用于软管的金属丝及其制作装置和制备方法与流程

本发明涉及用于软管的金属丝及其制作装置和制备方法，该金属丝适用于橡胶软管的骨架和增强材料等。

背景技术：

软管行业在我国已有几十年的历史，近年来随着我国汽车制造、石油开采、农业水利、海洋化工以及建筑业迅速发展对软管的需求日趋提高。软管工业以钢丝、纤维编织或缠绕增强的软管比例有了大幅度提高。胶管用钢丝主要作为高压胶管的骨架和增强材料，具有强度高、韧性好等特点，同时钢丝表面镀黄铜与橡胶具有良好的黏合性能，利于胶管钢丝生产的高压软管能承受高温、高压、高冲击，在机械、航空、汽车、海洋、石油钻探、煤矿等多行业广泛应用。

目前广泛使用的金属丝是表面光滑的圆形结构，表面镀有黄铜，在胶管生产过程中通过缠绕或编织的方式作为橡胶软管增强作用，因此，增强金属丝和橡胶黏合作用，及提升脉冲疲劳性能的努力一直持续至今，目前尚未取得根本性突破。如在专利cn101793335a中公开的那样改变金属丝的结构，将圆形金属丝改变为扁平形结构，试图增加金属丝与接触点的接触面积，降低接触应力，提高胶管的脉冲寿命，但是改变金属丝扁平结构通过冷轧方式，对于细规格直径的圆形金属丝无法保证稳定轧制尺寸精度，在胶管生产过程中易出现尺寸不均，同时正如该专利指出，在轧制过后抗拉强度会存在相应损失，这样在略微提升胶管脉冲性能的同时会降低胶管的增强作用。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：克服因提高金属丝韧性所带来的抗拉强度明显下降的问题，现提供一种用于软管的金属丝及其制作装置和制备方法，该金属丝具有强度高、韧性好，同时与橡胶或树脂等具有良好的粘合性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种金属丝，包括轴线呈直线或近似直线的金属线材；金属线材的外周软化有一定深度的软化层，所述软化层的硬度小于金属线材上其余部位的硬度。

本方案中通过将金属线材的外部软化使得金属线材的硬度在径向上呈差异化，即金属丝的表层硬度低于内部硬度，从而在金属丝抗拉强度微降的情况下，大幅度提高金属丝的韧性，使得金属丝的脉冲疲劳寿命增加。

具体金属丝在软化时，分为金属丝外周的整体软化和金属丝外周的局部软化：

第一种，金属丝外周整体软化：

具体地，所述金属线材的外周整体软化有一定深度的软化层。

第二种，金属丝外周局部软化：

具体地，所述金属线材的外周局部软化有一定深度的软化层。

局部软化可具体分为三类：

第一类，所述软化层呈环形且有若干个，若干所述软化层沿金属线材的轴线方向间隔分布，所述软化层环绕在所述金属线材的外周。

第二类，所述软化层呈条型，所述软化层的长度与金属线材的轴向长度一致，所述软化层有若干个，若干所述软化层沿金属线材的周向间隔分布。

第三类，位于金属线材同一轴向位置的软化层有若干个，若干同一轴向位置的软化层构成软化组，所述金属线材沿其轴向方向分布有若干软化组，同一软化组中的软化层沿金属线材的周向间隔分布。

为了增加金属丝与软管中橡胶的黏合作用，进一步地，所述金属线材为外表面镀有黄铜层的金属线材。

进一步地，所述黄铜层的铜和锌的含量比例为60％-80％的铜及20％-40％的锌，该含量组成的黄铜层在橡硫化后与橡胶的结合力较佳，黄铜层的含量组成可根据客户所采用软管的橡胶配方具体确定。

进一步地，所述金属线材中黄铜层的重量为1g/kg-20g/kg，该含量的黄铜层在橡硫化后与橡胶的结合力较佳，黄铜层的含量可根据客户所采用软管的橡胶配方具体确定。

优选地，所述金属线材中黄铜层的重量为3g/kg-15g/kg。

进一步地，所述金属丝的抗拉强度为1800-4000mpa。

优选地，所述金属丝的抗拉强度为2450-3500mpa。

为了金属丝达到所需求的韧性，进一步地，所述金属线材的线径d是软化层深度h的2-200倍，金属线材上未软化部位的硬度是软化层硬度的1.02-10倍。

优选地，所述金属线材的线径d是软化层深度h的2-200倍，金属线材上未软化部位的硬度是软化层硬度的1.02-5倍。

为了金属丝达到所需求的韧性，进一步地，所述金属线材的线径d是软化层深度h的4-180倍，金属线材上未软化部位的硬度是软化层硬度的1.02-10倍。

优选地，所述金属线材的线径d是软化层深度h的4-180倍，金属线材上未软化部位的硬度是软化层硬度的1.02-5倍。

优选地，所述金属丝的线径前后一致或均匀变化。

具体地，所述金属丝的横截面为圆形、近似圆形、四边形或近似四边形。

具体地，所述金属丝的线径在0.05mm-2.5mm之间。

优选地，所述金属丝的线径在0.05mm-0.8mm之间。

为了增加金属丝与软管中橡胶的黏合作用，所述金属线材为黄铜层外涂覆有树脂层的金属线材。

优选地，所述金属线材自身为钢丝。

本发明所说的金属丝其轴线近似直线，截面近似圆形，截面近似四边形，线径均匀变化均指金属丝在加工过程产生的偏差。

本发明该提供一种用于软管的金属丝的制作装置，该制作装置包括依次设置的放线装置、过线轮、牵引轮、对金属丝表面实施加热软化处理使其硬度发生变化的感应加热装置、水冷槽、烘干槽、对金属丝进行表面应力处理的矫直器、恒张力控制装置、收线装置及收线轮。

本发明还提供一种用于软管的金属丝制作装置的制备方法，至少包括以下步骤：

a)软化处理：先将金属丝依次经过放线装置、过线轮及牵引轮，然后金属丝通过含有保护气体的感应加热装置，使金属丝表面产生一定深度的软化，然后进入水冷槽进行水冷，接着进入烘干槽烘干得到表面软化的金属丝；

b)表面应力处理：表面软化的金属丝进入矫直器进行金属丝的表面应力处理，加工出应力均匀的金属丝；

c)收线：最后金属丝在恒张力控制装置的控制下经收线装置的拉动缠绕至收线轮。

本发明的有益效果是：本发明用于软管的金属丝通过对金属丝表面一定深度进行硬度处理，提高金属丝的韧性，同时降低金属丝在拉拔过程中产生的表面应力及表面缺陷，经过表面再次处理，同步增强金属丝与软管的粘合性能，最终达到脉冲疲劳寿命增加及增强软管的黏合性能。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明实施例1中用于软管的金属丝的横截面为圆形的示意图；

图2是本发明实施例1中用于软管的金属丝的横截面为方形的示意图；

图3是本发明实施例2中用于软管的金属丝的纵截面示意图；

图4是图3中a-a向剖视示意图；

图5是本发明实施例3中用于软管的金属丝的横截面示意图；

图6是图5中b-b向剖视示意图；

图7是本发明实施例4中用于软管的金属丝的示意图；

图8是图7中c-c向剖视示意图。

图9是本发明金属丝的制作装置示意图。

图中：1、金属线材，1-1、软化层，2、放线装置，3、牵引轮，4、感应加热装置，5、水冷槽，6、烘干槽，7、矫直器，8、收线轮。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成，方向和参照(例如，上、下、左、右、等等)可以仅用于帮助对附图中的特征的描述。因此，并非在限制性意义上采用以下具体实施方式，并且仅仅由所附权利要求及其等同形式来限定所请求保护的主题的范围。

实施例1

如图1和2所示，一种用于软管的金属丝，包括轴线呈直线或近似直线的金属线材1；金属线材1的外周软化有一定深度的软化层1-1，所述软化层1-1的硬度小于金属线材1上其余部位的硬度。

所述金属线材1的外周整体软化有一定深度的软化层1-1。

所述金属线材1自身为钢丝。

所述金属线材1为外表面镀有黄铜层的金属线材1。

所述黄铜层的铜和锌的含量比例为60％-80％的铜及20％-40％的锌。

所述金属线材1中黄铜层的重量为1g/kg-20g/kg；作为优选，所述金属线材1中黄铜层的重量为3g/kg-15g/kg。

所述金属丝的抗拉强度为1800-4000mpa；作为优选，所述金属丝的抗拉强度为2450-3500mpa。

所述金属丝的横截面为圆形、近似圆形、四边形或近似四边形，横截面呈四边形的金属线材1的线径d指四边形的长边长度。

所述金属丝的线径在0.05mm-2.5mm之间；作为优选，所述金属丝的线径在0.05mm-0.8mm之间。

所述金属线材1的线径d是软化层1-1深度h的2-200倍，金属线材1上未软化部位的硬度是软化层1-1硬度的1.02-10倍，作为优选，金属线材1上未软化部位的硬度是软化层1-1硬度的1.02-5倍；或所述金属线材1的线径d是软化层1-1深度h的4-180倍，金属线材1上未软化部位的硬度是软化层1-1硬度的1.02-10倍，作为优选，金属线材1上未软化部位的硬度是软化层1-1硬度的1.02-5倍。

如图9所示，上述金属丝的制作装置包括依次设置的放线装置2、过线轮、牵引轮3、对金属丝表面实施加热软化处理使其硬度发生变化的感应加热装置4、水冷槽5、烘干槽6、对金属丝进行表面应力处理的矫直器7、恒张力控制装置、收线装置及收线轮8。

上述金属丝制作装置的制备方法至少包括以下步骤：

a)软化处理：先将金属丝依次经过放线装置2、过线轮及牵引轮3，然后金属丝通过含有保护气体的感应加热装置4，使金属丝表面产生一定深度的软化，然后进入水冷槽5进行水冷，接着进入烘干槽6烘干得到表面软化的金属丝；

b)表面应力处理：表面软化的金属丝进入矫直器7进行金属丝的表面应力处理，加工出应力均匀的金属丝；

c)收线：最后金属丝在恒张力控制装置的控制下经收线装置的拉动缠绕至收线轮8。

本实施例中金属线材1采用外周整体软化有一定深度的软化层1-1，实现金属丝在其强度微降的情况下,韧性得到较大的提升，从而实现金属丝脉冲疲劳寿命增加。

实施例2

如图3和4所示，一种用于软管的金属丝，包括轴线呈直线或近似直线的金属线材1；金属线材1的外周软化有一定深度的软化层1-1，所述软化层1-1的硬度小于金属线材1上其余部位的硬度。

所述金属线材1的外周局部软化有一定深度的软化层1-1，所述软化层1-1呈环形且有若干个，若干所述软化层1-1沿金属线材1的轴线方向间隔分布，所述软化层1-1环绕在所述金属线材1的外周。

所述金属线材1自身为钢丝。

所述金属线材1为外表面镀有黄铜层的金属线材1。

所述黄铜层的铜和锌的含量比例为60％-80％的铜及20％-40％的锌。

所述金属线材1中黄铜层的重量为1g/kg-20g/kg；作为优选，所述金属线材1中黄铜层的重量为3g/kg-15g/kg。

所述金属丝的抗拉强度为1800-4000mpa；作为优选，所述金属丝的抗拉强度为2450-3500mpa。

所述金属丝的横截面为圆形、近似圆形、四边形或近似四边形，横截面呈四边形的金属线材1的线径d指四边形的长边长度。

所述金属丝的线径在0.05mm-2.5mm之间；作为优选，所述金属丝的线径在0.05mm-0.8mm之间。

所述金属线材1的线径d是软化层1-1深度h的2-200倍，金属线材1上未软化部位的硬度是软化层1-1硬度的1.02-10倍，作为优选，金属线材1上未软化部位的硬度是软化层1-1硬度的1.02-5倍；或所述金属线材1的线径d是软化层1-1深度h的4-180倍，金属线材1上未软化部位的硬度是软化层1-1硬度的1.02-10倍，作为优选，金属线材1上未软化部位的硬度是软化层1-1硬度的1.02-5倍。

如图9所示，上述金属丝的制作装置包括依次设置的放线装置2、过线轮、牵引轮3、对金属丝表面实施加热软化处理使其硬度发生变化的感应加热装置4、水冷槽5、烘干槽6、对金属丝进行表面应力处理的矫直器7、恒张力控制装置、收线装置及收线轮8，其中感应加热装置4可对金属丝进行间歇性加热。

上述金属丝制作装置的制备方法至少包括以下步骤：

a)软化处理：先将金属丝依次经过放线装置2、过线轮及牵引轮3，然后金属丝通过含有保护气体的感应加热装置4，每隔一段时间轴向移动金属丝，对金属丝进行间歇性加热软化，然后进入水冷槽5进行水冷，接着进入烘干槽6烘干得到表面轴向分布有软化层1-1的金属丝；

b)表面应力处理：表面软化的金属丝进入矫直器7进行金属丝的表面应力处理，加工出应力均匀的金属丝；

c)收线：最后金属丝在恒张力控制装置的控制下经收线装置的拉动缠绕至收线轮8。

本实施例中金属线材1采用环形软化层1-1沿金属线材1的轴线方向间隔分布，实现金属丝在其强度微降的情况下,韧性得到较大的提升，从而实现金属丝脉冲疲劳寿命增加。

实施例3

如图5和6所示，一种用于软管的金属丝，包括轴线呈直线或近似直线的金属线材1；金属线材1的外周软化有一定深度的软化层1-1，所述软化层1-1的硬度小于金属线材1上其余部位的硬度。

所述金属线材1的外周局部软化有一定深度的软化层1-1，所述软化层1-1呈条型，所述软化层1-1的长度与金属线材1的轴向长度一致，所述软化层1-1有若干个，若干所述软化层1-1沿金属线材1的周向间隔分布。

所述金属线材1自身为钢丝。

所述金属线材1为外表面镀有黄铜层的金属线材1。

所述黄铜层的铜和锌的含量比例为60％-80％的铜及20％-40％的锌。

所述金属线材1中黄铜层的重量为1g/kg-20g/kg；作为优选，所述金属线材1中黄铜层的重量为3g/kg-15g/kg。

所述金属丝的抗拉强度为1800-4000mpa；作为优选，所述金属丝的抗拉强度为2450-3500mpa。

所述金属丝的横截面为圆形、近似圆形、四边形或近似四边形，四边形的线径，横截面呈四边形的金属线材1的线径d指四边形的长边长度。

所述金属丝的线径在0.05mm-2.5mm之间；作为优选，所述金属丝的线径在0.05mm-0.8mm之间。

所述金属线材1的线径d是软化层1-1深度h的2-200倍，金属线材1上未软化部位的硬度是软化层1-1硬度的1.02-10倍，作为优选，金属线材1上未软化部位的硬度是软化层1-1硬度的1.02-5倍；或所述金属线材1的线径d是软化层1-1深度h的4-180倍，金属线材1上未软化部位的硬度是软化层1-1硬度的1.02-10倍，作为优选，金属线材1上未软化部位的硬度是软化层1-1硬度的1.02-5倍。

如图9所示，上述金属丝的制作装置包括依次设置的放线装置2、过线轮、牵引轮3、对金属丝表面实施加热软化处理使其硬度发生变化的感应加热装置4、水冷槽5、烘干槽6、对金属丝进行表面应力处理的矫直器7、恒张力控制装置、收线装置及收线轮8，其中感应加热装置4可对金属丝进行间歇性加热。

上述金属丝制作装置的制备方法至少包括以下步骤：

a)软化处理：先将金属丝依次经过放线装置2、过线轮及牵引轮3，然后金属丝通过含有保护气体的感应加热装置4，每隔一段时间转动金属丝，每次对金属丝整体外周一定弧度范围内进行加热，然后进入水冷槽5进行水冷，接着进入烘干槽6烘干得到表面周向分布的有软化层1-1的金属丝；

b)表面应力处理：表面软化的金属丝进入矫直器7进行金属丝的表面应力处理，加工出应力均匀的金属丝；

c)收线：最后金属丝在恒张力控制装置的控制下经收线装置的拉动缠绕至收线轮8。

本实施例中金属线材1采用条型软化层1-1沿金属线材1的周向间隔分布，实现金属丝在其强度微降的情况下,韧性得到较大的提升，从而实现金属丝脉冲疲劳寿命增加。

实施例4

如图7和8所示，一种用于软管的金属丝，包括轴线呈直线或近似直线的金属线材1；金属线材1的外周软化有一定深度的软化层1-1，所述软化层1-1的硬度小于金属线材1上其余部位的硬度。

位于金属线材1同一轴向位置的软化层1-1有若干个，若干同一轴向位置的软化层1-1构成软化组，所述金属线材1沿其轴向方向分布有若干软化组，同一软化组中的软化层1-1沿金属线材1的周向间隔分布。

所述金属线材1自身为钢丝。

所述金属线材1为外表面镀有黄铜层的金属线材1。

所述黄铜层的铜和锌的含量比例为60％-80％的铜及20％-40％的锌。

所述金属线材1中黄铜层的重量为1g/kg-20g/kg；作为优选，所述金属线材1中黄铜层的重量为3g/kg-15g/kg。

所述金属丝的抗拉强度为1800-4000mpa；作为优选，所述金属丝的抗拉强度为2450-3500mpa。

所述金属丝的横截面为圆形、近似圆形、四边形或近似四边形，横截面呈四边形的金属线材1的线径d指四边形的长边长度。

所述金属丝的线径在0.05mm-2.5mm之间；作为优选，所述金属丝的线径在0.05mm-0.8mm之间。

所述金属线材1的线径d是软化层1-1深度h的2-200倍，金属线材1上未软化部位的硬度是软化层1-1硬度的1.02-10倍，作为优选，金属线材1上未软化部位的硬度是软化层1-1硬度的1.02-5倍；或所述金属线材1的线径d是软化层1-1深度h的4-180倍，金属线材1上未软化部位的硬度是软化层1-1硬度的1.02-10倍，作为优选，金属线材1上未软化部位的硬度是软化层1-1硬度的1.02-5倍。

如图9所示，上述金属丝的制作装置包括依次设置的放线装置2、过线轮、牵引轮3、对金属丝表面实施加热软化处理使其硬度发生变化的感应加热装置4、水冷槽5、烘干槽6、对金属丝进行表面应力处理的矫直器7、恒张力控制装置、收线装置及收线轮8，其中感应加热装置4可对金属丝进行间歇性加热。

上述金属丝制作装置的制备方法至少包括以下步骤：

a)软化处理：先将金属丝依次经过放线装置2、过线轮及牵引轮3，然后金属丝通过含有保护气体的感应加热装置4，金属丝在加热丝可转动及轴向移动，以便在金属丝上软化出若干软化组，然后进入水冷槽5进行水冷，接着进入烘干槽6烘干得到表面软化的金属丝；

b)表面应力处理：表面软化的金属丝进入矫直器7进行金属丝的表面应力处理，加工出应力均匀的金属丝；

c)收线：最后金属丝在恒张力控制装置的控制下经收线装置的拉动缠绕至收线轮8。

本实施例中金属线材1采用相邻两个软化组中的软化层1-1交错分布，实现金属丝在其强度微降的情况下,韧性得到较大的提升，从而实现金属丝脉冲疲劳寿命增加。

实施例5

实施例5与实施例1、2、3或4的区别在于：所述金属线材1为黄铜层外涂覆有树脂层的金属线材1，树脂层可增加金属丝与软管中橡胶的黏合作用。

上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。