金属橡胶制造应用及产品标准化的构建

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金属橡胶制造应用及产品标准化的构建

周霞

海山实业发展总公司 050208

摘要:金属橡胶材料在20世纪60年代产生于前苏联,被用来解决空间飞行器上的减振、过滤和密封等问题。本文对金属橡胶材料背景进行了简要介绍,简述了近几年金属橡胶在制备工艺、理论研究、性能特点及其应用方面的进展,并对金属橡胶材料应用研究的未来发展进行了展望,探讨了金属橡胶产品标准体系的建立,对金属橡胶材料性能的理论研究,以及金属橡胶制品的设计、改进和实际应用推广有一定的借鉴作用。

关键词:金属橡胶;制备工艺;应用研究;标准化

  1. 金属橡胶性能特点和制备工艺分析

金属橡胶的性能可分为:材料性能、物理性能、机械性能和化学性能。本文主要研究物理性能和机械性能。物理性能包括热容、热膨胀、导热性、导电性、电结构、磁结构、吸声性和渗透性等;机械性能包括强度、刚度、摩擦技术性能和耗散性能等。金属橡胶材料优越的性能特点主要有:1)承载能力高,对环境适应能力强,在高温、大温差、真空、辐射及腐蚀环境下不易变质和老化,使用和存储的时间非常长。2)金属橡胶的非线性阻尼特性使其比普通橡胶更适合用于复杂载荷作用情况下的减振,对冲击有很好的减振效果。3)金属橡胶的多孔性结构使其在密封、过滤和节流等方面可作为普通橡胶产品和其他多孔材料制品的最佳替代品。4)结构、性能指标具有可设计性,例如刚度、孔隙度毛细作用等,通过改变不同的工艺参数和方法,可以制备具有不同结构尺寸和性能特点的金属橡胶制品。

总结而言,它不仅具有所选金属丝的金属特性,还具有类似橡胶的弹性性质,具有阻尼大、吸收冲击能、耐高低温作用和不易老化等特点,使其在航空航天和国防等领域日益得到广泛的关注和重视,其制备工艺流程如图1所示。

金属橡胶制造应用及产品标准化的构建

2金属橡胶材料的应用研究

金属橡胶材料的应用主要集中在减振隔振、吸声降噪、节流过滤、密封和导热等方面。

2.1减振隔振

由于金属橡胶材料内部是金属丝的嵌合、勾联,在受到外界冲击、振动时,金属丝之间发生滑移,产生摩擦力,可以有效吸收和耗散冲击振动的能量,目前金属橡胶材料主要是应用在减振隔振、弹性阻尼结构方面,约占其所有应用的35%左右。用金属橡胶材料制作的金属橡胶隔振器既具有金属的固有特性,又具有类似于橡胶隔振器的弹性和阻尼特性,使其在航空航天、武器装备和石油化工等各个领域应用广泛。金属橡胶隔振器以良好的隔振性能解决了极端恶劣环境下的隔振问题,即使是在常规环境下的应用,由于其超长的贮存期,对增强设备的维护性、提高设备的可靠性,也具有实际意义。

2.2吸声降噪

金属橡胶材料的吸声特性研究在国内近几年才开始逐渐增多。金属橡胶材料从表到里都具有大量的互相连通的微孔和缝隙,具有透气性,属于多孔吸声材料。与其他多孔吸声材料相比,金属橡胶材料集成了对吸声有利的特性,如有效孔隙率高、无死穴、表面积大、性能稳定、具有承受静态或动态负载的能力、工作温度范围大、可在各种环境下工作,以及制备工艺简单等。

在航空管道系统中,为降低因工作介质的振动而带来的噪声,采用弹性多孔金属橡胶以增加吸音面积来吸音。当声波传入金属橡胶后,引起孔隙中空气的振动并与金属丝发生摩擦,由于迟滞作用,声波的能量转变为热能而耗散掉,从而达到吸声的效果。

2.3节流过滤

金属橡胶材料的有效孔隙度高,纳污能力强,过滤寿命较其他过滤材料长;由于是弹性体,当受压变形时,金属橡胶元件可改变其自身透过性和孔隙度,从而可借助于螺旋副将过滤元件微调至所需要的流量和所期望达到的过滤精度,即其过滤性能可调。在航空航天及火箭发动机中,为了保证液氢、液氧及航空煤油等燃料的充分燃烧,提高热效率,延长燃烧系统的使用寿命,需要对燃料及助燃气体进行充分过滤,利用金属橡胶的多孔性可制作出优良的过滤、节流元件,其抗堵塞能力及节流孔隙伴随压力连续可调的性能是其他多孔材料无法比拟的。另外,金属橡胶还可用来制成减压阀和调压器,用于火箭发动机和气动液压系统。俄罗斯已将装有磁化装置的金属橡胶过滤器成功地应用于饮用水的过滤,并且开发研制出了多种过滤精度可调节的金属橡胶过滤器。

2.4密封

金属橡胶材料和普通橡胶材料最大的差别在于它的弹性可以通过一定的工艺手段在相应范围内加以严格控制,并且可以采用多种金属丝制造,在恶劣环境(如高温、低温和腐蚀性介质等)下不易老化,其物理机械性能稳定,因此在航空航天领域得到了很好的应用。组合式密封装置一般是以金属橡胶弹性元件作为芯部材料,元件的外部辅以四氟乙烯或者金属(如铜等)包皮制作而成,金属橡胶作为弹性支撑元件,提供密封所需的压力,外包皮与活动密封表面接触,可以实现接触式密封。

3金属橡胶制品的标准化

3.1金属橡胶制品标准化的意义

1)能将已有的研究成果转化为系列的产品,应用到各个领域,反过来促进理论研究的系统化发展,使技术改进和理论创新结合起来。2)针对不同的工作环境和用途要求,形成系统的产品、稳定的制作工艺流程,增强了产品的性能稳定性,减轻了设计工作量,降低了生产成本,保证了产品质量,促进了金属橡胶制品的应用推广使用。3)产品的标准化可方便零件的互换,方便用户根据不同的使用环境选择不同的金属橡胶产品,也便于根据相应的技术标准维修更换老旧的产品。

3.2标准化体系的构成

标准化是现代工业管理与工程技术实施的重要手段,通过共性技术的标准化研究,取得广泛的系统效益和社会效益是标准化的主要目标。当前,新技术层出不穷,与前沿技术紧密结合,超前实现标准化是工程实践对标准化工作提出的新需求[3]。机械产品标准化的内容包括标准化、系列化和通用化,简称机械产品的“三化”。1)标准化是对产品种类、尺寸、材料性能、检验方法、设计方法,以及制图标准等制定相应的标准,主要供设计、制造及修配时遵照使用。2)系列化是指同类产品根据不同的性能参数形成一系列的产品,以满足不同环境或载荷的使用需要。3)通用化是指相同的产品,在不同的场合,只要具有相同的需求,均可使用。金属橡胶产品可仿照此方法进行产品的标准化工作,主要分为分类标准和技术支持类标准。分类标准即为根据工作场合进行产品定义,用户可根据实际需求选择相应类型的金属橡胶产品;技术支持类标准是指保证产品设计正确、制造工艺流程一致及生产质量稳定的一系列配套标准。由于金属橡胶材料主要用于减振隔振、吸声降噪和节流过滤等方面,金属橡胶制品的标准化工作应主要从这些领域开展。再增加金属橡胶所特有的一些技术指标,例如金属丝材料、直径和孔隙度等。

4结语

根据本文以上阐述和分析,随着金属橡胶基础理论研究的进一步深入,其制品开发的多样化,以及标准化工作的开展,金属橡胶的诸多优良性能将被发现和利用,其应用的规模和领域将大为扩展,不仅会促进我国航空航天工业的发展,而且在船舶、冶金、石油、化工和纺织等国民经济领域也能得到广泛应用。

参考文献:

[1]敖宏瑞,姜洪源,夏宇宏,等.金属橡胶阻尼元件减振性能的试验研究[J].机械工程师,2001(2):40-42.

[2]马艳红,洪杰,李昊宇,等.金属橡胶材料吸声特性的理论分析[J].北京航空航天大学学报,2009,35(5):653-656.

[3]李昊宇,洪杰,马艳红.金属橡胶材料降噪性能的试验研究[J].装备制造技术,2009(1):42-44.

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