CN117867441A - 一种高承载耐磨衬套的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高承载耐磨衬套的制备方法，所述该方法包括S1：衬套主体胚料准备；S2：衬套主体胚料热处理；S3：衬套主体粗加工；S4：衬套主体精加工；S5：衬套主体进行盐浴硫碳氮共渗热处理，共渗温度490℃‑630℃，共渗时间60min‑120min，处理后的衬套主体表面硬度HV.01＞920；S6：衬套主体喷砂处理，喷砂层深度0.2μm‑0.3μm；S7：超声波清洗后干燥；S8：等离子清洗；S9：衬套主体内壁喷涂涂层；S10：高温固化处理，温度280℃‑300℃，保温时间不小于1小时。本发明能够在有油和无油的工况下正常工作，大幅降低衬套磨损并延长衬套的使用寿命。
Description
本申请是名为《一种高承载耐磨衬套及其生产方法》的专利申请的分案申请，原申请的申请日为2019年08月21日，申请号为201910773701.1。
技术领域
本发明属于衬套技术领域，具体地说是涉及一种高承载耐磨衬套的制备方法。
背景技术
衬套是用于机械部件外，以达到密封、磨损保护等作用的配套件，是指起衬垫作用的环套。在运动部件中，因为长期的磨擦而造成零件的磨损，当轴和孔的间隙磨损到一定程度的时候必须要更换零件，因此设计者在设计的时候选用硬度较低、耐磨性较好的材料为轴套或衬套，这样可以减少轴和座的磨损，当轴套或衬套磨损到一定程度进行更换，那么如果衬套的耐磨性能更好，那么也将会使得衬套的使用周期大大延长，降低设备维护频率和维护成产；此外，随着工业生产和重型制造业的发展，机械零部件的承载负荷也会加大，那么对衬套的承载性能也有了更高的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种高承载耐磨衬套的制备方法，其具有很高的耐磨性能以及承载性能，从而解决背景技术中存在的问题。
为解决上述技术问题，本发明的目的是这样实现的：
一种高承载耐磨衬套的制备方法，所述高承载耐磨衬套包括衬套主体，所述衬套主体的内壁设有多个储油穴；所述衬套主体内壁和外壁上还分别设置有环形的内储油道和外储油道，所述内储油道的旋转轴心、外储油道的旋转轴心与所述衬套主体的旋转轴心共线，且内储油道和外储油道同心，至少一个注油通道将内储油道和外储油道连通；所述储油穴均布于所述内储油道两侧；所述制备方法包括：
S1：衬套主体胚料准备；
S2：衬套主体胚料热处理；
S3：衬套主体粗加工；
S4：衬套主体精加工；
S5：衬套主体进行盐浴硫碳氮共渗热处理，共渗温度490℃-630℃，共渗时间60min-120min，处理后的衬套主体表面硬度HV.01＞920；
S6：衬套主体喷砂处理，喷砂层深度0.2μm-0.3μm；
S7：超声波清洗后干燥；
S8：等离子清洗；
S9：衬套主体内壁喷涂涂层；
S10：高温固化处理，温度280℃-300℃，保温时间不小于1小时。
可选地，衬套主体内壁喷涂涂层的配比为：热固性聚酰亚胺55％，固体润滑剂PTFE15％、二硫化钼10％、氟化石墨烯片5％、石墨19.5％和摩擦调节剂SiC 0.5％。
可选地，衬套主体内壁喷涂涂层的配置过程为：
设置配置温度和湿度；
先在搅拌器皿中加入N-甲基吡咯烷酮中；再加入氟化石墨烯片；搅拌30min；
然后加入对应的热固性聚酰亚胺、固体润滑剂和摩擦调节剂配置成涂料混合物充分搅拌2h-4h；
在喷涂室喷涂。
可选地，配置的温度和湿度分别为温度20℃-25℃和湿度小于50％。
可选地，所述高温固化处理，温度280℃-300℃，保温时间不小于1小时，具体包括：
喷涂后进行高温固化处理，在真空干燥箱内干燥2-3h；
然后转入烘箱中在100-110摄氏度固化2h，再升温至210摄氏度固化1.5h，而后温度280-300℃烧结保温1h；
最后温度升高至350℃烧结30min后取出自然冷却。
可选地，经高温固化处理后的涂层的厚度的范围为0.018mm-0.022mm。
可选地，衬套主体的技术参数为：
基本硬度HB260-320，表面硬度HV0.1>900，摩擦系数0.09～0.11断裂强度160MPa-190MPa，弹性模量4000MPa-4500MPa工作温度-250℃～+300℃。
本发明相比现有技术突出且有益的技术效果是：
本发明所提供的一种高承载耐磨衬套的制备方法，通过设置涂层使得耐磨性，自润滑性，防腐蚀防锈性能优越，可以在有油和无油的工况下正常工作，大幅降低衬套磨损并延长衬套的使用寿命。进而使得衬套主体的表面硬度高，并且衬套主体的机械性能好，使衬套的承载力和抗冲击性能大幅提升。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的衬套主体内表面展开图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅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做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”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申请和简化描述，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，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
如图1和图2所示，一种高承载耐磨衬套，所述高承载耐磨衬套包括衬套主体1，所述衬套主体1的内壁设有多个储油穴2，多个储油穴的设计使得储油量相比传统油槽结构的衬套产品大幅增加，确保了产品的润滑性；所述衬套主体1的内壁和外壁上还分别设置有环形的内储油道3和外储油道4，所述内储油道3的旋转轴心、外储油道4的旋转轴心与所述衬套主体1的旋转轴心共线，且内储油道3和外储油道4同心，至少一个注油通道5将内储油道3和外储油道4连通；外储油道4形成了一个环形的供油通道，通过多个注油通道5将外储油道4与内储油道3相连通，使得整个环形的内储油道3可以获得多点注油，相对比现有技术中的单个本申请的这一结构使供油更加充足，改善了衬套与轴之间的润滑效果。
传统的衬套中的润滑油道为一字型或者螺旋形，其难免会存在大面的润滑盲区，润滑盲区难以获得足够的润滑油而导致局部磨损，本申请针对这个问题不再使用油道，而是在衬套主体内壁设置储油穴，并且将所述储油穴2均布于所述内储油道3两侧，使得衬套与轴的整个接触面上均匀的分布储油穴，避免了传统衬套中油道所存在润滑盲区，大幅改善润滑效果延长衬套的使用寿命，降低维护成本。
优选的，所述储油穴2的为球面状，一方面球面状的储油穴易于加工成型，另一方面球面状的储油穴内部圆滑过渡，那么就会使润滑油之间的张力作用明显降低，更利于润滑油从储油穴流出进入到衬套与轴的接触面。
本实施方式进一步优选所述储油穴2的直径为6mm，深度为2.5mm，根据发明人的多次试验，6mm的储油穴即能够保证足够的储油量，又最大限度的使得储油穴在衬套主体内壁合理分布。
本实施方式进一步优选所述储油穴2的面积总和占衬套主体内壁表面积的20％，经发明人多次试验，所述润滑油道2的表面积占所述衬套主体1内壁表面积的20％，即可以满足衬套内的供油量，又避免注入过多的润滑油。
本实施方式进一步优选所述储油穴2的开口处开设有导向角21，所述导向角31角度为10°，深度为0.25-0.30mm，导向角的设置使储油穴在合理分布的基础上，进一步增加了润滑的覆盖面积，并且导向角21的设置使得储油穴内的润滑油更易于被带入到衬套主体内壁与轴的接触面之间，此外，如果衬套主体与轴之间过多的润滑油也更容易被收集在储油穴内。
本实施方式进一步优选所述内储油道3和外储油道4的开口31/41为广口式结构，内储油道3的开口31可以使润滑油更容易被带入到轴套主体以及轴之间，外储油道的开口41更利于外储油道与外部的供油口相对应，更利于二者定位，从而降低装配精度的要求。
本实施方式进一步优选所述内储油道和外储油道的开口的最大宽度为6mm，经发明人多次试验，这一宽度能够使内储油道和外储油道的容积更为合理，可以满足衬套内的供油量。
本实施方式进一步优选，出于对加工成本以及供油润滑效果的综合考虑，优选所述内储油道3和外储油道4各设置有一条，此外，为了使内储油道的润滑油能够均匀的分布在衬套主体内壁，优选内储油道和外储油道位于所述衬套主体1的中心位置，这样润滑油向衬套主体两端分散的距离最为合理。
当然，内储油道3和外储油道4还可以根据具体的衬套使用环境和润滑需求设置为多条，从而提供更大的供油量。
本实施方式进一步优选所述衬套主体1内壁具有耐磨涂层，耐磨涂层可以使衬套的耐磨性、自润滑性、防腐蚀防锈性能优越，可以使衬套在有油和无油的工况下正常工作，大幅降低衬套磨损并延长衬套的使用寿命。
高承载耐磨衬套的制备方法，包括以下步骤
S1：衬套主体胚料准备；选择优质合金钢管状胚料，按照衬套主体毛坯尺寸进行切断下料。
S2：衬套主体胚料热处理；将衬套主体胚料放入淬火炉，将淬火炉升温到830-850度，保温1h以上，然后快速转入到淬火液中冷却；随后将衬套主体胚料放入回火炉中，将回火炉升温至560-600度，保温3-4h，如此获得材质硬度HB260-320，确保衬套主体的强度。
S3：衬套主体粗加工；将衬套主体胚料使用车床进行车削，包括外表面和内表面的车削去除衬套主体内部和外部的氧化皮以及多余材料，需要注意的是预留有适当的加工余量。
S4：衬套主体精加工；将粗加工之后的衬套主体使用车床进行精车，包括外表面和内表面的精车以及内储油道、外储油道、衬套主体端部倒角的车削，而后在精车后的衬套主体内壁使用铣床加工储油穴以及导向角；然后根据衬套主体内表面和外表面的粗糙度要求使用磨床进行磨削加工。
S5：将精加工后的衬套主体进行盐浴硫碳氮共渗热处理，共渗温度490-630℃，共渗时间60-120min，处理后衬套主体表面获得很高的表面硬度，衬套主体表面硬度HV.01＞920；
S6：盐浴硫碳氮共渗热处理的衬套主体使用自动喷砂机对其表面进行喷砂处理，喷砂剂为钢玉丸，其目数为100-120目，喷砂层深度0.2-0.3μm。
S7：对喷丸后的衬套主体使用超声波清洗15min，然后移出使用高压风枪吹干。
S8：吹干后的衬套主体移入等离子清洗剂进行等离子清洗，清洗时长为不小于10min。
S9：衬套主体内壁喷涂涂层；这一步包括对涂层材料的配制以及喷涂，按热固性聚酰亚胺55％，固体润滑剂PTFE15％、二硫化钼10％、氟化石墨烯片5％、石墨19.5％和摩擦调节剂SiC 0.5％进行配比；配制室环境温湿度：温度20℃-25℃，湿度50％以下；先在搅拌器皿中加入N-甲基吡咯烷酮中，再加入氟化石墨烯片，搅拌30min；然后加入对应的热固性聚酰亚胺、固体润滑剂和摩擦调节剂配置成涂料混合物充分搅拌2-4h，以无明显气泡为度。喷涂；喷涂室环境温度20℃-25℃，湿度50％以下，喷涂后的涂层表面应当均匀无漏喷区域及气泡。
S10：喷涂后进行高温固化处理，现在在真空干燥箱内干燥2-3h，然后转入烘箱中在100-110摄氏度固化2h，然后再升温至210摄氏度固化1.5h，而后温度280-300℃烧结保温1h，最后温度升高至350度烧结30min后取出自然冷却，经高温固化处理后耐磨涂层的厚度为0.018-0.022mm，优选为0.02mm的厚度。
最终获得的衬套的技术参数为：
基体硬度HB260-320表面硬度HV0.1>900
摩擦系数0.09～0.11断裂强度160-190MPa
弹性模量4000-4500MPa工作温度-250～+300
衬套的耐磨性，自润滑性，防腐蚀防锈性能优越，可以在有油和无油的工况下正常工作，大幅降低衬套磨损并延长衬套的使用寿命。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但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以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种高承载耐磨衬套的制备方法，其特征在于，所述高承载耐磨衬套包括衬套主体，所述衬套主体的内壁设有多个储油穴；所述衬套主体内壁和外壁上还分别设置有环形的内储油道和外储油道，所述内储油道的旋转轴心、外储油道的旋转轴心与所述衬套主体的旋转轴心共线，且内储油道和外储油道同心，至少一个注油通道将内储油道和外储油道连通；所述储油穴均布于所述内储油道两侧；所述制备方法包括：
S1：衬套主体胚料准备；
S2：衬套主体胚料热处理；
S3：衬套主体粗加工；
S4：衬套主体精加工；
S5：衬套主体进行盐浴硫碳氮共渗热处理，共渗温度490℃-630℃，共渗时间60min-120min，处理后的衬套主体表面硬度HV.01＞920；
S6：衬套主体喷砂处理，喷砂层深度0.2μm-0.3μm；
S7：超声波清洗后干燥；
S8：等离子清洗；
S9：衬套主体内壁喷涂涂层；
S10：高温固化处理，温度280℃-300℃，保温时间不小于1小时。
2.根据权利要求1所述的一种高承载耐磨衬套的制备方法，其特征在于，衬套主体内壁喷涂涂层的配比为：热固性聚酰亚胺55％，固体润滑剂PTFE15％、二硫化钼10％、氟化石墨烯片5％、石墨19.5％和摩擦调节剂SiC 0.5％。
3.根据权利要求2所述的一种高承载耐磨衬套的制备方法，其特征在于，衬套主体内壁喷涂涂层的配置过程为：
设置配置温度和湿度；
先在搅拌器皿中加入N-甲基吡咯烷酮中；再加入氟化石墨烯片；搅拌30min；
然后加入对应的热固性聚酰亚胺、固体润滑剂和摩擦调节剂配置成涂料混合物充分搅拌2h-4h；
在喷涂室喷涂。
4.根据权利要求3所述的一种高承载耐磨衬套的制备方法，其特征在于，配置的温度和湿度分别为温度20℃-25℃和湿度小于50％。
5.根据权利要求1所述的一种高承载耐磨衬套的制备方法，其特征在于，所述高温固化处理，温度280℃-300℃，保温时间不小于1小时，具体包括：
喷涂后进行高温固化处理，在真空干燥箱内干燥2-3h；
然后转入烘箱中在100-110摄氏度固化2h，再升温至210摄氏度固化1.5h，而后温度280-300℃烧结保温1h；
最后温度升高至350℃烧结30min后取出自然冷却。
6.根据权利要求5所述的一种高承载耐磨衬套的制备方法，其特征在于，经高温固化处理后的涂层的厚度的范围为0.018mm-0.022mm。
7.根据权利要求1所述的一种高承载耐磨衬套的制备方法，其特征在于，衬套主体的技术参数为：
基本硬度HB260-320，表面硬度HV0.1>900，摩擦系数0.09～0.11断裂强度160MPa-190MPa，弹性模量4000MPa-4500MPa工作温度-250℃～+300℃。
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