CN104246251B - 滑动构件以及滑动构件的制造方法 - Google Patents

滑动构件以及滑动构件的制造方法 Download PDF

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Abstract

根据本发明的一个实施方式的作为滑动构件的轴承(40)的制造方法，通过在板状的作为金属构件的背衬(15)的表面处将金属粉末烧结而形成烧结层(11)，从而形成双金属的烧结合金(10)。而且，烧结合金(10)在此之后被成型为圆柱形的衬套(20)，对衬套(20)施加热处理。在此之后衬套(20)还通过压入圆柱形的作为金属构件的轴环(30)，从而形成轴承(40)。

Description

滑动构件以及滑动构件的制造方法
技术领域
本发明涉及一种滑动构件以及滑动构件的制造方法的技术，更详细地涉及制造强度和加工性两者都优越的滑动构件的技术。
背景技术
以往，在建筑机械或汽车等各种机械中，为了使插通壳体的轴可旋转，而使用滚动轴承等滑动构件，还公开了与之相关的技术(参照例如专利文献1以及专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-85363号公报
专利文献2：日本特开2007-333185号公报
发明内容
发明所要解决的问题
根据所述专利文献1中记载的技术，在板状的背衬上使金属粉末烧结从而成型双层结构的板状材料，将该板状材料成型为圆柱形构成滑动构件。
另外，根据所述专利文献2中记载的技术，将圆柱形的烧结材料压入圆柱形的背衬的内周部构成滑动构件。
但是，根据所述专利文献1中记载的技术，由于对滑动构件施加热处理时背衬的硬度也会变高，因此在将滑动构件压入壳体时滑动构件的背衬部分有时会产生磨损。另外，由于板厚变厚滑动构件整体变硬，因此在成型为圆柱形时的难度变高。
另一方面，根据所述专利文献2中记载的技术，难以提高圆柱形的烧结材料或轴环的加工精度。另外，由于烧结材料的脆性高，因此在压入背衬时有可能产生破裂。此外，由于从最初就不是用板状构件而是用圆柱形构件，因此对槽或凹陷(indent)的形成有所限制。
本发明鉴于上述的情况，提供一种在压入壳体时滑动构件的背衬部分难以产生磨损、难以破裂、容易进行槽或凹陷等的成型的滑动构件以及滑动构件的制造方法。
用于解决问题的方案
本发明所要解决的问题如上，接着说明用于解决该课题的方案。
即，在技术方案1中，通过在板状的作为金属构件的背衬的表面处将金属粉末烧结，从而形成双金属的烧结合金，所述烧结合金被成型为圆柱形的衬套，所述衬套被施加了热处理，所述衬套被压入圆柱形的作为金属构件的轴环而形成为圆柱形。
在技术方案2中，所述衬套中的烧结层的硬度被形成得比所述背衬的硬度大，所述背衬的硬度被形成得比所述轴环的硬度大。
在技术方案3中，通过在板状的作为金属构件的背衬的表面处将金属粉末烧结，从而形成双金属的烧结合金，将所述烧结合金成型为圆柱形的衬套，对所述衬套施加热处理，将所述衬套压入圆柱形的作为金属构件的轴环而形成为圆柱形。
在技术方案4中，将所述衬套中的烧结层的硬度形成得比所述背衬的硬度大，将所述背衬的硬度形成得比所述轴环的硬度大。
发明的效果
作为本发明的效果，起到如下所示的效果。
根据本发明的滑动构件以及滑动构件的制造方法，在压入壳体时滑动构件的背衬部分难以产生磨损、难以破裂、能容易地进行槽或凹陷等的成型。
附图说明
图1是表示在第一实施方式的滑动构件的制造方法中的各工序的图。
图2的(a)以及(b)分别是第一实施方式以及第二实施方式的滑动构件的轴心方向剖视图。
图3的(a)以及(b)分别是表示其他实施例的轴环的制造方法的图。
图4是表示在第三实施方式的滑动构件的制造方法中的各工序的图。
图5的(a)是第三实施方式的滑动构件的轴心方向剖视图，(b)同样是在将轴插通滑动构件的状态下的轴心方向剖视图。
图6的(a)是第四实施方式的滑动构件的轴心方向剖视图，(b)同样是在将轴插通滑动构件的状态下的轴心方向剖视图。
具体实施方式
[轴承40]
首先，关于第一实施方式的作为滑动构件的轴承40的制造方法进行说明。
本实施方式的作为滑动构件的轴承40是用于使插通未图示的壳体的轴可旋转的滚动轴承，压入壳体而被使用。
本实施方式的轴承40的制造方法如图1所示，具备粉末散布工序(步骤S01)、烧结、轧制工序(步骤S02)、衬套成型工序(步骤S03)、热处理工序(步骤S04)、压入工序(步骤S05)、以及含油、精加工工序(步骤S06)。以下关于各工序进行具体说明。
在图1所示的粉末散布工序(步骤S01)中，首先准备板状的作为金属构件的背衬15。在该背衬15的材料中使用例如铁系构件等。接着将主要由铁粉和铜粉大致均匀地混合后的金属粉末用散布装置散布到背衬15的表面15a，形成散布层11b。像这样，在板状的背衬15的表面大致均匀地散布散布层11b，构成板状的烧结前构件10b。
接着，在图1所示的烧结、轧制工序(步骤S02)中，将利用粉末散布工序(步骤S01)构成的烧结前构件10b放入烧结炉用加热器加热，以比作为散布层11b中的主成分的铁粉末的熔点还低的温度(例如800～1300度)的气氛使散布层11b烧结。由此，散布层11b成为多孔质的烧结层11，烧结前构件10b成为由背衬15和烧结层11的双金属构成的烧结合金10。在本实施方式中，通过在多次反复进行烧结工序的同时，在烧结工序之间进行将烧结合金10以轧辊(roller)轧制的轧制工序，从而将烧结合金10的板厚薄薄地形成。另外，虽然在本实施方式中是通过连带烧结法而形成烧结合金10，但是也能采用以单体烧结法等其他方法形成的结构。在轴承40的内周面上形成槽或凹陷的情况下，在该阶段通过槽加工或凹陷加工从而预先形成槽或凹陷即可。
接着，在图1所示的衬套成型工序(步骤S03)中，将用烧结、轧制工序(步骤S02)形成的烧结合金10以烧结层11成为内侧的方式通过冲压机等进行卷曲加工，将圆柱形的衬套20成型。通过该衬套成型工序，之后形成衬套20的内周面，该内周面成为作为滑动构件的轴承40的内周面。
接着，在图1所示的热处理工序(步骤S04)中，对衬套20进行淬火、回火等热处理，进行衬套20的内衬(lining)硬化。通过该处理，提高背衬15以及烧结层11各自的内衬的硬度(例如背衬15为维氏硬度100～400，烧结层11为维氏硬度300～800)，提高衬套20的强度。
接着，在图1所示的压入工序(步骤S05)中，将进行了热处理的衬套20压入圆柱形的作为金属构件(例如铁系构件)的轴环30，从而形成轴承40。由于轴环30未进行衬套20那样的热处理，因此其硬度比背衬15小(例如维氏硬度100～200)。另外，轴环30的内径尺寸按可将衬套20压入的程度，形成为与衬套20的外径尺寸相同或稍小。通过该压入工序，之后形成轴环30的外周面，该外周面成为作为滑动构件的轴承40的外周面。
接着，在图1所示的含油、精加工工序(步骤S06)中，用含油机对轴承40含浸由高粘度润滑油构成的油分。在含油工序中，将高粘度润滑油加热使之低粘度化，将轴承40浸渍到该润滑油内，在真空气氛下静置。由此，轴承40的气孔内的空气被吸出气孔外，而低粘度化后的润滑油被吸引到轴承40的气孔内。当将吸引了润滑油的轴承40取出到空气中放冷至室温时，低粘度化后的润滑油在轴承40的气孔内再次恢复成原本的高粘度润滑油从而丧失流动性。由此，能将高粘度润滑油预先存留在轴承40的气孔内。
如上所述，在本实施方式的作为滑动构件的轴承40中，通过在板状的作为金属构件的背衬15的表面处将金属粉末烧结而形成烧结层11，从而形成双金属的烧结合金10。而且，在烧结合金10被成型为圆柱形的衬套20，对衬套20施加热处理后，衬套20压入圆柱形的作为金属构件的轴环30，形成轴承40。即，本实施方式的轴承40如图2(a)所示，自其内侧朝着外侧地配置有烧结层11、背衬15、以及轴环30这三层。像这样，更优选以各自的硬度在上述的硬度范围(烧结层11：300～800Hv、背衬15：100～400、轴环30：100～200Hv)内，按照自内侧朝着外侧的顺序变小的方式构成。换言之，更优选烧结层11的硬度比背衬15的硬度更大地形成，背衬15的硬度比轴环30的硬度更大地形成。
通过如上述构成，从而在将轴承40压入壳体时，能使轴承40的外周面难以产生磨损。具体地，由于未对配置于轴承40的外周的轴环30进行热处理，因此轴环30的硬度与背衬15等相比变小。因此，能抑制在将轴承40压入壳体时与壳体抵接的轴环30的部分处的磨损的产生。
另外，通过将未做热处理的轴环30配置于外周部，能抑制轴承40的整体硬度。由此，能减少轴承40局部产生的硬接触，能提高耐热粘性以及耐磨损性，难以产生破裂。
此外，即使在形成厚度(半径方向的厚度)大的轴承40的情况下，也是只要调整轴环30的半径方向厚度即可，能将烧结合金10的厚度设为恒定。因此，即使在轴承40的厚度大的情况下也能容易地成型。
进而，根据本实施方式，由于采用了由板状的烧结前构件10b形成烧结合金10，将该烧结合金10弯曲加工从而成型为衬套20的结构，因此不需要仅以烧结材料将圆柱形构件成型，能容易地进行加工。此外，由于不需要仅将脆性高的烧结材料压入背衬，因此在将烧结材料压入背衬时不会产生破裂。
另外，由于在板状的烧结合金10的阶段能通过槽加工或凹陷加工从而预先形成槽或凹陷，因此能在轴承40的内周面上容易形成槽或凹陷，能提高轴承40的内周面处的滑动特性。
如上所述，根据本实施方式，能制造在压入壳体时作为轴承40的背衬部分的轴环30难以产生磨损、难以破裂、容易进行槽或凹陷等的成型的轴承40。
[第二实施方式]
接着，关于第二实施方式的作为滑动构件的轴承140进行说明。
此外，关于在本实施方式中说明的轴承140，由于关于其结构以及制造方法与所述第一实施方式大致相同，因此以下以与第一实施方式不同的部分为中心进行说明。
本实施方式的作为滑动构件的轴承140中，圆柱形的作为金属构件的轴环130是对轴环主体130a施加铜镀层130b而构成的。轴环主体130a上使用例如铁系构件。铜镀层130b以铜系的镀层构成。即，本实施方式中的轴环130的外周面以铜系材料电镀，配置于轴环130的外周面的铜镀层130b被形成为作为滑动构件的轴承140的外周面。即，本实施方式的轴承140如图2(b)所示，自其内侧朝着外侧配置有烧结层11、背衬15、轴环主体130a、以及铜镀层130b这四层。
通过如上述地构成，在将轴承140压入壳体时，能使轴承140的外周面更难以产生磨损。具体地，在配置于轴承140的外周的轴环130中，由于对外周一侧不进行热处理，而是施加比铁系构件硬度小的作为铜系构件的铜镀层130b， 因此轴环130的外侧处的硬度与背衬15等相比更小。因此，在将轴承140压入壳体时能在与壳体抵接的轴环130的部分(铜镀层130b)进一步抑制磨损的产生。
此外，本申请发明的“圆柱形的作为金属构件的轴环30”可由管材或实心材切削形成，此外也可将板状(带状)的构件的端部彼此对接(卷绕)而形成，可根据成本方面或设备方面而适当选择。
但是，由板状构件制成圆柱形能更便宜地制成轴环因而优选。
在这种情况下由于具有过盈量，因此在闭合了接缝的状态下进行精加工。
进而，在将板状构件卷绕而形成轴环的情况下，并非只通过焊接接缝进行结合，也可以采用扭结(clinch)形状的方式进行结合。
以下用图3关于由板状构件形成轴环30、采用扭结形状结合接缝的情况进行说明。具体如图3(a)所示，将两端具有扭结形状(大致圆形的卡合凸部17a以及卡合凹部17b)的板状构件，通过未图示的弯曲加工机等进行卷曲加工，中央部分成型为半圆柱形的弯曲构件17C。此时，弯曲构件17C处的内周面的曲率半径以与衬套20处的外周面的曲率半径大致相同、或稍大的方式形成。通过此粗弯曲工序形成的弯曲构件17C处的外侧的面成为轴环30的外周面，即轴承40的外周面。
接着，如图3(b)所示，在半圆柱形的作为固定模的上模52s的一侧设置弯曲构件17C的中央部分(半圆柱形部分)。而且，同样使半圆柱形的作为可动模的下模52m自弯曲构件17C的端部一侧如图3(b)所示箭头U那样贴近。由此，将作为板状构件的弯曲构件17C的两侧端部通过使其沿着下模52m的半圆筒面变形，从而使扭结形状卡合。具体地，通过使卡合凸部17a进入卡合凹部17b而卡合，从而将作为板状构件的弯曲构件17C的两侧端部接合。采用这样的方式形成作为外侧构件的轴环30。其后，将衬套20压入圆柱形的轴环30，形成轴承40。
[轴承40]
接着，关于第三实施方式的作为滑动构件的轴承40的制造方法，用图4以及图5进行说明。
本实施方式的作为滑动构件的轴承40是用于使插通未图示的壳体的轴可旋转的滚动轴承，压入壳体而被使用。
本实施方式的轴承40的制造方法如图4所示，具备粉末散布工序(步骤S01)、烧结、轧制工序(步骤S02)、衬套成型工序(步骤S03)、热处理工序(步骤S04)、压入工序(步骤S05)、以及含油、精加工工序(步骤S06)。以下关于各工序进行具体说明。
在图4所示的粉末散布工序(步骤S01)中，首先准备板状的作为金属构件的背衬15。在该背衬15的材料中使用例如铁系构件等。接着将主要由铜粉和铁粉大致均匀地混合后的金属粉末用散布装置散布到背衬15的表面15a，形成散布层11b。像这样，在板状的背衬15的表面大致均匀地散布散布层11b，构成板状的烧结前构件10b。
接着，在图4所示的烧结、轧制工序(步骤S02)中，将利用粉末散布工序(步骤S01)构成的烧结前构件10b放入烧结炉用加热器加热，以比作为散布层11b中的金属粉末的熔点低的温度(例如约800度)的气氛使散布层11b烧结。由此，散布层11b成为多孔质的烧结层11，烧结前构件10b成为由背衬15和烧结层11的双金属构成的烧结合金10。在本实施方式中，通过在多次反复进行烧结工序的同时，在烧结工序之间进行将烧结合金10以轧辊轧制的轧制工序，从而将烧结合金10的板厚薄薄地形成。另外，虽然在本实施方式中是通过连带烧结法而形成烧结合金10，但是也能采用以单体烧结法等其他方法形成的结构。
接着，在图4所示的衬套成型工序(步骤S03)中，将利用烧结、轧制工序(步骤S02)形成后的烧结合金10以烧结层11成为内侧的方式通过冲压机等进行卷曲加工，将圆柱形的衬套20成型。此时，每个轴承40各成型两个衬套20。通过该衬套成型工序，之后形成衬套20的内周面，该内周面成为作为滑动构件的轴承40的内周面。
接着，在图4所示的热处理工序(步骤S04)中，对衬套20进行渗碳淬火、回火等热处理，进行衬套20的表面改性。通过该处理，提高背衬15以及烧结层11各自的表面硬度(例如背衬15为维氏硬度150～400，烧结层11为维氏硬度300～800)，提高衬套20的强度。此外，该表面改性处理不限于渗碳处理法，除此之外例如氮化、渗硫氮化处理法等其他的提高表面硬度的处理也无妨。
接着，在图4所示的压入工序(步骤S05)中，将进行了热处理的两个衬套20、20分别从两侧(在图4中为从上下方向)压入圆柱形的作为金属构件(例如铁系构件)的轴环30，形成轴承40。通过该压入工序，之后形成轴环30的 外周面，该外周面成为作为滑动构件的轴承40的外周面。此时，如图5(a)所示，衬套20、20在轴环30的内周面上以衬套20、20的相互之间形成有间隙的方式压入，在衬套20、20的相互之间形成的所述间隙被作为润滑油用的槽40a而构成。即，在衬套20、20之间形成的间隙的宽度为槽40a的宽度D。由此，如图5(b)所示，在将轴A插通轴承40的内周面时，槽40a以润滑油在其内部通过的方式发挥功能。
此外，由于轴环30未进行衬套20那样的热处理，因此其表面硬度比背衬15小(例如维氏硬度50～200)。另外，轴环30的内径尺寸按可将衬套20压入的程度，形成为与衬套20的外径尺寸相同或稍小。
接着，在图4所示的含油、精加工工序(步骤S06)中，用含油机使轴承40含浸由高粘度润滑油构成的油分。在含油工序中，将高粘度润滑油加热液化使之低粘度化，将轴承40浸渍到该润滑油内，在真空气氛下静置。由此，轴承40的气孔内的空气被吸出向气孔外，而液化后的润滑油被吸引到轴承40的气孔内。当将吸引了润滑油的轴承40取出到空气中放冷至室温时，液化后的润滑油在轴承40的气孔内再次恢复成原本的高粘度润滑油从而丧失流动性。由此，能将高粘度润滑油预先存留在轴承40的气孔内。
如上所述，在本实施方式的作为滑动构件的轴承40中如图5(a)以及(b)所示，将作为圆柱形构件的多个(在本实施方式中为两个)衬套20、20压入作为圆柱形构件的轴环30，在轴环30的内周面上将在衬套20、20的相互之间形成的间隙作为润滑油用的槽40a来构成。
通过如上述构成，由于仅通过将衬套20、20压入轴环30就能形成润滑油用的槽40a，因此不需要实施另外的槽加工或凹陷加工。即，能在轴承40的内周面上容易地形成槽或凹陷，能提高轴承40的内周面处的滑动特性。
另外，通过将在衬套20、20之间形成的间隙作为槽40a来构成，能容易地调整槽40a的宽度D。具体地，在将衬套20、20压入轴环30时，通过变更向轴环30的轴心方向压入的长度，从而能变更在衬套20、20之间形成的间隙的宽度，调整槽40a的宽度D。或者，通过变更衬套20、20的长度，从而能变更在衬套20、20之间形成的间隙的宽度，调整槽40a的宽度D。
另外，在本实施方式的作为滑动构件的轴承40中，将作为圆柱形构件的两个衬套20、20从作为圆柱形构件的轴环30的两侧压入，在轴环30的内周面上 将在衬套20、20的相互之间形成的间隙作为润滑油用的槽40a来构成。
通过如上述构成，在将各个衬套20、20压入轴环30时，与从轴环30的一侧将两个衬套20、20压入的情况相比能不费劳力地完成，以简易的结构形成润滑油用的槽40a。即，能在轴承40的内周面上容易地形成槽或凹陷，能提高轴承40的内周面处的滑动特性。
另外，在本实施方式的作为滑动构件的轴承40中，如图5(a)所示，自其内侧朝着外侧配置有烧结层11、背衬15、以及轴环30这三层。而且，以各自的表面硬度按照自内侧朝着外侧变小的方式构成。
通过如上述构成，在将轴承40压入壳体时，能使轴承40的外周面难以产生磨损。具体地，由于未对配置于轴承40的外周的轴环30进行热处理，因此轴环30的表面硬度与背衬15等相比变小。因此，能抑制在将轴承40压入壳体时与壳体抵接的轴环30的部分处的磨损的产生。
另外，通过将未作热处理的轴环30配置于外周部，能抑制轴承40的整体硬度。由此，能减少轴承40局部产生的硬接触，能提高耐热粘性以及耐磨损性，难以产生破裂。
此外，即使在形成厚度(半径方向的厚度)大的轴承40的情况下，也是只要调整轴环30的半径方向厚度即可，能将烧结合金10的厚度设为恒定。因此，即使在轴承40的厚度大的情况下也能容易地成型。
此外，虽然在本实施方式中，将两个衬套20、20压入轴环30，但是也能将例如三个衬套20、20、20压入轴环30，在各个衬套20、20、20之间形成用作槽40a的间隙等，以将三个以上的衬套20、20...压入轴环30的方式构成。
[第四实施方式]
接着，关于第四实施方式的作为滑动构件的轴承140用图6进行说明。
此外，关于在本实施方式中说明的轴承140，由于关于其结构以及制造方法与所述第三实施方式大致相同，因此以下以与第三实施方式不同的部分为中心进行说明。
在本实施方式的作为滑动构件的轴承140中，将通过在板状的作为金属构件的背衬15的表面处将金属粉末烧结从而形成的双金属的烧结合金弯曲加工，将衬套120成型。此时，在板状的烧结合金10的阶段通过槽加工形成如图6(a)所示的槽140b。由此，如图6(b)所示，在将轴A插通轴承140的内周面时， 与槽40a有所分别，以润滑油在槽140b、140b的内部通过的方式发挥功能。
本实施方式的结构由于即使在只有在衬套120、120的相互之间形成的槽40a，而槽的条数不足等情况下也能另外形成润滑油用的槽140b，因此在轴承140的轴心方向长度较长等情况下特别有用。
像这样，根据本实施方式，通过在板状的烧结合金的阶段通过槽加工或凹陷加工预先形成槽或凹陷，从而在轴承140的内周面上形成槽或凹陷，进一步提高轴承140的内周面处的滑动特性。
产业上的可利用性
根据本发明的滑动构件以及滑动构件的制造方法，由于在压入壳体时滑动构件的背衬部分难以产生磨损、难以破裂、能容易进行槽或凹陷等的成型，因此特别是在制造强度和加工性两者都优越的滑动构件时，在产业上是有用的。

Claims (6)

1.一种滑动构件，所述滑动构件通过实施了热处理的圆柱形的衬套压入作为圆柱形的金属构件的轴环而形成，并且压入壳体来使用，其特征在于：
关于所述衬套，在作为板状的金属构件的背衬的表面金属粉末烧结而成的双金属的烧结合金形成为圆柱形，
从半径方向的内侧朝向外侧，以所述金属粉末烧结而成的烧结层、所述背衬、以及所述轴环的顺序以三层来形成，
所述衬套的烧结层的硬度形成得比所述背衬的硬度大，
所述背衬的硬度形成得比所述轴环的硬度大。
2.根据权利要求1所述的滑动构件，其特征在于：
所述衬套在内周面形成有槽或凹陷。
3.根据权利要求1或2所述的滑动构件，其特征在于：
关于所述轴环，通过对两端具有扭结形状的板状构件进行卷曲加工，中央部分成型为半圆柱形的弯曲构件，在作为固定模的上模的一侧设置弯曲部件的中央部分，使作为可动模的下模自弯曲构件的端部一侧贴近，由此使弯曲构件的两侧端部沿着下模的半圆筒面变形，使所述扭结形状卡合，从而形成为圆柱形。
4.一种滑动构件的制造方法，其是压入壳体来使用的滑动构件的制造方法，其特征在于：
通过在作为板状的金属构件的背衬的表面烧结金属粉末，从而形成双金属的烧结合金，
将所述烧结合金成型为圆柱形的衬套，
对所述衬套实施热处理，
将所述衬套压入作为圆柱形的金属构件的轴环，
从半径方向的内侧朝向外侧，以所述金属粉末烧结而成的烧结层、所述背衬、以及所述轴环的顺序以三层来形成，
将所述衬套中的烧结层的硬度形成得比所述背衬的硬度大，
将所述背衬的硬度形成得比所述轴环的硬度大。
5.根据权利要求4所述的滑动构件的制造方法，其特征在于：
在所述烧结合金形成槽或凹陷，将该槽或凹陷的形成面作为内周面而将所述衬套形成为圆柱形。
6.根据权利要求4或5所述的滑动构件的制造方法，其特征在于：
通过对两端具有扭结形状的板状构件进行卷曲加工，中央部分成型为半圆柱形的弯曲构件，在作为固定模的上模的一侧设置弯曲部件的中央部分，使作为可动模的下模自弯曲构件的端部一侧贴近，由此使弯曲构件的两侧端部沿着下模的半圆筒面变形，使所述扭结形状卡合，从而将所述轴环形成为圆柱形。
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