CN110561797A - 一种含碳针织物自润滑复合材料衬层螺纹的螺母制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及螺旋副制备成型工艺领域，更具体地，涉及一种含碳针织物自润滑复合材料衬层螺纹的螺母制备方法。这种新型传动螺旋副的螺母结构以钢或铸铁为基体，内螺纹表面涂覆含碳针织物自润滑复合材料衬层，厚度一般为1‑2mm，可根据具体情况适当增减。其中，螺旋面摒弃传统的切削加工而采用成形加工，内螺纹表面自润滑复合材料衬层通过“裹覆‑注射”法制成，通过本方法制备的螺旋副兼有优良的减摩耐磨性能和高的承载能力。本方法可以满足不同型号丝杠螺母的碳针织物自润滑复合材料衬层传动螺母的制备，成型原料制备方便，操作简单，效率高，有效降低制作成本。

Description

一种含碳针织物自润滑复合材料衬层螺纹的螺母制备方法

技术领域

本发明涉及螺旋副制备成型工艺领域，更具体地，涉及一种含碳针织物自润滑复合材料衬层螺纹的螺母制备方法。

背景技术

对于碳针织物自润滑复合材料衬层螺旋副的研究，其制备成型工艺也是关键的技术之一。目前制备方案以碳纤维针织物作为增强衬层，通过纤维编制机将其编织成螺旋状套装在工艺丝杆上；再配制自润滑复合材料涂刷于碳纤维针织物表面，通过丝杆/螺母的螺旋配合，经过高温固化后，自润滑复合材料衬层将黏附于螺母内螺纹表面，制成新型传动螺母。在自润滑衬层的制作中，目前通过纤维编制机将碳针织物编织成螺旋状套装在工艺丝杆上，因不同型号丝杠螺母需要不同的编制工艺，造成加工成本高，加工难度大，效率低。因此，提供一种简单、高效、低成本的碳针织物自润滑复合材料衬层传动螺母制备方法具有非常重要的实际意义。

本发明结合公开号为CN110039712A的【一种碳纤维螺母的挤塑成型装置及成型方法】所提供的挤塑成型装置，进行挤塑成型工艺，关于挤塑成型装置的具体结构和操作过程均已得到公开。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的缺陷，提供一种含碳针织物自润滑复合材料衬层螺纹的螺母制备方法，针对不同型号丝杠螺母，可以实现简单、高效、低成本的碳针织物自润滑复合材料衬层传动螺母制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种含碳针织物自润滑复合材料衬层螺纹的螺母制备方法，包括但不限于以下步骤：

S1按国家标准螺纹螺距要求，加工螺母内螺纹，并在螺母内螺纹的轴向中心加工至少两处注射孔，所述注射孔连通螺纹面与外侧面。

S2对螺母的螺纹面进行偶联反应。

S3加工与所述螺母相装配的工艺丝杠，所述工艺丝杠的螺纹面长度不小于螺母的螺纹面长度，对工艺丝杠进行预处理。

S4制作碳针织物，所述碳针织物的面积大于螺纹配合的面积。

S5将碳针织物裹覆于工艺丝杠的螺纹面，并进行固定。

S6制备用于提高耐磨性能的复合材料胶体。

S7将所述复合材料胶体均匀涂刷至裹覆好的工艺丝杠表面。

S8把螺母旋入工艺丝杠，并将整体装配至注射成型装置；该注射成型装置即为已公开专利中挤塑成型装置的一部分。

S9通过注射成型装置，将复合材料胶体注射进所述注射孔，注射到螺母与工艺丝杠之间的螺纹配合间隙，形成自润滑衬层；该过程为注射补胶二次固化成型。

S10将螺母与工艺丝杠整体进行工艺后处理，最后将螺母从工艺丝杠上拧出，得到含碳针织物自润滑复合材料衬层螺纹的螺母。

优选地，所述注射孔关于轴心呈中心对称分布，注射孔的孔径为4mm。

优选地，所述偶联反应的步骤如下：先配置3％KH560的甲醇溶液，静置2h使其充分水解，而后将螺母浸泡于该溶液90min，再取出螺母烘干以备用。

优选地，所述工艺丝杠的预处理为脱模剂涂覆，包括以下步骤：首先工艺丝杆用丙酮进行清洗，洗净后在烘箱中以90摄氏度恒温预热20min，然后夹持于车床卡盘上，以300r/min转速启动车床，同时将液态的铸造石蜡均勾涂刷至工艺丝杆的螺纹表面，厚度控制在0.1-0.2mm，施以热风使其慢慢凝固，最后再以300r/min转速启动车床，同时将润滑脂均匀涂刷至铸造石蜡表面，厚度控制在0.1-0.2mm。

优选地，所述碳针织物为矩形碳纤维织布，其长度为工艺丝杠螺纹面长度的两倍，宽度为工艺丝杠螺纹面大径的两倍；所述碳针织物需进行预处理，预处理步骤包括：首先在丙酮中浸泡48h，然后在烘箱中以120摄氏度恒温2h烘干，再用去离子水在超声波中清洗30min，最后进行偶联反应。

优选地，所述S5包括以下步骤:

S51首先将处理好的工艺丝杠夹持于车床卡盘上，再将所述碳针织物水平放置于工艺丝杠上；

S52然后以碳针织物其中一角作为旋转中心，将碳针织物进行45度旋转后置于工艺丝杠上，把碳针织物已裹覆的一端进行固定；

S53将剩下的碳针织物沿着其45度方向螺旋裹覆，并且碳针织物中间需要重叠工艺丝杠大径的一半；在裹覆的同时，用矩形橡胶条沿着工艺丝杠的螺纹将碳针织物紧紧绑缚在工艺丝杠的表面，直至碳针织物裹覆到工艺丝杠底端；

S54最后将碳针织物的另一端进行固定，完成碳针织物的裹覆工艺。

优选地，所述复合材料胶体由环氧树脂50％、4-4二氨基二苯甲院12.5％、501环氧活性稀释剂2.5％、邻苯二甲酸二丁酯5％、MoS25％、石墨3.25％、滑石粉8.25％、短切碳纤维13.5％充分混合形成，并进行抽真空去除气泡。

优选地，所述S8包括以下步骤：松开碳针织物位于工艺丝杠的一端，将螺母缓慢旋入工艺丝杆，一边旋转螺母，一边反向松下矩形橡胶条，直至螺母到达裹覆好的工艺丝杠中间位置，松开碳针织物位于工艺丝杠的另一端，最后将工艺丝杆和螺母整体真空处理60min后取出，装配至注射成型装置。

优选地，所述S10中工艺后处理的步骤包括：将工艺丝杆和螺母整体真空处理60min，然后相继进行100摄氏度高温固化2h以及160摄氏度高温固化2h，之后随炉冷却使自润滑衬层完全固化后，利用脱模剂石蜡融化实现脱模工艺。

优选地，所述螺母以钢或铸铁为基体，根据国家标准的公制螺纹螺距进行导程加工，内螺纹面预留1-2mm左右的加工余量，同时螺纹齿顶及齿底进行倒圆角处理。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在自润滑复合材料衬层的制作中，可以满足不同型号丝杠螺母的碳针织物自润滑复合材料衬层传动螺母的制备，成型原料制备方便，操作简单，效率高，有效降低制作成本。

附图说明

图1是本发明中注射装置装配剖视图。

图2是注射后A位置的局部放大图。

图3是本发明中螺母示意图。

图4是本发明中工艺丝杠示意图。

图5是本发明中自润滑衬层碳针织物的微观结构图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

实施例

如图1-2所示，本实施例提供了一种含碳针织物自润滑复合材料衬层螺纹的螺母制备方法，这种新型传动螺旋副的螺母结构以钢或铸铁为基体，内螺纹表面涂覆含碳针织物自润滑复合材料衬层，厚度一般为1-2mm，可根据具体情况适当增减。其中，螺旋面摒弃传统的切削加工而采用成形加工，内螺纹表面自润滑复合材料衬层通过“裹覆-注射”法制成，通过本方法制备的螺旋副兼有优良的减摩耐磨性能和高的承载能力。

本方法具体包括但不限于以下步骤：

S1按国家标准螺纹螺距要求，加工螺母内螺纹，并在螺母内螺纹的轴向中心加工两处注射孔，注射孔连通螺纹面与外侧面。具体地，如图3所示，注射孔关于轴心呈180度对称分布，注射孔的孔径为4mm，另外，螺母两端各加工3个两两夹角为120度的M4螺纹孔，用于注射时固定定位。

本实施例中的螺母以钢或铸铁为基体，根据国家标准的公制螺纹螺距进行导程加工，内螺纹面预留1-2mm左右的加工余量，同时螺纹齿顶及齿底进行倒圆角处理，圆角半径范围为1-2mm，因此，此处所加工的螺母螺纹规格有一定的要求，需要满足相关加工。螺母在机械加工结束后，进行预处理步骤。

S2对螺母的螺纹面进行偶联反应。螺母的预处理即为偶联反应，主要为了提高螺纹表面与碳纤维针织物之间的粘接强度，具体步骤如下：先配置3％KH560的甲醇溶液，静置2h使其充分水解，而后将螺母浸泡于该溶液90min，再取出螺母烘干以备用。

S3加工与螺母相装配的工艺丝杠，工艺丝杠的螺纹面长度不小于螺母的螺纹面长度，对工艺丝杠进行预处理。如图4所示，工艺丝杠的螺纹面根据螺母的尺寸进行匹配加工，相似的，工艺丝杠螺纹齿顶及齿底进行倒圆角处理，圆角半径范围为1-2mm。工艺丝杠在机械加工结束后，进行预处理步骤。

具体地，工艺丝杠的预处理为脱模剂涂覆，具体为采铸造石蜡-润滑脂脱模法，在减小脱模阻力的同时一定程度上给予衬层材料收缩补偿，具体包括以下步骤：首先工艺丝杆用丙酮进行清洗2-3次，洗净后在烘箱中以90摄氏度恒温预热20min，然后夹持于车床卡盘上，以300r/min转速启动车床，同时将液态的铸造石蜡均勾涂刷至工艺丝杆的螺纹表面，厚度控制在0.1-0.2mm，施以热风使其慢慢凝固，最后再以300r/min转速启动车床，同时将润滑脂均匀涂刷至铸造石蜡表面，厚度控制在0.1-0.2mm。其中，液态的铸造石蜡需预先进行熔化，具体为50％石油石蜡和50％植物硬脂酸混合物。

S4制作碳针织物，碳针织物的面积大于螺纹配合的面积。碳针织物为矩形碳纤维织布，需要裁剪为特定的尺寸，其长度为工艺丝杠螺纹面长度的两倍，宽度为工艺丝杠螺纹面大径的两倍，整体呈条形，并用细丝线对矩形四边进行锁边，防止矩形碳纤维织布的纤维散落。而且，碳针织物需进行预处理，预处理步骤包括：首先在丙酮中浸泡48h，然后在烘箱中以120摄氏度恒温2h烘干，再用去离子水在超声波中清洗30min，最后进行偶联反应，该偶联反应与螺母偶联反应操作一致。

S5将碳针织物裹覆于工艺丝杠的螺纹面，并进行固定。

S5包括以下步骤:

S51首先将处理好的工艺丝杠夹持于车床卡盘上，再将碳针织物水平放置于工艺丝杠上；

S52然后以碳针织物其中一角作为旋转中心，将碳针织物进行45度旋转后置于工艺丝杠上，用扎带或者塑料绳把碳针织物已裹覆的一端和矩形橡胶条绑缚在处理好的工艺丝杠顶端，此为裹覆前的准备；

S53将剩下的碳针织物沿着其45度方向螺旋裹覆，并且碳针织物中间需要重叠工艺丝杠大径的一半；在裹覆的同时，用矩形橡胶条沿着工艺丝杠的螺纹将碳针织物紧紧绑缚在工艺丝杠的表面，直至碳针织物裹覆到工艺丝杠底端；

S54最后用扎带或者塑料绳将碳针织物的另一端和矩形橡胶条绑缚在处理好的工艺丝杠的底端，完成碳针织物的裹覆工艺。

S6制备用于提高耐磨性能的复合材料胶体。复合材料胶体由环氧树脂50％、4-4二氨基二苯甲院12.5％、501环氧活性稀释剂2.5％、邻苯二甲酸二丁酯5％、MoS25％、石墨3.25％、滑石粉8.25％、短切碳纤维13.5％充分混合形成，并进行抽真空去除气泡。衬层材料以环氧树脂为基体，加入短切碳纤维以及MoS2、石墨等减磨相，以及各种填料及改性物质。

经多次试验，确定优化配方，使复合材料具有优良的综合机械性能及减摩耐磨性能。这种材料具有强度高、耐冲击、摩擦系数低、耐磨、固化收缩率小等优点。经反复试验，所得优化配方的具体百分比如下：环氧树脂(E51,CYD-128)50％、4-4二氨基二苯甲院(DDM)12.5％、501环氧活性稀释剂2.5％、邻苯二甲酸二丁酯5％、MoS25％、石墨3.25％、滑石粉8.25％、短切碳纤维13.5％。

S7将复合材料胶体均匀涂刷至裹覆好的工艺丝杠表面。将裹覆好的工艺丝杠夹持于车床卡盘上以300r/min转速启动车床，同时将配置好的复合材料胶体均勾涂刷至裹覆好的工艺丝杠表面，厚度控制在0.4mm左右，施以热风使其慢慢半凝固。

S8把螺母旋入工艺丝杠，并将整体装配至注射成型装置；该注射成型装置即为已公开专利CN110039712A中的挤塑成型装置中的一部分。S8包括以下步骤：松开碳针织物位于工艺丝杠的一端，即松开工艺丝杠顶端的扎带或者塑料绳，将螺母缓慢旋入工艺丝杆，一边旋转螺母，一边反向松下矩形橡胶条，直至螺母到达裹覆好的工艺丝杠中间位置，松开碳针织物位于工艺丝杠的另一端，最后将工艺丝杆和螺母整体真空处理60min后取出，装配至注射成型装置。

如图1所示，注射装置包括螺母及旋入螺母中的工艺丝杆、以及用于螺母定位的左右两个定位块，定位块上设有用于锁紧工艺丝杠的紧定螺钉。经过特殊加工的定位块可以保证螺母和工艺丝杆的自润滑衬层在轴向、周向和径向均能均匀分布。先将螺母1、定位块2、与工艺丝杆3、装配在一起，使其端面紧贴，最后固定紧定螺钉4以及锁紧螺钉5，确保螺母和工艺丝杆的螺纹表面在轴向、周向和径向三维均是均匀的。

S9通过注射成型装置，将复合材料胶体注射进螺母注射孔，注射到螺母与工艺丝杠之间的螺纹配合间隙。由于碳针织物的间隙，复合材料胶体在注射压力下可穿过碳针织物，因此在碳针织物内外两层均覆盖有复合材料胶体，最终形成自润滑衬层，如图2中碳针织物6、复合材料胶体7的分布所示，如图5中自润滑衬层碳针织物的微观结构所示。该过程为注射补胶二次固化成型。

S10将螺母与工艺丝杠整体进行工艺后处理，最后将螺母从工艺丝杠上拧出，得到含碳针织物自润滑复合材料衬层螺纹的螺母。S10中工艺后处理的步骤包括：将工艺丝杆和螺母整体真空处理60min，然后相继进行100摄氏度高温固化2h以及160摄氏度高温固化2h，之后随炉冷却使自润滑衬层完全固化后，利用脱模剂石蜡融化实现脱模工艺。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种含碳针织物自润滑复合材料衬层螺纹的螺母制备方法，其特征在于：包括但不限于以下步骤：

S1按国家标准螺纹螺距要求，加工螺母内螺纹，并在螺母内螺纹的轴向中心加工至少两处注射孔，所述注射孔连通螺纹面与外侧面；

S2对螺母的螺纹面进行偶联反应；

S3加工与所述螺母相装配的工艺丝杠，所述工艺丝杠的螺纹面长度不小于螺母的螺纹面长度，对工艺丝杠进行预处理；

S4制作碳针织物，所述碳针织物的面积大于螺纹配合的面积；

S5将碳针织物裹覆于工艺丝杠的螺纹面，并进行固定；

S6制备用于提高耐磨性能的复合材料胶体；

S7将所述复合材料胶体均匀涂刷至裹覆好的工艺丝杠表面；

S8把螺母旋入工艺丝杠，并将整体装配至注射成型装置；

S9通过注射成型装置，将复合材料胶体注射进所述注射孔，注射到螺母与工艺丝杠之间的螺纹配合间隙，形成自润滑衬层；

S10将螺母与工艺丝杠整体进行工艺后处理，最后将螺母从工艺丝杠上拧出，得到含碳针织物自润滑复合材料衬层螺纹的螺母。

2.根据权利要求1所述的一种含碳针织物自润滑复合材料衬层螺纹的螺母制备方法，其特征在于：所述注射孔关于轴心呈中心对称分布，注射孔的孔径为4mm。

3.根据权利要求2所述的一种含碳针织物自润滑复合材料衬层螺纹的螺母制备方法，其特征在于：所述偶联反应的步骤如下：先配置3％KH560的甲醇溶液，静置2h使其充分水解，而后将螺母浸泡于该溶液90min，再取出螺母烘干以备用。

4.根据权利要求3所述的一种含碳针织物自润滑复合材料衬层螺纹的螺母制备方法，其特征在于：所述工艺丝杠的预处理为脱模剂涂覆，包括以下步骤：首先工艺丝杆用丙酮进行清洗，洗净后在烘箱中以90摄氏度恒温预热20min，然后夹持于车床卡盘上，以300r/min转速启动车床，同时将液态的铸造石蜡均勾涂刷至工艺丝杆的螺纹表面，厚度控制在0.1-0.2mm，施以热风使其慢慢凝固，最后再以300r/min转速启动车床，同时将润滑脂均匀涂刷至铸造石蜡表面，厚度控制在0.1-0.2mm。

5.根据权利要求4所述的一种含碳针织物自润滑复合材料衬层螺纹的螺母制备方法，其特征在于：所述碳针织物为矩形碳纤维织布，其长度为工艺丝杠螺纹面长度的两倍，宽度为工艺丝杠螺纹面大径的两倍；所述碳针织物需进行预处理，预处理步骤包括：首先在丙酮中浸泡48h，然后在烘箱中以120摄氏度恒温2h烘干，再用去离子水在超声波中清洗30min，最后进行偶联反应。

6.根据权利要求5所述的一种含碳针织物自润滑复合材料衬层螺纹的螺母制备方法，其特征在于：所述S5包括以下步骤:

S51首先将处理好的工艺丝杠夹持于车床卡盘上，再将所述碳针织物水平放置于工艺丝杠上；

S52然后以碳针织物其中一角作为旋转中心，将碳针织物进行45度旋转后置于工艺丝杠上，把碳针织物已裹覆的一端进行固定；

S53将剩下的碳针织物沿着其45度方向螺旋裹覆，并且碳针织物中间需要重叠工艺丝杠大径的一半；在裹覆的同时，用矩形橡胶条沿着工艺丝杠的螺纹将碳针织物紧紧绑缚在工艺丝杠的表面，直至碳针织物裹覆到工艺丝杠底端；

S54最后将碳针织物的另一端进行固定，完成碳针织物的裹覆工艺。

7.根据权利要求6所述的一种含碳针织物自润滑复合材料衬层螺纹的螺母制备方法，其特征在于：所述复合材料胶体由环氧树脂50％、4-4二氨基二苯甲院12.5％、501环氧活性稀释剂2.5％、邻苯二甲酸二丁酯5％、MoS25％、石墨3.25％、滑石粉8.25％、短切碳纤维13.5％充分混合形成，并进行抽真空去除气泡。

8.根据权利要求7所述的一种含碳针织物自润滑复合材料衬层螺纹的螺母制备方法，其特征在于：所述S8包括以下步骤：松开碳针织物位于工艺丝杠的一端，将螺母缓慢旋入工艺丝杆，一边旋转螺母，一边反向松下矩形橡胶条，直至螺母到达裹覆好的工艺丝杠中间位置，松开碳针织物位于工艺丝杠的另一端，最后将工艺丝杆和螺母整体真空处理60min后取出，装配至注射成型装置。

9.根据权利要求8所述的一种含碳针织物自润滑复合材料衬层螺纹的螺母制备方法，其特征在于：所述S10中工艺后处理的步骤包括：将工艺丝杆和螺母整体真空处理60min，然后相继进行100摄氏度高温固化2h以及160摄氏度高温固化2h，之后随炉冷却使自润滑衬层完全固化后，利用脱模剂石蜡融化实现脱模工艺。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种含碳针织物自润滑复合材料衬层螺纹的螺母制备方法，其特征在于：所述螺母以钢或铸铁为基体。