CN112253674A - 一种液体橡胶复合节点芯轴结构及铸造方法 - Google Patents

一种液体橡胶复合节点芯轴结构及铸造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种液体橡胶复合节点芯轴结构及铸造方法，包括：芯轴、弹性部件、外套、多个空腔及流道，所述空腔内注满阻尼液，多个空腔之间通过流道连通，采用熔点比芯轴材质熔点高的金属管绕制流道，并采用铸造的方式将流道与芯轴一体成型。在铸造之前，对金属管外表面进行喷砂和涂覆耐高温涂料。在铸造过程中，向流道的一端通入高压流体，以保证金属管在浇铸过程中不被熔化的芯轴材质熔融。本发明既保证了液体橡胶复合节点性能，又大幅简化生产工序、提高了生产效率。

Description

一种液体橡胶复合节点芯轴结构及铸造方法
技术领域
本发明涉及一种轨道车辆及汽车的减振的金属橡胶件，具体涉及一种液体橡胶复合节点芯轴结构及铸造方法。
背景技术
高速列车在轨道线路上能够实现快速、平稳的运行，很大程度上依赖于列车转向架上金属橡胶件的减振作用。在行驶的过程中，金属橡胶件通过橡胶的阻尼作用吸收来自地面、机车构件间相对运动产生的能量，从而达到良好的减振效果。在直线行驶时，传统结构的金属橡胶件即可达到减振要求，但是在过曲线时（尤其是高速经过曲线时）传统结构的金属橡胶件由于刚度不可调节，导致其阻尼性能较差。为了解决这一难题，目前出现了一种新型液体橡胶复合节点，这种结构的橡胶节点可以在列车直线高速运行（高频振动）时，提供较大的径向刚度保证运行稳定性，提高临界速度；同时，在过曲线（低频大振幅）时，又可以通过内部液体的阻力作用提供较小的刚度性能保证过曲线性能。
液体橡胶节点工作原理：主要通过在橡胶部件内部设计两种空型腔结构，通过流道设计将两空腔连通，预先在型腔内灌注密封不可压缩的（粘性）液体。在载荷作用下两空腔内的容积发生变化，液体在两腔之间流动产生阻尼，消耗振动能量，达到衰减振动的目的。低频振动时，液体经通道上下流动，起到大阻尼效果，高频率区段液体来不及流动，阻尼值较小，有效隔离振动，且高频振动下动刚度基本稳定保持不变，起到防止动态硬化的作用。系统的频率比基本保持不变，依然起到良好的减振效果。
目前常见的液体橡胶复合节点主要由芯轴、带有多个空洞的隔套、外套组成，通过橡胶将芯轴与带有空洞的隔套硫化粘接在一起，使橡胶与空洞间形成多个液体空腔，液体空腔间通过内部流道连通。
传统的内部流道设计主要有两种：第一种流道方式是将外套分为流道外套和整体外套，在流道外套的外周面上加工出流道凹槽，然后与整体外套的内周面通过过盈配合形成密封的流道体。这种方法的缺点是通过过盈配合形成的流道体容易造成液体的横向窜流，液体橡胶复合节点稳定性较差。第二种是将芯轴分为芯轴本体和芯轴外套，在芯轴本体上加工出凹槽区域，然后将管体流道放置在凹槽内，再加盖芯轴外套进行紧固。这种方法需要预缠绕流道管体、组合芯轴外套，工序复杂、加工困难，严重影响生产效率。
经专利检索，与本发明有一定关系的专利主要有以下专利：
1、申请号为“201610206740 .X”、申请日为“2016.04.05”、公开号为“CN 107282886A”、公开日为“2017.10.24”、名称为“一种内置螺旋盘管水道的铝合金消失模铸造工艺”、申请人为“福建聚能机械制造有限公司”的中国发明专利，该发明公开了一种内置螺旋盘管水道的铝合金消失模铸造工艺，其先预制出一个不锈钢或铜制的螺旋盘管水道，螺旋盘管水道的上下两端分别设有能够从电机壳柱面露出的进水口和出水口，利用发泡模具定位成型，一次成型就能加工出内含预制螺旋盘管水道的一体式电机壳EPS白模，再通过消失模铸造工艺浇注出内部镶嵌有预制螺旋盘管水道的铝合金电机壳，螺旋盘管水道上设有能够与铸造铝合金壳体紧密结合的辅助结构，减少冷热变化产生的内应力，避免壳体开裂，螺旋盘管水道还连接有铸造工艺支撑骨架，能够大批量、稳定可靠的利用消失模铸造具有内置螺旋水道的铝合金电机壳，铸造前不需要在预制螺旋盘管水道内填沙，水道流畅不易堵塞，确保冷却效果好。
2、申请号为“CN201210145647.4”、申请日为“2012.05.11”、公开号为“CN102644693A”、公开日为“2012.08.22”、名称为“一种带液体阻尼橡胶关节动刚度调节方法及橡胶关节”、申请人为“株洲时代新材料科技股份有限公司”的中国发明专利，该发明包括金属外套、橡胶关节、节流通道调节装置等部分，具体结构为橡胶关节外表面设置适当的孔，经在其外表面压装金属外套后形成封闭的空腔，空腔设置于橡胶关节芯轴与外套相对运动方向上，对称分布于橡胶关节轴线的两侧，两个空腔之间通过节流通道相连，这样在橡胶关节的芯轴与外套做相对运动时，芯轴两侧的空腔一侧体积减小，另一侧体积增加，促使体积减小的一侧的液态阻尼介质通过小孔流向体积增大的一侧，液态阻尼介质通过节流通道时由于阻尼作用，产生阻尼力。节流通道可通过调节装置改变其大小，以达到调节阻尼力，得到所需的动刚度。
3、申请号为“201910815522 .X”、申请日为“2019.08.30”、公开号为“CN110388401 A”、公开日为“2019.10.29”、名称为“一种带有管体流道液体橡胶复合节点的形成方法及节点”、申请人为“株洲时代新材料科技股份有限公司”的中国发明专利，该发明公开了一种带有管体流道液体橡胶复合节点的形成方法及节点，其中形成方法是在外套和芯轴之间增设中间隔套，将中间隔套与芯轴通过橡胶硫化粘接在一起，再将形成一体的中间隔套与芯轴装配到外套中；在芯轴中设置管体流道，在中间隔套上挖空形成多个空间，当硫化后，利用橡胶与所述多个空间形成相互独立的多个液体空腔，多个液体空腔中设置有液体且多个液体空腔之间通过管体流道相连通。该发明能提供较小的径向刚度及较大的轴向刚度，实现较大的动静比，从而优化了液体橡胶复合节点的性能。
4、申请号为“201921432663 .5”、申请日为“2019.08.30”、公开号为“CN210889875 U”、公开日为“2020.06.30”、名称为“一种带有管体流道的液体橡胶复合节点”、申请人为“株洲时代新材料科技股份有限公司”的实用新型专利，该实用新型公开了一种带有管体流道的液体橡胶复合节点，包括外套、芯轴和中间隔套，中间隔套与芯轴通过橡胶硫化粘接在一起，中间隔套装配到外套中，在芯轴中设置有管体流道，在中间隔套上还设置有多个空间，当硫化后，利用橡胶与所述多个空间形成相互独立的多个液体空腔，多个液体空腔中设置有液体且多个液体空腔之间通过管体流道相连通。该实用新型能提供较小的径向刚度及较大的轴向刚度，实现较大的动静比，从而优化了液体橡胶复合节点的产品性能。
上述专利都是采用前述的两种流道，存在液体橡胶复合节点稳定性较差或工序复杂、加工困难、生产效率低的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术中存在的缺陷，提供既保证液体橡胶复合节点的稳定性同时大幅简化生产工序、提高生产效率的液体橡胶复合节点芯轴结构及铸造方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种液体橡胶复合节点芯轴结构，所述液体橡胶复合节点包括：芯轴、弹性部件、外套、多个空腔及流道，所述空腔内注满阻尼液，多个空腔之间通过流道连通，采用铸造的方式将流道与芯轴一体成型。既能够保证液体橡胶复合节点性能，又大幅简化生产工序、提高了生产效率。
进一步地，所述流道为线形流道，流道简单、容易制造。
进一步地，所述流道为面形流道，以增加流道长度，增加阻尼效果。
进一步地，所述流道为螺旋形流道，以进一步增加流道长度，进一步增加阻尼效果。
进一步地，所述流道采用熔点比芯轴材质熔点高的金属管绕制，防止流道被熔化的芯轴材质熔融。
进一步地，所述流道的金属管外表面进行喷砂处理，以增大金属管外表面的比表面积，增加流道与芯轴之间的结合强度。
进一步地，所述流道的金属管外表面涂覆耐高温涂料。使金属管具备一定的耐高温性能，在进行浇铸时金属管受到耐高温涂层的保护而不被熔融，制得满足使用要求的金属管体。
本发明还涉及一种液体橡胶复合节点芯轴铸造方法：采用熔点比芯轴材质熔点高的金属管绕制流道，将绕制成型的流道放入芯轴铸造型腔内，向芯轴铸造型腔内浇铸熔化的芯轴材质，将流道与芯轴一体成型。既能够保证液体橡胶复合节点性能，又大幅简化生产工序、提高了生产效率。
进一步地，在铸造过程中向流道的金属管一端通入高压流体；浇铸口设置在铸造箱的底部，熔化的芯轴材质通过底部的浇铸口进入芯轴铸造型腔内，进行浇铸。高压流体能够保证金属管形状的稳定性，以保证金属管在浇铸过程中不被熔化的芯轴材质熔融，同时可以提高金属管与芯轴材质之间的结合效果。
所述液体橡胶复合节点芯轴铸造方法，包括下述步骤：
步骤一：选用熔点比芯轴材质熔点高的金属管绕制流道，对流道的金属管表面进行喷砂处理，并涂覆耐高温涂层；使金属管具备一定的耐高温性能，在进行浇铸时金属管受到耐高温涂层的保护而不被熔融，制得满足使用要求的金属管。
步骤二：采用芯轴模型在铸造箱内制成的芯轴铸造型腔，铸造箱从中间分为上模和下模，在下模的底部设置浇铸口；采用浸没式铸造的方式，以保证在浇铸过程中金属管的空间位置不会发生偏移。
步骤三：将预制好的流道悬空固定在芯轴铸造型腔内，流道的两端伸出至铸造箱外部并固定；避免金属管被堵塞。
步骤四：将上模与下模合拢，将流道的金属管的一端与用来冷却的高压流体管道连接；以保证金属管在浇铸过程中不被熔化的芯轴材质熔融，同时可以提高金属管与芯轴材质之间的结合效果。
步骤五：向流道的金属管内通入高压流体，将熔化的芯轴材质通过浇铸口从底部灌入芯轴铸造型腔内。
步骤六：待芯轴材质完全凝固后停止通入高压流体，打开铸造箱，清除芯轴铸件表面型砂。
本发明的有益效果为：采用熔点比芯轴材质熔点高的金属管绕制流道，并采用铸造的方式将流道与芯轴一体成型，既保证了液体橡胶复合节点性能，又大幅简化生产工序、提高了生产效率。在铸造之前，对金属管外表面进行喷砂以增大金属管外表面的比表面积，增加流道与芯轴之间的结合强度。同时在金属管外表面涂覆耐高温涂料，以保护金属管不被熔融。采用浸没式铸造的方式，以保证在浇铸过程中金属管的空间位置不会发生偏移。在铸造过程中，向流道的一端通入高压流体，以保证金属管在浇铸过程中不被熔化的芯轴材质熔融，保证金属管形状的稳定性，制得满足使用要求的金属管。
附图说明
图1为液体橡胶复合节点结构示意图，
图2为芯轴结构实施例1结构示意图，
图3为芯轴结构实施例2结构示意图，
图4为芯轴结构实施例3结构示意图，
图5为芯轴铸造示意图，
图中：1—芯轴、2—弹性部件、3—外套、4—空腔、5—流道、51—线形流道、511—线形流道端部、52—面形流道、521—面形流道端部、53—螺旋形流道、531—螺旋形流道端部、6—铸造箱、61—芯轴铸造型腔、62—固定夹、Q—高压流体。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的描述：
液体橡胶复合节点如图1所示：包括：芯轴1、弹性部件2、外套3、多个空腔4及流道5，所述空腔4内注满阻尼液，多个空腔4之间通过流道5连通，采用铸造的方式将流道5与芯轴1一体成型。不需要在外套3或芯轴1周面上加工出流道5凹槽，也不存在因流道5的加工和装配造成阻尼液的横向窜流，造成液体橡胶复合节点稳定性较差的问题。只要将浇铸得到的芯轴1铸件进行打磨、修剪金属管等简单工序即可满足后续生产使用，避免了传统方法中需要加工芯轴凹槽、缠绕金属管道、组装芯轴外套等前期繁琐工序。在进行液体橡胶节点制造时，可以直接将本芯轴铸件与开有孔洞的隔套通过橡胶硫化粘接起来，大大优化了液体橡胶节点的制造工序、效率以及成本。
芯轴结构实施例1如图2所示：所述流道5为线形流道51，这种线形流道51流道简单、容易制造。
芯轴结构实施例2如图3所示：所述流道5为面形流道52，这种面形流道52能够增加流道长度，以增加阻尼效果。
芯轴结构实施例3如图4所示：所述流道5为螺旋形流道53，这种螺旋形流道53能够进一步增加流道长度，以进一步增加阻尼效果。
为了避免流道5在浇注时不会被熔化的芯轴材质熔融，流道5采用采用熔点比芯轴材质熔点高的金属管绕制。同时在流道5的金属管外表面涂覆耐高温涂料，在进行浇铸时金属管可以受到耐高温涂层的保护而不被熔融，制得满足使用要求的金属管体。
为了增加流道5与芯轴1之间的结合强度，流道5的金属管外表面进行喷砂处理，以增大金属管外表面的比表面积。
本发明的芯轴铸造方法如图5所示：采用熔点比芯轴材质熔点高的金属管绕制流道5；利用芯轴模型在铸造箱6内制成的芯轴铸造型腔61；将绕制成型的流道5放入芯轴铸造型腔61内；从铸造箱6底部的浇注口向芯轴铸造型腔61内浇铸熔化的芯轴材质，待芯轴材质凝固后就得到了带有流道5的芯轴1。这种芯轴铸件只需要进行打磨和修剪金属管即可满足后续生产使用，避免了传统方法中需要加工芯轴凹槽、缠绕金属管道、组装芯轴外套等前期繁琐工序。在进行液体橡胶节点制造时，可以直接将本芯轴铸件与开有孔洞的隔套通过橡胶硫化粘接起来，大大优化了液体橡胶节点的制造工序、效率以及成本。
为了保证金属管在浇铸过程中不被熔化的芯轴材质熔融，在铸造过程中向流道5的金属管一端通入高压流体Q。
为了保证在浇铸过程中金属螺旋管道的空间位置不会发生偏移，而采用浸没式铸造的方式。将浇铸口设置在铸造箱6的底部，熔化的芯轴材质通过底部的浇铸口进入芯轴铸造型腔61内，进行浇铸。
所述液体橡胶复合节点芯轴铸造方法，包括下述步骤：
步骤一：选用熔点比芯轴材质熔点高的金属管绕制流道5，对流道5的金属管表面进行喷砂处理，并涂覆耐高温涂层；使金属管具备一定的耐高温性能，在进行浇铸时金属管受到耐高温涂层的保护而不被熔融，制得满足使用要求的金属管。
步骤二：采用芯轴模型在铸造箱6内制成的芯轴铸造型腔61，铸造箱1从中间分为上模和下模，在下模的底部设置浇铸口；采用浸没式铸造的方式，以保证在浇铸过程中金属管的空间位置不会发生偏移。
步骤三：将预制好的流道5用固定夹62悬空固定在芯轴铸造型腔61内，流道5的两端伸出至铸造箱6外部并固定；避免金属管被堵塞。
步骤四：将上模与下模合拢，将流道5的金属管的一端与用来冷却的高压流体Q管道连接；以保证金属管在浇铸过程中不被熔化的芯轴材质熔融，同时可以提高金属管与芯轴材质之间的结合效果。
步骤五：向流道5的金属管内通入高压流体Q，将熔化的芯轴材质通过浇铸口从底部灌入芯轴铸造型腔61内。
步骤六：待芯轴材质完全凝固后停止通入高压流体Q，打开铸造箱6，清除芯轴铸件表面型砂。
综上所述：本发明的有益效果为：采用熔点比芯轴材质熔点高的金属管绕制流道，并采用铸造的方式将流道与芯轴一体成型，既保证了液体橡胶复合节点性能，又大幅简化生产工序、提高了生产效率。在铸造之前，对金属管外表面进行喷砂以增大金属管外表面的比表面积，增加流道与芯轴之间的结合强度。同时在金属管外表面涂覆耐高温涂料，以保护金属管不被熔融。采用浸没式铸造的方式，以保证在浇铸过程中金属管的空间位置不会发生偏移。在铸造过程中，向流道的一端通入高压流体，以保证金属管在浇铸过程中不被熔化的芯轴材质熔融，保证金属管形状的稳定性，制得满足使用要求的金属管。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化或变换，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的保护范围，本发明的保护范围应该由各权利要求限定。

Claims (10)

1.一种液体橡胶复合节点芯轴结构，所述液体橡胶复合节点包括：芯轴（1）、弹性部件（2）、外套（3）、多个空腔（4）及流道（5），所述空腔（4）内注满阻尼液，多个空腔（4）之间通过流道（5）连通，其特征在于：采用铸造的方式将流道（5）与芯轴（1）一体成型。
2.根据权利要求1所述的液体橡胶复合节点芯轴结构，其特征在于：所述流道（5）为线形流道（51）。
3.根据权利要求1所述的液体橡胶复合节点芯轴结构，其特征在于：所述流道（5）为面形流道（52）。
4.根据权利要求1所述的液体橡胶复合节点芯轴结构，其特征在于：所述流道（5）为螺旋形流道（53）。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的液体橡胶复合节点芯轴结构，其特征在于：所述流道（5）采用熔点比芯轴材质熔点高的金属管绕制。
6.根据权利要求5所述的液体橡胶复合节点芯轴结构，其特征在于：所述流道（5）的金属管外表面进行喷砂处理。
7.根据权利要求6所述的液体橡胶复合节点芯轴结构，其特征在于：所述流道（5）的金属管外表面涂覆耐高温涂料。
8.一种液体橡胶复合节点芯轴铸造方法，其特征在于：采用熔点比芯轴材质熔点高的金属管绕制流道（5），将绕制成型的流道（5）放入芯轴铸造型腔（61）内，向芯轴铸造型腔（61）内浇铸熔化的芯轴材质，将流道（5）与芯轴（1）一体成型。
9.根据权利要求8所述的液体橡胶复合节点芯轴铸造方法，其特征在于：在铸造过程中向流道（5）的金属管一端通入高压流体（Q）；浇铸口设置在铸造箱（6）的底部，熔化的芯轴材质通过底部的浇铸口进入芯轴铸造型腔（61）内，进行浇铸。
10.根据权利要求9所述的液体橡胶复合节点芯轴铸造方法，其特征在于：包括下述步骤：
步骤一：选用熔点比芯轴材质熔点高的金属管绕制流道（5），对流道（5）的金属管表面进行喷砂处理，并涂覆耐高温涂层；
步骤二：采用芯轴模型在铸造箱（6）内制成的芯轴铸造型腔（61），铸造箱（1）从中间分为上模和下模，在下模的底部设置浇铸口；
步骤三：将预制好的流道（5）悬空固定在芯轴铸造型腔（61）内，流道（5）的两端伸出至铸造箱（6）外部并固定；
步骤四：将上模与下模合拢，将流道（5）的金属管的一端与用来冷却的高压流体（Q）管道连接；
步骤五：向流道（5）的金属管内通入高压流体（Q），将熔化的芯轴材质通过浇铸口从底部灌入芯轴铸造型腔（61）内；
步骤六：待芯轴材质完全凝固后停止通入高压流体（Q），打开铸造箱（6），清除芯轴铸件表面型砂。
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