CN101224497B - 动压轴承制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种动压轴承制造方法，包括如下步骤：提供一填充体，该填充体外表面形成有一环形凸起，该环形凸起一侧设有一排绕该填充体环绕的若干凸起；将该填充体置于一中空轴承模具的中心位置，并以射出成型方式将金属或陶瓷粉末与熔融黏结剂的混合物射入轴承模具中空腔体以形成动压轴承胚体；通过催化脱脂方式将填充体从动压轴承胚体中移除；去除该动压轴承胚体中黏结剂；烧结动压轴承胚体。该动压轴承通过在填充体表面设置环形凸起，以方便在动压轴承内成型油路系统，使得动压轴承具有较好的保油和注油功能，且该制造方法量产性好并能保证较好的尺寸精度。

Description

动压轴承制造方法
技术领域
本发明涉及轴承制造方法，特别涉及一种动压轴承的制造方法。
背景技术
目前，轴承广泛应用于各种设备中，尤其是动压轴承在电子装置中使用得更加普遍，如硬盘驱动器(HDD)、光盘驱动器(CD-ROM)、数字化视频光盘机(DVD)、微型光盘机(MiniDisc)、磁光盘机(MO)及散热风扇等领域，这些装置中马达的轴承尺寸小，对轴承的回转精度及寿命的要求高。
动压轴承是在转轴与轴承之间的微小间隙内形成一层流体(可为气体或液体)润滑油膜，润滑油通过流经不同断面积的剪力作用而产生一动压效果，使得该动压轴承以高刚性对转轴进行支承及润滑，从而使得转轴与轴承不直接接触，可减少磨损、降低噪音。在动压轴承中，其承载油膜的形成方式有几何形状楔效应、挤压效应、表面伸缩效应、密度楔效应、黏度楔效应及膨胀效应，目前最主要以几何形状楔效应为主。
然而如何保油和注油仍是动压轴承所面临的问题。转轴与轴承间的润滑油在动压效果引起的各种作用(如毛细管作用、泵作用)下倾向沿着轴向朝轴承的端部泄露而逸散于大气中，从而使得该动压轴承因润滑油不足而无法正常工作，最后导致该动压轴承失效；同时，在组装转轴时，当转轴被挤入该动压轴承内孔时，该内孔中空气被压缩时会产生一巨大反作用力，使得注油及装配转轴变得困难。如美国专利第5018880号所揭示，该动压轴承在其内周面上开设储油槽来解决润滑油的储存和泄露问题，然而由于轴承的微型化趋势使得轴承内径相对地缩小，轴承的中空部分相对狭小，因此在形成该储油槽时非常地困难，难以提高产品的量产性及稳定性。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种具有较好的保油和注油功能，且具有较好量产性及尺寸精度的动压轴承的制造方法。
一种动压轴承制造方法，包括如下步骤：提供一填充体，该填充体外表面形成有一环形凸起，该环形凸起一侧设有一排绕该填充体环绕的若干凸起；将该填充体置于一中空轴承模具的中心位置，并以射出成型方式将金属或陶瓷粉末与熔融黏结剂的混合物射入轴承模具中空腔体以形成动压轴承胚体；通过催化脱脂方式将填充体从动压轴承胚体中移除；去除该动压轴承胚体中黏结剂；烧结动压轴承胚体。
一种动压轴承制造方法，包括如下步骤：提供一填充体，该填充体外表面形成有一环形凸起，该环形凸起一侧设有一排绕该填充体环绕的若干凸起；将该填充体置于一中空轴承模具的中心位置，该模具中预置有若干抽芯，并以射出成型方式将金属或陶瓷粉末与熔融黏结剂的混合物射入轴承模具中空腔体以形成动压轴承胚体；移除抽芯；通过催化脱脂方式将填充体从动压轴承胚体中移除；去除该动压轴承胚体中黏结剂；烧结动压轴承胚体。
该动压轴承通过在填充体表面设置环形凸起，以方便在动压轴承内成型油路系统，使得动压轴承具有较好的保油和注油功能，且该制造方法量产性好并能保证较好的尺寸精度。
附图说明
图1是本发明实施例一中一动压轴承立体剖视图。
图2是本发明实施例一中另一动压轴承立体剖视图。
图3是本发明实施例一中又一动压轴承立体剖视图。
图4是本发明实施例一中再一动压轴承立体剖视图。
图5是本发明实施例二中一动压轴承立体剖视图。
图6是本发明实施例二中另一动压轴承立体剖视图。
图7是本发明实施例三中一动压轴承立体剖视图。
图8是本发明实施例三中另一动压轴承立体剖视图。
图9是本发明实施例三中又一动压轴承立体剖视图
图10是本发明实施例一中所用的一填充体的立体图。
图11是本发明实施例二中所用的一填充体的立体图。
图12是本发明实施例三中所用的一填充体的立体图。
图13是本发明动压轴承制造方法的流程图。
图14是本发明一动压轴承胚体和一填充体的组合图。
图15是本发明实施例三中一动压轴承胚体及抽芯组合立体剖视图。
具体实施方式
请参阅图1至图4，本发明实施例一中欲成型的动压轴承100a、100b、100c、100d具有相似的结构特征，这些动压轴承100a、100b、100c、100d均包括一圆柱形本体120及一中心通孔150，该本体120内周面上开设有两排“人”字形沟槽122、124，该二排沟槽122、124分别位于该本体120内周面上并分别靠近其两端用以产生动压效果。同时，该动压轴承100a、100b、100c、100d均包括一位于该本体120内周面中部的储油槽130，上述二排沟槽122、124分别位于该储油槽130的上、下两排，该储油槽130沿圆周方向相通并呈环状，该储油槽130可储存一定量的润滑油以供流向沟槽122、124产生动压效应；动压轴承100b与动压轴承100a所不同的是，该动压轴承100b内周面上位于该沟槽124的上侧，设有一拦油槽140，当该动压轴承100b工作时，该拦油槽140可用于收容来自该沟槽124方向的润滑油，以防止润滑油泄露；动压轴承100c与动压轴承100b所不同的是，该动压轴承100c内周面上位于该沟槽124的上侧，设有二相互间隔的拦油槽140、142，进一步增强该动压轴承100c在该侧的保油功能；而动压轴承100d与动压轴承100b所不同的是，在该动压轴承100d内周面上与拦油槽140相对的另一侧，即位于该沟槽122的下侧，设有另一拦油槽144，该二拦油槽140、144可从动压轴承100d两端同时防止润滑油泄露，进一步增强该动压轴承100d的保油功能。
请参阅图5至图6，为本发明实施例二中欲成型的动压轴承200b、200d，其中动压轴承200b与实施例一中的动压轴承100b结构相似，不同之处在于：实施例二中的动压轴承200b在储油槽130和拦油槽140相对两侧的本体120内分别设有一回油通道260b以连通该储油槽130和该拦油槽140；而动压轴承200d则与实施例中的动压轴承100d结构相似，不同之处在于：实施例二中的动压轴承200d在储油槽130和拦油槽140、144相对两侧的本体120内分别设有一回油通道260d以连通该储油槽130和该拦油槽140、144。由此，该二动压轴承200b、200d中的润滑油可循环流动并重复使用，进一步提高动压轴承200a、200b的保油功能，并提高润滑油的使用效率。
综上所述，所述动压轴承100a、100b、100c、100d及动压轴承200a、200b通过分别设置储油槽130、拦油槽140、142、144及回油通道260b、260d，可有效防止润滑油的泄露。
请参阅图7至图9，为本发明实施例三中欲成型的动压轴承300a、300d1、300d2。其中，动压轴承300a与实施例一中的动压轴承100a结构相似，不同之处在于：实施例三中的动压轴承300a在储油槽130相对两侧的本体120内分别设有一注油通道360a以连通该储油槽130和该动压轴承300a轴向一端，使得该储油槽130与外部相通以供注油；动压轴承300d1、300d2与实施例一中的动压轴承100d结构相似，不同之处在于：实施例三中的动压轴承300d1在拦油槽140、144相对两侧的本体120内分别设有一注油通道360d1以连通该二拦油槽140、144和该动压轴承300d1轴向一端；该动压轴承300d2在储油槽130及拦油槽140、144相对两侧的本体120内分别设有一注油通道360d2以连通该储油槽130、拦油槽140、144和该动压轴承300d1轴向一端。因此，当将转轴(图未示)与动压轴承300a、300d1、300d2装配时，可通过这些注油通道360a、360d1或360d2将装配体(图未示)内的空气排除；同时，通过这些动压轴承300a、300d1、300d2相应端口朝这些注油通道360a、360d1或360d2内注油，以将润滑油注入到储油槽130或拦油槽140、144中。
请参阅图10至图12，本发明三个实施例中的动压轴承100a、100b、100c、100d、200b、200d、300a、300d1、300d2的制造方法基本相同，在制造这些动压轴承100a、100b、100c、100d、200b、200d、300a、300d1、300d2时，首先需要提供一填充体，该填充体的外周面与欲成型的动压轴承100a、100b、100c、100d、200b、200d、300a、300d1、300d2的内周面对应。以成型动压轴承100b、200d、300d1为例，需要分别提供一填充体10b、20d、30d1，其中，这些填充体10b、20d、30d1各包括一圆柱形本体12和两排间隔分布在该本体12圆周表面的“人”字形凸起14、15，该本体12用以成型动压轴承100b、200d、300d1的中心通孔150，这些凸起14、15用以成型沟槽122、124。另外，对于填充体10b来说，该填充体10b中部和一端分别具有一环形凸起16b、17b，该二凸起16b、17b绕该本体12圆周表面环绕，该“人”字形凸起14位于该二凸起16b、17b之间，该凸起16b的轴向长度相较于凸起17b轴向长度长，在制造动压轴承100b时，该凸起16b用以成型该动压轴承100b的储油槽130，该凸起17b用以成型该动压轴承100b的拦油槽140；对于填充体20d来说，该填充体20d的中部和两端分别具有与填充体10b的凸起16b、17b相似结构的凸起26d、27d，这些凸起26d、27d两侧表面分别垂直延伸出一径向直管25d，位于同侧的径向直管25d通过一轴向直管28d连接起来构成一封闭环，这些径向直管25d和轴向直管28d构成了二回油管道29d，在制造动压轴承200d时，该二回油管道29d用以成型该动压轴承200d的回油通道260d；对于填充体30d1来说，该填充体30d1的中部和两端分别具有与填充体10b的凸起16b、17b相似结构的凸起36d1、37d1，该二凸起37d1两侧表面分别垂直延伸出一径向直管35d1，位于同侧的径向直管35d1通过一轴向直管38d1连接起来，该二轴向直管38d1一端延伸的长度相较于本体12在同一端的轴向范围长，这些径向直管d1和轴向直管38d1构成了二注油管道39d1，在制造动压轴承300d1时，该二注油管道39d1用以成型该动压轴承300d1的注油通道360d1。另外，该二轴向直管38d1也可朝其他方向延伸，只要其延伸范围可延伸至欲成型的动压轴承300d1外表面即可。
请参阅图8、12、13及图14，以下仅以动压轴承300d1为例介绍其制造方法，其他动压轴承的成型方法与该动压轴承300d1的成型方法大致相同，不同之处在于：所提供的填充体结构不同而已，上述三个不同实施例中对应的填充体10b、20d、30d1的具体结构已经详细描述，故在此不再赘述。该动压轴承300d1的制造方法包括以下步骤：首先，提供上述填充体30d1；其次，将该填充体30d1置于一中空轴承模具(图未示)的中心位置，并以注射成型方式将金属粉体或陶瓷粉体材料充填入该轴承模具的中空腔体，以形成该动压轴承胚体330d1；再次，通过催化脱脂方式将该填充体30d1从该动压轴承胚体330d1中移除，从而该动压轴承胚体330d1的内壁表面便形成了动压沟槽122、124，储油槽130，拦油槽140、144及注油通道360d1的纹路；接着，通过脱脂或萃取方法将该动压轴承胚体330d1的黏结剂去除；然后，高温烧结该动压轴承胚体330d1；最后，以机械加工方式修整该动压轴承胚体330d1的孔径以得到所需要的动压轴承300d1。
如图15所示，另外在上述动压轴承300d1的制造方法中，在注射成型该动压轴承胚体330d1时，还可通过设置抽芯方式来成型该动压轴承300d1的注油通道360d1，具体作法是：在注射前，省去填充体30d1上的二轴向直管38d1，并在中空轴承模具内对应填充体30d1上原来轴向直管38d1的位置设置二抽芯40，该二抽芯40与轴向直管38d1具有相同的结构，然后注射成型该动压轴承胚体330d1，接着移除该二抽芯40，再陆续通过脱脂、烧结及机加工方式最后得到所需要的动压轴承300d1。
在选择该填充体30d1的材料时，除了需要考虑到成型工艺、成本及量产性外，还要考虑到后续制程工艺对该填充体30d1材料性能的要求，比如后续制程中注射成型该轴承胚体330d1时，该填充体30d1的材料熔点应比注射成型料射出时的温度高，即该填充体30d1的材料熔点比该注射成型料中黏结剂的熔点温度高，以避免该填充体30d1在与注射成型料接触时发生融熔变形；同时，后续制程的脱脂过程要求该填充体30d1的材料易于脱脂，且不会导致该动压轴承胚体330d1产生变形、弯曲或破裂等缺陷。根据以上要求，本发明的一实施例中的填充体30d1采用聚缩醛树脂，英文名为polyoxymethylene(简称POM)，作为其成型材料。聚缩醛树脂为乳白色不透明结晶性线性热塑性树脂，聚缩醛树脂具有良好的综合性能和着色性，具有较高的弹性模量，很高的刚性和硬度，比强度(材料强度与材料密度的比值)和比刚性(材料刚度与材料密度的比值)接近于金属，素有金属塑料之称。聚缩醛树脂的尺寸稳定性好，表面光泽好；除了强酸、酚类和有机卤化物外，对其他化学品稳定，耐油；机械性能受温度影响小，具有较高的热变形温度。聚缩醛树脂的吸水率大于0.2％，成型前应预干燥，聚缩醛树脂熔融温度与分解温度相近。采用聚缩醛树脂成型的制品可通过注射、挤出、吹塑、滚塑、焊接、粘接、涂膜、印刷、电镀、机加工，其中注射成型是主要方法，因聚缩醛树脂成型收缩率大，模具温度宜高些，或进行退火处理，或加入增强材料(如无碱玻璃纤维)，注射成型使用的主要设备是柱塞式或螺杆式往复注射机。该注射成型过程大致可分为：熔解-注射-冷却等三个阶段，其具体过程是：塑化好的熔体靠柱塞或螺杆的推力注入闭合的模腔内，经冷却固化定型，开模得到所需的制品。应根据填充体30d1的表面形状设计注射模具(图未示)，对该注射模具的设计应着重考虑到制品收缩率的补偿及浇口的流畅；该注射模具的主要功能有：接受熔体和分配熔体、成型制品、保压冷却、顶出注射成品、承受锁模和注射压力、传递机械运动和引导模具内各部件的运动。
在该动压轴承胚体330d1的成型过程中：用于成型动压轴承胚体330d1的中空轴承模具结构，需根据该动压轴承300d1结构尺寸并结合该填充体30d1的结构尺寸来设计；针对不同的填充体30d1的材料，可选用不同的成型方式来成型该动压轴承胚体330d1。本发明的一实施例中的填充体30d1采用聚缩醛树脂作为其成型材料，可选用粉末射出成型方式(Powder Injection Molding，简称PIM)来成型该动压轴承胚体330d1，在黏结剂的选择上，应选用熔点较填充体30d1的熔点低，且宜用脱脂或萃取方式去除的材料，比如以聚乙烯(PE)为主的黏结剂，在后续制程中，可采用热脱脂的方式去除。该动压轴承胚体330d1射出成型过程是：首先将金属或陶瓷粉末与黏结剂在高温下混合，使混合物具有类似塑料流变行为，然后将塑化后的混合物经射出成型机加热、加压射入中空轴承模具腔体以成型所需轴承胚体330d1。该粉末射出成型过程所用设备可采用与所述注射成型过程中相同的注射机，当轴承胚体330d1采用粉末射出方式成型时，应对螺杆式注射机的螺杆进行热处理，使其具有高耐磨性。通过粉末射出成形得到的制品具有很高的形状自由度，能够最大限度得到接近最终形状的零件，能有效减少后续加工量，且射出成型相对于其它成型方式更有利于制造高熔点、高强度、复杂形状的零件，易实现自动化、大批量生产。
在脱脂过程中：可供选择的脱脂方法比如有热脱脂或催化脱脂，本发明的一实施例在将填充体30d1从轴承胚体330d1中移除时采用催化脱脂方法，催化脱脂又名为触酶脱脂，其具体脱脂过程如下：首先，将经射出成型后的动压轴承胚体330d1置于一脱脂炉内，在110℃～140℃温度下对该脱脂炉内的动压轴承胚体330d1施以硝酸蒸汽，聚缩醛树脂是一种对酸性气氛非常敏感的高分子聚合物，它在酸性气氛下可以迅速发生“拉链式”的解聚反应，而在反应受热过程中很容易分解出甲醛气体小分子，因此在此种硝酸蒸汽形成的酸性催化剂环境下，聚缩醛树脂将连续被分裂成甲醛气体，即该动压轴承胚体330d1内的填充体30d1与硝酸蒸汽反应分解生成甲醛而被脱除；接着，在该脱脂炉内通过氮气回流压力将分解生成的甲醛输送自高温燃烧区燃烧成二氧化碳及二氧化氮等无害气体，从而有效地将该填充体30d1依序自动压轴承胚体330d1内排除。当批量生产动压轴承300d1时，热脱脂虽然具有工艺和设备简单的特点，但其耗时、高成本、工序复杂，催化脱脂利用气固界面反应，克服了热脱脂速度慢、易产生缺陷的不足，从而可有效避免该动压轴承胚体330d1因材料热膨胀系数不同所产生的变形、弯曲或破裂等缺陷，提高动压轴承300d1的量产性和尺寸精度，且脱脂后所产生的废物不会污染环境，利于环保。另外，除硝酸外，还可使用草酸以形成酸性气氛。
在填充体30d1脱除后，接着可通过热脱脂的方法将该动压轴承胚体330d1中的黏结剂脱除。
在脱脂过程后，由于黏结剂被去除，所得到的动压轴承胚体330d1往往比较疏松，需要对该动压轴承胚体330d1进行烧结使其变得更致密化，以得到高密度、高强度的制品。根据不同的轴承胚体330d1材料，可选择在真空、氧气或氮气等氛围下进行高温烧结。
烧结后，该动压轴承胚体330d1将会发生收缩变形，可采用机械加工方式对该胚体330d1进行尺寸修整。常用的机加工方式有多种，比如拉刀修整，钻头修整，研磨，数控等等，也可使用化学蚀刻或电解放电方式，但其成本较。高，一般不推荐使用。
以上所述方法同样可用来制作具有动压沟槽、储油槽、拦油槽、回油槽、及注油通道的转轴，不同之处是，应将填充体制作成内周面具有与动压沟槽、储油槽、拦油槽、回油槽、及注油通道对应凸起的中空圆柱形的轴承形状，该填充体内周面应与欲成型的转轴外周面相对应，接着通过射出成型成型转轴胚体，然后再经脱脂、去除黏结剂、烧结、机加修整等工序制得所需转轴。
综上所述，本发明的动压轴承100a、100b、100c、100d、200b、200d、300a、300d1、300d2的制造方法通过在填充体表面设置若干凸起，以方便在这些动压轴承100a、100b、100c、100d、200b、200d、300a、300d1、300d2内周面成型如储油槽、拦油槽、回油通道及注油通道等结构的油路系统，使得动压轴承100a、100b、100c、100d、200b、200d、300a、300d1、300d2具有较好的保油和注油功能，且该制造方法量产性好并能保证较好的尺寸精度。

Claims (13)

1.一种动压轴承制造方法，包括如下步骤：
提供一填充体，该填充体外表面形成有一环形凸起，所述环形凸起用以在该动压轴承上成型一储油槽，该环形凸起一侧设有一排绕该填充体环绕的若干凸起，所述若干凸起一侧靠近该填充体一端形成有另一环形凸起，该另一环形凸起的轴向高度较用以成型储油槽的环形凸起小，其用以在该动压轴承上成型一拦油槽，所述环形凸起两侧分别对称垂直延伸出二径向直管，二轴向直管分别位于该填充体两侧将这些径向直管连接起来形成二回油通路，该二回油通路用以在该动压轴承内部成型回油通道；
将该填充体置于一中空轴承模具的中心位置，并以射出成型方式将金属粉末与熔融黏结剂的混合物或陶瓷粉末与熔融黏结剂的混合物射入轴承模具中空腔体以形成动压轴承胚体；
通过催化脱脂方式将填充体从动压轴承胚体中移除；
去除该动压轴承胚体中黏结剂；
烧结动压轴承胚体。
2.如权利要求1所述的动压轴承制造方法，其特征在于：所述填充体包括一圆柱形实心本体，所述若干凸起为“人”字形用以成型该动压轴承的动压沟槽。
3.如权利要求1所述的动压轴承制造方法，其特征在于：所述填充体上与另一环形凸起相对端设有与该另一环形凸起平行的又一环形凸起，该又一环形凸起用以成型又一拦油槽。
4.如权利要求1至3任意一项所述的动压轴承制造方法，其特征在于：所述二轴向直管进一步延伸达到欲成型的动压轴承外表面并与所述径向直管形成二注油通路，用以在该动压轴承内部成型注油通道，所述二注油通路包括所述二轴向直管进一步延伸的部分及所述二回油通路。
5.如权利要求4所述的动压轴承制造方法，其特征在于：所述注油通路的轴向直管延伸的长度比该填充体的本体在同一端的轴向长度长。
6.如权利要求1至3任意一项所述的动压轴承制造方法，其特征在于：所述催化脱脂过程采用硝酸蒸汽或草酸蒸汽以形成酸性氛围进行脱脂。
7.如权利要求1至3任意一项所述的动压轴承制造方法，其特征在于：所述催化脱脂过程对脱脂炉内的温度控制在110℃～140℃之间。
8.如权利要求1至3任意一项所述的动压轴承制造方法，其特征在于：所述脱脂过程中通过氮气回流压力将所述填充体分解后所产生的甲醛输送至高温燃烧区燃烧成二氧化碳及二氧化氮。
9.如权利要求1至3任意一项所述的动压轴承制造方法，其特征在于：通过热脱脂或萃取方法将该动压轴承胚体的黏结剂去除。
10.如权利要求1至3任意一项所述的动压轴承制造方法，其特征在于：在烧结工艺过程后，再使用机加工方式对该动压轴承胚体进行修整。
11.一种动压轴承制造方法，包括如下步骤：
提供一填充体，该填充体外表面形成有一环形凸起，该环形凸起一侧设有一排绕该填充体环绕的若干凸起，所述环形凸起两侧分别对称垂直延伸出若干径向直管；
将该填充体置于一中空轴承模具的中心位置，该模具中预置有若干抽芯，所述抽芯分别与所述径向直管相连形成若干注油通路，所述注油通路用以在该动压轴承内部成型注油通道；
并以射出成型方式将金属粉末与熔融黏结剂的混合物或陶瓷粉末与熔融黏结剂的混合物射入轴承模具中空腔体以形成动压轴承胚体；
移除抽芯；
通过催化脱脂方式将填充体从动压轴承胚体中移除；
去除该动压轴承胚体中黏结剂；
烧结动压轴承胚体。
12.如权利要求11所述的动压轴承制造方法，其特征在于：所述若干凸起为“人”字形用以成型该动压轴承的动压沟槽，所述环形凸起用以在该动压轴承上成型一储油槽。
13.如权利要求12所述的动压轴承制造方法，其特征在于：在烧结工艺过程后，再使用机加工方式对该动压轴承胚体进行修整。
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