切削余量對多層復(fù)合軸承摩擦磨損性能的影響

張國強(qiáng) 王宏剛 倪志偉 范建明 顧春衛(wèi) 許文杰

(①浙江中達(dá)軸承有限公司，浙江嘉興 314003;②中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所固體潤滑國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州 730000)

聚四氟乙烯(PTFE)具有優(yōu)異的自潤滑性能和耐高溫特性，廣泛應(yīng)用于摩擦系數(shù)要求較小的摩擦工況中。利用低碳冷軋鋼板為基體，改性PTFE為自潤滑表面層，中間燒結(jié)多孔隙的錫青銅粉層，所制備的滑動(dòng)軸承具有廣泛的應(yīng)用前景，不僅具有優(yōu)異的機(jī)械性能和尺寸穩(wěn)定性，并且可以提高軸承的承載能力，具有更加優(yōu)異的耐磨損性能［1－2］。

渦旋壓縮機(jī)的動(dòng)靜盤在渦旋運(yùn)動(dòng)過程中需要兩個(gè)軸承，帶法蘭的上軸承裝配于動(dòng)盤中，主要功能是起承載和耐磨作用;直筒軸承裝配于靜盤中，主要起耐磨和密封作用。通過實(shí)際工況計(jì)算，上軸承的實(shí)際承載力為4 000 N，下軸承的實(shí)際承載力為3 000 N。本文主要針對渦旋式空氣壓縮機(jī)的使用特點(diǎn)，分析靜動(dòng)渦旋用自潤滑滑動(dòng)軸承的運(yùn)動(dòng)工況，研制具有優(yōu)異自潤滑性能并滿足實(shí)際工況的多層PTFE自潤滑復(fù)合軸承。

1 實(shí)驗(yàn)部分

在PTFE乳液中添加石墨、二硫化鉬等固體潤滑劑，通過機(jī)械混合，同時(shí)加入破乳劑，使得乳液結(jié)構(gòu)破壞，最終制備出泥狀PTFE混合體。通過在低碳鋼板上鋪覆－200目的CuSn10合金粉，然后在850～900℃下進(jìn)行燒結(jié)，隨后鋪覆PTFE混合物，軋制后在氮?dú)鉅t中進(jìn)行 PTFE表面層的燒結(jié)，燒結(jié)溫度為380～390℃，制備出復(fù)合板材后，通過切斷、卷圓、整形、倒角、拋光、電鍍等系列工藝，最終成型制備出多層復(fù)合軸承。具體工藝如圖2所示。

利用MM－2000環(huán)塊型和MMD－10端面摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行復(fù)合材料的摩擦磨損性能研究，具體的試驗(yàn)原理如圖3所示。摩擦磨損試驗(yàn)條件如下:(1)MM－2000環(huán)塊型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī):試驗(yàn)試樣尺寸為30 mm×7 mm×2 mm，對偶試樣為45鋼，尺寸φ40 mm×φ16 mm，表面粗糙度為0.2～0.4 μm。試驗(yàn)條件為線速度v=0.42 m/s，載荷 200 N，磨損時(shí)間 120 min，干摩擦，大氣環(huán)境，室溫條件;(2)MMD－10端面型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī):試樣尺寸為40 mm×40mm，對偶試樣為45鋼，接觸面尺寸φ30 mm×φ22 mm，表面粗糙度為0.2～0.4 μm，試驗(yàn)條件為線速度0.2 m/s，載荷8 MPa，磨損時(shí)間180 min，干摩擦，大氣環(huán)境，室溫條件。

2 結(jié)果與討論

2.1 切削余量對表面微觀結(jié)構(gòu)的影響

圖4表示出了不同的切削余量對PTFE多層復(fù)合軸承表面的組織結(jié)構(gòu)。可以看出，當(dāng)切削余量為0.05 mm時(shí)，表面層中PTFE潤滑相的含量較高，并且銅合金粉相對較少;隨著切削余量的增加，當(dāng)切削余量為0.10 mm時(shí)，表面層中PTFE潤滑相的含量大幅度降低，裸露的銅粉較多，這可能會(huì)導(dǎo)致材料的摩擦系數(shù)與耐磨損能力的變化。

2.2 切削余量對摩擦磨損性能的影響

圖5表示出了切削余量對摩擦磨損性能的影響。MM－2000環(huán)塊摩擦磨損試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著切削余量的增大，PTFE多層復(fù)合材料的摩擦系數(shù)表現(xiàn)出逐漸增大的趨勢，而磨損率呈現(xiàn)先降低后增大的趨勢，并且當(dāng)切削余量為0.05 mm時(shí)，材料的磨損率最低。這表明，當(dāng)切削余量為0.05 mm時(shí)，復(fù)合材料具有最佳的耐磨性。MMD－10端面摩擦磨損試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著切削余量的增大，PTFE多層復(fù)合材料的摩擦系數(shù)同樣表現(xiàn)出逐漸增大的趨勢，而線性磨損量同樣呈現(xiàn)先降低后增大的趨勢，當(dāng)切削余量為0.05 mm時(shí)，材料的磨損最低。綜合分析認(rèn)為此類PTFE多層復(fù)合軸承，當(dāng)切削量為0.05 mm時(shí)，具有最佳的耐磨損性能。因此為有效地提高軸承的裝配間隙，防止軸承高速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生較大的振動(dòng)，應(yīng)將軸承內(nèi)表面車削0.05 mm后裝配應(yīng)用。

3 結(jié)語

(1)隨著切削余量的增大，裸露的銅含量增多，潤滑劑組份降低;

(2)隨著切削余量的增大，PTFE多層復(fù)合材料的摩擦系數(shù)表現(xiàn)出逐漸增大的趨勢，而磨損率呈現(xiàn)先降低后增大的趨勢，并且當(dāng)切削余量為0.05 mm時(shí)，復(fù)合軸承具有最佳的耐磨性;

(3)為有效地提高軸承的裝配間隙，防止軸承高速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生較大的振動(dòng)，應(yīng)將軸承內(nèi)表面車削0.05 mm后裝配使用。

［1］趙普，劉近朱，王齊華，等.聚苯酯、聚酰亞胺填充聚四氟乙烯復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能研究［J］.材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2003，21(6).

［2］陳剛，焦明華，解挺，等.填充材料對聚四氟乙烯基復(fù)合材料摩擦學(xué)特性的影響［J］.軸承，2007(10).