CN103410847B - 复合材料止推垫圈的成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合材料止推垫圈及其成型方法，用于解决方法成型的止推垫圈耐高温性能差的技术问题。技术方案是复合材料止推垫圈由复合材料和金属骨架组成，金属骨架与复合材料径向同心，金属骨架厚度方向处于复合材料的中间位置，被复合材料完全包覆。由于复合材料是纤维增强复合材料，作为止推垫圈的功能材料包覆在金属骨架外面，起到减摩和耐磨的作用，金属骨架作为止推垫圈的增强材料，提高了止推垫圈的抗压缩和耐冲击性能。复合材料采用热固性树脂提高了止推垫圈的耐温性和高温耐磨性。
Description
技术领域
本发明涉及一种止推垫圈的成型方法，特别是涉及一种复合材料止推垫圈的成型方法。
背景技术
在机械传动系统中，轴上具有相对运动的两零件之间经常需要安装止推垫圈，用于承受轴向载荷，减少零件摩擦及磨损，并调节零件间的轴向间隙。止推垫圈作为传动系统中的重要零部件，需要具有良好的减摩耐磨特性、耐温特性、抗疲劳以及耐冲击等特点。现有的止推垫圈主要分为两类，一类是采用粉末冶金材料或者减摩合金材料加工制作的金属基止推垫圈，另一类是采用高分子聚合物加工制作的树脂基止推垫圈。金属基止推垫圈具有优良的机械强度和抗冲击性能，但使用过程中容易因碰撞产生噪声，容易和对偶发生粘合，而且高速重载条件下耐磨性差。
文献1“专利公开号是US6502994B2的美国专利”公开了一种车辆变矩器使用的两元件止推垫圈，其中一部分采用聚酰亚胺为基体添加碳质减摩材料制备，但对于该材料的具体组成及制备工艺没有提及。美国杜邦公司采用自主研发的高性能聚酰亚胺树脂制备的DuPontTMVespel止推垫圈已经在市场销售，该垫圈具有优异的耐磨损性能、高导热率和低摩擦系数，但其制备工艺未见公布。
文献2“公开号是CN101092988的中国专利”公开了一种热塑性聚合物止推垫圈和采用注塑工艺制备此类垫圈的方法。采用热塑性聚合物和注塑工艺一定程度上简化了止推垫圈的成型工艺，提高了生产效率，降低了制造成本。但是热塑性聚合物在高温下会发生软化，从而造成此类垫圈的耐高温性较差，PV极限值低，仅适用于低速轻载的工作条件下。
发明内容
为了克服现有止推垫圈耐高温性能差的不足，本发明提供一种复合材料止推垫圈的成型方法。该复合材料止推垫圈由复合材料和金属骨架组成，金属骨架与复合材料径向同心，金属骨架厚度方向处于复合材料的中间位置，被复合材料完全包覆。复合材料是纤维增强复合材料，作为止推垫圈的功能材料包覆在金属骨架外面，起到减摩和耐磨的作用，金属骨架作为止推垫圈的增强材料，可以提高止推垫圈的抗压缩和耐冲击性能。复合材料采用热固性树脂可以提高止推垫圈的耐温性和高温耐磨性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种复合材料止推垫圈的成型方法，止推垫圈包括复合材料2和金属骨架3，金属骨架3与复合材料2径向同心，金属骨架3厚度方向处于复合材料2的中间位置，被复合材料2完全包覆；复合材料2的端面带有若干条油槽1a，其内径带有装配倒角1b。
所述油槽1a是径向均布的直槽、平行交错的直槽或者圆弧形槽的任一种。
所述油槽1a的横断面形状是圆弧形、矩形或者梯形的任一种。
所述金属骨架3是金属网板或者金属孔板的任一种。
其特点是所述止推垫圈采用以下步骤成型：
步骤一、将凸模4和底模7的成型面加工为光滑平面、或者加工出成型止推垫圈油槽1a形状的凸起纹路和装配倒角1b的角度，装配模具；
步骤二、将占原料总重10％～40％的热固性聚合物，占原料总重15％～25％的增强纤维或晶须，经过高速混合机混合均匀，然后加入占原料总重15％～25％的固体润滑剂，占原料总重40％～50％的摩擦填料，所有组分含量之和等于100％；通过高速混合机继续混合均匀，得到复合材料2的原料；
步骤三、根据垫圈规格，称量所需要的复合材料2的原料；在模腔内均匀填入1/2重量的复合材料2的原料；
步骤四、将金属骨架3放入模腔中心位置，并在模腔内填入余下复合材料2的原料；
步骤五、将凸模4压入模腔，将模具加热至170-325℃，控制模压压力20-70MPa，保压时间5-10分钟，中间放气5-10次，获得复合材料止推垫圈预制体；
步骤六、在烘箱内对止推垫圈预制体进行热处理，在4-6小时内从120-200℃梯度升温至220-350℃，保温2小时后取出空气中冷却，得到复合材料止推垫圈；
对于成型为光滑平面的止推垫圈，通过机械加工出所需要的油槽1a和装配倒角1b，得到复合材料止推垫圈。
所述热固性聚合物是腰果壳油改性酚醛树脂或者全芳香聚酰亚胺的任一种。
所述增强纤维是碳纤维或者玻璃纤维的任一种或者其混合物。
所述固体润滑剂是石墨粉或者二硫化钼的任一种或者其混合物。
所述摩擦填料是硫酸钡、高岭土或者硅藻土的任一种或者任几种。
本发明的有益效果是：复合材料止推垫圈由复合材料和金属骨架组成，金属骨架与复合材料径向同心，金属骨架厚度方向处于复合材料的中间位置，被复合材料完全包覆。由于复合材料是纤维增强复合材料，作为止推垫圈的功能材料包覆在金属骨架外面，起到减摩和耐磨的作用，金属骨架作为止推垫圈的增强材料，提高了止推垫圈的抗压缩和耐冲击性能。复合材料采用热固性树脂提高了止推垫圈的耐温性和高温耐磨性。
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
附图说明
图1是本发明复合材料止推垫圈的示意图；
图2是图1中油槽的A-A视图；
图3是本发明复合材料止推垫圈局部剖视图；
图4是图3中金属骨架实施例之一金属孔板的示意图；
图5是图3中金属骨架实施例之二金属网板的示意图；
图6是本发明复合材料止推垫圈模压成型示意图。
图中，1a-油槽；1b-装配倒角；1c-止推垫圈外径；1d-止推垫圈内径；2-复合材料；3-金属骨架；3a-金属骨架内径；3b-金属骨架外径；4-凸模；5-芯模；6-外模；7-底模。
具体实施方式
以下实施例参照图1-6。
实施例1。本发明的复合材料止推垫圈是端面带有若干条油槽1a，内径带有装配倒角1b的圆环形薄片，由复合材料2和金属骨架3两部分构成。其中油槽1a可以是径向均布的直槽，也可以是平行交错的直槽，还可以是圆弧形槽或者其他油槽形式，优先选择方便加工的径向均布的直槽；油槽1a的横断面形状可以是圆弧形，也可以是矩形，还可以是梯形或者其他可以加工得到的形状，优先选择方便加工得到的圆弧形的断面形状；油槽1a和装配倒角1b可以是在垫圈模压成型时通过模具模压成型，也可以在垫圈模压成型后通过后续的机械加工的方法获得，优先选择可以减少加工工序的模压成型；金属骨架3可以选择金属网板，可以选择金属网，也可以选择内外径以及厚度和金属网板一致的金属板打孔获得，优先选择金属网板；金属骨架3的厚度应小于止推垫圈磨损后需要更换时的厚度，金属骨架3与复合材料2径向同心，厚度方向处于复合材料2的中间位置，被复合材料2完全包覆；金属骨架3的内径3a大于止推垫圈的内径1d至少1mm，外径3b应小于止推垫圈的外径1c至少1mm。
实施例2。本发明的复合材料止推垫圈模压成型方法之一。
1)将凸模4和底模7的成型面预先加工出成型止推垫圈油槽1a形状的凸起纹路和装配倒角1b的角度，装配模具；
2)将质量百分含量10％的腰果壳油改性酚醛树脂，质量百分含量15％的碳纤维，经过高速混合机混合均匀，然后加入质量百分含量15％的石墨粉，质量百分含量25％的高岭土和质量百分含量25％的硅藻土，通过高速混合机继续混合均匀，得到复合材料2的原料；
3)根据垫圈规格，称量所需要的复合材料2的原料，在模腔内均匀填入1/2重量的复合材料2的原料；
4)将金属骨架3放入模腔中心位置，并在模腔内均匀填入余下1/2重量的复合材料2的原料；
5)将凸模4压入模腔，将模具加热至170℃，控制模压压力30MPa，保压时间5-10分钟，中间放气5-10次，获得复合材料止推垫圈预制体；
6)在烘箱内对止推垫圈预制体进行热处理，在4小时内从120℃梯度升温至200℃，保温2小时后取出空气中冷却，得到复合材料止推垫圈。
实施例3。本发明的复合材料止推垫圈模压成型方法之二。
1)凸模4和底模7的成型面均加工为光滑平面，装配模具；
2)将质量百分含量25％的全芳香聚酰亚胺，质量百分含量10％的碳纤维，质量百分含量10％的硫酸钙晶须经过高速混合机混合均匀，然后加入质量百分含量20％的二硫化钼粉，质量百分含量10％的高岭土，质量百分含量20％的硅藻土和质量百分含量15％的硫酸钡，通过高速混合机继续混合均匀，得到复合材料2的原料；
3)根据垫圈规格，称量所需要的复合材料，在模腔内均匀填入1/2重量的复合材料2的原料；
4)将金属骨架3放入模腔中心位置，并在模腔内均匀填入余下1/2重量的复合材料2的原料；
5)将凸模4压入模腔，将模具加热至325℃，控制模压压力25MPa，保压时间5-10分钟，中间放气5-10次，获得复合材料止推垫圈预制体；
6)在烘箱内对复合材料止推垫圈预制体进行热处理，于5小时内从200℃梯度升温至350℃，保温2小时后取出空气中冷却。
7)将热处理后的复合材料止推垫圈通过机械加工，加工出所需要的油槽1a和装配倒角1b，得到复合材料止推垫圈。
实施例4。本发明的复合材料止推垫圈模压成型方法之三。
1)将凸模4和底模7的成型面预先加工出成型止推垫圈油槽1a形状的凸起纹路和装配倒角1b的角度，装配模具；
2)将质量百分含量40％的腰果壳油改性酚醛树脂，质量百分含量10％的碳纤维，质量百分含量15％的玻璃纤维，经过高速混合机混合均匀，然后加入质量百分含量10％的石墨粉，质量百分含量15％的二硫化钼，质量百分含量20％的高岭土和质量百分含量20％的硅藻土，通过高速混合机继续混合均匀，得到复合材料2的原料；
3)根据垫圈规格，称量所需要的复合材料，在模腔内均匀填入1/2重量的复合材料2的原料；
4)将金属骨架3放入模腔中心位置，并在模腔内均匀填入余下1/2重量的复合材料2的原料；
5)将凸模4压入模腔，加热模具至170℃，控制模压压力30MPa，保压时间5-10分钟，中间放气5-10次，获得复合材料止推垫圈预制体；
6)在烘箱内对止推垫圈预制体进行热处理，于4小时内从120℃梯度升温至200℃，保温2小时后取出空气中冷却，得到复合材料止推垫圈。
Claims (5)
1.一种复合材料止推垫圈的成型方法，止推垫圈包括复合材料(2)和金属骨架(3)，金属骨架(3)与复合材料(2)径向同心，金属骨架(3)厚度方向处于复合材料(2)的中间位置，被复合材料(2)完全包覆；复合材料(2)的端面带有若干条油槽(1a)，其内径带有装配倒角(1b)，其特征在于，所述止推垫圈采用以下步骤成型：
步骤一、将凸模(4)和底模(7)的成型面加工为光滑平面、或者加工出成型止推垫圈油槽(1a)形状的凸起纹路和装配倒角(1b)的角度，装配模具；
步骤二、将占原料总重10％～40％的热固性聚合物，占原料总重15％～25％的增强纤维或晶须，经过高速混合机混合均匀，然后加入占原料总重15％～25％的固体润滑剂，占原料总重40％～50％的摩擦填料，所有组分含量之和等于100％；通过高速混合机继续混合均匀，得到复合材料(2)的原料；
步骤三、根据垫圈规格，称量所需要的复合材料(2)的原料；在模腔内均匀填入1/2重量的复合材料(2)的原料；
步骤四、将金属骨架(3)放入模腔中心位置，并在模腔内填入余下复合材料(2)的原料；
步骤五、将凸模(4)压入模腔，将模具加热至170-325℃，控制模压压力20-70MPa，保压时间5-10分钟，中间放气5-10次，获得复合材料止推垫圈预制体；
步骤六、在烘箱内对止推垫圈预制体进行热处理，在4-6小时内从120-200℃梯度升温至220-350℃，保温2小时后取出空气中冷却，得到复合材料止推垫圈；
对于成型为光滑平面的止推垫圈，通过机械加工出所需要的油槽(1a)和装配倒角(1b)，得到复合材料止推垫圈。
2.根据权利要求1所述复合材料止推垫圈的成型方法，其特征在于：所述热固性聚合物是腰果壳油改性酚醛树脂或者全芳香聚酰亚胺的任一种。
3.根据权利要求1所述复合材料止推垫圈的成型方法，其特征在于：所述增强纤维是碳纤维或者玻璃纤维的任一种或者其混合物。
4.根据权利要求1所述复合材料止推垫圈的成型方法，其特征在于：所述固体润滑剂是石墨粉或者二硫化钼的任一种或者其混合物。
5.根据权利要求1所述复合材料止推垫圈的成型方法，其特征在于：所述摩擦填料是硫酸钡、高岭土或者硅藻土的任一种或者任几种。
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