CN105585840A - 一种尼龙复合材料轴承保持架及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种尼龙复合材料轴承保持架，制备方法及其专用模具，其特征在于：所述轴承保持架由尼龙复合材料制成，该尼龙复合材料的组成及其重量百分比为碳纤维5-20％，聚四氟乙烯3-10％，石墨2-10％，尼龙66含量60-90％。所述复合材料能满足精密轴承高转数情况下的物理性能，具有高抗蠕变能力、硬度、压缩强度，并有效的减小了轴承保持架的摩擦系数，具有良好的耐腐蚀性。且采用注塑成型方法制备轴承保持架，成本低，能保证产品尺寸稳定，所制得的轴承保持架能够适应在高转速高精度等苛刻条件下的使用。

Description

一种尼龙复合材料轴承保持架及其制备方法

技术领域

本发明涉及轴承保持架，特别提供一种由碳纤维/聚四氟乙烯/石墨/尼龙66复合材料通过注塑成型制得的轴承保持架。

背景技术

保持架，即轴承保持架，又称轴承保持器，指部分地包裹全部或部分滚动体，并随之运动的轴承零件，用以隔离滚动体，通常还引导滚动体并将其保持在轴承内，是滚动轴承中的重要组成部分，其质量对轴承精度能否达到P2，P4级有直接影响。

保持架材料的性能和运行的可靠性是保证轴承正常工作的关键之一。在保持架损坏的原因中，保持架材质好坏又是主要原因之一。因此，要求轴承保持架的材质应具有良好的机械强度；尺寸的稳定性；优异的摩擦性能；良好的可塑性和可加工性等多方面性能。

近年来，尼龙66作为重要的工程塑料，以其优良的综合性能被越来越多的用作制造塑料保持架的材料。但是由于纯树脂本身所存在的热变形、老化和脆裂等缺点，以及保持架结构和注塑工艺上的一些问题，使塑料保持架的应用受到限制。改善塑料保持架性能最有效的方法就是对其材料进行复合改性。

碳纤维以其高强、高模、耐磨、耐腐蚀等性能，经常被用作聚合物基复合材料的主要增强相，不仅能提高材料的抗蠕变能力、硬度、压缩强度，还能利用其高热导率及时导出摩擦热，减少材料与摩擦面之间的粘着，可有效降低材料的摩擦系数和磨损率。

聚四氟乙烯(PTFE)和石墨(Gf)均具有良好的自润滑性能，常被用作润滑剂。

注塑成型是指在一定温度下，通过螺杆搅拌完全熔融的塑料材料，用高压射入模具腔，经冷却固化后，得到成型品的方法。在注塑成型的过程中，模具的设计将直接影响最终产品的质量和精度。由于角接触球轴承保持架结构复杂，产品尺寸精度要求高，其模具设计上存在以下难点：

1、难以保证精确的分度，使每个圆孔的中心距相等；

2、一般设计的抽芯尺寸与形状，难以保证每个圆孔尺寸与形状的统一；

3、由于模具结构复杂，抽芯较多，因此存在脱模困难的问题；

4、浇口位置的设计不合理，将难以保持熔体的流动顺畅。

以上问题的存在，导致注塑成型制造角接触球轴承塑料保持架难以实现，从而制约了高精度角接触球轴承塑料保持架的发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种由碳纤维/聚四氟乙烯/石墨/尼龙66复合材料注塑成型制得的轴承保持架及其制备方法。该保持架具有较高的机械强度，良好的耐磨性及耐腐蚀性，尺寸稳定，容易加工等特点，能够适应在高转速高精度等苛刻条件下的使用。

本发明具体提供了一种尼龙复合材料轴承保持架，其特征在于：所述轴承保持架由尼龙复合材料制成，该尼龙复合材料的组成及其重量百分比为碳纤维5-20％，聚四氟乙烯3-10％，石墨2-10％，尼龙66含量60-90％(最优选为重量百分比为碳纤维10％，聚四氟乙烯5％，石墨5％，尼龙66含量80％)。

本发明所述尼龙复合材料轴承保持架的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为：

(1)、原料的制备：按比例称取适量碳纤维、聚四氟乙烯、石墨和尼龙66，在100-120℃下烘干3-6小时，后放入高混机中搅拌混合3-7分钟，将混合后的原料通过双螺杆挤出机在260℃-280℃，转速为250-350转/分条件下共混，挤出造粒；

(2)、注塑成型：根据所需轴承保持架尺寸设计相应的注塑模具；将步骤(1)所得材料的粒料放入注塑机的料筒内，经260℃-280℃温度加热，使其融化均匀；借助柱塞或螺杆向熔体施加100-120MPa压力，使高温熔体通过料筒前面的喷嘴和模具的浇道系统注射入闭合好的型腔中，经冷却定型，开启模具，顶出，得到轴承保持架；

(3)、热处理：经80-120℃退火5-8小时处理得到形状尺寸稳定的尼龙复合材料轴承保持架。

本发明所述尼龙复合材料轴承保持架的制备方法，其特征在于，最优选的制备工艺如下：

(1)、原料的制备：按比例称取适量碳纤维、聚四氟乙烯、石墨和尼龙66，在120℃下烘干3小时，后放入高混机中搅拌混合5分钟，将混合后的原料通过双螺杆挤出机在270℃，转速为300转/分条件下共混，挤出造粒；

(2)、注塑成型：根据所需轴承保持架尺寸设计相应的注塑模具；将步骤(1)所得材料的粒料放入注塑机的料筒内，经280℃温度加热，使其融化均匀；借助柱塞或螺杆向熔体施加120MPa压力，使高温熔体通过料筒前面的喷嘴和模具的浇道系统注射入闭合好的型腔中，经冷却定型，开启模具，顶出，得到轴承保持架；

(3)、热处理：经120℃退火5小时处理得到形状尺寸稳定的尼龙复合材料轴承保持架。

本发明还提供了所述尼龙复合材料轴承保持架的注塑模具，其特征在于：所述模具包括定模板1、动模板2、流道3、流道口31、抽芯结构4、浇口5和型腔6；

多个圆柱形抽芯结构4与动模板2滑动连接，每个抽芯结构4的延长线均通过动模板2的圆心，使用时所有抽芯结构4在模具内的一端可围成圆形但两两不相接触；在动模板2的圆心上还设有一截流道3，流道3两端各设有一个浇口5；定模板1设置在动模板2安有抽芯结构4的一侧，定模板1上与流道3相对应的位置设有流道口31；定模板1、动模板2与抽芯结构4围成的空间构成型腔6。

本发明所述注塑模具，其特征在于：所述抽芯结构4还设有滑动装置，包括斜滑块7、导柱8；随着模具开合时动模板2的移动，导柱8也会移动，带动斜滑块7滑动，进而带动抽芯结构4的滑动，实现抽芯。

本发明所述注塑模具，其特征在于：所述模具中流道3的宽度为型腔6厚度的1/3～1，最佳设计宽度为2/3。

本发明所述注塑模具，其特征在于：所述模具中流道3为一字型、十字型或米字型流道，可以依据具体产品尺寸的大小而选择设计。

本发明提供的专用模具克服了注塑模具设计中存在的难点，实现了角接触轴承塑料保持架的注塑成型，同采用分度方法钻孔加工钢球兜孔的传统加工工艺相比，采用该模具生产的角接触轴承塑料保持架能够达到较高精度，实现了生产自动化，提高了生产效率。

有益效果：

与酚醛层压布材料相比，本发明所述复合材料完全能满足精密轴承高转数情况下的物理性能，且成本远低于聚酰亚胺，聚醚醚酮等塑料保持架。其中碳纤维作为复合材料的主要承载相，不仅提高了尼龙66的抗蠕变能力、硬度、压缩强度，还能利用其高热导率及时导出摩擦热，减少材料与摩擦面之间的粘着；聚四氟乙烯和石墨作为润滑剂，可以有效的减小材料的摩擦系数。碳纤维、聚四氟乙烯及石墨的加入使尼龙66具有了更高的机械强度，良好的耐磨性及耐腐蚀性，尺寸稳定。使由碳纤维/聚四氟乙烯/石墨/尼龙66复合材料制得的轴承保持架能够适应在高转速高精度等苛刻条件下的使用。

附图说明

图1实施例1注塑成型的复合材料角接触球轴承保持架示意图。

图2角接触球轴承塑料保持架模具的结构图。

图3除去定模板1后模具的内部视图。

图4抽芯结构4滑动装置示意图。

图中：1-定模板；2-动模板；3-流道；31-流道口；4-抽芯结构；5-浇口；6-型腔；7-斜滑块；8-导柱。

具体实施方式

本发明实施例所用注塑模具的结构为：如图2～4，该模具包括定模板1、动模板2、流道3、抽芯结构4、浇口5和型腔6；

其中多个圆柱形抽芯结构4与动模板2滑动连接，每个抽芯结构4的延长线均通过动模板2的圆心；在动模板2的圆心上还设有一截流道3，流道3为一凹槽，其两端各设有一个浇口5(浇口5的截面积小于流道3的截面积，以方便成型后去掉多余部分)；定模板1设置在动模板2安有抽芯结构4的一侧，定模板1上与流道3相对应的位置设有流道口31；定模板1、动模板2与抽芯结构4围成的空间构成一个环形型腔6，流道3的宽度为型腔6厚度的2/3。

抽芯结构4还设有滑动装置，包括斜滑块7和导柱8，随着模具开合时动模板2的移动，导柱8也会移动，并带动斜滑块7滑动，进而带动抽芯结构4的滑动，实现抽芯。使用时，所有抽芯结构4在模具内的一端围成圆形但两两不相接触，注塑材料通过流道口31射入流道3，并通过浇口5进入型腔6，经冷却定型后，开启模具，将抽芯结构4抽出，即在成型结构上形成角接触球轴承塑料保持架钢球兜孔，去掉因流道3而形成的多余部分，即可得到角接触球轴承塑料保持架。

实施例1

1.配方：按重量百分比：碳纤维5％，聚四氟乙烯5％，石墨5％，尼龙6685％。

2.原料的制备：按相应比例称取适量碳纤维、聚四氟乙烯、石墨和尼龙在100℃烘干6小时，后放入高混机中搅拌混合3分钟，将简单混合后的原料通过双螺杆挤出机在260℃，转速为250转/分条件下共混，挤出造粒。

3.注塑成型：根据所需轴承保持架尺寸设计相应的注塑模具；将碳纤维/聚四氟乙烯/石墨/尼龙66复合材料的粒料放入注塑机的料筒内，经265℃温度加热，使其融化均匀；借助柱塞或螺杆向熔体施加100MPa压力，使高温熔体通过料筒前面的喷嘴和模具的浇道系统注射入闭合好的型腔6中，经冷却定型，开启模具，顶出，敲掉多余部分，得到轴承保持架；

4.热处理：经80℃退火8小时处理得到形状尺寸稳定的碳纤维/聚四氟乙烯/石墨/尼龙66复合材料轴承保持架。

实施例2

1.配方：按重量百分比：碳纤维10％，聚四氟乙烯8％，石墨7％，尼龙6675％。

2.原料的制备：按相应比例称取适量碳纤维、聚四氟乙烯、石墨和尼龙在110℃烘干5小时，后放入高混机中搅拌混合5分钟，将简单混合后的原料通过双螺杆挤出机在270℃，转速为300转/分条件下共混，挤出造粒。

3.注塑成型：根据所需轴承保持架尺寸设计相应的注塑模具；将碳纤维/聚四氟乙烯/石墨/尼龙66复合材料的粒料放入注塑机的料筒内，经270℃温度加热，使其融化均匀；借助柱塞或螺杆向熔体施加110MPa压力，使高温熔体通过料筒前面的喷嘴和模具的浇道系统注射入闭合好的型腔6中，经冷却定型，开启模具，顶出，敲掉多余部分，得到轴承保持架；

4.热处理：经100℃退火6小时处理得到形状尺寸稳定的碳纤维/聚四氟乙烯/石墨/尼龙66复合材料轴承保持架。

实施例3

1.配方：按重量百分比：碳纤维20％，聚四氟乙烯10％，石墨10％，尼龙6660％。

2.原料的制备：按相应比例称取适量碳纤维、聚四氟乙烯、石墨和尼龙在120℃烘干3小时，后放入高混机中搅拌混合7分钟，将简单混合后的原料通过双螺杆挤出机在280℃,转速为350转/分条件下共混，挤出造粒。

3.注塑成型：根据所需轴承保持架尺寸设计相应的注塑模具；将碳纤维/聚四氟乙烯/石墨/尼龙66复合材料的粒料放入注塑机的料筒内，经280℃温度加热，使其融化均匀；借助柱塞或螺杆向熔体施加120MPa压力，使高温熔体通过料筒前面的喷嘴和模具的浇道系统注射入闭合好的型腔6中，经冷却定型，开启模具，顶出，敲掉多余部分，得到轴承保持架；

4.热处理：经120℃退火5小时处理得到形状尺寸稳定的碳纤维/聚四氟乙烯/石墨/尼龙66复合材料轴承保持架。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种尼龙复合材料轴承保持架，其特征在于：所述轴承保持架由尼龙复合材料制成，该尼龙复合材料的组成及其重量百分比为碳纤维5-20％，聚四氟乙烯3-10％，石墨2-10％，尼龙66含量60-90％。

2.按照权利要求1所述尼龙复合材料轴承保持架，其特征在于：所述尼龙复合材料的组成及其重量百分比为碳纤维10％，聚四氟乙烯5％，石墨5％，尼龙66含量80％。

3.一种权利要求1所述尼龙复合材料轴承保持架的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为：

(1)、原料的制备：按比例称取适量碳纤维、聚四氟乙烯、石墨和尼龙66，在100-120℃下烘干3-6小时，后放入高混机中搅拌混合3-7分钟，将混合后的原料通过双螺杆挤出机在260℃-280℃，转速为250-350转/分条件下共混，挤出造粒；

(2)、注塑成型：根据所需轴承保持架尺寸设计相应的注塑模具；将步骤(1)所得材料的粒料放入注塑机的料筒内，经260℃-280℃温度加热，使其融化均匀；借助柱塞或螺杆向熔体施加100-120MPa压力，使高温熔体通过料筒前面的喷嘴和模具的浇道系统注射入闭合好的型腔中，经冷却定型，开启模具，顶出，得到轴承保持架；

(3)、热处理：经80-120℃退火5-8小时处理得到形状尺寸稳定的尼龙复合材料轴承保持架。

4.按照权利要求3所述尼龙复合材料轴承保持架的制备方法，其特征在于：

(1)、原料的制备：按比例称取适量碳纤维、聚四氟乙烯、石墨和尼龙66，在120℃下烘干3小时，后放入高混机中搅拌混合5分钟，将混合后的原料通过双螺杆挤出机在270℃，转速为300转/分条件下共混，挤出造粒；

(2)、注塑成型：根据所需轴承保持架尺寸设计相应的注塑模具；将步骤(1)所得材料的粒料放入注塑机的料筒内，经280℃温度加热，使其融化均匀；借助柱塞或螺杆向熔体施加120MPa压力，使高温熔体通过料筒前面的喷嘴和模具的浇道系统注射入闭合好的型腔中，经冷却定型，开启模具，顶出，得到轴承保持架；

(3)、热处理：经120℃退火5小时处理得到形状尺寸稳定的尼龙复合材料轴承保持架。

5.一种制备权利要求1所述尼龙复合材料轴承保持架的注塑模具，其特征在于：所述模具包括定模板(1)、动模板(2)、流道(3)、流道口(31)、抽芯结构(4)、浇口(5)和型腔(6)；

多个圆柱形抽芯结构(4)与动模板(2)滑动连接，每个抽芯结构(4)的延长线均通过动模板(2)的圆心，使用时所有抽芯结构(4)在模具内的一端可围成圆形但两两不相接触；在动模板(2)的圆心上还设有一截流道(3)，流道(3)两端各设有一个浇口(5)；定模板(1)设置在动模板(2)安有抽芯结构(4)的一侧，定模板(1)上与流道(3)相对应的位置设有流道口(31)；定模板(1)、动模板(2)与抽芯结构(4)围成的空间构成型腔(6)。

6.按照权利要求5所述尼龙复合材料轴承保持架的注塑模具，其特征在于：所述抽芯结构(4)还设有滑动装置，包括斜滑块(7)、导柱(8)；随着模具开合时动模板(2)的移动，导柱(8)跟着移动，带动斜滑块(7)滑动，进而带动抽芯结构(4)的滑动，实现抽芯。

7.按照权利要求5所述尼龙复合材料轴承保持架的注塑模具，其特征在于：所述模具中流道(3)的宽度为型腔(6)厚度的1/3～1。

8.按照权利要求5或7所述尼龙复合材料轴承保持架的注塑模具，其特征在于：所述模具中流道(3)的宽度为型腔(6)厚度的2/3。

9.按照权利要求5所述尼龙复合材料轴承保持架的注塑模具，其特征在于：所述模具中流道(3)为一字型、十字型或米字型流道。