CN102091784A - 自润滑双金属轴承的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自润滑双金属轴承的制备方法，其特征在于步骤依次为：1)按下列各组分的质量百分比配制内套材料：Cu 60-70％、C 10-15％、聚四氟乙烯8-11％、聚乙烯4-6％、聚丙烯4-8％、热固性酚醛塑料2-3％，2)将配制好的组分在高速混合机中初混后，在造粒挤出机上造粒；3)将钢外套进行开槽处理，然后将安装模具套入钢外套；4)将步骤2)内套材料母粒倒入金属注射成形机的料斗，加热到210-230℃，调节注射压力在60-70MPa，将模具内腔填满，保压30-50S，直至注射件凝固，打开注射模，顶出工件，即成毛坯；5)最后对金属注射成形的轴承进行固化热处理，获得成品。本制备方法工艺简单，制造成本低，可有效提高生产效率，实现批量生产，同时制备的双金属轴承性能好且具有优良的自润滑性。
Description
技术领域
本发明涉及一种双金属轴承的制备方法，尤其涉及一种具有自润滑要求的双金属轴承的金属注射成型的制备方法。
背景技术
随着国家铁路和船舶事业的迅猛发展，火车机车及配套设施得到了大幅度改善，目前常规使用的铜铅轴承已不适合发展的要求，迫切的需要有更高性能、无污染、易更换的轴承进行升级换代。轴承作为常规机械零部件，需求量大、损耗快、易出问题，而且一般应用在潮湿、不通风和高温环境中，为了保护人身和财产安全，对轴承等产品有特殊的性能要求，它不但要求具有良好的润滑性，同时还要求其具有良好导热和耐疲劳强度。
目前轴承主要为钢-铜基和铜-铅基两种，主要设计思路是具有良好强度的外套材料和具有减摩作用的内套材料匹配而成，主要采用粉末冶金法和焊接法制备。焊接法由于钢和铜的焊接性能不好，必须通过中间金属过渡层，因此工艺复杂、加工价格高、已逐步被淘汰。粉末冶金法为目前主流的制备方法，但该制备方法存在设备和模具投资大、工序较复杂且最终必须通过含油处理才能改善润滑性能等问题，因此，迫切要求研发一种新的制备方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种制备工艺简单新颖的自润滑双金属轴承的制备方法，通过对内套材料组分的调节，使得内套组织致密、自润滑性能好，并且制造成本也较低。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种自润滑双金属轴承的制备方法，其特征在于采用金属注射成型工艺进行制备，步骤依次为：
1)按下列各组分的质量百分比配制内套材料：
Cu 60-70％、C 10-15％、聚四氟乙烯8-11％、聚乙烯4-6％、聚丙烯4-8％、热固性酚醛塑料2-3％；
2)将配制好的组分在高速混合机中初混，在造粒挤出机上进一步混匀及造粒，得到内套材料母粒；
3)将钢外套进行开槽处理，然后将安装模具套入钢外套；
4)将步骤2)的内套材料母粒倒入金属注射成形机的料斗，注射螺杆加热到210-230℃，调整定位杆位置，确保一次注射量足够；调节注射压力60-70Mpa，确保模具内腔注射满；一次注射将模具内腔填满，保压30-50S，直至注射件在高压下完全凝固，打开注射模，脱料顶杆顶出工件，即成毛坯；
5)最后对金属注射成形的轴承进行固化热处理，获得成品。
作为改进，所述步骤2)的造粒的具体工艺参数为：温度210-230℃，喂料速度2级，切割速度350-450转/分钟，颗粒大小为Φ1.9-2.1×2.7-3.3mm。
最后，所述步骤5)的固化热处理是将坯料放入真空炉中，加热到300-320℃，保温2-4h，氮气冷却到室温，最后取出即可。
与现有技术相比，本发明的优点在于：采用了经过开槽处理的优质钢外套和先进的金属注射成形工艺进行制备，经内套成分设计、高混、造粒、注射、固化处理后直接即成轴承，得到性能良好的双金属轴承材料，其优越性体现在：①采用金属注射成形工艺，设备耗能少、速度快、可批量生产、产品一致性好、人员使用少，因此生产成本低；②内套材料使用了炭黑和聚四氟乙烯。在低温工作时主要依靠炭黑润滑，随着工作时间的延长，摩擦产生热量，在较高温度的时候聚四氟乙烯分解产生氟，因此在较高温度下炭黑和氟同时润滑，因此具有自润滑作用；③采用金属注射成形工艺，实现近净成形，基本不用后续机加工，提高了材料利用率，降低制造成本；④该制备方法工序较少，工艺简单，可有效提高生产效率，从而可进一步降低了产品制造成本。
附图说明
图1a、1b、1c是本发明的金属注射成形模具设计图；
图2是内套材料母粒；
图3是注射成型样品；
图4摩擦系数与磨损量试验图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种自润滑双金属轴承，制备方法为：
a、外套材料为45号钢，对外套钢套进行开槽处理，以增加与内套材料的结合力。
b、内套材料成分的质量百分数为：Cu：60％；C：15％；聚四氟乙烯：10％；聚乙烯：5％；聚丙烯：7％；热固性酚醛塑料：3％；
c、将配制好成分的粉体在高速混合机中初混，高混机速度300转/分钟，随着混料的进行，摩擦作用使温度指示表温度升高，升高到100℃后，停高混机，静置15分钟取料；
d、混和好的粉体在造粒挤出机上进一步混匀及造粒。温度220℃，喂料速度2级，切割速度400转/分钟，造粒后的形貌如图2，颗粒大小为Φ2×3mm左右；
e、将造好的颗粒倒入金属注射成形机的料斗；安装模具套入钢外套；将注射螺杆加热到220℃，调整定位杆位置，确保一次注射量足够；调节注射压力为70Mpa，确保模具内腔注射满；保压50S，直至注射件在高压下完全凝固，打开注射模，脱料顶杆顶出工件，即成毛坯；要求外观良好、内套材料无孔洞、飞边等缺陷；
f、对金属注射成形的轴承进行固化热处理，即将坯料放入真空炉中，加热到310℃，保温2h，氮气冷却到室温，最后取出即成。
实施例2
1、外套材料为45号钢，对外套钢套进行开槽处理，以增加与内套材料的结合力。
2、内套材料成分的质量百分数为：Cu：70％；C：10％；聚四氟乙烯：9％；聚乙烯：5％；聚丙烯：4％；热固性酚醛塑料：2％；
3、将配制好成分的粉体在高速混合机中初混，高混机速度300转/分钟，随着混料的进行，摩擦作用使温度指示表温度升高，升高到100℃后，停高混机，静置15分钟取料；
4、混和好的粉体在造粒挤出机上进一步混匀及造粒。温度215℃，喂料速度2级，切割速度400转/分钟，造粒后的形貌如图2，颗粒大小为Φ2×3mm左右；
5、将造好的颗粒倒入金属注射成形机的料斗；安装模具套入钢外套；将注射螺杆加热到215℃，调整定位杆位置，确保一次注射量足够；调节注射压力为60Mpa，确保模具内腔注射满；保压30S，直至注射件在高压下完全凝固，打开注射模，脱料顶杆顶出工件，即成毛坯，要求外观良好、内套材料无孔洞、飞边等缺陷；
6、对金属注射成形的轴承进行固化热处理，即将坯料放入真空炉中，加热到310℃，保温3h，氮气冷却到室温，最后取出即成。
实施例3
1、外套材料为45号钢，对外套钢套进行开槽处理，以增加与内套材料的结合力。
2、内套材料成分的质量百分数为：Cu：65％；C：15％；聚四氟乙烯：9％；聚乙烯：5％；聚丙烯：4％；热固性酚醛塑料：2％；
3、将配制好成分的粉体在高速混合机中初混，高混机速度300转/分钟，随着混料的进行，摩擦作用使温度指示表温度升高，升高到100℃后，停高混机，静置15分钟取料；
4、混和好的粉体在造粒挤出机上进一步混匀及造粒。温度230℃，喂料速度2级，切割速度400转/分钟，造粒后的形貌如图2，颗粒大小为Φ2×3mm左右；
5、将造好的颗粒倒入金属注射成形机的料斗；安装模具套入钢外套；将注射螺杆加热到230℃，调整定位杆位置，确保一次注射量足够；调节注射压力为65Mpa，确保模具内腔注射满；保压40S，直至注射件在高压下完全凝固，打开注射模，脱料顶杆顶出工件，即成毛坯，要求外观良好、内套材料无孔洞、飞边等缺陷；
6、对金属注射成形的轴承进行固化热处理，即将坯料放入真空炉中，加热到310℃，保温3h，氮气冷却到室温，最后取出即成。
对实施例所得产品进行实体取样测试，其平均性能见表1：
表1内套材料性能
| 线膨胀系数 | 干摩擦系数 | 层间结合强度(MPa) | 磨损量(mm) |
| 1.1×10-5 | 0.16 | 钻φ6孔后无脱层 | ≤0.1 |
DU双金属轴承内套材料的摩擦和磨损检测按GB/T3960-1983执行。
Claims (3)
1.一种自润滑双金属轴承的制备方法，其特征在于采用金属注射成型工艺进行制备，步骤依次为：
1)按下列各组分的质量百分比配制内套材料：
Cu 60-70％、C 10-15％、聚四氟乙烯8-11％、聚乙烯4-6％、聚丙烯4-8％、热固性酚醛塑料2-3％，
2)将配制好的组分在高速混合机中初混后，在造粒挤出机上进一步混匀及造粒，得到内套材料母粒；
3)将钢外套进行开槽处理，然后将安装模具套入钢外套；
4)将步骤2)内套材料母粒倒入金属注射成形机的料斗，注射螺杆加热到210-230℃，调整好定位杆位置，调节注射压力在60-70Mpa，一次注射将模具内腔填满，保压30-50S，直至注射件在高压下完全凝固，打开注射模，脱料顶杆顶出工件，即成毛坯；
5)最后对金属注射成形的轴承进行固化热处理，获得成品。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述步骤2)的造粒的具体工艺参数为：温度210-230℃，喂料速度2级，切割速度350-450转/分钟，颗粒大小为Φ1.9-2.1×2.7-3.3mm。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述步骤5)的固化热处理是将坯料放入真空炉中，加热到300-320℃，保温2-4h，氮气冷却到室温，最后取出即可。
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