自润滑关节轴承自润滑材料与工艺的创新

　　一、项目背景
　　自润滑关节轴承一般由优质碳素结构钢或优质合金钢制成的内球面外圈和由优质轴承钢制成的外球面内圈，并在外圈的滚道表面用特殊的工艺方法镶嵌自润滑材料而制成。轴承工作时由于摩擦，自润滑材料被磨掉的PTFE微颗粒在自润滑轴承的内外圈滚道表面形成固态的润滑膜，保证了轴承低阻力的旋转。目前，无论国内还是范围内，自润滑关节轴承所常用的自润滑材料主要成分基本为聚四氟乙烯（PTFE），其中添加的其他材料各不相同，因此种类就变得复杂繁多，当运用到自润滑关节轴承时，基本采用：将添加处理的PTFE经冷压、烧结的方法制成板状，用工业胶水粘贴在轴承外圈滚道表面上，但由于PTFE材料是由四氟乙烯经聚合而成的高分子化合物，具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、高润滑不粘性、电绝缘性和良好的抗老化耐力，使得在自润滑关节轴承的制作过程中PTFE板材与轴承外圈滚道的粘接变得非常困难。目前基本采用将PTFE板材经一种表面改性剂叫KH-550的化学试剂处理后，使其PTFE板材表面改性，用工业胶水将PTFE板材粘接在轴承外圈的滚道表面上，由于粘接过程工艺复杂且为手工操作，避免不了产生气泡及粘接表面不均匀性，有的在后续的工序中就部分脱落，有的在产品使用过程中脱落，使轴承过早报废，影响轴承的使用寿命降低轴承的可靠性。对于外形尺寸比较小的关节轴承，可以采用一块PTFE板材对接粘接，滚道的PTFE表面只有一个接缝；对于外形尺寸比较大、宽的关节轴承，必须采用多块PTFE板对接拼接的方法，滚道的PTFE表面有多处接缝，这些接缝在后续的加工过程中容易进水，造成边缘开裂脱胶，更容易影响PTFE的强度，形成边缘磨损，Z终导致整体损坏。见图1。
　　二、研制开发的目的和意义
　　1、目的
　　解决和改变目前国内老式的自润滑关节轴承使用粘接PTFE材料而产生的开裂、脱落等诸多缺陷。
　　2、意义
　　独创的采用自己发明的自润滑材料并采用独特的工艺，实现无接缝的自润滑材料层，从此终结了自润滑关节轴承使用粘接PTFE材料的加工方法，填补了国内该类型自润滑关节轴承自润滑材料和加工工艺的技术空白。使产品更加可靠，使用寿命可以提高2倍以上，大大节约了用户的采购成本，节约了能源的消耗。
　　三、国内外相关技术发展概况和趋势
　　目前无论国内还是国外该类型的自润滑关节轴承的结构和生产制造，均采用老式的粘接PTFE的润滑方式，不可避免的出现自润滑材料的开裂和脱落的现象。这样就大大降低了轴承的使用寿命，增加采购成本，增加原材料的消耗。制约着该类型关节轴承的发展。在世界能源不断地消耗终将枯竭的今天，工业用品的耐用性和可靠性的要求将不断提高，高寿命的轴承开发和利用是机械行业的发展趋势。为此，我们研究并开发了创新型自润滑关节轴承的自润滑材料和独特的加工方法。
　　四、验证结果
　　经与国内科研院校共同实验测试，自润滑性能完全达到并超过用传统材料和方法生产的自润滑关节轴承！见图2。
　　1、所研制的自润滑材料的技术指标，见表1。 　　2、实验过程
　　依据国家标准GB/T 304.9-2008《关节轴承 通用技术规则》、GB/T 9163-2001《关节轴承 向心关节轴承》、GB/T 9162-2001《关节轴承 推力关节轴承》、GB/T 9164-2001《关节轴承 角接触关节轴承》、JB/T 10860-2008《关节轴承 动载荷与寿命试验规程》对所提供的样品进行了检测，检测过程和结果如下：
　　首先我们制作了检测试块，试块直径为Φ30mm，厚度为5mm，并在试块的端面上固化新型和老式的自润滑材料，编号为：A-进口的TS312；B-国产的312；C-新配方1；D-新配方2；E-新配方3；F-传统的PTFE粘接板式自润滑材料。
　　（1）摩擦系数及磨损量试验
　　测摩擦系数时，施加载荷30N，往复移动长度6mm，转速180r/min，往复移动时间5min。测磨损量时，表面轮廓的扫描长度为3mm。测试仪器如图3所示，测试数据见表2，摩擦系数曲线见图4。
　　（2）抗压强度试验
　　采用DDL-300电子万能试验机进行压缩试验，测试仪器如图5所示。测试数据如下表3所示，试样试验后图片见图6。
　　（4）分析与讨论
　　从以上的实验数据和结果我们可以看出：摩擦系数和磨损量D、E、F达到了关节轴承标准要求，即摩擦系数0.04≤μ≤0.18、磨损量小于0.019；在抗压强度的实验中，A的摩擦系数较高，这一项也达不到标准要求；D、E性能Z好；在粘接强度试验中虽然B表现Z佳，但其高的摩擦系数较高超出了标准要求；至于F，为目前普遍使用的自润滑材料，徒手就可以撕裂下来，性能Z差。
　　（5）结论
　　新型自润滑材料（编号D、E），符合国家相关标准，其综合性能超过其他国内外同类产品，可以应用到自润滑关节轴承的制造。