CN110144565B - 一种批量制备精密球形滚动体表面涂层的方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种批量制备精密球形滚动体表面涂层的方法与装置，属于表面工程技术领域。本发明将多组夹具对称放置在驱动齿轮圆周方向上，使驱动齿轮与从动齿轮啮合；将多个待处理的精密球形滚动体对称放置在固定底座的锥面与旋转底座的波纹面之间；旋转驱动齿轮匀速转动，带动圆周方向的各个从动齿轮匀速转动，从动齿轮带动旋转底座匀速转动，精密球形滚动体分别相对旋转底座的波纹面与固定底座的锥面滚动；在精密球形滚动体均匀转动时，使用表面离子注入沉积法在精密球形滚动体表面制备厚度均匀的改性涂层，直至达到要求的溅射时间。本发明能实现一批精密球同时均匀连续转动，保证精密球形滚动体表面的沉积改性涂层的均匀、连续、一致性。

Description

一种批量制备精密球形滚动体表面涂层的方法与装置
技术领域
本发明涉及制备表面沉积改性涂层的精密球夹具及工艺方法，属于表面工程领域。
背景技术
滚动轴承被称为“工业的关节”，广泛应用于各种领域。球形滚动体作为滚动轴承中的核心部件，对轴承寿命及服役性能具有重要影响。轴承服役时滚动体表面会发生疲劳、腐蚀、磨损和胶合等失效。滚动体表面制备表面改性涂层是一种改善滚动体耐腐蚀性能和减摩抗磨性能、提高轴承寿命与可靠性的重要方法。
精密球形滚动体对形状和精度具有很高的要求，因此，要求制备过程中，不损伤球形滚动体表面，球形滚动体表面改性涂层的均匀性能得到保证，制备涂层后，精密球形滚动体的精度变化较小。目前，精密球形滚动体表面改性涂层的制备技术主要有物理转移膜形成方法和离子注入与沉积法等。
物理转移膜形成技术是通过滚动体与涂层材料的机械挤压摩擦，将涂层材料转移到滚动体表面。由于存在挤压与摩擦，所以涂层材料可能会对滚动体表面产生一定的损伤，影响精密球形滚动体的精度。
离子注入与沉积技术具有制备的涂层均匀性好、涂层与基体结合性好、制备后无明显的尺寸变化等优点，是一种高效无损伤的制备方法。但在制备精密球形滚动体改性涂层时，需要控制表面受离子注入的位置，保证滚动体表面得到整体均匀的离子注入与沉积，从而获得均匀的改性涂层。
现有的滚动体表面改性涂层的制备方法主要有两种：一种是在制备表面涂层时，间歇地调整球形滚动体受离子注入的位置，使滚动体表面的沉积改性涂层的均匀性具有一定的偏差，导致制备后的球形滚动体的精度明显下降，无法满足实际的需求；另一种是利用不同方向连续运动的驱动机构，控制球形滚动体在沉积制备表面涂层时连续随机转动，实现精密球形滚动体表面涂层的均匀性和一致性，但是这种方法受到驱动机构的空间限制，无法实现球形滚动体表面涂层的批量制备。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，进而提供一种批量制备精密球形滚动体表面涂层的方法与装置，能实现一批精密球同时均匀连续转动，保证精密球形滚动体表面的沉积改性涂层的均匀、连续、一致性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种批量制备精密球形滚动体表面涂层的装置，所述批量制备精密球形滚动体表面涂层的装置包括驱动齿轮和多组夹具，每组夹具包括精密球形滚动体、固定底座、旋转底座、挡圈、从动齿轮、旋转套筒、轴承和固定轴，每组夹具通过从动齿轮与驱动齿轮相啮合，待制备的精密球形滚动体放置于固定底座的锥面与旋转底座内圈表面之间，精密球形滚动体跟随旋转底座转动，固定底座为一带有锥面的圆台，固定底座通过螺母固定在固定轴上，旋转底座的内外圈均为圆柱面，旋转底座的内圈表面带有一定的波纹度，旋转底座通过螺栓与旋转套筒相连且随旋转套筒转动，从动齿轮通过键连接与旋转套筒相连且通过挡圈轴上固定，从动齿轮带动旋转套筒与旋转底座转动。
本发明一种批量制备精密球形滚动体表面涂层的装置，所述旋转底座的波纹面与固定底座的锥面之间可放置多个待制备的精密球形滚动体。
本发明一种批量制备精密球形滚动体表面涂层的方法，所述批量制备精密球形滚动体表面涂层的方法的具体步骤为：
步骤一：将多组夹具对称放置在驱动齿轮圆周方向上，使驱动齿轮与从动齿轮啮合；
步骤二：将多个待处理的精密球形滚动体对称放置在固定底座的锥面与旋转底座的波纹面之间；
步骤三：旋转驱动齿轮匀速转动，带动圆周方向的各个从动齿轮匀速转动，从动齿轮带动旋转底座匀速转动，使精密球形滚动体在固定底座与旋转底座之间均匀转动，精密球形滚动体分别相对旋转底座的波纹面与固定底座的锥面滚动，通过这两个方向的运动可以保证精密球形滚动体的均匀转动，从而保证制备沉积改性涂层的均匀；
步骤四：在精密球形滚动体均匀转动时，使用表面离子注入沉积法在精密球形滚动体表面制备厚度均匀的改性涂层，直至达到要求的溅射时间。
本发明一种批量制备精密球形滚动体表面涂层的方法与装置，能够实现精密球在离子注入过程中进行连续随机转动，保证其表面沉积改性涂层的均匀性和尺寸精度；本发明中多个夹具可以由齿轮带动实现并联使用，一次放置大量球形滚动体，适合批量化制备球形滚动体表面涂层，大大提高生产效率；由于每个球形滚动体的位置和运动方式较一致，可以更好地保证表面涂层的一致性。
附图说明
图1为本发明批量制备精密球形滚动体表面涂层的装置的总体结构示意图。
图2为本发明批量制备精密球形滚动体表面涂层的装置中每组夹具的整体结构示意图。
图3为本发明批量制备精密球形滚动体表面涂层的装置中每组夹具的结构示意图。
附图说明：1为精密球形滚动体；2为固定底座；3为旋转底座；4为挡圈；5为从动齿轮；6为旋转套筒；7为轴承；8为固定轴；9为驱动齿轮。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
实施例一：如图1-3所示，本实施例所涉及的一种批量制备精密球形滚动体表面涂层的装置，包括驱动齿轮和多组夹具，每组夹具包括精密球形滚动体、固定底座、旋转底座、挡圈、从动齿轮、旋转套筒、轴承和固定轴，每组夹具通过从动齿轮与驱动齿轮相啮合，待制备的精密球形滚动体放置于固定底座的锥面与旋转底座内圈表面之间，精密球形滚动体跟随旋转底座转动，固定底座为一带有锥面的圆台，固定底座通过螺母固定在固定轴上，旋转底座的内外圈均为圆柱面，旋转底座的内圈表面带有一定的波纹度，旋转底座通过螺栓与旋转套筒相连且随旋转套筒转动，从动齿轮通过键连接与旋转套筒相连且通过挡圈轴上固定，从动齿轮带动旋转套筒与旋转底座转动。
本发明的工作原理为：将多个待制备精密球形滚动体放置在旋转底座的波纹面与固定底座的锥面之间，通过驱动齿轮带动每组夹具的从动齿轮转动，从动齿轮带动旋转套筒及旋转底座进行转动，从而带动精密球形滚动体进行均匀连续转动，在滚动体转动的过程中，对滚动体进行离子注入，形成沉积改性涂层。其中旋转底座的波纹面可以保证求始终存在水平方向的转动，避免球在两个面间不转或卡死，导致制备的涂层不均、或球不必要的磨损，固定底座的锥面可以防止球在径向的窜动，使球更好地与旋转底座波纹面贴合，轴承使驱动套筒相对固定轴转动，并承受轴向载荷，固定轴对固定底座进行固定。
实施例二：如图1-3所示，本实施例所涉及的一种批量制备精密球形滚动体表面涂层的装置，所述旋转底座的波纹面与固定底座的锥面之间可放置多个待制备精密球形滚动体。
实施例三：如图1-3所示，本实施例所涉及的一种批量制备精密球形滚动体表面涂层的方法，所述批量制备精密球形滚动体表面涂层的方法的具体步骤为：
步骤一：将多组夹具对称放置在驱动齿轮圆周方向上，使驱动齿轮与从动齿轮啮合；
步骤二：将多个待处理的精密球形滚动体对称放置在固定底座的锥面与旋转底座的波纹面之间；
步骤三：旋转驱动齿轮匀速转动，带动圆周方向的各个从动齿轮匀速转动，从动齿轮带动旋转底座匀速转动，使精密球形滚动体在固定底座与旋转底座之间均匀转动，精密球形滚动体分别相对旋转底座的波纹面与固定底座的锥面滚动，通过这两个方向的运动可以保证精密球形滚动体的均匀转动，从而保证制备沉积改性涂层的均匀；
步骤四：在精密球形滚动体均匀转动时，使用表面离子注入沉积法在精密球形滚动体表面制备厚度均匀的改性涂层，直至达到要求的溅射时间。
实施例四：本实施例所涉及一种批量制备精密球形滚动体表面涂层的方法与装置，采用磁控溅射技术，真空度0.1MPa，功率200W，电流为30mA，靶材为石墨，在纯氩气条件下，将一批数量为200个，直径为9.525mm的精密Si3N4陶瓷球安装在该夹具上，放置在磁控溅射设备中，溅射时间10小时后，精密陶瓷球表面制备了厚度为1μm的均匀DLC涂层。涂层与精密陶瓷球的结合性能优异，对精密球的圆度等影响较小，提高了精密球的减摩抗磨性能。
实施例五：本实施例所涉及一种批量制备精密球形滚动体表面涂层的方法与装置，采用磁控溅射技术，真空度0.1MPa，功率200W，电流为30mA，靶材为石墨，在纯氩气条件下，将一批数量为200个，直径为9.525mm的精密Si3N4陶瓷球安装在该夹具上，放置在磁控溅射设备中，溅射时间20小时后，精密陶瓷球表面制备了厚度为2μm的均匀DLC涂层。涂层与精密陶瓷球的结合性能优异，对精密球的圆度等影响较小，提高了精密球的减摩抗磨性能。
实施例六：本实施例所涉及一种批量制备精密球形滚动体表面涂层的方法与装置，采用采用磁控溅射技术，真空度0.1MPa，功率150W，电流为50mA,靶材为纯MoS2，在纯氩气条件下，将一批数量为200个，直径为9.525mm的精密Si3N4陶瓷球安装在该夹具上，放置在磁控溅射设备中，溅射时间12小时后，精密陶瓷球表面制备了厚度为1μm的均匀MoS2涂层。涂层与精密陶瓷球的结合性能优异，对精密球的圆度等影响较小，提高了精密球的减摩抗磨性能。
实施例六：本实施例所涉及一种批量制备精密球形滚动体表面涂层的方法与装置，采用采用磁控溅射技术，真空度0.1MPa，功率150W，电流为50mA,靶材为纯MoS2，在纯氩气条件下，将一批数量为200个，直径为9.525mm的精密Si3N4陶瓷球安装在该夹具上，放置在磁控溅射设备中，溅射时间25小时后，精密陶瓷球表面制备了厚度为2μm的均匀MoS2涂层。涂层与精密陶瓷球的结合性能优异，对精密球的圆度等影响较小，提高了精密球的减摩抗磨性能。
实施例七：本实施例所涉及一种批量制备精密球形滚动体表面涂层的方法与装置，采用等离子体基离子注入与沉积技术，沉积气压为1.5Pa，放电电压为20kV，电流为20mA，气体成分为C2H2:H2＝10:1时，将一批数量为200个，直径为9.525mm的精密Si3N4陶瓷球安装在该夹具上，放置在磁控溅射设备中，溅射时间15小时后，精密陶瓷球表面制备了厚度为1μm的均匀DLC涂层。涂层与精密陶瓷球的结合性能优异，对精密球的圆度等影响较小，提高了精密球的减摩抗磨性能。
实施例八：本实施例所涉及一种批量制备精密球形滚动体表面涂层的方法与装置，采用等离子体基离子注入与沉积技术,沉积气压为1.5Pa，放电电压为20kV，电流为20mA，气体成分为C2H2:H2＝10:1时，将一批数量为200个，直径为9.525mm的精密Si3N4陶瓷球安装在该夹具上，放置在等离子体基离子注入沉积设备中，沉积时间30小时后，精密陶瓷球表面制备了厚度为2μm的均匀DLC涂层。涂层与精密陶瓷球的结合性能优异，对精密球的圆度等影响较小，提高了精密球的减摩抗磨性能。
实施例九：本实施例所涉及一种批量制备精密球形滚动体表面涂层的方法与装置，采用等离子体基离子注入与沉积技术，沉积气压为1.5Pa，放电电压为20kV，电流为20mA，气体成分为C2H2:H2＝10:1时，将一批数量为200个，直径为9.525mm的精密钢球安装在该夹具上，放置在磁控溅射设备中，溅射时间15小时后，精密陶瓷球表面制备了厚度为1μm的均匀DLC涂层。涂层与精密陶瓷球的结合性能优异，对精密球的圆度等影响较小，提高了精密球的减摩抗磨性能。
实施例十：本实施例所涉及一种批量制备精密球形滚动体表面涂层的方法与装置，采用等离子体基离子注入与沉积技术,沉积气压为1.5Pa，放电电压为20kV，电流为20mA，气体成分为C2H2:H2＝10:1时，将一批数量为200个，直径为9.525mm的钢球安装在该夹具上，放置在等离子体基离子注入沉积设备中，沉积时间30小时后，精密陶瓷球表面制备了厚度为2μm的均匀DLC涂层。涂层与精密陶瓷球的结合性能优异，对精密球的圆度等影响较小，提高了精密球的减摩抗磨性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种批量制备精密球形滚动体表面涂层的装置，其特征在于，所述批量制备精密球形滚动体表面涂层的装置包括驱动齿轮(9)和多组夹具，每组夹具包括精密球形滚动体(1)、固定底座(2)、旋转底座(3)、挡圈(4)、从动齿轮(5)、旋转套筒(6)、轴承(7)和固定轴(8)，每组夹具通过从动齿轮(5)与驱动齿轮(9)相啮合，待制备的精密球形滚动体(1)放置于固定底座(2)的锥面与旋转底座(3)内圈表面之间，精密球形滚动体(1)跟随旋转底座(3)转动，固定底座(2)为一带有锥面的圆台，固定底座(2)通过螺母固定在固定轴(8)上，旋转底座(3)的内外圈均为圆柱面，旋转底座(3)的内圈表面带有一定的波纹度，旋转底座(3)通过螺栓与旋转套筒(6)相连且随旋转套筒(6)转动，从动齿轮(5)通过键连接与旋转套筒(6)相连且通过挡圈(4)轴上固定，从动齿轮(5)带动旋转套筒(6)与旋转底座(3)转动；
将多个待制备精密球形滚动体(1)放置在旋转底座(3)的波纹面与固定底座(2)的锥面之间，通过驱动齿轮(9)带动每组夹具的从动齿轮(5)转动，从动齿轮(5)带动旋转套筒(6)及旋转底座(3)进行转动，从而带动精密球形滚动体(1)进行均匀连续转动，在滚动体转动的过程中，对滚动体进行离子注入，形成沉积改性涂层；其中旋转底座(3)的波纹面可以保证球始终存在水平方向的转动，避免球在两个面间不转或卡死，导致制备的涂层不均、或球不必要的磨损，固定底座(2)的锥面可以防止球在径向的窜动，使球更好地与旋转底座(3)波纹面贴合，轴承(7)使驱动套筒相对固定轴(8)转动，并承受轴向载荷，固定轴(8)对固定底座(2)进行固定。
2.根据权利要求1所述的一种批量制备精密球形滚动体表面涂层的装置，其特征在于，所述旋转底座(3)的波纹面与固定底座(2)的锥面之间可放置多个待制备的精密球形滚动体(1)。
3.一种批量制备精密球形滚动体表面涂层的方法，其特征在于，所述批量制备精密球形滚动体表面涂层的方法的具体步骤为：
步骤一：将多组夹具对称放置在驱动齿轮(9)圆周方向上，使驱动齿轮(9)与从动齿轮(5)啮合；
步骤二：将多个待处理的精密球形滚动体(1)对称放置在固定底座(2)的锥面与旋转底座(3)的波纹面之间；
步骤三：旋转驱动齿轮(9)匀速转动，带动圆周方向的各个从动齿轮(5)匀速转动，从动齿轮(5)带动旋转底座(3)匀速转动，使精密球形滚动体(1)在固定底座(2)与旋转底座(3)之间均匀转动，精密球形滚动体（ 1 ） 分别相对旋转底座(3)的波纹面与固定底座(2)的锥面滚动，通过这两个方向的运动可以保证精密球形滚动体(1)的均匀转动，从而保证制备沉积改性涂层的均匀；
步骤四：在精密球形滚动体(1)均匀转动时，使用表面离子注入沉积法在精密球形滚动体(1)表面制备厚度均匀的改性涂层，直至达到要求的溅射时间。
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