CN105839034A - 一种低热膨胀耐磨轴套的制备工艺 - Google Patents

一种低热膨胀耐磨轴套的制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低热膨胀耐磨轴套的制备工艺，包括以下步骤：步骤1)SiC粉体和碳纤维短丝表面处理；步骤2)SiC粉体和碳纤维短丝与Al粉混粉；步骤3)真空热等静压烧结；步骤4)对烧结后的坯料进行热旋压。本发明制备的轴承套具有热膨胀系数低、耐磨性好、润滑性好等优点，对保证轧件的尺寸精度和表面质量有重要作用。

Description

一种低热膨胀耐磨轴套的制备工艺
技术领域
本发明涉及轧机领域，具体涉及一种低热膨胀耐磨轴套的制备工艺。
背景技术
机械工业中，温度变化使机械零件的尺寸和几何形状发生相应的变化，它不可避免地影响配合精度和位置精度，降低产品的可靠性。同时，加工零部件的机床也因热变形而影响零部件的加工精度。随着现代科技的发展和机械精度的迅速提高，温度对机械的影响愈来愈大。在精密加工中，热变形引起的误差已占加工总误差的40-70％，特别是机械精度进入纳米精度时代，热变形误差影响更大。可以说，热变形所引起的误差目前己成为机械行业提高精度和保证质量的关键技术和难题。因此，人们更加重视研究温度引起的热误差对机械的影响，并己成为机械科学前沿领域的研究热点与重点之一。
轴套是套在转轴上的筒状机械零件，是滑动轴承的一个组成部分。一般来说，轴套与轴承座采用过盈配合，而与轴采用间隙配合。轴套在长期运行过程中，由于受摩擦等热作用致其永久性变形，进而导致机械胀紧配合力度达不到要求的缩紧力，轴套与主轴之间出现配合间隙，引起了轴套的磨损。轴套磨损后，直接影响其配合精度和位置精度，对于过盈配合，配合面间可能产生间隙或因过盈量增大而产生塑性变形；对于间隙配合，可能使间隙增大而影响运动精度或因间隙减小而影响运动件灵活性。
轴套变形后容易引起轧机轴轴向串动及轧机进水问题，对轧机运行状态的观察和维修实践表明，当轧机主轴产生窜动后，轴套与密封板之间间隙过大，导致轧机轴承密封损坏，造成轧机轴承开始进水；由于轧辊的轴向窜动，轧制过程中，轧件与轧辊会产生冲击，这在一定程度上加速了轧机轴承的磨损，而轧机轴承进水后会造成轴承润滑油乳化变质，破坏轴承润滑油的润滑性能。
为解决主轴转动发热和磨损问题，有资料采用水冷轴承座，即在轴承座内部设冷却水通道，冷却水通道用盖板封闭，盖板上开有冷却水的进水口和出水口。冷却水通道上面覆盖盖板后，再将盖板与轴承座的本体焊接等工艺，以达到轴承降温目的，提高轴承寿命。但这一工艺仅适用大型轧机，对于精密轧机，轴承座空间有限，同时精密轧机中轴套中包括了胀紧套、螺栓套等复合轴套，这一工艺并不适合。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种低热膨胀耐磨轴套的制备工艺，本发明制备的轴承套具有热膨胀系数低、耐磨性好、润滑性好等优点，对保证轧件的尺寸精度和表面质量有重要作用。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种低热膨胀耐磨轴套的制备工艺，包括以下步骤：
步骤1)SiC粉体和碳纤维短丝表面处理：将SiC粉体和碳纤维短丝直接放入箱式电阻炉中进行烘干处理；
步骤2)SiC粉体和碳纤维短丝与Al粉混粉：将SiC粉体、碳纤维短丝和铝合金粉混合配制出混合粉料，用行星球磨机或Y型混料机进行混料，并加入过程控制剂；
步骤3)真空热等静压烧结：将混合好的粉料装到的模具中放入烧结炉中，抽完真空后升温，至烧结温度后保温，保温期间施加压制压力，烧结成圆环状坯；
步骤4)对烧结后的坯料进行热旋压：将旋压机的芯模加热，同时，加热烧结后的SiC、碳纤维短丝与Al粉的圆环状坯，最后通过多道次热旋压制成轴套。
进一步的，所述步骤1)中，按重量份数计SiC粉体和碳纤维短丝的比例为2-4:1，所述箱式电阻炉的烘干温度为200℃-450℃，烘干时间为1.5-4.5小时。
进一步的，所述步骤2)中，按重量份数计SiC粉体、碳纤维短丝与Al粉混粉的比例为2-4:1:2-6，混料时间为0.5-2小时，
进一步的，所述过程控制剂为硬脂酸，所述硬脂酸的加入重量为混合粉料总重量的0.5-2％。
进一步的，所述步骤3)中，烧结温度为600℃-1000℃，保温时间为2-5小时，保温期间施加30-200MPa压制压力。
进一步的，所述步骤4)中，旋压机的芯模加热温度为300-500℃，圆环状坯料的加热温度为320-550℃。
本发明的有益效果是:
本发明实现了SiC粉体、碳纤维短丝与Al粉混粉后烧结制坯料，由于SiC粉体和碳纤维短丝热膨胀系数低，与Al粉混合烧结制成的轴套具有热膨胀系数低的优点，防止在工作的受热变形。
本发明在坯料中加入的SiC粉体能够使轴套具有很好的耐磨性，延长了轴套的使用时间。
本发明在坯料中加入的碳纤维短丝能够使轴套具有很好的自润滑性，减少了轴套对轴的磨损。
本发明实现了对烧结后的SiC粉体增强相Al合金粉末冶金坯料的热旋压，由于粉末冶金的坯料强度很高，很难进行冷塑性变形加工，通过热旋压实现了轴套的近终成型。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例详细给出。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
制备高度为100mm，外径为110mm，壁厚为5mm的轴套。
1.SiC粉体和碳纤维短丝表面处理：将平均粒度20μm的SiC粉体和直径7μm、长度为10mm的碳纤维短丝按照2:1的重量份数比例放入箱式电阻炉中进行烘干处理，烘干温度200℃，烘干时间2小时，除去粉体表面的结晶水和一些吸附物，提高SiC粉体和碳纤维短丝的分散性，有利于复合材料中增强体的均匀分散，提高复合材料的热物理性能；
2.SiC粉体和碳纤维短丝与Al粉混粉：SiC粉体和碳纤维短丝与平均粒度为50μm铝合金粉根据2:1:3的配比配制出混合粉料，行星球磨机或Y型混料机进行混料一小时，加入1％过程控制剂硬脂酸；
3.真空热等静压烧结：将混合好的粉料装到的模具中放入烧结炉中，抽完真空后升温，至600℃烧结温度后保温3小时，保温期间施加40MPa压制压力，烧结成圆环状坯料，圆环坯料尺寸高度为150mm，外径为140mm，壁厚为20mm；
4.对烧结后的坯料进行热旋压：将旋压机的芯模加热加热到320℃，同时，加热烧结后的SiC、碳纤维短丝与Al粉圆环状坯料到380℃温度，通过多道次热旋压制成外径为110mm，壁厚为5mm的套筒，再经线切割，制成多个高度为100mm，外径为110mm，壁厚为5mm的轴套，该轴套热膨胀系数低，为7.6×10-6K-1，耐磨性好。
实施例2
制备高度为150mm，外径为120mm，壁厚为6mm的轴套。
1.SiC粉体和碳纤维短丝表面处理：将平均粒度25μm的SiC粉体和粉体和直径7μm，长度为15mm的碳纤维短丝按照2.5:1的比例放入箱式电阻炉中进行烘干处理，烘干温度220℃，烘干时间3小时，除去粉体表面的结晶水和一些吸附物，提高SiC粉体和碳纤维短丝的分散性，有利于复合材料中增强体的均匀分散，提高复合材料的热物理性能；
2.SiC粉体和碳纤维短丝与Al粉混粉：SiC粉体和和碳纤维短丝与平均粒度为40μm铝合金粉根据2.5:1:4的配比配制出混合粉料，行星球磨机或Y型混料机进行混料一小时，加入1.5％过程控制剂硬脂酸；
3.真空热等静压烧结：将混合好的粉料装到的模具中放入烧结炉中，抽完真空后升温，至800℃烧结温度后保温3.5小时，保温期间施加60MPa压制压力，烧结成圆环状坯料，圆环坯料尺寸高度为200mm，外径为148mm，壁厚为20mm；
4.对烧结后的坯料进行热旋压：将旋压机的芯模加热加热到350℃，同时，加热烧结后的SiC、碳纤维短丝与Al粉圆环状坯料到400℃温度，通过多道次热旋压制成外径为120mm，壁厚为6mm的套筒，再经线切割，制成多个高度为150mm，外径为120mm，壁厚为6mm的轴套，该轴套热膨胀系数低，为7.8×10-6K-1，耐磨性好。
实施例3
制备高度为180mm，外径为150mm，壁厚为8mm的轴套。
1.SiC粉体和碳纤维短丝表面处理：将平均粒度30μm的SiC粉体和直径7μm，长度为20mm的碳纤维短丝按照3:1的比例放入箱式电阻炉中进行烘干处理，烘干温度240℃，烘干时间3.5小时，除去粉体表面的结晶水和一些吸附物，提高SiC粉体和碳纤维短丝的分散性，有利于复合材料中增强体的均匀分散，提高复合材料的热物理性能；
2.SiC粉体和碳纤维短丝与Al粉混粉：SiC粉体和和碳纤维短丝与平均粒度为60μm铝合金粉根据3:1:5的配比配制出混合粉料，行星球磨机或Y型混料机进行混料一小时，加入1％过程控制剂硬脂酸；
3.真空热等静压烧结：将混合好的粉料装到的模具中放入烧结炉中，抽完真空后升温，至900℃烧结温度后保温4小时，保温期间施加100MPa压制压力，烧结成圆环状坯料，圆环坯料尺寸高度为250mm，外径为184mm，壁厚为25mm；
4.对烧结后的坯料进行热旋压：将旋压机的芯模加热加热到400℃，同时，加热烧结后的SiC、碳纤维短丝与Al粉圆环状坯料到450℃温度，通过多道次热旋压制成外径为150mm，壁厚为8mm的套筒，再经线切割，制成多个高度为180mm，外径为150mm，壁厚为8mm的轴套，该轴套热膨胀系数低，为8.1×10-6K-1，耐磨性好。
采用该工艺制备的轴套热膨胀系数低，小于9×10-6K-1，所以避免了轧机特别是精密轧机主轴在转动时升温造成的热变形误差，同时由于利用SiC粉体耐磨性好，碳纤维短丝自润滑性好的优点，该工艺制备的轴套具有良好的耐磨性和自润滑性。因此无需采用水冷轴承座介入，能够广泛应用于精密轧机中使用。
上述实施例中，SiC粉体还可以选择不同粒度混合使用，20μm占60％、25μm占40％，参照这种粒度制备的轴套强度较比单用一种粒度的轴套强度大。SiC粉体、碳纤维短丝与Al粉混粉的比例为2-4:1:2-6，该参数制备出的轴套相对具有稳定的性能，通过SiC粉体与Al粉不同量的添加，能够改变轴套的软硬程度，以适应使用轴的材质硬度，避免过硬将轴损坏。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种低热膨胀耐磨轴套的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)SiC粉体和碳纤维短丝表面处理：将SiC粉体和碳纤维短丝直接放入箱式电阻炉中进行烘干处理；
步骤2)SiC粉体和碳纤维短丝与Al粉混粉：将SiC粉体、碳纤维短丝和铝合金粉混合配制出混合粉料，用行星球磨机或Y型混料机进行混料，并加入过程控制剂；
步骤3)真空热等静压烧结：将混合好的粉料装到的模具中放入烧结炉中，抽完真空后升温，至烧结温度后保温，保温期间施加压制压力，烧结成圆环状坯；
步骤4)对烧结后的坯料进行热旋压：将旋压机的芯模加热，同时，加热烧结后的SiC、碳纤维短丝与Al粉的圆环状坯，最后通过多道次热旋压制成轴套。
2.根据权利要求1所述的一种低热膨胀耐磨轴套的制备工艺，其特征在于：所述步骤1)中，按重量份数计SiC粉体和碳纤维短丝的比例为2-4:1，所述箱式电阻炉的烘干温度为200℃-450℃，烘干时间为1.5-4.5小时。
3.根据权利要求1所述的一种低热膨胀耐磨轴套的制备工艺，其特征在于：所述步骤2)中，按重量份数计SiC粉体、碳纤维短丝与Al粉混粉的比例为2-4:1:2-6，混料时间为0.5-2小时。
4.根据权利要求1所述的一种低热膨胀耐磨轴套的制备工艺，其特征在于：所述过程控制剂为硬脂酸，所述硬脂酸的加入重量为混合粉料总重量的0.5-2％。
5.根据权利要求1所述的一种低热膨胀耐磨轴套的制备工艺，其特征在于：所述步骤3)中，烧结温度为600℃-1000℃，保温时间为2-5小时，保温期间施加30-200MPa压制压力。
6.根据权利要求1所述的一种低热膨胀耐磨轴套的制备工艺，其特征在于：所述步骤4)中，旋压机的芯模加热温度为300-500℃，圆环状坯料的加热温度为320-550℃。
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