CN101555906A - 轻薄型自润滑轴承及其制造方法 - Google Patents

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本发明公开了一种轻薄型自润滑轴承及其制造方法。旨在提供一种制造工艺简单、成本低，重量轻，安装和使用方便的轻薄型自润滑轴承及其制造方法。它呈轴套状，它以金属板为基材，基材的内壁结合有非金属的耐磨材料，其特征是在基材上制有规则排列的通孔，耐磨材料与基材的结合面有部分耐磨材料嵌合在通孔中，在轴套的表面有一合缝。轻薄型自润滑轴承的制造方法包括有下列步骤：非金属的耐磨材料的制备、基材的制作、胶合、成形和检验、入库。该发明可以使非金属减磨材料嵌合在通孔中并有胶粘剂粘合，具有极强的附着力。在金属基材上冲制有通孔后又可减小重量。该产品可广泛用于化工、医药、仪器、仪表、航空、航天、食品加工等机械装置中。

Description

轻薄型自润滑轴承及其制造方法
技术领域
本发明涉及滑动轴承，尤其涉及一种轻薄型自润滑轴承及其制造方法。
背景技术
传统使用的自润滑轴承是用层叠复合板材，如钢-铜-非金属材料的复合板材，这些复合板材的一般制造工艺是：裁剪钢板-钢板表面铺铜粉烧结-校平-表面铺非金属减磨材料烧结-滚轧校平到规定厚度的板材，制成作滑动轴承的坯料，再根据要求成形零件，由于钢与非金属材料物理性能的不一致性，如热涨系数不同、在高温下工作，易起皱或材料结合面之间分离；平板材料在弯曲成形的过程中，由于材料内外层的曲率不同也会引起材料结合面之间的分离。因此，生产中一般在钢的材料基表面铺上球形铜粉烧结，以增加钢材料基表面的粗糙度及形成空隙，提高非金属减磨材料与钢基材料表面的附着力，使两者不易分离。而铜粉烧结工艺复杂，质量难以控制，又要消耗铜粉，产品成本高。
随着工业技术的发展，一些特种机械设备上用的自润滑轴承除了精度高、减摩耐磨性能好、壁薄外还要求重量轻，在化工、医药、食品机械中还要求耐腐蚀。如用于耐腐蚀不锈钢阀门主轴两端的滑动轴承等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制造工艺简单、成本低，重量轻，安装和使用方便的轻薄型自润滑轴承及其制造方法。
为了达到上述目的，轻薄型自润滑轴承的技术方案是：呈轴套状，它以金属板为基材，基材的内壁结合有非金属的耐磨材料，其特征是在基材上制有规则排列的通孔，耐磨材料与基材的结合面有部分耐磨材料嵌合在通孔中，在轴套的表面有一合缝。所述的基材可以用不锈钢。
按照上述轻薄型自润滑轴承的制造方法，包括有下列步骤：
A、非金属的耐磨材料的制备：
(1)配料：按体积百分比，包括有氟塑树脂70％～85％、固体润滑剂10％～25％和纤维增强剂5～15％；
(2)磨料、拌料：将上述各配料磨细，径粒小于30μm，混合后搅拌均匀成混合料；
(3)压料、成形：将混合料放到圆柱形的模具内，加压≥35MPa，使混合料的自然状态的体积与压缩后状态的体积比为3.8～4.2，压制成中间带孔的圆柱形坯料；
(4)烧结坯料：将坯料放入加热炉内从自然温度逐渐升至360℃→降至120℃→升至360℃→降至120℃→，一次温度升降为一个周期，连续8～10个周期，总时间72h～80h，完成烧结后从炉内取出；
(5)切削制成软带：将烧结后的圆柱形坯料，再经机械切削成厚度为0.5mm～1.2mm成片状的非金属的耐磨材料的软带；
(6)钠化处理：在软带的一个表面进行钠化处理，经钠化处理后的软带抗拉强度≥13.2MPa和断裂伸长率≥150％；
B、基材的制作：
(1)冲孔：选用金属板材，厚度为0.4mm～1.2mm，校平、去油污清洁处理后，在金属板材上冲出排布均匀的通孔；
(2)裁剪基材：将带孔的金属板材，根据轻薄型自润滑轴承中基材的高度和展开长度裁剪；
C、胶合：
(1)粘接：在软带经钠化处理的表面涂上胶粘剂；将基材冲孔中形成的毛面与有胶粘剂面的软带粘合；
(2)热压：热压机上取压力9MPa～11MPa，在180℃～190℃内加热10min～14min的条件下热压粘合有基材的软带，成复合的坯料，要求基材与软带的结合强度≥1N/mm2；
D、成形和检验、入库：
(1)修整和成形：对复合的坯料修边、倒角，再通过成形模对复合的坯料卷制成表面有一合缝的轻薄型自润滑轴承；
(2)检验、入库：对制成的轻薄型自润滑轴承进行检验，合格产品入库。
按照上述结构的轻薄型自润滑轴承及其制造方法，可以使非金属减磨材料嵌合在通孔中并有胶粘剂粘合，具有极强的附着力，不管在加工或使用中均不会产生金属基材与非金属减磨材料的分离；免除整体烧结铜粉的工艺，省去铜粉，降低能源消耗和产品成本，又利于环境保护，在金属基材上冲制有通孔后又可减小轻薄型自润滑轴承的重量。另外由于非金属耐磨材料的软带厚度达到0.5mm～1.2mm比普通自润滑轴承上非金属耐磨材料的厚度0.01mm～0.03mm厚许多，且软带有弹性，因此在两轴孔同轴度较大的情况下，转动轴仍能较灵活地转动，对轻载、加工和定位要求不高的场合能达到理想的效果。当所选用的金属基材为不锈钢时，轻薄型自润滑轴承又具有耐腐蚀的功能。该产品可广泛用于化工、医药、仪器、仪表、航空、航天、食品加工等机械装置中。
附图说明
图1是合缝与轴套轴线的夹角为0°的轻薄型自润滑轴承剖视图；
图2是图1中C区域非金属减磨材料嵌合在通孔中的放大视图；
图3是合缝与轴套轴线的夹角为15°的轻薄型自润滑轴承剖视图；
图4是混合料放到圆柱形模具内自然状态时的图；
图5中间带孔的圆柱形坯料的剖面图；
图6是基材上冲制有排布均匀圆形通孔的局部视图；
图7是基材上冲制有排布均匀三角形通孔的局部视图；
图8是基材上冲制有排布均匀矩形通孔的局部视图；
图9是一片软带上粘接有多片基材的局部状态图；
图10是基材与软带的结合强度检验的拉伸状态图。
图中：1、基材；2、耐磨材料；3、通孔；4、合缝；5、不锈钢板；6、圆形通孔；7、三角形通孔；8、矩形通孔；9、软带；10、结合面。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的描述。
图1、图2合缝与轴套轴线的夹角为0°的轻薄型自润滑轴承结构图。从图中看出轻薄型自润滑轴承呈轴套状，它以金属板为基材1，基材1的内壁结合有非金属的耐磨材料2，在基材1上制有规则排列的通孔3，耐磨材料2与基材1的结合面有部分耐磨材料2嵌合在通孔3中，在轴套的表面有一合缝4。所用的基材1为不锈钢板或普通碳素钢板或优质碳素钢板或铝板等制成。根据要求所述合缝与轴套轴线的夹角A可以在0°至20°之间，如图3所示的夹角A为15°。
实施例1
轻薄型自润滑轴承的制造方法有下列步骤：
A、非金属的耐磨材料的制备：
(1)配料：按体积百分比，聚四氟乙烯80％、石墨10％和玻璃纤维10％；
(2)磨料、拌料：将上述各配料磨细，径粒15μm，玻璃纤维的长径比为4∶1-6∶1，混合后搅拌均匀成混合料；
(3)压料、成形：将混合料放到圆柱形的模具内如图4所示，加压36MPa，使混合料的自然状态的体积与压缩状态的体积比为3.8，压制成中间带孔的圆柱形坯料如图5所示；
(4)烧结坯料：将坯料放入加热炉内从自然温度逐渐升至360℃→降至120℃→升至360℃→降至120℃→，一次温度升降为一个周期，连续8个周期，总时间75h，完成烧结后从炉内取出；
(5)车制成软带：将烧结后的圆柱形坯料，在车床上切削成厚度为0.6mm成片状的非金属的耐磨材料的软带；
(6)钠化处理：在软带的一个表面进行钠化处理，经钠化处理后的软带抗拉强度为15MPa和断裂伸长率为160％。由于氟塑树脂为不粘性物质，因此在粘接前必须经过表面活化处理以改变表面性能，钠化处理是属于化学表面活化处理，经过表面活化处理后的氟塑树脂制品就能用胶粘剂方便地与多种橡胶、塑料、金属等材料复合粘接，该钠化处理是一种现有技术；
B、基材的制作：
(1)冲孔：选用不锈钢板5，厚度为0.8mm，在不锈钢板材上冲出排布均匀的圆形通孔6如图6所示。
(2)裁剪基材：将带孔的不锈钢板材，根据轻薄型自润滑轴承中基材的高度和展开长度裁剪；
C、胶合：
(1)粘接：在软带经钠化处理的表面涂上Thixon300/301(为氟胶与金属粘合剂市场有售)与丙酮混合而成的胶粘剂；将基材冲孔中形成的毛面与涂有胶粘剂面的软带粘合；
(2)热压：热压机上取压力9MPa，在180℃～190℃内加热10min的条件下热压粘合有基材的软带，成复合的坯料，检查基材与软带的结合强度为1.2N/mm2；
D、成形和检验、入库：
(1)修整和成形：对复合的坯料修边、倒角，再通过成形模对复合的坯料卷制成表面有一合缝的轻薄型自润滑轴承；
(2)检验、入库：对制成的轻薄型自润滑轴承进行检验，合格产品入库。
实施例2
轻薄型自润滑轴承的制造方法有下列步骤：
A、非金属的耐磨材料的制备：
(1)配料：按体积百分比，聚四氟乙烯83％、二硫化钼12％和芳纤维5％；
(2)磨料、拌料：将上述各配料磨细，径粒小于20μm，混合后搅拌均匀成混合料；
(3)压料、成形：将混合料放到圆柱形的模具内，加压38MPa，使混合料的自然状态的体积与压缩状态的体积比为4，压制成中间带孔的圆柱形坯料；
(4)烧结坯料：将坯料放入加热炉内从自然温度逐渐升至360℃→降至120℃→升至360℃→降至120℃→，一次温度升降为一个周期，连续9个周期，总时间78h，完成烧结后从炉内取出；
(5)车制成软带：将烧结后的圆柱形坯料，在车床上切削成厚度为1mm成片状的非金属的耐磨材料的软带；
(6)钠化处理：在软带的一个表面进行钠化处理；经钠化处理后的软带抗拉强度为14.1MPa和断裂伸长率为156％。
B、基材的制作：
(1)冲孔：选用08F优质碳素钢板，厚度为1mm，在08F钢板材上冲出排布均匀的三角形通孔7如图7所示。
(2)裁剪基材：将带孔的08F板材，根据轻薄型自润滑轴承中基材的高度和展开长度裁剪；
C、胶合：
(1)粘接：在软带经钠化处理的表面涂上Thixon300/301与丁酮混合而成的胶粘剂；将基材冲孔中形成的毛面与有胶粘剂面的软带粘合；
(2)热压：热压机上取压力10MPa，在180℃～190℃内加热12min的条件下热压粘合有基材的软带，成复合的坯料，检查基材与软带的结合强度＞1N/mm2；
D、成形和检验、入库：
(1)修整和成形：对复合的坯料修边、倒角，再通过成形模对复合的坯料卷制成表面有一合缝的轻薄型自润滑轴承；
(2)检验、入库：对制成的轻薄型自润滑轴承进行检验，合格产品入库。
实施例3
轻薄型自润滑轴承的制造方法有下列步骤：
A、非金属的耐磨材料的制备：
(1)配料：按体积百分比，聚四氟乙烯70％、二硫化钨18％、碳纤维12％；
(2)磨料、拌料：将上述各配料磨细，径粒小于15μm，碳纤维的长径比为4∶1-6∶1，混合后搅拌均匀成混合料；
(3)压料、成形：将混合料放到圆柱形的模具内，加压40MPa，使混合料的自然状态的体积与压缩状态的体积比为4.2，压制成中间带孔的圆柱形坯料；
(4)烧结坯料：将坯料放入加热炉内从自然温度逐渐升至360℃→降至120℃→升至360℃→降至120℃→，一次温度升降为一个周期，连续10个周期，总时间80h，完成烧结后从炉内取出；
(5)车制成软带：将烧结后的圆柱形坯料，在车床上切削成厚度为1.2mm成片状的非金属的耐磨材料的软带；
(6)钠化处理：在软带的一个表面进行钠化处理，经钠化处理后的软带抗拉强度为13.5MPa和断裂伸长率为152％；
B、基材的制作：
(1)冲孔：选用Q235-A普通碳素钢板，厚度为1.2mm，在Q235-A钢板材上冲出排布均匀的矩形通孔8如图8所示。
(2)裁剪基材：将带孔的Q235-A板材，根据轻薄型自润滑轴承中基材的高度和展开长度裁剪；
C、胶合：
(1)粘接：在软带经钠化处理的表面涂上Thixon300/301与乙醇混合而成的胶粘剂；将基材冲孔中形成的毛面与有胶粘剂面的软带粘合；
(2)热压：热压机上取压力11MPa，在180℃～190℃内加热14min的条件下热压粘合有基材的软带，成复合的坯料，检查基材与软带结合强度＞1N/mm2；
D、成形和检验、入库：
(1)修整和成形：对复合的坯料修边、倒角，再通过成形模对复合的坯料卷制成表面有一合缝的轻薄型自润滑轴承；
(2)检验、入库：对制成的轻薄型自润滑轴承进行检验，合格产品入库。
在上述3个实施例中，所使用的固体润滑剂除了二硫化钼、石墨、二硫化钨外，还可用氮化硼、铅等，可以将它们中的一种单独使用或两种或多种混合使用。当然所冲制通孔的形状也并不限于实施例中涉及的三种形状。
在轻薄型自润滑轴承制造中，如果在压料、成形中，圆柱形的模具和车制成软带的设备较大，而轻薄型自润滑轴承的基材尺寸又相对较小，可以将非金属的耐磨材料的圆柱形坯料在其直径和高度上可做得大些，在车削成的软带9上粘接有多片基材1，如图9所示为四片基材1为一排，并一起热压后，再将有每一片基材1的复合坯料分离后，分别修边、倒角卷制、整形后成表面有一合缝的一个个轻薄型自润滑轴承，这样的生产效率将大大提高。
在上述实施例1中基材与软带结合强度的检验方法如图10所示：可先测量基材与软带9的结合面10的面积，面积单位mm，分别在基材与软带的两端反向拉伸，基材与软带分离的最大拉力，拉力单位N，最大拉力除以结合面10的面积其商即为结合强度。
上述3个实施例，在压制成中间带孔的圆柱形坯料中，圆柱形坯料的内径尺寸Φ1优选60mm，外径Φ2优选200mm～250mm，高度H优选120mm～300mm。

Claims (10)

1、轻薄型自润滑轴承，呈轴套状，它以金属板为基材，基材的内壁结合有非金属的耐磨材料，其特征是在基材上制有规则排列的通孔，耐磨材料与基材的结合面有部分耐磨材料嵌合在通孔中，在轴套的表面有一合缝。
2、根据权利要求1所述的轻薄型自润滑轴承，其特征在于所述的基材用不锈钢板或普通碳素钢板或优质碳素钢板或铝板等制成。
3、根据权利要求1所述的轻薄型自润滑轴承，其特征在于所述卷制后合缝与轴套轴线的夹角为0°至20°。
4、如权利要求1或2或3所述的轻薄型自润滑轴承的制作方法，其特征在于包括有下列步骤：
A、非金属的耐磨材料的制备：
(1)配料：按体积百分比，包括有氟塑树脂70％～85％、固体润滑剂10％～25％和纤维增强剂5～15％；
(2)磨料、拌料：将上述各配料磨细，径粒小于30μm，混合后搅拌均匀成混合料；
(3)压料、成形：将混合料放到圆柱形的模具内，加压≥35MPa，使混合料的自然状态的体积与压缩后状态的体积比为3.8～4.2，压制成中间带孔的圆柱形坯料；
(4)烧结坯料：将坯料放入加热炉内从自然温度逐渐升至360℃→降至120℃→升至360℃→降至120℃→，一次温度升降为一个周期，连续8～10个周期，总时间72h～80h，完成烧结后从炉内取出；
(5)切削制成软带：将烧结后的圆柱形坯料，再经机械切削成厚度为0.5mm～1.2mm成片状的非金属的耐磨材料的软带；
(6)钠化处理：在软带的一个表面进行钠化处理，经钠化处理后的软带抗拉强度≥13.2MPa和断裂伸长率≥150％；
B、基材的制作：
(1)冲孔：选用金属板材，厚度为0.4mm～1.2mm，校平、去油污清洁处理后，在金属板材上冲出排布均匀的通孔；
(2)裁剪基材：将带孔的金属板材，根据轻薄型自润滑轴承中基材的高度和展开长度裁剪；
C、胶合：
(1)粘接：在软带经钠化处理的表面涂上胶粘剂；将基材冲孔中形成的毛面与有胶粘剂面的软带粘合；
(2)热压：热压机上取压力9MPa～11MPa，在180℃～190℃内加热10min～14min的条件下热压粘合有基材的软带，成复合的坯料，要求基材与软带的结合强度≥1N/mm2；
D、成形和检验、入库：
(1)修整和成形：对复合的坯料修边、倒角，再通过成形模对复合的坯料卷制成表面有一合缝的轻薄型自润滑轴承；
(2)检验、入库：对制成的轻薄型自润滑轴承进行检验，合格产品入库。
5、根据权利要求4所述的轻薄型自润滑轴承的制作方法，其特征是在步骤A中所指的氟塑树脂为聚四氟乙烯。
6、根据权利要求4所述的轻薄型自润滑轴承的制作方法，其特征是在步骤A中所指的固体润滑剂包括有二硫化钼、石墨、氮化硼、二硫化钨、铅，所述的同体润滑剂可以单独使用或两种或多种混合使用。
7、根据权利要求4所述的轻薄型自润滑轴承的制作方法，其特征是在步骤A中所指的纤维增强剂为玻璃纤维或碳纤维或芳纤维，纤维增强剂的长径比为4∶1～6∶1。
8、根据权利要求4所述的轻薄型自润滑轴承的制作方法，其特征是在C步骤中的胶粘剂为Thixon300/301与稀释剂丙酮或丁酮或乙醇混合而成。
9、根据权利要求4所述的轻薄型自润滑轴承的制作方法，其特征在于在C步骤中在一片软带上粘合有多片基材。
10、根据权利要求4所述的轻薄型自润滑轴承的制作方法，其特征在于所述冲孔步骤中冲制的通孔形状为圆形或三角形或矩形。
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