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CN116079335A - 一种关节轴承表面微结构的加工方法和一种关节轴承 - Google Patents

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CN116079335A
CN116079335A CN202310173471.1A CN202310173471A CN116079335A CN 116079335 A CN116079335 A CN 116079335A CN 202310173471 A CN202310173471 A CN 202310173471A CN 116079335 A CN116079335 A CN 116079335A
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CN
China
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bearing
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rolling
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CN202310173471.1A
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English (en)
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杨舒
刘振宇
成雨
万珍平
徐阳
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South China University of Technology SCUT
Original Assignee
South China University of Technology SCUT
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    • B23P9/02—Treating or finishing by applying pressure, e.g. knurling
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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Abstract

本发明涉及一种关节轴承表面微结构的加工方法和一种关节轴承，加工方法包括以下步骤，将周向设有微凸体的滚压织构刀具抵压于关节轴承的内圈外表面或外圈内表面；旋转关节轴承，利用关节轴承带动滚压织构刀具旋转，使滚压织构刀具沿着关节轴承周向滚压，同时利用冷却液对滚压处进行冷却，使滚压织构刀具在关节轴承的内圈外表面或外圈内表面上加工出带有微结构阵列的强化层。实现表面粗糙度降低，表层金属晶格细化，微观硬度提高，摩擦系数降低；由于表面引入了残余应力，使关节轴承的抗疲劳性能提高，抗磨性能增强，提高了关节轴承的稳定性和可靠性；微结构使得接触界面具有良好的动压效应、良好的储油性能和储存磨粒的能力，提升轴承承载能力。

Description

一种关节轴承表面微结构的加工方法和一种关节轴承
技术领域
本发明涉及转动副技术领域，具体为一种关节轴承表面微结构的加工方法和一种关节轴承。
背景技术
关节轴承是一种球面滑动轴承，具有载荷能力大、抗冲击、抗腐蚀、耐磨损、自调心、润滑好等特点，其结构主要是由轴承外圈和轴承内圈组成，主要包括油脂润滑型和自润滑型。其中自润滑关节轴承无需补充润滑剂，而是需要在相对滑动表面间涂或粘结一层固体润滑材料(衬垫织物、层状化合物、非晶碳基薄膜等)，从而减小摩擦阻力、延长轴承寿命。被广泛应用于航空航天、高速运输、水利设施、载重机械等领域，而这些场合往往经常受冲击、超大载荷、振动等复杂工况，导致关节轴承寿命降低乃至功能丧失。
有学者指出，机械零件在摩擦过程中会对材料产生一定量的磨损，每年因为摩擦、磨损消耗的能源占三分之一以上，而关节轴承的主要失效形式是磨损，且磨损会加剧关节轴承内、外圈配合间隙增大及摩擦系数提高，随着工况条件越来越恶劣，对关节轴承的耐磨性能要求也越来越高。如何改善材料的耐磨性能和摩擦特性是亟待解决的问题。因此需制备具有良好抗磨性能、摩擦性能和承载能力的关节轴承。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的之一是：提供一种关节轴承表面微结构的加工方法，能够增强关节轴承的抗疲劳性能和抗磨性能，提高稳定性和可靠性，提升承载能力。
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的之二是：提供一种关节轴承。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种关节轴承表面微结构的加工方法，包括以下步骤，
将周向设有多个微凸体的滚压织构刀具抵压于关节轴承的内圈外表面或外圈内表面；
旋转关节轴承，利用关节轴承带动滚压织构刀具旋转，使滚压织构刀具沿着关节轴承周向滚压，同时利用冷却液对滚压处进行冷却，使带有微凸起的滚压织构刀具在关节轴承的内圈外表面或外圈内表面上低温精密滚压加工出带有微结构阵列的强化层。
进一步，加工关节轴承的内圈外表面的方式为，将滚压织构刀具安装在机床卡盘上，将关节轴承内圈安装在机床的主轴上，随着关节轴承内圈的转动，带动滚压织构刀具周向滚压，最后带有微凸体的滚压织构刀具作用在关节轴承内圈的外表面上。
进一步，微凸体为半球形。
进一步，微凸体为圆锥形。
进一步，微凸体的直径为100-200μm，微凸体的高度为10-50μm，相邻微凸体的间隔为200-500μm。
进一步，关节轴承采用轴承钢GCr15制成。
一种关节轴承，包括采用一种关节轴承表面微结构的加工方法制备得到的关节轴承内圈或外圈。
总的说来，本发明具有如下优点：
1、本发明主要针对关节轴承磨损过快而失效，提出一种在关节轴承内圈外表面或外圈内表面引入深度残余应力和表面微结构阵列，实现表面粗糙度降低，表层金属晶格细化，微观硬度提高，摩擦系数降低；由于表面引入了残余应力，使关节轴承的抗疲劳性能提高，抗磨性能增强，提高了关节轴承的稳定性和可靠性。
2、本发明利用低温精密滚压技术在轴承钢GCr15加工出表面微结构阵列，这种微结构阵列具有良好的动压效应，具有良好的储油性能和储存磨粒的性能，可提升轴承承载能力。
3、本发明实际合理、容易实施，能够在表面引入残余压应力和表面微结构阵列，具有良好的耐磨性能和摩擦性能，易于推广实施，具有良好的经济效益。
附图说明
图1为关节轴承内圈外表面表面织构的加工示意图；
图2为图1中滚压加工区域的示意图；
图3为半球形微凸体的示意图；
图4为圆锥形微凸体的示意图。
图中：
1-滚压织构刀具，11-微凸体，2-冷却喷头，3-微结构，4-强化层，5-关节轴承内圈。
具体实施方式
下面来对本发明做进一步详细的说明。
一种关节轴承表面微结构的加工方法，包括以下步骤，
将周向设有多个微凸体11的滚压织构刀具1抵压于关节轴承的内圈外表面或外圈内表面；
旋转关节轴承，利用关节轴承带动滚压织构刀具1旋转，使滚压织构刀具1沿着关节轴承周向滚压，同时利用冷却液对滚压处进行冷却，使带有微凸起11的滚压织构刀具1在关节轴承的内圈外表面或外圈内表面上低温精密滚压加工出带有微结构3阵列的强化层4。
本发明的加工方法可针对关节轴承的内圈外表面或外圈内表面进行加工。本实施例主要以内圈外表面的加工为例进行描述。
带有微结构3的关节轴承内圈5的原理是：采用低温精密滚压技术，使关节轴承内圈5的外表面发生晶格细化，增强轴承的耐磨性能，同时加工出微结构3阵列，改善轴承的摩擦学性能和动压效应。关节轴承的表面强化层4与微结构3结合改善关节轴承的耐磨性能、抗疲劳特性和润滑特性。
如图1所示，带有微结构3的关节轴承内圈5的制造方法：
a、结合理论分析微结构3润滑特性，建立滚压织构刀具1，在滚压织构刀具1前段间隔分布设置微凸体11；
b、将滚压织构刀具1安装在机床卡盘上，将关节轴承内圈5安装在机床的主轴上，滚压织构刀具1随着关节轴承内圈5转动，带动滚压织构刀具1刀具周向滚压，最后作用在关节轴承内圈5的外表面上；
c、滚压织构刀具1随着关节轴承内圈5周向滚压，同时冷却喷头2喷出冷却液进行冷却，完成整个关节轴承内圈5的滚压加工，加工出具有强化层4和微结构3的关节轴承内圈5。
如图2所示为滚压加工区域的示意图，滚压织构刀具1随着关节轴承内圈5回转进给运动，其中滚压织构刀具1是随着关节轴承内圈5做回转运动，经过滚压加工的关节轴承内圈5外表面区域会生成带有微结构3的强化层4，两者结合改善关节轴承的耐磨性能、抗疲劳特性和润滑特性。
如图3、图4所示，滚压织构刀具1的微凸体11为半球形或圆锥形，其特征直径为100-200μm，特征高度为10-50μm，微凸体11的间隔为200-500μm。利用微凸体11可在关节轴承内圈5的外表面上加工出微结构3，微结构3具有良好的储油性能和储存磨粒的性能；滚压加工可在关节轴承内圈5外表面上加工出强化层4，可以提高材料的耐磨性能，两者结合使材料具有优良的耐磨性能、摩擦学性能和动压效应。
带有微结构3的关节轴承采用轴承钢GCr15制成，通过不同的滚压进给量和速度进行精密滚压；同时冷却喷头2喷出冷却液进行冷却，最终在关节轴承内圈5的外表面上加工出具有微结构3阵列的强化层4。
一种关节轴承，包括采用一种关节轴承表面微结构的加工方法制备得到的关节轴承内圈5或外圈。由于关节轴承内圈5的外表面或外圈的内表面加工有具有微结构3阵列的强化层4，表面引入了残余应力使关节轴承的抗疲劳性能提高，抗磨性能增强，提高了关节轴承的稳定性和可靠性，微结构3阵列具有良好的动压效应，具有良好的储油性能和储存磨粒的性能。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种关节轴承表面微结构的加工方法，其特征在于：包括以下步骤，
将周向设有多个微凸体的滚压织构刀具抵压于关节轴承的内圈外表面或外圈内表面；
旋转关节轴承，利用关节轴承带动滚压织构刀具旋转，使滚压织构刀具沿着关节轴承周向滚压，同时利用冷却液对滚压处进行冷却，使带有微凸起的滚压织构刀具在关节轴承的内圈外表面或外圈内表面上低温精密滚压加工出带有微结构阵列的强化层。
2.根据权利要求1所述的一种关节轴承表面微结构的加工方法，其特征在于：加工关节轴承的内圈外表面的方式为，将滚压织构刀具安装在机床卡盘上，将关节轴承内圈安装在机床的主轴上，随着关节轴承内圈的转动，带动滚压织构刀具周向滚压，最后带有微凸体的滚压织构刀具作用在关节轴承内圈的外表面上。
3.根据权利要求1所述的一种关节轴承表面微结构的加工方法，其特征在于：微凸体为半球形。
4.根据权利要求1所述的一种关节轴承表面微结构的加工方法，其特征在于：微凸体为圆锥形。
5.根据权利要求1所述的一种关节轴承表面微结构的加工方法，其特征在于：微凸体的直径为100-200μm，微凸体的高度为10-50μm，相邻微凸体的间隔为200-500μm。
6.根据权利要求1所述的一种关节轴承表面微结构的加工方法，其特征在于：关节轴承采用轴承钢GCr15制成。
7.一种关节轴承，其特征在于：包括采用权利要求1-6任一项所述的一种关节轴承表面微结构的加工方法制备得到的关节轴承内圈或外圈。
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