一种钢背/聚合物复合材料衬层轴瓦及制备方法

摘要

本发明是一种钢背/聚合物复合材料衬层轴瓦及制备方法。本发明的轴瓦包括有钢背（6）和碳纤维织物增强聚合物复合材料的衬层（5），衬层（5）通过模具施压贴合在钢背（6）的内表面成型并固化并粘结成一体。上述衬层材料为碳纤维织物增强聚合物自润滑复合材料，具体包括如下组份：酚醛树脂20-30份，环氧树脂15-20份，滑石粉5-10份，石墨10-30份，二硫化钼10-15份，固化剂15-22份，耦联剂0.4-2份。本发明轴瓦具有承载能力高、抗冲击性能好、摩擦系数低、动态性能好、耐磨的优点，同时可实现以钢代铜，节约贵金属；轴瓦内表面近净成型，几何尺寸稳定性高；无铅，绿色环保；易于回收循环利用。

权利要求

1.一种钢背/聚合物复合材料衬层轴瓦的压制模具，所述钢背/聚合物复合材料衬层轴瓦包括有钢背（6）和碳纤维织物增强聚合物复合材料的衬层（5），衬层（5）通过模具施压贴合在钢背（6）的内表面成型并固化并粘结成一体，其特征在于压制模具包括有上模座（3）、芯轴（4）、下模座（7）、顶杆（8）、定位销（2）以及螺栓（1），其中衬层（5）贴合在钢背（6）内表面，且贴合有衬层（5）的钢背（6）套装在芯轴（4）上，芯轴（4）套装在下模座（7）与上模座（3）之间，下模座（7）与上模座（3）之间通过定位销（2）定位，并通过螺栓（1）固装在一起，且下模座（7）及上模座（3）上设有能装设顶杆（8）的通孔。

2.根据权利要求1所述的钢背/聚合物复合材料衬层轴瓦的压制模具，其特征在于上述衬层（5）上设有润滑油道和螺钉安装沉孔，润滑油道和螺钉安装沉孔的对应部位铣出凹槽；压制时，衬层（5）的润滑油道和螺钉安装沉孔部位产生变形凸起嵌入钢背（6）对应所设的凹槽中，以增加钢背和衬层间的结合强度。

3.一种钢背/聚合物复合材料衬层轴瓦的制备方法，其特征在于包括如下步骤:

1）将钢背（6）加工至设计几何尺寸；

2）采用滚花刀在钢背（6）内表面滚花；

3）对碳纤织物进行预浸处理并按设计配方配制聚合物自润滑胶体；

4）清理钢背（6）复合面与成型芯轴（4）表面，去除表面所附铁屑、杂质等，并用丙酮清洗以去除油污；

5）在成型芯轴（4）、上模座（3）和下模座（7）表面涂覆脱模剂；

6）将钢背（6）安装到成型模具上模座（3）和下模座（7）内，安装过程中由顶杆（8）定位钢背（6）；

7）在钢背（6）的复合面涂胶，同时对预浸处理后的碳纤织物涂胶并层叠铺设于钢背（6）的复合面至设计厚度，衬层（5）的厚度为0.8-2mm，涂胶过程中严格控制含胶量；

8）安放成型芯轴（4），芯轴（4）由定位销（2）定位；

9）合模，由定位销（2）定位上模座（3）、芯轴（4）和下模座（7），用紧固螺栓（1）锁紧上模座（3）和下模座（7）至完全闭合状态；

10）压制后轴瓦在模具中固化；

11）开模，通过顶杆（8）顶出钢背衬层轴瓦；

12）清理，将钢背衬层轴瓦成型过程中多余复合材料采用机械或手工打磨的方法清除；

13）检验。

4.根据权利要求3所述的钢背/聚合物复合材料衬层轴瓦的制备方法，其特征在于上述步骤3）碳纤织物在压制前，先进行活化处理，然后在配制的聚合物中进行预浸处理，以提高与聚合物基体的结合强度。

5.根据权利要求3所述的钢背/聚合物复合材料衬层轴瓦的制备方法，其特征在于上述步骤10）压制后轴瓦在模具中固化的具体温度和时间为：温度为25℃时，需要固化时间为10～24小时；温度为80℃时，需要固化时间为2～4小时；温度为125℃时，需要固化时间为1～3小时。

说明书

一种钢背/聚合物复合材料衬层轴瓦及制备方法

技术领域

[0001] 本发明是一种钢背/聚合物复合材料衬层轴瓦及制备方法，特别涉及一种重载滑动摩擦副用钢背/层结构轴瓦及其制备方法，属机械传动领域轴瓦制造创新技术。

背景技术

[0002] 重载滑动轴承是机械装备中关键部件之一，广泛应用于锻压机械、塑料机械、冶金机械、工程机械等设备上。在这些设备中，滑动轴承的摩擦学性能是影响设备工作性能的一项重要指标。高效、节能、重载、滑动摩擦副的设计与制造技术是该类设备的关键技术之一，轴瓦作为滑动摩擦副的核心零件，对设备的效率、能耗、使用性能甚至整体结构等都有着决定性的影响。目前主要采用高性能铜合金轴瓦，不但价格高，而且由于含铅，危害环境，不符合可持续发展的要求。

[0003] 以高强度的金属为基体，以自润滑材料为衬层的金属背衬型自润滑材料结构兼有高承载能力和减摩耐磨性能，为解决新型重载高效轴瓦的研制问题带来希望。

[0004] 目前，金属背衬型轴瓦已公开的制备方法主要有以下专利：申请号90103367“弹性推力瓦及制造方法”、申请号98114436.5“弹性金属塑料推力轴承制造方法”、申请号200610046331.4“弹性金属塑料轴瓦的生产方法”、申请号200610046329.7“高强度弹性金属塑料轴瓦及生产方法”、申请号200810011732.5“一种弹性塑料轴瓦及其制造方法”。这些专利具有一个共同的特征就是采用金属丝增强并焊接于钢背基体，且塑料填充物需进行烧结，即以金属丝形成的多孔弹性垫为基体，填充改性聚合物形成耐磨层，通过钎焊或液态焊接、塑料烧结等工序制成。

[0005] 上述专利采用金属丝焊接作为增强基体，需进行焊接、压制、烧结、切削加工等多道工序，加工工艺繁琐，成本高，产品质量难以控制；且限于制造工艺，衬层厚度不能太小。此外，采用这些方法所制备的轴瓦主要用于水轮机发电机组等设备上，在这些场合，轴瓦所要求pv 值较低，所受冲击载荷也较小。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种轴瓦内表面采用近净成型，无须切削加工，几何尺寸稳定性高的钢背/聚合物复合材料衬层轴瓦。本发明的钢背/聚合物复合材料衬层轴瓦无铅，绿色环保；基体材料易于回收循环利用。

[0007] 本发明的另一目的在于提供一种成本低，绿色环保的钢背/聚合物复合材料衬层轴瓦的材料。

[0008] 本发明的另一目的在于提供一种设计合理，结构简单、方便实用的钢背/聚合物复合材料衬层轴瓦的制备模具。

[0009] 本发明的另一目的在于提供一种工艺简单、方便实用的钢背/聚合物复合材料衬层轴瓦的制备方法。本发明的钢背/聚合物复合材料衬层轴瓦的制备方法采用碳或其它纤维织物增强，无需采用金属丝焊接作为强化基体，塑料衬层也无需烧结，所制备的轴瓦具有承载能力高、抗冲击性能好、摩擦系数低、动态性能好、磨损量小的优点，同时可实现以钢代铜，节约贵金属；适用于锻压机械等重载、冲击载荷场合的钢背衬层结构新型轴瓦，取代目前这类制备普遍采用的铜合金轴瓦。

[0010] 本发明的技术方案是：本发明的钢背/聚合物复合材料衬层轴瓦，包括有钢背和碳纤维织物增强聚合物复合材料的衬层，衬层通过模具施压贴合在钢背内表面成型并固化并粘结成一体。

[0011] 本发明的钢背/聚合物复合材料衬层轴瓦的材料，上述衬层材料为碳纤维织物增强聚合物自润滑复合材料，具体包括如下组份：酚醛树脂 20-30份，环氧树脂 15-20份，滑石粉 5-10份，石墨10-30份，二硫化钼10-15份，固化剂15-22份，耦联剂 0.4-2份。

[0012] 上述酚醛树脂为酚醛树脂F-44，环氧树脂为环氧树脂E-51，滑石粉为400目，耦联剂为耦联剂KH500。

[0013] 本发明的钢背/聚合物复合材料衬层轴瓦的压制模具，包括有上模座、芯轴、下模座、顶杆、定位销以及螺栓，其中衬层贴合在钢背的内表面，且贴合有衬层的钢背套装在芯轴上，芯轴套装在下模座与上模座之间，下模座与上模座之间通过定位销定位，并通过螺栓固装在一起，且下模座及上模座上设有能装设顶杆的通孔。

[0014] 上述衬层上设有润滑油道和螺钉安装沉孔，润滑油道和螺钉安装沉孔的对应部位铣出凹槽；压制时，衬层的润滑油道和螺钉安装沉孔部位产生变形凸起嵌入钢背对应所设的凹槽中，以增加钢背和衬层间的结合强度。

[0015] 本发明的钢背/聚合物复合材料衬层轴瓦的制备方法，包括如下步骤:

[0016] 1）将钢背加工至设计几何尺寸；

[0017] 2）采用滚花刀在钢背内表面滚花；

[0018] 3）对碳纤织物进行预浸处理并按设计配方配制聚合物自润滑胶体；

[0019] 4）清理钢背复合面与成型芯轴表面，去除表面所附铁屑、杂质等，并用丙酮清洗以去除油污；

[0020] 5）在成型芯轴、上模座和下模座表面涂覆脱模剂；

[0021] 6）将钢背分别安装到成型模具上模座和下模座内，安装过程中由顶杆定位钢背；

[0022] 7）在钢背的复合面涂胶，同时对预浸处理后的碳纤织物涂胶并层叠铺设于钢背的复合面至设计厚度，衬层的厚度为0.8-2mm，涂胶过程中严格控制含胶量；

[0023] 8）安放成型芯轴，芯轴由定位销定位；

[0024] 9）合模，由定位销定位上模座、芯轴和下模座，用紧固螺栓锁紧上模座和下模座至完全闭合状态；

[0025] 10）压制后轴瓦在模具中固化；

[0026] 11）开模，通过顶杆顶出钢背衬层轴瓦；

[0027] 12）清理，将钢背衬层轴瓦成型过程中多余复合材料采用机械或手工打磨的方法清除；

[0028] 13）检验。

[0029] 上述步骤3）碳织物在压制前，先进行活化处理，然后在配制的聚合物中进行预浸处理，以提高与聚合物基体的结合强度。

[0030] 上述步骤10）压制后轴瓦在模具中固化的具体温度和时间为：温度为25℃时，需要固化时间为10～24小时；温度为80℃时，需要固化时间为2～4小时；温度为125℃时，需要固化时间为1～3小时。

[0031] 本发明提供了一种适用于锻压机械等重载、冲击载荷场合的钢背衬层结构新型轴瓦，取代目前这类制备普遍采用的铜合金轴瓦。此外，本发明提供了一种工艺简单、方便实用的钢背衬层结构轴瓦制备方法，该方法采用碳或其它纤维织物增强，无需采用金属丝焊接作为强化基体，塑料衬层也无需烧结，所制备的轴瓦具有承载能力高、抗冲击性能好、摩擦系数低、动态性能好、磨损量小的优点，同时可实现以钢代铜，节约贵金属；轴瓦内表面采用近净成型，无须切削加工，几何尺寸稳定性高；无铅，绿色环保；基体材料易于回收循环利用。本发明轴瓦具有承载能力高、抗冲击性能好、摩擦系数低、动态性能好、耐磨的优点，同时可实现以钢代铜，节约贵金属；轴瓦内表面近净成型，几何尺寸稳定性高；无铅，绿色环保；易于回收循环利用。本发明是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的钢背/聚合物复合材料衬层轴瓦及制备方法。

附图说明

[0032] 图1为本发明钢背聚合物复合材料衬层轴瓦的主视图；

[0033] 图2为本发明钢背聚合物复合材料衬层轴瓦的左视图；

[0034] 图3为本发明钢背聚合物复合材料衬层轴瓦成型模具的结构示意图。

具体实施方式

[0035] 实施例：

[0036] 本发明钢背聚合物复合材料衬层轴瓦的结构示意图如图1、2所示,本发明的钢背/聚合物复合材料衬层轴瓦，包括有钢背6和碳纤维织物增强聚合物复合材料的衬层5，衬层5通过模具施压贴合在钢背6的内表面成型并固化并粘结成一体。

[0037] 本发明的钢背/聚合物复合材料衬层轴瓦的材料，上述衬层材料为碳纤维织物增强聚合物自润滑复合材料，具体包括如下组份：酚醛树脂 20-30份，环氧树脂 15-20份，滑石粉 5-10份，石墨10-30份，二硫化钼10-15份，固化剂15-22份，耦联剂 0.4-2份。

[0038] 本实施例中，上述酚醛树脂为酚醛树脂F-44，环氧树脂为环氧树脂E-51，滑石粉为400目，耦联剂为耦联剂KH500。

[0039] 本发明的钢背/聚合物复合材料衬层轴瓦的压制模具，包括有上模座3、芯轴4、下模座7、顶杆8、定位销2以及螺栓1，其中衬层5贴合在钢背6的内表面，且贴合有衬层5的钢背（6）套装在芯轴4上，芯轴4套装在下模座7与上模座3之间，下模座7与上模座3之间通过定位销2定位，并通过螺栓1固装在一起，且下模座7及上模座3上设有能装设顶杆8的通孔。

[0040] 本实施例中，上述衬层5上设有润滑油道和螺钉安装沉孔，润滑油道和螺钉安装沉孔的对应部位铣出凹槽；压制时，衬层5的润滑油道和螺钉安装沉孔部位产生变形凸起嵌入钢背6对应所设的凹槽中，以增加钢背和衬层间的结合强度。按照轴瓦零件工作图设计钢背6，根据工作要求，预留衬层5的厚度为0.8-3mm。钢背6内表面滚花，并在螺钉安装孔、润滑进油孔处倒角；在润滑油道铣槽，以便衬层模压时变形，增加结合力。

[0041] 本发明的钢背/聚合物复合材料衬层轴瓦的制备方法，包括如下步骤:

[0042] 1）将钢背6加工至设计几何尺寸；

[0043] 2）采用滚花刀在钢背6内表面滚花；

[0044] 3）对碳纤织物进行预浸处理并按设计配方配制聚合物自润滑胶体；

[0045] 4）清理钢背6复合面与成型芯轴4表面，去除表面所附铁屑、杂质等，并用丙酮清洗以去除油污；

[0046] 5）在成型芯轴4、上模座3和下模座7表面涂覆脱模剂；

[0047] 6）将钢背6分别安装到成型模具上模座3和下模座7内，安装过程中由顶杆8定位钢背6；

[0048] 7）在钢背6的复合面涂胶，同时对预浸处理后的碳纤织物涂胶并层叠铺设于钢背6的复合面至设计厚度，衬层5的厚度为0.8-3mm，涂胶过程中严格控制含胶量；

[0049] 8）安放成型芯轴4，芯轴4由定位销2定位；

[0050] 9）合模，由定位销2定位上模座3、芯轴4和下模座7，用紧固螺栓1锁紧上模座3和下模座7至完全闭合状态；

[0051] 10）压制后轴瓦在模具中固化；

[0052] 11）开模，通过顶杆8顶出钢背衬层轴瓦；

[0053] 12）清理，将钢背衬层轴瓦成型过程中多余复合材料采用机械或手工打磨的方法清除；

[0054] 13）检验。

[0055] 本实施例中，上述步骤3）碳织物在压制前，先进行活化处理，然后在配制的聚合物中进行预浸处理，以提高与聚合物基体的结合强度。

[0056] 本实施例中，上述步骤10）压制后轴瓦在模具中固化的具体温度和时间为：温度为25℃时，需要固化时间为10～24小时；温度为80℃时，需要固化时间为2～4小时；温度为125℃时，需要固化时间为1～3小时。