CN109261852A - 基于螺旋金属丝缠绕的空心圆台金属橡胶构件制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于螺旋金属丝缠绕的空心圆台金属橡胶构件制备工艺，该方法利用数控全自动金属橡胶毛坯缠绕设备或人工缠绕的方式在带有锥度的缠绕芯轴上制备毛坯；采用圆台形冲压模具对毛坯进行冲压成型，利用退模辅件对成型后的金属橡胶构件进行退模，提高了成型后金属橡胶构件的成型质量；对金属橡胶成品进行真空回火处理消除成型过程的残余应力并避免在热处理过程中发生金属丝氧化，使金属橡胶构件性能更稳定，解决了空心圆台形金属橡胶构件制备的技术难题。通过改变空心圆台的尺寸和金属丝的材料及直径、螺旋卷的簧径及螺距、构件的密度等参数，可以制备具有不同三向减隔振性能的金属橡胶构件，以满足不同工况的需要。

Description

基于螺旋金属丝缠绕的空心圆台金属橡胶构件制备工艺

技术领域

本发明涉及一种基于螺旋金属丝缠绕的空心圆台金属橡胶构件制备工艺。

背景技术

随着科学技术的发展，传统的橡胶隔振器已远远不能满足要求，迫切需要研制高性能的三向隔振器。高分子橡胶材料抗高低温特性较差，无法用于苛刻的高低温、高油污的环境。金属橡胶（Matal Rubber/Wire Mesh）是近年来科学家在克服普通橡胶缺点的探索过程中发明的一种新型高弹性、大阻尼材料。金属橡胶是冷拔金属细丝经缠绕螺旋卷、定距拉伸、编织毛坯、冲压成形及后处理等一系列工艺制备成的弹性多孔材料。

目前，金属橡胶构件已被用于三向隔振器，如：一种可变频率的金属丝网三向隔振器（ZL 201420339561.X）、一种干摩擦型三向抗强冲击隔振缓冲器（ZL 201410696537.6）。已有的基于金属橡胶的三向减振器主要是采用空心圆柱形、长（正）方形等常见形状的金属橡胶构件，为实现三向减振的目的隔振器的结构通常较为复杂。空心圆台形金属橡胶（见图1）可沿轴向和径向发生变形，同时变形过程中内部金属丝之间将相互挤压已耗散能量，可满足三向减振要的要求，但相关制备工艺尚属空白。

发明内容

本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是金属橡胶的三向减振器主要是采用空心圆柱形、长（正）方形等常见形状的金属橡胶构件，为实现三向减振的目的隔振器的结构通常较为复杂相关制备工艺尚属空白。

本发明的具体实施方案是：基于螺旋金属丝缠绕的空心圆台金属橡胶构件制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，选取金属丝，采用专用绕丝机将其绕制成密匝螺旋卷；

第二步，准备带有一定锥度的缠绕芯轴，将第一步形成的密匝螺旋卷缠绕在缠绕芯轴上形成金属橡胶毛坯；

第三步，采用圆台形冲压模具对毛坯进行冲压成型；

所述冲压模具包括工作台，所述工作台上方具有用于置入金属橡胶毛坯的外套，所述外套内下部具有成型垫块，所述成型垫块中部固定有纵向设置用于形成中空圆台的成型芯轴，所述成型芯轴上部套设有置于金属橡胶毛坯上部的成型压块，所述成型压块上方置放有辅助成型压套，所述辅助成型压套的上方具有由驱动装置驱动的冲头；

将金属橡胶毛坯放入成型垫块与成型压块之间，成型芯轴穿过成型毛坯中部，成型压块、成型芯轴、外套和成型垫块形成的密闭空腔即金属橡胶的成形空腔；

所述外套及辅助成型压套为空心圆筒状，辅助成型压套的外径比外套的内径小，辅助成型压套的内径比成型芯轴的外径大，以避免往金属橡胶构件压制成型过程中辅助压套与成型芯轴发生尺寸干涉。

辅助成型压套放置在成型压块上方，用于传递冲头的成形压力，并确保在冲头碰到定位块之前成型压块能有足够的垂向运动距离；

本实施例中驱动装置液压机，液压机驱动冲头向下运动并推动辅助成型压套和成型压块往下运动，成型压块往下运动的过程中将压缩金属橡胶毛坯，金属橡胶毛坯被压制成型变成金属橡胶制品。

第四步，利用退模辅件对冲压成型后的空心圆台形金属橡胶构件进行退模；

第五步，对成型后的空心圆台形金属橡胶构件进行修整和清洗，去除表面的毛刺和污物；

第六步，在真空炉内对清洗完的空心圆台形金属橡胶构件进行回火处理，以消除金属橡胶构件成型后其内部金属丝的残余应力并避免回火过程金属丝发生高温氧化。

进一步的，所述密匝螺旋卷进行定螺距拉伸后缠绕在缠绕芯轴上。

进一步的，所述成型垫块中部具有锥状的凸起，所述成型压块下表面中部具有与凸起相互配合的凹槽。

进一步的，第三步中为保证成型后金属橡胶成品的高度尺寸，在外套上方放置有定位块，定位块为圆筒状。当液压机冲头碰到定位块后，由于定位块与外套的刚性约束可限制液压机冲头的下行，保证金属橡胶成型尺寸符合规范。

进一步的，所述退模辅件包括退模压套，退模垫套及缓冲垫组成，所述退模压套为空心圆筒状，其外径比辅助成型压套的外径小，其内径大于成型芯轴的外径，退模垫套为空心圆筒状，其内径比外套的外径小，并比外套的内径大，用于架高外套以保证退模过程中成型压块、成型芯轴、成型垫块、金属橡胶成品有足够的下落空间。

退模时，将退模垫套安装在外套与工作台之间，把缓冲垫放置在退模压套内，把退模压套放置在辅助成型压套上方，取下定位块，冲头向下运动并推动退模压套、辅助成型压套、成型压块、成型芯轴、金属橡胶成品、成型垫块等往下运动，使成型压块与外套脱离，退模压套、辅助成型压套、成型压块、成型芯轴、金属橡胶成品、成型垫块等将在重力的作用下自由下落至缓冲垫，之后出成型芯轴，并取下成型压块和成型垫块即可获得金属橡胶成品。

进一步的，所述缓冲垫可为橡胶或海绵等弹性物质，以避免退模过程中成型垫块与液压机工作台之间发生刚性碰撞。

进一步的，所述成型压块、成型芯轴、外套和成型垫块均采用耐磨性较好的40Cr材料。

进一步的，外套的外表面安装有两手柄以方便外套的搬卸。

进一步的，在真空炉内对清洗完的空心圆台形金属橡胶构件进行回火处理，启动真空泵对真空度不低于0.08MPa，之后将金属橡胶构件放进450℃～500℃的炉腔内并保持2两小时，然后取出空冷。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明涉及一种基于螺旋金属丝缠绕的空心圆台形金属橡胶构件制备工艺方法，该方法利用数控全自动金属橡胶毛坯缠绕设备或人工缠绕的方式在带有锥度的缠绕芯轴上制备毛坯；采用圆台形冲压模具对毛坯进行冲压成型，利用退模辅件对成型后的金属橡胶构件进行退模，提高了成型后金属橡胶构件的成型质量，尺寸及性能一致性好；对金属橡胶成品进行真空回火处理消除成型过程的残余应力并避免在热处理过程中发生金属丝氧化，使金属橡胶构件性能更稳定，解决了空心圆台形金属橡胶构件制备的技术难题。通过改变空心圆台的尺寸（上顶面直径、下底面直径、高度）和金属丝的材料及直径、螺旋卷的簧径及螺距、构件的密度等参数，可以制备具有不同三向减隔振性能的金属橡胶构件，以满足不同工况的需要。

附图说明

图1 为空心圆台形金属橡胶构件示意图。

图2 为缠绕毛坯示意图。

图3 为毛坯安装后的工位示意图。

图4 为金属橡胶压制成型时的工位示意图。

图5 为退模前的工位示意图。

图6 为退模后的工位示意图。

图中1为缠绕芯轴，2为螺旋卷，3为液压机冲头，4为辅助成型压套，5为定位块，6为成型压块，7为成型芯轴，8为金属橡胶毛坯，9为外套，10为成型垫块，11为液压机工作台，12为金属橡胶成品，13为退模压套，14为退模垫套，15为缓冲垫。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

如图1～6所示，本发明提出的空心圆台形金属橡胶构件制备工艺方法是这样实现的：

第一步，选取金属丝，采用专用绕丝机将其绕制成密匝螺旋卷；

根据所制备空心圆台形金属橡胶构件的技术指标要求，选择金属丝的材料和直径，直径范围为0.1～0.4mm，在专用绕丝机(参见发明专利“绕丝机”，专利号为ZL201320258105.8，公开日为2013年12月25日)上将金属丝绕制成密匝螺旋卷，螺旋卷直径控制为金属丝径的5～15倍，以保证成型后的圆台形金属橡胶构件内部螺旋卷线匝勾连良好。

第二步，利用数控全自动金属橡胶毛坯缠绕设备制备毛坯/或手工绕制毛坯；

为方便金属橡胶毛坯从缠绕芯轴上取下，将缠绕芯轴设计成带有一定锥度（1°～5°）。缠绕毛坯有两种方法：采用申请人发明的“薄壁圆环形金属橡胶构件制备工艺方法”(专利号为ZL201410216768.2)中使用的数控全自动金属橡胶毛坯缠绕设备，对密匝金属丝螺旋卷进行定螺距拉伸（拉伸后的螺距与螺旋卷的直径相等），并按照设定的轨迹将定螺距拉伸后的螺旋卷1缠绕到带有锥度的缠绕橡胶芯轴2上制成金属橡胶毛坯8（图2）；由人工将密匝螺旋卷的螺距按预定值拉开，然后有人工将拉伸后的螺旋卷1缠绕到带有锥度的缠绕芯轴2上制成金属橡胶毛坯8。金属橡胶毛坯8缠绕完成后，将其沿缠绕芯轴2的轴线方向取下。

第三步，采用圆台形冲压模具对毛坯进行冲压成型；

按照图3所示在液压机工作台11上安装好金属橡胶毛坯8、成型模具及成型辅助工装。圆台形冲压模具由成型压块6、成型芯轴7、外套9和成型垫块10组成，这四个组件形成的密闭空腔即金属橡胶的成形空腔，直接决定了金属橡胶成品12的形状与尺寸。金属橡胶成型过程中金属丝会在成型空腔内滑动，容易导致冲压模具的损坏，因此，成型压块6、成型芯轴7、外套9和成型垫块10均采用耐磨性较好的材料（如40Cr）进行机加工并进行调质处理以增强成型空腔的硬度和耐磨性。成型压块6、成型芯轴7、外套9和成型垫块10的安装间隙应小于金属丝的直径，以避免加工过程中出现卡丝导致模具损坏的现象。外套9为空心圆筒状，其外圆柱面上安装有两手柄以方便外套9的搬卸。成型辅助工装主要包括辅助成型压套4和定位块5。辅助成型压套4的外径比外套9的内径小（允许有较大的间隙），辅助成型压套4的内径比成型芯轴7的外径大，以避免往金属橡胶构件压制成型过程中辅助压套与成型芯轴发生尺寸干涉，同时为减轻辅助成型压套4的重量，通常取壁厚为10mm~15mm。考虑到金属橡胶构件的成形压力需要经辅助成型压套4传递，但不存在金属丝导致的磨损问题，因此可选用45号钢进行机加工并进行调质处理以增加辅助成型压套4的硬度。辅助成型压套4放置在成型压块6上方，用于传递液压机冲头3的成形压力，并确保在液压机冲头3碰到定位块之前成型压块6能有足够的垂向运动距离。为保证成型后金属橡胶成品12的高度尺寸，在外套9上方放置有定位块5。定位块5为圆筒状，受力条件较好，采用普通的钢材加工即可，无需热处理。当液压机冲头3碰到定位块5后，由于定位块5与外套9的刚性约束可限制液压机冲头3的下行。

启动液压机使液压机冲头3向下运动并推动辅助成型压套4和成型压块6往下运动，成型压块6往下运动的过程中将压缩金属橡胶毛坯8。当液压机冲头3压到定位块5时，即图4所示工位，此时金属橡胶毛坯8已被压制成型变成金属橡胶制品12。

第四步，利用退模辅件对冲压成型后的空心圆台形金属橡胶构件进行退模；

退模辅件由退模压套13，退模垫套14，缓冲垫15组成。退模压套13为空心圆筒状，其外径比辅助成型压套4的外径小，其内径大于成型芯轴7的外径。退模压套13承受的力并不大，因此从节约成本和轻量化的角度可将其外径与外套的外径相近的薄壁圆筒，采用普通钢材加工即可，无需热处理。退模垫套14为空心圆筒状，其内径比外套9的外径小，并比外套9的内径略大，用于架高外套以保证退模过程中成型压块6、成型芯轴7、成型垫块10、金属橡胶成品12有足够的下落空间。缓冲垫15可为橡胶或海绵等弹性物质，以避免退模过程中成型垫块10与液压机工作台11之间发生刚性碰撞。

将退模垫套14安装在外套9与液压机工作台11之间，把缓冲垫15放置在退模压套13内（成型垫块10的下方），把退模压套13放置在辅助成型压套4上方，取下定位块5，即图5所示的状态。启动液压机使液压机冲头3向下运动并推动退模压套13、辅助成型压套4、成型压块6、成型芯轴7、金属橡胶成品12、成型垫块10等往下运动。当液压机冲头3运动到使成型压块6与外套9脱离时,即图6所示状态，退模压套13、辅助成型压套4、成型压块6、成型芯轴7、金属橡胶成品12、成型垫块10等将在重力的作用下自由下落至缓冲垫15。紧接着拔出成型芯轴7，并取下成型压块6和成型垫块10即可获得金属橡胶成品12。

第五步，对成型后的空心圆台形金属橡胶构件进行修整和清洗，去除表面的毛刺和污物。

第六步，在真空炉内对清洗完的空心圆台形金属橡胶构件进行回火处理。启动真空泵对真空炉抽真空使其真空度保持在不低于0.08MPa的水平，将金属橡胶构件放进450℃~500℃的炉腔内并保持2两小时，然后取出空冷。

本发明的基于螺旋金属丝缠绕的空心圆台形金属橡胶构件制备工艺方法，可利用数控全自动金属橡胶毛坯缠绕设备在带有锥度的缠绕芯轴2上制备毛坯或手工在带有锥度的缠绕芯轴上绕制毛坯，有利于从缠绕芯轴上取下毛坯；采用圆台形冲压模具对毛坯进行冲压成型，利用退模辅件对成型后的金属橡胶构件进行退模，提高了成型后金属橡胶构件的成型质量，尺寸及性能一致性好；对金属橡胶成品进行真空回火处理以消除成型过程的残余应力并避免在热处理过程中发生金属丝氧化，使金属橡胶构件性能更稳定，解决了空心圆台形金属橡胶构件制备的技术难题。通过改变空心圆台的尺寸（上顶面直径、下底面直径、高度）和金属丝的材料及直径、螺旋卷的簧径及螺距、构件的密度等参数，可以制备具有不同三向减隔振性能的金属橡胶构件，以满足不同工况的需要。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (9)

1.基于螺旋金属丝缠绕的空心圆台金属橡胶构件制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，选取金属丝，采用专用绕丝机将其绕制成密匝螺旋卷；

第二步，准备带有一定锥度的缠绕芯轴，将第一步形成的密匝螺旋卷进行定螺距拉伸后缠绕在缠绕芯轴上形成金属橡胶毛坯；

第三步，采用圆台形冲压模具对毛坯进行冲压成型；

所述冲压模具包括工作台，所述工作台上方具有用于置入金属橡胶毛坯的外套，所述外套内下部具有成型垫块，所述成型垫块中部固定有纵向设置用于形成中空圆台的成型芯轴，所述成型芯轴上部套设有置于金属橡胶毛坯上部的成型压块，所述成型压块上方置放有辅助成型压套，所述辅助成型压套的上方具有由驱动装置驱动的冲头；

将金属橡胶毛坯放入成型垫块与成型压块之间，成型芯轴穿过成型毛坯中部，成型压块、成型芯轴、外套和成型垫块形成的密闭空腔即金属橡胶的成型空腔；

所述外套及辅助成型压套为空心圆筒状，辅助成型压套的外径比外套的内径小，辅助成型压套的内径比成型芯轴的外径大，以避免往金属橡胶构件压制成型过程中辅助压套与成型芯轴发生尺寸干涉；

辅助成型压套放置在成型压块上方，用于传递冲头的成形压力，并确保在冲头碰到定位块之前成型压块能有足够的垂向运动距离；

所述驱动装置液压机，液压机驱动冲头向下运动并推动辅助成型压套和成型压块往下运动，成型压块往下运动的过程中将压缩金属橡胶毛坯，金属橡胶毛坯被压制成型变成金属橡胶制品；

第四步，利用退模辅件对冲压成型后的空心圆台形金属橡胶构件进行退模；

第五步，对成型后的空心圆台形金属橡胶构件进行修整和清洗，去除表面的毛刺和污物；

第六步，在真空炉内对清洗完的空心圆台形金属橡胶构件进行回火处理，以消除金属橡胶构件成型后其内部金属丝的残余应力并避免回火过程金属丝发生高温氧化。

2.根据权利要求1所述的基于螺旋金属丝缠绕的空心圆台金属橡胶构件制备工艺，其特征在于，所述密匝螺旋卷进行定螺距拉伸后缠绕在缠绕芯轴上。

3.根据权利要求1所述的基于螺旋金属丝缠绕的空心圆台金属橡胶构件制备工艺，其特征在于，所述成型垫块中部具有锥台状的凸起，所述成型压块下表面中部具有与凸起相互配合的凹槽。

4.根据权利要求1所述的基于螺旋金属丝缠绕的空心圆台金属橡胶构件制备工艺，其特征在于，第三步中为保证成型后金属橡胶成品的高度尺寸，在外套上方放置有定位块，定位块为圆筒状；

当液压机冲头碰到定位块后，由于定位块与外套的刚性约束可限制液压机冲头的下行，保证金属橡胶成型尺寸符合规范。

5.根据权利要求1所述的基于螺旋金属丝缠绕的空心圆台金属橡胶构件制备工艺，其特征在于，所述退模辅件包括退模压套，退模垫套及缓冲垫组成，所述退模压套为空心圆筒状，其外径比辅助成型压套的外径小，其内径大于成型芯轴的外径，退模垫套为空心圆筒状，其内径比外套的外径小，并比外套的内径大，用于架高外套以保证退模过程中成型压块、成型芯轴、成型垫块、金属橡胶成品有足够的下落空间；

退模时，将退模垫套安装在外套与工作台之间，把缓冲垫放置在退模压套内，把退模压套放置在辅助成型压套上方，取下定位块，冲头向下运动并推动退模压套、辅助成型压套、成型压块、成型芯轴、金属橡胶成品、成型垫块等往下运动，使成型压块与外套脱离，退模压套、辅助成型压套、成型压块、成型芯轴、金属橡胶成品、成型垫块等将在重力的作用下自由下落至缓冲垫，之后出成型芯轴，并取下成型压块和成型垫块即可获得金属橡胶成品。

6.根据权利要求1所述的基于螺旋金属丝缠绕的空心圆台金属橡胶构件制备工艺，其特征在于，所述缓冲垫可为橡胶或海绵等弹性物质，以避免退模过程中成型垫块与液压机工作台之间发生刚性碰撞。

7.根据权利要求1所述的基于螺旋金属丝缠绕的空心圆台金属橡胶构件制备工艺，其特征在于，所述成型压块、成型芯轴、外套和成型垫块均采用耐磨性较好的40Cr材料。

8.根据权利要求1所述的基于螺旋金属丝缠绕的空心圆台金属橡胶构件制备工艺，其特征在于，外套的外表面安装有两手柄以方便外套的搬卸。

9.根据权利要求1所述的基于螺旋金属丝缠绕的空心圆台金属橡胶构件制备工艺，其特征在于，在真空炉内对清洗完的空心圆台形金属橡胶构件进行回火处理，启动真空泵对真空度不低于0.08MPa，之后将金属橡胶构件放进450℃～500℃的炉腔内并保持2两小时，然后取出空冷。