CN102979817B - 弹性金属塑料瓦及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种弹性金属塑料瓦及其制造方法。弹性金属塑料瓦包括：瓦基（10）；复合材料树脂层（20），固定于瓦基（10）的连接表面；连接柱，包括相对设置的第一端和第二端，第二端与瓦基（10）的连接表面固定连接，连接柱的高度小于复合材料树脂层（20）的厚度，瓦基（10）与复合材料树脂层（20）通过多个连接柱固定。根据本发明，由于采用多个连接柱连接瓦基与复合材料树脂层，能够使连接柱与瓦基的连接实现自动化，并提高制作复合材料树脂层的效率，从而实现自动化生产，提高生产效率。

Description

弹性金属塑料瓦及其制造方法

技术领域

本发明涉及轴承领域，更具体地，涉及一种弹性金属塑料瓦及其制造方法。

背景技术

弹性金属塑料瓦是一种主要应用在水轮发电机组推力或导向轴承部位的滑动轴承，与镜板或轴组成摩擦副。现有技术中弹性金属塑料瓦的结构特点是：由金属（一般采用低碳钢）加工制成的瓦基的连接表面钎焊有复合材料树脂层，弹性金属塑料瓦的摩擦面为增强改性聚四氟乙烯树脂。

现有技术中弹性金属塑料瓦的制造过程一般是采用直径0.4mm左右的金属丝缠绕成螺旋簧，经多层堆洒，达到工艺要求的重量后，在模具中加压压制，制成多孔弹性垫；再将粉状树脂均匀装入模腔，经压制、烧结制成。

如申请号为CN98114436.5、发明名称为“弹性金属塑料推力轴承制造方法”，申请号为ZL200410100476.9、发明名称为“水润滑金属塑料轴瓦及生产方法”以及申请号为ZL200610046331.4、发明名称为“弹性金属塑料轴瓦的生产方法”的中国专利申请中均采用以上方法制造弹性金属塑料瓦。

以上现有技术中，由于采用人工操作进行螺旋簧堆洒，多孔弹性垫的制造难以形成自动化，操作效率较低。而且弹性金属塑料瓦的弹性金属复合材料层各处的密度很难控制，只能大致保证弹性均匀，使复合材料层总体弹性处在一个范围之内，致使成品弹性金属塑料瓦的弹性模量差异较大，产品性能无法进一步提高。JB/T10180《水电机组弹性金属塑料瓦》就考虑到这种因素，规定弹性模量值的范围为800~3500MPa。

发明内容

本发明目的在于提供一种弹性金属塑料瓦及其制造方法，能够实现弹性金属塑料瓦的自动化生产，从而提高生产效率。进一步地，可以使弹性金属塑料瓦的弹性模量均匀性得以保证。

本发明提供了一种弹性金属塑料瓦，包括：瓦基；复合材料树脂层，固定于瓦基的连接表面；连接柱，包括相对设置的第一端和第二端，第二端与瓦基的连接表面固定连接，连接柱的高度小于复合材料树脂层的厚度，瓦基与复合材料树脂层通过多个连接柱固定。

进一步地，连接柱包括引导部和主连接部，引导部从第一端的顶部开始朝向第二端横截面积逐渐增大，主连接部位于引导部和瓦基之间。

进一步地，引导部包括锥体、锥台或球缺。

进一步地，主连接部包括设置于引导部和瓦基之间的等截面柱体。

进一步地，柱体与引导部直接连接且引导部的最大截面积大于柱体的截面积。

进一步地，主连接部还包括设置于引导部和柱体之间的齿形部。

进一步地，齿形部包括从引导部开始朝向柱体依次设置的至少一个连接锥台。

进一步地，至少一个连接锥台中，每个连接锥台的小截面端面对引导部；或者，至少一个连接锥台的每个连接锥台具有相同的大截面端面积和小截面端面积，从引导部开始，至少一个连接锥台中的第一个连接锥台的一个截面端面与引导部相接，其它连接锥台与相邻连接锥台的截面面积相同的截面端相接地设置。

进一步地，齿形部包括至少一个螺纹段；或者齿形部包括多个环形齿，环形齿的齿缘薄于环形齿的齿根。

本发明还提供一种弹性金属塑料瓦的制造方法，包括如下步骤：分别制备复合材料树脂层、连接柱和瓦基；将连接柱按照设计的排布方式固定在瓦基上，形成瓦基与连接柱的整体结构；将复合材料树脂层热嵌合至整体结构形成弹性金属塑料瓦坯体。

进一步地，制备复合材料树脂层包括将重量占混料总量20~30%聚苯酯或聚酰亚胺树脂、2~8%芳纶纤维与余量的聚四氟乙烯树脂均匀混合并制成粉料，以及用粉料制备复合材料树脂层。

进一步地，用粉料制备复合材料树脂层包括：将粉料均匀填充于压制模具中，压制形成复合材料树脂层毛坯；对复合材料树脂层毛坯进行塑化烧结；

将塑化烧结后的复合材料树脂层毛坯校平，并按照使用尺寸切割。

进一步地，压制形成复合材料树脂层毛坯包括向粉料缓慢施加压力，并在压强达到40~55MPa时保压2~8分钟。

进一步地，对复合材料树脂层毛坯进行塑化烧结包括将复合材料树脂层毛坯加热至370~380℃后保温40~90分钟。

进一步地，形成瓦基与连接柱的整体结构包括通过螺柱焊方式将连接柱固定连接于瓦基的连接表面。

进一步地，将复合材料树脂层热嵌合至整体结构，包括将切割后的树脂层毛坯加热到200~320℃后，与整体结构对正并在平行平板间加压嵌合，加压至压强为3~6MPa后保压至瓦基冷却至室温。

进一步地，将复合材料树脂层热嵌合至整体结构还包括在与整体结构对正并在平行平板间嵌合加压之前将整体结构加热到150~220℃。

进一步地，制造方法还包括对热嵌合后的弹性金属塑料瓦坏体进行后续加工，制成弹性金属塑料瓦。

根据本发明的弹性金属塑料瓦及其制造方法，由于采用多个连接柱连接瓦基与复合材料树脂层，能够使连接柱与瓦基的连接实现自动化，并提高制作复合材料树脂层的效率，从而实现自动化生产，提高生产效率。进一步地，可以按照设计要求控制连接柱的疏密和排布，达到控制塑料瓦机械性能的目的，并使瓦的弹性模量均匀性得以保证。

附图说明

构成本申请的一部分的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是本发明第一实施例的弹性金属塑料瓦的剖视结构示意图；

图2是图1的俯视结构示意图；

图3是图2中C部局部结构示意图；

图4是图3的A-A向结构示意图；

图5是本发明第一实施例的弹性金属塑料瓦的连接柱的结构示意图；

图6是本发明第二实施例的弹性金属塑料瓦的连接柱的结构示意图；

图7是本发明第三实施例的弹性金属塑料瓦的连接柱的结构示意图；

图8是本发明第四实施例的弹性金属塑料瓦的连接柱的结构示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。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。

本发明的弹性金属塑料瓦包括瓦基、复合材料树脂层和多个连接柱。瓦基包括连接表面。复合材料树脂层固定于瓦基的连接表面。连接柱包括相对设置的第一端和第二端，第二端与瓦基的连接表面固定连接。连接柱的高度小于复合材料树脂层20的厚度。瓦基10与复合材料树脂层20通过多个连接柱固定。

由于采用多个连接柱连接瓦基与复合材料树脂层，能够使连接柱与瓦基的连接实现自动化，并提高制作复合材料树脂层的效率，从而实现弹性金属塑料瓦自动化生产，提高生产效率。进一步地，可以按照设计要求控制连接柱的疏密和排布，达到控制塑料瓦机械性能的目的，并使瓦的弹性模量均匀性得以保证。

第一实施例

如图1至5示出了第一实施例的弹性金属塑料瓦的结构。弹性金属塑料瓦100包括瓦基10、复合材料树脂层20和多个连接柱30。复合材料树脂层20固定于瓦基10的连接表面。连接柱30的第二端与瓦基10的连接表面固定连接，连接柱30的高度小于复合材料树脂层20的厚度，瓦基10与复合材料树脂层20通过多个连接柱30固定。

其中，连接柱30包括引导部31和主连接部32。引导部31从第一端的顶部开始朝向第二端横截面积逐渐增大。主连接部32位于引导部31和瓦基10之间。其中引导部可以包括锥体、锥台或球缺等。第一实施例中具体地，引导部31为圆锥体。

主连接部32包括设置于引导部31和瓦基10之间的截面面积小于引导部31的最大截面面积的等截面的圆形柱体321，以及包括设置于引导部31和柱体321之间的齿形部322。

如图5所示，第一实施例中，齿形部包括从引导部31开始朝向柱体321依次设置的三个圆形的连接锥台。每个连接锥台的小截面端面对引导部31。其中具体地，各连接锥台的形状和大小相等。但是，在一些变形的实施例中，连接锥台的数量可以根据设计需要增加或减少，各连接锥台的形状和大小也可以不同。由于齿形部的截面大小不断变化，使瓦基10上的连接柱30和复合材料树脂层20嵌合后，彼此之间的连接更加牢固。

连接柱的疏密将影响塑料瓦树脂表面的结合强度。密度高，结合强度高。在第一实施例中优选地，连接柱30的最大横截面的直径d为0.4mm，连接柱30的高度h为1.0mm。多个连接柱30按10mm×10mm的分布密度在瓦基10的连接表面上分布。复合材料树脂层厚度H为2.0mm。

以下将结合图6至图8分别描述本发明的第二至第四实施例，与第一实施例相比，第二至第四实施例中除连接柱的结构外，其它结构相同。因此，在以下的描述中，与第一实施例相同的部分不再重复描述。

第二实施例

图6是本发明第二实施例的弹性金属塑料瓦的连接柱的结构示意图。该第二实施例中，连接柱40包括由圆锥体构成的引导部41和主连接部42。主连接部42包括直径小于引导部41的最大直径的圆形的柱体421和位于引导部41和柱体421之间的齿形部422。

第二实施例中齿形部422包括从引导部41开始朝向柱体421依次设置的多个圆形的连接锥台。其中，多个连接锥台的每个连接锥台具有相同的大截面端面积和小截面端面积，从引导部41开始，多个连接锥台中的第一个连接锥台的大截面端面对引导部41，其它连接锥台与相邻连接锥台的截面面积相同的截面端相接地设置。在一个变形的实施例中，也可以是多个连接锥台中的第一个连接锥台的小截面端面对引导部41，其它连接锥台也与相邻连接锥台的截面面积相同的截面端相接地设置。

第三实施例

图7是本发明第三实施例的弹性金属塑料瓦的连接柱的结构示意图。该第三实施例中，连接柱50包括由圆锥体构成的引导部51和主连接部52。主连接部52包括直径等于引导部51的最大直径的圆形的柱体521和位于引导部51和柱体521之间的齿形部522。该齿形部522包括多个依次间隔设置的环形齿。优选地，环形齿的齿缘薄于环形齿的齿根。在一个变形的实施例中，由于各环形齿的齿根较厚，各环形齿之间也可以不设置间隔。

第四实施例

图8是本发明第四实施例的弹性金属塑料瓦的连接柱的结构示意图。第四实施例中，连接柱60包括由球缺构成的引导部61和主连接部62。其中主连接部62仅包括与引导部61直接连接的圆形等截面柱体62，且引导部61的最大截面积大于柱体62的截面积。

需要说明的是，以上各实施例给出的连接柱形式仅是例举，只要可以在一定压力下刺入树脂层，并具有使连接柱与复合材料树脂层形成具有一定结合强度相嵌合的形状均可。例如，尽管本发明第一至第四实施例中，各种形式的连接柱的各截面均为圆形，但本发明不限于此，例如，各截面为方形的连接柱同样适用于本发明。再例如，以上第一至第三实施例中的齿形部可以用包括螺纹部的齿形部替代。

下面将具体描述以上各实施例的弹性金属塑料瓦的制造方法。该制造方法包括如下步骤：

制备复合材料树脂层。优选地，该步骤包括将重量占混料总量20~30%聚苯酯或聚酰亚胺树脂、2~8%芳纶纤维与余量的聚四氟乙烯树脂均匀混合并制成粉料，以及用粉料制备复合材料树脂层。需要说明的是，该制造方法适用于所有其它配比弹性金属塑料瓦的复合材料树脂层，只要这种复合材料混合后的粉料能够压制烧结成合适密度的树脂板材即可。例如，200410100476.9中提及的复合材料配比也适用于本发明的制造方法。用混合好的粉料制备复合材料树脂层具体地包括：将粉料均匀填充于压制模具中，通过液压机压制形成复合材料树脂层毛坯。优选地。压制形成复合材料树脂层毛坯包括向粉料缓慢施加压力，并在压强达到40~55MPa时保压2~8分钟，形成复合材料树脂层毛坯。在烧结炉内对复合材料树脂层毛坯进行塑化烧结。具体地包括将复合材料树脂层毛坯加热至370~380℃后保温40~90分钟。其中，塑化烧结时间根据数值层的厚度和材料配方不同有所差异。

将塑化烧结后的复合材料树脂层毛坯校平，并按照使用尺寸切割。

制备连接柱。优选地采用冷镦的方法制备。连接柱可选用低碳钢制成。冷镦加工普遍应用于螺栓等零件的加工，是一种成熟、稳定的工艺方法。采用冷挤压冷镦方式制造的优势在于加工效率高，成本低，适合批量化生产。

制备瓦基。按照图样要求对钢板进行下料和机械加工，形成瓦基。

将连接柱按照设计的排布方式固定在瓦基上，形成瓦基与连接柱的整体结构。形成瓦基与连接柱的整体结构优选地包括通过螺柱焊方式将连接柱固定在瓦基上。在该步骤中，可以采用自动设备将连接柱按照设计的排列方案均匀布设在瓦基的连接表面，同时使用螺柱焊方式使连接柱牢固的与瓦基结合固定，形成能够与复合材料树脂层牢固嵌合的整体结构。采用上述将连接柱焊接于瓦基表面的方式制备该整体结构，可以按照设计要求控制连接柱的疏密和排布，达到控制弹性金属塑料瓦机械性能的目的，并使弹性金属塑料瓦的弹性模量均匀性得以保证。

将复合材料树脂层热嵌合至上述整体结构形成弹性金属塑料瓦坯体。将复合材料树脂层热嵌合至整体结构包括将切割后的复合材料树脂层毛坯加热到150~220℃后，与整体结构对正并在平行平板间嵌合加压，加压至压强为3~6MPa后保压至瓦基冷却至室温。采用加热嵌合的技术方案，复合材料树脂层与瓦基结合牢固。一般可以仅加热树脂层，通过快速压合实现嵌合。而对于常温下硬度较高的树脂层板材，也可将瓦基和树脂层都加热，即在与整体结构对正并在平行平板间嵌合加压之前将整体结构加热到150~220℃，这样更便于热嵌合工艺的实施。

对热嵌合后的弹性金属塑料瓦坏体进行后续机械加工，制成符合图样要求的弹性金属塑料瓦成品。

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：

能够使连接柱与瓦基的连接实现自动化，并提高制作复合材料树脂层的效率，从而实现弹性金属塑料瓦自动化、机械化批量生产，提高生产效率。

能够严格控制、保证复合材料树脂层的厚度，并使轴瓦的弹性模量均匀性得以保证。

可以按照设计要求控制连接柱的疏密和排布，达到控制塑料瓦机械性能的目的。

现有技术塑料瓦的制造过程中，复合材料树脂层与瓦基是通过钎焊的方法连接。钎焊时需要首先将瓦基加热到焊料熔融温度之上，一般取240~280℃，然后将填充有焊料的瓦面与之贴合保压降温。高温和助焊剂等因素将导致瓦基表面氧化并产生热应力。本发明与现有技术相比，避免了瓦基的氧化，减小瓦基应力。

简化制造工艺、降低制造成本。与现有技术相比，由于不采用螺旋簧，无需在螺旋簧上镀锡的步骤，因而节约有色金属锡，降低材料消耗。按本发明每平方厘米的弹性金属塑料瓦相对于现有技术可节约材料成本0.189元左右。

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 (15)

1.一种弹性金属塑料瓦，其特征在于，包括：

瓦基(10)；

复合材料树脂层(20)，固定于所述瓦基(10)的连接表面；

连接柱，包括相对设置的第一端和第二端，所述第二端与所述瓦基(10)的所述连接表面固定连接，所述连接柱的高度小于所述复合材料树脂层(20)的厚度，所述瓦基(10)与所述复合材料树脂层(20)通过多个所述连接柱固定，

其中，所述连接柱包括引导部和主连接部，所述引导部从所述第一端的顶部开始朝向所述第二端横截面积逐渐增大，所述主连接部位于所述引导部和所述瓦基(10)之间，所述主连接部包括设置于所述引导部和瓦基(10)之间的等截面柱体，所述主连接部还包括设置于所述引导部和所述柱体之间的齿形部。

2.根据权利要求1所述的弹性金属塑料瓦，其特征在于，所述引导部包括锥体、锥台或球缺。

3.根据权利要求1所述的弹性金属塑料瓦，其特征在于，所述柱体与所述引导部直接连接且所述引导部的最大截面积大于所述柱体的截面积。

4.根据权利要求1所述的弹性金属塑料瓦，其特征在于，所述齿形部包括从所述引导部开始朝向所述柱体依次设置的至少一个连接锥台。

5.根据权利要求4所述的弹性金属塑料瓦，其特征在于，所述至少一个连接锥台中，每个连接锥台的小截面端面对所述引导部；或者，所述至少一个连接锥台的每个连接锥台具有相同的大截面端面积和小截面端面积，从所述引导部开始，所述至少一个连接锥台中的第一个连接锥台的一个截面端面与所述引导部相接，其它连接锥台与相邻连接锥台的截面面积相同的截面端相接地设置。

6.根据权利要求1所述的弹性金属塑料瓦，其特征在于，所述齿形部包括至少一个螺纹段；或者所述齿形部包括多个环形齿，所述环形齿的齿缘薄于所述环形齿的齿根。

7.一种根据权利要求1至6中任一项所述的弹性金属塑料瓦的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

分别制备复合材料树脂层、连接柱和瓦基；

将连接柱按照设计的排布方式固定在所述瓦基上，形成瓦基与连接柱的整体结构；

将所述复合材料树脂层热嵌合至所述整体结构形成弹性金属塑料瓦坯体。

8.根据权利要求7所述的弹性金属塑料瓦的制造方法，其特征在于，制备所述复合材料树脂层包括将重量占混料总量20～30％聚苯酯或聚酰亚胺树脂、2～8％芳纶纤维与余量的聚四氟乙烯树脂均匀混合并制成粉料，以及用所述粉料制备所述复合材料树脂层。

9.根据权利要求8所述的弹性金属塑料瓦的制造方法，其特征在于，用所述粉料制备所述复合材料树脂层包括：

将所述粉料均匀填充于压制模具中，压制形成复合材料树脂层毛坯；

对所述复合材料树脂层毛坯进行塑化烧结；

将塑化烧结后的复合材料树脂层毛坯校平，并按照使用尺寸切割。

10.根据权利要求9所述的弹性金属塑料瓦的制造方法，其特征在于，压制形成复合材料树脂层毛坯包括向所述粉料缓慢施加压力，并在压强达到40～55MPa时保压2～8分钟。

11.根据权利要求9所述的弹性金属塑料瓦的制造方法，其特征在于，对所述复合材料树脂层毛坯进行塑化烧结包括将所述复合材料树脂层毛坯加热至370～380℃后保温40～90分钟。

12.根据权利要求7所述的弹性金属塑料瓦的制造方法，其特征在于，形成瓦基与连接柱的整体结构包括通过螺柱焊方式将所述连接柱固定连接于瓦基的连接表面。

13.根据权利要求7所述的弹性金属塑料瓦的制造方法，其特征在于，将所述复合材料树脂层热嵌合至所述整体结构，包括将切割后的树脂层毛坯加热到200～320℃后，与所述整体结构对正并在平行平板间加压嵌合，加压至压强为3～6MPa后保压至所述瓦基冷却至室温。

14.根据权利要求13所述的弹性金属塑料瓦的制造方法，其特征在于，将所述复合材料树脂层热嵌合至所述整体结构还包括在与所述整体结构对正并在平行平板间嵌合加压之前将所述整体结构加热到150～220℃。

15.根据权利要求7所述的弹性金属塑料瓦的制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括对热嵌合后的弹性金属塑料瓦坏体进行后续加工，制成弹性金属塑料瓦。