CN101761581B - 一种卧式球磨机用支撑轴承及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于卧式球磨机的支撑轴承及其制备工艺，包括钢瓦基、塑料表面层和位于两者之间的中间层，其特征在于：所述中间层是铜粉和/或金属丝螺旋铺置于金属网上烧结而成复合结构；所述塑料表面层塑化复合于所述中间层上表面，形成金属网为背的复合板材，所述金属网与钢基体之间通过钎焊相结合，包括所述复合板材与钢瓦基在径向弧形表面位置、两端面位置及过渡圆角位置同时焊接，具有结构简单，成本低而性能可靠，承载能力高的特点。

Description

一种卧式球磨机用支撑轴承及其制备工艺

技术领域

本发明涉及一种复合材料制滑动轴承，尤其涉及一种适用于卧式球磨机的支撑轴承。

背景技术

球磨机广泛应用于水泥、硅酸盐制品、新型建筑材料、耐火材料、黑色和有色金属选矿以及玻璃陶瓷等行业，对各种矿石和其他可磨性物料进行干式或湿式粉磨，其对承载能力要求较高，尽管现有复合材料滑动轴承种类繁多，但其摩擦表面的强度大多不能满足球磨机用支撑轴承的需要。

传统上球磨机用支撑轴承采用巴氏合金瓦居多，一般为三分之一瓦面，也有部分采用滚动轴承的。

采用巴氏合金瓦制作球磨机用支撑轴承，首先将铸钢坯加工成内表面和端面符合设计尺寸的弧状钢瓦基，弧状钢瓦基的内表面为摩擦表面，外表面为便于调心并保证轴承不承受偏载的球形；然后在弧状钢瓦基的内表面上沿圆周方向和轴向加工出燕尾槽，进行表面处理后在摩擦表面和两个端面上浇注一层巴氏合金，再经过加工油孔、油室等后续加工成为滑动轴承制品。故现有球磨机用支撑轴承主要存在着如下缺点：

1.球磨机支撑轴承的运转速度较低，所形成的流体动压润滑油膜较小，同时运转工作中的载荷不稳定，有冲击载荷出现，因此球磨机支撑轴承的流体动压润滑条件不充分，基本介于流体动压润滑和边界润滑(有接触摩擦)之间。此种工作状况常会导致耐温较低(一般不超过200℃)的巴氏合金瓦出现粘着磨损，甚至烧瓦的现象；

2.为了保证巴氏合金层与钢瓦基的牢固结合，需要浇注前在钢瓦基上加工出燕尾槽；为了改善巴氏合金瓦与油颈的接触状态，在装配时需要对巴氏合金瓦进行刮研等加工；为了避免支撑轴承在启动时出现研瓦现象，需要配备高压油顶起装置，因此需要在轴瓦上加工与高压油顶起装置配套的油室以及配属管件等，加工工艺繁琐；

3.必须配备的高压油顶起装置，导致球磨机整体设备结构复杂，而与高压油顶起装置配套的油室以及配属管件等，导致轴瓦结构复杂。

中国专利CN200989382Y《球磨机用支撑轴承》公开了一种弹性金属塑料复合材料制作的滑动轴承，是一种以填充塑料为摩擦表面层，以螺旋状金属丝作为中间层并通过钎焊工艺与钢基体结合在一起的复合材料轴承。该种型式轴承有如下缺点：

由于球磨机支撑轴承需要对轴有轴向定位的作用，在两端需要有止推断面，且非常窄(3-10mm)左右，止推断面和径向轴承之间还需要圆角过渡。而上述滑动轴承由于其结构型式和尺寸的限制，特别是厚度较厚，为8mm左右。实践中，通常在圆角处留下空缺，在端面上焊接上弹性金属塑料复合材料垫片，影响轴承的整体可靠性。

另一方面，如前所述，由于上述滑动轴承的复合层较厚，一般为8mm左右，特别是金属丝层较厚，一般为5mm左右，则须采用真空浸锡工艺使锡焊料充满金属丝层的空隙，从而消耗大量的贵重金属，造成成本提高；而且制造弹性金属塑料复合材料端面垫片时需预先制作成矩形然后切割出圆环状，材料利用率极低，也会造成成本增高。上述种种，均使得其与乌金瓦相比不具备竞争优势。

另有，中国发明专利申请CN1904401A《球磨机用支撑轴承及其制造方法》公开了一种球磨机用支撑轴承，在弧状钢瓦基的摩擦表面和轴向两个端面接有钢基体，钢基体上有螺旋状金属丝及铜合金粉末层，螺旋状金属丝及铜合金粉末层上填充有塑料合金层；同时公开了其制造方法，包括在钢基体上铺放螺旋金属丝并铺撒合金粉，烧结；将塑料合金层复合在螺旋状金属丝及铜合金粉末层上，制成钢背金属塑料复合轴瓦，并将所述钢基体粘结在弧状钢瓦基的摩擦表面、轴向两端面上。该申请的缺陷在于：

(1)所述钢背金属塑料复合轴瓦的钢基体在烧结过程中，翘曲现象是无法避免的，塑料合金粉更无法在其上铺匀；

(2)所述钢背金属塑料复合轴瓦在钢基体背面与弧状钢瓦基的摩擦表面、轴向两端面上粘结；而在实践中，多为有油的工况，上述粘结结构影响了轴承的整体可靠性。

发明内容

鉴于现有技术所存在的上述缺陷，本发明旨在公开一种新型复合材料的卧式球磨机用支撑轴承及其制备工艺。

本发明的技术解决方案是这样实现的：

一种卧式球磨机用支撑轴承，包括钢瓦基、塑料表面层和位于两者之间的中间层，其特征在于：

所述中间层是铜粉和/或金属丝螺旋铺置于金属网上烧结而成的复合结构；

所述塑料表面层塑化复合于所述中间层上表面形成金属网为背的复合板材，所述金属网与钢基体之间通过钎焊相结合，包括所述复合板材与钢瓦基在径向弧形表面位置、两端面位置及过渡圆角位置同时焊接。

为复合结构的所述中间层的厚度1.9-2.1mm，表面塑化、金属网为背的所述复合板材的厚度为3.5-5.0mm。

所述卧式球磨机用支撑轴承的制备工艺，包括如下步骤：

(1)用铸钢坯制作弧状钢瓦基；

(2)制作中间层复合结构，包括：备料，烧结、调平及轧制的步骤：

所述备料步骤中，

包括金属网下料，即按轴承的表面尺寸留有余量剪切出长宽尺寸，所述金属网的厚度尺寸为0.3-0.5mm；

还包括金属丝螺旋的制作和/或铜粉的准备；所述金属丝螺旋制作步骤中，首先将Φ0.4mm左右的金属丝进行缠绕，然后抻长，使金属丝螺旋的外径控制在Φ3mm以内，螺距2.5-4mm；所述铜粉目数为40-100目；

所述烧结步骤中，

将金属丝螺旋并排平铺于金属网上面，或将铜粉铺撒于金属网上面，在600-900℃保护气氛下进行烧结；或在已烧结上金属丝螺旋的金属网上铺撒1-2层铜粉，在600-900℃保护气氛下再次进行烧结；

所述调平、轧制步骤中，

将已烧结完成的中间层置于调平机上进行调平，轧制，使整体厚度尺寸为1.9-2.1mm；

(3)复合压制形成表面塑化金属网为背的复合板材，即将塑料表面层复合于中间层的上表面形成复合板材：

将中间层放入模具中，上面铺撒塑料粉，以30-50MPa的压力压制，然后在350-390℃烧结塑化、调平、轧制，使表面塑化后的复合板材的厚度为3.5-5.0mm；

(4)所述复合板材与钢瓦基钎焊成形：以锡合金为焊料，通过金属网与钢瓦基钎焊连接，实现复合板材与钢瓦基的结合，包括所述复合板材与钢瓦基在径向弧形表面位置、两端面位置及过渡圆角位置同时焊接。

相比现有技术，本发明具有以下突出特点：

本发明所公布的卧式球磨机用支撑轴承采用复合板材与钢瓦基钎焊成形，尤其是实现了所述轴承的径向弧形表面、端面及过渡圆角的同时焊接，不会出现分层、翘曲的现象，具有结构简单，成本低而性能可靠，承载能力高的特点；所述复合板材以高性能填充塑料如聚四氟乙烯为表面摩擦层，压制塑化于金属丝螺旋和/或铜粉烧结于金属网上形成的中间层的上表面，通过金属网与钢瓦基钎焊成形，复合层中的各部分分别有如下作用或效果：

塑料表面层：为摩擦表面，提供优良的摩擦磨损性能；

金属丝螺旋：为中间层的一个组成部分，目的是实现塑料表面层与中间层牢固结合，提高互相嵌入的作用；

铜粉：为中间层的另一个组成部分，目的是通过塑料层向铜粉层的渗透，进一步实现塑料层和中间层的结合。同时还避免了塑料层透过到金属网的表面，影响钎焊质量。

金属网：为中间层的一个组成部分，目的是为利用材料本身的焊接性能和金属网存在的空隙实现钎焊。

采用锡合金焊料，通过金属网与钢瓦基的钎焊结合，实现复合材料层与钢瓦基的结合。

事实上，采用金属网、金属丝螺旋和铜粉组成的中间层，相比现有的弹性金属塑料复合的中间层，原材料成本降低80％以上。

附图说明

图1.1为实施例的成品结构示意图；

图1.2为图1.1的左视图；

图2为实施例瓦面复合板材的结构示意图；

图3.1和图3.2为实施例的钎焊试验件装置图。图中，

1、钢瓦基 2、中间层 21、铜丝螺旋 22、铜粉 23、铜网 3、塑料表面层 4、钎焊层 51-55为实施例中的钎焊设备的部件，其中，51、凸模 52、压板 53、密封垫 54、压紧螺栓 55、凹模

具体实施方式

一种卧式球磨机用支撑轴承，如图1.1和图1.2所示，包括钢瓦基、塑料表面层和位于两者之间的中间层，所述中间层是铜粉和铜丝螺旋铺置于铜网上烧结而成复合结构；

所述塑料表面层塑化复合于所述中间层上表面形成铜网为背的复合板材，所述铜网与钢基体之间通过钎焊相结合，包括所述复合板材与钢瓦基在径向弧形表面位置、两端面位置及过渡圆角位置同时焊接，如图2所示。

所述中间层复合结构的厚度2±0.1mm，所述表面塑化铜网为背的复合板材的厚度为(3.5-5)±0.1mm。

所述的卧式球磨机用支撑轴承的制备工艺如下：

(1)首先将铸钢坯进行加工，成为符合图纸需要的钢瓦基。其外圆为球形以便于调心，避免轴承承受偏载，其内表面和端面加工到设计尺寸。

(2)铜网下料：按轴承的表面尺寸留有余量剪切出长宽尺寸，铜网的厚度尺寸为0.3-0.5mm。

(3)铜丝螺旋制作：首先将铜丝(φ0.4mm左右)进行缠绕，然后抻长，使铜丝螺旋的外径控制在φ3mm以内，螺距为2.5-4mm。

(4)铜丝螺旋烧结：将铜丝螺旋并排平铺于铜网上面，在600-900℃的温度保护气氛下进行烧结。

(5)铜粉烧结：在已经烧结上铜丝螺旋的铜网上面铺撒一层到两层铜粉，铜粉目数为40-100目，在600-900℃的温度的保护气氛下进行烧结。

(6)将已经烧结完成的由铜网、铜丝螺旋和铜粉共同组成的中间层在调平机上进行调平，轧制，保证整体厚度尺寸为2±0.1mm。

(7)复合压制：将中间层放入模具中，上面铺撒事先混好的塑料粉，以30-50MPa的压力压制，然后进行以350-390℃烧结塑化、调平、轧制，成为复合板材，厚度为(3.5-5)±0.1mm。

(8)将复合板材按要求进行下料，然后在钎焊胎具上进行钎焊。如图2所示：

通过以上过程就实现了复合材料的加工制作以及与钢基体的钎焊，特别是实现了径向弧形表面、端面及过渡圆角的同时焊接。

(9)对内径、端面和过渡圆角以及其他相关尺寸按设计图纸进行机加工，即为成品。

前述步骤(8)中，所述的钎焊过程具体如下：

(8.1)首先将复合材料板材的铜网层表面挂上一层锡，然后在卷园机上卷制成三分之一园，直径与成品尺寸相当。

(8.2)将凹模、瓦基、密封垫、两端压板通过压紧螺栓装配在一起，如图3.1和图3.2所示，按装配图要求，并保证密封部分无泄漏。

(8.3)将装配好的胎具、凸模放入加热炉中加热到280-320℃，恒温一小时以上(具体时间可根据工件大小调整)。取出后在瓦基需钎焊的表面(径向曲面、圆弧过渡面和端面)挂上一层锡。挂锡前和挂锡过程中使用氯化锌溶液作为焊剂进行清洗，去除表面的氧化膜。确认表面挂好锡之后再装配后形成的槽型腔内灌上3/4容积的锡液。

(8.4)将卷制成圆的复合材料瓦面在浸锡炉内浸锡，目的是使其加热到适合钎焊的温度。此时钎焊胎具上的温度(特别是瓦基的温度)要满足240±10℃，否则还要重新加热到要求的温度。

(8.5)将瓦面放置在胎具的瓦基上面，注意要放正，然后在压力机上用凸模向下缓慢压制，使焊接胎具中的锡逐渐被挤出，直到压制到位。在此过程中锡便充满了整个焊接表面，包括径向曲面、圆弧过渡面和两端面。同时在此过程中复合材料瓦面也实现了两端的翻边。

(8.6)在加压状态下渐进行冷却，可以浇水，冷却到150℃以下时可以拆解胎具，去除多余的锡。焊接完毕。

上述中间层中的铜网还可采用钢丝网代替，铜丝螺旋也可采用钢丝螺旋代替。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种卧式球磨机用支撑轴承，包括钢瓦基、塑料表面层和位于两者之间的中间层，其特征在于：

所述中间层是铜粉和/或金属丝螺旋铺置于金属网上烧结而成的复合结构；

所述塑料表面层塑化复合于所述中间层上表面，形成金属网为背的复合板材，所述金属网与钢基体之间通过钎焊相结合，包括所述复合板材与钢瓦基在径向弧形表面位置、两端面位置及过渡圆角位置同时焊接。

2.根据权利要求1所述的卧式球磨机用支撑轴承，其特征在于：

为复合结构的所述中间层的厚度1.9-2.1mm，表面塑化、金属网为背的所述复合板材的厚度为3.5-5.0mm。

3.一种制造如权利要求1所述的卧式球磨机用支撑轴承的制备工艺，包括如下步骤：

(1)用铸钢坯制作弧状钢瓦基；

(2)制作中间层复合结构，包括：备料，烧结、调平及轧制的步骤：

所述备料步骤中，

包括金属网下料，即按轴承的表面尺寸留有余量剪切出长宽尺寸，所述金属网的厚度尺寸为0.3-0.5mm；

还包括金属丝螺旋的制作和/或铜粉的准备；所述金属丝螺旋制作步骤中，首先将Φ0.4mm左右的金属丝进行缠绕，然后抻长，使金属丝螺旋的外径控制在Φ3mm以内，螺距2.5-4mm；所述铜粉目数为40-100目；

所述烧结步骤中，

将金属丝螺旋并排平铺于金属网上面，或将铜粉铺撒于金属网上面，在600-900℃保护气氛下进行烧结；或在已烧结上金属丝螺旋的金属网上铺撒1-2层铜粉，在600-900℃保护气氛下再次进行烧结；

所述调平、轧制步骤中，

将已烧结完成的中间层置于调平机上进行调平，轧制，使整体厚度尺寸为1.9-2.1mm；

(3)复合压制形成表面塑化、金属网为背的复合板材，即将塑料表面层复合于中间层的上表面形成复合板材：

将中间层放入模具中，上面铺撒塑料粉，以30-50MPa的压力压制，然后在350-390℃烧结塑化、调平、轧制，使表面塑化后的复合板材的厚度为3.5-5.0mm；

(4)所述复合板材与钢瓦基钎焊成形：以锡合金为焊料，通过金属网与钢瓦基钎焊连接，实现复合板材与钢瓦基的结合，包括所述复合板材与钢瓦基在径向弧形表面位置、两端面位置及过渡圆角位置同时焊接。

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