CN113503313A - 一种铜钢复层轴套及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铜钢复层轴套及其制备方法，该铜钢复层轴套包括位于内部的铜内套，铜内套的外部设有与其过盈配合的钢套,铜内套和钢套的中轴线位置相同；铜内套的外壁具有向内凹陷的铜内槽，钢套的内壁具有向外凸出的钢内凸，钢内凸的横截面面积小于两相邻钢内凸之间区域的横截面面积，铜内槽与所述钢内凸一一对应；铜内槽的宽度与所述钢内凸的宽度相适配，且铜内槽的深度大于钢内凸的高度；钢内凸与铜内槽之间形成有第一间隙，当铜内套受热发生膨胀时，第一间隙作为容纳空间可以用于容纳铜内套的膨胀体积，减小其形变对轴套整体结构带来的不利影响；本方案通过在钢套上设置钢内凸，提高该铜钢复层轴套整体结构的稳定性，延长其使用寿命。

Description

一种铜钢复层轴套及其制备方法

技术领域

本发明涉及轴套技术领域，具体涉及一种铜钢复层轴套及其制备方法。

背景技术

轴套，是当代机械设备中一种重要零部件。它的主要功能是支撑机械旋转体，降低其运动过程中的摩擦系数，并保证其回转精度，因此就需要轴套具有良好的摩擦学性能和满足工况条件的强度。

铜合金具有较高的强度，易于加工，较耐疲劳，色泽美观，并具有良好的热导性和耐蚀性，优良的摩擦学性能，在轴套领域，应用广泛，特别是中高端市场，如液压元件领域，行业标准为JG/T 5118-1999《液压挖掘机工作装置用销套》，在该标准中，轴套的材料推荐采用GCr15 ZCuAl10Fe3Mn2；但轴套材料采用GCr15时其淬火硬度值为HRC58-63，与其装配的销轴应镀铬；轴套材料采用ZCuAl10Fe3Mn2时，销轴不要镀铬处理。

铜合金价格较高，密度较大，相应的生产成本就会增加。钢铁材料具有很高的强度和硬度，抗变形能力、承载性能非常好，但摩擦学性能不如铜合金。如文献CN200910102193.0公开了一种以整体式碳钢或不锈钢为承载基体，以铜铝合金为基体作为耐磨减摩层，通过烧末压制烧结而制备的含油双金属滑动轴承，烧结材料作为减摩层，可烧结减摩层密度较低，承载能力会受到影响，减摩机理主要是含油润滑，是无油或少油时，轴承的使用性能会明显下降。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明的目的是提供一种铜钢复层轴套及其制备方法,本发明采用的技术方案为：

第一种方案，一种铜钢复层轴套，包括位于内部的铜内套,所述铜内套的外部设有与其过盈配合的钢套,所述铜内套和钢套的中轴线位置相同；所述铜内套的外壁具有向内凹陷的铜内槽，所述钢套的内壁具有向外凸出的钢内凸，所述钢内凸的横截面面积小于两相邻钢内凸之间区域的横截面面积，所述钢内凸与铜内槽一一对应；所述铜内槽的宽度与所述钢内凸的宽度相配合，且铜内槽的深度大于钢内凸的高度；所述钢内凸与铜内槽之间形成有第一间隙。作为优选的技术方案，所述钢内凸的长度延伸方向平行于钢套的中轴线，或所述钢内凸在钢套的内壁呈螺旋形分布；所述钢内凸与铜内槽相配合。当钢内凸的长度延伸方向平行于钢套的中轴线时，钢内凸的数量为多个，多个钢内凸沿所述钢套的内侧均匀间隔分布。进一步优选的，所述钢内凸呈圆台状或棱台状，所述钢内凸向外突出部分的横截面积随着距钢套距离的增大而减小，该形状设计的钢内凸，可以在制备轴套过程中，使其更易于与铜内槽配合，能够快速的将钢内凸对准并放入至铜内槽内，提高工作效率。

第二种方案，在第一种方案的铜钢复层轴套结构中，还可以在所述钢套的外部设有与其过盈配合的铜外套，形成从外至内依次为铜外套、钢套、铜内套的三层复合结构，铜外套作为最外层的摩擦接触层，特别是对于大型轴套，即可以节约铜材，又可以减轻轴套的重量。铜外套与钢套的连接结构为：所述铜外套和钢套的中轴线位置相同；所述钢套的外壁具有向外凸出的钢外凸,所述铜外套的内壁具有向内凹陷的铜外槽，所述钢外凸的横截面面积小于两相邻钢外凸之间区域的横截面面积，所述铜外槽与所述钢外凸一一对应；所述铜外槽的宽度与所述钢外凸的宽度相配合，且铜外槽的深度大于钢外凸的高度；所述钢外凸与铜外槽之间形成有第二间隙。优选的，所述钢外凸的长度延伸方向平行于钢套的中轴线，或所述钢外凸在钢套的外壁呈螺旋形分布；所述钢外凸与铜外槽相配合。进一步优选的，所述钢外凸呈圆台状或棱台状，所述钢外凸向外突出部分的横截面积随着距钢套距离的增大而减小。该形状设计的钢外凸，可以在制备轴套过程中，使其更易于与铜外槽配合，能够快速的将钢外凸对准并放入至铜外槽内，提高工作效率。

以第二种方案中提供的铜钢复层轴套结构的制备方法为例，对其制备方法给出说明，步骤如下：

第一步，铜内套复合：将铜内套放置于温度低于-50℃的低温环境中进行低温处理，铜内套体积收缩变小；然后将铜内套从低温环境中取出，使铜内套上的铜内槽与钢套上的钢内凸一一对应，将体积变小的铜内套放入钢套的内部，铜内套的温度逐渐回升，同时体积膨胀，钢套与铜内套之间形成过盈配合，形成钢合套。铜的膨胀系数较大，采用铜内套低温处理时尺寸变化明显，易于与钢套复合。

优选的，所述将体积变小的铜内套放入钢套的内部前，对钢套进行不超过100度的加热处理，通过对钢套进行适当的加热处理，使其体积膨胀，这样更易于将铜内套放入至钢套内。加热处理时，不超过100度，钢的组织和性能不会发生变化。

第二步，铜外套复合：将铜外套放置于温度不高于150℃的环境中进行加热处理，铜外套体积膨胀变大；将钢合套放置于温度低于-50℃的低温环境中进行低温处理，钢合套体积收缩变小；将铜外套取出，使铜外套上的铜外槽与钢套上的钢外凸一一对应，将钢合套放入铜外套的内部，铜外套的温度逐渐降低同时体积收缩，钢合套的体积逐渐膨胀，形成过盈配合，得到复层轴套；

第三步，稳定性处理：最后将过盈配合的复层轴套放入100-200℃的环境中，进行稳定性处理，降温至室温后，得到铜钢复层轴套毛坯。稳定性处理时，铜的膨胀系数大于钢的膨胀系数，铜合金的膨胀量大于钢的膨胀量，由于钢的硬度大于铜的硬度，因此铜合金会发生一些塑形变形，使钢内凸与铜内槽、钢外凸与铜外槽的配合程度更吻合，可以增加产品后续加工过程，使用过程的尺寸稳定性。

第四步，机械加工：将铜钢复层轴套毛坯按图纸要求，加工为产品，优选的，以钢套为加工基准。

当铜钢复层轴套结构仅为钢套、铜内套的二层复合结构时(即上述第一种方案描述的结构)，制备方法可以参考上述铜外套、钢套、铜内套的三层复合结构制备工艺，区别在于仅省略第二步即可。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的铜钢复层轴套，考虑钢套的硬度大于铜内套或铜外套的硬度，选择在钢套上设置钢内凸或钢外凸，是因为钢具有较大的硬度和较高的强度，当钢内凸或钢外凸与铜内槽之间产生互相作用力时，钢不易产生形变，从而保证轴套在工作状态承受扭矩时，钢套与铜内套或铜外套之间不会发生脱落，使复层轴套保持为整体状态，又因为在常温下，钢套与铜内套或铜外套之间是过盈配合，提高了铜钢复层轴套整体结构的稳定性。如果在铜合金层设置凸起，由于铜合金材质硬度较低，该凸起易发生形变变形，而导致其承载能力有限，扭矩较大时，铜合金凸起可能会发生剪切。

本发明提供的铜钢复层轴套，具有第一间隙或第二孔隙，当铜内套受热发生膨胀时，第一间隙或第二孔隙，作为容纳空间可以用于容纳铜内套的膨胀体积，从而消除铜内套或铜外套由于形变作用对轴套整体结构带来的不利影响，延长其使用寿命。如果不设置第一间隙或第二孔隙，铜合金层与钢套层之间为紧密复合在一起，为无间隙结合，而轴套在使用过程中，因长期处于摩擦状态，会导致轴套的温度升高，而较高的温度易使其受热膨胀体积增大，因在凸起结合处铜合金层与钢套层的厚度与非结合处的厚度不一致，就会导致膨胀量不均匀，引起铜合金层甚至轴套整体不均匀膨胀，如果再加上凸起为铜合金，变形将会更加显著，大大缩短轴套的使用寿命。

本方案中铜内套与钢套之间、钢套与铜外套之间均为过盈配合，复合结构可以紧密结合成一体结构；此外，通过钢套的结构设计，在增加轴套结构整体硬度的同时，可以降低铜材料的使用，降低生产成本。

复层轴套加工时，采用钢套作为基准，加工出的轴套，钢套的厚度偏差较小，由于钢套硬度大，工作时受压不易发生塑形变形，延长轴套的使用寿命。

附图说明

图1为实施例1提供的铜钢复层轴套的结构示意图；

图2为图1中A部放大图；

图3为实施例1中铜内套的结构示意图；

图4为实施例1中钢套的结构示意图；

图5为实施例2提供的铜钢复层轴套的结构示意图；

图6为图5中B部放大图；

图7为实施例2中铜内套与的钢套组成的钢合套的结构示意图；

图8为实施例2中铜外套的结构示意图；

附图标记：1-铜内套，2-钢套，3-铜内槽，4-钢内凸，5-第一间隙，6-铜外套，7-钢外凸，8-铜外槽，9-第二间隙。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作更进一步的说明。显然，所描述的实施例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。

需要说明的是本发明中，术语“内”、“外”、“长”、“宽”、“高”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为本发明的限制。本发明中术语“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。

实施例1

参考图1-图4，一种铜钢复层轴套，包括位于内部的铜内套1,铜内套1的外部设有与其过盈配合的钢套2,铜内套1和钢套2的中轴线位置相同；铜内套1的外壁具有向内凹陷的铜内槽3，钢套2的内壁均匀具有向外凸出的钢内凸4，钢内凸4的横截面面积小于两相邻钢内凸之间区域的横截面面积，铜内槽3与钢内凸4一一对应；铜内槽3的宽度与钢内凸4的宽度相适配，且铜内槽3的深度大于钢内凸4的高度；钢内凸4与铜内槽3之间形成有第一间隙5。优选的，钢内凸的长度延伸方向平行于钢套的中轴线，或所述钢内凸在钢套的内壁呈螺旋形分布；所述钢内凸与铜内槽相配合。进一步的,钢内凸4呈圆台状或棱台状，钢内凸4向外突出部分的横截面积随着距钢套距离的增大而减小，该形状设计的钢内凸，可以在制备轴套过程中，使其更易于与铜内槽配合，能够快速的将钢内凸对准并放入至铜内槽内，提高工作效率

本实施例中铜钢复层轴套的制备方法如下：

第一步，铜内套复合：将铜内套1放置于温度低于-50℃的低温环境中进行低温处理，铜内套体积收缩变小；然后将铜内套1从低温环境中取出，使铜内套1上的铜内槽3与钢套2上的钢内凸4一一对应，将体积变小的铜内套1放入钢套2的内部，铜内套1的温度逐渐回升，同时体积膨胀，钢套2与铜内套3之间形成过盈配合，形成复层轴套；优选的，将体积变小的铜内套放入钢套的内部前，对钢套进行不超过100度的加热处理。

第二步，稳定性处理：将复层轴套放入100-200℃的环境中，进行稳定性处理，降温至室温后，得到铜钢复层轴套毛坯；

第三步，机械加工：将铜钢复层轴套毛坯按图纸要求，加工为产品，即得铜钢复层轴套。

上述制备方法中铜内套1可由带铜内槽的铜材加工成套状制成；或使用不带铜内槽的铜材加工成套状后，通过机械加工在其外壁加工形成铜内槽后制成；或使用铸铜工艺加工为带铜内槽的铜内套；

上述制备方法中钢套2可由带钢内凸的钢材加工成套状制成；或使用不带钢内凸的钢材加工套状后，使用机械加工成带钢内凸的钢套。

实施例2

参考图5-图8,作为另一个实施方式，在实施例1中具有的结构基础上，钢套2的外部还设有与其过盈配合的铜外套6；形成从外至内依次为铜外套6、钢套2、铜内套1的三层复合结构，铜外套6作为最外层的摩擦接触层，特别是对于大型轴套，即可以节约铜材，又可以减轻轴套的重量。铜外套与钢套的连接结构为：所述铜外套6和钢套2的中轴线位置相同；钢套2的外壁具有向外凸出的钢外凸7,所述铜外套6的内壁具有向内凹陷的铜外槽8，钢外凸7的横截面面积小于两相邻钢外凸之间区域的横截面面积，所述铜外槽8与所述钢外凸7一一对应；所述铜外槽8的宽度与所述钢外凸7的宽度相配合，且铜外槽8的深度大于钢外凸7的高度；所述钢外凸7与铜外槽8之间形成有第二间隙9。优选的，所述钢外凸7的长度延伸方向平行于钢套2的中轴线，或所述钢外凸7在钢套的外壁呈螺旋形分布；所述钢外凸与铜外槽相配合。进一步优选的，所述钢外凸7呈圆台状或棱台状，所述钢外凸向外突出部分的横截面积随着距钢套距离的增大而减小。该形状设计的钢外凸，可以在制备轴套过程中，使其更易于与铜外槽配合，能够快速的将钢外凸对准并放入至铜外槽内，提高工作效率。

本实施例中铜钢复层轴套的制备方法如下：

第一步，铜内套复合：将铜内套1放置于温度低于-50℃的低温环境中进行低温处理，铜内套体积收缩变小；然后将铜内套1从低温环境中取出，使铜内套1上的铜内槽3与钢套2上的钢内凸4一一对应，将体积变小的铜内套1放入钢套2的内部，铜内套1的温度逐渐回升，同时体积膨胀，钢套2与铜内套3之间形成过盈配合，形成钢合套；优选的，将体积变小的铜内套放入钢套的内部前，对钢套进行不超过100度的加热处理。

第二步，铜外套复合：将铜外套6放置于温度不高于150℃的环境中进行加热处理，铜外套6体积膨胀变大；将钢合套放置于温度低于-50℃的低温环境中进行低温处理，钢合套体积收缩变小；将铜外套取出，使铜外套上的铜外槽与钢套上的钢外凸一一对应，将钢合套放入铜外套的内部，铜外套的温度逐渐降低同时体积收缩，钢合套的体积逐渐膨胀，形成过盈配合，得到复层轴套；

第三步，稳定性处理：最后将过盈配合的复层轴套放入100-200℃的环境中，进行稳定性处理，降温至室温后，得到铜钢复层轴套毛坯。稳定性处理时，铜的膨胀系数大于钢的膨胀系数，铜合金的膨胀量大于钢的膨胀量，由于钢的硬度大于铜的硬度，因此铜合金会发生一些塑形变形，使钢内凸与铜内槽、钢外凸与铜外槽的配合程度更吻合，可以增加产品后续加工过程，使用过程的尺寸稳定性。

第四步，机械加工：将铜钢复层轴套毛坯按图纸要求，加工为产品，即得铜钢复层轴套。优选的，以钢套为加工基准。

上述实施例中提供的铜钢复层轴套，在制作的过程中，不需要粘结剂，可以排除粘结剂对轴承性能的影响，如粘结剂本身对轴承性能的影响，使用过程中，粘结剂结合不好对摩擦学性能的影响；制备工艺不需要镀铜，减少环境污染。另外，铜内套与钢套之间、钢套与铜外套之间均为过盈配合，复合结构可以紧密结合成一体结构，结构的稳定性更好。

Claims (10)

1.一种铜钢复层轴套，其特征在于：包括位于内部的铜内套，所述铜内套的外部设有与其过盈配合的钢套,所述铜内套和钢套的中轴线位置相同；所述铜内套的外壁具有向内凹陷的铜内槽,所述钢套的内壁具有向外凸出的钢内凸，所述钢内凸的横截面面积小于两相邻钢内凸之间区域的横截面面积，所述铜内槽与所述钢内凸一一对应；所述铜内槽的宽度与所述钢内凸的宽度相适配，且铜内槽的深度大于钢内凸的高度；所述钢内凸与铜内槽之间形成有第一间隙。

2.根据权利要求1所述的铜钢复层轴套，其特征在于：所述钢内凸的长度延伸方向平行于钢套的中轴线方向；所述钢内凸与铜内相配合。

3.根据权利要求1所述的铜钢复层轴套，其特征在于：所述钢内凸在钢套的外壁呈螺旋形分布；所述钢内凸与铜内相配合。

4.根据权利要求1所述的铜钢复层轴套，其特征在于：所述钢内凸呈圆台状或棱台状，所述钢内凸向外突出部分的横截面积随着距钢套距离的增大而减小。

5.如权利要求1-4任一项所述的铜钢复层轴套的制备方法，其特征在于：步骤如下：

第一步，铜内套复合：将铜内套放置于温度低于-50℃的低温环境中进行低温处理，铜内套体积收缩变小；然后将铜内套从低温环境中取出，使铜内套上的铜内槽与钢套上的钢内凸一一对应，将体积变小的铜内套放入钢套的内部，铜内套的温度逐渐回升，同时体积膨胀，钢套与铜内套之间形成过盈配合，形成复层轴套；

第二步，稳定性处理：将复层轴套放入100-200℃的环境中，进行稳定性处理，降温至室温后，得到铜钢复层轴套毛坯；

第三步，机械加工：将铜钢复层轴套毛坯按图纸要求，加工为产品，即得铜钢复层轴套。

6.根据权利要求5所述的铜钢复层轴套的制备方法，其特征在于：第一步中，将体积变小的铜内套放入钢套的内部前，对钢套进行不超过100度的加热处理。

7.根据权利要求1-4任一项所述的铜钢复层轴套，其特征在于：所述钢套的外部设有与其过盈配合的铜外套；所述钢套的外壁具有向外凸出的钢外凸,所述铜外套的内壁具有向内凹陷的铜外槽；所述钢外凸的横截面面积小于两相邻钢外凸之间区域的横截面面积，所述铜外槽与所述钢外凸一一对应；所述铜外槽的宽度与所述钢外凸的宽度相适配，且铜外槽的深度大于钢外凸的高度；所述钢外凸与铜外槽之间形成有第二间隙。

8.根据权利要求7所述的铜钢复层轴套，其特征在于：所述钢外凸呈圆台状或棱台状，所述钢外凸向外突出部分的横截面积随着距钢套距离的增大而减小。

9.如权利要求7所述的铜钢复层轴套的制备方法，其特征在于：步骤如下：

第一步，铜内套复合：将铜内套放置于温度低于-50℃的低温环境中进行低温处理，铜内套体积收缩变小；然后将铜内套从低温环境中取出，使铜内套上的铜内槽与钢套上的钢内凸一一对应，将体积变小的铜内套放入钢套的内部，铜内套的温度逐渐回升，同时体积膨胀，钢套与铜内套之间形成过盈配合，形成钢合套；

第二步，铜外套复合：将铜外套放置于温度不高于150℃的环境中进行加热处理，铜外套体积膨胀变大后将铜外套取出，使铜外套上的铜外槽与钢套上的钢外凸一一对应，将钢合套放入铜外套的内部，铜外套的温度逐渐降低同时体积收缩，与钢合套形成过盈配合，得到复层轴套；

第三步，稳定性处理：最后将过盈配合的复层轴套放入100-200℃的环境中，进行稳定性处理，降温至室温后，得到铜钢复层轴套毛坯；

第四步，机械加工：将铜钢复层轴套毛坯按图纸要求，加工为产品，即得铜钢复层轴套。

10.根据权利要求9所述的铜钢复层轴套的制备方法，其特征在于：第二步中，将钢合套放入铜外套的内部前，将钢合套放置于温度低于-50℃的低温环境中进行低温处理。

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