CN113857785B - 一种贴片式径向动压气体轴承的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种贴片式径向动压气体轴承的制作方法,采用金属箔片微沟槽平面预成形‑工作面固设预成形金属箔片的贴片式方法间接加工径向动压气体轴承工作面上微沟槽结构。本发明较之现有技术,加工难度大幅下降,效率高且成本低;易于实现极度复杂规格微沟槽加工;可实现气体轴承工作面微沟槽与轴承基体材料选择和材料处理差异化。

Description

一种贴片式径向动压气体轴承的制作方法
技术领域
本发明涉及一种贴片式径向动压气体轴承的制作方法。
背景技术
工作表面设微沟槽结构的径向动压气体轴承在制造时,重点是在回转工作面上加工获得尺寸精度满足要求的微尺度沟槽结构(如整体型、分立型和双向型人字槽),一般视工艺实现难度或特定需求而定,微沟槽可被加工于组成摩擦副的高速转轴工作面或径向轴承座工作面。目前适用于径向动压气体轴承工作面微沟槽成形的加工方法主要涉及超精密加工技术和特种加工技术两类加工技术。超精密加工技术包括精密车削、精密铣削、精密磨削和金刚石飞切等,特种加工技术包括电化学微细加工、激光束加工、离子束加工、电子束加工以及电火花加工等。
采用前述超精密加工技术进行气体轴承微沟槽成形时,通过定制合适尺寸、恰当形状的刀具、砂轮等配合快速发展的微机床技术和数控技术,可实现等于或小于微米尺度的微沟槽成形,但是此类方法存在以下缺点:加工效率低,批量加工成本高昂;小尺度刀具、异形砂轮等易磨损,进而加工精度下降;机械加工不可避免地造成金属表面损伤,降低疲劳强度等。
采用前述特种加工技术进行气体轴承微沟槽成形时,获得的微沟槽大多能满足应用要求且不同加工技术具备各自的优势,具体地如采用电化学微细加工可以获得极高的沟槽成形精度,采用电火花加工可对任何导电材料进行且加工过程无应力、无毛刺,采用激光束加工具有很高的加工效率等,但是此类方法也不同程度存在以下不足:加工效率低,批量加工成本高昂;电极制作困难且易损耗;高能束加工存在热影响区,沟槽精度受限等。
值得注意的是,上述微沟槽加工技术均是直接成形加工技术,面对极度复杂规格的微沟槽批量加工时则显得难以胜任。此外,因在基体材料上直接加工微沟槽,难以实现微沟槽与基体材料处理差异化,更无法实现材料选择差异化。
发明内容
为了克服采用上述微沟槽加工成形技术制作径向动压气体轴承时存在的不足和局限,本发明提出一种贴片式径向动压气体轴承的制作方法,使径向动压气体轴承微沟槽加工难度大幅下降,加工效率高且成本很低,并能满足极度复杂规格微沟槽加工需求,同时提供微沟槽与基体材料选择、材料处理差异化可能。
本发明提出一种贴片式径向动压气体轴承的制作方法,其特殊之处在于,包括以下步骤:
1)提供金属箔片,金属箔片尺寸规格选取与微沟槽规格和轴承工作面规格相适应,对金属箔片按需做快速减材加工,获得以被去除材料部分结构与微沟槽结构相对应为主的特定形平面金属箔片;
2)对特定形平面金属箔片和需设微沟槽结构的高速转轴工作面进行清洁干燥等预处理;
3)将特定形平面金属箔片按确定方向和位置均匀敷设并固定在所述高速转轴工作面上,形成金属箔片层,获得工作面微沟槽成形后的高速转轴;
4)对所述步骤3)获得的工作面微沟槽成形后的高速转轴进行工作面清洁、轻微打磨抛光等后处理;
5)将所述步骤4)获得的后处理完成的高速转轴与径向轴承座相互配合组成摩擦副,形成贴片式径向动压气体轴承。进一步地,上述步骤1)中,在金属箔片上采用激光切割、线切割、冲裁等快速减材加工技术获得以被去除材料部分结构与微沟槽结构相对应为主的特定形平面金属箔片。
进一步地,上述步骤3)中,特定形平面金属箔片采用高强度粘结类工艺、焊接类工艺等固定在所述高速转轴的工作面上。
本发明还提出另外一种上述贴片式径向动压气体轴承的制作方法,其特殊之处在于,包括以下步骤:
1)提供金属箔片,金属箔片尺寸规格选取与沟槽规格和轴承工作面规格相适应,对金属箔片按需做快速减材加工,获得以被去除材料部分结构与微沟槽结构相对应为主的特定形平面金属箔片;
2)对特定形平面金属箔片和需设微沟槽结构的径向轴承座工作面进行清洁干燥等预处理;
3)将特定形平面金属箔片按确定方向和位置均匀敷设并固定在所述径向轴承座工作面上,获得工作面微沟槽成形后的径向轴承座;
4)对所述步骤3)获得的工作面微沟槽成形后的径向轴承座进行工作面清洁、轻微打磨抛光等后处理;
5)将所述步骤4)获得的后处理完成的径向轴承座与高速转轴相互配合组成摩擦副,形成贴片式径向动压气体轴承。
进一步地,上述步骤1)中,在金属箔片上采用激光切割、线切割、冲裁等快速减材加工技术获得以被去除材料部分结构与微沟槽结构相对应为主的特定形平面金属箔片。
进一步地,上述步骤3)中,特定形平面金属箔片采用高强度粘结类工艺、焊接类工艺等固定在所述径向轴承座的工作面上。
本发明的优点:
1)本发明采用金属箔片微沟槽平面预成形-工作面固设预成形金属箔片的贴片式方法间接成形加工径向动压气体轴承工作面上微沟槽结构,较之通过现有精密加工或特种加工技术直接成形微沟槽的加工过程,加工难度大幅下降,加工效率高且成本很低,更利于批量化生产;
2)本发明提供的一种贴片式径向动压气体轴承的制作方法,金属箔片微沟槽平面预成形过程采用切割类、冲裁等快速减材加工技术允许实现极度复杂的微沟槽规格参数,且几乎不提高加工难度和成本;
3)本发明提供的一种贴片式径向动压气体轴承的制作方法,通过对金属箔片、高速转轴/径向轴承座进行相对独立的材料选择和材料处理,可实现动压气体轴承工作面微沟槽与轴承基体材料选择和材料处理差异化,从而在充分满足动压气体轴承性能设计考量的同时提供与之相关整机设计制造方面的优势。
附图说明
图1是本发明的特定形平面金属箔片示例图;
图2是本发明的特定形平面金属箔片固设在高速转轴工作面的示意图;
图3是本发明的特定形平面金属箔片固设在径向轴承座工作面的示意图;
图4是本发明的一种贴片式径向动压气体轴承示意图。
图中:1、特定形平面金属箔片,2、高速转轴,3、金属箔片层,4、径向轴承座。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施方式中的附图,对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施方式是本发明一部分实施方式,而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本发明保护的范围。因此,以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
实施例1
一种贴片式径向动压气体轴承的制作方法,包括以下步骤:
1)提供一般金属箔片,金属箔片尺寸规格选取与微沟槽规格和轴承工作面规格相适应,对金属箔片按需做快速减材加工,获得以被去除材料部分结构与微沟槽结构相对应为主的特定形平面金属箔片1,参见图1(a)。
2)对特定形平面金属箔片1和需设微沟槽结构的高速转轴2的工作面进行清洁干燥等预处理。
3)将特定形平面金属箔片1按确定方向和位置均匀敷设并固定在所述高速转轴2工作面上,形成金属箔片层3,获得工作面微沟槽成形后的高速转轴2,参见图2。
4)对所述步骤3)获得的工作面微沟槽成形后的高速转轴2进行工作面清洁、轻微打磨抛光等后处理。
5)将所述步骤4)获得的后处理完成的高速转轴2与径向轴承座4相互配合组成摩擦副,形成贴片式径向动压气体轴承,参见图4。
进一步地,上述步骤1)中,在金属箔片上采用激光切割、线切割、冲裁等快速减材加工技术获得以被去除材料部分结构与微沟槽结构相对应为主的特定形平面金属箔片1。
进一步地,上述步骤3)中,特定形平面金属箔片1采用高强度粘结类工艺、焊接类工艺等固定在所述高速转轴2的工作面上。
实施例2
一种贴片式径向动压气体轴承的制作方法,包括以下步骤:
1)提供一般金属箔片,金属箔片尺寸规格选取与微沟槽规格和轴承工作面规格相适应,对金属箔片按需做快速减材加工,获得以被去除材料部分结构与微沟槽结构相对应为主的特定形平面金属箔片1,参见图1(a)。
2)对特定形平面金属箔片1和需设微沟槽工作面的径向轴承座4的工作面进行清洁干燥等预处理。
3)将特定形平面金属箔片1按确定方向和位置均匀敷设并固定在所述径向轴承座4工作面上,形成金属箔片层3,获得工作面微沟槽成形后的径向轴承座4,参见图3。
4)对所述步骤3)获得的工作面微沟槽成形后的径向轴承座4进行工作面清洁、轻微打磨抛光等后处理。
5)将所述步骤4)获得的后处理完成的径向轴承座4与高速转轴2相互配合组成摩擦副,形成贴片式径向动压气体轴承,参见图4。
进一步地,上述步骤1)中,在金属箔片上采用激光切割、线切割、冲裁等快速减材加工技术获得以被去除材料部分结构与微沟槽结构相对应为主的特定形平面金属箔片1。
进一步地,上述步骤3)中,特定形平面金属箔片1采用高强度粘结类工艺、焊接类工艺等固定在所述径向轴承座4的工作面上。
实施例3
本发明提供的一种贴片式径向动压气体轴承的制作方法的典型实施例中,包括以下具体步骤:
步骤1:当径向动压气体轴承具体设计确定后,所述高速转轴2或相应径向轴承座4的工作面规格(工作面直径、工作面轴向长度等)以及工作面上微沟槽规格(以人字槽为例:槽深、槽宽比、槽长比、槽数、螺旋角等)已知,相应特定形平面金属箔片1随之确定,其示例参见图1。
图1(a)显示了本实施例中选定的特定形平面金属箔片1,以此作为快速减材加工的模板,选定一定厚度的英可镍合金箔片带材,采用激光切割工艺可对单层或预压制的多层所述带材进行自动化切割,获得特定形平面金属箔片1。
在可能的优选实施例中,视特别具体的快速减材加工工艺需求可对所述特定形平面金属箔片添加额外的工艺结构设计,从而优化实施工艺。
图1(b)和图1(c)给出了另外两种典型实施例中所述特定形平面金属箔片的示意图,所采用特定形分别是分立型人字槽和双向型人字槽,实际上面对更为复杂的微沟槽规格时,所述步骤1的可实施性也不会下降。
步骤2:在完成所述步骤1的基础上,对所述特定形平面金属箔片1、所述径向轴承座4工作面进行必要的清洁、干燥等预处理,然后采用高强度粘结类工艺将所述特定形平面金属箔片1按照确定方向和位置均匀敷设并固定在所述径向轴承座4的工作面上,形成金属箔片层3,并获得工作面微沟槽成形后的径向轴承座4,参见图3。
本发明提供的方法尤其克服了现有加工技术在加工径向轴承座4孔内工作面微沟槽时面临的工艺难点。
在可能的优选实施例中,所述步骤2中通过采用恰当的夹持、粘结、固定等工装,可优化具体实施工艺,大幅提高效率。
步骤3:对所述步骤2获得的工作面微沟槽成形后的径向轴承座4工作面首先采取进一步清洁处理,彻底清除可能的粘结剂残余,其次为了使微沟槽成形后的工作面表面状态更加符合动压气体轴承的设计使用要求,对所述径向轴承座4工作面进行轻微的抛光打磨处理(视金属箔片层3厚度裕量以及前述步骤工艺实现水平而定)。经过以上步骤得到的径向轴承座4和高速转轴2各自工作面配合组成摩擦副,形成贴片式径向动压气体轴承,参见图4。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的系统领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种贴片式径向动压气体轴承的制作方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)提供金属箔片,金属箔片尺寸规格选取与微沟槽规格和轴承工作面规格相适应,对金属箔片按需做快速减材加工,获得以被去除材料部分结构与微沟槽结构相对应为主的特定形平面金属箔片(1);
2)对特定形平面金属箔片(1)和需设微沟槽结构的高速转轴(2)工作面进行清洁干燥预处理;
3)将特定形平面金属箔片(1)按确定方向和位置均匀敷设并固定在所述高速转轴(2)工作面上,形成金属箔片层(3),获得工作面微沟槽成形后的高速转轴(2);
4)对所述步骤3)获得的工作面微沟槽成形后的高速转轴(2)进行工作面清洁、轻微打磨抛光后处理;
5)将所述步骤4)获得的后处理完成的高速转轴(2)与径向轴承座(4)相互配合组成摩擦副,形成贴片式径向动压气体轴承。
2.根据权利要求1所述的一种贴片式径向动压气体轴承的制作方法,其特征在于:
所述步骤1)中,在金属箔片上采用激光切割、线切割或冲裁快速减材加工技术获得以被去除材料部分结构与微沟槽结构相对应为主的特定形平面金属箔片(1)。
3.根据权利要求1所述的一种贴片式径向动压气体轴承的制作方法,其特征在于:
所述步骤3)中,特定形平面金属箔片(1)采用高强度粘结类工艺或焊接类工艺固定在所述高速转轴(2)的工作面上。
4.一种贴片式径向动压气体轴承的制作方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)提供一般金属箔片,金属箔片尺寸规格选取与微沟槽规格和轴承工作面规格相适应,对金属箔片按需做快速减材加工,获得以被去除材料部分结构与微沟槽结构相对应为主的特定形平面金属箔片(1);
2)对特定形平面金属箔片(1)和需设微沟槽结构的径向轴承座(4)工作面进行清洁干燥预处理;
3)将特定形平面金属箔片(1)按确定方向和位置均匀敷设并固定在所述径向轴承座(4)工作面上,获得工作面微沟槽成形后的径向轴承座(4);
4)对所述步骤3)获得的工作面微沟槽成形后的径向轴承座(4)进行工作面清洁、轻微打磨抛光后处理;
5)将所述步骤4)获得的后处理完成的径向轴承座(4)与高速转轴(2)相互配合组成摩擦副,形成贴片式径向动压气体轴承。
5.根据权利要求4所述的一种贴片式径向动压气体轴承的制作方法,其特征在于:
所述步骤1)中,在金属箔片上采用激光切割、线切割或冲裁快速减材加工技术获得以被去除材料部分结构与微沟槽结构相对应为主的特定形平面金属箔片(1)。
6.根据权利要求4所述的一种贴片式径向动压气体轴承的制作方法,其特征在于:
所述步骤3)中,特定形平面金属箔片(1)采用高强度粘结类工艺或焊接类工艺固定在所述径向轴承座(4)的工作面上。
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Inventor after: Chen Shuangtao

Inventor after: Zhang Beile

Inventor after: Xue Rong

Inventor after: Zhang Ze

Inventor after: Hou Yu

Inventor before: Chen Shuangtao

Inventor before: Song Shujian

Inventor before: Chen Liang

Inventor before: Zhang Beile

Inventor before: Xue Rong

Inventor before: Zhang Ze

Inventor before: Hou Yu

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Effective date of registration: 20240524

Address after: Room 704, Building 15, Emerging Industry Manufacturing Base, Yongchang Road, High tech Industrial Development Zone, Xianyang City, Shaanxi Province, 2023

Patentee after: Shaanxi Qinwei Turbine Power Technology Co.,Ltd.

Country or region after: China

Address before: Xi'an Jiaotong University, 28 Xianning West Road, Beilin District, Xi'an City, Shaanxi Province, 710049

Patentee before: XI'AN JIAOTONG University

Country or region before: China

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