本發(fā)明涉及一種制造抗磨損保持架的方法及滾動軸承，屬于機(jī)械制造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

軸承是機(jī)械系統(tǒng)的核心元件，其使用性能關(guān)系到機(jī)械裝置的旋轉(zhuǎn)精度、穩(wěn)定性、可靠性和使用壽命。滾動軸承是應(yīng)用最為廣泛的軸承類型，由滾動體、內(nèi)外套圈和保持架組成。當(dāng)滾動軸承在高速運(yùn)轉(zhuǎn)工作過程中，保持架和套圈在工作過程受到反復(fù)沖擊和滑動作用，使得套圈與保持架之間的潤滑油脂被擠出，導(dǎo)致套圈與保持架之間發(fā)生接觸，引發(fā)疲勞剝落和磨粒磨損，長時(shí)間運(yùn)行后套圈和保持架引導(dǎo)面發(fā)生過量磨損，使得保持架和套圈引導(dǎo)面變薄，質(zhì)量不均勻，引導(dǎo)間隙增大，進(jìn)一步加劇材料磨損，嚴(yán)重時(shí)保持架發(fā)生斷裂導(dǎo)致軸承失效，最終導(dǎo)致機(jī)械系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決因內(nèi)、外套圈與保持架之間的潤滑油脂被擠出，導(dǎo)致內(nèi)、外套圈與保持架之間發(fā)生接觸，引發(fā)疲勞剝落和磨粒磨損，最終保持架發(fā)生斷裂導(dǎo)致軸承失效的問題，進(jìn)而提出一種利用激光織構(gòu)化制造抗磨損保持架的方法及滾動軸承。

本發(fā)明為解決上述問題采用的技術(shù)方案是：

一種利用激光織構(gòu)化制造抗磨損保持架的方法，該方法包括以下步驟：

步驟一：水聲探測步驟：選取一塊保持架坯料，采用水聲探測的方式對該塊坯料進(jìn)行無損探傷，符合相關(guān)要求的坯料作為保持架原塊待下一步加工；

步驟二：保持架的粗細(xì)加工步驟：根據(jù)相關(guān)圖紙要求對步驟一中經(jīng)過探傷合格的保持架原塊進(jìn)行加工，首先粗車保持架原塊的外圓，其次精車保持架原塊的兩個(gè)端面，然后細(xì)車保持架原塊的內(nèi)圓，最后在保持架原塊上鉆出兜孔形成待織構(gòu)塊；

步驟三：調(diào)試步驟：采用355nm波長的紫外激光加工設(shè)備對待織構(gòu)塊粗車外圓表面，從而進(jìn)行激光織構(gòu)化，將待織構(gòu)塊固定安裝在加工平臺上，待織構(gòu)塊的外圓為待織構(gòu)表面，按照設(shè)計(jì)要求調(diào)節(jié)加工平臺的行進(jìn)速度，加工平臺行進(jìn)速度的取值范圍為0.05～0.25mm/s，同時(shí)調(diào)節(jié)紫外激光加工設(shè)備的輸出功率和重復(fù)頻率，輸出功率為紫外激光加工設(shè)備最大輸出功率60％～90％，重復(fù)輸出頻率的取值范圍為10～130kHz，紫外激光加工設(shè)備的激光輸出端的焦距為17.5mm；

步驟四：對焦步驟：確保帶有待織構(gòu)塊的加工平臺固定不動，操作紫外激光加工設(shè)備的激光輸出端使其豎直下落，直至激光輸出端的焦點(diǎn)落在待織構(gòu)塊的待織構(gòu)面上時(shí)，定位紫外激光加工設(shè)備的激光輸出端；

步驟五：表面織構(gòu)加工步驟：運(yùn)行預(yù)先編寫完畢的加工代碼，開啟加工平臺使其與紫外激光加工設(shè)備相配合完成對待織構(gòu)塊的待織構(gòu)面的多個(gè)上織構(gòu)單元和多個(gè)下織構(gòu)單元的加工工作，確保上微通道和下微通道寬度的取值范圍均為30μm～200μm，上微通道和下微通道槽深的取值范圍均為5μm～20μm，第一凹坑陣列、第二凹坑陣列、第三凹坑陣列和第四凹坑陣列的直徑取值范圍均為30μm～200μm，第一凹坑陣列、第二凹坑陣列、第三凹坑陣列和第四凹坑陣列的深度取值范圍均為5μm～20μm，從而完成待織構(gòu)塊外圓的織構(gòu)化，形成保持架。

利用具體實(shí)施方式一所述的方法加工形成的滾動軸承，它包括外套圈、內(nèi)套圈、保持架和多個(gè)滾動體，所述內(nèi)套圈套裝在外套圈的內(nèi)部且二者同軸設(shè)置，保持架設(shè)置在外套圈和內(nèi)套圈之間，多個(gè)滾動體一一對應(yīng)設(shè)置在保持架上的多個(gè)兜孔內(nèi)，保持架的外圓面上加工有多個(gè)上織構(gòu)單元和多個(gè)下織構(gòu)單元，多個(gè)上織構(gòu)單元沿保持架的圓周方向依次布置在保持架外圓面的上邊緣處，多個(gè)下織構(gòu)單元沿保持架的圓周方向依次布置在保持架外圓面的下邊緣處，上織構(gòu)單元的結(jié)構(gòu)與下織構(gòu)單元的結(jié)構(gòu)相同，每個(gè)上織構(gòu)單元包括上微通道、至少一個(gè)第一上凹坑和至少一個(gè)第一下凹坑，上微通道的兩端分別與保持架外圓周壁的上邊緣相連通。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：

1、本發(fā)明中的方法為利用激光織構(gòu)化工藝實(shí)現(xiàn)抗磨損保持架的加工過程。該方法將激光織構(gòu)化工藝能夠有效融合到現(xiàn)有保持架加工工藝中，該方法通過紫外激光加工設(shè)備與加工平臺相配合實(shí)現(xiàn)對保持架待織構(gòu)塊的外圓進(jìn)行多個(gè)織構(gòu)單元的加工過程。步驟簡單且操作方便，加工質(zhì)量高且加工效率高。

2、本發(fā)明中的方法使用范圍廣泛，對加工對象的材質(zhì)無限定，鋼、陶瓷、銅合金、鋁合金、膠木、工程塑料及其他材料均適用。

3、本發(fā)明中的軸承為利用激光織構(gòu)化工藝制造的保持架組成的滾動軸承，由于保持架上多個(gè)織構(gòu)單元的設(shè)置為保持架引導(dǎo)面能夠儲存潤滑油、容納和排出磨粒提供通道，降低引導(dǎo)面材料磨損，有效地改善了滾動軸承引導(dǎo)面的潤滑狀況，提高軸承的承載能力和使用壽命。本發(fā)明應(yīng)用于外引導(dǎo)軸承和內(nèi)引導(dǎo)軸承，工作過程同理。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的主視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中B處的放大圖；

圖3是本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是圖3中C處的放大圖；

圖5是加工平臺的工作狀態(tài)示意圖，圖中箭頭方向表示保持架待織構(gòu)塊的平移運(yùn)動的方向；

圖6是加工平臺的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖，圖中箭頭方向表示保持架待織構(gòu)塊的轉(zhuǎn)動方向。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4、圖5和圖6說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式該方法包括以下步驟：

步驟一：水聲探測步驟：選取一塊保持架坯料，采用水聲探測的方式對該塊坯料進(jìn)行無損探傷，符合相關(guān)要求的坯料作為保持架原塊待下一步加工；

步驟二：保持架的粗細(xì)加工步驟：根據(jù)相關(guān)圖紙要求對步驟一中經(jīng)過探傷合格的保持架原塊進(jìn)行加工，首先粗車保持架原塊的外圓，其次精車保持架原塊的兩個(gè)端面，然后細(xì)車保持架原塊的內(nèi)圓，最后在保持架原塊上鉆出兜孔形成待織構(gòu)塊；

步驟三：調(diào)試步驟：采用355nm波長的紫外激光加工設(shè)備對待織構(gòu)塊粗車外圓表面，從而進(jìn)行激光織構(gòu)化，將待織構(gòu)塊固定安裝在加工平臺上，待織構(gòu)塊的外圓為待織構(gòu)表面，按照設(shè)計(jì)要求調(diào)節(jié)加工平臺的行進(jìn)速度，加工平臺行進(jìn)速度的取值范圍為0.05～0.25mm/s，同時(shí)調(diào)節(jié)紫外激光加工設(shè)備的輸出功率和重復(fù)頻率，輸出功率為紫外激光加工設(shè)備最大輸出功率60％～90％，重復(fù)輸出頻率的取值范圍為10～130kHz，紫外激光加工設(shè)備的激光輸出端11的焦距為17.5mm；

步驟四：對焦步驟：確保帶有待織構(gòu)塊的加工平臺固定不動，操作紫外激光加工設(shè)備的激光輸出端11使其豎直下落，直至激光輸出端11的焦點(diǎn)落在待織構(gòu)塊的待織構(gòu)面上時(shí)，定位紫外激光加工設(shè)備的激光輸出端11；

步驟五：表面織構(gòu)加工步驟：運(yùn)行預(yù)先編寫完畢的加工代碼，開啟加工平臺使其與紫外激光加工設(shè)備相配合完成對待織構(gòu)塊的待織構(gòu)面的多個(gè)上織構(gòu)單元6和多個(gè)下織構(gòu)單元7的加工工作，確保上微通道6-1和下微通道7-1寬度的取值范圍均為30μm～200μm，上微通道6-1和下微通道7-1槽深的取值范圍均為5μm～20μm，第一凹坑陣列、第二凹坑陣列、第三凹坑陣列和第四凹坑陣列的直徑取值范圍均為30μm～200μm，第一凹坑陣列、第二凹坑陣列、第三凹坑陣列和第四凹坑陣列的深度取值范圍均為5μm～20μm，從而完成待織構(gòu)塊外圓的織構(gòu)化，形成保持架3。

本發(fā)明中的步驟一中的無損探傷的過程為對坯料內(nèi)部無縮松、夾雜及其他缺陷進(jìn)行探傷。

本發(fā)明中的步驟三中加工代碼中設(shè)定的加工平臺的運(yùn)動軌跡和運(yùn)動速度，工作臺的行進(jìn)速度會影響保持架激光加工微凹坑、微通道的深度和直徑或?qū)挾取?/p>

本發(fā)明中的步驟三中紫外激光加工設(shè)備的最大功率為5W。

本發(fā)明中第一凹坑陣列為多個(gè)第一上凹坑6-2依次等間距排列形成；第二凹坑陣列為多個(gè)第一下凹坑6-3依次等間距排列形成；第三凹坑陣列為多個(gè)第二上凹坑7-2依次等間距排列形成；第四凹坑陣列為多個(gè)第二下凹坑7-3依次等間距排列形成。

本發(fā)明中上微通道6-1和下微通道7-1統(tǒng)稱為微通道，多個(gè)第二上凹坑7-2、多個(gè)第二下凹坑7-3、多個(gè)第一上凹坑6-2和多個(gè)第一下凹坑6-3統(tǒng)稱為微凹坑。

本發(fā)明在一定范圍內(nèi)，微凹坑的深度、微通道的深度值隨著加工速度增加而變??；本發(fā)明在一定范圍內(nèi)，微凹坑的寬度、微通道的寬度值隨著加工速度增加而減小。

本發(fā)明能夠針對不同軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù)、工況條件和潤滑狀態(tài)，表面織構(gòu)存在最優(yōu)參數(shù)設(shè)計(jì)與選擇，需要根據(jù)具體情況具體設(shè)計(jì)。

本發(fā)明的加工平臺包括第一電機(jī)8-1、底座8-2、滾珠絲杠8-3、滑臺8-4、定位架8-5和第二電機(jī)8-6，所述底座8-2水平設(shè)置，所述滾珠絲杠8-3沿底座8-2的長度方向設(shè)置在底座8-2上，所述滑臺8-4設(shè)置在滾珠絲杠8-3上并與滾珠絲杠8-3滑動配合，第一電機(jī)8-1設(shè)置在底座8-2上且其驅(qū)動滾珠絲杠8-3運(yùn)動，定位架8-5豎直設(shè)置在滑臺8-4上，保持架待織構(gòu)塊可拆卸連接在定位架8-5上，定位架8-5上設(shè)置有第二電機(jī)8-6。加工平臺能夠在第一電機(jī)8-1和第二電機(jī)8-6的帶動下使保持架待織構(gòu)塊作出水平方向的移動運(yùn)動和以第二電機(jī)8-6的輸出軸為中心的轉(zhuǎn)動運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)對保持架待織構(gòu)塊的加工形成保持架3。

本發(fā)明的步驟四中通過CCD相機(jī)進(jìn)行觀察，當(dāng)在相機(jī)中清楚的辨識到待織構(gòu)塊的待織構(gòu)面時(shí)，即對紫外激光加工設(shè)備的激光輸出端11進(jìn)行定位。其他能夠輔助觀測的儀器均可。

具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式為具體實(shí)施方式一的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式還包括步驟六，步驟六為進(jìn)一步加工步驟，該步驟為細(xì)車步驟四中保持架3的外圓，終車步驟四中保持架3兩平面，去除保持架3的表面毛刺。

具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式為具體實(shí)施方式二的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式還包括步驟七，步驟七為動平衡檢測步驟，該步驟為對經(jīng)過步驟六加工后的保持架3進(jìn)行動平衡檢測，符合要求的保持架3投入后續(xù)加工步驟，否則按廢料處理。

具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式為具體實(shí)施方式三的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式該方法還包括步驟八，步驟八為清洗步驟，該步驟為對經(jīng)過步驟七加工后的保持架3進(jìn)行清洗。

具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式為具體實(shí)施方式一的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中步驟五中還需確保每兩個(gè)相鄰的上織構(gòu)單元6之間的間距為50μm～500μm，每兩個(gè)相鄰的下織構(gòu)單元7之間的間距為50μm～500μm。

具體實(shí)施方式六：結(jié)合圖1至圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式包括外套圈1、內(nèi)套圈2、保持架3和多個(gè)滾動體4，所述內(nèi)套圈2套裝在外套圈1的內(nèi)部且二者同軸設(shè)置，保持架3設(shè)置在外套圈1和內(nèi)套圈2之間，多個(gè)滾動體4一一對應(yīng)設(shè)置在保持架3上的多個(gè)兜孔5內(nèi)，其特征在于：保持架4的外圓周壁上加工有多個(gè)上織構(gòu)單元6和多個(gè)下織構(gòu)單元7，多個(gè)上織構(gòu)單元6沿保持架4的徑向方向依次布置在保持架4外圓周壁的上邊緣處，多個(gè)下織構(gòu)單元7沿保持架4的徑向方向依次布置在保持架4外圓周壁的下邊緣處，上織構(gòu)單元6的結(jié)構(gòu)與下織構(gòu)單元7的結(jié)構(gòu)相同，每個(gè)上織構(gòu)單元6包括上微通道6-1、至少一個(gè)第一上凹坑6-2和至少一個(gè)第一下凹坑6-3，上微通道6-1的兩端分別與保持架4外圓周壁的上邊緣相連通，至少一個(gè)第一上凹坑6-2設(shè)置在上微通道6-1的上方，至少一個(gè)第一下凹坑6-3設(shè)置在上微通道6-1的下方。

具體實(shí)施方式七：結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式中上織構(gòu)單元6的結(jié)構(gòu)與下織構(gòu)單元7的結(jié)構(gòu)相同且二者關(guān)于保持架4中多個(gè)兜孔5的外圓中心線A-A線對稱設(shè)置，每個(gè)下織構(gòu)單元7包括下微通道7-1、至少一個(gè)第二上凹坑7-2和至少一個(gè)第二下凹坑7-3，下微通道7-1的兩端分別與保持架4外圓周壁的下邊緣相連通，至少一個(gè)第二上凹坑7-2設(shè)置在下微通道7-1的上方，至少一個(gè)第二下凹坑7-3設(shè)置在下微通道7-1的下方。如此設(shè)置能夠使多個(gè)上織構(gòu)單元6的結(jié)構(gòu)與多個(gè)下織構(gòu)單元7的排列更加有序。便于加工。其他未提及的結(jié)構(gòu)與連接關(guān)系與具體實(shí)施方式六相同。

具體實(shí)施方式八：本實(shí)施方式為具體實(shí)施方式六或七的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中上微通道6-1為曲線形凹槽或折線形凹槽。

本實(shí)施方式中上微通道6-1的形狀與下微通道7-1的形狀相同且二者關(guān)于中心線A-A線對稱設(shè)置。上微通道6-1的具體形狀是根據(jù)預(yù)先編寫完畢的加工代碼程序決定的，根據(jù)具體情況具體選擇合適形狀的凹槽進(jìn)行設(shè)計(jì)。

具體實(shí)施方式九：結(jié)合圖1、圖2、圖3和圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式中上微通道6-1的槽深小于保持架4的厚度，第一上凹坑6-2的深度與第一下凹坑6-3的深度相等，第一上凹坑6-2的深度小于保持架4的厚度。如此設(shè)置能夠確保為潤滑油9析出形成微區(qū)動壓潤滑油膜層，有效降低磨損。同時(shí)還能夠?yàn)榻饘兕w粒的排出提供微通道，減少接觸區(qū)域的磨粒堆積和磨損。本實(shí)施方式中未提及的結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式八相同。

具體實(shí)施方式十：本實(shí)施方式為具體實(shí)施方式九的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中上微通道6-1寬度以及下微通道7-1寬度的取值范圍均為30μm～200μm，上微通道6-1的槽深以及下微通道7-1的槽深的取值范圍均為5μm～20μm，第一上凹坑6-2的直徑、第一下凹坑6-3的直徑、第二上凹坑7-2的直徑和第二下凹坑7-3的直徑的取值范圍均為30μm～200μm。本實(shí)施方式中每兩個(gè)相鄰的上織構(gòu)單元6之間的間距為50μm～500μm，每兩個(gè)相鄰的下織構(gòu)單元7之間的間距為50μm～500μm。

本發(fā)明利用模擬保持架工作狀態(tài)的沖擊-滑動摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對保持架材料激光織構(gòu)化表面開展了實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)表面織構(gòu)明顯改善了沖擊-滑動模擬工況下的潤滑狀態(tài)，減少磨損量。從理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知，保持架3與外套圈1的引導(dǎo)面之間開設(shè)表面織構(gòu)有三方面的積極作用：

1)表面織構(gòu)能夠儲存潤滑油9，在保持架3分別與外套圈1和內(nèi)套圈2之間發(fā)生沖擊和滑動時(shí)由于多個(gè)上織構(gòu)單元6和多個(gè)下織構(gòu)單元7的設(shè)置為潤滑油9析出形成微區(qū)動壓潤滑油膜層，有效降低磨損。

2)上微通道6-1和下微通道7-1的設(shè)置能夠容納剝落顆粒10，減輕磨粒磨損，增強(qiáng)耐磨性，提高使用壽命。

3)上微通道6-1和下微通道7-1的設(shè)置能夠?yàn)榻饘兕w粒的排出提供微通道，減少接觸區(qū)域的磨粒堆積和磨損。

本發(fā)明通過樣品試驗(yàn)得出，將新工藝加工的保持架轉(zhuǎn)入軸承，經(jīng)過軸承臺架實(shí)驗(yàn)考核，引導(dǎo)面未出現(xiàn)明顯磨損，這就表明保持架引導(dǎo)面激光織構(gòu)化方法能夠有效地改善滾動軸承引導(dǎo)面磨損問題，提高了軸承使用壽命。

當(dāng)加工速度、激光輸出頻率一定的情況下，激光輸出功率在最大功率的60～90％的范圍內(nèi)，適當(dāng)增大激光輸出功率，激光加工的第一上凹坑6-2、第一下凹坑6-3、第二上凹坑7-1和第二下凹坑7-2的直徑和深度會變大。

當(dāng)激光輸出頻率、加工速度一定的情況下，重復(fù)頻率在50～90KHz范圍內(nèi)，增大重復(fù)頻率，激光加工的第一上凹坑6-2、第一下凹坑6-3、第二上凹坑7-1和第二下凹坑7-2的寬度和深度會變小。

當(dāng)激光輸出功率、激光重復(fù)頻率一定的情況下，加工速度在0.05～0.25mm/s范圍內(nèi)，激光技工的速度越快即試件越短，激光加工的第一上凹坑6-2、第一下凹坑6-3、第二上凹坑7-1和第二下凹坑7-2的寬度和深度會變小。