EA001764B1

EA001764B1 - Витое проволочное изделие

Info

Publication number: EA001764B1
Application number: EA199900955A
Authority: EA
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Техника И Технология Метизного Производства
Priority date: 1999-09-01
Filing date: 1999-09-01
Publication date: 2001-08-27
Also published as: EA199900955A1

Abstract

Изобретение относится к металлургическому производству в области обработки проволоки и изготовления витых проволочных изделий из нее и может быть отнесено к классу канатов и кабелей, преимущественно металлокорду и другим витым структурам. Целью изобретения является повышение агрегатной и усталостной прочности витых структур типа металлокорд, состоящих из пяти и более проволок, свиваемых в три и более пряди, а также увеличение его адгезии к резине и другим армируемым материалам. Поставленная цель достигается тем, что витая структура состоит из трех прядей по пять проволок в каждой, соединенных спиральной свивкой при условии, что отношение диаметра проволок «δ» к диметру описанной вокруг витой структуры окружности «D» составляет δ/D<0,184 и приближается к величине δ/D=0,175. Предлагаются также витые структуры, отвечающие вышеуказанному отношению за счет введения в центральную часть прядей и витой структуры органических волокон. Предлагаются вышеуказанные витые структуры с отношением δ/D<0,175 за счет введения дополнительных органических волокон, создающих зазоры Δмежду проволоками и Δмежду прядями. Отношение δ/D<0,175 предлагается также обеспечивать за счет увеличения числа проволок в пряди больше пяти и числа прядей больше трех.

Description

Изобретение относится к металлургическому производству в области обработки проволоки и изготовления витых структур из нее, в частности к производству канатов и кабелей, преимущественно металлокорда и других витых изделий.

Известно витое проволочное изделие [1], содержащее соединенные спиральной свивкой три пряди, состоящие из спирально свитых пяти проволок в каждой, причем отношение диаметра проволок δ, свитых в прядь, к диаметру Ό описанной вокруг витого изделия окружности находится в пределах 0,185<δ/ϋ<0,206.

Недостатком указанной витой структуры является то, что соотношение 0,185<δ/ϋ<0,206 может выполняться лишь при условии образования пятью проволоками в поперечном сечении пряди овальной формы, полученной при ее радиальном сжатии, например, в результате пластического обжатия витого изделия в рихтовальных или других обжимных устройствах. Однако это приводит ко вторичному изгибу проволок на малых радиусах овала и снижает прочностные и усталостные свойства витых изделий.

В качестве прототипа принято витое изделие [2], получаемое скручиванием многочисленных прядей, состоящих из скрученных многочисленных латунированных стальных нитей и нитей из органических волокон, уложенных в зазоры между соседними прядями и имеющих диаметр такой, чтобы они не выдавались за пределы круга, описанного вокруг витого изделия.

Недостатком прототипа является изменение круглой формы пустотелых прядей, как и у аналога, в результате их смятия при радиальной деформации, что приводит к выходу органических волокон за пределы описанного вокруг прядей круга и снижению качества витой структуры.

Задача, решаемая изобретением, заключается в обеспечении регулярной геометрической формы спирали и круглой формы поперечного сечения прядей с целью повышения прочностных и усталостных свойств витого изделия, а также адгезионных свойств резинокордового композита при применении его в качестве армирующего материала в шинах и других резинотехнических изделиях.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, состоит в обеспечении условий свивки, препятствующих неравномерной деформации проволок, ведущей к искажению круглой формы поперечного сечения прядей и возникновению в проволоках напряжений вторичного изгиба.

Постановленная задача решается в предлагаемом витом изделии тем, что отношение диаметра проволок δ к диаметру витого изделия Ό, свитого из трех прядей, состоящих из пяти проволок в каждой пряди, обеспечивают равным δ/Ο<0,184, предпочтительнее ближе к величине δ/ϋ=0,175, которая наиболее точно определяет круглую форму поперечного сечения пряди этой структуры.

Для этой цели ограничивают формоизменение пустотелых прядей при пластической обработке в процессе свивки корда, контролируя соблюдение отношения δ/Ο<0,184, преимущественно добиваясь значения δ/Ο=0,175.

Сохранение круглой формы пустотелой пряди, например, 1\5\δ предлагается также обеспечивать заполнением ее центральной части органическими нитями, помещая их внутрь пряди путем навивки на эти нити наружных проволок.

С целью получения открытости витого изделия, например, состоящего из трех прядей по пять проволок в каждой, предлагается обеспечивать отношение δ/Ο<0,175, которое способствует лучшему проникновению резины в структуру армирующего материала, что повысит физико-механические характеристики резинокордового композита. Указанное отношение достигается за счет увеличения радиуса свивки прядей соответствующей деформацией изгиба их по спирали, в том числе путем навивки проволок и/или прядей на сердечник из органических нитей, подбирая их число и диаметр так, чтобы проволоки и/или пряди отделялись друг от друга зазорами, создавая открытость витой структуры для проникновения армируемого материала, например резины.

В общем случае предлагаются металлоорганические витые структуры для армирования резинокордовых композитов, содержащие органические нити в центральной части пустотелых прядей и/или в центре свитого из прядей изделия, структуре которого отвечает формула к+(к+п) х т, где к - число нитей из органического материала, η - число проволок в прядях, т число прядей в витом изделии. В частном случае п=5, т=3, к зависит от величины δ и необходимой степени открытости витой структуры.

Сравнение с аналогом показывает, что предлагаемое витое изделие, состоящее из трех прядей по пять проволок в каждой с отношением диаметра проволок δ к диаметру Ό описанного вокруг него круга, составляющим δ/Ο<0,184 и близким к значению δ/ϋ=0,175, имеет пряди с поперечным сечением, близким к кругу, что снижает напряжения вторичного изгиба проволок и повышает агрегатную и усталостную прочность металлокорда.

Дальнейшее уменьшение отношения δ/Ο<0,175 создает условия для получения проволочной витой структуры, открытой для проникновения армируемого материала, например резины, к внутренним проволокам прядей, что уменьшает потери прочности проволок в результате снижения контактных нагрузок между прядями и проволоками, повышает адгезию ме таллокорда к резине и усталостную долговечность резинокордового композита.

Сравнение с прототипом свидетельствует о том, что применение органических нитей в центральной части прядей и/или металлокорда, состоящего из этих прядей, обеспечивает форму поперечного сечения пустотелых прядей, близкую к кругу, как в процессе свивки и пластической деформации элементов металлокорда, так и при его эксплуатации в составе резинокордового композита в шинах и других резинотехнических изделиях, что повышает надежность их работы.

Кроме того, введение дополнительных органических нитей в центральную часть прядей и/или металлокорда позволяет получить любую заданную степень открытости металлокорда для проникновения резины внутрь витой структуры, что повышает ее адгезионные свойства и коррозионную стойкость в составе резинокордового композита и улучшает демпфирующие свойства шины.

Исходя из вышеизложенного делается вывод о том, что изобретение соответствует требованиям новизны и изобретательского уровня, так как исследованные известные технические решения не позволяют решить поставленную задачу.

Изобретение поясняется чертежами, на которых показано поперечное сечение витой структуры 3х5х8, состоящей из трех прядей по пять проволок с условным диаметром δ в каждой пряди. Условный диаметр описанной вокруг витой структуры окружности равен единице Ό=1,0.

На фиг. 1а показана витая структура согласно аналогу с отношением 0,185<δ/ϋ<0,206 из овальных прядей, полученных в результате радиального смещения проволок к центру структуры.

На фиг. 1Ь показана геометрически правильная витая структура 3х5хδ, имеющая Ό=1,0, где обозначено τ=δ/2, г_пр - радиус описанной окружности вокруг пряди, К - радиус свивки прядей, необходимых для расчета величины δ.

На фиг. 2а приведена витая структура 3х5хδ, пряди которой содержат в центральной части органические нити (заштриховано), позволяющие сохранить круглую форму прядей при деформации.

На фиг. 2Ь изображена та же структура, что и на фиг. 2а, но в ее центральную часть введены органические нити, создающие опору для прядей и снижающие контактные нагрузки между проволоками.

На фиг. 3а показана витая структура 3х5хδ с органическими нитями в центральной части прядей, проволоки которой уложены с зазорами Δ₁ за счет увеличения числа к органических нитей.

На фиг. 3Ь приведена та же структура, что и на фиг. 3 а, но с органическими нитями в центральной части структуры, разделяющими пряди, которые уложены с зазорами Δ2.

Для определения безразмерной величины δ, (условного диаметра проволоки) запишем соотношения

Б=2К+2т_пр; г_пр=г+г/81и36°;

_К=_г -Д25

Имея ввиду, что δ=2τ, получим δ=0,175 Ό, откуда δ=0,175, т.к. Ό=1, и отношение δ/Ο = 0,175.

Возможность реализации предлагаемого изобретения показана на примере металлокорда из высокопрочной латунированной проволоки для армирования шин и других резинотехнических изделий, состоящего из трех прядей по пять проволок в каждой, например, диаметром 0,18 мм, свиваемых с шагом спирали 12,5 мм.

Для выбора направления свивки проволок в пряди и прядей в металлокорд рассмотрены два варианта: 1 - условия образования структуры с отношением 0,185<δ/ϋ<0,206; 2 - условия свивки с отношением δ/Ο<0,184 и достижения значения δ/Ω=0,175.

По первому варианту, соответствующему условию получения витой структуры согласно аналогу, металлокорд 3х5х0,18 изготавливается из прядей, получаемых соединением спиральной свивкой пяти проволок с шагом спирали 12,5 мм и левым направлением свивки. Полученные три пряди соединяются между собой спиральной свивкой с шагом спирали 12,5 мм и левым направлением свивки, как и проволоки в прядях.

Крутящий момент, возникающий в результате односторонней свивки проволок в прядь и прядей в металлокорд, устраняется пластическим кручением корда до шага спирали 8,0-8,5 мм и последующей откруткой до исходного шага 12,5 мм. При этом уменьшение шага сопровождается смещением проволок пряди к центру витой структуры от действия радиальных сил, а последующая открутка металлокорда ведет к расслоению прядей, которые становятся неплотными и при дальнейшей рихтовке корда на гибочных роликах овальная форма прядей, как показано на фиг. 1а, фиксируется, уменьшая диаметр металлокорда Ό. Вследствие этого отношение δ/ϋ возрастает и принимает значение 0,185<δ/Ω<0,206.

Например, при диаметре проволок 0,18 мм, полученный диаметр металлокорда в этом случае колеблется в пределах 0,874-0,973 мм, а отношения δ/Ω = 0,18 : 0,874 = 0,206 (тах); δ/ϋ= 0,18 : 0,973=0,185 (тт).

По второму варианту, соответствующему предлагаемой витой структуре с отношением δ/Ο<0,184 и приближающейся к значению δ/Ο=0,175, металлокорд 3х5х0,18 изготавливается из прядей с шагом свивки проволок 12,5 мм, направление свивки - левое, направление свивки прядей в металлокорд противоположное, правое и шаг свивки металлокорда подбирается из условия компенсации упругого крутящего момента, что обеспечивает плотную без расслоения проволок структуру. Кроме того, уменьшается глубина рихтовки металлокорда за счет увеличения диаметра гибочных роликов, что способствует сохранению регулярной свивки проволок в прядь и близкую к кругу форму описанной вокруг нее окружности, а также позволяет выдержать отношение δ/Ο в заданных пределах. Так, при колебании диаметра металлокорда в пределах Ό=1,01±0,02 мм получаются отношения δ/Ο =0,18 : 1,03=0,175(ш1и);

δ/Ο = 0,18 : 0,99 = 0,182 (тах), т.е. меньше 0,184 и близкое или равное 0,175.

Данные таблицы (п.2) свидетельствуют об увеличении адгезии металлокорда к резине в сравнении с первым вариантом (п. 1) за счет увеличения диаметра металлокорда.

Введение органических нитей в центральную часть пряди 1х5х0,18 способствует росту сопротивления радиальной деформации проволок и сохранению формы круга прядей при пластической обработке металлокорда, что позволяет изготавливать структуру 3х5х0,18 не только с противоположной, но и с односторонней свивкой проволок в прядь и прядей в металлокорд. Из данных таблицы видно, что односторонний металлокорд с органическими нитями в прядях (п.3 таблицы) имеет отношение δ/Ο=0,1750,180, большую агрегатную прочность и адгезию к резине в сравнении с вариантом согласно аналогу (п.1). Аналогичный результат получен при дополнительном введении органических нитей в центральную часть металлокорда (п.4 таблицы).

Дальнейший рост адгезии металлокорда 3х5х0,18 к резине получается при создании зазора Δ₁ между проволоками за счет увеличения числа органических нитей в центральной части пряди (п.5 таблицы) и росте диаметра металлокорда за счет увеличения числа нитей в его центральной части и создании зазора Δ₂ между прядями (п.6 таблицы).

При этом по варианту 5 контроль отношения δ/Ο осуществляется исходя из зависимости Ό от величины Δ₁

И = 2К+2 (г_пр+0,5 Δ₁).

По варианту 6 указанная зависимость от Δ₂имеет вид

Ό= 2(В+0,5 Δ₂) + 2 Гдр.

Так как К= *¹’²⁵г_пр, а г_пр = δ/2 + δ/2 κίη 36°, то г_пр=0,09+0,09/кш36°=0,243 мм, К=0,272 мм.

При свивке без зазоров И=2(К+г)=2(0,272+0,243) = 1,03 мм, 6/0 =0,18:1,03=0,175.

При Δ!=0,03 мм:

Ό=2·0,272 + 2(0,243 + 0,03/2) =1,06 мм, δ/Ο =0,18 : 1,06=0,170.

При Δ₂ = 0,03 мм:

И = 2(0,272+0,03/2)+2·0,243=1,06 мм, 5/0=0,18 : 1,06=0,170.

В качестве примера реализации витого изделия структуры к+(к+п)хт приведен металлокорд 4х6х0,18 с органическими нитями в центральной части четырех пустотелых прядей 1х6х0,18 и металлокорда, имеющие отношение δ/ϋ=0,140-0,146 и высокие показатели агрегатной прочности и адгезии.

Изготовленный по предлагаемому техническому решению металлокорд соответствует требованиям к предлагаемому витому проволочному изделию в части отношения диаметра проволок к диаметру описанной окружности δ/ϋ<0,184 и обеспечивает приближение к отношению δ/ϋ=0,175, а также получение открытого металлокорда за счет уменьшения отношения δ/ϋ<0,175 путем введения органических нитей в центральную часть прядей и самого металлокорда, свитого из прядей, что подтверждено на структурах с числом проволок больше пяти и числом прядей больше трех.

Таким образом, совокупность признаков, предложенных согласно изобретению, обеспечивает выполнение отношения δ/Ο<0,184 и приближает его к значению δ/Ο =0,175, способствуя повышению агрегатной прочности и адгезии металлокорда к резине, особенно при уменьшении отношения δ/Ο<0,175, что подтверждает эффективность предлагаемого технического решения и целесообразность его использования в промышленности.

Источники информации:

1. Витое проволочное изделие. Патент РФ № 2075362 от 23.04.93 г.

2. Биметаллический металлокорд. Патент № 0376272 (8итйото ЕЬ, Япония) от 27.12.89г.

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОКОРДА СТРУКТУРЫ 3х5х0,18

С РАЗЛИЧНЫМ ОТНОШЕНИЕМ δ/Ό И СТРУКТУРЫ 4х6

№ п/п	Варианты изготовления металлокорда	Обозначение на фигуре	Фактический диаметр корда, мм	Допуск на диаметр, мм	Среднее значение отношения δ/Ό	Минимальное отношение δ/Ό	Максимальное отношение δ/Ό	Агрегатная прочность металлокорда, Н	Адгезия к резине по ΒΙ8ΤΑ, Н
1.	Пустотелый односторонний	1а	0,925	+0,05	0,195	0,185	0,206	920	280
2.	Пустотелый крестовый	1Ь	1,01	+0,02	0,178	0,175	0,182	925	290
3.	Органические нити в прядях, закрытый	2а	1,01	+0,02	0,178	0,175	0,182	930	290
4.	Органические нити в прядях и корде, закрытый	2Ь	1,03	+0,02	0,175	0,171	0,178	930	290
5.	Органические нити в прядях, открытый	3а	1,06	+0,03	0,170	0,165	0,175	930	310
6.	Органические нити в прядях и корде, открытый	3Ь	1,06	10,03	0,170	0,165	0,175	930	310
7.	Структура 4х6х0,18 с органическими нитями в прядях и корде	-	1,26	+0,03	0,140	0,140	0,146	1540	360

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Витая проволочная структура, состоящая, по меньшей мере, из трех прядей, по меньшей мере, по пять проволок в каждой, соединенных спиральной свивкой, отличающаяся тем, что отношение диаметра проволок δ к диаметру описанной окружности вокруг сечения структуры Ό составляет δ/Ό<0,184.
2. Витая проволочная структура по п. 1, отличающаяся тем, что пряди и/или структура в целом дополнительно содержат в их центральной части органические волокна, обеспечивающие выполнение соотношения δ/Ό=0,175 или близкого к нему.
3. Витая проволочная структура по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что обеспечивается отношение δ/Ό<0,175 за счет введения дополнительных органических волокон в центральной части пряди, создающих зазор Δι между проволоками, и в центральную часть корда, создающих зазор Δ2 между прядями.
4. Витая проволочная структура по п.3, отличающаяся тем, что количество проволок в пряди больше пяти, а количество прядей больше трех.
5. Витая проволочная структура по п. 1, отличающаяся тем, что отношение δ/Ό=0,175.