CN110345185A - 一种金属橡胶预制件及其制备和金属橡胶环的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属橡胶预制件及其制备和金属橡胶环的制备方法。该金属橡胶预制件包括：芯体，包括若干“○”型编织层，每一“○”型编织层包括由金属丝绕制而成的若干“○”型结构，相邻层间的相邻“○”型结构不完全重合；包覆体，包覆在所述芯体的外部，包括若干第一斜线型编织层，每一第一斜线型编织层由金属丝沿同一倾斜方向缠绕而成，相邻第一斜线型编织层间的金属丝成第一“×”型结构。该金属橡胶预制件未填充模具或编织工艺尺，可以满足大型金属橡胶预制件的制备。本发明还提供金属橡胶环的制备，将金属橡胶预制件缠绕在芯轴上，对其进行编织形成金属橡胶毛坯件，压制成型，该方法可避免金属橡胶的分层和开裂。
Description
技术领域
本发明涉及航天火箭发动机领域，具体涉及一种金属橡胶预制件及其制备和金属橡胶环的制备方法。
背景技术
航天火箭发动机及航空发动机双转子系统等动力学领域都需要阻尼弹性支撑，该结构设计有阻尼环和弹性支撑两种结构，阻尼环提供部分刚度和全部阻尼，弹性支撑提供部分刚度，设计合理的阻尼弹性支撑可使转子机械平稳的通过临界转速，降低同步进动或者异步进动的振动。因旋转结构多伴随高低温，温度区间横跨-40℃-100℃，因此常用金属材质的阻尼环和弹性支撑来调节支撑刚度并提供阻尼。
运载火箭发动机的主涡轮泵是一种典型的旋转机械，其结构大，在低温、振动等恶劣环境下工作，这使得常规橡胶基减振器无法作为阻尼环来使用。而随着我国对金属丝网阻尼环的设计能力提高，更多大型金属丝网阻尼环应用到转子结构中作为阻尼环的设计材料。
拉伸后的金属螺旋丝按一定方式编织、缠绕成所需要的几何形状的毛坯，即是金属丝网的编织过程。编织方式是金属丝网元件的弹性阻尼性能、强度性能和外观形貌的重要影响因素。金属丝网的编织工艺分为出丝、绕卷、拉伸、编织、模压等。丝材直径和材质的选择、绕卷工艺及簧径大小设计、编织方法的选择及模压速率等都影响着金属丝网减振的性能。金属丝网阻尼环的编制方法有很多种，但核心都是对弹簧螺旋卷拉伸后编织使得金属丝能彼此咬合，在承载和使用过程，丝与丝之间的接触点在有相对位移时实现摩擦，从而起到阻尼作用。
金属丝网的编织方法决定着阻尼特性，目前常规尺寸金属丝网的编织常利用模具或者单独制作的编织工艺尺。但对于大型金属丝网而言，由于使用的金属丝量和结构尺寸较大，工艺尺和模具附件直接填充的方法都无法满足实际加工工艺要求，同时带有预紧力的编织也使得入模具后的冷压工艺变得异常艰难。此外，由于大型金属丝网阻尼在高度尺寸上比较大，传统成型后，金属丝网在冷压成型方向上容易分层和开裂。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种金属橡胶预制件及其制备和金属橡胶环的制备方法。具体技术方案如下：
一种金属橡胶预制件，包括，
芯体，包括若干“○”型编织层，每一“○”型编织层包括由金属丝绕制而成的若干“○”型结构，相邻层间的相邻“○”型结构不完全重合；
包覆体，包覆在所述芯体的外部，包括若干第一斜线型编织层，每一第一斜线型编织层由金属丝沿同一倾斜方向缠绕而成，相邻第一斜线型编织层间的金属丝成第一“×”型结构。
所述金属丝为螺旋状结构；所述螺旋结构的螺距与直径相等。
所述“○”型结构的大小为15-25倍金属丝外径；以“○”型结构的面积计，相邻层间的相邻“○”型结构重叠40％。
进一步地，上述“○”结构可以是正圆、椭圆等规则或不规则圆形；各“○”结构的大小和形状可以相同，也可以不同。
所述第一“×”型结构具有一60度的夹角。
所述金属橡胶预制件为长方体结构。
本发明还提供一种制备上述金属橡胶预制件的制备方法，包括，
芯体的制备：
绕制金属丝形成若干“○”型结构形成一“○”型编织层，在所述“○”型编织层上继续形成若干层“○”型编织层；
包覆体的制备：
由金属丝沿同一倾斜方向缠绕所述芯体形成一第一斜线型编织层，围绕所述第一斜线型编织层延所述倾斜方向相反的方向，倾斜缠绕形成另一第一斜线型编织层，以上述方法继续缠绕形成若干第一斜线型编织层，相邻第一斜线型编织层间的金属丝成第一“×”型结构。
在制备芯体前，绕制金属丝成螺旋卷、定距拉伸形成螺旋状结构。
在芯体的制备过程中，
在一平面内，绕制金属丝形成若干“○”型结构以填充所述平面，形成一“○”型编织层，在所述“○”型编织层上继续形成若干层“○”型编织层。
本发明提供一种金属橡胶环的制备方法，包括，
将上述金属橡胶预制件缠绕在芯轴上；
对缠绕在芯轴上的所述金属橡胶预制件进行编织形成金属橡胶毛坯件；
压制所述金属橡胶毛坯件成型金属橡胶环。
对缠绕在芯轴上的所述金属橡胶预制件进行编织形成金属橡胶毛坯件的步骤包括，
由金属丝沿同一倾斜方向对缠绕在芯轴上的所述金属橡胶预制件再次进行缠绕，形成第二斜线型编织层，围绕所述第二斜线型编织层延所述倾斜方向相反的方向，倾斜缠绕形成另一第二斜线型编织层，以上述方法继续缠绕形成若干第二斜线型编织层，相邻第二斜线型编织层间的金属丝成第二“×”型结构。
所述第二“×”型结构具有一30度的夹角；所述30度和所述60度的夹角的对角线与所述芯轴垂直。
以所述金属橡胶毛坯件的外径计，其具有窄径端和宽径端，压制所述金属橡胶毛坯件成型金属橡胶环时，由窄径端向宽径端压制。
进一步地，由金属丝对缠绕在芯轴上的所述金属橡胶预制件再次进行缠绕时，通过控制缠绕的斜线型编织层数，使得所述金属橡胶毛坯具有窄径端和宽径端，并且表面平整。
所述宽径端的外径是窄径端的2倍。
所述金属橡胶预制件的长度是金属橡胶环内孔周长的4倍，宽度是金属橡胶环厚度的4倍。
以金属丝总质量计，所述“○”型结构的金属丝用量为70wt％，所述第一“×”型结构的金属丝用量为20wt％，所述第二“×”型结构的金属丝用量为10wt％。
本发明技术方案，具有如下优点：
1、本发明提供的金属橡胶预制件包括“○”型编织层和“×”型结构，该金属橡胶预制件未填充模具或编织工艺尺，可以满足大型金属橡胶预制件的制备。
2、本发明提供的金属橡胶预制件的制备方法，未利用模具或编织工艺尺，而是对传统的层间铺设方法与工艺尺方法进行改良、细化和结合，采用“○”型和“X”型相结合的编织方法进行大型金属橡胶预制件的编织。一方面，提高了金属丝之间接触点的啮合，使得金属橡胶预制件同比其他拥有更大阻尼。另一方面，较传统方法，本发明方法更细化，操作更有规程，可以更好地控制金属橡胶预制件的加工质量；金属丝网编织更紧密，同样体积下，可准许的编织质量更大，使得成型后的体积不受限制，硬件设备足够的话，理论上可以无限大。
3、本发明提供的金属橡胶环的制备方法，采用“○”型和“X”型相结合的编织方法进行大型金属橡胶预制件的编织，将金属橡胶预制件缠绕在芯轴上后进行编织形成金属橡胶毛坯件，最后压制成型。首先，该制备方法采用“○”型和“X”型相结合的编织方法形成金属橡胶毛坯件，未利用模具或编织工艺尺，可满足大型金属橡胶环的制备；其次，金属橡胶预制件与金属橡胶毛坯件的编织，优化了传统工艺的加工工序衔接，降低了大质量金属橡胶毛坯件冷冲压成型的填充难度，解决了现有技术中大质量金属橡胶在成型方向上的分层和开裂问题。
4、本发明将金属橡胶预制件缠绕在芯轴上后，对金属橡胶预制件进行第二“×”型结构的缠绕，形成金属橡胶毛坯件。一方面，第二“X”型编织使得金属丝网在轴向带有一定预紧力，提高金属丝网外表面的平整性，避免大尺寸金属橡胶的分层和开裂；另一方面，金属橡胶毛坯的窄径端和宽径端设置，使得由窄径端向宽径端压制时，窄径端内陷，可增大金属橡胶的阻尼性能，进一步避免大尺寸金属橡胶的分层和开裂。
5、本发明提供的金属橡胶环的制备方法中，“○”型编织和第二“X”型编织是成型的核心。“○”型编织决定成型的内部核心，关系到性能的一致性和均匀性。第二“X”型编织决定成型后的表面质量，尤其会影响是否分层；第二“X”型编织使得金属丝网在轴向带有一定预紧力，提高金属丝网外表面的平整性，避免金属橡胶的分层和开裂。
此外，“○”型编织的角度和铺排方式会影响阻尼性能，本发明“○”型编织中，“○”型结构的大小以20倍金属螺旋丝外径为宜，相邻层间的相邻“○”型结构重叠面积40％。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中“○”型编织层的示意图；
图2是本发明实施例中第一“×”型结构的示意图；
图3是本发明实施例中金属橡胶毛坯件的示意图；
附图标记说明：
1-“○”型结构；2-第一斜线型编织层。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例1
金属橡胶预制件，包括芯体和包覆体，其制备包括如下步骤：
将100g金属丝缠绕、拉伸为螺旋状结构，螺旋结构的螺距与直径相等，备用。
在一平面内，绕制螺旋状金属丝形成若干“○”型结构以填充所述平面，形成一“○”型编织层(如图1所示，螺旋圈的大小为20倍金属丝外径)，在该“○”型编织层上继续形成若干层“○”型编织层。以“○”型结构的面积计，相邻层间的相邻“○”型结构重叠40％。“○”型编织层所用金属丝为70g，形成的若干层“○”型编织层作为芯体。
由螺旋状金属丝沿同一倾斜方向缠绕上述芯体形成一第一斜线型编织层，围绕该第一斜线型编织层延所述倾斜方向相反的方向，倾斜缠绕形成另一第一斜线型编织层，以上述方法继续缠绕形成若干第一斜线型编织层，相邻第一斜线型编织层间的金属丝成第一“×”型结构(如图2所示)，第一“×”型结构具有一60度的夹角。第一“×”型结构所用金属丝为20g。
实施例2
金属橡胶环的制备，包括如下步骤：
将100g金属丝缠绕、拉伸为螺旋状结构，螺旋结构的螺距与直径相等，备用。
在一平面内，绕制螺旋状金属丝形成若干“○”型结构以填充所述平面，形成一“○”型编织层(如图1所示，螺旋圈的大小为20倍金属丝外径)，在该“○”型编织层上继续形成若干层“○”型编织层。以“○”型结构的面积计，相邻层间的相邻“○”型结构重叠40％。“○”型编织层所用金属丝为70g，形成的若干层“○”型编织层作为芯体。
由螺旋状金属丝沿同一倾斜方向缠绕上述芯体形成一第一斜线型编织层，围绕该第一斜线型编织层延所述倾斜方向相反的方向，倾斜缠绕形成另一第一斜线型编织层，以上述方法继续缠绕形成若干第一斜线型编织层，相邻第一斜线型编织层间的金属丝成第一“×”型结构(如图2所示)，得到金属橡胶预制件。第一“×”型结构具有一60度的夹角，第一“×”型结构所用金属丝为20g。金属橡胶预制件的长度是841.52×4mm，宽度是48mm。
将上述金属橡胶预制件缠绕在芯轴上，并用螺旋状金属丝沿同一倾斜方向对缠绕在芯轴上的金属橡胶预制件再次进行缠绕，形成第二斜线型编织层，围绕该第二斜线型编织层延其倾斜方向相反的方向，倾斜缠绕形成另一第二斜线型编织层，以上述方法继续缠绕形成若干第二斜线型编织层，相邻第二斜线型编织层间的金属丝成第二“×”型结构，形成金属橡胶毛坯件。第二“×”型结构具有一30度的夹角，第二“×”型结构所用金属丝为10g。
上述金属橡胶毛坯件压制成型，形成金属橡胶环。该金属橡胶环的内孔周长为841.52mm，厚度是12mm。
本实施例制备的金属橡胶环表面平整，在成型方向上无分层和开裂问题。
实施例3
金属橡胶环的制备，包括如下步骤：
将100g金属丝缠绕、拉伸为螺旋状结构，螺旋结构的螺距与直径相等，备用。
在一平面内，绕制螺旋状金属丝形成若干“○”型结构以填充所述平面，形成一“○”型编织层(如图1所示，螺旋圈的大小为20倍金属丝外径)，在该“○”型编织层上继续形成若干层“○”型编织层。以“○”型结构的面积计，相邻层间的相邻“○”型结构重叠40％。“○”型编织层所用金属丝为70g，形成的若干层“○”型编织层作为芯体。
由螺旋状金属丝沿同一倾斜方向缠绕上述芯体形成一第一斜线型编织层，围绕该第一斜线型编织层延所述倾斜方向相反的方向，倾斜缠绕形成另一第一斜线型编织层，以上述方法继续缠绕形成若干第一斜线型编织层，相邻第一斜线型编织层间的金属丝成第一“×”型结构(如图2所示)，得到金属橡胶预制件。第一“×”型结构具有一60度的夹角，其对角线与芯轴垂直，第一“×”型结构所用金属丝为20g。金属橡胶预制件的长度是841.52×4mm，宽度是48mm。
将上述金属橡胶预制件缠绕在芯轴上，并用螺旋状金属丝沿同一倾斜方向对缠绕在芯轴上的金属橡胶预制件再次进行缠绕，形成第二斜线型编织层，围绕该第二斜线型编织层延其倾斜方向相反的方向，倾斜缠绕形成另一第二斜线型编织层，以上述方法继续缠绕形成若干第二斜线型编织层，相邻第二斜线型编织层间的金属丝成第二“×”型结构，形成金属橡胶毛坯件。通过控制缠绕的斜线型编织层数，使得形成的金属橡胶毛坯具有窄径端和宽径端(宽径端的外径是窄径端的2倍)，如图3所示。第二“×”型结构具有一30度的夹角，其对角线与芯轴垂直，第二“×”型结构所用金属丝为10g。
上述金属橡胶毛坯件由窄径端向宽径端压制成型，形成金属橡胶环。该金属橡胶环的内孔周长为841.52mm，厚度是12mm。
本实施例制备的金属橡胶环表面平整，在冷冲压成型方向上无分层和开裂问题。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (13)
1.一种金属橡胶预制件，其特征在于，包括，
芯体，包括若干“○”型编织层，每一“○”型编织层包括由金属丝绕制而成的若干“○”型结构，相邻层间的相邻“○”型结构不完全重合；
包覆体，包覆在所述芯体的外部，包括若干第一斜线型编织层，每一第一斜线型编织层由金属丝沿同一倾斜方向缠绕而成，相邻第一斜线型编织层间的金属丝成第一“×”型结构。
2.根据权利要求1所述的金属橡胶预制件，其特征在于，所述金属丝为螺旋状结构；所述螺旋结构的螺距与直径相等。
3.根据权利要求1或2所述的金属橡胶预制件，其特征在于，所述“○”型结构的大小为15-25倍金属丝外径；以“○”型结构的面积计，相邻层间的相邻“○”型结构重叠40％。
4.根据权利要求1-3任一所述的金属橡胶预制件，其特征在于，所述第一“×”型结构具有一60度的夹角。
5.根据权利要求1-4任一所述的金属橡胶预制件，其特征在于，所述金属橡胶预制件为长方体结构。
6.一种制备权利要求1-5任一所述金属橡胶预制件的制备方法，包括，
芯体的制备：
绕制金属丝形成若干“○”型结构形成一“○”型编织层，在所述“○”型编织层上继续形成若干层“○”型编织层；
包覆体的制备：
由金属丝沿同一倾斜方向缠绕所述芯体形成一第一斜线型编织层，围绕所述第一斜线型编织层延所述倾斜方向相反的方向，倾斜缠绕形成另一第一斜线型编织层，以上述方法继续缠绕形成若干第一斜线型编织层，相邻第一斜线型编织层间的金属丝成第一“×”型结构。
7.根据权利要求6所述的金属橡胶预制件的制备方法，其特征在于，
在制备芯体前，绕制金属丝成螺旋卷、定距拉伸形成螺旋状结构。
8.根据权利要求6或7所述的金属橡胶预制件的制备方法，其特征在于，在芯体的制备过程中，
在一平面内，绕制金属丝形成若干“○”型结构以填充所述平面，形成一“○”型编织层，在所述“○”型编织层上继续形成若干层“○”型编织层。
9.一种金属橡胶环的制备方法，包括，
将权利要求1-5任一所述金属橡胶预制件缠绕在芯轴上；
对缠绕在芯轴上的所述金属橡胶预制件进行编织形成金属橡胶毛坯件；
压制所述金属橡胶毛坯件成型金属橡胶环。
10.根据权利要求9所述的金属橡胶环的制备方法，其特征在于，对缠绕在芯轴上的所述金属橡胶预制件进行编织形成金属橡胶毛坯件的步骤包括，
由金属丝沿同一倾斜方向对缠绕在芯轴上的所述金属橡胶预制件再次进行缠绕，形成第二斜线型编织层，围绕所述第二斜线型编织层延所述倾斜方向相反的方向，倾斜缠绕形成另一第二斜线型编织层，以上述方法继续缠绕形成若干第二斜线型编织层，相邻第二斜线型编织层间的金属丝成第二“×”型结构。
11.根据权利要求10所述的金属橡胶环的制备方法，其特征在于，所述第二“×”型结构具有一30度的夹角；所述30度和所述60度的夹角的夹角的对角线与所述芯轴垂直。
12.根据权利要求9-11任一项所述的金属橡胶环的制备方法，其特征在于，以所述金属橡胶毛坯件的外径计，其具有窄径端和宽径端，压制所述金属橡胶毛坯件成型金属橡胶环时，由窄径端向宽径端压制。
13.根据权利要求12所述的金属橡胶环的制备方法，其特征在于，所述宽径端的外径是窄径端的2倍。
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