簧丝走向对金属橡胶构件性能的影响分析

　　金属橡胶构件是将不同直径的金属丝卷制成螺旋卷,通过特殊的工艺,将螺旋卷定螺距拉伸后按一定形状制成毛坯,然后将毛坯放入所需形状的模具中,冷压成形。形成的构件具有橡胶一样的弹性,在受到振动位移时,可以耗散大量的能量而起到阻尼作用。该结构件可以工作在超高低温、高压、高真空以及腐蚀性介质等特殊环境中,起到密封、阻尼减振、过滤及热传导等作用[1],它在空间环境中的良好工作能力是其它材料所无法比拟的。

　　金属橡胶构件的制备工艺和技术参数对其性能的影响分析是金属橡胶技术研究领域的主要研究课题之一。大量的研究工作表明,影响金属橡胶构件性能的主要技术参数有金属橡胶构件的密度、簧丝走向、螺旋卷的直径、金属丝的直径、金属丝材料的弹性模量和屈服极限等。本文对具有环形结构形状的金属橡胶减振器进行了工艺分析。

　　通过采取不同的簧丝走向获得了具有相同尺寸和形状的金属橡胶减振器,并对其性能进行了实验研究和理论分析。实验结果表明,在制备金属橡胶构件过程中,簧丝走向与金属橡胶构件的性能直接相关,确定正确的簧丝走向是制备金属橡胶构件的关键技术之一。

　　1　工艺方法及试件制备

　　金属橡胶构件的成形,首先是选用合适直径的金属丝,并将其卷成所需直径的螺旋卷。其次利用定螺距拉伸机将螺旋卷拉伸至所需螺距,以保证螺旋卷之间牢固的互相嵌合和良好的尺寸稳定性。然后将螺旋卷按一定规律铺放,制成毛坯。毛坯的尺寸、形状要根据成形后构件的尺寸、形状来确定。最后将制好的毛坯放入所需形状的模具中,经冷压成形。在加压的过程中,其成形压力的大小和方向需依据构件实际工作中所承受的载荷大小和方向确定。

　　由于金属橡胶制备工艺的复杂性,影响金属橡胶构件最终性能的因素和参数有很多,本文仅就簧丝走向对金属橡胶构件性能的影响进行分析讨论。引入螺旋卷线匝缠绕倾角θ来表征簧丝的实际走向,其物理意义是指弹性阻尼元件中的螺旋卷线匝的倾斜角度(见图1),即螺旋卷缠绕的方向与构件成形压力方向之间的夹角(见图2)。

　　物理模型通过对采取各种不同的工艺方法得到的弹性阻尼元件的性能进行分析,可以发现,其它工艺条件相同,当缠绕倾角θ从0～90°之间变化时,簧丝走向对构件性能的影响是十分明显的。本文研究结果表明,当改变缠绕倾角θ时,构件的刚度、承载能力及其弹性阻尼性能都将发生变化。

　　图2为螺旋卷在成形模具上的缠绕方法。圆柱形模具的两端各有一排钉,螺旋卷在两排钉之间按一定的方向缠绕,缠绕的方向取决于金属橡胶元件的弹性阻尼性能。θ为0时,螺旋卷在两排钉之间的走向与圆柱形模具的轴心线平行(即与样件的成形压力方向相平行)。