卷取轴半瓦衬套及其制备工艺的制作方法

本发明涉及滑动轴承技术领域，尤其涉及一种卷取轴半瓦衬套及制备工艺。

背景技术：

轴瓦是滑动轴承和轴接触的部分，非常光滑，一般用青铜、减摩合金等耐磨材料制成，在特殊情况下,可以用木材、塑料或橡皮制成。也叫“轴衬”，形状为瓦状的半圆柱面。滑动轴承工作时，轴瓦与转轴之间要求有一层很薄的油膜起润滑作用。如果润滑不良，轴瓦与转轴之间就存在直接的摩擦，摩擦会产生很高的温度，足于将器烧坏。轴瓦还可能由于负荷过大、温度过高、润滑油存在杂质或黏度异常等因素造成烧瓦。烧瓦后滑动轴承就损坏了。滑动轴承在滑动摩擦下工作的轴承。滑动轴承工作平稳、可靠、无噪声。在液体润滑条件下，滑动表面被润滑油分开而不发生直接接触，还可以大大减小摩擦损失和表面磨损，油膜还具有一定的吸振能力。

冶金设备(钢、铜、铝等轧机、拉弯矫)及带材生产自动线上大量使用卷轴，卷轴的工作原理是由卷轴内部轴向斜楔的径向推缩运动，实现卷轴的涨缩运动功能。卷轴衬板是保证轴向斜楔和径向斜楔按照规定路径和尺寸精度要求运动的关键件。传统的卷轴衬板是衬板摩擦面上加工有润滑油槽，润滑油槽连接有油孔，通过油孔向润滑油槽注油，润滑油槽的油提供给衬板和卷轴的摩擦面(衬板工作面)进行润滑。由于卷轴常在高温、多尘的环境下连续工作，高温烤干润滑油脂，灰尘堵塞润滑油孔等造成加油润滑不便，使传统的卷轴工作中常发生运动不灵活和卡死等现象，造成停产和卷轴损坏。所以，研究一种耐高温的自润滑的滑动轴瓦衬成为技术问题之一。

中国专利201520952169.7提供了一种滑动轴承轴瓦绝缘结构和轴瓦，包括浇筑有巴氏合金的轴瓦合金层及轴瓦瓦坯；还包括一种设有V形凹槽；或设有1毫米至2毫米玻璃纤维丝层；或玻璃纤维丝层的外表面设特氟龙层；或由数个次级纤维结构构成高级纤维结构的且具有数个层叠的纤维基层构成的轴瓦的技术方案。它克服了传统绝缘轴承采用粘贴聚四氟乙烯薄膜与轴瓦隔离，实现切断轴电流通路；导致绝缘薄膜在安装及维护过程中极易受损，且损坏后的修复工艺相当复杂，需专用工装，从而造成维修困难、设备报废等缺陷。它适合各类工程中所用滑动轴承轴瓦的绝缘；特别适合矿山、电力、煤矿、冶金、交通、化工、水利，机床、船舶等行业配套的大型旋转机械的滑动轴承轴瓦的绝缘；但该现有技术提供的轴瓦不能胜任高温的工作场合。中国专利201420497622.5提供了一种滑动轴承及其轴瓦，所述轴瓦形成为弧形，所述轴瓦的外壁面上设有多个沿其周向间隔开布置且沿其径向向外延伸的凸起。根据本实用新型的轴瓦，轴瓦与瓦座接触更紧密，并且轴与轴瓦配合时，有利于保证轴瓦与轴之间的间隙的一致性，减小轴瓦的磨损，延长轴瓦的使用寿命，同时，轴瓦与瓦座之间的接触面积减小，提高了接触压强，瓦座所需要的接触压力较小，从而轴瓦不需要设置较大的半径高，轴瓦与瓦座装配后，容易达到设计的孔径值，而且也减小了轴瓦的装配过盈量，降低了瓦座的应力，瓦座不容易产生变形，瓦座的结构更加稳定，可以减少发动机可靠性试验和验证工作，提高了生产效率，降低了生产周期和成本；但该现有技术也没能解轴瓦决耐高温自润滑的问题。

技术实现要素：

为克服现有技术中存在的滑动轴瓦衬不耐高温、润滑油被烤干导致的轴瓦衬套工作寿命减少的问题，本发明提供了一种卷取轴半瓦衬套。利用本发明的技术方案制备的轴瓦套，不要添加润滑油，能够实现自润滑，而且耐高温，保证正常卷轴正常运转，延长各部件的使用寿命。

本发明的技术方案是：一种卷取轴半瓦衬套，其创新点在于：所述卷取轴半瓦套由内外双层衬套复合组成，所述内层衬套为金属钢材料，所述外层衬套为铜合金材料，所述卷取轴半瓦衬套具有空穴，所述空穴中镶嵌有耐高温的固体润滑剂；所述两个卷取轴半瓦套能合成一个圆筒结构；所述卷取轴半瓦套外摩擦面为工作面，所述卷取轴半瓦套内摩擦面为非工作面。

作为本发明一种可选的实施方式，所述固体润滑剂为硫化铋。

作为本发明一种可选的实施方式，所述固体润滑剂为二硫化钼粉剂、二硫化钨粉剂、二硫化钼P型、胶体石墨粉中的一种或多种。将所述的固体润滑剂制成和空穴直径及深度相当的棒状体，以方便实施镶嵌。

作为本发明一种可选的实施方式，所述固体润滑剂为膏状，具体为石墨、氟化石墨、二硫化钼的一种，固体润滑剂粉末加入润滑膏制备成膏状剂。

作为本发明一种优选的实施方式，将石墨、氟化石墨、二硫化钼成分按照质量比为4～6：0.5～0.8：1～1.5的比例进行配料混合，上述物料配比进一步优选为4:0.5:1.2，配料混合后，再加入占混合物料总重量5-8％的混合油膏，调制成膏状物。

进一步，所述固体润滑剂：石墨、氟化石墨、二硫化钼中的颗粒大小为800-2500目。

进一步，所述固体润滑剂的面积占所述卷取轴半瓦套外摩擦面面积的22-28％，进一步优选为24％。

进一步，所述卷取轴半瓦套的外层衬套为的厚度占内层衬套的8-20％，进一步优选为12％。

进一步，

作为本发明一种可选的实施方式，所述空穴穿透卷取轴半瓦套的内、外层衬套上，所述空穴在外层衬套的直径大于在内层衬套的直径。

作为本发明一种优选的实施方式，所述空穴穿透外层衬套且不穿透内层衬套，所述空穴深度至金属钢板的厚度的1/3-1/2处为止。

进一步，卷取轴半瓦套的非工作面可以为平面结构，也可以为凹球面结构。

所述铜合金为锡磷青铜、锡青铜、铝青铜中一种。

作为本发明一种优选的实施方式，所述铜合金中加入1％的金属铋。

本发明还提供了该卷取轴半瓦衬套的制备工艺，其特征在于：

包括以下步骤：

100：制备金属钢板和合金铜板的复合金属板；

200：将复合铜板裁切成预定尺寸，并在合金铜板上钻出均匀的空穴；

300：将裁切并钻孔的复合金属板向金属钢板的一侧弯曲成半圆状；

400：向弯曲加工成型后的卷取轴半瓦衬套的外层衬套的空穴中镶嵌入固体润滑剂。

进一步，所述步骤100中钢板和合金铜板采用爆炸焊接工艺加工而成。

进一步，

所述步骤300中还包括步骤301：弯曲成半圆状的卷取轴半瓦衬套放入加工模具中，于200-500℃的温度下，消除弯曲应力并进行精度矫正。

进一步，

作为本发明一种可选的实施方式，所述步骤300中对复合金属板弯曲加工所采用的是卷制工艺。

作为本发明另一种可选的实施方式，所述步骤300中对复合金属板弯曲加工过程是将板材放入预制的模具中，在压力400-800MPa的压力下冲压成型，优选为680Mpa。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明采用金属复合板卷制或于模具中冲压成型，与现有的铸造成型一个圆环再切割成两个半圆的方法相比，工艺简单，成本低，速度快，效率高。

2.本发明采用钢材料与合金铜材料复合而成，成本比纯铜或铜合金要低很多，且材料硬度更强，工作时承受的能力更好，部件寿命更长。

3.本发明的技术方案采用了固体润滑剂，不要添加润滑油，能够实现自润滑，而且承受的工作温度更高。

4.卷取轴半瓦衬套上有空穴，空穴内的固体自润滑粒子可吸收加注在衬套工作面的润滑脂，在卷轴工作过程中，在加注润滑脂不及时，或润滑脂加注受阻，衬板得不到有效润滑的情况下，通过衬板工作面摩擦，将衬板空穴中镶嵌的固体自润滑粒子通过吸收的自润滑脂与自身的自润滑油均匀的涂抹到摩擦副工作面上，从而减小摩擦副的摩擦系数，保证卷轴正常运转，延长各部件的使用寿命。

附图说明

图1是两个卷取轴半瓦衬套的横截面结构示意图；

图2是单个卷取轴半瓦衬套的形状结构示意图；

图中，附图标记如下：外层衬套1、内层衬套2、空穴3。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1和图2所示，一种卷取轴半瓦衬套，由内外双层衬套复合组成，其中，内层衬套2为金属钢材料，外层衬套2为铜合金材料，该卷取轴半瓦衬套还具有空穴3，空穴3中镶嵌有耐高温的固体润滑剂；两个卷取轴半瓦套能合成一个圆筒结构；卷取轴半瓦套外摩擦面为工作面，套内摩擦面为非工作面。

在该实施例中，所述固体润滑剂为硫化铋。

所述固体润滑剂：石墨、氟化石墨、二硫化钼中的颗粒大小为800-2500目。

所述固体润滑剂的面积占所述卷取轴半瓦套外摩擦面面积的22-28％，进一步优选为24％。

实施例2

参考图1和图2所示，一种卷取轴半瓦衬套，由内外双层衬套复合组成，其中，内层衬套2为金属钢材料，外层衬套2为铜合金材料，该卷取轴半瓦衬套还具有空穴3，空穴3中镶嵌有耐高温的固体润滑剂；两个卷取轴半瓦套能合成一个圆筒结构；卷取轴半瓦套外摩擦面为工作面，套内摩擦面为非工作面。

在该实施例中，所述固体润滑剂为二硫化钼粉剂、二硫化钨粉剂、二硫化钼P型、胶体石墨粉中的一种或多种。将所述的固体润滑剂制成和空穴直径及深度相当的棒状体，以方便实施镶嵌。

所述固体润滑剂：石墨、氟化石墨、二硫化钼中的颗粒大小为800-2500目，优选为1200目。所述固体润滑剂的面积占所述卷取轴半瓦套外摩擦面面积的22-28％，进一步优选为24％。

实施例3

参考图1和图2所示，一种卷取轴半瓦衬套，由内外双层衬套复合组成，其中，内层衬套2为金属钢材料，外层衬套2为铜合金材料，该卷取轴半瓦衬套还具有空穴3，空穴3中镶嵌有耐高温的固体润滑剂；两个卷取轴半瓦套能合成一个圆筒结构；卷取轴半瓦套外摩擦面为工作面，套内摩擦面为非工作面。

在该实施例中，所述固体润滑剂膏状，具体为石墨、氟化石墨、二硫化钼的一种，固体润滑剂粉末加入润滑膏制备成膏状剂。

可以将石墨、氟化石墨、二硫化钼成分按照质量比为4～6：0.5～0.8：1～1.5的比例进行配料混合，上述物料配比进一步优选为4:0.5:1.2，配料混合后，再加入占混合物料总重量5-8％的混合油膏，调制成膏状物。

所述固体润滑剂：石墨、氟化石墨、二硫化钼中的颗粒大小为800-2500目。

所述固体润滑剂的面积占所述卷取轴半瓦套外摩擦面面积的22-28％，进一步优选为24％。

所述卷取轴半瓦套的外层衬套为的厚度占内层衬套的8-20％，进一步优选为12％。

实施例4

参考图1和图2所示，一种卷取轴半瓦衬套，由内外双层衬套复合组成，其中，内层衬套2为金属钢材料，外层衬套2为铜合金材料，该卷取轴半瓦衬套还具有空穴3，空穴3中镶嵌有耐高温的固体润滑剂；两个卷取轴半瓦套能合成一个圆筒结构；卷取轴半瓦套外摩擦面为工作面，套内摩擦面为非工作面。所述空穴穿透外层衬套且不穿透内层衬套，所述空穴深度至金属钢板的厚度的1/3-1/2处为止。

所述铜合金为锡磷青铜、锡青铜、铝青铜中一种。

作为本发明一种优选的实施方式，所述铜合金中加入1％的金属铋。

实施例5

一种卷取轴半瓦衬套的制备工艺，其特征在于：

包括以下步骤：

100：制备金属钢板和合金铜板的复合金属板；

200：将复合铜板裁切成预定尺寸，并在合金铜板上钻出均匀的空穴；

300：将采用卷制工艺，将裁切并钻孔的复合金属板向金属钢板的一侧弯曲成半圆状；弯曲成半圆状的卷取轴半瓦衬套放入加工模具中，于200-500℃的温度下，消除弯曲应力并进行精度矫正。

400：向弯曲加工成型后的卷取轴半瓦衬套的外层衬套的空穴中镶嵌入固体润滑剂。

上述步骤100中钢板和合金铜板采用爆炸焊接工艺加工而成。

现有技术中，先采用铸造成型为一个圆环，然后在切割成两个半环，铸造成型采用的全铜的工艺，成本较高。在本实施例中，制备卷取轴半瓦衬套采用的是卷制工艺，即先将预制好的钢板和合金铜复合板安装预定的尺寸切割好，并然后在切割好的板材上钻上若干大小合适的空穴，这些空穴的直径根据卷取轴半瓦衬套的大小而确定，呈现均匀排布。空穴的深度可以选择，其中一种实施方式是将复合板材贯穿，呈现空洞结构；另外一种实施方式空穴穿透外层衬套且不穿透内层衬套，所述空穴深度至金属钢板的厚度的1/3-1/2处为止。卷取轴半瓦套的非工作面可以为平面结构，也可以为凹球面结构，以适应不同的工作场合的要求。

在上述制备工艺中，固体润滑剂的面积占所述卷取轴半瓦套外摩擦面面积的22-28％，进一步优选为24％。

本实施例采用卷制工艺弯曲时，两端边缘会有剩余直边，所以要先进行预弯。弯曲后，材料本身会有一定的回弹力，而且材料会存在内应力，所以在加工完毕后，还需要实施退火工艺，以消除内应力，进一步提升卷取轴半瓦套的硬度和精度。

在本实施例中，内层钢材料和外层合金铜材料的接触面有多个不规则的峰状凸起，所述峰状凸起与外层的的合金铜材料的紧密咬合，相互渗透，形成浑然一体结合面。在实际工作中，外层材质和内层材质会发生滑移。可以进行任何形式的机械加工，承载大，结合牢固不脱离，可以根据产品机械性能要求选择任意两种或多种机械性能材料焊接。

实施例6

一种卷取轴半瓦衬套的制备工艺，其特征在于：

包括以下步骤：

100：制备金属钢板和合金铜板的复合金属板；

200：将复合铜板裁切成预定尺寸，并在合金铜板上钻出均匀的空穴；

300：将复合金属板放入预制的模具中，在压力680MPa的压力下冲压成型；然后放入矫正模具中，于200-500℃的温度下，消除弯曲应力并进行精度矫正。

400：向弯曲加工成型后的卷取轴半瓦衬套的外层衬套的空穴中镶嵌入固体润滑剂。

上述步骤100中钢板和合金铜板采用爆炸焊接工艺加工而成。在所述步骤1中，进行制备复合金属板时，先要对内层钢板进行表面处理，使其形成峰状凸起，对钢板的处理，可以采用模具压制，即将钢板放入已制好的模具中，在高压冲压，使其表面形成凹凸不平等曲面，然后将加工后的钢板和合金铜板进行预处理，除去表面的金属锈和油渍，然后将两层金属板翻入预制的模具中，选择合适的炸药，爆炸后产生的冲击波会令两层金属板材直接紧密地结合起来。将爆炸成型后的复合金属板材进行退火处理，消除爆炸焊接所产生的内应力。

本实施例采用模具冲压成型，即将裁切好的且钻好孔穴的板材置于预定的模具中，冲压成型。成型后，材料本身会有一定的回弹力，而且材料会存在内应力，所以在加工完毕后，还需要实施退火工艺，以消除内应力，进一步提升卷取轴半瓦套的硬度和精度。

本发明采用金属复合板卷制或于模具中冲压成型，与现有的铸造成型一个圆环再切割成两个半圆的方法相比，工艺简单，成本低，速度快，效率高。此外，本发明采用钢材料与合金铜材料复合而成，成本比纯铜或铜合金要低很多，且材料硬度更强，工作时承受的能力更好，部件寿命更长。而且，本发明的技术方案采用了固体润滑剂，不要添加润滑油，能够实现自润滑，而且承受的工作温度更高。

在本发明的技术方案中，卷取轴半瓦衬套上有空穴，空穴内的固体自润滑粒子可吸收加注在衬套工作面的润滑脂，在卷轴工作过程中，在加注润滑脂不及时，或润滑脂加注受阻，衬板得不到有效润滑的情况下，通过衬板工作面摩擦，将衬板空穴中镶嵌的固体自润滑粒子通过吸收的自润滑脂与自身的自润滑油均匀的涂抹到摩擦副工作面上，从而减小摩擦副的摩擦系数，保证卷轴正常运转，延长各部件的使用寿命。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。