金屬塑料軸承及金屬塑料軸承制造方法

專利名稱：金屬塑料軸承及金屬塑料軸承制造方法
技術領域：
本發明涉及滑動軸承領域，具體而言，涉及一種金屬塑料軸承及金屬塑料軸承制造方法。
背景技術：
彈性金屬塑料瓦是由金屬絲彈性墊與增強改性聚四氟乙烯塑料經模壓、燒結塑化形成的低摩擦、高耐磨復合材料。彈性金屬塑料瓦再與不同幾何形狀的鋼質瓦基經由釬焊工藝牢固結合在一起形成塑料瓦產品。目前塑料瓦產品已廣泛應用于立式、臥式水輪發電機組和行星輪系齒輪箱推力軸承。塑料瓦產品的特點包括適用于不同支撐方式和不同潤滑油循環冷卻方式；摩擦系數小，有效降低軸瓦運行損耗；具有優異的抗咬合性能，避免粘著燒瓦事故發生；適應稀油潤滑、脂潤滑，當出現意外情況油箱混入水時，在油水混合潤滑工況仍可正常工作；有良好的阻熱性能，有效減小瓦基的熱變形；具有順應性和獨特的自調性能，有效改善瓦面接觸壓力和各瓦之間的受力狀況，運行可靠、安全裕度大；安裝、檢修 不需刮研瓦面，縮短安裝檢修周期等；產品符合環保要求等。但是，目前彈性金屬塑料瓦的結構形式主要為扇形或圓形的推力瓦、分塊式的徑向瓦(也稱導軸承)、剖分式徑向瓦等。整體筒式軸承的研究開發工藝技術比較落后，需要將瓦面分成兩塊以上才能進行釬焊。專利號為201120512969的實用新型專利公開了一種筒式彈性金屬塑料軸瓦，它在筒式金屬基體圓內焊接2至16塊彈性金屬塑料瓦面，每塊彈性金屬塑料瓦面之間設有潤滑水槽，經過彈性金屬塑料瓦面制作。專利號為03144075的實用新型專利公開了一種圓弧型彈性金屬一塑料軸瓦，它是在鋼瓦坯上釬焊彈性金屬絲層，塑料再與彈性金屬絲層鑲嵌的復合型軸瓦，整套軸瓦分成若干塊，其特征是每塊塑料瓦面設置導入面、增壓楔面、承重面和出油面；增壓楔面的半徑大于(包括等于)承重面的半徑；增壓楔面的入口處距承重面圓周O. 05至I. 5毫米；增壓楔面的長度是該塊圓周長度的1/10至1/3。如前所述，以上專利都要將整套軸瓦分成若干塊，而分成若干塊就需要有若干結合縫，比如兩塊瓦就要有至少兩道縫，三塊瓦就會有至少三道縫。縫隙的存在會對單油楔筒式軸承流體動壓潤滑膜的形成以及承載能力產生不利影響，使前述軸承在一些場合不能滿足要求(比如應用于齒輪箱的單油楔徑向軸承)。

發明內容
本發明旨在提供一種金屬塑料軸承及金屬塑料軸承制造方法，以解決現有技術中的金屬塑料軸承的復合材料層存在多條焊縫，對軸承流體動壓潤滑膜的形成以及承載能力產生不利影響的問題。為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種金屬塑料軸承，包括瓦基，形成筒形；復合材料層，覆蓋在瓦基的內表面上，復合材料層為整體一體成型；其中，復合材料層包括中間層和塑料層，中間層包括金屬絲骨架，塑料層復合在中間層內。進一步地,瓦基與復合材料層釬焊連接。進一步地，瓦基的內表面上具有溝槽。進一步地，溝槽沿圓周和/或軸向延伸。進一步地，金屬絲骨架中的金屬絲為螺旋形纏繞的銅絲。進一步地，瓦基為鋼制，塑料層由聚四氟乙烯塑料形成。根據本發明的另一方面，提供了一種金屬塑料軸承制造方法，包括以下步驟SI、制作筒形的瓦基；S2、由金屬絲制作中間層的金屬絲骨架；S3、將塑料與中間層的金屬絲骨 架相結合，從而形成整體一體成型的復合材料層；S4、將復合材料層釬焊覆蓋在瓦基內。進一步地，步驟SI中，包括在瓦基的內表面加工沿圓周的溝槽和/或沿軸向的溝槽。進一步地，步驟S2中，中間層的金屬絲骨架為銅絲進行纏繞制成。進一步地，步驟S4的釬焊步驟包括S41、加工芯軸；S42、將瓦基加熱，并在瓦基的待釬焊表面掛錫；S43、將復合材料層進行切割和加熱，并在卷圓機上將復合材料層卷制成圓筒形；S44、將復合材料層壓在掛好錫的瓦基內部，然后在復合材料層內部壓入芯軸；S45、在芯軸的一端裝上由聚四氟乙烯制成的密封墊，用壓蓋將密封墊壓緊在復合材料層與瓦基的配合端面上；將瓦基的非釬焊表面做阻焊處理；S46、將裝配好的瓦基、復合材料層、芯軸一起在進行真空釬焊或金屬浴釬焊得到金屬塑料軸承。進一步地，步驟S4的釬焊步驟在步驟S46之后還包括S47、將釬焊好的金屬塑料軸承在卷圓機上進行加壓卷制，以消除焊接過程產生的應力。應用本發明的技術方案，金屬塑料軸承的復合材料瓦面為整體瓦面,整體成型,只有一道接縫。因此可以安裝在非承載區，大大提高了產品的實用性和可靠性，使彈性金屬塑料瓦這種優良的減摩耐磨復合材料的應用領域進一步拓寬到軸承領域。


構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中圖I示出了本發明的金屬塑料軸承的側視剖視圖；以及圖2示出了本發明的金屬塑料軸承在釬焊時的示意圖。
具體實施例方式需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。圖I及圖2中示出了本發明的一種整體瓦面的彈性金屬塑料軸承。該軸承形成為筒形，包括外側鋼瓦基10、內側的塑料層30 (增強改性聚四氟乙烯塑料)和位于兩者之間的中間層20。中間層20是由金屬絲螺旋鋪撒、并與塑料層30整體壓制形成的彈性墊。軸承內表面的塑料層30塑化復合于中間層20的內表面形成金屬絲彈性墊的復合材料，金屬絲彈性墊與筒式鋼瓦基10之間通過釬焊相結合；本發明的復合材料部分為整體形式的筒狀，即形成為一整塊，不需分成兩塊以上。優選地，鋼瓦基內表面上加工出溝槽。
本發明的整體瓦面彈性金屬塑料筒式軸承的制備工藝如下(I)用無縫鋼管或鑄鋼坯制作筒狀鋼瓦基10 :將無縫鋼管或鑄鋼坯按照圖樣的要求進行車加工，并將內徑精車至設計尺寸，同時內面加工沿圓周方向的溝槽和沿軸向的溝槽，溝槽深度為O. 5mm,寬度2mm，粗糙度不低于Ral. 6，并注意溝槽無尖角。其余各部如外徑、端面等粗加工，預留一定的加工余量。(2)制作中間層20的復合結構包括備料、繞簧、成坯。首先將銅絲(外徑Φ0. 4mm左右)進行纏繞，然后抻長，使銅絲螺旋的外徑控制在Φ 2. 6至3. 2mm以內，螺距為2. 5至4mm，剪切成25至45mm長度，均勻鋪撒在與模具型腔一致的槽內，成坯。(3)復合壓制形成表面塑化金屬絲墊為背的復合材料板材，即將塑料表面層30復合于中間層20的內表面形成復合板材將中間層20放入模具中，進行首次壓制至厚度8mm左右，然后上面均勻鋪撒塑料粉(塑料粉經事先稱重)，以30至50MPa的壓力進行第二次壓 制，厚度達到設計圖樣的要求(例如，厚度8mm)，然后在350至390°C燒結塑化、調平。(4)復合板材與筒式鋼瓦基釬焊成形以錫鉛合金為焊料(或無鉛焊料)，通過金屬絲彈性墊與筒式鋼瓦基10釬焊連接，實現復合板材與鋼瓦基的結合。參見圖2所示，具體的，釬焊成形步驟如下A、按照圖樣的要求車加工焊接所需的芯軸40，可為實心，也可為空心，表面粗糙度不低于Ral. 6，且有一定的錐度以方便焊后拆卸，錐度的大小以大小端直徑差在O. 6mm以內為標準。B、將車制的筒狀瓦基10放入加熱爐進行加熱，加熱到230至320°C，恒溫一小時以上(具體時間可根據工件大小調整)。取出后在筒狀瓦基10需釬焊的表面(徑向曲面)掛上一層錫。掛錫前和掛錫過程中使用氯化鋅溶液作為焊劑進行清洗，去除表面的氧化膜，確認表面掛好錫。C、將復合材料板材按照圖樣的要求(長度和寬度)進行切割下料，在浸錫爐內浸錫，目的是使其加熱到適合釬焊的溫度，在卷圓機上將復合材料瓦面卷制成圓，銑削瓦口(即接縫面)，以完全閉合為標準，同時用η尺測量外徑，滿足設計圖樣的要求。D、將復合材料層壓入掛好錫的筒式鋼瓦基10內部，然后再在復合材料層內部壓入芯軸40，在芯軸40的一端裝配環形密封墊50封閉中間層20和塑料層30的一端，再用螺釘70將壓蓋60與瓦基10結合并壓緊密封墊。將鋼瓦基的非釬焊表面做阻焊處理，防止搪上釬焊料造成浪費。E、將上述裝配好的筒式鋼瓦基、復合材料瓦面、芯軸、壓蓋、密封墊等一起放至真空浸錫爐內進行真空釬焊或放在熔化狀態的錫槽內進行金屬浴釬焊，釬焊料溫度為230至320°C，恒時間為半分鐘以上(具體時間可根據工件大小調整)。真空釬焊的步驟是先抽真空，使爐內真空度達到IOPa以內，然后將上述裝配件通過爐上的液壓裝置放入錫槽內浸泡。F、取出后自然冷卻，退出芯軸。G、在卷圓機上進行加壓卷制，消除應力，加載的壓力按10至40KN/cmX軸承長度(cm)計算。H、進行探傷檢驗，合格后進行后續機械加工，按設計圖樣加工成成品。從以上的描述中，可以看出，本發明實現了如下技術效果
I、本發明所公布的彈性金屬塑料筒式軸承，其瓦面為整體瓦面，只有一道接縫，可以安裝在非承載區，大大提高了產品的實用性和可靠性，使彈性金屬塑料瓦這種優良的減摩耐磨復合材料的應用領域進一步拓寬。2、該軸承釬焊方法可以采用金屬浴釬焊的工藝，通過鋼瓦基內表面預先加工溝槽的辦法使釬焊焊料充分地充填銅絲墊層，同時利用壓蓋和密封墊使浸入焊接表面的焊料不至于泄露，保證焊接質量。3、本發明通過瓦面與筒式鋼瓦基裝配后再裝配芯軸的方法，實現了釬焊過程中所需要的壓力，原因是復合材料表面層塑料的熱膨脹系數較鋼大，由此產生熱應力脹滿型腔，形成壓力。4、釬焊過程中通過安裝芯軸使得冷卻過程中的收縮變形受到阻礙，降低了開焊的傾向。5、通過卷圓壓制消除釬焊過程產生的應力；釬焊過程需要加熱，釬焊完成后進行 冷卻時由于塑料的收縮大于鋼基體，因此表面層形成拉應力。本發明通過卷圓機(或類似機構)進行加壓，用壓力來消除其表面的拉應力，避免開焊。6、勞動生產率高，適合批量生產，降低成本。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種金屬塑料軸承，其特征在于，包括 瓦基(10)，形成筒形； 復合材料層，覆蓋在所述瓦基(10)的內表面上，所述復合材料層為整體一體成型；其中，所述復合材料層包括中間層(20)和塑料層(30)，所述中間層(20)包括金屬絲骨架，所述塑料層(30)復合在所述中間層(20)內。
2.根據權利要求I所述的金屬塑料軸承，其特征在于，所述瓦基(10)與所述復合材料層釬焊連接。
3.根據權利要求I所述的金屬塑料軸承，其特征在于，所述瓦基(10)的內表面上具有溝槽。
4.根據權利要求3所述的金屬塑料軸承，其特征在于，所述溝槽沿圓周和/或軸向延伸。
5.根據權利要求I所述的金屬塑料軸承，其特征在于，所述金屬絲骨架中的金屬絲為螺旋形纏繞的銅絲。
6.根據權利要求I所述的金屬塑料軸承，其特征在于，所述瓦基(10)為鋼制，所述塑料層(30)由聚四氟乙烯塑料形成。
7.一種金屬塑料軸承制造方法，其特征在于，包括以下步驟 51、制作筒形的瓦基(10)； 52、由金屬絲制作中間層(20)的金屬絲骨架； 53、將塑料與所述中間層(20)的金屬絲骨架相結合，從而形成整體一體成型的復合材料層； 54、將所述復合材料層釬焊覆蓋在所述瓦基(10)內。
8.根據權利要求7所述的金屬塑料軸承制造方法，其特征在于，所述步驟SI中，包括在所述瓦基的內表面加工沿圓周的溝槽和/或沿軸向的溝槽。
9.根據權利要求7所述的金屬塑料軸承制造方法，其特征在于，所述步驟S2中，中間層(20)的金屬絲骨架為銅絲進行纏繞制成。
10.根據權利要求7所述的金屬塑料軸承制造方法，其特征在于，所述步驟S4的釬焊步驟包括 541、加工芯軸(40)； 542、將所述瓦基(10)加熱，并在所述瓦基的待針焊表面掛錫； 543、將所述復合材料層進行切割和加熱，并在卷圓機上將所述復合材料層卷制成圓筒形； 544、將所述復合材料層壓在掛好錫的所述瓦基(10)內部，然后在所述復合材料層內部壓入芯軸(40)； 545、在所述芯軸的一端裝上由聚四氟乙烯制成的密封墊(50)，用壓蓋(60)將所述密封墊(50)壓緊在所述復合材料層與所述瓦基(10)的配合端面上；將所述瓦基(10)的非釬焊表面做阻焊處理； 546、將裝配好的所述瓦基(10)、所述復合材料層、所述芯軸(40)、所述密封墊(50)、所述壓蓋(60)—起進行真空釬焊或金屬浴釬焊得到金屬塑料軸承。
11.根據權利要求10所述的金屬塑料軸承制造方法，其特征在于，所述步驟S4的釬焊步驟中在步驟S46之后還包括 S47、將釬焊好的所述金屬塑料軸承在卷圓機上進行加壓卷制，以消除焊接過程產生的應力。
全文摘要
本發明旨在提供一種金屬塑料軸承及金屬塑料軸承制造方法。本發明的金屬塑料軸承包括瓦基，形成筒形；復合材料層，覆蓋在瓦基的內表面上，復合材料層為整體一體成型；其中，復合材料層包括中間層和塑料層，中間層包括金屬絲骨架，塑料層復合在中間層內。應用本發明的技術方案，金屬塑料軸承的復合材料瓦面為整體瓦面，整體成型，只有一道接縫。因此可以安裝在非承載區，大大提高了產品的實用性和可靠性，使彈性金屬塑料瓦這種優良的減摩耐磨復合材料的應用領域進一步拓寬到軸承領域。
文檔編號F16C33/20GK102966669SQ201210486869
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月26日 優先權日2012年11月26日
發明者李云龍, 劉長波, 魏東, 巴金 申請人:大連三環復合材料技術開發有限公司