膠管鋼絲反復(fù)彎曲試驗(yàn)的影響因素探討

呂 青，湯建忠，崔恒偉，鄒國(guó)華，趙 同

（江蘇興達(dá)鋼簾線股份有限公司，江蘇 泰州 225721）

反復(fù)彎曲試驗(yàn)次數(shù)是膠管鋼絲的重要力學(xué)性能指標(biāo)之一，反映了膠管鋼絲的韌性[1]，目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于膠管鋼絲的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)均對(duì)反復(fù)彎曲指標(biāo)做出了明確的規(guī)定。在測(cè)試過(guò)程中，除試樣本身性能的影響外，不同試驗(yàn)方法和試驗(yàn)條件對(duì)測(cè)試結(jié)果也有一定的影響，如圓柱支座半徑和張緊力等。本工作通過(guò)研究反復(fù)彎曲的試驗(yàn)條件，探討膠管鋼絲反復(fù)彎曲試驗(yàn)的影響因素。

1 試驗(yàn)儀器

WJJ-6C型機(jī)動(dòng)彎折試驗(yàn)機(jī)，寧夏青山試驗(yàn)機(jī)有限公司產(chǎn)品，其工作原理如圖1所示，在撥桿部位使用彈簧控制樣品測(cè)試的張緊力。

2 試驗(yàn)過(guò)程

2.1 圓柱支座半徑的影響

涂應(yīng)宏等[2]指出，圓柱支座半徑對(duì)金屬線材彎曲次數(shù)有重大影響，且兩者呈近似冪指數(shù)的關(guān)系，隨著圓柱支座半徑的增大，金屬線材的反復(fù)彎曲次數(shù)會(huì)明顯增加。

在GB/T 238—2013《金屬材料 線材 反復(fù)彎曲試驗(yàn)方法》中規(guī)定根據(jù)線材不同公稱直徑選擇不同的圓柱支座半徑，如表1所示，但在GB/T 11182—2017《橡膠軟管增強(qiáng)用鋼絲》中規(guī)定，所有膠管鋼絲均采用2.5 mm的圓柱支座半徑測(cè)試反復(fù)彎曲性能。

表1 鋼絲反復(fù)彎曲試驗(yàn)參數(shù) mm

選取 直 徑為0.25，0.295，0.35，0.50和0.65 mm的膠管鋼絲在不同圓柱支座半徑條件下進(jìn)行反復(fù)彎曲試驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。

表2 膠管鋼絲在不同圓柱支座半徑條件下的彎曲試驗(yàn)結(jié)果

從表2可以看出，不同圓柱支座半徑對(duì)金屬線材彎曲次數(shù)有重大影響，圓柱支座半徑越小，彎曲次數(shù)越少，且兩者呈近似冪指數(shù)的關(guān)系，這種規(guī)律在直徑較小膠管鋼絲上表現(xiàn)更明顯。

同時(shí)也可以看到，根據(jù)GB/T 238—2013選擇圓柱支座半徑，膠管鋼絲彎曲次數(shù)極差更小。

目前國(guó)內(nèi)外膠管鋼絲的彎曲試驗(yàn)均采用2.5 mm圓柱支座半徑，必然導(dǎo)致極差大，試驗(yàn)結(jié)果不能準(zhǔn)確反映鋼絲的彎曲性能，甚至?xí)斐烧`判。

2.2 張緊力的影響

GB/T 238—2013規(guī)定，為確保試樣與圓柱支座圓弧面的連續(xù)接觸，對(duì)試樣施加的張緊力不超過(guò)其公稱抗拉強(qiáng)度相對(duì)力值（公稱破斷力）的2%，而張緊力的大小主要通過(guò)調(diào)節(jié)彈簧位移來(lái)確定。根據(jù)胡克定律，彈簧位移與力值存在以下線性關(guān)系[3]：

式中F——彈簧軸向壓力，N；

P——彈簧彈性系數(shù)，N·mm-1；

λ——彈簧軸向壓縮量，mm。

彈簧彈性系數(shù)通常是一個(gè)常數(shù)，可根據(jù)彈簧的切變模量、直徑、有效圈數(shù)和旋繞比直接計(jì)算。本次試驗(yàn)選用的WJJ-6C型機(jī)動(dòng)彎折試驗(yàn)機(jī)配備有兩種彈簧，簧絲直徑分別為1.0和1.8 mm，同時(shí)該儀器已制作刻度尺，可根據(jù)彈簧壓縮量直接確定鋼絲的張緊力大小，如圖2所示。

當(dāng)張緊力在2～10 N之間時(shí)，選擇簧絲直徑為1.0 mm的彈簧；當(dāng)張緊力在10～60 N之間時(shí)，選擇簧絲直徑為1.8 mm的彈簧。

選 取 直徑 為0.25，0.295，0.35，0.50和0.65 mm的膠管鋼絲在不同張緊力條件下進(jìn)行反復(fù)彎曲試驗(yàn)，為便于比較張緊力對(duì)膠管鋼絲彎曲試驗(yàn)結(jié)果的影響，結(jié)合筆者在測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)由于彈簧選取不合理導(dǎo)致張緊力超過(guò)試樣公稱破斷力2%的情況，選擇施加的張緊力分別為試樣公稱破斷力的1%，2%，5%和10%，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 膠管鋼絲在不同張緊力條件下的彎曲試驗(yàn)結(jié)果

從表3可以看出：不同張緊力對(duì)膠管鋼絲反復(fù)彎曲性能有一定的影響，在滿足不超過(guò)試樣公稱破斷力2%時(shí)，張緊力對(duì)膠管鋼絲彎曲次數(shù)的影響并不明顯；當(dāng)張緊力超過(guò)公稱破斷力2%時(shí)，膠管鋼絲反復(fù)彎曲次數(shù)明顯減少，特別是較細(xì)規(guī)格膠管鋼絲對(duì)張緊力更為敏感。

在掃描電子顯微鏡下觀察膠管鋼絲反復(fù)彎曲斷口的形貌。張緊力設(shè)為試樣公稱破斷力的1%～2%時(shí)斷口如圖3所示，因鋼絲反復(fù)彎曲導(dǎo)致彎曲表面和內(nèi)部均出現(xiàn)大量裂紋，鋼絲達(dá)到疲勞極限出現(xiàn)斷裂，屬于典型的反復(fù)彎曲斷口。隨著張緊力的不斷增大，出現(xiàn)頸縮狀斷口的概率不斷增大，在張緊力達(dá)到試樣公稱破斷力的10%時(shí)，出現(xiàn)了如圖4所示的頸縮狀彎曲斷口，主要是因?yàn)殇摻z不僅受到交變彎曲應(yīng)力的影響，同時(shí)還受到了較大張緊力的作用，隨著彎曲次數(shù)的不斷增加，不同晶面可能出現(xiàn)滑移錯(cuò)位缺陷，鋼絲在反復(fù)彎曲中出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致反復(fù)彎曲性能下降。

3 結(jié)論

（1）圓柱支座半徑越小，膠管鋼絲彎曲次數(shù)越少，且兩者呈近似冪指數(shù)的關(guān)系，這種規(guī)律在較細(xì)規(guī)格膠管鋼絲上表現(xiàn)更明顯。

（2）按照GB/T 238—2013選擇圓柱支座半徑，膠管鋼絲彎曲次數(shù)極差更小，檢測(cè)結(jié)果更穩(wěn)定，可降低膠管鋼絲性能誤判的風(fēng)險(xiǎn)。

（3）張緊力過(guò)大會(huì)導(dǎo)致膠管鋼絲的彎曲性能明顯下降，為了保證彎折試驗(yàn)機(jī)能準(zhǔn)確檢測(cè)膠管鋼絲彎曲性能，減少儀器誤差導(dǎo)致的檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確現(xiàn)象，應(yīng)對(duì)檢測(cè)過(guò)程中的張緊力進(jìn)行監(jiān)控，確保張緊力持續(xù)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。