CN103341553A - 一种波箔片模具及其制造工艺 - Google Patents

Abstract

一种波箔片模具，其包括有模具底盘、定位块、垫片及压块，模具底盘上形成有凹模，折弯后的波箔片半成品设置于凹模中，波箔片模具还包括有放置在波箔片半成品之上的聚四氟乙烯片，压块心轴与模具底盘中心孔同轴，压块位于聚四氟乙烯片上，压块的一个侧面与定位块的一个侧面贴合，定位块位于模具底盘的工作面上，定位块上形成有矩形槽及紧邻矩形槽的螺钉孔，垫片位于矩形槽中，波箔片模具还包括有插在模具底盘背面将定位块和模具底盘连接于一起的M4内六角螺钉及安装于螺钉孔内的通过压紧矩形槽内的垫片从而固定波箔片的M2内六角螺钉，本发明波箔片采用柔性成形的方法，波箔片模具无需凸模，降低了模具的加工成本。

Description

一种波箔片模具及其制造工艺

技术领域

本发明涉及一种波箔片模具及其制造工艺，尤其涉及一种分离式波箔动压气体推力轴承中的波箔片模具及其制造工艺，属于气体动压轴承领域。

背景技术

动压气体轴承是一种以气体为润滑介质的流体膜润滑轴承，与传统的液体润滑轴承和滚动轴承相比，动压气体轴承在运行过程中具有高转速、低摩擦、低噪声、无污染、工作精度高、可靠性高等特点。其工作原理为形成楔形间隙的两个高速相对运动的表面，在气体自身粘性作用下将气体带入楔形间隙内，形成能够承受轴向载荷的动压流体膜，与静压气体轴承相比，气体动压轴承无需外部高压气源设备、节流器等，整个支承系统的结构更为简单、紧凑。但是动压气体轴承也存在是自身的局限性，如承载能力相对较低、启停摩擦较为剧烈等。综上所述动压气体轴承通常应用在高速、轻载旋转类机械中，例如微型燃气涡轮机、透平膨胀机、离心机等。

动压气体轴承根据轴承基体可以分为刚性轴承和弹性轴承。刚性轴承支承的转子系统难以满足可靠性和稳定性的要求，轴承加工精度和装配精度要求较高，使用寿命短的问题一直没得到解决。弹性基体轴承也经过了一系列的发展，其主要结构形式有螺旋槽型、管支承型、悬臂型及波箔型。螺旋槽型轴向箔片气动轴承的弹性基体是由刻有螺旋槽的柔性箔片和网状弹性组件构成。管支承型轴向箔片气动轴承的弹性基体是由若干扇形箔片和管状的弹性支承元件组成。悬臂型轴向箔片气动轴承的每个扇形箔片顺序排列在圆环状平板上，下部装有弹性支承元件，箔片的自由端与止推盘形成楔形。

波箔轴承是一种以柔性表面为支承的自作用式弹性轴承，它主要由平箔、波箔、轴承座和旋转盘组成。其承载机理与刚性表面动压轴承类似，即旋转盘表面与平箔表面之间存在收敛楔，在转速达到一定值时，旋转盘表面与平箔表面之间形成动压流体膜，将旋转盘与平箔隔离。在流体膜的压力作用下，平箔和波箔均发生变形，从而产生了平箔与波箔本身的弹性阻尼以及平箔与波箔之间、波箔与轴承座之间的库仑摩擦阻尼，这些阻尼能够有效地吸收轴承的涡动能量，并抑制流体膜产生自激振荡，使其在高速旋转的情况下具有良好的稳定性。与传统的气体轴承相比，波箔轴承还具有运行寿命长、可靠性高、承载能力大、以及高转速等特点。

波箔轴承根据波箔的结构形式可以分为整体式和分离式。整体式波箔的箔拱在半径方向连续，箔拱之间的距离不变。国内外针对一代波箔轴承即整体式波箔轴承做了大量理论分析和实验研究，整体式波箔轴承存在着严重的侧面气体泄露，从实验结果观察到平箔严重磨损甚至烧伤。分离式箔片是由沿圆周方向的若干狭缝将扇形箔片分为几条环带，在各个环带上可以加工出不同节距的波箔。分离式箔片沿半径方向和圆周方向有着不同的刚度特性，这种刚度有特性有助于轴承适沿应半径方向线速度的差异，从而能够均匀化压力，协调箔片变形，提高轴承承载能力。环形狭缝使得波箔片避免了由于温度分布不均引起的热变形，此外还能够使轴承适应少量的轴向偏斜。

到目前为止从国内外众多文献、技术资料可以发现，对箔片动压气动轴承的研究主要集中在径向轴承方面，在实际应用中取得了一些成功。然而，对于箔片气动推力轴承的研究则相对较少，其类型没有径向轴承丰富，相关理论和应用相对缺乏。在国外，箔片轴承已经成功的应用于航空涡轮发动机、微型涡轮发动机、透平膨胀机等高速旋转机械之中，并产生了巨大的经济效益。

在国内，对弹性箔片轴承的研究起步较晚，还没有国产的弹性箔片轴承成功的应用，与国外相比差距很大，特别是分离式弹性波箔轴承，国内对此类型轴承进行的实验研究更是缺乏。弹性波箔动压气体轴向轴承结构复杂，制造和安装精度要求极高，轴承的性能与安装精度有很大关系。波箔片是整个轴承中的关键零件，但是波箔片的制造工艺复杂，从波箔片的材料选取、结构尺寸确定、成形工艺、热处理、表面处理，均需投入大量工作，因此研发投入大。

因此，确有必要对现有技术进行改进以解决现有技术之不足。

发明内容

本发明提供一种加工成本较低且制造工艺流程方便快捷的波箔片模具及其制造工艺。

本发明采用如下技术方案： 一种波箔片模具，其包括有模具底盘、定位块、垫片及压块，所述模具底盘上形成有凹模，所述折弯后的波箔片半成品设置于所述凹模中，所述波箔片模具还包括有放置在波箔片半成品之上的聚四氟乙烯片，所述压块心轴与模具底盘中心孔同轴，所述压块位于聚四氟乙烯片上，所述压块的一个侧面与所述定位块的一个侧面贴合，所述定位块位于模具底盘的工作面上，所述定位块上形成有矩形槽及紧邻所述矩形槽的螺钉孔，所述垫片位于所述矩形槽中，所述波箔片模具还包括有插在模具底盘背面将所述定位块和模具底盘连接于一起的M4内六角螺钉及安装于所述螺钉孔内的通过压紧矩形槽内的垫片从而固定波箔片的M2内六角螺钉。

所述模具底盘上形成有第一环形缝隙和凹槽，所述波箔片上形成有与所述第一环形缝隙相对应的第二环形缝隙及与所述凹槽相对应的箔拱。

本发明还采用如下技术方案： 一种波箔片的制造工艺，其包括如下步骤：

下料，使用电火花切割方法从铍青铜板料上按设计尺寸切割出波箔片毛坯；

去毛刺，细粒度砂纸打磨毛坯边缘和波箔片环形缝隙边缘；

折弯，将波箔片毛坯按正确位置放到折弯机冲压头下折弯；

波箔片安装固定，折弯后的波箔片毛坯装入模具底盘，调整波箔片的位置，使得箔带之间的第二环形缝隙和模具底盘上的第一环形缝隙相重合，插入垫片，同时调整波箔片位置，直到满足要求，拧紧M2内六角螺钉，压紧波箔片；

冲压，将聚四氟乙烯片切割成扇形片，并覆盖安装在模具底盘上的波箔片毛坯，清除波箔片和模具底盘上的灰层、硬质颗粒，在波箔片和模具底盘之间均匀的涂抹一层润滑脂，波箔片位于模具底盘和聚四氟乙烯片之间，压块压在聚四氟乙烯片上，通过加压装置对压块施加压力，为确保波箔片充分变形，施加在波箔片上的压强需要20mpa，缓慢加载，防止聚四氟乙烯片和波箔片撕裂；

拆卸清洗，拧下螺钉，拔出垫片，将定位块内外部分的波箔片同时朝远离半径方向移动，用汽油清洗波箔片表面的润滑脂，从而得到波箔片。

本发明具有如下有益效果：

（1）波箔片采用柔性成形的方法，波箔片模具无需凸模，降低了模具的加工成本；

（2）手工加压装置和机械加压装置均可对模具进行加压，无需专用加压设备，整个制造流程方便快捷，波箔片定位精确；

（3）制造出来的波箔片成形充分、结构尺寸达到设计要求、表面光滑，预变形满足轴承装配要求。

附图说明

图1为本发明波箔片模具的结构示意图。

图2为图1所示本发明波箔片模具A-A截面的剖面示意图。

图3为本发明波箔片的半成品示意图。

图4为本发明折弯后的波箔片半成品示意图。

图5为本发明波箔片成品示意图。

其中：

1-模具底盘；2-定位块；3-垫片；4-压块；5-波箔片；6-缝隙；7- M2内六角螺钉；8-第一环形缝隙；9-凹槽；10-第二环形缝隙；11-箔拱；12-矩形槽；13-压块心轴；14-底盘中心孔；15- M4内六角螺钉；A-A-截面视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。

请参照图1并结合图2至图5所示，本发明波箔片模具包括模具底盘1、定位块2、垫片3及压块4四部分。在模具底盘1上加工设置有与波箔片5对应的凹模，此处的凹模是指下述的模具底盘1上的第一环形缝隙8和凹槽9，在定位块2内开设有沿圆周方向、竖直方向两个相互垂直的缝隙6，定位块2螺钉孔内的两个M2内六角螺钉7通过压紧矩形槽12内的垫片3从而固定波箔片5。

模具底盘1上的第一环形缝隙8和凹槽9与波箔片的第二环形缝隙10和箔拱11分布相对应，如果要制造不同结构的波箔片，可以在模具底盘的其余未加工面加工出相应的环形缝隙和凹槽。定位块2通过模具底盘1背面螺钉孔内的两个M4内六角螺钉15和模具底盘1连接在一起，其内部沿圆周方向的缝隙高度一定要大于箔拱高度，否则波箔片成形后无法拆卸。垫片3插入沿半径方向的矩形槽12内，槽内各边均倒圆角，以便垫片和波箔片的安装、拆卸，螺钉通过压紧垫片从而固定波箔片。加压装置通过压块对模具施加压力，压块心轴13插入底盘中心孔14内，其中一个侧面紧靠定位块侧面。

本发明波箔片的制造工艺包括如下步骤：

（1）下料，使用电火花切割方法从铍青铜板料上按设计尺寸切割出波箔片毛坯，如图3所示。铍青铜板料厚度0.1mm，坯料上的四处半圆形缺边目的是便于折弯和消除折弯后边角处的应力集中；

（2）去毛刺，细粒度砂纸打磨毛坯边缘和波箔片环形缝隙边缘，不要打磨波箔片表面部分，以免改变波箔片的摩擦性能；

（3）折弯，将波箔片毛坯按正确位置放到折弯机冲压头下，注意折弯方向以免不能按轴承设计要求进行装配。缓慢冲压，防止将波箔片撕裂或引起波箔片环带较大的变形。折弯后半成品如图4所示；

（4）波箔片安装固定，折弯后的波箔片毛坯装入模具底盘，调整波箔片的位置，使波箔片5的第二环形缝隙和模具底盘上的第一环形缝隙相重合。插入垫片时按住波箔片，防止其位置变动，垫片插入后再次检查波箔片位置是否满足要求，若波箔片错位严重，继续调整波箔片位置，直到满足要求为止。拧紧M2内六角螺钉，压紧波箔片；

（5）冲压，将聚四氟乙烯片切割成扇形片，其大小要足以覆盖安装在模具底盘上的波箔片毛坯，厚度1-2mm均可。清除波箔片和模具底盘上的灰层、硬质颗粒，在波箔片和模具底盘之间均匀的涂抹一层润滑脂，减少波箔片和模具底盘之间的摩擦，改善波箔片变形时的金属流动性。波箔片位于模具底盘和聚四氟乙烯片之间，压块压在聚四氟乙烯片上，通过加压装置对压块施加压力，为使波箔片充分变形，施加在波箔片上的压强需要20mpa，缓慢加载，防止聚四氟乙烯片和波箔片撕裂；

（6）拆卸清洗，拧下螺钉，拔出垫片，将定位块内外部分的波箔片同时朝远离半径方向移动，在此过程中防止波箔片产生塑性变形。用汽油清洗波箔片表面的润滑脂，观察波箔片表面是否存在凹坑凸点，如果有则说明磨具底盘、波箔片或者聚四氟乙烯片表面粘附有硬质颗粒，需要进一步清洁。最后成型的波箔片如图5所示，波箔片应达到以下要求：箔拱成型充分，箔拱高达到设计值，表面光滑，无划痕、凹坑。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种波箔片模具，其包括有模具底盘、定位块、垫片及压块，其特征在于：所述模具底盘上形成有凹模，所述折弯后的波箔片半成品设置于所述凹模中，所述波箔片模具还包括有放置在波箔片半成品之上的聚四氟乙烯片，所述压块心轴与模具底盘中心孔同轴，所述压块位于聚四氟乙烯片上，所述压块的一个侧面与所述定位块的一个侧面贴合，所述定位块位于模具底盘的工作面上，所述定位块上形成有矩形槽及紧邻所述矩形槽的螺钉孔，所述垫片位于所述矩形槽中，所述波箔片模具还包括有插在模具底盘背面将所述定位块和模具底盘连接于一起的M4内六角螺钉及安装于所述螺钉孔内的通过压紧矩形槽内的垫片从而固定波箔片的M2内六角螺钉。

2.如权利要求1所述的波箔片模具，其特征在于：所述模具底盘上形成有第一环形缝隙和凹槽，所述波箔片上形成有与所述第一环形缝隙相对应的第二环形缝隙及与所述凹槽相对应的箔拱。

3.一种波箔片的制造工艺，其包括如下步骤：

下料，使用电火花切割方法从铍青铜板料上按设计尺寸切割出波箔片毛坯；

去毛刺，细粒度砂纸打磨毛坯边缘和波箔片环形缝隙边缘；

折弯，将波箔片毛坯按正确位置放到折弯机冲压头下折弯；

波箔片安装固定，折弯后的波箔片毛坯装入模具底盘，调整波箔片的位置，使得箔带之间的第二环形缝隙和模具底盘上的第一环形缝隙相重合，插入垫片，同时调整波箔片位置，直到满足要求，拧紧M2内六角螺钉，压紧波箔片；

冲压，将聚四氟乙烯片切割成扇形片，并覆盖安装在模具底盘上的波箔片毛坯，清除波箔片和模具底盘上的灰层、硬质颗粒，在波箔片和模具底盘之间均匀的涂抹一层润滑脂，波箔片位于模具底盘和聚四氟乙烯片之间，压块压在聚四氟乙烯片上，通过加压装置对压块施加压力，为确保波箔片充分变形，施加在波箔片上的压强需要20mpa，缓慢加载，防止聚四氟乙烯片和波箔片撕裂；

拆卸清洗，拧下螺钉，拔出垫片，将定位块内外部分的波箔片同时朝远离半径方向移动，用汽油清洗波箔片表面的润滑脂，从而得到波箔片。

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