CN103470634A - 一种直线轴承保持架 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种一体成型、整体性较强、强度较高的直线轴承保持架，属于轴承技术领域；本发明解决了现有技术中轴承保持架整体性差、精度低、易磨损、使用寿命较短的技术问题；本发明的技术方案为：一种直线轴承保持架，包括内空的筒形架体，筒形架体表面轴向设置有若干凹槽，凹槽内设置有滚珠滚道，滚珠滚道与筒形架体内部相通，筒形架体形状为等边六角体，筒形架体六个面上分别设置有上述凹槽，筒形架体一体成型；本轴承保持架一体成型，其整体性较强，整体强度较高，不易磨损，工艺简单，使用寿命更长。

Description

一种直线轴承保持架

技术领域

本发明属于轴承技术领域，涉及一种直线轴承，尤其是一种直线轴承保持架。

背景技术

直线轴承又称为直线运动轴承或者直线导轨轴承，是一种以低成本生产的直线运动系统，用于无限行程与导轨配合使用。由于承载的滚珠与导轨呈点接触，故使用载荷小，其内部滚珠以极小的磨擦阻力旋转，从而能获得高精度的平稳运动，直线轴承一般分为塑料直线轴承和金属直线轴承，由于塑料直线轴承与轴之间是滑动摩擦，二者之间的摩擦力较大，因而塑料直线轴承的运动速度受到一定的限制，而相比塑料直线轴承，金属直线轴承在运动时速度较快、运行较平稳，因此金属直线轴承在实际运用中更受欢迎。

金属直线轴承包括由外到内的金属轴承套、滚珠套以及金属保持架，滚珠套与轴承套过盈连接，在滚珠套与保持架之间设置有滚珠。现有的保持架一般为组装式，其包括多个零部件，各个零部件制作完成后组装成一个整体的保持架，最后将保持架安装在轴承套内，这种保持架安装在轴承套内，虽能满足轴承的基本运行，但由于这种保持架组装而成，因而存在以下问题：由于直线轴承是整体性运动，而保持架整体性较差，整体强度较低，其在高速运动过程中产生振动，保持架在长期振动下，各个零部件的位置会发生移动，造成保持架的原有结构发生变化，如此会导致轴承与固定轴之间的摩擦力增大，增加直线轴承的负载，使得轴承磨损严重，使用寿命减短，成本增加；其由多个零部件组装而成，各个零部件需要不同模具制作，生产和组装都较为繁琐，投入增大，组装所需劳动量大大增加，自动化进程较低，因此生产效率也较低；由于其整体性较差，其精度也大大降低，轴承在运行过程中的稳定程度也大大降低。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在上述问题，提出了一种一体成型、整体性较强、强度较高的直线轴承保持架。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种直线轴承保持架，包括内空的筒形架体，所述筒形架体表面轴向设置有若干凹槽，凹槽内设置有滚珠滚道，所述滚珠滚道与筒形架体内部相通，所述筒形架体形状大致为等边六角体且等边六角体的每个面均向内凹陷成弧形面，筒形架体六个面上分别设置有上述凹槽，所述筒形架体一体成型。

在上述一种直线轴承保持架中，所述凹槽中部轴向设置有凸起部，所述凸起部使凹槽周缘形成上述滚珠滚道，所述滚珠滚道由两半圆形端部和两直线中部所组成，所述两直线中部分别与两半圆形端部相连，滚珠滚道以中轴线为界分为第一滚道与第二滚道，所述第二滚道与筒形架体内部相通。

在上述一种直线轴承保持架中，所述任意相邻的两凹槽内，第一滚道与第二滚道的位置均相同。

本发明的第二个目的在于提供一种上述直线轴承保持架，所述的直线轴承保持架的成分及质量百分比为：C：0.3%-0.5%，Mn：0.4%-0.9%，Cr：0.8%-1.4%，Si：0.15%-0.4%，Ni：1.15%-1.75%，Mo：0.1%-0.4%，Cu：0.1%-0.4%余量为Fe以及不可避免的杂质，其中，所述不可避免的杂质为不大于0.03%的S以及不大于0.03%的P。

本发明的直线轴承保持架通过合理选择保持架的成分，并通过调整各成分之间的含量，使直线轴承保持架中各元素之间产生的协同作用达到极好的效果，从而提高直线轴承保持架的机械性能，延长其使用寿命。

C元素是一种基本元素，在保持架中的含量越高，保持架的硬度就越高，但是随着保持架硬度的增加，其可塑性、韧性、焊接性随之变差。而碳元素含量过大，会导致保持架的耐大气腐蚀能力大大降低。在本发明的直线轴承保持架材料中加入适量的碳，可增加保持架的硬度，经大量实验表明，将保持架中C元素的含量控制在0.3%-0.5%之间，在增加保持架硬度的同时，能保证其焊接性和在大气中的耐腐蚀性。

Mn元素不仅能提高保持架的强度，还可消弱和消除硫在保持架中的不良影响，并能提高保持架的淬透性。在保持架中当Mn元素达到一定程度时，可使保持架具有较高的耐磨性，并增强其低温下的冷脆性，但过量的锰会降低保持架的焊接能力和抗腐蚀能力。因此，在保持架中将Mn的含量控制在0.4%-0.9%最佳。

Cr元素在保持架中不仅能使保持架在高温下仍能具有高强度，同时还可增加保持架的耐磨性能和耐腐蚀性，还具有良好耐疲劳性，但是也会导致保持架的韧性和塑性降低。因此综合考虑在本发明中的直线轴承保持架材料中加入0.8%-1.4%Cr元素。

Si元素作为一种有益的元素添加到保持架中，不仅能增加保持架的强度和硬度，还可作为保持架中的脱氧剂和还原剂，但是会降低保持架的塑性、韧性。根据其他元素的选择以及硅元素的作用，本发明在保持架加入适量的Si元素为0.15%-0.4%。

Ni元素在保持架中不仅能有效地提高保持架的强度，又能保证保持架良好的塑性和韧性，并提高其淬透性、抗腐蚀性和焊接性。当加入的Ni元素在0.1%以上时，保持架强度的提高较为明显，但是Ni元素是一种稀缺资源，价格比较昂贵，过多的Ni不仅会增加生产成本还会对保持架产生不良的影响，尤其当保持架中Ni含量超过1.75%时，会大大降低保持架的硬度。因此本发明最终将保持架中的Ni元素控制在1.15%-1.75%之间。

将Mo加入到本发明的保持架中最大的作用是细化晶粒的作用。可最大化地增加保持架的强度和硬度，同时提高保持架的淬透性和热强性能以及机械性能。当保持架中的Mo含量达到0.1%以上时，保持架的强度和硬度才会随Mo含量的增加而不断提高，从而提高直线轴承保持架的强度和硬度。但当保持架中Mo含量超过0.4%时，反而会降低保持架的韧性。因此本发明的保持架加入0.1%-0.4%的Mo。

Cu在保持架中的突出作用是改善保持架的抗大气腐蚀性，与P配合使用时效果尤为明显。当Cu含量在0.1%以上，它能有效提高保持架的强度和韧性，但当Cu含量超过0.5%时，会降低保持架的焊接性能，并增大保持架的热脆性。经实验证明，本发明的直线轴承保持架中加入适量Cu0.1%-0.4%，可有效地增加保持架材料的稳定性，并提高保持架的强度、韧性、抗腐蚀性。

S作为一种有害元素存在于直线轴承保持架中，它会使保持架产生热脆性。当S含量超过0.05%时，它会降低直线轴承保持架的韧性、耐腐蚀性、焊接性能。经大量实验证明，S虽为有害物质，但若以微量元素存在于保持架中在不影响其他性能的同时可防止保持架部分性能的下降，若将S的范围控制在不大于0.03%，有利于保持架的加工，并使保持架的表面光滑。

P也会使保持架的韧性和可塑性明显下降，当温度降低时，这种现象尤为严重，称之为冷脆性，且P会使保持架的焊接性能降低，使保持架的冷弯性变差。但P与S一样，以微量元素存在保持架中，有利于保持架的加工性能。经实验证明，将保持架中P的含量控制在不大于0.03%时，P元素对保持架的性能影响极小，但能加强保持架的加工性能。

本发明的第三个目的在于提供一种上述直线轴承保持架的加工工艺，该加工工艺包括以下步骤；

S1、按照所述直线轴承保持架的组份及质量百分比配取原料，通过球磨方法将原料破碎细化成金属粉末，并在在氢气或真空条件下，在680-710℃下进行预退火处理，去除杂质，将粉末按粒度大小进行分级，将各级不同成分的金属粉末通过机械方法进行掺合，掺合后将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒；

S2、将步骤S1中制得的大颗粒或团粒粉末在300MPa～500MPa的压力下轧制成板状坯料，并在950℃-1150℃下烧结2-4小时得板材半成品；

S3、将板材半成品进行热处理，在1020-1080℃下正火4-5小时，出炉空冷；在830-860℃下淬火2-3小时，水冷至室温；在180-210℃下回火2-4小时，空冷得直线轴承保持架板材；

S4、将步骤S3中制得的直线轴承保持架板材根据保持架的型号通过现有常规的裁切、冲压、焊接以及定型处理，制得直线轴承保持架成品。

本发明的加工工艺针对特定成分及质量百分比的直线轴承保持架通过配套的生产工艺：预处理、烧结成型、热处理，先制得具有高强度、高硬度、高韧性、高精度、强稳定性、强焊接性的直线轴承保持架板材，再将直线轴承保持架板材经过裁切、冲压等一体成型的工序制得直线轴承保持架成品。相对于组装式的保持架，本发明保持架的加工工艺方便、简洁，所有的冲压均根据模具的尺寸统一完成，所需模具较少，且板材利用充分，减少了材料成本和能耗，并提高了生产效率。此外，保持架经焊接、打磨等细化处理后，降低了保持架的粗糙程度，提高了保持架的整体精度，从而减少了钢珠在保持架上滚动时的摩擦力，使得轴承在固定轴上移动时振动更小，移动更加平稳，进一步提高了保持架的使用寿命。

在上述直线轴承保持架的加工工艺中，所述步骤S4的具体步骤如下：

a、将直线轴承保持架板材根据保持架的型号裁切成长为筒形架体截面周长、宽为筒形架体高的长方形，将长方形板材的两端各预留出长度相等的一段且保证预留的两段长度之和等于任意两相邻凹槽之间的距离；

b、将裁切好的长方形板材除去两端的中间部分，使用冲压模具，由长方形板材的正面向背面以相同的间隔冲压出相同的横向凹槽，得到上述凹槽，每个凹槽之间的距离相等；再次使用冲压模具，在每个凹槽中部由凹槽背面向凹槽正面冲压出凸起部，得到上述凸起部；以每个凹槽的中轴线为中心线，在每个凹槽中心线的相同一侧裁切出第二滚道，得到裁切部分第二滚道和未裁切部分第一滚道；使用120度角度模具，将经过裁切、冲压后的长方形板材以相邻两凹槽的中心线为折线，由凹槽背面向凹槽正面冲压，将长方形板材冲压成截面形状为等边六角形的等边六角体，冲压完成后，任意相邻两边之间的角度为120度；

c、将预留的长方形板材的两端焊接连接，得到上述筒形架体；

d、将裁切、焊接处进行打磨处理；

e、将制作成型的筒形架体置于成型模具内定型，得到直线轴承保持架。

步骤a根据不同规格、型号保持架的尺寸，选用保持架板材裁切成所需的不同尺寸板材，裁切时只需调节裁切模具的尺寸即可得出不同尺寸的板材，其工艺方便、简洁，相对于组装式的保持架，制作模具种类减少，板材利用较充分，减少了浪费，从模具、原材料方面减少了投入的成本。

步骤b采用三次冲压、一次裁切共四个分步骤就得到保持架的基本形状，该步骤所需模具较少，本工艺简单易行，减少投入成本和能耗，所有的冲压均根据模具的尺寸统一完成，产品尺寸误差小，精度较高，由于工艺简单，生产效率得到大大提升。

步骤c中，由于下料时对板材的计算，连接处的尺寸误差较小，保证了保持架整体的精度。

步骤d中，将经裁切、焊接的地方进行打磨等细化处理，降低保持架的粗糙程度，提高保持架的整体精度，减少钢珠在保持架上滚动时的摩擦力，使得轴承在固定轴上移动时振动更小，移动更加平稳。

步骤e中，将制作完成的筒形架体置于成型模具内进行矫正，给保持架最终定型，使得保持架能满足相应规格的轴承需求。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明直线轴承保持架的成分及质量配比合理，从而使其机械性能好，具有高强度、高硬度、高韧性、高精度、强稳定性、强焊接性，并延长其使用寿命。

2、本发明直线轴承保持架的加工工艺先制备出机械性能极好的直线轴承保持架板材，再由板材制成保持架，其工艺简单易行，生产效率高，成本低。

3、本发明直线轴承保持架的加工工艺步骤S4，其整个工艺过程简单易行，相对于组装式的保持架，制作模具种类减少，生产效率大幅提升，板材利用较充分，减少了浪费，生产成本降低，制作的保持架误差较小，精度高。

附图说明

图1是本发明一种直线轴承保持架的立体结构示意图。

图2是本发明一种直线轴承保持架的侧面示意图。

图3是本发明一种直线轴承保持架的截面图。

图中，100、筒形架体；110、凹槽；111、第一滚道；112、第二滚道；120凸起部。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1所示，一种直线轴承保持架，包括内空的筒形架体100，所述筒形架体100形状为大致为等边六角体，等边六角体的每个面均向内凹陷成弧形面。

如图2所示，筒形架体100的六个面上分别轴向开设有一个凹槽110，凹槽110的两端为弧形部，中间为直线部，其形状为跑道形，凹槽110内设置有与凹槽110形状相同的滚珠滚道，凹槽110、滚珠滚道均与筒形架体100连为一体且一体成型。

由于筒形架体100由冲压制作工艺一体成型，其整体性较强，整体强度较高，且整体结构不会发生变化，轴承在轴向移动过程中与固定轴的摩擦力较小且始终保持不变，因此减小了轴承的负载以及磨损程度，轴承使用寿命增长，而且一体成型使得工艺更加简洁，生产效率提高，各方面成本大大降低，有效节约了成本；一体成型使得保持架以及轴承整体精度提高，轴承在移动过程中的稳定性更强，轴承整体性能更加优越。

进一步的，凹槽110中部轴向设置有凸起部120，凸起部120与外围的凹槽110一内一外形成滚珠滚道，滚珠滚道由两半圆形端部和两直线中部所组成，两直线中部分别与两半圆形端部相连，滚珠滚道以中轴线为界分为第一滚道111与第二滚道112，第二滚道112与筒形架体100内部相通。

第一滚道111与第二滚道112形成一个环形的滚珠滚道，钢珠安装在滚珠滚道内并随轴承的移动在滚珠滚道内行走，在筒形架体100的六个面上同时安装这种滚珠滚道，使得轴承在移动时固定轴的受力点均衡，固定轴与每个滚珠滚道内的钢珠之间的摩擦力均是相等的，如此轴承在移动过程中的摩擦力较小，振动减小，轴承移动时较为平稳。

如图3所示，六个凹槽110中，任意相邻的两凹槽110内的第一滚道111与第二滚道112的位置均相同，当钢珠安装在滚珠滚道内时，所有第二滚道112内的钢珠呈环状分布并与固定轴表面接触，且每个第二滚道112之间的距离均相等，使得钢珠与固定轴之间的摩擦力相等，轴承移动时振动减小，移动更加平稳。

表1：直线轴承保持架的组份及质量百分比

实施例1

S1、按照表1中实施例1中直线轴承保持架的组份及质量百分比配取原料，通过球磨方法将原料破碎细化成金属粉末，并在氢气或真空条件下，在680℃下进行预退火处理，去除杂质，将粉末按粒度大小进行分级，将各级不同成分的金属粉末通过机械方法进行掺合，掺合后将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒；

S2、将步骤S1中制得的大颗粒或团粒粉末在400MPa的压力下轧制成板状坯料，并在1000℃下烧结3小时得板材半成品；

S3、将板材半成品进行热处理，在1020℃下正火4小时，出炉空冷；在860℃下淬火3小时，水冷至室温；在200℃下回火2小时，空冷即得到直线轴承保持架板材；

S4、将步骤S3中制得的直线轴承保持架板材根据以下步骤制得完整的直线轴承保持架：

a、将直线轴承保持架板材根据保持架的型号裁切成长为筒形架体截面周长、宽为筒形架体高的长方形，将长方形板材的两端各预留出长度相等的一段且保证预留的两段长度之和等于任意两相邻凹槽之间的距离；

b、将裁切好的长方形板材除去两端的中间部分，使用冲压模具，由长方形板材的正面向背面以相同的间隔冲压出相同的横向凹槽，得到上述凹槽，每个凹槽之间的距离相等；再次使用冲压模具，在每个凹槽中部由凹槽背面向凹槽正面冲压出凸起部，得到上述凸起部；以每个凹槽的中轴线为中心线，在每个凹槽中心线的相同一侧裁切出第二滚道，得到裁切部分第二滚道和未裁切部分第一滚道；使用120度角度模具，将经过裁切、冲压后的长方形板材以相邻两凹槽的中心线为折线，由凹槽背面向凹槽正面冲压，将长方形板材冲压成截面形状为等边六角形的等边六角体，冲压完成后，任意相邻两边之间的角度为120度；

c、将预留的长方形板材的两端焊接连接，得到上述筒形架体；

d、将裁切、焊接处进行打磨处理；

e、将制作成型的筒形架体置于成型模具内定型，得到直线轴承保持架。

对本实施例中制得的直线轴承保持架进行机械性能测试，测试结果如表2所示。

实施例2

S1、按照表1中实施例2中直线轴承保持架的组份及质量百分比配取原料，通过球磨方法将原料破碎细化成金属粉末，并在氢气或真空条件下，在700℃下进行预退火处理，去除杂质，将粉末按粒度大小进行分级，将各级不同成分的金属粉末通过机械方法进行掺合，掺合后将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒；

S2、将步骤S1中制得的大颗粒或团粒粉末在350MPa的压力下轧制成板状坯料，并在980℃下烧结2小时得板材半成品；

S3、将板材半成品进行热处理，在1060℃下正火4小时，出炉空冷；在850℃下淬火2小时，水冷至室温；在180℃下回火2小时，空冷即得到直线轴承保持架板材；

S4、将步骤S3中制得的直线轴承保持架板材根据实施例1中步骤S4所述的加工工艺制得本实施例中的直线轴承保持架成品。

对本实施例中制得的直线轴承保持架进行机械性能测试，测试结果如表2所示。

实施例3

S1、按照表1中实施例3中直线轴承保持架的组份及质量百分比配取原料，通过球磨方法将原料破碎细化成金属粉末，并在氢气或真空条件下，在710℃下进行预退火处理，去除杂质，将粉末按粒度大小进行分级，将各级不同成分的金属粉末通过机械方法进行掺合，掺合后将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒；

S2、将步骤S1中制得的大颗粒或团粒粉末在500MPa的压力下轧制成板状坯料，并在1050℃下烧结4小时得板材半成品；

S3、将板材半成品进行热处理，在1080℃下正火5小时，出炉空冷；在830℃下淬火3小时，水冷至室温；在210℃下回火4小时，空冷即得到直线轴承保持架板材；

S4、将步骤S3中制得的直线轴承保持架板材根据实施例1中步骤S4所述的加工工艺制得本实施例中的直线轴承保持架成品。

对本实施例中制得的直线轴承保持架进行机械性能测试，测试结果如表2所示。

表2：本发明各实施例中直线轴承保持架的机械性能测试表

对比例为现有技术中采用普通合金钢通过普通制备方法得到的轴承保持架。

从上表可以看出，本发明的直线轴承保持架的机械性能好，尤其是抗拉强度、屈服强度冲击韧性好，摩擦系数小，可减小保持架在轴承运动过程中的磨损程度，延长其使用寿命。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (6)

1.一种直线轴承保持架，包括内空的筒形架体（100），所述筒形架体（100）表面轴向设置有若干凹槽（110），凹槽（110）内设置有滚珠滚道，所述滚珠滚道与筒形架体（100）内部相通，其特征在于：所述筒形架体（100）形状大致为等边六角体且等边六角体的每个面均向内凹陷成弧形面，筒形架体（100）六个面上分别设置有上述凹槽（110），所述筒形架体（100）一体成型。

2.根据权利要求1所述的一种直线轴承保持架，其特征在于：所述凹槽（110）中部轴向设置有凸起部（120），所述凸起部（120）使凹槽（110）周缘形成上述滚珠滚道，所述滚珠滚道由两半圆形端部和两直线中部所组成，所述两直线中部分别与两半圆形端部相连，滚珠滚道以中轴线为界分为第一滚道（111）与第二滚道（112），所述第二滚道（112）与筒形架体（100）内部相通。

3.根据权利要求2所述的一种直线轴承保持架，其特征在于：所述任意相邻的两凹槽（110）内，第一滚道（111）与第二滚道（112）的位置均相同。

4.一种如权利要求1至3任意一项所述的直线轴承保持架，其特征在于：所述的直线轴承保持架的成分及质量百分比为：C：0.3%-0.5%，Mn：0.4%-0.9%，Cr：0.8%-1.4%，Si：0.15%-0.4%，Ni：1.15%-1.75%，Mo：0.1%-0.4%，Cu：0.1%-0.4%余量为Fe以及不可避免的杂质，其中，所述不可避免的杂质为不大于0.03%的S以及不大于0.03%的P。

5.一种直线轴承保持架的加工工艺，其特征在于，所述加工工艺包括如下步骤：

S1、按照权利要求4中所述直线轴承保持架的成分及质量百分比称取原料，将原料破碎细化成金属粉末，并在氢气或真空条件下，在680-710℃下进行预退火处理，掺合后将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒；

S2、将步骤S1中制得的大颗粒或团粒粉末在300MPa～500MPa的压力下轧制成板状坯料，并在950℃-1050℃下烧结2-4小时得板材半成品；

S3、将步骤S2中制得的板材半成品进行热处理，在1020-1080℃下正火4-5小时，出炉空冷；在830-860℃下淬火2-3小时，水冷至室温；在180-210℃下回火2-4小时，空冷得直线轴承保持架板材；

S4、将步骤S3中制得的直线轴承保持架板材通过裁剪、冲压、焊接、定型处理，制得直线轴承保持架成品。

6.根据权利要求5所述的直线轴承保持架的加工工艺，其特征在于，所述步骤S4的具体步骤如下：

a、将直线轴承保持架板材根据保持架的型号裁切成长为筒形架体（100）截面周长、宽为筒形架体（100）高的长方形，将板材的两端各预留出长度相等的一段且保证预留的两段长度之和等于任意两相邻凹槽（110）之间的距离；

b、将裁切好的长方形板材除去两端的中间部分上，使用冲压模具，由长方形板材的正面向背面以相同的间隔冲压出相同的横向凹槽（110），得到上述凹槽（110），每个凹槽（110）之间的距离相等；再次使用冲压模具，在每个凹槽（110）中部由凹槽（110）背面向凹槽（110）正面冲压出凸起部（120），得到上述凸起部（120）；以每个凹槽（110）的中轴线为中心线，在每个凹槽（110）中心线的相同一侧裁切出第二滚道（112），得到裁切部分第二滚道（112）和未裁切部分第一滚道（111）；使用120度角度模具，将经过裁切、冲压后的长方形板材以相邻两凹槽（110）的中心线为折线，由凹槽（110）背面向凹槽（110）正面冲压，将长方形板材冲压成截面形状为等边六角形的等边六角体，冲压完成后，任意相邻两边之间的角度为120度；

c、将预留的长方形板材的两端焊接连接，得到上述筒形架体（100）；

d、在步骤四的基础上，将裁切、焊接处进行打磨处理，使其表面光滑、圆润；

e、将制作成型的筒形架体（100）置于成型模具内定型，最后得到完整的保持架。

Images