含油烧结滑动轴承制造技术

本发明专利技术提供一种在受高表面压力作用的含油烧结滑动轴承中减少切削和研磨加工的工艺，并且具有不低于以往的轴承的性能的轴承。该轴承由淬火组织的多孔铁系烧结合金加工而成，通过切削加工内周面在轴线方向并列形成多条沿圆周方向延伸的高低差为２～１２．５μｍ的凹凸条，形成沿轴线方向弯曲的面，同时使从内周面的表层开始深度为１０～６０μｍ的部分密度增加，封闭表面的气孔，使表面上开口气孔的面积为１％～１０％，在表面压力６ｋｇｆ／ｍｍ↑［２］（５８．８ＭＰａ）以上、滑动速度为２～５ｃｍ／ｓ的条件下使用。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种适用于建筑机械用的轴承元件那样的轴承的滑动面受高表面压力作用的含油烧结滑动轴承。
技术介绍
建筑机械的液压挖掘机在挖掘动作中安装在臂顶端的铲斗会在液压缸的作用下摆动。铲斗与臂之间的关节用由轴和轴承构成的滑动轴承元件构成。这样的轴承元件由于受到大的表面压力的作用，因此使用耐磨损性的轴承，使粘度高的润滑油、油脂或蜡状物等附在滑动面上。作为这种轴承，用浸渍了动粘度高的润滑油的铁铜碳系烧结合金替代切削加工的铸造合金或将石墨呈斑点状埋入滑动面上的元件。为了提高强度和耐磨性，这些含油烧结轴承用含马氏体组织的铁碳合金作为合金基础，在其组织中分散约20％的质量的铜的材料而制成。轴承由于实施热处理比较硬、体积比较大，因此最后的加工为在切削加工后，研磨内周面而制作。这样以往的含油烧结滑动轴承含润滑油，由在淬火后的铁合金基体上分散了铜的合金制成，虽然适于在高负载条件下使用，但由于要进行切削和研磨加工，因此希望具有能够简化这样的工序但又具有相同的性能的轴承。
技术实现思路
因此，观察以往的含油烧结滑动轴承使用后的磨损状态，研究以轴承内周面的气孔状态和磨损状态为着眼点进行的实验的结果，完成了本专利技术。为了达到上述目的，本专利技术的含油烧结滑动轴承的特征为，由淬火组织的多孔铁系烧结合金加工而成，通过切削加工内周面在轴线方向并列形成多条沿圆周方向延伸的高低差为2～12.5μm的凹凸条，形成沿轴线方向弯曲的面，同时使从内周面的表层开始深度为10～60μm的部分密度增加，封闭表面的气孔，使开口于表面的气孔的面积占1％～10％，在表面压力为6kgf/mm2(58.8MPa)以上、滑动速度为2～5cm/s的条件下使用。该烧结合金最好在铁碳系合金的基体中包含马氏体，并且分散有铜，铜的含有量为15％～25％的质量，有效多孔率为15％～28％。并且，由于轴承的内周面承受径向载荷并与轴滑动产生的初始磨损，本专利技术的含油烧结滑动轴承的承受径向载荷的轴承内周面及其附近的内周面的露出气孔量比其他的内周面的露出气孔量多。本专利技术的含油烧结滑动轴承可以作为建筑机械液压挖掘机的关节用或者起重机的支臂关节用。下面就上述轴承的构成要素进行更详细的说明。(1)烧结合金本专利技术的含油烧结滑动轴承由于要求机械强度和耐磨性，因此由包含马氏体组织的铁系烧结多孔合金形成。特别是最好在碳系合金基体中分散有斑点状铜的合金。铜的含有量为15％～25％的质量。该多孔合金由于在硬的铁系合金基体的骨架中分散有质地软、与轴的一致性好的铜，因此构成合金的元素少，耐用性好。如果滑动面上存在的铜过少，则硬的铁合金的性质强，容易磨损轴，而如果铜过多，则由于高的表面压力的滑动作用，铜变形或者堵塞表面的气孔，容易产生磨损。因此，使铜的含有量为15％～25％的质量。(2)有效多孔率和密度多孔铁系烧结合金虽然有效多孔率越大，含油能力越高，但由于密度变低，因此强度低下，影响耐磨性。烧结合金的有效多孔率必须在15％以上。如果该值过低，含油量就变少，因此容易引起滑动面缺油而缩短寿命。烧结合金的密度要在5.8g/cm3(Mg/m3)以上。此时，在上述较理想的烧结合金的铜含有量的最大值为25％的质量的情况下，密度5.8g/cm3(Mg/m3)的值相当于有效多孔率为28％。因此，使有效多孔率为15％～28％。(3)轴承内周面的状态轴承的内周面为用车床等形成的切削面。在该内周表面沿轴线方向并列有通过多条切削加工形成的沿圆周方向延伸的凹凸条，如果假设从与轴垂直的方向看去，为形成沿轴线方向弯曲的面的状态。例如，如果用车床实施切削加工，则凹凸条为沿轴线方向的螺旋状。该凹凸条的高低差为2～12.5μm，轴方向的凹条的间隔约为0.3～0.8mm左右。这样的表面是与以往的面粗糙度为0.5～1μm，在磨削成不沿轴线方向弯曲的状态的表面，或精压加工或切削加工的表面上形成轴方向的沟槽间隔约为1mm以上的油槽的轴承的不同点之一。并且，内周面的表层部在深度方向10～60μm的部分密度增加(气孔减少)，表面上露出的气孔的面积占1％～10％。即，表层部的气孔量比轴承材料的中心部少，其深度为10～60μm。换言之，由于切削加工，气孔量减少的内周面的表层深度为10～60μm。该表面观察到的气孔由晶粒边界那样的细曲线状的气孔和与之相连通的小气孔构成。这些特征也是与以往的磨削面不同点之一。这样的切削面可以通过预先决定轴承材料的密度，选择刀头的形状和送进速度等切削条件来稳定地获得。一般切削加工热处理过的轴承材料形成上述那样的表面状态。当想要形成比较深的表层部的密化层时，切削加工热处理前的质地比较软的烧结体比较有利。这样的轴承内周面能够将润滑油或油脂等存储在凹条部内，给滑动面提供润滑剂。当与轴结合使用时，由于初期阶段露出到轴承内周的表面上的气孔较少，因此对滑动部的润滑剂的压力(油膜强度)高。并且，由于轴承内周面受高的表面压力的径向载荷的作用，轴承内周面的载荷作用的部位初期磨损。由于轴与轴承相对摇动运动，因此初期磨损的部分主要为表面压力作用的部位，而其他的部分维持在凸条面有少量磨损、气孔量少的状态。该初期磨损如下这样地进行。最初磨损径向载荷高的凸条部分，接着磨损凹条部分。合金的基体由于比较硬，因此是基本没有塑性流动的磨损。因此，除表层的密化部分以外，磨损的面上露出很多气孔。在这种状态下，轴承的温度上升，受热膨胀差的作用从该气孔中提供更多的润滑剂变得容易。由于磨损面的末端与凹条连接，因此位于凹条内的润滑油或油脂等在滑动时提供给轴向载荷高的部分。这样的初期磨损的终点为形成了轴向载荷与轴承气孔内的润滑剂的升力达到了完全平衡的开口孔面积时。由初期磨损形成了理想的滑动面的润滑形态。径向载荷作用面附近的初期磨损的部分与此外的与内周面的边界区域呈现凹凸条逐渐增加、气孔量减少的外观。气孔的露出使浸渍的润滑剂处于容易供给的状态，使初期磨损结束后的摩擦降低。而在载荷少的轴承内周部分依然维持在润滑剂的压力不损失的状态，同时残留在凹条中的润滑剂提供给高负荷的面，其结果起到了维持总体稳定的滑动性能的效果。这样，轴承的内周面具有许多存储有润滑剂的凹条，并且处于由于孔被封闭气孔量变少的状态，其凹凸条的高低差及表面细密化被封孔的状态，这样的内周面在开始运转的早期形成轴向载荷与轴承气孔内的润滑剂的升力达到了完全平衡的开口孔面积。其初期磨损量的最大值为作为轴承要素所允许的尺寸。这可以通过使预定的合金的性质、有效多孔率、内周面的气孔量、凹凸条的状态、表面细密化层的状态处于特定条件来实现。首先，在未使用的轴承的表面完全没有露出开口的气孔的状态下，由于在运转初期不能获得浸渍的润滑油的效果，因此开口的气孔量最好占1％～10％的面积，占1％～3％的面积更好。虽然露出开口的气孔量与轴承烧结合金的气孔率的差大点更好，但如果超过10％的面积，则滑动面的压力损失大，不能达到上述初期磨损的形态，磨损增大。10％的面积与切削加工分散了铜的较理想的铁系烧结合金的容许的最低密度5.8g/cm3(Mg/m3)的构件相对应。因此使内周表面开口的气孔量占1％～10％的面积。凹凸条的高低差在5μm左右对保持润滑剂和切削加工性都有利。如果高低差太小，则润滑剂的保持性差，因此需要在平均2μm以上。而如果高低差过大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含油烧结滑动轴承，其特征在于，由淬火组织的多孔铁系烧结合金构成，通过切削加工内周面在轴线方向并列形成多条沿圆周方向延伸的高低差为２～１２．５μｍ的凹凸条，形成沿轴线方向弯曲的面，同时使从内周面的表层开始深度为１０～６０μｍ的部分密化，封闭表面的气孔，使表面上开口的气孔的面积占１％～１０％，在表面压力为６ｋｇｆ／ｍｍ↑［２］（５８．８ＭＰａ）以上、滑动速度为２～５ｃｍ／ｓ的条件下使用。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：宫坂元博，丸山和夫，最上道晴，小林纯一，秋田秀树，五木田修，
申请(专利权)人：日立粉末冶金株式会社，日立建机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]