一種復(fù)合微織構(gòu)導(dǎo)軌的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機床導(dǎo)軌表面處理技術(shù),經(jīng)激光微加工和拋光工藝，在機床導(dǎo)軌表面形成平頂狀復(fù)合微形貌，具體涉及一種復(fù)合微織構(gòu)導(dǎo)軌技術(shù)在機床產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用。
技術(shù)背景
[0002]隨著科技的進步，復(fù)雜精密零件需求量顯著增加，精密機床在機械制造業(yè)中的地位舉足輕重。機床導(dǎo)軌是整機關(guān)鍵組成部分，其性能直接影響到加工精度和機床壽命。機床導(dǎo)軌常見缺陷包括:導(dǎo)軌接觸面積大，油膜分布不均，粘著磨損增加；導(dǎo)軌面處于邊界潤滑狀態(tài)，磨損加??；動壓或靜壓導(dǎo)軌表面，油膜又過厚，導(dǎo)軌浮起過高，被加工表面粗糙度增力口，精度降低；潤滑油中混入灰塵或切屑，造成導(dǎo)軌面的擦傷和磨損；由于潤滑油分布不均勻，摩擦力發(fā)生突變發(fā)生爬行現(xiàn)象。導(dǎo)軌表面粗糙度異常、存在的磨損顆粒、發(fā)生粘著、導(dǎo)軌瞬間啟動等都會導(dǎo)致爬行，但歸根結(jié)底，摩擦力的突然變化是爬行現(xiàn)象的主要因素。
[0003]中國專利CN102678751A，公開了一種基體表面帶微坑油包的滑動導(dǎo)軌，在導(dǎo)軌基體表面有均勻分布的微坑油包，然后在導(dǎo)軌基體上粘結(jié)一層軟材料。雖然導(dǎo)軌潤滑效果提高，但是軟材料會在工作臺和滑塊的載荷作用下發(fā)生的塑性變形，會直接影響被加工零件的表面質(zhì)量；并且軟材料與導(dǎo)軌基體材料的貼合很困難，軟材料容易脫落。
[0004]中國專利CN201783819U，公開了一種導(dǎo)軌耐磨片，在導(dǎo)軌表層粘結(jié)一層聚四氟乙烯，雖然提高導(dǎo)軌的耐磨性，但是聚四氟乙烯具有“冷流性”，即材料制品在長時間連續(xù)載荷作用下發(fā)生的塑性蠕變，這種特性在機床導(dǎo)軌上的應(yīng)用帶來一定的限制，不能滿足導(dǎo)軌實際工作的需求；聚四氟乙烯是極好的防粘材料，這種性能又使得它與其他鋼材的表面粘合極為困難，很容易脫落。
[0005]中國專利CNlOl117654A，采用導(dǎo)軌淬火工藝提高導(dǎo)軌的耐磨性能，但導(dǎo)軌的爬行現(xiàn)象和潤滑性能沒有得到改善，無法提高機床導(dǎo)軌的綜合性能。高精度機床采用的滾動導(dǎo)軌，即便提高導(dǎo)軌的綜合性能，但導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維修不便、制造成本很高、經(jīng)濟性差。
[0006]根據(jù)摩擦理論，最大靜滑動摩擦力的大小與兩物體間的法向反力大小成正比，靜摩擦力F1=IXFn^摩擦力與接觸正壓力成正比，動摩擦力F 2=fXFN。導(dǎo)軌在開始運動瞬間，從靜止到運動需要克服最大靜摩擦力匕的最大值，而由于靜摩擦系數(shù)大于動摩擦系數(shù)，在接觸正壓力不變的前提下，動、靜摩擦力發(fā)生變化，導(dǎo)致了運動部件的突然躥動，產(chǎn)生了導(dǎo)軌的爬行現(xiàn)象。由于靜摩擦系數(shù)與靜止接觸時間有關(guān)，隨著接觸時間的增加使靜摩擦系數(shù)增加，其原因是摩擦表面在法向載荷的作用下，粗糙峰彼此嵌入并產(chǎn)生很高的接觸應(yīng)力和塑性變形，使實際的接觸面積增加，隨著靜止時間延長，相互嵌入和塑性變形程度都加強。而經(jīng)本方法處理后的導(dǎo)軌表面，粗糙峰嵌入的機率大為降低，靜摩擦系數(shù)降低，動、靜摩擦系數(shù)趨于一致，爬行現(xiàn)象得到抑制。
[0007]復(fù)合微形貌周圍的微凹坑能夠起到收集導(dǎo)軌表面磨粒和灰塵的效果，避免導(dǎo)軌表面被劃傷和破壞，微凹坑還能夠儲存潤滑油，避免導(dǎo)軌發(fā)生缺油現(xiàn)象。采用平頂狀復(fù)合微形貌，能夠避免微凸起尖端劃傷導(dǎo)軌表面，縮短導(dǎo)軌磨合時間。激光微加工過程中會產(chǎn)生激光硬化作用，使復(fù)合微形貌周圍組織變?yōu)楦咛捡R氏體和殘余奧氏體，即激光淬火處理，激光淬火較傳統(tǒng)淬火強化處理工藝有硬度高、耐磨性好等優(yōu)點；平頂狀復(fù)合微形貌與普通尖頂狀復(fù)合微形貌相比，其輪廓的支撐長度率高，輪廓的支撐長度率是評定零件表面耐磨性能的指標，平頂狀復(fù)合微形貌提高導(dǎo)軌的耐磨性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明公開了一種非接觸式加工，不會對材料產(chǎn)生機械擠壓或機械應(yīng)力的復(fù)合微織構(gòu)導(dǎo)軌及其制作方法。
[0009]本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:一種復(fù)合微織構(gòu)導(dǎo)軌，在導(dǎo)軌承載及相對運動表面加工分布規(guī)則的復(fù)合微形貌，所述復(fù)合微形貌同時具有微凹腔和微凸起。
[0010]上述方案中，所述復(fù)合微形貌為火山口型，所述的火山口型為中間凹周圍凸的復(fù)合微形貌，具體形貌幾何參數(shù)為:凹坑直徑d=100-500um，凹坑深度h=l-50um，凸肩高度H=l-70um，微凸起形貌平頂直徑為100-550um，形貌間距S=200_1500um。
[0011]上述方案中，所述復(fù)合微形貌為球冠型；所述的球冠型為中間凸周圍凹的復(fù)合微形貌，具體形貌幾何參數(shù)為:凹坑直徑d=100-500um，凹坑深度h=l-50um，凸肩直徑D=50-450um，凸肩高度H=l_70um，微凸起形貌平頂直徑為5_500um，形貌間距S=200-1500um。
[0012]上述方案中，復(fù)合微形貌只存在于部分導(dǎo)軌表面，根據(jù)導(dǎo)軌表面各區(qū)域磨損量的不同將導(dǎo)軌表面分為輕度磨損區(qū)域、中度磨損區(qū)域和重度磨損區(qū)域，輕度磨損區(qū)域的微形貌面積占有率為15%-30%，中度磨損區(qū)域的微形貌面積占有率為30%-45%，重度磨損區(qū)域的微形貌面積占有率為45%-65%，所述面積占有率為凹坑直徑圓的面積比上形貌間距的平方。
[0013]實現(xiàn)本發(fā)明具體包括5個步驟:
步驟1，導(dǎo)軌表面進行前處理磨削工藝，使導(dǎo)軌表面粗糙度和幾何公差達到激光微造型的要求:輪廓的算術(shù)平均偏差Ra ( 0.8um，輪廓的最大高度Rz ( 3.2um，直線度和平面度^ 0.0lum。
[0014]步驟2，設(shè)計導(dǎo)軌表面復(fù)合微形貌，復(fù)合微形貌只存在于部分導(dǎo)軌表面，根據(jù)導(dǎo)軌表面各區(qū)域磨損量的不同將導(dǎo)軌表面分為輕度磨損區(qū)域、中度磨損區(qū)域和重度磨損區(qū)域，輕度磨損區(qū)域的微形貌面積占有率為15%_30%，中度磨損區(qū)域的微形貌面積占有率為30%-45%，重度磨損區(qū)域的微形貌面積占有率為45%-65%，面積占有率為凹坑直徑圓的面積比上形貌間距的平方。
[0015]步驟3，激光加工導(dǎo)軌表面，具體的激光加工參數(shù):激光波長532nm或1064nm，離焦量[-1.2，1.2]mm，脈沖寬度0.5ms，脈沖頻率l-ΙΟΚΗζ，激光能量密度為:104-106W/cm2，輔助氣體為氮氣，輔助氣體吹氣角度與工件法向呈0° -60° ,加工完成后在導(dǎo)軌表面形成表面硬化層，表面硬化層的厚度為20-100um。
[0016]步驟4，激光微造型的后處理工藝，在導(dǎo)軌表面進行拋光處理，經(jīng)由拋光去除復(fù)合微形貌頂部的尖峰，得到平頂狀微凸起形貌，拋光工藝的參數(shù)為:結(jié)合劑為樹脂，材質(zhì)綠色碳化，粒度320#的中軟砂條，壓力0.8-1.0MPa,時間10_25s。
[0017]步驟5，經(jīng)拋光工藝后對導(dǎo)軌表面進行刮研，粗刮采用長刮刀，刮研行程在10mm-15mm之間，刀痕寬度1mm,刮刀痕跡順向，成片不重復(fù)，當表面粗糙度Ra ( 0.8um結(jié)束粗刮；細刮就是采用短刮刀，刮研行程在10-12mm，刀痕寬度6mm，細刮必須定向進行，當直線度和平面度均要求彡0.0lum，表面粗糙度Ra ( 0.8um,即可結(jié)束刮研。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)勢在于:(1)在機床導(dǎo)軌表面加工平頂狀復(fù)合微形貌，主要解決了導(dǎo)軌的爬行現(xiàn)象，改善潤滑性能，同時提高導(dǎo)軌耐磨性、降低導(dǎo)軌磨合期，能夠有效延長導(dǎo)軌壽命、提高綜合性能。(2)非接觸式加工，不會對材料產(chǎn)生機械擠壓或機械應(yīng)力。(3)加工熱量小，導(dǎo)軌無熱變形；(4)加工形貌達到微米級；(5)成本低廉。
【附圖說明】
[0019]圖1球冠型微復(fù)合微形貌圖。
[0020]圖2火山口型復(fù)合微形貌圖。
[0021]圖3平頂狀球冠型復(fù)合微形貌圖。
[0022]圖4平頂狀火山口型復(fù)合微形貌圖。
[0023]圖5 —種帶有球冠型復(fù)合微形貌的滑動導(dǎo)軌表面形貌圖。
[0024]圖6 —種帶有火山口型復(fù)合微形貌的滑動導(dǎo)軌表面形貌圖。
[0025]圖7 —種帶有復(fù)合微形貌的矩形導(dǎo)軌圖。
[0026]圖8是一種帶有復(fù)合微形貌形貌的三角形導(dǎo)軌圖。
[0027]圖9是一種帶有復(fù)合微形貌的燕尾形導(dǎo)軌圖。
[0028]圖10 CA6140普通車床矩形滑動導(dǎo)軌復(fù)合微形貌二維分布圖。
[0029]圖中:1，微凸起；2，導(dǎo)軌表面；3，微凹腔；4，形貌間距S;5，凹腔深度h;6，凸肩高度H ;7，凸肩直徑D ;8，凹腔直徑d ;9，微凸起形貌平頂直徑；10，矩形導(dǎo)軌的動導(dǎo)軌；11，矩形導(dǎo)軌的靜導(dǎo)軌；12，平頂狀復(fù)合微形貌；13，滑動導(dǎo)軌潤滑介質(zhì)；14，硬化層；15，三角形導(dǎo)軌的動導(dǎo)軌；16，三角形導(dǎo)軌的靜導(dǎo)軌；17，燕尾形導(dǎo)軌的動導(dǎo)軌；18，燕尾形導(dǎo)軌的靜導(dǎo)軌。
【具體實施方式】
[0030]下面以CA6140普通車床導(dǎo)軌為例對本發(fā)明的具體實施進行說明。
[0031]激光加工設(shè)備選用二極管泵浦YAG激光器。
[0032]CA6140普通車床導(dǎo)軌，導(dǎo)軌材料HT300，導(dǎo)軌類型為矩形滑動導(dǎo)軌。
[0033]CA6140普通車床具體