CN104279231A - 一种利用转移膜技术进行高精度自润滑轴承制备的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用转移膜技术进行高精度自润滑轴承制备的方法，涉及轴承制造技术领域，用于解决传统自润滑轴承自润滑层制备精度难以控制的问题。本发明提供的一种高精度自润滑轴承的制备方法，根据工作环境的不同选择合适的自润滑材料，并制成转移膜砂轮并应用在磨床上作为磨床的砂轮；然后在特定的转移膜砂轮线速度和磨削时间下，通过转移膜砂轮磨削关节轴承外圈内球面，在关节轴承外圈内球面上得到自润滑层；最后将关节轴承内圈压入关节轴承外圈中得到满足要求的自润滑轴承，且制备精度高。
Description
技术领域
本发明涉及轴承制造技术领域，具体地说是一种利用转移膜技术进行高精度自润滑轴承制备的方法。
背景技术
关节轴承是工业应用中的三大基础零部件之一，在国民生产中具有重要作用，其基本功能是为旋转机械和摆动机械提供受力支撑和运动转换，以保证设备的正常工作。近年来，由于航空、石油、化工、电站、冶金、船舶、核能、宇航等方面的需要，对自润滑轴承提出更高的要求，促使人们研究和生产高性能的自润滑轴承，制备能承受大载荷、长寿命、低摩擦的高性能自润滑轴承，以缩短国内外在轴承制造技术的差距，特别是高精度自润滑轴承的差距。中国专利2011103186210公布的一种自润滑杆端关节轴承用含油铜基粉末冶金衬垫、制备方法及自润滑杆端关节轴承，利用含油铜基粉末冶金衬垫及一定质量百分含量的原料经混合、压坯、烧结、精整、浸油处理制成，具有自润滑性能良好、摩擦系数小的优点，且结构简单、加工成本低，便于制造、装配，特别适合于工作过程中不方便添加润滑剂的工程机械。该发明提供的技术方案和现有公开的文献都没有涉及直接利用自润滑材料在摩擦磨损过程中能够形成转移膜的特性进行自润滑轴承的制备技术，即利用自润滑轴承在相对运动过程中所能产生良好转移膜的特性来形成自润滑层，从而进行轴承的制备。
发明内容
本发明的目的在于在于提供一种利用转移膜技术进行高精度自润滑轴承制备的方法，用于解决传统自润滑轴承自润滑层制备精度难以控制的问题，并利用自润滑材料在特定条件下能够形成具有高耐磨性、低摩擦系数、耐高温的特性进行自润滑材料制备，以制备出高性能的自润滑轴承。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种利用转移膜技术进行高精度自润滑轴承制备的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据自润滑轴承的工作环境选择原材料制备自润滑材料；
(2)对步骤(1)得到的自润滑材料进行机加工得到圆形的转移膜砂轮，并使得转移膜砂轮的表面粗糙度达到要求；
(3)将经过步骤(2)处理得到的转移膜砂轮安装在磨床上，作为磨床的砂轮使用；根据转移膜砂轮的直径，设定磨床的转速，以使得转移膜砂轮线速度介于0.05m/s-1m/s之间；
(4)将关节轴承的外圈安装在磨床上，并使得关节轴承外圈内球面与转移膜砂轮接触，开启磨床，对关节轴承的外圈进行磨削处理2min-5min；
(5)将关节轴承内圈压入经过步骤(4)处理得到的关节轴承外圈中得到自润滑轴承。
进一步地，所述工作环境为低摩擦系数要求时，所述自润滑材料为以聚四氟乙烯、青铜粉和碳纤维为原材料的烧结件，所述聚四氟乙烯为自润滑材料的基体材料且聚四氟乙烯的含量为70％-80％，所述青铜粉的含量为10％-15％，所述碳纤维的含量为10％-15％；对转移膜砂轮的表面粗糙度的要求为2-3微米。
进一步地，所述聚四氟乙烯的含量为75％，所述青铜粉的含量为10％，所述碳纤维的含量为15％；所述转移膜砂轮的线速度为0.5m/s，磨削时间为3min。
进一步地，所述工作环境为高使用寿命要求时，所述自润滑材料为以聚酰亚胺和玻璃纤维为原材料的烧结件，所述聚酰亚胺为自润滑材料的基体材料且聚酰亚胺的含量为80％-90％，所述玻璃纤维的含量为10％-20％；对转移膜砂轮的表面粗糙度的要求为3-4微米。
进一步地，所述聚酰亚胺的含量为85％，所述玻璃纤维的含量为15％；所述转移膜砂轮的线速度为0.6m/s，磨削时间为2.5min。
进一步地，所述工作环境为承载力强要求时，所述自润滑材料为以青铜、聚四氟乙烯和聚醚醚酮为原材料的烧结件，所述青铜为自润滑材料的基体材料且青铜的含量为70％-80％，所述聚四氟乙烯的含量为10％-15％，所述聚醚醚酮的含量为10％-15％；对转移膜砂轮的表面粗糙度的要求为1-3微米。
进一步地，所述青铜的含量为80％，所述聚四氟乙烯的含量为10％，所述聚醚醚酮的含量为10％，所述转移膜砂轮的线速度为0.2m/s，磨削时间为5min。
进一步地，所述工作环境为耐高温要求时，所述自润滑材料为以陶瓷、聚四氟乙烯和石墨为原材料的烧结件，所述陶瓷为自润滑材料的基体材料且陶瓷的含量为70％-85％，所述聚四氟乙烯的含量为10％-15％，所述聚醚醚酮的含量为5％-15％；对转移膜砂轮的表面粗糙度的要求为1-2微米。
进一步地，所述陶瓷为自润滑材料的基体材料且陶瓷的含量为80％，所述聚四氟乙烯的含量为10％，所述聚醚醚酮的含量为10％，所述转移膜砂轮的线速度为0.8m/s，磨削时间为2min。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种利用转移膜技术进行高精度自润滑轴承制备的方法，根据工作环境的不同选择合适的自润滑材料，并制成转移膜砂轮并应用在磨床上作为磨床的砂轮；然后在特定的转移膜砂轮线速度和磨削时间下，通过转移膜砂轮磨削关节轴承外圈内球面，在关节轴承外圈内球面上得到自润滑层；最后将关节轴承内圈压入关节轴承外圈中得到满足要求的自润滑轴承，且制备精度高。
附图说明
图1为利用本发明的方法得到的自润滑轴承剖视示意图；
图中：1关节轴承外圈内球面，2自润滑层，3关节轴承内圈。
具体实施方式
自润滑轴承在使用过程中，根据工作环境的不同，对自润滑轴承的自润滑层的要求也不同。对自润滑层的要求有低摩擦系数要求、高寿命、承载力强和耐高温要求，下面针对对自润滑层的不同要求对本发明的实施例进行描述。
制备具有低摩擦系数的自润滑轴承的步骤为：
(1)制备以聚四氟乙烯为基体的自润滑材料。该自润滑材料的主要成分为聚四氟乙烯，另外还含有青铜粉和碳纤维，上述三种成分所占的比例分别为：聚四氟乙烯70％-80％，青铜粉10％-15％，碳纤维10％-15％。制备该自润滑材料时，将一定配比的聚四氟乙烯、青铜粉和碳纤维采用烧结工艺制得。为使得自润滑材料的摩擦系数尽可能的小，上述三种成分所占比例的最佳值分别为：聚四氟乙烯75％，青铜粉10％，碳纤维15％。
(2)确定步骤(1)得到的自润滑材料的表面粗糙度要求和承载力要求。对该自润滑材料的表面粗糙度要求为2-3微米，该自润滑材料的承载力需大于等于0.3Mpa。因此，对自润滑材料采取磨削或铣削的加工工艺，以使其满足上述表面粗糙度要求；对自润滑材料进行机加工，使其成为圆形，得到转移膜砂轮。
(3)将经过步骤(2)处理得到的转移膜砂轮安装在磨床上，作为磨床的砂轮使用。根据转移膜砂轮的直径，设定磨床的转速，以使得转移膜砂轮线速度介于0.3m/s-0.6m/s之间。优选地，转移膜砂轮的线速度为0.5m/s。
(4)将关节轴承的外圈安装在磨床上，并使得关节轴承外圈内球面1与转移膜砂轮接触，开启磨床，对关节轴承的外圈进行磨削处理2min-5min。优选的，最佳磨削时间为3min。经过磨削处理的关节轴承外圈上便留下一层自润滑材料，转移膜砂轮的外圆面因摩擦而导致转移膜的直径变小。在0.5m/s的磨削速度和3min的磨削时间下，在关节轴承外圈上留下一层约5微米厚的自润滑层2。
(5)将关节轴承内圈3压入关节轴承外圈中得到自润滑轴承。
按照上述步骤得到的自润滑轴承，其摩擦系数小于0.05，满足自润滑轴承对于低摩擦系数的要求。
制备具有高寿命的自润滑轴承的步骤为：
(1)制备以聚酰亚胺为基体的自润滑材料。该自润滑材料的主要成分为聚酰亚胺，另外还含有玻璃纤维，上述两种成分所占的比例分别为：聚酰亚胺85％-90％，玻璃纤维10％-15％。制备该自润滑材料时，将一定配比的聚酰亚胺和玻璃纤维采用烧结工艺制得。为使得自润滑材料的寿命尽可能的高，上述两种成分所占比例的最佳值分别为：聚酰亚胺85％，玻璃纤维15％。
(2)确定自润滑材料的表面粗糙度要求和承载力要求。对该自润滑材料的表面粗糙度要求为3-4微米，该自润滑材料的承载力需大于等于0.5Mpa。因此，对自润滑材料采取磨削或铣削的加工工艺，以使其满足上述表面粗糙度要求；对自润滑材料进行机加工，使其成为圆形，得到转移膜砂轮。
(3)将经过步骤(2)处理得到的转移膜砂轮安装在磨床上，作为磨床的砂轮使用。根据转移膜砂轮的直径，设定磨床的转速，以使得转移膜砂轮线速度介于0.4m/s-0.8m/s之间。优选地，转移膜砂轮的线速度为0.6m/s。
(4)将关节轴承的外圈安装在磨床上，并使得关节轴承外圈内球面1与转移膜砂轮接触，开启磨床，对关节轴承的外圈进行磨削处理2min-5min。优选的，最佳磨削时间为2.5min。经过磨削处理的关节轴承外圈上便留下一层自润滑材料，转移膜砂轮的外圆面因摩擦而导致转移膜的直径变小。在0.6m/s的磨削速度和2.5min的磨削时间下，在关节轴承外圈上留下一层约5微米厚的自润滑层2。
(5)将关节轴承内圈3压入关节轴承外圈中得到自润滑轴承。
按照上述步骤得到的自润滑轴承，其使用寿命大大延长，相比现有自润滑轴承，在相同的工作环境下，使用寿命可延长2年以上。
制备具有承载力强的自润滑轴承的步骤为：
(1)制备以青铜为基体的自润滑材料。该自润滑材料的主要成分为青铜，另外还含有聚四氟乙烯和聚醚醚酮，上述三种成分所占的比例分别为：青铜70％-80％，聚四氟乙烯10％-15％，聚醚醚酮10％-15％。制备该自润滑材料时，将一定配比的青铜、聚四氟乙烯和聚醚醚酮采用烧结工艺制得。为使得自润滑材料的承载力尽可能的大，上述三种成分所占比例的最佳值分别为：青铜80％，聚四氟乙烯10％，聚醚醚酮10％。
(2)确定自润滑材料的表面粗糙度要求和承载力要求。对该自润滑材料的表面粗糙度要求为1-3微米，该自润滑材料的承载力需大于等于0.6Mpa。因此，对自润滑材料采取磨削或铣削的加工工艺，以使其满足上述表面粗糙度要求；对自润滑材料进行机加工，使其成为圆形，得到转移膜砂轮。
(3)将经过步骤(2)处理得到的转移膜砂轮安装在磨床上，作为磨床的砂轮使用。根据转移膜砂轮的直径，设定磨床的转速，以使得转移膜砂轮线速度介于0.05m/s-0.4m/s之间。优选地，转移膜砂轮的线速度为0.2m/s。
(4)将关节轴承的外圈安装在磨床上，并使得关节轴承外圈内球面1与转移膜砂轮接触，开启磨床，对关节轴承的外圈进行磨削处理2min-5min。优选的，最佳磨削时间为5min。经过磨削处理的关节轴承外圈上便留下一层自润滑材料，转移膜砂轮的外圆面因摩擦而导致转移膜的直径变小。在0.2m/s的磨削速度和5min的磨削时间下，在关节轴承外圈上留下一层约5微米厚的自润滑层2。
(5)将关节轴承内圈3压入关节轴承外圈中得到自润滑轴承。
按照上述步骤得到的自润滑轴承，其承载力大大提高，相比现有自润滑轴承，在相同的工作环境下，承载力可提高200KN。
制备具有耐高温性能的自润滑轴承的步骤为：
(1)制备以陶瓷为基体的自润滑材料。该自润滑材料的主要成分为陶瓷，另外还含有聚四氟乙烯和石墨，上述三种成分所占的比例分别为：陶瓷70％-85％，聚四氟乙烯10％-15％，石墨5％-15％。制备该自润滑材料时，将一定配比的陶瓷、聚四氟乙烯和石墨采用烧结工艺制得。为使得自润滑材料的摩擦系数尽可能的小，上述三种成分所占比例的最佳值分别为：陶瓷80％，聚四氟乙烯10％，石墨10％。
(2)确定自润滑材料的表面粗糙度要求和承载力要求。对该自润滑材料的表面粗糙度要求为1-2微米，该自润滑材料的承载力需大于等于0.8Mpa。因此，对自润滑材料采取磨削或铣削的加工工艺，以使其满足上述表面粗糙度要求；对自润滑材料进行机加工，使其成为圆形，得到转移膜砂轮。
(3)将经过步骤(2)处理得到的转移膜砂轮安装在磨床上，作为磨床的砂轮使用。根据转移膜砂轮的直径，设定磨床的转速，以使得转移膜砂轮线速度介于0.4m/s-1m/s之间。优选地，转移膜砂轮的线速度为0.8m/s。
(4)将关节轴承的外圈安装在磨床上，并使得关节轴承外圈内球面1与转移膜砂轮接触，开启磨床，对关节轴承的外圈进行磨削处理2min-5min。优选的，最佳磨削时间为2min。经过磨削处理的关节轴承外圈上便留下一层自润滑材料，转移膜砂轮的外圆面因摩擦而导致转移膜的直径变小。在0.8m/s的磨削速度和2min的磨削时间下，在关节轴承外圈上留下一层约5微米厚的自润滑层2。
(5)将关节轴承内圈3压入关节轴承外圈中得到自润滑轴承。
按照上述步骤得到的自润滑轴承，可在-60℃至1000℃温度下工作，满足自润滑轴承对于耐高温的要求。
Claims (9)
1.一种利用转移膜技术进行高精度自润滑轴承制备的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据自润滑轴承的工作环境选择原材料制备自润滑材料；
(2)对步骤(1)得到的自润滑材料进行机加工得到圆形的转移膜砂轮，并使得转移膜砂轮的表面粗糙度达到要求；
(3)将经过步骤(2)处理得到的转移膜砂轮安装在磨床上，作为磨床的砂轮使用；根据转移膜砂轮的直径，设定磨床的转速，以使得转移膜砂轮线速度介于0.05m/s-1m/s之间；
(4)将关节轴承的外圈安装在磨床上，并使得关节轴承外圈内球面与转移膜砂轮接触，开启磨床，对关节轴承的外圈进行磨削处理2min-5min；
(5)将关节轴承内圈压入经过步骤(4)处理得到的关节轴承外圈中得到自润滑轴承。
2.根据权利要求1所述的一种利用转移膜技术进行高精度自润滑轴承制备的方法，其特征在于，所述工作环境为低摩擦系数要求时，所述自润滑材料为以聚四氟乙烯、青铜粉和碳纤维为原材料的烧结件，所述聚四氟乙烯为自润滑材料的基体材料且聚四氟乙烯的含量为70％-80％，所述青铜粉的含量为10％-15％，所述碳纤维的含量为10％-15％；对转移膜砂轮的表面粗糙度的要求为2-3微米。
3.根据权利要求2所述的一种利用转移膜技术进行高精度自润滑轴承制备的方法，其特征在于，所述聚四氟乙烯的含量为75％，所述青铜粉的含量为10％，所述碳纤维的含量为15％；所述转移膜砂轮的线速度为0.5m/s，磨削时间为3min。
4.根据权利要求1所述的一种利用转移膜技术进行高精度自润滑轴承制备的方法，其特征是，所述工作环境为高使用寿命要求时，所述自润滑材料为以聚酰亚胺和玻璃纤维为原材料的烧结件，所述聚酰亚胺为自润滑材料的基体材料且聚酰亚胺的含量为80％-90％，所述玻璃纤维的含量为10％-20％；对转移膜砂轮的表面粗糙度的要求为3-4微米。
5.根据权利要求4所述的一种利用转移膜技术进行高精度自润滑轴承制备的方法，其特征是，所述聚酰亚胺的含量为85％，所述玻璃纤维的含量为15％；所述转移膜砂轮的线速度为0.6m/s，磨削时间为2.5min。
6.根据权利要求1所述的一种利用转移膜技术进行高精度自润滑轴承制备的方法，其特征是，所述工作环境为承载力强要求时，所述自润滑材料为以青铜、聚四氟乙烯和聚醚醚酮为原材料的烧结件，所述青铜为自润滑材料的基体材料且青铜的含量为70％-80％，所述聚四氟乙烯的含量为10％-15％，所述聚醚醚酮的含量为10％-15％；对转移膜砂轮的表面粗糙度的要求为1-3微米。
7.根据权利要求6所述的一种利用转移膜技术进行高精度自润滑轴承制备的方法，其特征是，所述青铜的含量为80％，所述聚四氟乙烯的含量为10％，所述聚醚醚酮的含量为10％，所述转移膜砂轮的线速度为0.2m/s，磨削时间为5min。
8.根据权利要求1所述的一种利用转移膜技术进行高精度自润滑轴承制备的方法，其特征是，所述工作环境为耐高温要求时，所述自润滑材料为以陶瓷、聚四氟乙烯和石墨为原材料的烧结件，所述陶瓷为自润滑材料的基体材料且陶瓷的含量为70％-85％，所述聚四氟乙烯的含量为10％-15％，所述聚醚醚酮的含量为5％-15％；对转移膜砂轮的表面粗糙度的要求为1-2微米。
9.根据权利要求8所述的一种利用转移膜技术进行高精度自润滑轴承制备的方法，其特征是，所述陶瓷为自润滑材料的基体材料且陶瓷的含量为80％，所述聚四氟乙烯的含量为10％，所述聚醚醚酮的含量为10％，所述转移膜砂轮的线速度为0.8m/s，磨削时间为2min。
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