CN112247480B - 一种径向滑动轴承轴瓦内表面织构复合加工方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种径向滑动轴承轴瓦内表面织构复合加工方法和装置，属于特种加工技术中的微细加工领域。本***先利用激光刻蚀方法，在径向滑动轴承的轴瓦内表面制造出规则的微米级织构，然后利用内旋印电化学沉积方法，在微米级织构表面制备纳米级织构。该内旋印电化学沉积方法中的内旋印电极，具有表面形貌自适应功能，在实现在制定部位制备纳米织构的同时，对微米级织构不产生任何破坏。通过对径向滑动轴承轴瓦内表面织构加工，使其获得了超浸润性能，提高了轴承的承载能力，本发明是一种加工质量好、加工效率高的方法，有助于其实现工业化生产。

Description

一种径向滑动轴承轴瓦内表面织构复合加工方法和装置
技术领域
本发明涉及特种加工技术中的微细加工领域，特别涉及到一种径向滑动轴承轴瓦内表面织构复合加工方法和装置。
背景技术
滑动轴承在众多重要机械装备中都有应用，是影响设备精度、稳定性和可靠性的关键部件。因此，其承载接触区域的润滑摩擦性能一直受到国内外学者和工程师广泛关注。目前，针对轴瓦的耐磨镀层、表面织构、润滑减摩等方面的研究已取得巨大进展。其中利用功能性表面微纳织构提高润滑减摩效果正在成为重要的研究方向，研究表明，在轴瓦表面加工出功能性微纳结构可以提高其减摩润滑效果和承载能力。因此，针对相关轴瓦功能性表面微纳织构制造方法和装置的研究，具有深远的社会意义和经济效益。
目前，国内外学者和对轴瓦的功能性表面织构加工的研究取得了一定的进展，中国专利“一种滑动轴承轴瓦表面加工锁油自清洁结构的方法”，专利公开号CN108506438 A，介绍一种采用电化学沉积方法在轴瓦表面制备多尺度微纳米尺度结构表面，该方法虽然可以制造出多尺度微/纳米复合结构，能够存储和锁紧润滑油，提高轴承的承载能力，但是其织构形貌的形成具有一定的随机性，不易控制。中国专利“一种提高滑动轴承耐磨性和使用寿命的方法”，专利公开号CN1091802730A，介绍一种采用激光冲击方法，在轴瓦表面制备微坑阵列，此方法仅能制备毫/微米尺度的微结构，不能够制造出纳米尺度的微结构，不能得到超浸润表面。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种径向滑动轴承轴瓦内表面织构复合加工方法和装置。该方法能够有效控制微米级织构的形貌、精度，同时又能在微米级织构的基础上制备纳米级织构，使得整体微纳织构的尺寸精度，位置精度、重复精度等相对现有技术有了极大的提升。本发明还提供了装置，利用该装置能够实现对轴瓦内表面的微纳织构制造。
本发明通过如下技术方案得以实现：
一种径向滑动轴承轴瓦内表面织构复合加工方法，通过激光对待加工工件表面进行加工得到微米级织构，将得到的表面为微米级织构的工件置于压紧装置上，通过对表面为微米级织构的工件进行电沉积反应，得到表面为纳米级织构的工件。
进一步的，包括如下步骤：
根据所要加工的表面织构的形貌、覆盖范围编程，并输入到计算机控制软件中；
根据微米级织构的尺度的要求，设置激光参数，开启激光器；
运行激光刻蚀工步的执行代码，使待加工轴瓦按照要求运动，刻蚀出符合要求的微米级织构；
将内表面刻蚀好的微米级织构的轴瓦转移到压紧装置上，将内旋印电极压在轴瓦上，电解液进入内旋印电极与轴瓦之间形成电化学沉积条件，开始电沉积反应，在电化学沉积过程中，内旋印电极与轴瓦运动，从而生成内表面为纳米级织构的轴瓦，从而生成内表面为纳米级织构的轴瓦。
进一步的，所述微米级织构为凹坑、沟槽、柱形或锥形浮雕结构。
进一步的，所述纳米级织构为纳米锥、纳米柱或者纳米管结构。
进一步的，包括内旋印电极电化学沉积***、激光辐照***和运动控制***；
所述内旋印电极电化学沉积***包括内旋印电极、直流电源、轴瓦和压紧托轮；所述直流电源正极与轴瓦相连，负极与内旋印电极相连；所述轴瓦置于压紧托轮上，通过压紧托轮提供预紧力，将轴瓦与内旋印电极预紧；所述内旋印电极上装有导液弹性体，电解液通过导液弹性体被引流至轴瓦与内旋印电极之间的区域；
所述激光辐照***包括激光器、反射镜和聚焦透镜；所述激光器发出脉冲激光，经反射镜反射后再由聚焦透镜聚焦于待加工轴瓦内表面上；
所述运动控制***包括计算机、运动控制器、工作平台和转动托轮组；所述计算机与激光器、运动控制器和直流电源相连；所述运动控制器用来控制工作平台、转动托轮组和压紧托轮的工作。
径向滑动轴承轴瓦内表面织构复合加工方法的加工装置，所述内旋印电极还包括内旋印电极主体，所述内旋印电极主体内部有导液通道，电解液供给管道与内旋印电极主体内部导液通道相连，电解液经微量泵泵入内旋印电极主体内部的导液通道后再进入导液弹性体内。
进一步的，所述直流电源与内旋印电极、轴瓦的连接为电刷连接。
进一步的，所述内旋印电极主体为环形结构，导液弹性体均布在内旋印电极主体的外圈上；所述导液弹性体与轴瓦接触，内旋印电极主体与轴瓦之间有一定的间隙，且间隙由电解液填充。
进一步的，所述内旋印电极带动轴瓦旋转，或者轴瓦带动内旋印电极旋转，或者内旋印电极和轴瓦各自以设定速度旋转
进一步的，驱动所述工作平台，提供待加工轴瓦沿X-Y-Z方向的位移，转动托轮组提供轴瓦沿圆周方向的运动。
进一步的，轴瓦的材质为导电材质或者表面附有导电层的非金属材质。
本发明的技术优势和有益效果：
1.利用内旋印电极，实现了对轴瓦内表面纳米级织构的制备；
2.利用激光刻蚀结合内旋印电极电化学沉积技术，能够有效控制轴瓦内表面制备微纳结构的尺寸精度，位置精度和重复精度。
3.采用激光刻蚀和内旋印电极电化学沉积技术，具有加工效率高，织构表面质量好，尺寸精度高等优点。
4.本发明不仅用于滑动轴承轴瓦内表面加工，也可以用管道、腔体等其内表面的加工。
5.本发明先利用激光刻蚀方法，在径向滑动轴承的轴瓦内表面制造出规则的微米级织构，然后利用内旋印电化学沉积方法，在微米级织构表面制备纳米级织构。该内旋印电化学沉积方法中的内旋印电极，具有表面形貌自适应功能，在实现在制定部位制备纳米织构的同时，对微米级织构不产生任何破坏；通过对径向滑动轴承轴瓦内表面织构加工，使其获得了超浸润性能，提高了轴承的承载能力。
附图说明
图1为本发明实施例涉及到的一种径向滑动轴承轴瓦内表面织构复合加工装置示意图。
附图标记如下：
1-计算机；2-激光器；3-反射镜；4-聚焦透镜；5-运动控制器；6-工作平台；7-转动托轮组；8-直流电源；9-内旋印电极；901-内旋印电极主体；902-导液弹性体；10-轴瓦；11-压紧托轮；12-过滤器；13-微量泵；14-电解液储罐。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求的限定范围。
下面结合图1详细说明本发明方法和装置的细节和工作情况。
结合附图1所示，计算机1分别与激光器2，运动控制器5，直流电源8相连，通过计算机1，可控制激光器2，运动控制器5和直流电源8的各项参数，同时计算机1也能够用上位机软件，通过运动控制器5来控制工作平台6，转动托轮组7，压紧托轮11的运动。
转动托轮组7固定在工作平台6上，轴瓦10放置在转动托轮组7上。
激光器2输出激光光束，先由反射镜3反射，再由聚焦透镜4聚焦于轴瓦10内表面上；通过运动控制器5控制工作平台6在X-Y-Z方向移动，控制转动托轮组7转动，实现将要求的微米级织构刻蚀在轴瓦10内表面。激光参数、轴瓦10的运动参数，根据要求的织构形貌，尺寸设定。
经前一工步的激光刻蚀后，轴瓦10转移放置在压紧托轮11上；运动控制器5通过控制轴瓦10与内旋印电极9之间距离，调整两者之间的预紧力；内旋印电极9旋转，带动轴瓦10旋转，实现对轴瓦10内表面指定区域的电化学沉积加工。
电化学沉积反应时，微量泵13将电解液从电解液储罐14中抽出，经过滤器，泵入内旋印电极主体901的内部管道，电解液经内部管道导入导液弹性体902，进入内旋印电极9和轴瓦10之间区域。
一种径向滑动轴承轴瓦内表面织构复合加工方法和装置，通过激光和电化学复合加工方法，高效、精确的在轴瓦内表面制备微纳织构，具体步骤如下
根据所要加工的表面织构的形貌、覆盖范围等编程，并输入到计算机1控制软件中；
根据微米级织构的尺度的要求，设置激光参数，开启激光器2；
运行激光刻蚀工步的执行代码，计算机1将数据传给运动控制器5，运动控制器5控制工作平台6在X-Y-Z方向运动，并控制转动托轮组7转动，使轴瓦10按照要求运动，刻蚀出符合要求的微米级表面织构；
将内表面刻蚀好微米级织构的轴瓦10转移到压紧托轮11上，将内旋印电极9压在轴瓦10上，使内旋印电极9上的导液弹性体902与轴瓦10内表面接触，通过调整压紧托轮11相对内旋印电极9位置，调整内旋印电极9与轴瓦10之间的压紧力；
将内旋印电极9接直流电源8正极，轴瓦10接直流电源8负极；
开启电源8和微量泵13，电解液经内旋印电极主体901内管道，引入导液弹性体902，最终注入内旋应电极9与轴瓦10之间，形成电化学沉积条件，开始电沉积反应，生成纳米级织构；
在电化学沉积过程中，内旋印电极9旋转，通过导液弹性体902与轴瓦10之间的预紧力，带动轴瓦10旋转，实现对指定位置的纳米级织构制造。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种径向滑动轴承轴瓦内表面织构复合加工方法，其特征在于，通过激光对待加工工件表面进行加工得到微米级织构，将得到的表面为微米级织构的工件置于压紧装置上，通过对表面为微米级织构的工件进行电化学沉积作用，得到表面为纳米级织构的工件；具体包括如下步骤：根据所要加工的表面织构的形貌、覆盖范围编程，并输入到计算机（1）控制软件中；根据微米级织构的尺度的要求，设置激光参数，开启激光器（2）；运行激光刻蚀工步的执行代码，使待加工轴瓦按照要求运动，刻蚀出符合要求的微米级织构；将内表面刻蚀好的微米级织构的轴瓦转移到压紧装置上，将内旋印电极（9）压在轴瓦（10）内表面上，电解液进入内旋印电极（9）与轴瓦（10）之间形成电化学沉积条件，开始电沉积反应，在电化学沉积过程中，内旋印电极（9）与轴瓦（10）运动，从而生成内表面为纳米级织构的轴瓦；所述内旋印电极（9）上装有导液弹性体（902），电解液通过导液弹性体（902）被引流至轴瓦（10）与内旋印电极（9）之间的区域；所述内旋印电极（9）还包括内旋印电极主体（901），所述内旋印电极主体（901）内部有导液通道，电解液供给管道与内旋印电极主体（901）内部导液通道相连，电解液经微量泵（13）泵入内旋印电极主体（901）内部的导液通道后再进入导液弹性体（902）内；所述内旋印电极主体（901）为环形结构，导液弹性体（902）均布在内旋印电极主体（901）的外圈上；所述导液弹性体（902）与轴瓦（10）接触，内旋印电极主体（901）与轴瓦（10）之间有一定的间隙，且间隙由电解液填充。
2.根据权利要求1所述的径向滑动轴承轴瓦内表面织构复合加工方法，其特征在于，所述微米级织构为凹坑、沟槽、柱形或锥形浮雕结构。
3.根据权利要求1所述的径向滑动轴承轴瓦内表面织构复合加工方法，其特征在于，所述纳米级织构为纳米锥、纳米柱或者纳米管结构。
4.根据权利要求1至3任一项所述的径向滑动轴承轴瓦内表面织构复合加工方法的加工装置，其特征在于，包括内旋印电极电化学沉积***、激光辐照***和运动控制***；
所述内旋印电极电化学沉积***包括内旋印电极（9）、直流电源（8）、轴瓦（10）和压紧托轮（11）；所述直流电源（8）正极与轴瓦（10）相连，负极与内旋印电极（9）相连；所述轴瓦（10）置于压紧托轮（11）上，通过压紧托轮（11）提供预紧力，将轴瓦（10）与内旋印电极（9）预紧；
所述激光辐照***包括激光器（2）、反射镜（3）和聚焦透镜（4）；所述激光器（2）发出脉冲激光，经反射镜（3）反射后再由聚焦透镜（4）聚焦于待加工轴瓦内表面上；
所述运动控制***包括计算机（1）、运动控制器（5）、工作平台（6）和转动托轮组（7）；所述计算机（1）与激光器（2）、运动控制器（5）和直流电源（8）相连；所述运动控制器（5）用来控制工作平台（6）、转动托轮组（7）和压紧托轮（11）的工作。
5.根据权利要求4所述的径向滑动轴承轴瓦内表面织构复合加工方法的加工装置，其特征在于，所述直流电源（8）与内旋印电极（9）、轴瓦（10）的连接为电刷连接。
6.根据权利要求4所述的径向滑动轴承轴瓦内表面织构复合加工方法的加工装置，其特征在于，所述内旋印电极（9）带动轴瓦（10）旋转，或者轴瓦（10）带动内旋印电极（9）旋转，或者内旋印电极（9）和轴瓦（10）各自以设定速度旋转。
7.根据权利要求4所述的径向滑动轴承轴瓦内表面织构复合加工方法的加工装置，其特征在于，驱动所述工作平台（6），提供待加工轴瓦沿X-Y-Z方向的位移，转动托轮组（7）提供轴瓦（10）沿圆周方向的运动；轴瓦（10）的材质为导电材质或者表面附有导电层的非金属材质。
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