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中有著廣泛的應用。而人們為改善金屬彈簧在不同使用場合中所具有的固定表觀特性，或對金屬彈簧的制造加工方法做了多種有益的試償，或對其結構做出某些改進。如中國專利申請88103637.4號披露了一種具有可控轉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孔和一常規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孔的彈簧的第二部分；③根據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預定截荷下會向外凸出到比第一部分大的程度，從而形成轉折。而且可通過在所述彈性體中嵌入螺旋彈簧來進行結構上的強化。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域，一中間平穩區和一通常的上升彈性比區域組成。該發明可以用來促使那些正常情況下不呈現轉折的厚壁管式彈性體彈簧發生轉折，或用來控制轉折使它在某一所需的載荷和變形下發生，或者被用來控制轉折和轉折后彈簧的彈性效果。但該制造方法也具有很大的局限性，首先它只能對彈簧體的載荷—變形曲線的某一段進行控制，不能對彈簧體的彈性模量的數值范圍及絕對值大小進行控制；其次該方法只適用于管式彈性體彈簧，否則難以達到所預期的效果。又如中國專利申請第89202149.7所公開的一種螺旋橡膠復合彈簧，其內螺旋形為金屬螺旋彈簧，外螺旋形為橡膠彈簧，并且兩個彈簧彼此粘結在一起。但該實用新型在使用過程中一方面回彈率要降低，另一方面會出現兩個彈簧彼此分離的現象。另外金屬做為增強構架時，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。
針對上述現有技術的不足與缺陷，本發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，可以根據不同使用場合對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、立方體等不同形態彈性體的制造。
本發明的再一目的在于提供制造一種彼此間結合緊密，不會出現分離并且在三維方向上均可承受載荷的的彈性體之方法。
根據上述目的，本發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將金屬螺旋體進行排序成型；③對已排序成型的金屬螺旋體擠壓定型，使金屬螺旋體之間產生相互切入、滲透，從而相互緊密聯接在一起，形成具有固定表觀機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，因此金屬纖維本身的機械性能通過兩個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。并且最終決定了金屬纖維彈性體的屈服強度，從而影響到金屬纖維彈性體的彈性模量和抗壓強度的控制。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律進行排序成型的過程中，不但影響擠壓定型時的工藝參數，而且對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為達到預期的性能要求作了充分的準備，而最后擠壓定型工序對能否實現設計要求關系頗大。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的定型方式(即施壓的多維性)有著密切的關系。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的施力方向。
由于本發明采用將金屬纖維螺旋化，然后進行排序成型，最后擠壓定型的制造方法來制造金屬纖維彈性體。因此具有下述優點及積極效果①彈性模量可以在制造加工前設定，加工時得以控制，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的最大成型力，彈性模量能夠隨著外力的增強而變大，在抵御難以預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，故抗壓強度也能作調整，以適合不同頻率的減震；③能量散射系數數值較高，范圍較大，易于選擇；④承載能力大、回復率高；⑤相對密度范圍大，絕對值低；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摩擦力相互緊密聯結在一起，不會出現彼此分離的現象。⑧三維方向均能承受載荷，且三維方向的承載能力相對強弱(即各向異性)可調整。
下面結合附圖及具體實施例對依據本發明提出的金屬纖維彈性體制造方法進行說明。


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，因此纖維本身的機械性能通過兩個方面直接影響到金屬纖維彈性體的性能。一個方面是纖維本身的材料，另一個方面是材料的熱處理狀態。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對其自身機械性能影響很大，尤其是黑色金屬，一般選擇為正火狀態。金屬纖維的機械性能影響到擠壓成定型工序中成型力大小及施壓時間等工藝參數，并最終影響金屬纖維彈性體的彈性模量和抗壓強度。
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最終產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對定型時鄰近螺旋間切入時的搭接或滲透有著至關重要的影響。針對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有螺旋直徑D和螺距T。螺旋螺距T對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、圓環狀等。具體的排序方法為用一條螺旋形態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排序。橫剖后，每個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方式排序示意圖，排序時，金屬纖維螺旋首先在一平面內往復排列，然后在此基礎上以與第一次垂直的方向上再往復排列。排序規律的不同，在單位體積內金屬纖維螺旋排序時通過的次數就不同，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。
金屬纖維彈性體制造過程中前兩道工序為制造具有預期表觀特性的金屬纖維彈性體作了充分的準備。而最后的擠壓定形工序對能否制造出具有預期表觀特性的金屬纖維彈性體關系非常重大。在擠壓定形時隨著外力的增加，排序成型后的金屬纖維螺旋逐漸達到失穩的臨界點，相互間就產生蠕動、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、動摩擦力相互緊密地聯接在一起。同時，金屬彈性體的定形壓力還與其使用環境有著密切的聯系，也就是說與其在使用時的承載力有密切關系。定型力一經確定，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、錯位的潛力大，屈服區域擴大，彈性模量小，反之亦然。因此定型力F定型的大小是一個很重要的參數，決定了彈性體的抗壓強度和彈性模量、表觀密度等機械性能，一般定型力F定型推薦值為所承載荷的1至3倍。實施時，應按彈性體外形要求而制作模具。對一維承載情況對金屬纖維彈性體(3)的壓制方式如圖8所示。
F定型較小時，從微觀分析，金屬纖維螺旋相互間的切入滲透量較少，進一步滲入的潛力較大，因此當外力突然超過F定型時，滲入現象進一步發生，彈性體的彈性模量逐漸增大，而當外力消失時，增大了的彈性模量不能恢復，對原彈性體而言，相當于屈服區間很大。自然F定型較大時，屈服區間就較小。而當F定型大至某一數值時，滲入現象已很難進一步發生，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構，從而又進一步增強了彈性體的機械和物理特性。金屬纖維彈性體中螺旋的相互交錯和搭接及半成品排序(成型)時對各向同性的有效顧及，使彈性體受外力沖擊時向周圍擴展能力得到控制和提高，因此具有能量散射系數值較高而選擇范圍大的優點。
F定型是個矢量，故應確定其方向，一般選擇金屬纖維彈性體使用時的承載方向為F定型的方向，而當彈性體使用時承受一維以上的載荷時，應該考慮依賴模具的結構設計實施，多維方向同時或分期壓縮的方法，以期達到最佳使用效果。
擠壓定型時定型壓力的施加過程應是這樣一種形式，首先應有一段壓力上升區，達到預定值后進行保壓，最后進行控制卸壓。采取這樣一種施力方式最終目的就是為了實現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現之前已部分冷作硬化、甚至被壓潰。為了進一步說明問題引入回復率的概念，即材料卸下長時間所承受的負載后恢復的高度與原高度的百分比。因此，回復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現。特別是在定型壓力較小和保壓時間較缺的情況下顯得更加重要。控制卸壓亦是為了實現達一目的，具體可以采用單級或多級階梯式卸荷方式。
盡管本發明的實施例已經被描述，但它的各種未提及的變化對于本領域的普通技術人員來講在參照了本發明所提出的構思之后是顯而易見的。同時本發明所要求保護的范圍并不被在這里所描述的某些特殊情況所限制。
權利要求
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.將金屬纖維螺旋進行排序成型；c.對已排序成型的金屬纖維螺旋擠壓定型。
2.如權利要求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，然后進行層疊。
3.如權利要求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堆積。
4.如權利要求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使金屬纖維螺旋相互間產生交錯及切入。
5.如權利要求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、卸壓三個階段。
7.如權利要求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卸壓方式。
8.如權利要求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受力方向相同。
9.如權利要求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行排序成型；最后對已排序成型的金屬螺旋體擠壓定型。本發明可以在制造過程中對彈性模量等彈性體表觀特性進行調整、選擇，從而能夠方便地制造出性能優良且對使用要求針對性極強的金屬纖維彈性體。
文檔編號F16F1/36GK1114398SQ9410705
公開日1996年1月3日 申請日期1994年6月10日 優先權日1994年6月10日
發明者袁奕琳 申請人:袁奕琳