套。

3.根据权利要求2所述的用于物品的干摩擦阻尼、层状阻尼材料，其中所述外部护套是金属。

4.根据权利要求1所述的用于物品的干摩擦阻尼、层状阻尼材料，进一步包括与所述基体的所述第二侧面连接的第二编织网。

5.根据权利要求4所述的用于物品的干摩擦阻尼、层状阻尼材料，其中所述第二编织网通过将所述第二编织网至少部分地嵌入所述基体的所述第二侧面而连接至所述基体的所述第二侧面。

6.根据权利要求1所述的用于物品的干摩擦阻尼、层状阻尼材料，其中所述金属丝线性或螺旋地布置。

7.一种用于物品的干摩擦阻尼、层状阻尼材料，所述材料包含：

金属基体，所述金属基体具有第一和第二侧面；

编织网，所述编织网至少部分地嵌入所述基体的所述第一侧面，所述编织网包含与横向金属绳阵列交织在一起的纵向金属绳阵列。

8.根据权利要求7所述的用于物品的干摩擦阻尼、层状阻尼材料，其中至少一些所述金属绳包括单个金属丝。

9.根据权利要求7所述的用于物品的干摩擦阻尼、层状阻尼材料，其中至少一些所述金属绳包括多个金属丝。

10.根据权利要求9所述的用于物品的干摩擦阻尼、层状阻尼材料，其中所述多个金属丝线性地或螺旋地布置。

11.根据权利要求7所述的用于物品的干摩擦阻尼、层状阻尼材料，其中至少一些所述绳具有外部护套。

12.根据权利要求11所述的用于物品的干摩擦阻尼、层状阻尼材料，其中所述外部护套是金属。

13.根据权利要求7所述的用于物品的干摩擦阻尼、层状阻尼材料，进一步包括与所述基体的所述第二侧面连接的第二编织网。

14.根据权利要求13所述的用于物品的干摩擦阻尼、层状阻尼材料，其中所述第二编织网通过将所述第二编织网至少部分地嵌入所述基体的所述第二侧面而连接至所述基体的所述第二侧面。

15.一种用于形成用于物品的干摩擦阻尼、层状阻尼材料的方法，所述方法包含：

形成具有第一和第二侧面的金属基体；

形成多个绳，每个所述绳包含多个相邻的金属丝；

使所述绳在横向和纵向方向上交织在一起以形成交织网层；以及

将所述网层至少部分地嵌入至所述基体的所述第一侧面上。

16.根据权利要求15所述的用于形成用于物品的干摩擦阻尼、层状阻尼材料的方法，包括将至少一些所述多个金属丝装在金属护套中以形成装有护套的绳。

17.根据权利要求15所述的用于形成用于物品的干摩擦阻尼、层状阻尼材料的方法，其中所述交织网层是第一层，以及所述方法进一步包括使所述绳在纵向和横向方向上交织在一起以形成第二交织网层，以及将所述第二编织网层至少部分地嵌入至所述基体的所述第二侧面上。

18.根据权利要求15所述的用于形成用于物品的干摩擦阻尼、层状阻尼材料的方法，包括通过选自由滚压、成型和挤出组成的组中的方法将所述编织网层与所述基体连接。

19.根据权利要求15所述的用于形成用于物品的干摩擦阻尼、层状阻尼材料的方法，包括通过选自由软钎焊和硬钎焊组成的组中的方法将所述编织网层与所述基体焊接的进一步的步骤。

20.根据权利要求15所述的用于形成用于物品的干摩擦阻尼、层状阻尼材料的方法，包括在将所述绳嵌入所述基体之前用硬钎焊材料涂覆所述绳的步骤。