一種車(chē)用芯軸的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于汽車(chē)零部件【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種車(chē)用芯軸。所述車(chē)用芯軸，包括由PTFE復(fù)合材料制成的軟管和至少一根鋼芯，在軟管內(nèi)安裝有同軸心設(shè)置且呈螺旋狀的扁絲，所述的扁絲緊包裹在鋼芯外壁上且扁絲外壁緊貼于軟管內(nèi)壁上，所述PTFE復(fù)合材料由如下質(zhì)量百分比的成分組成：PTFE：50-60％，納米Al2O3：5-15％，碳粉：10-20％，潤(rùn)滑劑：10-15％，相容劑：5-15％。并涉及了軟管的制備方法。本發(fā)明在鋼芯外增加了由PTEE復(fù)合材料制成的軟管，PTEE復(fù)合材料的配伍合理，使其成分產(chǎn)生較好的協(xié)同作用，增加軟管的耐磨性，從而增加芯軸的耐磨性，提高行程效率和負(fù)載效率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種車(chē)用芯軸
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于汽車(chē)零部件【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種車(chē)用芯軸。
【背景技術(shù)】
[0002]汽車(chē)作為人們的代步工具，是主要的交通工具之一。汽車(chē)有許多分布在車(chē)身各個(gè)方位的零部件，因?yàn)檫@類(lèi)零部件大多為剛性材料制成，且安裝在不同方位，所以它們不適合直接連接進(jìn)行傳動(dòng)，尤其可用于汽車(chē)的操縱機(jī)構(gòu)與汽車(chē)離合器的連接。因此軟軸就普遍地出現(xiàn)在車(chē)身內(nèi)。
[0003]眾所周知，駕駛員如需改變行車(chē)的速度，就必須通過(guò)操縱操縱桿前后、左右擺動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這是兩個(gè)方向的往復(fù)行程，因此軟軸需要承載兩個(gè)方向的作用力，即推力和拉力。軟軸的質(zhì)量直接決定了汽車(chē)的變速性能。
[0004]軟軸包括芯軸和軸套，芯軸安裝在軟軸的中間部位，是軟軸的關(guān)鍵部位。在上述的往復(fù)行程中，芯軸的耐磨性是決定軟軸壽命重要關(guān)鍵要素之一?，F(xiàn)有技術(shù)中一般采用純塑料制備芯軸，而聚四氟乙烯(PTFE)具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、高潤(rùn)滑性、電絕緣性，能在零下180°C至250°C的溫度范圍內(nèi)長(zhǎng)期使用。在所有聚合物材料中雖然PTFE的摩擦系數(shù)最低，但是PTFE最大的缺點(diǎn)是耐擦磨損性能低。為提高PTFE材料的耐磨性能，一般添加石墨、玻璃纖維、碳纖維、甚至金屬或陶瓷粉末。這些材料的添加雖然可以改善PTFE耐磨性能，但是存在相容性差、透明度和絕緣性能降低等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，提出一種耐磨性好、效率高、成本低的車(chē)用芯軸。
[0006]本發(fā)明的目的可通過(guò)下列技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):一種車(chē)用芯軸，其特征在于，包括由PTFE復(fù)合材料制成的軟管和至少一根鋼芯，在軟管內(nèi)安裝有同軸心設(shè)置且呈螺旋狀的扁絲，所述的扁絲緊包裹在鋼芯外壁上且扁絲外壁緊貼于軟管內(nèi)壁上，所述PTFE復(fù)合材料由如下質(zhì)量百分比的成分組成=PTFE:50-60 %，納米Al2O3:5_15%，碳粉:10-20 %，潤(rùn)滑劑:10-15%，相容劑:5-15%o
[0007]本發(fā)明車(chē)用芯軸中采用一種特殊的PTFE復(fù)合材料，在PTFE的基體加入適量的納米Al2O3和碳粉，而碳粉是一種廉價(jià)的填料，在一定范圍內(nèi)，隨著碳粉含量的增加，不僅可以減少材料的成本，還可以減少PTFE復(fù)合材料的磨損量，提高復(fù)合材料的硬度及承壓能力，但隨著碳粉含量的增加，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度與伸長(zhǎng)率急劇下降，即復(fù)合材料隨著碳粉含量的增加而脆性增加，因此，本發(fā)明在該復(fù)合材料中加入10-20%的碳粉，可提高PTFE的耐磨性能且保證復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度與伸長(zhǎng)率。另一方面，在PTFE復(fù)合材料中還加入了納米Al2O30隨著納米Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，材料的硬度明顯增大，其原因在于納米Al2O3粒子的表面能和表面張力隨粒徑的下降快速增大，彈性模量也很高，其顆粒均勻地分散于PTFE的表面和基體之中，雖然這是一種簡(jiǎn)單的“物理交聯(lián)”，卻有效地起到了剛硬支撐的作用，從而提高了 PTFE復(fù)合材料的硬度。而PTFE復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度隨著納米Al2O3用量的增加而減少。這是由于納米Al2O3顆粒的尺寸小、比表面積大、表面原子數(shù)、表面能和表面張力隨粒徑的減少急劇增大，出現(xiàn)小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等；同時(shí)，微粒在PTFE基體中均勻分散，對(duì)母體材料進(jìn)行了有效地填充，提高了 PTFE材料的致密度，進(jìn)而提高了材料的拉伸強(qiáng)度。然而，硬度以及彈性模量等參數(shù)的提高也使得材料的剛性和脆性增加，降低斷裂伸長(zhǎng)率。此外，在摩擦過(guò)程中，納米Al2O3顆粒在摩擦表面富集，形成固體潤(rùn)滑膜，進(jìn)行自潤(rùn)滑，從而降低了摩擦系數(shù)；當(dāng)納米Al2O3用量增大到一定值時(shí)，PTFE復(fù)合材料摩擦表面富集的納米Al2O3顆粒達(dá)到飽和，因?yàn)槟Σ料禂?shù)趨于穩(wěn)定，不再發(fā)生明顯變化。因此，本發(fā)明車(chē)用芯軸中的PTFE復(fù)合材料通過(guò)合理配伍，采用一定質(zhì)量比的PTFE、納米Al2O3、碳粉、潤(rùn)滑劑與相容劑，使其產(chǎn)生良好的協(xié)同作用，取長(zhǎng)補(bǔ)短，從而提高材料的耐磨性、抗拉強(qiáng)度、抗腐蝕性能等，并降低生產(chǎn)成本，進(jìn)而提高車(chē)用芯軸的使用壽命和使用價(jià)值。
[0008]作為優(yōu)選，所述PTFE復(fù)合材料由如下質(zhì)量百分比的成分組成:PTFE:55_60%，納米 Al2O3:5-10%，碳粉:8-20%，潤(rùn)滑劑:10-12%，相容劑:5_10%。
[0009]在上述的一種車(chē)用芯軸中，PTFE復(fù)合材料中所述的潤(rùn)滑劑為脂肪酸酰胺、油酸酰胺、乙撐雙硬脂酸酰胺中的一種或多種。在PTFE復(fù)合材料中加入潤(rùn)滑劑后，顯著改善了材料的潤(rùn)滑和防護(hù)性能。潤(rùn)滑作用的改善主要是基于PTFE超細(xì)粒子進(jìn)入摩擦表面，填平凹處或陷入基體材料產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)缺陷，在摩擦表面上形成粒子與基體材料的復(fù)合層，提高了摩擦表面的顯微硬度，從而使摩擦表面呈現(xiàn)出一定的抗磨性能。
[0010]在上述的一種車(chē)用芯軸中，PTFE復(fù)合材料中所述的相容劑為SMA、EBA-GMA, EAA、SEBS中的一種或多種。加入的相容劑能使PTFE與其他成分混合得更好，從而有助于獲得均勻的混合料。
[0011]在上述的一種車(chē)用芯軸中，PTFE復(fù)合材料中所述的PTFE的粒徑為300 μ m-600 μ m,表觀密度為 450_550g/L。
[0012]在上述的一種車(chē)用芯軸中，PTFE復(fù)合材料中所述的納米Al2O3顆粒的平均粒徑為10nm-1 μ m。
[0013]在上述的一種車(chē)用芯軸中，PTFE復(fù)合材料中所述的碳粉為碳納米管、碳纖維中的一種或多種。
[0014]其中，車(chē)用芯軸中由PTFE復(fù)合材料制備軟管的方法包括如下步驟:
[0015]S1、按PTFE復(fù)合材料軟管的成分及其質(zhì)量百分比稱(chēng)取原料:PTFE:55-60%，納米Al2O3:5-10%，碳粉:8-20%，潤(rùn)滑劑:10-12%，相容劑:5_10%，將稱(chēng)取好的原料在15_18°C下混合10-20min，混合均勻后在25_30°C下放置24_28h ；
[0016]S2、將放置后的原料在壓縮速率為40-60mm/min，壓力為0.2_3MPa的條件下制成軟管還件；
[0017]S3、將制成的軟管坯件在料腔溫度為30_50°C，口模溫度為50_60°C下進(jìn)行推壓成型；
[0018]S4、將推壓成型后的軟管在180_210°C干燥2_3h，然后進(jìn)行燒結(jié)制得車(chē)用芯軸中的軟管。
[0019]在上述由PTFE復(fù)合材料制備軟管方法的步驟S4燒結(jié)中，間歇燒結(jié)的升溫速率為600C /h，在370-380°C下保溫3-5h ;連續(xù)燒結(jié)的干燥區(qū)為100_250°C，預(yù)熱區(qū)為250_330°C，燒結(jié)區(qū)為380-420°C，冷卻區(qū)為260-300°C。
[0020]在上述的一種車(chē)用芯軸中，所述扁絲呈扁平條狀設(shè)置且由不銹鋼材料制成。作為優(yōu)選，所述不銹鋼可選用316不銹鋼，其化學(xué)成分為:C:0.02-0.08%, Si =0.05-1%,Mn:0.5-1.5 %, N1:8.0-9.0 %, Cr:13.0-15.5 %, Mo:2.2-2.8 %, P:0.015-0.035 %, S:
0.01-0.03%。
[0021]在上述的一種車(chē)用芯軸中，所述扁絲相鄰兩段的外側(cè)壁緊密貼合。
[0022]在上述的一種車(chē)用芯軸中，所述的軟管形狀為圓柱形。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0024]1、在鋼芯外增加了由PTEE復(fù)合材料制成的軟管，PTEE復(fù)合材料的配伍合理，通過(guò)合理配比一定質(zhì)量百分比的PTFE、納米Al2O3、碳粉、潤(rùn)滑劑、相容劑，使其產(chǎn)生較好的協(xié)同作用，增加軟管的耐磨性，從而增加芯軸的耐磨性，提高行程效率。
[0025]2、本發(fā)明車(chē)用芯軸中的鋼芯外包裹了一層扁絲，防止了鋼芯散開(kāi)，提高了負(fù)載效率。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖2是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的橫截面示意圖。
[0028]圖中，10、軟管；20、鋼芯；30、扁絲。
【具體實(shí)施方式】
[0029]以下是本發(fā)明的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。
[0030]如圖1和圖2所示，本車(chē)用芯軸包括由PTFE復(fù)合材料制成的軟管10和至少一根鋼芯20，在軟管10內(nèi)安裝有同軸心設(shè)置且呈螺旋狀的扁絲30，扁絲30緊包裹在鋼芯20外壁上且扁絲30外壁緊貼于軟管10內(nèi)壁上，鋼芯20與扁絲30無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，扁絲30與軟管10無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
[0031]優(yōu)選地，鋼芯20的數(shù)量可采用多根，這樣可增加芯軸的負(fù)載量，提高了負(fù)載效率。
[0032]優(yōu)選地，扁絲30呈扁平條狀設(shè)置且由不銹鋼材料制成，扁絲30緊密纏繞在多根鋼芯20外壁上，使得多根鋼芯20緊密堆積，能更加有效地傳遞力，提高了行程效率。
[0033]進(jìn)一步優(yōu)選地，扁絲30相鄰兩段的外側(cè)壁緊密貼合，因芯軸安裝在汽車(chē)內(nèi)需要較長(zhǎng)的長(zhǎng)度，此設(shè)計(jì)保證了芯軸每個(gè)部位的鋼芯20緊密堆積。
[0034]優(yōu)選地，軟管10形狀為圓柱形，扁絲30包裹鋼芯20后的形狀為圓柱形，運(yùn)用軟管10包裹后的芯軸表面平整，提高了效率。
[0035]進(jìn)一步優(yōu)選，所述扁絲不銹鋼可選用316不銹鋼，其化學(xué)成分為:C:0.02-0.08%,S1:0.05-1 %, Mn:0.5-1.5 %, N1:8.0-9.0 %, Cr:13.0-15.5 %，Mo:2.2-2.8 %, P:
0.015-0.035%, S:0.01-0.03%。
[0036]所述軟管由PTFE復(fù)合材料制成，PTFE復(fù)合材料由如下質(zhì)量百分比的成分組成:PTFE:50-60%，納米 Al2O3:5_15%，碳粉:10-20%，潤(rùn)滑劑:10-15%，相容劑:5~15% 0 作為優(yōu)選，所述的PTFE的粒徑為300 μ m-600 μ m,表觀密度為450_550g/L ;納米Al2O3顆粒的平均粒徑為10nm-1 μ m。
[0037]實(shí)施例1
[0038]S1、按車(chē)用芯軸中軟管PTFE復(fù)合材料的組成成分及其重量百分比稱(chēng)取原料:PTFE:60 %，納米Al2O3:8%，碳納米管:14%，脂肪酸酰胺:10%，SMA:8%，將稱(chēng)取好的原料在16°C下混合15min，混合均勻后在25°C下放置26h ；
[0039]S2、將放置后的原料在壓縮速率為50mm/min，壓力為2MPa的條件下制成軟管坯件；
[0040]S3、將制成的軟管坯件在料腔溫度為40°C，口模溫度為55°C下進(jìn)行推壓成型；
[0041]S4、將推壓成型后的軟管在200°C干燥2h，然后進(jìn)行燒結(jié)制得車(chē)用芯軸中的軟管。其中，間歇燒結(jié)的升溫速率為60°C /h，在370°C下保溫4h ;連續(xù)燒結(jié)的干燥區(qū)為200°C，預(yù)熱區(qū)為300°C，燒結(jié)區(qū)為400°C，冷卻區(qū)為280°C。
[0042]實(shí)施例2
[0043]S1、按車(chē)用芯軸中軟管PTFE復(fù)合材料的組成成分及其重量百分比稱(chēng)取原料:PTFE:55%，納米Al2O3:10%，碳纖維:17%，油酸酰胺:12%, EBA-GMA:6%，將稱(chēng)取好的原料在18°C下混合lOmin，混合均勻后在30°C下放置24h ；
[0044]S2、將放置后的原料在壓縮速率為60mm/min，壓力為0.5MPa的條件下制成軟管坯件；
[0045]S3、將制成的軟管坯件在料腔溫度為50°C，口模溫度為60°C下進(jìn)行推壓成型；
[0046]S4、將推壓成型后的軟管在210°C干燥3h，然后進(jìn)行燒結(jié)制得車(chē)用芯軸中的軟管。其中，間歇燒結(jié)的升溫速率為60°C /h，在380°C下保溫5h ;連續(xù)燒結(jié)的干燥區(qū)為250°C，預(yù)熱區(qū)為330°C，燒結(jié)區(qū)為420°C，冷卻區(qū)為300°C。
[0047]實(shí)施例3
[0048]S1、按車(chē)用芯軸中軟管PTFE復(fù)合材料的組成成分及其重量百分比稱(chēng)取原料:PTFE:60 %，納米Al2O3:5%，碳納米管和碳纖維:13%,乙撐雙硬脂酸酰胺:12%, EAA:10%，將稱(chēng)取好的原料在15°C下混合20min，混合均勻后在25°C下放置28h ；
[0049]S2、將放置后的原料在壓縮速率為40mm/min，壓力為3MPa的條件下制成軟管坯件；
[0050]S3、將制成的軟管坯件在料腔溫度為30°C，口模溫度為50°C下進(jìn)行推壓成型；
[0051]S4、將推壓成型后的軟管在180°C干燥3h，然后進(jìn)行燒結(jié)制得車(chē)用芯軸中的軟管。其中，間歇燒結(jié)的升溫速率為60°C /h，在370°C下保溫5h ;連續(xù)燒結(jié)的干燥區(qū)為100°C，預(yù)熱區(qū)為250°C，燒結(jié)區(qū)為380°C，冷卻區(qū)為260°C。
[0052]對(duì)比例I
[0053]S1、按車(chē)用芯軸中軟管PTFE復(fù)合材料的組成成分及其重量百分比稱(chēng)取原料:PTFE:60%，納米Al2O3:10%，脂肪酸酰胺:15%, SMA:15%，將稱(chēng)取好的原料在16°C下混合15min，混合均勻后在25°C下放置26h ；
[0054]S2、將放置后的原料在壓縮速率為50mm/min，壓力為2MPa的條件下制成軟管坯件；
[0055]S3、將制成的軟管坯件在料腔溫度為40°C，口模溫度為55°C下進(jìn)行推壓成型；
[0056]S4、將推壓成型后的軟管在200°C干燥2h，然后進(jìn)行燒結(jié)制得車(chē)用芯軸中的軟管。其中，間歇燒結(jié)的升溫速率為60°C /h，在370°C下保溫4h ;連續(xù)燒結(jié)的干燥區(qū)為200°C，預(yù)熱區(qū)為300°C，燒結(jié)區(qū)為400°C，冷卻區(qū)為280°C。
[0057]對(duì)比例2
[0058]S1、按車(chē)用芯軸中軟管PTFE復(fù)合材料的組成成分及其重量百分比稱(chēng)取原料:PTFE:55%，碳纖維:20%，油酸酰胺:15%，EBA-GMA: 10%，將稱(chēng)取好的原料在18°C下混合lOmin，混合均勻后在30°C下放置24h ；
[0059]S2、將放置后的原料在壓縮速率為60mm/min,壓力為0.5MPa的條件下制成軟管還件；
[0060]S3、將制成的軟管坯件在料腔溫度為50°C，口模溫度為60°C下進(jìn)行推壓成型；
[0061]S4、將推壓成型后的軟管在210°C干燥3h，然后進(jìn)行燒結(jié)制得車(chē)用芯軸中的軟管。其中，間歇燒結(jié)的升溫速率為60°C /h，在380°C下保溫5h ;連續(xù)燒結(jié)的干燥區(qū)為250°C，預(yù)熱區(qū)為330°C，燒結(jié)區(qū)為420°C，冷卻區(qū)為300°C。
[0062]對(duì)比例3
[0063]市售普通的車(chē)用芯軸軟管。
[0064]將實(shí)施例1-3中由PTFE復(fù)合材料制得的軟管與對(duì)比例1_3中車(chē)用芯軸的軟管進(jìn)行性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所示。 [0065]表1:實(shí)施例1-3中由PTFE復(fù)合材料制得的軟管與對(duì)比例1_3中車(chē)用芯軸中的軟
管的性能測(cè)試結(jié)果
[0066]
【權(quán)利要求】
1.一種車(chē)用芯軸，其特征在于，包括由PTFE復(fù)合材料制成的軟管和至少一根鋼芯，在軟管內(nèi)安裝有同軸心設(shè)置且呈螺旋狀的扁絲，所述的扁絲緊包裹在鋼芯外壁上且扁絲外壁緊貼于軟管內(nèi)壁上，所述PTFE復(fù)合材料由如下質(zhì)量百分比的成分組成:PTFE:50-60%，納米 Al2O3:5-15%，碳粉:10-20%，潤(rùn)滑劑:10-15%，相容劑:5_15%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車(chē)用芯軸，其特征在于，PTFE復(fù)合材料中所述的PTFE的平均粒徑為300 μ m-600 μ m,表觀密度為450_550g/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車(chē)用芯軸，其特征在于，PTFE復(fù)合材料中所述的納米Al2O3的平均粒徑為10nm-1 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車(chē)用芯軸，其特征在于，PTFE復(fù)合材料中所述的碳粉為碳納米管、碳纖維中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車(chē)用芯軸，其特征在于，車(chē)用芯軸中由PTFE復(fù)合材料制備軟管的方法包括如下步驟: 51、按PTFE:55-60 %，納米 Al2O3:5_10%，碳粉:8_20%，潤(rùn)滑劑:10-12 %，相容劑:5-10%稱(chēng)取原料，將稱(chēng)取好的原料在15-18°C下混合10-20min，混合均勻后在25_30°C下放置 24-28h ； 52、將放置后的原料在壓縮速率為40-60mm/min，壓力為0.2_3MPa的條件下制成軟管坯件； 53、將制成的軟管坯件在料腔溫度為30-50°C，口模溫度為50-60°C下進(jìn)行推壓成型； 54、將推壓成型后的軟管在180-210°C干燥2-3h，然后進(jìn)行燒結(jié)制得車(chē)用芯軸中的軟管。
6.根據(jù)權(quán)利要求5中所述的車(chē)用芯軸，其特征在于，所述制備軟管的步驟S4的燒結(jié)中，間歇燒結(jié)的升溫速率為60°C /h，在370-380°C下保溫3-5h ;連續(xù)燒結(jié)的干燥區(qū)為100-250°C，預(yù)熱區(qū)為 250-330°C，燒結(jié)區(qū)為 380_420°C，冷卻區(qū)為 260_300°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車(chē)用芯軸，其特征在于，所述扁絲呈扁平條狀設(shè)置且由不銹鋼材料制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的車(chē)用芯軸，其特征在于，所述不銹鋼的化學(xué)成分為:C:0.02-0.08 %, S1:0.05-1 %, Mn:0.5-1.5 %, N1:8.0-9.0 %, Cr:13.0-15.5 %, Mo:2.2-2.8%, P:0.015-0.035%, S:0.01-0.03%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車(chē)用芯軸，其特征在于，所述扁絲相鄰兩段的外側(cè)壁緊密貼口 ο
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車(chē)用芯軸，其特征在于，所述的軟管形狀為圓柱形。
【文檔編號(hào)】C22C38/44GK104033473SQ201410240533
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】錢(qián)高法 申請(qǐng)人:寧波高發(fā)汽車(chē)控制系統(tǒng)股份有限公司