CN1696522A

CN1696522A - 线性滑轨的滑块制造方法及以此方法制成的滑块

Info

Publication number: CN1696522A
Application number: CN 200410038996
Authority: CN
Inventors: 许淑女; 郭长信
Original assignee: Hiwin Technologies Corp
Current assignee: Hiwin Technologies Corp
Priority date: 2004-05-12
Filing date: 2004-05-12
Publication date: 2005-11-16

Abstract

本发明公开了一种线性滑轨的滑块制造方法及以此方法制成的滑块；其主要是将两不同颗粒大小的金属粉末予以混合均匀，再以射出成型技术及配合模具，制成一具有回流孔、滚动沟、翼形沟、逃沟等结构的滑块，借助圆形的较小金属颗粒填补大金属颗粒间的间隙，及金属粉末完全液化与同时产生一再结晶的现象，除了使滑块的制造更为简易、快速，同时使制成滑块的回流孔、滚动沟、翼形沟、逃沟等结构及其四周的材质具有较佳的硬度、精密度及降伏强度。

Description

线性滑轨的滑块制造方法及以此方法制成的滑块

技术领域

本发明涉及一种线性滑轨的滑块制造方法及以此方法制成的滑块，特别指一种应用于线性滚珠滑轨或线性滚柱滑轨上的滑块。

背景技术

线性滑轨是重要的机械元件，目前已被广泛的使用到精密机械、自动化产业、半导体产业、医疗设备及航太工业等领域中。其主要功用在于应用滚珠(ball)或是滚柱(roller)的滚动来降低机构移动时的磨擦阻力，使机构移动时更为省力，而且节约能源，同时由于磨擦减少，接触面的磨损及升温减少，使得机构的精度及寿命双双提升，并且机构的移动速度极限也大幅向前提升，因此线性滑轨可称得上是近年来十分重要的机械传动元件。通常线性滑轨可分为两类，其一是使用滚珠传动，称为线性滚珠滑轨；另一类是使用滚柱传动，称为线性滚柱滑轨；然而不管是滚珠或滚柱滑轨，由于其滑块(slider)上需要具有提供滚动元件(滚珠或滚柱)承载及循环回流等机能，因此结构上相对复杂，加工的程序亦繁琐，导致成本相对提高。

图1是习知线性滚珠滑轨的立体分解图(例如美国专利6042269或6085420号专利)，该线性滚珠滑轨30的滑块31设有一滑槽315，该滑槽315可供一滑轨34穿枢，从而使滑块31嵌设于滑轨34上，由于需要设置提供滚动元件(滚珠351)承载的机能，在滑块31上需设置滚动沟311，滚动沟311是滚动元件滚动的轨道，用以承载机构的负荷，因此滚动沟311表面需要具有很高的硬度(通常在HRC58以上)以达到材料的耐磨性的需求，同时滚动沟311附近的材质也需要具有相当的降伏强度(Yielding Strength)以避免材料疲劳破坏；另外，为了使滚动元件(滚珠351)可以反向移动以达到无限循环滚动的目的，在滑块31上另需设置回流孔312，回流孔312为一通孔，由滑块31的一端面贯穿到另一端面，以使滚动元件可以通过，因此回流孔312的尺寸必需比滚动元件大，以容许滚动元件(滚珠351)通过，由于该回流孔312不易加工，如图1所示，其先在滑块31上钻出数个圆穿孔317，再将一已具备回流孔312、翼形沟313的塑胶件316塞于其中，由于回流孔312必需同时容许滚动元件(滚珠351)及保持链条35通过，因此其回流孔312在圆形截面的两侧需要另外设置一翼形沟313，翼形沟313用以容许保持链条35的上、下凸缘352、353通过；然而，此方式不只制程复杂，且塑胶的强度远低于钢铁材料，故滑块31的结构强度也降低，此外在滑块31的两端面上也需要以加工的方式加工出螺孔314，螺孔314用以固定装设在滑块31两端面上的端盖(图未示)，加工螺孔虽然并不困难，但是每一个螺孔314和回流孔312都有严格的相对位置要求，因此加工的困难也因而大增，且因为机器的精度或刀具的因素，也常常会导致加工出来的相对位置错误，而造成滑块31品质不合格情形发生。

在线性滚柱滑轨方面，请参阅图2所示，其为习知线性滚柱滑轨的立体分解图(例如USP6109789号，USP6390678号)，该线性滚柱滑轨20的滑块21设有一滑槽215，该滑槽215可供一滑轨24穿枢，从而使滑块21嵌设于滑轨24上，由于滑块21上需要设置提供滚动元件(滚柱251)承载的机能，在滑块21上同样需要设置滚动沟211，滚动沟211是滚动元件(滚柱251)滚动的轨道，用以承载机构的负荷，为了使滚动元件(滚柱251)可以反向移动以达到无限循环滚动的目的，在滑块21上也需设置回流孔212，回流孔212为一通孔，但是需要制成方形，由于圆形截面的孔较容易加工，而方形截面的孔则加工的困难度及成本很高；目前的做法是先钻出数个圆穿孔217，再将一已具备方形回流孔212、翼形沟213的塑胶件216塞于其中，回流孔212必需同时容许滚动元件(滚柱251)及保持链条25通过，翼形沟213用以容许保持链条25的上凸缘252通过，另外，在滑块21的滚动沟211上面也需要对应地设置一逃沟218以容许保持链条25的凸缘252通过；然而，此方式不只制程复杂，且塑胶的强度远低于钢铁材料，故滑块21的结构强度也降低；此外，在滑块21的两端面上也需要以加工的方式加工出螺孔214，螺孔214同样有相对位置被严格要求的问题，滑块21所面对的加工困难度相当的高。

因此，习知的线性滑轨的滑块及其制作方法仍有需要再改进的地方；目前业界所改良的方向，分别有下列几种方法：

1、为了使制造成本下降，铸造是首先被考虑的项目，但是传统的铸造方式，由于模具的精度及金属由液态变成固态的过程相当难以掌握，因此其尺寸控制困难，而铸造后的成品仍仍需经过多道次的加工，且非圆形截面的孔加工十分困难，因此铸造后的加工修整也很困难。

2、粉末冶金制程，其尺寸精度较高，但深孔的冲压难度高，且材料易脆，品质风险高。

因此上述两种将滑块上的回流孔、滚动沟、翼形沟、逃沟等结构，在滑块成型时一体制出的方法，各有其优缺点，并非一最佳的方法，而尚有待业界改良。

发明内容

本发明主要欲解决的技术问题在于提供一种制造容易、成本低，且硬度、精密度及降伏强度良好的线性滑轨的滑块制造方法及以此方法制成的滑块。

为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：

一种线性滑轨的滑块，其上至少设有滚动沟及回流孔，且该滑块以金属射出成型方式制造。

该回流孔的剖面为方形；且在回流孔上，平行于该回流孔可设有翼形沟。

该滚动沟上可设有逃沟。

该金属射出成型所使用的金属粉末包含两种不同公称直径的粉末；且其公称直径可相差三至六倍；另外，该两种粉末的较小尺寸的金属粉末的重量含量比在3％以下，且其较小尺寸的金属粉末为球形的金属粉末；而较大尺寸的金属粉末为形状不规则的水喷式金属粉末。

所述的滑块两端面上还可设有螺孔。

所述滑块的密度达材料密度的98％以上。

一种线性滑轨滑块的制造方法，其步骤包含：

1)将金属粉末及结合剂混合；

2)以射出成型的方式，将上述的金属粉末及结合剂混合物制造成滑块雏型，滑块雏型中包含回流孔；

3)将滑块雏型加热到结合剂液化温度以上，以去除滑块雏型中的结合剂；

4)将滑块雏型烧结，使金属颗粒间产生再结晶而形成细密化组织。

该金属粉末包含两种不同公称直径的粉末；且其公称直径可相差三至六倍。另外，两种粉末的较小尺寸的金属粉末的重量含量比在3％以下；且较小尺寸的金属粉末为球形的金属粉末；而较大尺寸的金属粉末为形状不规则的水喷式金属粉末。

采用上述方案后，由于本发明以射出成型技术配合模具取代钻孔、研磨等繁复的机械加工技术，借助搅拌均匀的两不同颗粒尺寸金属粉末中的小圆形金属颗粒填补大金属颗粒间的间隙，使成型后的滑块同时具备回流孔、滚动沟、翼形沟、逃沟等结构，且该等结构及四周的材质皆具有良好的硬度、精密度及降伏强度。

因此本发明具以下的优点：

一、因本发明的线性滑轨的滑块，是使用金属射出成型制程，由于在整个金属射出成型制程中，金属并不全面液化后再凝结，因此尺寸可以正确控制。

二、因本发明的线性滑轨的滑块，是使用金属射出成型制程，滑块上的滚动沟、回流孔、翼形孔、逃沟、螺孔等结构的精密度可以提高，且其相关位置可以被准确的定位，其回流孔及翼形孔、逃沟等不需再加工，从而降低制造的因难度及成本，尤其对大量生产时的效益更加明显。

三、因本发明是以大小比例为公称直径1比0.225的两金属粉末混合均匀后，再以金属射出成型技术配合模具成型出滑块，从而使经绕结后的滑块的结晶结构密度增大，进而使滚动沟、回流孔的内壁硬度增高，同时提高滚动沟、回流孔四周材质的降伏强度。

四、本发明不需另外加工出一个大回流孔，再以大量的塑胶件填充回流孔，因此本发明的线性滑轨的滑块也不会有习知滑块的结构强度降低的问题。

附图说明

图1是习知线性滚珠滑轨的立体分解图；

图2是习知线性滚柱滑轨的立体分解图；

图3是材料结晶格子中的六面最密结构的示意图；

图4是图3的A-A剖视图；

图5是本发明滑块的结晶格子示意图；

图6是以本发明的技术方法制出的线性滚珠滑轨的滑块示意图；

图7是以本发明的技术方法制出的线性滚柱滑轨的滑块示意图。

图中：

20 线性滚柱滑轨 21 滑块 211 滚动沟

212 回流孔 213 翼形沟 214 螺孔

215 滑槽 216 塑胶件 217 贯穿孔

218 逃沟 24 滑轨 25 保持链条

251 滚柱 252 凸缘 30 线性滑轨

31 滑块 311 滚动沟 312 回流孔

313 翼形沟 314 螺孔 315 滑槽

34 滑轨 35 保持链条 351 滚珠

352 上凸缘 353 下凸缘 41 结晶球

42 结晶球 43 结晶球 44 结晶球

45 结晶球 51 滑块 61 滑块

511 滚动沟 611 滚动沟 512 回流孔

612 回流孔 513 翼形沟 613 翼形沟

514 螺孔 614 螺孔 618 逃沟

具体实施方式

本发明的实施例可应用于线性滚珠滑轨或线性滚柱滑轨的滑块，当其应用于线性滚珠滑轨时，则设有滚动沟、圆形回流孔、翼形沟及螺孔等结构；当其应用于线性滚柱滑轨时，则设有滚动沟、方形回流孔、逃沟及螺孔等结构，其制造时是以下列的步骤完成：

一、先将金属粉末和结合剂混合，做成粒状的混合颗粒；其中的金属粉末至少包含两种不同粒度的金属粉末，其中至少一种粉末是球形的金属粉末，此球形的金属粉末用以填充在另一种金属粉末的接合空隙中；该大颗粒的金属粉末以3-6倍的倍数大于小颗粒金属粉末的公称直径，其中，两金属粉末的颗粒大小比例以公称直径比1比0.225为最佳，该小颗粒金属粉末的重量以占总重的1％左右(0.225的三次方是0.011)最为理想；其中，小颗粒的金属粉末以气喷式(gasatomization)方法所制成，而概呈球形的外观，该小颗粒的球形金属粉末的直径愈小，价格亦愈高，因此细的球形金属粉末含量的重量比以不超过3％为佳；另，该大颗粒的金属粉末可以水喷式(wateratomization)制成的不规则形状的金属粉末取代，以降低材料成本。由于金属粉末在制造上是有公差的，且即使在同一包金属粉末中，其每一颗金属粉末的直径也会有些微差异，因此在上面的说明中，公称直径用以表示一包金属粉末中具有代表性的直径。

二、利用金属射出成型技术配合模具，将上述混合均匀的两不同大小颗粒的金属粉末及结合剂成型出滑块雏型，滑块雏型上可同时已包含滚动沟、回流孔、也可设置螺孔及翼形沟、逃沟等结构，其中，该回流孔可成型为圆形或方形。

三、将滑块雏型加热到结合剂气化或液化温度以上，以去除滑块雏型中的结合剂。

四、将滑块雏型再经过烧结，使粉末态的金属颗粒间产生再结晶而形成细密化组织。

利用上述步骤所制成的滑块，如图6、7所示，其滑动51及61上具有滚动沟511、611，回流孔512、612等结构，也可设置螺孔514、614及翼形沟513、613，逃沟618等结构；由于在整个制程中，金属粉末并不全面液化后再凝结，因此本发明的滑块尺寸可以正确控制；而本实施例滑块的密度亦可相对提高；请配合参阅图5所示，本实施例滑块的结晶结构以图5所示的结晶结构呈现，其解决了图3、4所示的结晶结构密度不佳的问题，该图3、4所示是材料结晶格子中的六面最密结构的示意图，图中三个结晶球41、42、43呈正三角形排列，在三个结晶球41、42、43中心的正上方再置放一个结晶球44，此结构为相同大小结晶球的最密排列结构，但是由几何的计算得知，其密度只有球体密度的74％；虽然在金属射出成型的过程中，金属颗粒在高温时会软化、变形及结晶，而且一般的粉末中也会包含一些不同尺寸的颗粒，可能有一些小颗粒可以填充在两个大颗粒的夹缝中而增加密度；但习知的结晶结构的密度仍不够理想；而使用颗粒较细的金属颗粒是一般使用的提高材料密度的方法，其原理是在结晶成长的过程中，小颗粒成长到晶粒间相密合的变形量较小；但是如不考虑球体变形时，不管球体的尺寸为多少，其密度都只有原材料的74％，而目前即使使用很小粒度的粉末，其密度仍难达到原材料的98％。原材料的98％以下的密度对一般的机械结构可能足够，但是线性滑轨的滑块，由于其滚动沟需要承受类似点状的集中负荷，密度较低仍会使其疲劳强度降低，是以习知以四个结晶球排列所形成的结晶结构，所制成的滑块强度并不足以承受滚珠或滚柱的类似点状的负荷。

请继续配合参阅图4所示，图4是图3的A-A剖视图，图中显示沿A-A剖面，只有剖到结晶球42及44，而剖过结晶球41及43的切点。本发明借助大小不同颗粒的金属粉末充分混合，以小颗粒球形金属粉末增加堆积的密度，本发明在四个结晶球41、42、43、44的中央填补入一颗较小而和上述四颗结晶球相切的小结晶球45(参阅图5)，由几何的计算求得小结晶球45的直径约是前述四颗结晶球直径的0.225倍时，小结晶球45正好和相邻的四个结晶球41、42、43、44相切，而图5的密度约比图3所示的结晶结构增加2.5％，此结晶排列结构使以金属射出成型后的材料密度可达原材料的98％以上。

Claims

1、一种线性滑轨的滑块，其特征在于：其上至少设有滚动沟及回流孔，且该滑块以金属射出成型方式制造。

2、如权利要求1所述线性滑轨的滑块，其特征在于：该回流孔的剖面为方形。

3、如权利要求1或2所述线性滑轨的滑块，其特征在于：该回流孔上，平行于该回流孔设有翼形沟。

4、如权利要求2所述线性滑轨的滑块，其特征在于：该滚动沟上设有逃沟。

5、如权利要求1所述线性滑轨的滑块，其特征在于：该金属射出成型所使用的金属粉末包含两种不同公称直径的粉末。

6、如权利要求5所述线性滑轨的滑块，其特征在于：该两种不同尺寸的粉末的公称直径相差三至六倍。

7、如权利要求5所述线性滑轨的滑块，其特征在于：该两种粉末的较小尺寸的金属粉末的重量含量比在3％以下。

8、如权利要求5所述线性滑轨的滑块，其特征在于：该两种粉末的较小尺寸的金属粉末为球形的金属粉末。

9、如权利要求8所述线性滑轨的滑块，其特征在于：该两种粉末的较大尺寸的金属粉末为形状不规则的水喷式金属粉末。

10、如权利要求1所述线性滑轨的滑块，其特征在于：该滑块两端面上设有螺孔。

11、如权利要求1所述线性滑轨的滑块，其特征在于：该滑块的密度达材料密度的98％以上。

12、一种线性滑轨的滑块制造方法，其步骤包含：

1)将金属粉末及结合剂混合；

13、如权利要求12所述线性滑轨的滑块制造方法，其特征在于：该金属粉末包含两种不同公称直径的粉末。

14、如权利要求13所述线性滑轨的滑块制造方法，其特征在于：该两种粉末的公称直径相差三至六倍。

15、如权利要求13所述线性滑轨的滑块制造方法，其特征在于：该两种粉末的较小尺寸的金属粉末的重量含量比在3％以下。

16、如权利要求13所述线性滑轨的滑块制造方法，其特征在于：该两种粉末的较小尺寸的金属粉末为球形的金属粉末。

17、如权利要求16所述线性滑轨的滑块制造方法，其特征在于：该两种粉末的较大尺寸的金属粉末为形状不规则的水喷式金属粉末。