專利名稱：一種鋼背/聚合物復(fù)合材料襯層軸瓦及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種鋼背/聚合物復(fù)合材料襯層軸瓦及制備方法，特別涉及一種重載滑動摩擦副用鋼背/層結(jié)構(gòu)軸瓦及其制備方法，屬機(jī)械傳動領(lǐng)域軸瓦制造創(chuàng)新技術(shù)。
背景技術(shù)：
重載滑動軸承是機(jī)械裝備中關(guān)鍵部件之一，廣泛應(yīng)用于鍛壓機(jī)械、塑料機(jī)械、冶金機(jī)械、工程機(jī)械等設(shè)備上。在這些設(shè)備中，滑動軸承的摩擦學(xué)性能是影響設(shè)備工作性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。高效、節(jié)能、重載、滑動摩擦副的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)是該類設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)之一， 軸瓦作為滑動摩擦副的核心零件，對設(shè)備的效率、能耗、使用性能甚至整體結(jié)構(gòu)等都有著決定性的影響。目前主要采用高性能銅合金軸瓦，不但價(jià)格高，而且由于含鉛，危害環(huán)境，不符合可持續(xù)發(fā)展的要求。以高強(qiáng)度的金屬為基體，以自潤滑材料為襯層的金屬背襯型自潤滑材料結(jié)構(gòu)兼有高承載能力和減摩耐磨性能，為解決新型重載高效軸瓦的研制問題帶來希望。目前，金屬背襯型軸瓦已公開的制備方法主要有以下專利申請?zhí)?0103367“彈性推力瓦及制造方法”、申請?zhí)?8114436. 5 “彈性金屬塑料推力軸承制造方法”、申請?zhí)?200610046331. 4 “彈性金屬塑料軸瓦的生產(chǎn)方法”、申請?zhí)?00610046329. 7 “高強(qiáng)度彈性金屬塑料軸瓦及生產(chǎn)方法”、申請?zhí)?00810011732. 5 “一種彈性塑料軸瓦及其制造方法”。這些專利具有一個(gè)共同的特征就是采用金屬絲增強(qiáng)并焊接于鋼背基體，且塑料填充物需進(jìn)行燒結(jié)，即以金屬絲形成的多孔彈性墊為基體，填充改性聚合物形成耐磨層，通過釬焊或液態(tài)焊接、塑料燒結(jié)等工序制成。上述專利采用金屬絲焊接作為增強(qiáng)基體，需進(jìn)行焊接、壓制、燒結(jié)、切削加工等多道工序，加工工藝繁瑣，成本高，產(chǎn)品質(zhì)量難以控制；且限于制造工藝，襯層厚度不能太小。 此外，采用這些方法所制備的軸瓦主要用于水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組等設(shè)備上，在這些場合，軸瓦所要求值較低，所受沖擊載荷也較小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于考慮上述問題而提供一種軸瓦內(nèi)表面采用近凈成型，無須切削加工，幾何尺寸穩(wěn)定性高的鋼背/聚合物復(fù)合材料襯層軸瓦。本發(fā)明的鋼背/聚合物復(fù)合材料襯層軸瓦無鉛，綠色環(huán)保；基體材料易于回收循環(huán)利用。本發(fā)明的另一目的在于提供一種成本低，綠色環(huán)保的鋼背/聚合物復(fù)合材料襯層軸瓦的材料。本發(fā)明的另一目的在于提供一種設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡單、方便實(shí)用的鋼背/聚合物復(fù)合材料襯層軸瓦的制備模具。本發(fā)明的另一目的在于提供一種工藝簡單、方便實(shí)用的鋼背/聚合物復(fù)合材料襯層軸瓦的制備方法。本發(fā)明的鋼背/聚合物復(fù)合材料襯層軸瓦的制備方法采用碳或其它纖維織物增強(qiáng)，無需采用金屬絲焊接作為強(qiáng)化基體，塑料襯層也無需燒結(jié)，所制備的軸瓦具有承載能力高、抗沖擊性能好、摩擦系數(shù)低、動態(tài)性能好、磨損量小的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)以鋼代銅，節(jié)約貴金屬；適用于鍛壓機(jī)械等重載、沖擊載荷場合的鋼背襯層結(jié)構(gòu)新型軸瓦，取代目前這類制備普遍采用的銅合金軸瓦。本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明的鋼背/聚合物復(fù)合材料襯層軸瓦，包括有鋼背和碳纖維織物增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的襯層，襯層通過模具施壓貼合在鋼背內(nèi)表面成型并固化并粘結(jié)成一體。本發(fā)明的鋼背/聚合物復(fù)合材料襯層軸瓦的材料，上述襯層材料為碳纖維織物增強(qiáng)聚合物自潤滑復(fù)合材料，具體包括如下組份酚醛樹脂20-30份，環(huán)氧樹脂15-20份， 滑石粉5-10份，石墨10-30份，二硫化鑰10-15份，固化劑15-22份，耦聯(lián)劑0. 4-2份。上述酚醛樹脂為酚醛樹脂F(xiàn)-44，環(huán)氧樹脂為環(huán)氧樹脂E-51，滑石粉為400目，耦聯(lián)劑為耦聯(lián)劑KH500。本發(fā)明的鋼背/聚合物復(fù)合材料襯層軸瓦的壓制模具，包括有上模座、芯軸、下模座、頂桿、定位銷以及螺栓，其中襯層貼合在鋼背的內(nèi)表面，且貼合有襯層的鋼背套裝在芯軸上，芯軸套裝在下模座與上模座之間，下模座與上模座之間通過定位銷定位，并通過螺栓固裝在一起，且下模座及上模座上設(shè)有能裝設(shè)頂桿的通孔。上述襯層上設(shè)有潤滑油道和螺釘安裝沉孔，潤滑油道和螺釘安裝沉孔的對應(yīng)部位銑出凹槽；壓制時(shí)，襯層的潤滑油道和螺釘安裝沉孔部位產(chǎn)生變形凸起嵌入鋼背對應(yīng)所設(shè)的凹槽中，以增加鋼背和襯層間的結(jié)合強(qiáng)度。本發(fā)明的鋼背/聚合物復(fù)合材料襯層軸瓦的制備方法，包括如下步驟
1)將鋼背加工至設(shè)計(jì)幾何尺寸；
2)采用滾花刀在鋼背內(nèi)表面滾花；
3)對碳纖織物進(jìn)行預(yù)浸處理并按設(shè)計(jì)配方配制聚合物自潤滑膠體；
4)清理鋼背復(fù)合面與成型芯軸表面，去除表面所附鐵屑、雜質(zhì)等，并用丙酮清洗以去除油污；
5)在成型芯軸、上模座和下模座表面涂覆脫模劑；
6)將鋼背分別安裝到成型模具上模座和下模座內(nèi)，安裝過程中由頂桿定位鋼背；
7)在鋼背的復(fù)合面涂膠，同時(shí)對預(yù)浸處理后的碳纖織物涂膠并層疊鋪設(shè)于鋼背的復(fù)合面至設(shè)計(jì)厚度，襯層的厚度為0. 8-2mm，涂膠過程中嚴(yán)格控制含膠量；
8)安放成型芯軸，芯軸由定位銷定位；
9)合模，由定位銷定位上模座、芯軸和下模座，用緊固螺栓鎖緊上模座和下模座至完全閉合狀態(tài)；
10)壓制后軸瓦在模具中固化；
11)開模，通過頂桿頂出鋼背襯層軸瓦；
12)清理，將鋼背襯層軸瓦成型過程中多余復(fù)合材料采用機(jī)械或手工打磨的方法清
除；
13)檢驗(yàn)。上述步驟3)碳織物在壓制前，先進(jìn)行活化處理，然后在配制的聚合物中進(jìn)行預(yù)浸處理，以提高與聚合物基體的結(jié)合強(qiáng)度。上述步驟10)壓制后軸瓦在模具中固化的具體溫度和時(shí)間為溫度為25°C時(shí)，需要固化時(shí)間為10 24小時(shí)；溫度為80°C時(shí)，需要固化時(shí)間為2 4小時(shí)；溫度為125°C時(shí)， 需要固化時(shí)間為I 3小時(shí)。本發(fā)明提供了一種適用于鍛壓機(jī)械等重載、沖擊載荷場合的鋼背襯層結(jié)構(gòu)新型軸瓦，取代目前這類制備普遍采用的銅合金軸瓦。此外，本發(fā)明提供了一種工藝簡單、方便實(shí)用的鋼背襯層結(jié)構(gòu)軸瓦制備方法，該方法采用碳或其它纖維織物增強(qiáng)，無需采用金屬絲焊接作為強(qiáng)化基體，塑料襯層也無需燒結(jié)，所制備的軸瓦具有承載能力高、抗沖擊性能好、摩擦系數(shù)低、動態(tài)性能好、磨損量小的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)以鋼代銅，節(jié)約貴金屬；軸瓦內(nèi)表面采用近凈成型，無須切削加工，幾何尺寸穩(wěn)定性高；無鉛，綠色環(huán)保；基體材料易于回收循環(huán)利用。本發(fā)明軸瓦具有承載能力高、抗沖擊性能好、摩擦系數(shù)低、動態(tài)性能好、耐磨的優(yōu)點(diǎn)， 同時(shí)可實(shí)現(xiàn)以鋼代銅，節(jié)約貴金屬；軸瓦內(nèi)表面近凈成型，幾何尺寸穩(wěn)定性高；無鉛，綠色環(huán)保；易于回收循環(huán)利用。本發(fā)明是一種設(shè)計(jì)巧妙，性能優(yōu)良，方便實(shí)用的鋼背/聚合物復(fù)合材料襯層軸瓦及制備方法。


圖I為本發(fā)明鋼背聚合物復(fù)合材料襯層軸瓦的主視圖2為本發(fā)明鋼背聚合物復(fù)合材料襯層軸瓦的左視圖3為本發(fā)明鋼背聚合物復(fù)合材料襯層軸瓦成型模具的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例
本發(fā)明鋼背聚合物復(fù)合材料襯層軸瓦的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1、2所示，本發(fā)明的鋼背/聚合物復(fù)合材料襯層軸瓦，包括有鋼背6和碳纖維織物增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的襯層5，襯層5 通過模具施壓貼合在鋼背6的內(nèi)表面成型并固化并粘結(jié)成一體。本發(fā)明的鋼背/聚合物復(fù)合材料襯層軸瓦的材料，上述襯層材料為碳纖維織物增強(qiáng)聚合物自潤滑復(fù)合材料，具體包括如下組份酚醛樹脂20-30份，環(huán)氧樹脂15-20份， 滑石粉5-10份，石墨10-30份，二硫化鑰10-15份，固化劑15-22份，耦聯(lián)劑O. 4-2份。本實(shí)施例中，上述酚醛樹脂為酚醛樹脂F(xiàn)-44，環(huán)氧樹脂為環(huán)氧樹脂E-51，滑石粉為400目，耦聯(lián)劑為耦聯(lián)劑KH500。本發(fā)明的鋼背/聚合物復(fù)合材料襯層軸瓦的壓制模具，包括有上模座3、芯軸4、下模座7、頂桿8、定位銷2以及螺栓I，其中襯層5貼合在鋼背6的內(nèi)表面，且貼合有襯層5的鋼背(6)套裝在芯軸4上，芯軸4套裝在下模座7與上模座3之間，下模座7與上模座3之間通過定位銷2定位，并通過螺栓I固裝在一起，且下模座7及上模座3上設(shè)有能裝設(shè)頂桿 8的通孔。本實(shí)施例中，上述襯層5上設(shè)有潤滑油道和螺釘安裝沉孔，潤滑油道和螺釘安裝沉孔的對應(yīng)部位銑出凹槽；壓制時(shí)，襯層5的潤滑油道和螺釘安裝沉孔部位產(chǎn)生變形凸起嵌入鋼背6對應(yīng)所設(shè)的凹槽中，以增加鋼背和襯層間的結(jié)合強(qiáng)度。按照軸瓦零件工作圖設(shè)計(jì)鋼背6，根據(jù)工作要求，預(yù)留襯層5的厚度為O. 8-3mm。鋼背6內(nèi)表面滾花，并在螺釘安裝孔、潤滑進(jìn)油孔處倒角；在潤滑油道銑槽，以便襯層模壓時(shí)變形，增加結(jié)合力。本發(fā)明的鋼背/聚合物復(fù)合材料襯層軸瓦的制備方法，包括如下步驟1)將鋼背6加工至設(shè)計(jì)幾何尺寸；
2)采用滾花刀在鋼背6內(nèi)表面滾花；
3)對碳纖織物進(jìn)行預(yù)浸處理并按設(shè)計(jì)配方配制聚合物自潤滑膠體；
4)清理鋼背6復(fù)合面與成型芯軸4表面，去除表面所附鐵屑、雜質(zhì)等，并用丙酮清洗以去除油污；
5)在成型芯軸4、上模座3和下模座7表面涂覆脫模劑；
6)將鋼背6分別安裝到成型模具上模座3和下模座7內(nèi)，安裝過程中由頂桿8定位鋼背6 ；
7)在鋼背6的復(fù)合面涂膠，同時(shí)對預(yù)浸處理后的碳纖織物涂膠并層疊鋪設(shè)于鋼背6的復(fù)合面至設(shè)計(jì)厚度，襯層5的厚度為O. 8-3mm，涂膠過程中嚴(yán)格控制含膠量；
8)安放成型芯軸4，芯軸4由定位銷2定位；
9)合模，由定位銷2定位上模座3、芯軸4和下模座7，用緊固螺栓I鎖緊上模座3和下模座7至完全閉合狀態(tài)；
10)壓制后軸瓦在模具中固化；
11)開模，通過頂桿8頂出鋼背襯層軸瓦；
12)清理，將鋼背襯層軸瓦成型過程中多余復(fù)合材料采用機(jī)械或手工打磨的方法清
除；
13)檢驗(yàn)。本實(shí)施例中，上述步驟3)碳織物在壓制前，先進(jìn)行活化處理，然后在配制的聚合物中進(jìn)行預(yù)浸處理，以提高與聚合物基體的結(jié)合強(qiáng)度。本實(shí)施例中，上述步驟10)壓制后軸瓦在模具中固化的具體溫度和時(shí)間為溫度為25°C時(shí)，需要固化時(shí)間為10 24小時(shí)；溫度為80°C時(shí)，需要固化時(shí)間為2 4小時(shí)；溫度為125°C時(shí)，需要固化時(shí)間為I 3小時(shí)。
權(quán)利要求
1.一種鋼背/聚合物復(fù)合材料襯層軸瓦，其特征在于包括有鋼背(6)和碳纖維織物增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的襯層(5)，襯層(5)通過模具施壓貼合在鋼背(6)的內(nèi)表面成型并固化并粘結(jié)成一體。
2.—種鋼背/聚合物復(fù)合材料襯層軸瓦的材料，其特征在于上述襯層材料為碳纖維織物增強(qiáng)聚合物自潤滑復(fù)合材料，具體包括如下組份酚醛樹脂 20-30份，環(huán)氧樹脂 15-20份，滑石粉5-10份，石墨10-30份，二硫化鑰10-15份，固化劑15-22份，耦聯(lián)劑O.4-2 份。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋼背/聚合物復(fù)合材料襯層軸瓦的材料，其特征在于上述酚醛樹脂為酚醛樹脂F(xiàn)-44，環(huán)氧樹脂為環(huán)氧樹脂E-51，滑石粉為400目，耦聯(lián)劑為耦聯(lián)劑 KH500。
4.一種鋼背/聚合物復(fù)合材料襯層軸瓦的壓制模具，其特征在于包括有上模座(3)、芯軸(4)、下模座(7)、頂桿(8)、定位銷(2)以及螺栓(1)，其中襯層(5)貼合在鋼背(6)內(nèi)表面，且貼合有襯層(5)的鋼背(6)套裝在芯軸(4)上，芯軸(4)套裝在下模座(7)與上模座 (3 )之間，下模座(7 )與上模座(3 )之間通過定位銷(2 )定位，并通過螺栓(I)固裝在一起， 且下模座(7 )及上模座(3 )上設(shè)有能裝設(shè)頂桿(8 )的通孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋼背/聚合物復(fù)合材料襯層軸瓦的壓制模具，其特征在于上述襯層(5)上設(shè)有潤滑油道和螺釘安裝沉孔，潤滑油道和螺釘安裝沉孔的對應(yīng)部位銑出凹槽；壓制時(shí)，襯層(5)的潤滑油道和螺釘安裝沉孔部位產(chǎn)生變形凸起嵌入鋼背(6)對應(yīng)所設(shè)的凹槽中，以增加鋼背和襯層間的結(jié)合強(qiáng)度。
6.一種鋼背/聚合物復(fù)合材料襯層軸瓦的制備方法，其特征在于包括如下步驟1)將鋼背(6)加工至設(shè)計(jì)幾何尺寸；2)采用滾花刀在鋼背(6)內(nèi)表面滾花；3)對碳纖織物進(jìn)行預(yù)浸處理并按設(shè)計(jì)配方配制聚合物自潤滑膠體；4)清理鋼背(6)復(fù)合面與成型芯軸(4)表面，去除表面所附鐵屑、雜質(zhì)等，并用丙酮清洗以去除油污；5)在成型芯軸(4)、上模座(3)和下模座(7)表面涂覆脫模劑；6)將鋼背(6)分別安裝到成型模具上模座(3)和下模座(7)內(nèi)，安裝過程中由頂桿(8) 定位鋼背(6)；7)在鋼背(6)的復(fù)合面涂膠，同時(shí)對預(yù)浸處理后的碳纖織物涂膠并層疊鋪設(shè)于鋼背(6)的復(fù)合面至設(shè)計(jì)厚度，襯層(5)的厚度為O. 8-2mm，涂膠過程中嚴(yán)格控制含膠量；8)安放成型芯軸(4)，芯軸(4)由定位銷(2)定位；9)合模，由定位銷(2)定位上模座(3)、芯軸(4)和下模座(7)，用緊固螺栓(I)鎖緊上模座(3)和下模座(7)至完全閉合狀態(tài)；10)壓制后軸瓦在模具中固化；11)開模，通過頂桿(8)頂出鋼背襯層軸瓦；12)清理，將鋼背襯層軸瓦成型過程中多余復(fù)合材料采用機(jī)械或手工打磨的方法清除；13)檢驗(yàn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋼背/聚合物復(fù)合材料襯層軸瓦的制備方法，其特征在于上述步驟3)碳織物在壓制前，先進(jìn)行活化處理，然后在配制的聚合物中進(jìn)行預(yù)浸處理，以提高與聚合物基體的結(jié)合強(qiáng)度。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋼背/聚合物復(fù)合材料襯層軸瓦的制備方法，其特征在于上述步驟10)壓制后軸瓦在模具中固化的具體溫度和時(shí)間為溫度為25°C時(shí)，需要固化時(shí)間為10 24小時(shí)；溫度為80°C時(shí)，需要固化時(shí)間為2 4小時(shí)；溫度為125°C時(shí)，需要固化時(shí)間為I 3小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明是一種鋼背/聚合物復(fù)合材料襯層軸瓦及制備方法。本發(fā)明的軸瓦包括有鋼背(6)和碳纖維織物增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的襯層(5)，襯層(5)通過模具施壓貼合在鋼背(6)的內(nèi)表面成型并固化并粘結(jié)成一體。上述襯層材料為碳纖維織物增強(qiáng)聚合物自潤滑復(fù)合材料，具體包括如下組份酚醛樹脂 20-30份，環(huán)氧樹脂 15-20份，滑石粉5-10份，石墨10-30份，二硫化鉬10-15份，固化劑15-22份，耦聯(lián)劑0.4-2份。本發(fā)明軸瓦具有承載能力高、抗沖擊性能好、摩擦系數(shù)低、動態(tài)性能好、耐磨的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)以鋼代銅，節(jié)約貴金屬；軸瓦內(nèi)表面近凈成型，幾何尺寸穩(wěn)定性高；無鉛，綠色環(huán)保；易于回收循環(huán)利用。
文檔編號B32B27/06GK102606659SQ201110422568
公開日2012年7月25日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者吳貴華, 孫友松, 張喬胤, 張貴成, 張鵬, 李建平, 李慧, 王萬順, 程永奇, 阮衛(wèi)平 申請人:廣東工業(yè)大學(xué), 廣東鍛壓機(jī)床廠有限公司, 廣州市晶邦液壓密封技術(shù)有限公司