专利名称：金属塑料轴承及金属塑料轴承制造方法
技术领域：
本发明涉及滑动轴承领域，具体而言，涉及一种金属塑料轴承及金属塑料轴承制造方法。
背景技术：
弹性金属塑料瓦是由金属丝弹性垫与增强改性聚四氟乙烯塑料经模压、烧结塑化形成的低摩擦、高耐磨复合材料。弹性金属塑料瓦再与不同几何形状的钢质瓦基经由钎焊工艺牢固结合在一起形成塑料瓦产品。目前塑料瓦产品已广泛应用于立式、卧式水轮发电机组和行星轮系齿轮箱推力轴承。塑料瓦产品的特点包括适用于不同支撑方式和不同润滑油循环冷却方式；摩擦系数小，有效降低轴瓦运行损耗；具有优异的抗咬合性能，避免粘着烧瓦事故发生；适应稀油润滑、脂润滑，当出现意外情况油箱混入水时，在油水混合润滑工况仍可正常工作；有良好的阻热性能，有效减小瓦基的热变形；具有顺应性和独特的自调性能，有效改善瓦面接触压力和各瓦之间的受力状况，运行可靠、安全裕度大；安装、检修 不需刮研瓦面，缩短安装检修周期等；产品符合环保要求等。但是，目前弹性金属塑料瓦的结构形式主要为扇形或圆形的推力瓦、分块式的径向瓦(也称导轴承)、剖分式径向瓦等。整体筒式轴承的研究开发工艺技术比较落后，需要将瓦面分成两块以上才能进行钎焊。专利号为201120512969的实用新型专利公开了一种筒式弹性金属塑料轴瓦，它在筒式金属基体圆内焊接2至16块弹性金属塑料瓦面，每块弹性金属塑料瓦面之间设有润滑水槽，经过弹性金属塑料瓦面制作。专利号为03144075的实用新型专利公开了一种圆弧型弹性金属一塑料轴瓦，它是在钢瓦坯上钎焊弹性金属丝层，塑料再与弹性金属丝层镶嵌的复合型轴瓦，整套轴瓦分成若干块，其特征是每块塑料瓦面设置导入面、增压楔面、承重面和出油面；增压楔面的半径大于(包括等于)承重面的半径；增压楔面的入口处距承重面圆周O. 05至I. 5毫米；增压楔面的长度是该块圆周长度的1/10至1/3。如前所述，以上专利都要将整套轴瓦分成若干块，而分成若干块就需要有若干结合缝，比如两块瓦就要有至少两道缝，三块瓦就会有至少三道缝。缝隙的存在会对单油楔筒式轴承流体动压润滑膜的形成以及承载能力产生不利影响，使前述轴承在一些场合不能满足要求(比如应用于齿轮箱的单油楔径向轴承)。
发明内容
本发明旨在提供一种金属塑料轴承及金属塑料轴承制造方法，以解决现有技术中的金属塑料轴承的复合材料层存在多条焊缝，对轴承流体动压润滑膜的形成以及承载能力产生不利影响的问题。为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种金属塑料轴承，包括瓦基，形成筒形；复合材料层，覆盖在瓦基的内表面上，复合材料层为整体一体成型；其中，复合材料层包括中间层和塑料层，中间层包括金属丝骨架，塑料层复合在中间层内。进一步地,瓦基与复合材料层钎焊连接。进一步地，瓦基的内表面上具有沟槽。进一步地，沟槽沿圆周和/或轴向延伸。进一步地，金属丝骨架中的金属丝为螺旋形缠绕的铜丝。进一步地，瓦基为钢制，塑料层由聚四氟乙烯塑料形成。根据本发明的另一方面，提供了一种金属塑料轴承制造方法，包括以下步骤SI、制作筒形的瓦基；S2、由金属丝制作中间层的金属丝骨架；S3、将塑料与中间层的金属丝骨 架相结合，从而形成整体一体成型的复合材料层；S4、将复合材料层钎焊覆盖在瓦基内。进一步地，步骤SI中，包括在瓦基的内表面加工沿圆周的沟槽和/或沿轴向的沟槽。进一步地，步骤S2中，中间层的金属丝骨架为铜丝进行缠绕制成。进一步地，步骤S4的钎焊步骤包括S41、加工芯轴；S42、将瓦基加热，并在瓦基的待钎焊表面挂锡；S43、将复合材料层进行切割和加热，并在卷圆机上将复合材料层卷制成圆筒形；S44、将复合材料层压在挂好锡的瓦基内部，然后在复合材料层内部压入芯轴；S45、在芯轴的一端装上由聚四氟乙烯制成的密封垫，用压盖将密封垫压紧在复合材料层与瓦基的配合端面上；将瓦基的非钎焊表面做阻焊处理；S46、将装配好的瓦基、复合材料层、芯轴一起在进行真空钎焊或金属浴钎焊得到金属塑料轴承。进一步地，步骤S4的钎焊步骤在步骤S46之后还包括S47、将钎焊好的金属塑料轴承在卷圆机上进行加压卷制，以消除焊接过程产生的应力。应用本发明的技术方案，金属塑料轴承的复合材料瓦面为整体瓦面,整体成型,只有一道接缝。因此可以安装在非承载区，大大提高了产品的实用性和可靠性，使弹性金属塑料瓦这种优良的减摩耐磨复合材料的应用领域进一步拓宽到轴承领域。
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中图I示出了本发明的金属塑料轴承的侧视剖视图；以及图2示出了本发明的金属塑料轴承在钎焊时的示意图。
具体实施例方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。图I及图2中示出了本发明的一种整体瓦面的弹性金属塑料轴承。该轴承形成为筒形，包括外侧钢瓦基10、内侧的塑料层30 (增强改性聚四氟乙烯塑料)和位于两者之间的中间层20。中间层20是由金属丝螺旋铺撒、并与塑料层30整体压制形成的弹性垫。轴承内表面的塑料层30塑化复合于中间层20的内表面形成金属丝弹性垫的复合材料，金属丝弹性垫与筒式钢瓦基10之间通过钎焊相结合；本发明的复合材料部分为整体形式的筒状，即形成为一整块，不需分成两块以上。优选地，钢瓦基内表面上加工出沟槽。
本发明的整体瓦面弹性金属塑料筒式轴承的制备工艺如下(I)用无缝钢管或铸钢坯制作筒状钢瓦基10 :将无缝钢管或铸钢坯按照图样的要求进行车加工，并将内径精车至设计尺寸，同时内面加工沿圆周方向的沟槽和沿轴向的沟槽，沟槽深度为O. 5mm,宽度2mm，粗糙度不低于Ral. 6，并注意沟槽无尖角。其余各部如外径、端面等粗加工，预留一定的加工余量。(2)制作中间层20的复合结构包括备料、绕簧、成坯。首先将铜丝(外径Φ0. 4mm左右)进行缠绕，然后抻长，使铜丝螺旋的外径控制在Φ 2. 6至3. 2mm以内，螺距为2. 5至4mm，剪切成25至45mm长度，均匀铺撒在与模具型腔一致的槽内，成坯。(3)复合压制形成表面塑化金属丝垫为背的复合材料板材，即将塑料表面层30复合于中间层20的内表面形成复合板材将中间层20放入模具中，进行首次压制至厚度8mm左右，然后上面均匀铺撒塑料粉(塑料粉经事先称重)，以30至50MPa的压力进行第二次压 制，厚度达到设计图样的要求(例如，厚度8mm)，然后在350至390°C烧结塑化、调平。(4)复合板材与筒式钢瓦基钎焊成形以锡铅合金为焊料(或无铅焊料)，通过金属丝弹性垫与筒式钢瓦基10钎焊连接，实现复合板材与钢瓦基的结合。参见图2所示，具体的，钎焊成形步骤如下A、按照图样的要求车加工焊接所需的芯轴40，可为实心，也可为空心，表面粗糙度不低于Ral. 6，且有一定的锥度以方便焊后拆卸，锥度的大小以大小端直径差在O. 6mm以内为标准。B、将车制的筒状瓦基10放入加热炉进行加热，加热到230至320°C，恒温一小时以上(具体时间可根据工件大小调整)。取出后在筒状瓦基10需钎焊的表面(径向曲面)挂上一层锡。挂锡前和挂锡过程中使用氯化锌溶液作为焊剂进行清洗，去除表面的氧化膜，确认表面挂好锡。C、将复合材料板材按照图样的要求(长度和宽度)进行切割下料，在浸锡炉内浸锡，目的是使其加热到适合钎焊的温度，在卷圆机上将复合材料瓦面卷制成圆，铣削瓦口(即接缝面)，以完全闭合为标准，同时用η尺测量外径，满足设计图样的要求。D、将复合材料层压入挂好锡的筒式钢瓦基10内部，然后再在复合材料层内部压入芯轴40，在芯轴40的一端装配环形密封垫50封闭中间层20和塑料层30的一端，再用螺钉70将压盖60与瓦基10结合并压紧密封垫。将钢瓦基的非钎焊表面做阻焊处理，防止搪上钎焊料造成浪费。E、将上述装配好的筒式钢瓦基、复合材料瓦面、芯轴、压盖、密封垫等一起放至真空浸锡炉内进行真空钎焊或放在熔化状态的锡槽内进行金属浴钎焊，钎焊料温度为230至320°C，恒时间为半分钟以上(具体时间可根据工件大小调整)。真空钎焊的步骤是先抽真空，使炉内真空度达到IOPa以内，然后将上述装配件通过炉上的液压装置放入锡槽内浸泡。F、取出后自然冷却，退出芯轴。G、在卷圆机上进行加压卷制，消除应力，加载的压力按10至40KN/cmX轴承长度(cm)计算。H、进行探伤检验，合格后进行后续机械加工，按设计图样加工成成品。从以上的描述中，可以看出，本发明实现了如下技术效果
I、本发明所公布的弹性金属塑料筒式轴承，其瓦面为整体瓦面，只有一道接缝，可以安装在非承载区，大大提高了产品的实用性和可靠性，使弹性金属塑料瓦这种优良的减摩耐磨复合材料的应用领域进一步拓宽。2、该轴承钎焊方法可以采用金属浴钎焊的工艺，通过钢瓦基内表面预先加工沟槽的办法使钎焊焊料充分地充填铜丝垫层，同时利用压盖和密封垫使浸入焊接表面的焊料不至于泄露，保证焊接质量。3、本发明通过瓦面与筒式钢瓦基装配后再装配芯轴的方法，实现了钎焊过程中所需要的压力，原因是复合材料表面层塑料的热膨胀系数较钢大，由此产生热应力胀满型腔，形成压力。4、钎焊过程中通过安装芯轴使得冷却过程中的收缩变形受到阻碍，降低了开焊的倾向。5、通过卷圆压制消除钎焊过程产生的应力；钎焊过程需要加热，钎焊完成后进行 冷却时由于塑料的收缩大于钢基体，因此表面层形成拉应力。本发明通过卷圆机(或类似机构)进行加压，用压力来消除其表面的拉应力，避免开焊。6、劳动生产率高，适合批量生产，降低成本。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种金属塑料轴承，其特征在于，包括 瓦基(10)，形成筒形； 复合材料层，覆盖在所述瓦基(10)的内表面上，所述复合材料层为整体一体成型；其中，所述复合材料层包括中间层(20)和塑料层(30)，所述中间层(20)包括金属丝骨架，所述塑料层(30)复合在所述中间层(20)内。
2.根据权利要求I所述的金属塑料轴承，其特征在于，所述瓦基(10)与所述复合材料层钎焊连接。
3.根据权利要求I所述的金属塑料轴承，其特征在于，所述瓦基(10)的内表面上具有沟槽。
4.根据权利要求3所述的金属塑料轴承，其特征在于，所述沟槽沿圆周和/或轴向延伸。
5.根据权利要求I所述的金属塑料轴承，其特征在于，所述金属丝骨架中的金属丝为螺旋形缠绕的铜丝。
6.根据权利要求I所述的金属塑料轴承，其特征在于，所述瓦基(10)为钢制，所述塑料层(30)由聚四氟乙烯塑料形成。
7.一种金属塑料轴承制造方法，其特征在于，包括以下步骤 51、制作筒形的瓦基(10)； 52、由金属丝制作中间层(20)的金属丝骨架； 53、将塑料与所述中间层(20)的金属丝骨架相结合，从而形成整体一体成型的复合材料层； 54、将所述复合材料层钎焊覆盖在所述瓦基(10)内。
8.根据权利要求7所述的金属塑料轴承制造方法，其特征在于，所述步骤SI中，包括在所述瓦基的内表面加工沿圆周的沟槽和/或沿轴向的沟槽。
9.根据权利要求7所述的金属塑料轴承制造方法，其特征在于，所述步骤S2中，中间层(20)的金属丝骨架为铜丝进行缠绕制成。
10.根据权利要求7所述的金属塑料轴承制造方法，其特征在于，所述步骤S4的钎焊步骤包括 541、加工芯轴(40)； 542、将所述瓦基(10)加热，并在所述瓦基的待针焊表面挂锡； 543、将所述复合材料层进行切割和加热，并在卷圆机上将所述复合材料层卷制成圆筒形； 544、将所述复合材料层压在挂好锡的所述瓦基(10)内部，然后在所述复合材料层内部压入芯轴(40)； 545、在所述芯轴的一端装上由聚四氟乙烯制成的密封垫(50)，用压盖(60)将所述密封垫(50)压紧在所述复合材料层与所述瓦基(10)的配合端面上；将所述瓦基(10)的非钎焊表面做阻焊处理； 546、将装配好的所述瓦基(10)、所述复合材料层、所述芯轴(40)、所述密封垫(50)、所述压盖(60)—起进行真空钎焊或金属浴钎焊得到金属塑料轴承。
11.根据权利要求10所述的金属塑料轴承制造方法，其特征在于，所述步骤S4的钎焊步骤中在步骤S46之后还包括 S47、将钎焊好的所述金属塑料轴承在卷圆机上进行加压卷制，以消除焊接过程产生的应力。
全文摘要
本发明旨在提供一种金属塑料轴承及金属塑料轴承制造方法。本发明的金属塑料轴承包括瓦基，形成筒形；复合材料层，覆盖在瓦基的内表面上，复合材料层为整体一体成型；其中，复合材料层包括中间层和塑料层，中间层包括金属丝骨架，塑料层复合在中间层内。应用本发明的技术方案，金属塑料轴承的复合材料瓦面为整体瓦面，整体成型，只有一道接缝。因此可以安装在非承载区，大大提高了产品的实用性和可靠性，使弹性金属塑料瓦这种优良的减摩耐磨复合材料的应用领域进一步拓宽到轴承领域。
文档编号F16C33/20GK102966669SQ201210486869
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月26日 优先权日2012年11月26日
发明者李云龙, 刘长波, 魏东, 巴金 申请人:大连三环复合材料技术开发有限公司