二系懸掛系統(tǒng)橡膠墊用金屬件拋丸工藝研究

張敬勛 朱志勇 張萬泉

摘 要：利用DOE進行了金屬件拋丸工藝實驗設計，研究了鋼丸直徑和拋丸時間對橡膠墊粘結強度的影響。結果表明，橡膠與金屬件粘結強度的大小與鋼丸直徑呈負相關、與拋丸時間呈正相關，其中拋丸時間的影響比較大，鋼丸直徑的影響比較小。實驗表明，當鋼丸直徑為0.5mm、拋丸時間為17min時，其粘結強度為7.97MPa，與擬合值相差很小。

關鍵詞：橡膠墊;金屬件;拋丸工藝;粘結強度

在機車懸掛系統(tǒng)中，橡膠墊是非常重要的減震元件。橡膠與金屬件的粘結作用決定了橡膠墊的使用壽命。在實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，拋丸工藝對金屬件表面的粗糙度影響比較大[1-2]，進而影響與橡膠的粘結強度[3]，因此，探究拋丸工藝對橡膠墊粘結強度的影響，是十分必要的。為了實驗的科學性，采用DOE進行實驗設計[4]，探究拋丸工藝的影響，更好地指導實際生產(chǎn)。

1 實驗部分

1.1 原料與設備

主要原料：金屬件，粘結劑，橡膠，均為自制

主要設備：拋丸機，Q3730，青島華盛泰拋丸機械有限公司

萬能實驗機，TH-8201S，蘇州拓博機械設備有限公司

1.2 試樣制備與測試

用粘結劑將拋丸處理的金屬件與橡膠材料粘結在一起，經(jīng)硫化后制得實驗樣品。粘結強度參照GB/T13936-92測定。

1.3 拋丸工藝實驗設計

1.3.1 工藝參數(shù)分析與選擇

金屬件和橡膠的粘結強度是橡膠墊的重要性能之一，經(jīng)過長期的數(shù)據(jù)積累發(fā)現(xiàn)，金屬件的表面狀況對其粘結強度影響比較大，而拋丸過程是影響金屬件的表面粗糙度的主要因素。因此，將拋丸過程的拋丸時間和鋼丸直徑作為研究對象，采用響應曲面法探究二者與粘結強度的關系。

1.3.2 工藝參數(shù)水平的確定

1.4 實驗設計

利用minitab軟件，進行拋丸工藝實驗設計，方案見表2。

2 結果與討論

按照表2的實驗方案進行實驗，實驗結果見表3。

2.1 模型表達式

以粘結強度為響應值，以拋丸時間和鋼丸直徑為因子，經(jīng)擬合后的圖形表達式為：

Y= 2.51+0.40887X1+1.537X2-0.00278X1*X1-0.952X2*X2-0.145X1*X2（1）

式中：X1為拋丸時間;X2為鋼丸直徑。

經(jīng)過分析，式（1）中各項的顯著性p值均為0，表明各項對結果影響明顯，模型沒有失擬現(xiàn)象，說明該回歸模型是有效的。

2.2 曲面圖

圖1為粘結強度與拋丸時間、鋼丸直徑的關系曲面圖。

從圖1中可以看出，隨著鋼丸直徑的減小和拋丸時間的延長，金屬件與橡膠的粘結強度逐漸在增大，同時，在圖片的左上角處出現(xiàn)粘結強度的最大值。我們期望粘結強度達到7MPa以上，因此，需要較小的鋼丸直徑和較長的拋丸時間。該結論有利于優(yōu)化拋丸工藝。

結合該模型的柏拉圖和表達式（1）可知，拋丸工藝中拋丸時間對粘結強度的影響比較大，鋼丸直徑對粘結強度的影響次之。這是因為粘結強度與金屬表面粗糙度有關，而拋丸工藝使金屬件表面結構發(fā)生變化[1-2]，較長的拋丸時間使金屬件表面粗糙度和硬度增大。鋼丸直徑的變化，改變的是鋼丸與金屬件接觸面積，從而改變金屬件表面的粗糙度。二者相比，鋼丸直徑對金屬表面粗糙度的影響較小。

2.3 實驗優(yōu)化及驗證

為了得到更加優(yōu)化的拋丸工藝，使用優(yōu)化器進行優(yōu)化設計，優(yōu)化結果為當拋丸時間為17min，鋼丸直徑為0.5mm時，其粘結強度達到最大值7.95MPa。經(jīng)實驗驗證，粘結強度實驗值為7.97MPa，與擬合值相差0.02MPa，相差在0.30%以內，說明該模型有效。

3 結論

本文研究了拋丸時間和鋼丸直徑對金屬件與橡膠粘結強度的影響，通過DOE實驗設計，并以粘結強度為響應值進行了建模，實驗結果表明了該模型的有效性。具體結論有：①粘結強度的大小與拋丸工藝有關，并隨拋丸時間的延長、鋼丸直徑的減小，粘結強度呈上升趨勢。其中拋丸時間的影響比較大，鋼丸直徑的影響較小;②經(jīng)過優(yōu)化，當拋丸時間為17min、鋼丸直徑為0.5mm時，其粘結強度最高;③經(jīng)過驗證，當拋丸時間為17min、鋼丸直徑為0.5mm時，粘結強度為7.97MPa，與預測值相差在0.03%以內。

參考文獻：

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