CN102943810B - 滑动轴及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种滑动轴及其制造方法。本发明提供了一种滑动轴，包括：芯轴钢基体、环形的塑料表面层和位于芯轴钢基体与塑料表面层之间的中间层，芯轴钢基体与中间层通过钎焊相结合，塑料表面层设置于中间层上并与中间层共同形成弹性金属塑料复合层，弹性金属塑料复合层钎焊在芯轴钢基体的外表面形成环形，并具有一条沿芯轴钢基体的轴向方向延伸的接缝。本发明还提供了一种滑动轴的制造方法。本发明的滑动轴及其制造方法，弹性金属塑料复合层设置在芯轴钢基体上，即弹性金属塑料复合层设置在滑动轴的外表面，弹性金属塑料复合层钎焊在所述芯轴钢基体的外表面形成环形，并具有一条沿所述芯轴钢基体的轴向方向延伸的接缝，大大提高了产品的实用性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及轴承领域，具体而言，涉及一种滑动轴及其制造方法。
背景技术
目前，弹性金属塑料瓦的材料结构采取以双金属多孔丝垫为基体，在多孔基体表面填充改性高性能化聚四氟乙烯塑料，经复合、模压、烧结塑化形成一定厚度低摩擦、高耐磨的弹性金属塑料复合材料表面层。将其弹性金属塑料复合材料表面层与不同几何形状的钢瓦基通过钎焊工艺牢固结合在一起，经精加工形成的塑料瓦产品。目前该产品已广泛应用于立式、卧式水轮发电机组和行星轮系齿轮箱推力、径向轴承。
立式、卧式水轮发电机组和行星轮系齿轮箱的径向滑动轴承，是机组重要的部件。径向轴承的结构形式目前主要为分块式的径向瓦（也称导轴承）、剖分式径向瓦，其摩擦层为轴瓦的内表面。由于钎焊工艺的限制，筒式整体轴承的研究开发工艺技术比较落后，需要将瓦面分成两块或两块以上才能进行钎焊。这样增加了的接缝，不易油膜的形成，给机组安全运行带来隐患。且此种结构的径向滑动轴承承载区是固定的，承载区其磨损量是最大，由于其磨损量不是均匀的，缩短了轴承的使用寿命。
专利号为201120512969的实用新型专利《筒式弹性金属塑料轴瓦》公开了一种筒式弹性金属塑料轴瓦，它在筒式金属基体圆内焊接2块至16块弹性金属塑料瓦面，每块弹性金属塑料瓦面之间设有润滑水槽，经过弹性金属塑料瓦面制作。
专利号为03144075的实用新型专利《圆弧型弹性金属-塑料轴瓦》公开了一种圆弧型弹性金属－塑料轴瓦，它是在钢瓦坯上钎焊弹性金属丝层，塑料再与弹性金属丝层镶嵌的复合型轴瓦，整套轴瓦分成若干块，其特征是每块塑料瓦面设置导入面、增压楔面、承重面和出油面；增压楔面的半径大于（包括等于）承重面的半径；增压楔面的入口处距承重面圆周0.05至1.5毫米；增压楔面的长度是该块圆周长度的1/10至1/3。
以上专利都要将整套轴瓦分成两块或若干块，而分成若干块就需要有若干结合缝。由于缝隙的存在会对流体动压润滑膜的形成以及承载能力产生不利影响，且其磨损量不是均匀的，缩短了轴承的使用寿命。
发明内容
本发明旨在提供一种滑动轴及其制造方法，以解决现有的轴瓦分存在若干结合缝影响润滑膜的形成以及承载能力。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种滑动轴，包括：芯轴钢基体、环形的塑料表面层和位于芯轴钢基体与塑料表面层之间的中间层，芯轴钢基体与中间层通过钎焊相结合，塑料表面层设置于中间层上并与中间层共同形成弹性金属塑料复合层，弹性金属塑料复合层钎焊在芯轴钢基体的外表面形成环形，并具有一条沿芯轴钢基体的轴向方向延伸的接缝。
进一步地，中间层包括多孔金属丝垫，塑料表面层为填充聚四氟乙烯。
进一步地，芯轴钢基体的外表面沿轴向和径向设置多个交错的沟槽。
进一步地，环形的塑料表面层为摩擦层，芯轴钢基体中设有轴向设置的安装孔。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种滑动轴的制造方法，包括：步骤S10：制作中间层、加工芯轴钢基体；步骤S20：将塑料粉铺撒在中间层上并经过压制形成弹性金属塑料复合层，其中，弹性金属塑料复合层包括中间层和覆盖在中间层上的塑料表面层；步骤S30：将弹性金属塑料复合层烧结、塑化和调平，形成调平后的弹性金属塑料复合层；步骤S40：将调平后的弹性金属塑料复合层浸锡，然后进行卷圆，形成具有两侧接边的圆环形弹性金属塑料复合层，并将两侧接边接成一条接缝；步骤S50：将圆环形弹性金属塑料复合层与芯轴钢基体钎焊成形得到滑动轴。
进一步地，步骤S50中，采用夹紧套将弹性金属塑料复合层夹紧在夹紧套与芯轴钢基体之间。
进一步地，制造方法还包括步骤S60：将钎焊成形的滑动轴在机床上进行滚压处理以消除钎焊过程形成的应力。
进一步地，步骤S20还包括步骤S201：对弹性金属塑料复合层进行预变形。
进一步地，步骤S201中：在弹性金属塑料复合层的表面压出预变形区。
进一步地，步骤S10包括：步骤S101：在芯轴钢基体的外表面沿轴向和径向设置用于钎焊的沟槽；步骤S102：芯轴钢基体一端加工环形的密封挡边；步骤S103：对调平后的弹性金属塑料复合层的一端去除中间层，露出并保留塑料表面层；步骤S50包括：步骤S501：钎焊时将塑料表面层的一端与密封挡边焊接以形成密封结构。
根据本发明的滑动轴及其制造方法，弹性金属塑料复合层设置在芯轴钢基体上，即弹性金属塑料复合层设置在滑动轴的外表面，弹性金属塑料复合层钎焊在所述芯轴钢基体的外表面形成环形，并具有一条沿所述芯轴钢基体的轴向方向延伸的接缝，解决了现有的轴瓦分存在若干结合缝影响润滑膜的形成以及承载能力的问题，大大提高了产品的实用性和可靠性。进而地，滑动轴的外表面为摩擦层，滑动轴为旋转件，因此滑动轴磨损量均匀，提高了滑动轴的使用寿命。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的滑动轴的剖面结构示意图；
图2示出了根据本发明的滑动轴的俯视结构示意图；
图3示出了根据本发明的沟槽的结构示意图；
图4示出了根据本发明的具有安装孔的芯轴钢基体的剖面结构示意图；
图5示出了根据本发明的具有安装孔的滑动轴的俯视图；
图6示出了根据本发明的滑动轴与夹紧套装配的整体结构剖视图；
图7示出了根据本发明的滑动轴与夹紧套装配的俯视图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
参见图1和图2，本发明提供了一种滑动轴，包括圆柱状的芯轴钢基体10、环形的塑料表面层30和位于芯轴钢基体10与塑料表面层30之间的中间层20。芯轴钢基体10与中间层20通过钎焊相结合，塑料表面层30设置于中间层20上并与中间层20共同形成弹性金属塑料复合层，芯轴钢基体10与弹性金属塑料复合层通过钎焊相结合，弹性金属塑料复合层钎焊在芯轴钢基体10的外表面形成环形。环形的弹性金属塑料复合层通过卷圆形式形成具有一条接缝的环形轴瓦，该接缝沿芯轴钢基体10的轴向方向延伸。
本发明将塑料表面层30作为滑动轴的摩擦层，因而，可以通过环形的弹性金属塑料复合层30通过卷圆形式形成具有一条接缝的环形轴瓦，解决了现有的轴瓦分存在若干结合缝影响润滑膜的形成以及承载能力的问题，大大提高了产品的实用性和可靠性。大大提高了产品的实用性和可靠性。
进而地，本发明的滑动轴，其环形的塑料表面层30为摩擦层，即滑动轴的外表面为摩擦层。滑动轴为旋转件，因此其磨损量均匀，提高了轴承的使用寿命。还减小了机组的结构尺寸，优化结构设计。
中间层20包括多孔金属丝垫，塑料表面层30的材质为填充聚四氟乙烯。例如，中间层20由金属丝绕簧缠绕成螺旋状，与高性能化填充聚四氟乙烯塑料层整体压制形成的双金属多孔丝垫。
弹性金属塑料复合层是由多孔金属丝垫与高性能化聚四氟乙烯塑料在一定温度和压力下压制而成的具有一定弹性模量的复合材料，其多孔金属丝部分镶嵌在塑料表面层30中。例如在氟塑料中，外表面层的纯氟塑料层一般为1.5mm至2.5mm，毛坯时纯氟塑料层为2mm至3mm，多孔金属丝垫与芯轴钢基体10之间通过钎焊相结合。
参见图3，芯轴钢基体10的外表面沿轴向和径向设置多个沟槽11，多个沟槽11相互交错，沟槽11的作用是在焊接时焊锡能充分布满整个焊接面，钎焊效果更好。
结合参见图4和图5，芯轴钢基体10可为实心的，也可为空心的。空心的即为芯轴钢基体10中设置有安装孔12，可用于连接其它轴。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种滑动轴的制造方法，包括：
步骤S10：制作中间层20、加工芯轴钢基体10；
步骤S20：将塑料粉铺撒在中间层20上并经过压制形成弹性金属塑料复合层，其中，弹性金属塑料复合层包括中间层和覆盖在中间层20上的塑料表面层30；
步骤S30：将符合尺寸的弹性金属塑料复合层烧结、塑化和调平，形成调平后的弹性金属复合塑料层；
步骤S40：将调平后的弹性金属塑料复合层浸锡，然后进行卷圆，形成具有两侧接边的圆环形弹性金属塑料复合层，并将两侧接边接成一条接缝,；
步骤S50：将圆环形弹性金属塑料复合层与芯轴钢基体10钎焊成形，制成滑动轴。
上述步骤具体如下：
1、用圆钢或锻钢坯车制作芯轴钢基体10；将圆钢或锻钢按照图样的要求进行车加工，外径精车至设计尺寸，加工面粗糙度不低于Ra3.2。其余各部如端面等粗加工，预留一定的加工余量；
2、制作中间层，例如中间层为双金属多孔丝垫，将直径为0.3mm至0.6mm双金属丝缠绕成螺旋状并将其剪成20mm至60mm双金属螺簧后成坯；
3、将塑料表面层30复合于双金属多孔丝垫上形成弹性金属塑料复合层；将上述双金属丝螺簧放入模具中，进行首次压制至一定厚度，然后上面铺撒塑料粉，以30MPa至50MPa的压力进行第二次压制形成弹性金属塑料复合层，厚度达到设计图样的要求；由于弹性金属塑料复合层存在不平整的情况，所以要对该弹性金属塑料复合层进行压制调整使得该弹性金属塑料复合层平整。
4、将弹性金属塑料复合层按照图样要求的尺寸，例如按照长度和宽度要求的尺寸进行切割下料，待用；
5、把下好料的符合尺寸的弹性金属塑料复合层在浸锡炉内浸锡，浸好锡后，立即将带有余温的弹性金属塑料复合层在卷圆机上卷制成圆。弹性金属塑料复合层的温度在60℃至80℃为宜，防止卷圆时弹性金属塑料复合层产生裂纹，这一过程也可把弹性金属塑料复合层在加热炉里加热后卷圆，手工研修接缝面，以完全闭合为标准，这样，环形的弹性金属塑料复合层通过卷圆形式形成且具有一道接缝；
6、以锡铅合金为焊料，通过双金属多孔丝垫与芯轴钢基体10钎焊连接，实现弹性金属塑料复合层与芯轴钢基体10的结合；
7、将车制的芯轴钢基体10放入加热炉进行加热，加热到220℃至280℃，恒温，具体时间可根据工件大小调整。取出后在芯轴钢基体10需钎焊的表面挂上一层锡，挂锡前和挂锡过程中使用氯化锌溶液作为助焊剂进行清洗，去除表面的氧化膜，确认表面挂好锡。
如图5和图6所示，上述步骤S10包括步骤S101：在芯轴钢基体10轴向和径向设置用于钎焊的沟槽11，沟槽11的宽度和大小根据工件尺寸决定，沟槽11的作用是在焊接时焊锡能充分布满整个焊接面。步骤S10包括步骤S102：芯轴钢基体10一端加工环形的密封挡边101。步骤S10包括步骤S103：对调平后的弹性金属塑料复合层的一端去除中间层20，露出并保留纯塑料层即塑料表面层30。步骤S50包括步骤S501：钎焊时将一端的纯塑料层即塑料表面层30与密封挡边101形成密封结构。弹性金属塑料复合层两端5mm至10mm去除中间层20，保留纯塑料层即塑料表面层30，密封挡边101与塑料表面层30在钎焊时形成密封结构，以便防止焊料的流失，钎焊效果好。
如图6和图7所示，上述步骤S50中，通过夹紧套40将塑料表面层30夹紧在夹紧套40与芯轴钢基体10之间，保证钎焊过程中塑料表面层30和芯轴钢基体10之间有夹紧力。夹紧套40的形状如图6和图7所示，粗糙度不低于Ra1.6，车好后用锯床割开两道开口，开口不大于3mm，在开口的两侧焊上侧板，钻上把合孔401，把合孔401的大小和数量根据工件大小确定。将卷圆后的弹性金属塑料复合层放好到挂好锡的芯轴钢基体10外表面，再放好夹紧套40。用螺栓把紧把合孔401，钎焊。
随着工件逐渐降温，要不断较紧安装在把合孔401上的螺帽，保证钎焊过程中塑料表面层30和芯轴钢基体10之间有一定夹紧力。在安放瓦面和夹紧套时，保证芯轴钢基体10带密封挡边101的一端与弹性金属塑料复合层带塑料表面层30的一端形成密封，且密封的一端垂直朝下，防止焊锡流失而导致的焊接不牢。另一端面补充焊锡：用不锈钢勺盛有一定量的焊锡，通过漏斗形状的自制装置使焊锡流入钎焊端面，直到焊锡无法进入中间层20为止。待工件自然冷却到室温，松开夹紧套40。此过程也可将上述装配好的芯轴钢基体10、弹性金属塑料复合层，通过夹紧套40用螺栓把合后，一起放至真空浸锡炉内进行真空钎焊或在熔化状态的锡槽内进行金属浴钎焊，钎焊料温度为200℃至280℃，浸泡时间为5分钟以上，当然，具体时间可根据工件大小调整，然后取出后自然冷却。
滑动轴的制造方法还包括步骤S60：将钎焊成形的滑动轴在机床上进行滚压处理以消除钎焊过程形成的应力。合格后按设计图纸加工成成品。
步骤S20还包括步骤S201：对弹性金属塑料复合层行预变形，减少瓦面钎焊时产生的内应力。例如：步骤S20还包括：S201为：用胎具在弹性金属塑料复合层的表面压出预变形区。预变形区可以宽为4mm至8mm，深为0.3mm至0.6mm，数量可以根据瓦面尺寸确定。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
1、滑动轴的瓦面为整体瓦面，只有一道接缝，大大提高了产品的实用性和可靠性；
2、该径向轴承采用了摩擦层为滑动轴的外表面，滑动轴为旋转件，因此其磨损量均匀，提高了滑动轴的使用寿命；
3、钎焊过程不需压力设备，适合批量生产，降低成本。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种滑动轴，其特征在于，包括：芯轴钢基体(10)、环形的塑料表面层(30)和位于所述芯轴钢基体(10)与所述塑料表面层(30)之间的中间层(20)，所述芯轴钢基体(10)与所述中间层(20)通过钎焊相结合，所述塑料表面层(30)设置于所述中间层(20)上并与所述中间层(20)共同形成弹性金属塑料复合层，所述弹性金属塑料复合层钎焊在所述芯轴钢基体(10)的外表面形成环形，并具有一条沿所述芯轴钢基体(10)的轴向方向延伸的接缝，所述环形的塑料表面层(30)为摩擦层。
2.根据权利要求1所述的滑动轴，其特征在于，所述中间层(20)包括多孔金属丝垫，所述塑料表面层(30)为填充聚四氟乙烯。
3.根据权利要求1所述的滑动轴，其特征在于，所述芯轴钢基体(10)的外表面沿轴向和径向设置多个交错的沟槽(11)。
4.根据权利要求1或2所述的滑动轴，其特征在于，所述芯轴钢基体(10)中设有轴向设置的安装孔(12)。
5.一种滑动轴的制造方法，其特征在于，包括：
步骤S10：制作中间层(20)并加工芯轴钢基体(10)；
步骤S20：将塑料粉铺撒在所述中间层(20)上并经过压制形成弹性金属塑料复合层，其中，所述弹性金属塑料复合层包括所述中间层(20)和覆盖在所述中间层(20)上的塑料表面层(30)，其中，所述塑料表面层(30)为摩擦层；
步骤S30：将所述弹性金属塑料复合层烧结、塑化和调平，形成调平后的弹性金属塑料复合层；
步骤S40：将调平后的所述弹性金属塑料复合层浸锡，然后进行卷圆，形成具有两侧接边的圆环形弹性金属塑料复合层，并将所述两侧接边接成一条接缝；
步骤S50：将所述圆环形弹性金属塑料复合层与所述芯轴钢基体(10)钎焊成形得到所述滑动轴。
6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述步骤S50中，采用夹紧套(40)将弹性金属塑料复合层夹紧在所述夹紧套(40)与所述芯轴钢基体(10)之间。
7.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括步骤S60：将钎焊成形的所述滑动轴在机床上进行滚压处理以消除钎焊过程形成的应力。
8.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述步骤S20还包括步骤S201：对所述弹性金属塑料复合层进行预变形。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤S201中，在所述弹性金属塑料复合层的表面压出预变形区。
10.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，
所述步骤S10包括：步骤S101：在所述芯轴钢基体(10)的外表面沿轴向和径向设置用于钎焊的沟槽(11)；步骤S102：芯轴钢基体(10)一端加工环形的密封挡边(101)；步骤S103：对所述调平后的弹性金属塑料复合层的一端去除中间层(20)，露出并保留塑料表面层(30)；
所述步骤S50包括：步骤S501：钎焊时将塑料表面层(30)的一端与所述密封挡边(101)焊接以形成密封结构。
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