一种自润滑材料及用该材料制作传动螺母螺旋面衬层的工艺

摘要

本发明是一种自润滑材料及用该材料制作传动螺母螺旋面衬层的工艺。其自润滑材料由碳纤维织物与粘结剂按如下配比加压固化成形：粘结剂占总体积的40～60％，粘结剂包括环氧树脂及其固化剂、石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯。本发明制作传动螺母螺旋面衬层的工艺，包括如下步骤：1)碳纤维织物先在含填料的粘结剂中浸渍至完全润湿后取出，控制含胶量；2)采用碳纤维织物铺放工艺，贴合基准螺杆的螺旋面进行连续均匀铺放，当铺放厚度达到设计要求时，在夹具中加压，室温固化后成形自润滑螺旋衬层。本发明的自润滑材料摩擦系数低、具有良好自润滑效果。本发明制作传动螺母螺旋面衬层的工艺制作简单方便，成本低，效率高，本发明制作的螺母承载能力高，摩擦性能好。

说明书

技术领域

本发明是一种自润滑材料及用该材料制作传动螺母螺旋面衬层的工艺，特别是一种重载碳纤维织物增强聚合物自润滑材料及用该材料制作传动螺母螺旋面衬层。

背景技术

螺旋传动是一种重要的机械传动方式，在各种机械装备中得到广泛应用。滑动螺旋传动副是最普遍的传动形式，承载能力大，结构简单，价格低廉。但目前的滑动螺旋副普通采用钢-铜结构(螺母用铜，螺杆用钢)，切削加工的螺旋摩擦面无法形成油槽，低速重载下常处于边界润滑状态，螺母磨损严重，摩擦系数较高，总传动效率仅为0.3-0.4；而且动态性能不好，易出现低速爬行和颤动，影响了其在伺服系统中的应用。尤其在重载场合，不仅造成大量的能量损失，增大电机容量和设备造价，而且磨损严重，影响使用寿命，承载能力也难以进一步提高。采用夹布胶木或尼龙等高分子或高分子复合材料制作的整体螺母，虽然具有很好的摩擦磨损性能，但承载能力低，无法满足重载传动的要求。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种摩擦系数低、具有良好自润滑效果的自润滑材料。

本发明的另一目的在于提供一种制作简单方便，成本低，效率高的用自润滑材料制作传动螺母螺旋面衬层的工艺。用本发明制作的螺母承载能力高，摩擦性能好。

本发明的技术方案是：本发明自润滑材料由碳纤维织物与粘结剂按如下配比加压固化成形：粘结剂占总体积的40～60％。

上述粘结剂包括环氧树脂及其固化剂、石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯，其中各组分的重量百份比是：石墨10～15、二硫化钼15～20、聚四氟乙烯5～8、其余为环氧树脂及其固化剂。

上述环氧树脂与固化剂的质量比为：固化剂的含量为环氧树脂的20～30％。

本发明用上述材料制作传动螺母螺旋面衬层的工艺，其包括如下步骤：

1)碳纤维织物先在含填料的粘结剂中浸渍至完全润湿后取出，控制含胶量；

2)采用碳纤维织物铺放工艺，贴合基准螺杆的螺旋面进行连续均匀铺放，当铺放厚度达到设计要求时，在夹具中加压，室温固化后成形自润滑螺旋衬层。

上述室温固化的时间为24～28小时。

上述基准螺杆采用镶嵌金属的精密铸造石蜡制备。

上述基准螺杆各圈螺纹面制出润滑油道的对偶形状。

上述自润滑螺旋衬层黏结在基体螺母的螺旋面上形成带自润滑螺旋衬层的螺母。

上述基体螺母的螺旋面在黏结自润滑螺旋衬层前经粗化与活化处理，并用金属表面去污剂清洗。

上述基体螺母的螺旋面与自润滑螺旋衬层黏结时根据批量不同采用如下工艺：

1)单件小批量生产时，自润滑螺旋衬层与基体螺母一次整体加压成形；

2)批量较大时，成形后的自润滑螺旋衬层旋入基体螺母的螺旋面上黏结成形。

本发明自润滑材料由于采用碳纤维织物增强高性能聚合物基自润滑复合材料衬层以高性能环氧树脂为基体，优质碳纤维织物为增强材料，添加了多种固体自润滑材料按一定的配比加压固化成形。用上述材料制作传动螺母螺旋面衬层的工艺以配对的螺杆为基准精密模压整体”反印”而成，材料固化收缩率小于2％，具有较切削加工更高的配合精度。另外，衬层螺旋面在成形过程中形成环面对数螺线油槽，将螺杆螺母啮合区的牙顶、牙底间隙中储存润滑油输送到滑动螺旋面，以增强重载下的油润滑效果。本发明自润滑复合材料衬层兼有承载能力高和摩擦性能好的优点。而且耐冲击、不易破裂与剥离，在经、纬方向上具有同等的机械性能，贴合曲面铺设而不易起皱、易于模压成形。碳纤维质量轻、强度高、模量高、耐高温、耐腐蚀且摩擦系数小，具有自润滑性，碳纤维织物不仅能最大限度地提高材料的强度与耐磨性，且其良好的导热性有助于防止树脂基体的降解及纤维的分层，保持材料的性能。碳纤维增强高性能树脂基自润滑复合材料，由于其组份材料的自润滑性，因而又具有摩擦系数低、耐磨寿命长等良好的摩擦学特性，是典型的功能型与结构型先进复合材料，用于各种摩擦表面不仅具有良好的自润滑效果，且在内螺旋衬层等复杂曲面的内表面还可制备出切削加工无法制作的润滑油道，加之碳织物的纹理结构，大大改善了重载螺旋副在油润滑下的摩擦学性能。碳纤维织物/聚合物基自润滑螺旋面衬层，不仅对高效重载螺旋副的发展具有重要的推动作用，而且对于所有采用螺旋传动的机械装备而言，都具有革命性的意义。它可以大大提高设备效率、降低能耗、提高工作可靠性和运转寿命。作为重载减摩耐磨材料，这种衬层材料和制作工艺亦可应用于其它平面和复杂曲面摩擦副表面。

附图说明

图1为本发明滑动螺旋面衬层与基体螺母结合的结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

本发明自润滑材料由碳纤维织物与粘结剂按如下配比加压固化成形：粘结剂占总体积的40～60％。本实施例中，粘结剂占总体积的40％。

上述粘结剂包括环氧树脂及其固化剂、石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯，其中各组分的重量百份比是：石墨10～15、二硫化钼15～20、聚四氟乙烯5～8、其余为环氧树脂及其固化剂。本实施例中，各组分的重量百份比是：石墨10、二硫化钼15、聚四氟乙烯8、其余为环氧树脂及其固化剂。

上述环氧树脂与固化剂的质量比为：固化剂的含量为环氧树脂的20～30％。本实施例中，固化剂的含量为环氧树脂的20％。上述材料按比例加入搅拌器上搅拌均匀即可。

本发明滑动螺旋面衬层与基体螺母结合的结构示意图如图1所示，本发明用上述材料制作螺母滑动螺旋面衬层的工艺，包括如下步骤：

1)碳纤维织物先在含填料的粘结剂中浸渍至完全润湿后取出，控制粘结剂的量。

2)采用碳纤维织物铺放工艺，贴合基准螺杆4的螺旋面进行连续均匀铺放，当铺放厚度达到设计要求时，在夹具中加压，室温固化后成形自润滑螺旋衬层2。

上述铺放厚度取决于螺母结构尺寸及螺旋面耐磨寿命的要求，约为1-2毫米，如试验中Tr32×8-8H螺母螺旋面复合材料衬层沿轴线方向的厚度为1mm。

上述室温固化的时间为24～28小时。固化时间取决于固化温度，室温固化时间至少24小时，若固化温度提高至80℃，固化时间可缩短为2小时，从而提高生产效率。但不能随意将固化温度降低和缩短固化时间，否则固化反应不完全，材料机械性能降低。

上述基准螺杆4采用镶嵌金属的精密铸造石蜡制备。上述基准螺杆4各圈螺纹面制出润滑油道3的对偶形状。改性后的精密铸造石蜡螺旋面可承受衬层成形时所需压力，采用该工艺丝杠成形后的衬层易脱模，在衬层螺旋面上成形润滑油道，使螺旋面具有优良油润滑效果，且能保证衬层螺母与传动丝杠的配合精度。

上述自润滑螺旋衬层2黏结在基体螺母1的螺旋面上形成带自润滑螺旋衬层2的螺母。上述基体螺母1的螺旋面在黏结自润滑螺旋衬层2前经粗化与活化处理，并用金属表面去污剂清洗。本实施例中，用丙酮清洗，清洗主要是在衬层粘结前去除基体表面的杂物，油污等，清洗衬层螺旋面经活化后，采用结构胶粘结与基体螺母粘结在一起，基体与衬层间的剪切强度可达18MPa。

上述基体螺母1的螺旋面与自润滑螺旋衬层2黏结时根据批量不同采用如下工艺：

1)单件小批量生产时，自润滑螺旋衬层2与基体螺母1一次整体加压成形；

2)批量较大时，成形后的自润滑螺旋衬层2旋入基体螺母1的螺旋面上黏结成形。

上述基体螺母1的内螺纹公称直径比基准螺杆4的外螺纹公称直径略大，在法向形成少量间隙。与传统钢-铜螺旋副相比，碳纤维织物增强高性能聚合物基自润滑复合材料衬层螺旋副静摩擦系数减小，动态特性提高；重载下传动效率相对提高了近一半，耐磨性提高，具有更高的承载能力。

实施例2：

本发明与实施例1相同，不同之处在于自润滑材料由碳纤维织物与粘结剂按如下配比加压固化成形：粘结剂占总体积的60％。

上述粘结剂包括环氧树脂及其固化剂、石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯，其中各组分的重量百份比是：石墨15、二硫化钼20、聚四氟乙烯5、其余为环氧树脂及其固化剂。

上述环氧树脂与固化剂的质量比为固化剂的含量为环氧树脂的30％。上述材料按比例加入搅拌器上搅拌均匀即可。

实施例3：

本发明与实施例1相同，不同之处在于本发明自润滑材料由碳纤维织物与粘结剂按如下配比加压固化成形：粘结剂占总体积的50％。

上述粘结剂包括环氧树脂及其固化剂、石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯，其中各组分的重量百份比是：石墨12、二硫化钼18、聚四氟乙烯6、其余为环氧树脂及其固化剂。

上述环氧树脂与固化剂的质量比为：固化剂的含量为环氧树脂的15％。上述材料按比例加入搅拌器上搅拌均匀即可。