CN108561432A - 一种耐高温直线轴承及其加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐高温直线轴承，包括外圈、位于外圈内部的保持架、和安装在外圈和保持架之间的钢球组成，其特征在于，所述外圈为异形套筒，其外圆为圆柱体，内部为沿周向分布有4～6条直线滚道的梅花形圆柱体；所述保持架内部为圆柱孔，外圆周上分布若干条首尾相连接的循环槽，钢球被约束在循环槽中沿槽运动；所述外圈和所述保持架均经羰基铁粉冶金成型后再进行热处理和磨加工而成。本发明的直线轴承耐高温，工作温度可达200℃以上，耐腐蚀，可在酸碱工作环境中工作，耐磨损，寿命高，为老产品的二倍以上，产品工艺性好，便于大量制作。

Description

一种耐高温直线轴承及其加工方法
技术领域
本发明涉及轴承技术领域，更具体地说，它涉及一种耐高温直线轴承及其加工方法。
背景技术
直线运动球轴承(以下简称直线轴承)广泛应用于各种自动化设备、仪器、仪表等精密传动系统中的关键部件。现有直线轴承中的保持架是用PA66制成的，通常是在注塑机上压注成型，由于材料在工作温度达到120℃时，材料会变软，硬度和耐磨性显著下降，从而使轴承寿命大幅度下降，影响整台主机使用寿命。而直线轴承中的外圈采用GCr15钢制成，其形状的外部为圆柱体，内部为梅花形，带有4～6条滚道。由于其回火温度在150℃以上，其工作温度也不高于120℃，使得该轴承工作温度只能在120℃以下，不能满足现在工业设备高速、高温的环境要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐高温直线轴承及其加工方法，以解决现有轴承不能满足现在工业设备高速、高温的环境要求的问题。
为实现上述目的，通过以下技术手段实现：一种耐高温直线轴承，包括外圈、位于外圈内部的保持架、和安装在外圈和保持架之间的钢球组成，所述外圈为异形套筒，其外圆为圆柱体，内部为沿周向分布有4～6条直线滚道的梅花形圆柱体；所述保持架内部为圆柱孔，外圆周上分布若干条首尾相连接的循环槽，钢球被约束在循环槽中沿槽运动；所述外圈和所述保持架均经羰基铁粉冶金成型后再进行热处理和磨加工而成。
进一步优化为：所述循环槽中钢球首尾相连接留有1/3～2/3倍钢球直径的间隙。
进一步优化为：所述直线轴承的加工方法包括以下步骤：
1)所述外圈采用羰基铁粉冶金成型，然后进行热处理和磨加工成形；
2)所述保持架采用羰基铁粉冶金成型，然后进行热处理和磨加工成形；
3)所述钢球级别为10级，规值为+10之间；
4)将上述经检验合格的外圈、保持架、钢球再配以密封圈进行组装成品。
进一步优化为：所述外圈或保持架的羰基铁粉冶金成型包括：
1)混料，将羰基铁粉与粘接剂按照一定比例在专门的混料设备中进行混合，得到混合均匀的喂料；
2)注射，将上述所得的颗粒状的喂料通过注射机向模具型腔注射形成注射坯；
3)脱脂，将所得注射坯通过溶剂萃取的脱脂方法去除大部分的粘接剂；
4)烧结，将脱脂后的产品放入烧结炉中，先加热到较低的温度去除残留的粘接剂，随后加热到很高的温度，使羰基铁粉颗粒收缩形成致密的金属部件。
进一步优化为：所述羰基铁粉的材料标值为Fe：98.15、C：0.77、O：0.24，余量为杂质，羰基铁粉的d50为4.229μm，松装密度为2.58g/cm3，振实密度为4.13g/cm3，平均粒度为3.8μm。
进一步优化为：所述混料过程中用到的粘接剂为石蜡或蜂蜡，粘接剂的加入量为羰基铁粉质量的0.5～3％。
进一步优化为：所述脱脂过程中采用的溶剂为正己烷或二氯甲烷。
进一步优化为：所述烧结步骤的具体过程为首先加热至300～350℃，保温0.5～1.5小时，然后升温至800～1000℃，保温2～4小时，控制炉内真空度为0.01～0.1Pa。
进一步优化为：所述外圈或保持架的热处理过程为将冶金成型后的产品置于封闭井式炉中，加热至500～600℃，保温1～2小时。
进一步优化为：所述外圈或保持架的磨加工过程为将热处理好后的产品进行表面打磨抛光，使得表面粗糙度达到0.8μm。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明采用羰基铁粉经冶金成型后，再经热处理和磨加工制备直线轴承的外圈和保持架，相比现有直线轴承由PA66制成的保持架和GCr15钢制成的外圈而言，本发明的直线轴承耐高温，工作温度可达200℃以上，耐腐蚀，可在酸碱工作环境中工作，耐磨损，寿命高，为老产品的二倍以上，产品工艺性好，便于大量制作。
具体实施方式
下面通过具体实施例对发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的本发明的保护范围。
实施例1
一种耐高温直线轴承，包括外圈、位于外圈内部的保持架、和安装在外圈和保持架之间的钢球组成，所述外圈为异形套筒，其外圆为圆柱体，内部为沿周向分布有4～6条直线滚道的梅花形圆柱体；所述保持架内部为圆柱孔，外圆周上分布若干条首尾相连接的循环槽，钢球被约束在循环槽中沿槽运动，循环槽中钢球首尾相连接留有1/3～2/3倍钢球直径的间隙；所述外圈和所述保持架均经羰基铁粉冶金成型后再进行热处理和磨加工而成。
上述直线轴承的加工方法包括以下步骤：
1)所述外圈采用羰基铁粉冶金成型，然后进行热处理和磨加工成形；
2)所述保持架采用羰基铁粉冶金成型，然后进行热处理和磨加工成形；
3)所述钢球级别为10级，规值为+10之间；
4)将上述经检验合格的外圈、保持架、钢球再配以密封圈进行组装成品。
其中外圈或保持架的羰基铁粉冶金成型包括如下步骤：
1)混料，将羰基铁粉与粘接剂按照一定比例在LH60型混料装置中进行混合，得到混合均匀的喂料；所述羰基铁粉的材料标值为Fe：98.15、C：0.77、O：0.24，余量为杂质，羰基铁粉的d50为4.229μm，松装密度为2.58g/cm3，振实密度为4.13g/cm3，平均粒度为3.8μm。所述混料过程中用到的粘接剂为石蜡，粘接剂的加入量为羰基铁粉质量的0.5％。
2)注射，将上述所得的颗粒状的喂料通过注射机向模具型腔注射形成注射坯；注射成型的型腔所用压力为20MPa。
3)脱脂，将所得注射坯通过溶剂萃取的脱脂方法去除大部分的粘接剂；所述脱脂过程中采用的溶剂为正己烷。
4)烧结，将脱脂后的产品放入烧结炉中，先加热到较低的温度去除残留的粘接剂，随后加热到很高的温度，使羰基铁粉颗粒收缩形成致密的金属部件。所述烧结步骤的具体过程为首先加热至300℃，保温0.5小时，然后升温至800℃，保温2小时，控制炉内真空度为0.01Pa。
将冶金成型好的外圈或保持架置于封闭井式炉中，加热至500℃，保温1小时。最后将热处理好的外圈或保持架的进行表面打磨抛光，使得表面粗糙度达到0.8μm，由此制得最终的外圈和保持架。
将上述制得的外圈和保持架以及选配好的钢球组装在一起即得耐高温直线轴承A1。
实施例2
与实施例1不同的是，本实施例中直线轴承的加工方法为：
1)所述外圈采用羰基铁粉冶金成型，然后进行热处理和磨加工成形；
2)所述保持架采用羰基铁粉冶金成型，然后进行热处理和磨加工成形；
3)所述钢球级别为10级，规值为+10之间；
4)将上述经检验合格的外圈、保持架、钢球再配以密封圈进行组装成品。
其中外圈或保持架的羰基铁粉冶金成型包括如下步骤：
1)混料，将羰基铁粉与粘接剂按照一定比例在LH60型混料装置中进行混合，得到混合均匀的喂料；所述羰基铁粉的材料标值为Fe：98.15、C：0.77、O：0.24，余量为杂质，羰基铁粉的d50为4.229μm，松装密度为2.58g/cm3，振实密度为4.13g/cm3，平均粒度为3.8μm。所述混料过程中用到的粘接剂为蜂蜡，粘接剂的加入量为羰基铁粉质量的1.0％。
2)注射，将上述所得的颗粒状的喂料通过注射机向模具型腔注射形成注射坯；注射成型的型腔所用压力为22MPa。
3)脱脂，将所得注射坯通过溶剂萃取的脱脂方法去除大部分的粘接剂；所述脱脂过程中采用的溶剂为二氯甲烷。
4)烧结，将脱脂后的产品放入烧结炉中，先加热到较低的温度去除残留的粘接剂，随后加热到很高的温度，使羰基铁粉颗粒收缩形成致密的金属部件。所述烧结步骤的具体过程为首先加热至315℃，保温0.8小时，然后升温至850℃，保温2.5小时，控制炉内真空度为0.01Pa。
将冶金成型好的外圈或保持架置于封闭井式炉中，加热至520℃，保温1.2小时。最后将热处理好的外圈或保持架的进行表面打磨抛光，使得表面粗糙度达到0.8μm，由此制得最终的外圈和保持架。
将上述制得的外圈和保持架以及选配好的钢球组装在一起即得耐高温直线轴承A2。
实施例3
与实施例1不同的是，本实施例中直线轴承的加工方法为：
1)所述外圈采用羰基铁粉冶金成型，然后进行热处理和磨加工成形；
2)所述保持架采用羰基铁粉冶金成型，然后进行热处理和磨加工成形；
3)所述钢球级别为10级，规值为+10之间；
4)将上述经检验合格的外圈、保持架、钢球再配以密封圈进行组装成品。
其中外圈或保持架的羰基铁粉冶金成型包括如下步骤：
1)混料，将羰基铁粉与粘接剂按照一定比例在LH60型混料装置中进行混合，得到混合均匀的喂料；所述羰基铁粉的材料标值为Fe：98.15、C：0.77、O：0.24，余量为杂质，羰基铁粉的d50为4.229μm，松装密度为2.58g/cm3，振实密度为4.13g/cm3，平均粒度为3.8μm。所述混料过程中用到的粘接剂为石蜡，粘接剂的加入量为羰基铁粉质量的1.5％。
2)注射，将上述所得的颗粒状的喂料通过注射机向模具型腔注射形成注射坯；注射成型的型腔所用压力为21MPa。
3)脱脂，将所得注射坯通过溶剂萃取的脱脂方法去除大部分的粘接剂；所述脱脂过程中采用的溶剂为正己烷。
4)烧结，将脱脂后的产品放入烧结炉中，先加热到较低的温度去除残留的粘接剂，随后加热到很高的温度，使羰基铁粉颗粒收缩形成致密的金属部件。所述烧结步骤的具体过程为首先加热至325℃，保温1小时，然后升温至900℃，保温2.5小时，控制炉内真空度为0.05Pa。
将冶金成型好的外圈或保持架置于封闭井式炉中，加热至550℃，保温1.5小时。最后将热处理好的外圈或保持架的进行表面打磨抛光，使得表面粗糙度达到0.8μm，由此制得最终的外圈和保持架。
将上述制得的外圈和保持架以及选配好的钢球组装在一起即得耐高温直线轴承A3。
实施例4
与实施例1不同的是，本实施例中直线轴承的加工方法为：
1)所述外圈采用羰基铁粉冶金成型，然后进行热处理和磨加工成形；
2)所述保持架采用羰基铁粉冶金成型，然后进行热处理和磨加工成形；
3)所述钢球级别为10级，规值为+10之间；
4)将上述经检验合格的外圈、保持架、钢球再配以密封圈进行组装成品。
其中外圈或保持架的羰基铁粉冶金成型包括如下步骤：
1)混料，将羰基铁粉与粘接剂按照一定比例在LH60型混料装置中进行混合，得到混合均匀的喂料；所述羰基铁粉的材料标值为Fe：98.15、C：0.77、O：0.24，余量为杂质，羰基铁粉的d50为4.229μm，松装密度为2.58g/cm3，振实密度为4.13g/cm3，平均粒度为3.8μm。所述混料过程中用到的粘接剂为蜂蜡，粘接剂的加入量为羰基铁粉质量的2.0％。
2)注射，将上述所得的颗粒状的喂料通过注射机向模具型腔注射形成注射坯；注射成型的型腔所用压力为20MPa。
3)脱脂，将所得注射坯通过溶剂萃取的脱脂方法去除大部分的粘接剂；所述脱脂过程中采用的溶剂为二氯甲烷。
4)烧结，将脱脂后的产品放入烧结炉中，先加热到较低的温度去除残留的粘接剂，随后加热到很高的温度，使羰基铁粉颗粒收缩形成致密的金属部件。所述烧结步骤的具体过程为首先加热至340℃，保温1.2小时，然后升温至950℃，保温3小时，控制炉内真空度为0.1Pa。
将冶金成型好的外圈或保持架置于封闭井式炉中，加热至570℃，保温1.7小时。最后将热处理好的外圈或保持架的进行表面打磨抛光，使得表面粗糙度达到0.8μm，由此制得最终的外圈和保持架。
将上述制得的外圈和保持架以及选配好的钢球组装在一起即得耐高温直线轴承A4。
实施例5
与实施例1不同的是，本实施例中直线轴承的加工方法为：
1)所述外圈采用羰基铁粉冶金成型，然后进行热处理和磨加工成形；
2)所述保持架采用羰基铁粉冶金成型，然后进行热处理和磨加工成形；
3)所述钢球级别为10级，规值为+10之间；
4)将上述经检验合格的外圈、保持架、钢球再配以密封圈进行组装成品。
其中外圈或保持架的羰基铁粉冶金成型包括如下步骤：
1)混料，将羰基铁粉与粘接剂按照一定比例在LH60型混料装置中进行混合，得到混合均匀的喂料；所述羰基铁粉的材料标值为Fe：98.15、C：0.77、O：0.24，余量为杂质，羰基铁粉的d50为4.229μm，松装密度为2.58g/cm3，振实密度为4.13g/cm3，平均粒度为3.8μm。所述混料过程中用到的粘接剂为蜂蜡，粘接剂的加入量为羰基铁粉质量的3.0％。
2)注射，将上述所得的颗粒状的喂料通过注射机向模具型腔注射形成注射坯；注射成型的型腔所用压力为20MPa。
3)脱脂，将所得注射坯通过溶剂萃取的脱脂方法去除大部分的粘接剂；所述脱脂过程中采用的溶剂为正己烷。
4)烧结，将脱脂后的产品放入烧结炉中，先加热到较低的温度去除残留的粘接剂，随后加热到很高的温度，使羰基铁粉颗粒收缩形成致密的金属部件。所述烧结步骤的具体过程为首先加热至350℃，保温1.5小时，然后升温至1000℃，保温4小时，控制炉内真空度为0.01Pa。
将冶金成型好的外圈或保持架置于封闭井式炉中，加热至600℃，保温2小时。最后将热处理好的外圈或保持架的进行表面打磨抛光，使得表面粗糙度达到0.8μm，由此制得最终的外圈和保持架。
将上述制得的外圈和保持架以及选配好的钢球组装在一起即得耐高温直线轴承A5。
将上述所得的A1-A5的直线轴承进行使用性能测试，结果如下表。
轴承 A1 A2 A3 A4 A5
工作温度℃ 200 230 270 240 250
从表中可以看出本发明所得的直线轴承工作温度都可达200℃以上，耐高温性能良好，另外研究还发现，本发明所得的直线轴承可在酸碱工作环境下工作，耐腐蚀性能良好，且轴承的耐磨损性能高，使用寿命为老产品的二倍以上。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种耐高温直线轴承，包括外圈、位于外圈内部的保持架、和安装在外圈和保持架之间的钢球组成，其特征在于，所述外圈为异形套筒，其外圆为圆柱体，内部为沿周向分布有4～6条直线滚道的梅花形圆柱体；所述保持架内部为圆柱孔，外圆周上分布若干条首尾相连接的循环槽，钢球被约束在循环槽中沿槽运动；所述外圈和所述保持架均经羰基铁粉冶金成型后再进行热处理和磨加工而成。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温直线轴承，其特征在于，所述循环槽中钢球首尾相连接留有1/3～2/3倍钢球直径的间隙。
3.根据权利要求1所述的一种耐高温直线轴承，其特征在于，所述直线轴承的加工方法包括以下步骤：
1)所述外圈采用羰基铁粉冶金成型，然后进行热处理和磨加工成形；
2)所述保持架采用羰基铁粉冶金成型，然后进行热处理和磨加工成形；
3)所述钢球级别为10级，规值为+10之间；
4)将上述经检验合格的外圈、保持架、钢球再配以密封圈进行组装成品。
4.根据权利要求3所述的一种耐高温直线轴承，其特征在于，所述外圈或保持架的羰基铁粉冶金成型包括：
1)混料，将羰基铁粉与粘接剂按照一定比例在专门的混料设备中进行混合，得到混合均匀的喂料；
2)注射，将上述所得的颗粒状的喂料通过注射机向模具型腔注射形成注射坯；
3)脱脂，将所得注射坯通过溶剂萃取的脱脂方法去除大部分的粘接剂；
4)烧结，将脱脂后的产品放入烧结炉中，先加热到较低的温度去除残留的粘接剂，随后加热到很高的温度，使羰基铁粉颗粒收缩形成致密的金属部件。
5.根据权利要求3或4所述的一种耐高温直线轴承，其特征在于，所述羰基铁粉的材料标值为Fe：98.15、C：0.77、O：0.24，余量为杂质，羰基铁粉的d50为4.229μm，松装密度为2.58g/cm3，振实密度为4.13g/cm3，平均粒度为3.8μm。
6.根据权利要求4所述的一种耐高温直线轴承，其特征在于，所述混料过程中用到的粘接剂为石蜡或蜂蜡，粘接剂的加入量为羰基铁粉质量的0.5～3％。
7.根据权利要求4所述的一种耐高温直线轴承，其特征在于，所述脱脂过程中采用的溶剂为正己烷或二氯甲烷。
8.根据权利要求4所述的一种耐高温直线轴承，其特征在于，所述烧结步骤的具体过程为首先加热至300～350℃，保温0.5～1.5小时，然后升温至800～1000℃，保温2～4小时，控制炉内真空度为0.01～0.1Pa。
9.根据权利要求3所述的一种耐高温直线轴承，其特征在于，所述外圈或保持架的热处理过程为将冶金成型后的产品置于封闭井式炉中，加热至500～600℃，保温1～2小时。
10.根据权利要求3所述的一种耐高温直线轴承，其特征在于，所述外圈或保持架的磨加工过程为将热处理好后的产品进行表面打磨抛光，使得表面粗糙度达到0.8μm。
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