專利名稱：金屬纖維彈性體制造方法
一種金屬纖維彈性體制造方法，涉及由鋼或其他金屬纖維材料螺旋化后彼此交結(jié)形成彈性體的制造方法。
金屬以彈簧的形式作為減振裝置在各行各業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。而人們?yōu)楦纳平饘購椈稍诓煌褂脠龊现兴哂械墓潭ū碛^特性，或?qū)饘購椈傻闹圃旒庸し椒ㄗ隽硕喾N有益的試償，或?qū)ζ浣Y(jié)構(gòu)做出某些改進(jìn)。如中國專利申請(qǐng)88103637.4號(hào)披露了一種具有可控轉(zhuǎn)折和彈性比的管式彈性體彈簧的制造方法，它的步驟為①形成所說的具有一管狀內(nèi)孔和一常規(guī)的直壁外廓的彈簧的第一部分；②形成所說的具有一管狀內(nèi)孔的彈簧的第二部分；③根據(jù)所說的第一部分的外廓成形加工所述第二部分的外廓，使得所述第二部分在一個(gè)預(yù)定截荷下會(huì)向外凸出到比第一部分大的程度，從而形成轉(zhuǎn)折。而且可通過在所述彈性體中嵌入螺旋彈簧來進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的強(qiáng)化。通過該方法制造的管式彈性體彈簧具有與一般直邊圓柱彈性體彈簧不同的載荷—變形曲線，亦即前者由一通常的恒定彈性比區(qū)域，一中間平穩(wěn)區(qū)和一通常的上升彈性比區(qū)域組成。該發(fā)明可以用來促使那些正常情況下不呈現(xiàn)轉(zhuǎn)折的厚壁管式彈性體彈簧發(fā)生轉(zhuǎn)折，或用來控制轉(zhuǎn)折使它在某一所需的載荷和變形下發(fā)生，或者被用來控制轉(zhuǎn)折和轉(zhuǎn)折后彈簧的彈性效果。但該制造方法也具有很大的局限性，首先它只能對(duì)彈簧體的載荷—變形曲線的某一段進(jìn)行控制，不能對(duì)彈簧體的彈性模量的數(shù)值范圍及絕對(duì)值大小進(jìn)行控制；其次該方法只適用于管式彈性體彈簧，否則難以達(dá)到所預(yù)期的效果。又如中國專利申請(qǐng)第89202149.7所公開的一種螺旋橡膠復(fù)合彈簧，其內(nèi)螺旋形為金屬螺旋彈簧，外螺旋形為橡膠彈簧，并且兩個(gè)彈簧彼此粘結(jié)在一起。但該實(shí)用新型在使用過程中一方面回彈率要降低，另一方面會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)彈簧彼此分離的現(xiàn)象。另外金屬做為增強(qiáng)構(gòu)架時(shí)，常不可避免引起整體重量大大增加，而廣為人知的金屬薄片蜂窩狀增強(qiáng)法，只能在一維方向上奏效而在另二維方向上不堪一擊。
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種金屬纖維彈性體制造方法，在使用該方法加工金屬纖維彈性體的過程中，可以根據(jù)不同使用場合對(duì)金屬纖維彈性體的不同使用要求來控制金屬纖維彈性體的表觀特征。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種不僅僅局限于制造厚壁管狀彈性體的方法，它還可以適用于柱狀、圓錐體、立方體等不同形態(tài)彈性體的制造。
本發(fā)明的再一目的在于提供制造一種彼此間結(jié)合緊密，不會(huì)出現(xiàn)分離并且在三維方向上均可承受載荷的的彈性體之方法。
根據(jù)上述目的，本發(fā)明披露了一種金屬纖維彈性體制造方法，該方法包括以下步驟①絲狀金屬纖維螺旋化，形成具有一定螺距的金屬螺旋體；②將金屬螺旋體進(jìn)行排序成型；③對(duì)已排序成型的金屬螺旋體擠壓定型，使金屬螺旋體之間產(chǎn)生相互切入、滲透，從而相互緊密聯(lián)接在一起，形成具有固定表觀機(jī)械性能和物理性能的金屬纖維彈簧體。
金屬纖維是制造金屬纖維彈性體的基本物質(zhì)，因此金屬纖維本身的機(jī)械性能通過兩個(gè)方面直接影響到金屬纖維彈性體的性能①材料的選擇；②材料的熱處理狀態(tài)。并且最終決定了金屬纖維彈性體的屈服強(qiáng)度，從而影響到金屬纖維彈性體的彈性模量和抗壓強(qiáng)度的控制。而金屬纖維螺旋化過程中采用不同的螺旋形式以及金屬螺旋體依照不同規(guī)律進(jìn)行排序成型的過程中，不但影響擠壓定型時(shí)的工藝參數(shù)，而且對(duì)金屬纖維的固定表觀特性有著重要影響。金屬纖維彈性體制造過程中的前兩道工序?yàn)檫_(dá)到預(yù)期的性能要求作了充分的準(zhǔn)備，而最后擠壓定型工序?qū)δ芊駥?shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求關(guān)系頗大。特別是金屬纖維彈性體最終的承載形式和方向與擠壓定型時(shí)的定型方式(即施壓的多維性)有著密切的關(guān)系。普遍的情況下，金屬纖維彈性體的承載方向被選擇為擠壓定型時(shí)的施力方向。
由于本發(fā)明采用將金屬纖維螺旋化，然后進(jìn)行排序成型，最后擠壓定型的制造方法來制造金屬纖維彈性體。因此具有下述優(yōu)點(diǎn)及積極效果①彈性模量可以在制造加工前設(shè)定，加工時(shí)得以控制，且選擇范圍大，特別是在使用過程中外力一旦超過擠壓定型時(shí)的最大成型力，彈性模量能夠隨著外力的增強(qiáng)而變大，在抵御難以預(yù)料的破壞性外力上有特別的長處；②金屬纖維螺旋體彼此切入滲透，且切入滲透量能隨定型壓力的增大而增多，并引起纖維的冷作硬化，故抗壓強(qiáng)度也能作調(diào)整，以適合不同頻率的減震；③能量散射系數(shù)數(shù)值較高，范圍較大，易于選擇；④承載能力大、回復(fù)率高；⑤相對(duì)密度范圍大，絕對(duì)值低；⑥不僅僅局限于某一特定形狀金屬纖維彈性體的加工，可比較廣泛地適用于各種形狀金屬纖維彈性體的制造與加工；⑦金屬纖維彈性體中各螺旋體依靠彼此間的靜動(dòng)摩擦力相互緊密聯(lián)結(jié)在一起，不會(huì)出現(xiàn)彼此分離的現(xiàn)象。⑧三維方向均能承受載荷，且三維方向的承載能力相對(duì)強(qiáng)弱(即各向異性)可調(diào)整。
下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的金屬纖維彈性體制造方法進(jìn)行說明。


圖1顯示了金屬纖維以螺線管形式螺旋化的示意圖。
圖2顯示了金屬纖維以阿基米德螺旋線方式排序然后層疊成型的示意圖。
圖3顯示了金屬纖維螺旋在螺旋柱面上往復(fù)排序示意圖。
圖4為圖3的橫剖示意圖。
圖5顯示了金屬纖維螺旋縱橫交錯(cuò)排序示意圖。
圖6顯示了金屬纖維螺旋排序成型后擠壓定型的示意圖。
金屬纖維彈性體的制造方法主要包含有三個(gè)步驟①金屬纖維制作成螺旋體；②螺旋體排序成型；③擠壓定型。金屬纖維是制造金屬纖維彈性體的基本物質(zhì)，因此纖維本身的機(jī)械性能通過兩個(gè)方面直接影響到金屬纖維彈性體的性能。一個(gè)方面是纖維本身的材料，另一個(gè)方面是材料的熱處理狀態(tài)。被選作金屬纖維的材料一般為黑色金屬及合金，包括不銹鋼、有包金屬中的銅、鋁、鎳、鈦待及其合金是常用的材料。材料的淬火、正火和退火三種狀態(tài)對(duì)其自身機(jī)械性能影響很大，尤其是黑色金屬，一般選擇為正火狀態(tài)。金屬纖維的機(jī)械性能影響到擠壓成定型工序中成型力大小及施壓時(shí)間等工藝參數(shù)，并最終影響金屬纖維彈性體的彈性模量和抗壓強(qiáng)度。
金屬纖維螺旋自身的幾何形狀，亦即將金屬纖維繞制成何種形狀的螺旋對(duì)最終產(chǎn)品金屬纖維彈性體的性能有很大影響。特需要指出的是，金屬螺旋自身的幾何形狀和基本參數(shù)對(duì)定型時(shí)鄰近螺旋間切入時(shí)的搭接或滲透有著至關(guān)重要的影響。針對(duì)具體的金屬纖維螺旋，可以將金屬纖維按下述幾種形式繞制，圓形螺線管、三角形螺旋、方形螺旋及多邊形螺旋或橢圓形等等。一般選擇前面三種，其中最常用的是圓形螺線管狀，即圓形螺旋，如圖1所示。圓形螺旋的基本參數(shù)有螺旋直徑D和螺距T。螺旋螺距T對(duì)金屬纖維彈性體的性能影響較大，一般T＝0.1D～1D，最終由所要求的金屬纖維彈性體的彈性模量決定。同時(shí)螺旋可選擇為左螺旋或右螺旋。
在將金屬纖維螺旋化后，緊接著的工序就是金屬纖維螺旋的排序成型。根據(jù)金屬纖維彈性體使用場合的不同，可將金屬纖維螺旋排成不同的形狀，如柱形、管狀、立方體、圓環(huán)狀等。具體的排序方法為用一條螺旋形態(tài)為左螺旋或右螺旋的螺旋體或一條為左螺旋一條為右螺旋的兩條螺旋體同時(shí)按以下兩種方式排序一是先排成層狀體，然后多層相疊；另一種是立體三維方向同時(shí)堆積。參見圖2，首先將金屬纖維螺旋按阿基米德螺旋線方式排序，金屬纖維螺旋的中心軸(1)線為阿基米德螺旋線，因此形成阿基米德層(2)，再將阿基米德層進(jìn)行層疊。圖3、圖4顯示了另一種排序方式，金屬纖維螺旋在螺旋柱面上往復(fù)排序。橫剖后，每個(gè)金屬纖維螺旋的橫截面按阿基米德螺旋線方式排列。圖5為金屬纖維螺旋以縱橫交錯(cuò)方式排序示意圖，排序時(shí)，金屬纖維螺旋首先在一平面內(nèi)往復(fù)排列，然后在此基礎(chǔ)上以與第一次垂直的方向上再往復(fù)排列。排序規(guī)律的不同，在單位體積內(nèi)金屬纖維螺旋排序時(shí)通過的次數(shù)就不同，因此顯示出不同的蓬松程度，即毛坯密度不同。而且排序規(guī)律的不同，可使金屬纖維彈性體的表觀特征，在不同方向上有不同的表現(xiàn)。
金屬纖維彈性體制造過程中前兩道工序?yàn)橹圃炀哂蓄A(yù)期表觀特性的金屬纖維彈性體作了充分的準(zhǔn)備。而最后的擠壓定形工序?qū)δ芊裰圃斐鼍哂蓄A(yù)期表觀特性的金屬纖維彈性體關(guān)系非常重大。在擠壓定形時(shí)隨著外力的增加，排序成型后的金屬纖維螺旋逐漸達(dá)到失穩(wěn)的臨界點(diǎn)，相互間就產(chǎn)生蠕動(dòng)、切入、滲透，螺旋的中心軸線彼此逼近，甚至重合。從而依靠彼此間的靜、動(dòng)摩擦力相互緊密地聯(lián)接在一起。同時(shí)，金屬彈性體的定形壓力還與其使用環(huán)境有著密切的聯(lián)系，也就是說與其在使用時(shí)的承載力有密切關(guān)系。定型力一經(jīng)確定，金屬纖維彈性體的彈性模量在纖維材料，螺旋形狀、排序形式不變的情況下就基本確定。定形力小，則搭接、錯(cuò)位的潛力大，屈服區(qū)域擴(kuò)大，彈性模量小，反之亦然。因此定型力F定型的大小是一個(gè)很重要的參數(shù)，決定了彈性體的抗壓強(qiáng)度和彈性模量、表觀密度等機(jī)械性能，一般定型力F定型推薦值為所承載荷的1至3倍。實(shí)施時(shí)，應(yīng)按彈性體外形要求而制作模具。對(duì)一維承載情況對(duì)金屬纖維彈性體(3)的壓制方式如圖8所示。
F定型較小時(shí)，從微觀分析，金屬纖維螺旋相互間的切入滲透量較少，進(jìn)一步滲入的潛力較大，因此當(dāng)外力突然超過F定型時(shí)，滲入現(xiàn)象進(jìn)一步發(fā)生，彈性體的彈性模量逐漸增大，而當(dāng)外力消失時(shí)，增大了的彈性模量不能恢復(fù)，對(duì)原彈性體而言，相當(dāng)于屈服區(qū)間很大。自然F定型較大時(shí)，屈服區(qū)間就較小。而當(dāng)F定型大至某一數(shù)值時(shí)，滲入現(xiàn)象已很難進(jìn)一步發(fā)生，而引起金屬纖維材料的冷作硬化，改變了金屬纖維的金相組織結(jié)構(gòu)，從而又進(jìn)一步增強(qiáng)了彈性體的機(jī)械和物理特性。金屬纖維彈性體中螺旋的相互交錯(cuò)和搭接及半成品排序(成型)時(shí)對(duì)各向同性的有效顧及，使彈性體受外力沖擊時(shí)向周圍擴(kuò)展能力得到控制和提高，因此具有能量散射系數(shù)值較高而選擇范圍大的優(yōu)點(diǎn)。
F定型是個(gè)矢量，故應(yīng)確定其方向，一般選擇金屬纖維彈性體使用時(shí)的承載方向?yàn)镕定型的方向，而當(dāng)彈性體使用時(shí)承受一維以上的載荷時(shí)，應(yīng)該考慮依賴模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)施，多維方向同時(shí)或分期壓縮的方法，以期達(dá)到最佳使用效果。
擠壓定型時(shí)定型壓力的施加過程應(yīng)是這樣一種形式，首先應(yīng)有一段壓力上升區(qū)，達(dá)到預(yù)定值后進(jìn)行保壓，最后進(jìn)行控制卸壓。采取這樣一種施力方式最終目的就是為了實(shí)現(xiàn)金屬纖維螺旋體間相互滲透順暢，并防止螺旋體受載過速而在必要的螺旋間相互切入量未充分實(shí)現(xiàn)之前已部分冷作硬化、甚至被壓潰。為了進(jìn)一步說明問題引入回復(fù)率的概念，即材料卸下長時(shí)間所承受的負(fù)載后恢復(fù)的高度與原高度的百分比。因此，回復(fù)率可以表征材料抵抗困長期受載而屈服的能力。金屬纖維彈性體中螺旋間的相互滲透、切入是一個(gè)比較遲緩的過程，只要控制好定型力的大小，可保正滲透切入量，并通過保壓使其充分實(shí)現(xiàn)。特別是在定型壓力較小和保壓時(shí)間較缺的情況下顯得更加重要。控制卸壓亦是為了實(shí)現(xiàn)達(dá)一目的，具體可以采用單級(jí)或多級(jí)階梯式卸荷方式。
盡管本發(fā)明的實(shí)施例已經(jīng)被描述，但它的各種未提及的變化對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講在參照了本發(fā)明所提出的構(gòu)思之后是顯而易見的。同時(shí)本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍并不被在這里所描述的某些特殊情況所限制。
權(quán)利要求
1.一種金屬纖維彈性體的制造方法，其特征在于包括下述步驟a.將金屬纖維螺旋化，形成具有一定螺距的金屬纖維螺旋體；b.將金屬纖維螺旋進(jìn)行排序成型；c.對(duì)已排序成型的金屬纖維螺旋擠壓定型。
2.如權(quán)利要求1所述金屬纖維彈性體制造方法，其特征是首先將金屬纖維螺旋層狀排列，然后進(jìn)行層疊。
3.如權(quán)利要求1所述金屬纖維彈性體制造方法，其特征是將金屬纖維螺旋在三維方向上同時(shí)堆積。
4.如權(quán)利要求1所述金屬纖維彈性體制造方法，其特征是定型壓力的大小應(yīng)使金屬纖維螺旋相互間產(chǎn)生交錯(cuò)及切入。
5.如權(quán)利要求4所述金屬纖維彈性體制造方法，其特征是定型壓力為金屬纖維彈性體承載要求的1至3倍。
6.如權(quán)利要求1所述金屬纖維彈性體制造方法，其特征是擠壓定型過程包含有升壓、保壓、卸壓三個(gè)階段。
7.如權(quán)利要求6所述金屬纖維彈性體制造方法，其特征是所述卸壓階段采用多級(jí)卸壓方式。
8.如權(quán)利要求1所述金屬纖維彈性體制造方法，其特征是定型壓力的施加方向與金屬纖維彈性體承載時(shí)受力方向相同。
9.如權(quán)利要求1所述金屬纖維彈性體制造方法，其特征是通過定型壓力的大小來控制金屬纖維彈性體的彈性模量。
10.如權(quán)利要求1所述金屬纖維彈性體制造方法，其特征是通過金屬纖維螺旋的排序方式來控制金屬纖維彈性體的各向異性。
全文摘要
一種金屬纖維彈性體的制造方法，它包括下述步驟首先將金屬纖維螺旋化，形成具有一定螺距的金屬纖維螺旋體；其次將金屬纖維螺旋體進(jìn)行排序成型；最后對(duì)已排序成型的金屬螺旋體擠壓定型。本發(fā)明可以在制造過程中對(duì)彈性模量等彈性體表觀特性進(jìn)行調(diào)整、選擇，從而能夠方便地制造出性能優(yōu)良且對(duì)使用要求針對(duì)性極強(qiáng)的金屬纖維彈性體。
文檔編號(hào)F16F1/36GK1114398SQ9410705
公開日1996年1月3日 申請(qǐng)日期1994年6月10日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月10日
發(fā)明者袁奕琳 申請(qǐng)人:袁奕琳