Abstrakt:Med den snabba utvecklingen av precisions- och ultraprecisionsbearbetningsteknik har precision höghastighets elektrisk spindelteknik också blivit populär. Som en viktig gren av forskning om elektrisk spindelteknologi har vattensmorda keramiska glidlager blivit ett stort spjutspetsforskningsämne inom området precisionsbearbetning. Den här artikeln sammanfattar egenskaperna och fördelarna med höghastighets elektriska spindlar som stöds av vattensmorda keramiska glidlager jämfört med vanliga glidlager. Den introducerar den aktuella forskningsstatusen för denna teknik hemma och utomlands, och analyserar och utforskar flera relaterade teknologier för utveckling av vattensmorda keramiska glidlager.
Nyckelord:elektrisk spindel; Vattensmörjning; keramiskt material
0 Förord
Som en av de banbrytande teknologierna inom mekanisk tillverkning har precisions- och ultraprecisionsbearbetningsteknik, på grund av dess engagemang i olika grundläggande discipliner och framväxande teknologier, blivit nyckeln till att utveckla andra högteknologiska industrier och en viktig indikator på ett lands tillverkning. nivå. Som ett viktigt stöd för precisions- och ultraprecisionsbearbetningsteknik, utvecklas höghastighetsprecisionsteknik för elektrisk spindel naturligtvis snabbt. Under de senaste åren har den hydrauliska flytande glidlagerspindeln varit mycket gynnad i tillverkningsföretag på grund av dess höga rotationsnoggrannhet och förmåga att avsevärt förbättra livslängden för skärverktyg, såväl som bearbetningsnoggrannheten och ytråheten hos arbetsstycken. Vanliga flytande glidlager möter dock ofta dålig termisk stabilitet hos verktygsmaskiner på grund av hög temperaturökning av smörjoljefilm, hög värmeledningsförmåga hos metallfriktionspar och stor värmeutvidgningskoefficient, vilket sedan påverkar den faktiska bearbetningsnoggrannheten och gör det svårt att fortsätta att anpassa sig till den snabba utvecklingen av högprecisionsteknik. I teorin genererar vatten mindre värme när lagren roterar med höga hastigheter, och dess inneboende renhet och flamskydd kan uppfylla det moderna samhällets krav på säkerhet och miljövänlighet för teknisk teknik; Dessutom har keramiska material egenskaperna för slitstyrka, som kan anpassa sig till gränsfriktion och torrfriktionsfenomen som lätt uppstår under vattensmörjning. Keramik har också utmärkta egenskaper såsom kemisk korrosionsbeständighet och låg värmeutvidgningskoefficient. På så sätt kan vattensmörjning i kombination med keramiska materialfriktionspar lösa de tekniska problemen med vanliga flytande glidlager. Som ett resultat har vattensmorda keramiska glidlager gradvis blivit ett stort spjutspetsforskningsämne inom precisionsbearbetningsindustrin idag.
1 Egenskaper för vattensmord keramisk glidlager elektrisk spindel
Denna typ av elektriska spindlar stöds av keramiska glidlager, och dess struktur liknar den för vanliga elektriska glidlagerspindlar, som visas i figur 1. Men på grund av den speciella karaktären hos dess lagersmörjmedel och friktionspar är den totala prestandan av spindeln är förbättrad i många aspekter.
Figur 1 Struktur för en vanlig elektrisk spindel
För det första använder denna typ av elektrisk spindel vatten (eller lågviskös vattenbaserad vätska) som smörjmedel. Genom att jämföra vatten med L-FD-22-lagerolja, som visas i Tabell 1, kan man finna att den signifikanta skillnaden mellan vatten och vanlig mineralsmörjolja ligger i dess viskositet och specifika värme [3]. Det kan ses att vattnets viskositet är mycket lägre än för vanlig mineralolja, vilket resulterar i lägre oljefilmstyvhet och bärförmåga för vattensmorda lager jämfört med oljesmorda lager i samma tillstånd. Dessutom är torrfriktion orsakad av direktkontakt mellan friktionspar benägen att inträffa, vilket kräver att lagermaterial har hög slitstyrka; Men på grund av dess låga viskositet kan vatten avsevärt minska friktionseffektförbrukningen, vilket minskar lagertemperaturökningen och förbättrar spindelns rotationsnoggrannhet. Samtidigt är vattnets specifika värme betydligt högre än mineraloljans, vilket resulterar i en mindre temperaturhöjning under samma friktionsenergiförbrukning och värmealstring. Därför, när spindeln roterar med hög hastighet, är den termiska stabiliteten för denna typ av spindel mer framträdande.
Tabell 1 Jämförelse av prestandaindikatorer mellan vatten och smörjolja
Vatten i sig har renhet och flamskydd, och är ett naturligt kyl- och släckmedel. Under 2000-talet, med ökad uppmärksamhet på miljö- och säkerhetsfrågor från alla samhällssektorer, uppfyller denna egenskap exakt det moderna samhällets säkerhets- och miljökrav inom teknisk teknik.
Å andra sidan inkluderar de material som används i forskningen om vattensmorda lager hittills huvudsakligen trä, metall, plast, gummi och tekniska keramiska material. Bland dem, på grund av den utmärkta slitstyrkan hos tekniska keramiska material, är det möjligt att använda dem som friktionspar i ett lågvisköst smörjmedelstillstånd [4]; Dessutom har keramiska material i allmänhet många fördelar såsom självsmörjande funktion, hög temperaturbeständighet, hög hårdhet, hög hållfasthet, låg friktionskoefficient och god termisk stabilitet. Att använda keramiska material som friktionspar kan också på motsvarande sätt förbättra spindelns totala prestanda. Under senare år har de successivt tillämpats inom industriområdet.
2 Forsknings- och utvecklingsstatus
2.1 Forskning om relaterade keramiska material
De vanligaste tekniska keramiska materialen inkluderar huvudsakligen oxidtyp A12O3, ZrO2 och icke-oxidtyp SiC, Si3N4, som har olika friktions- och slitagemekanismer under torrfriktion och vattensmörjningsförhållanden. När torr friktion uppstår är friktionsprestandan hos keramiska friktionspar avgörande; När vattenfilmen i lagret är intakt kommer vätskefriktionseffekten av det keramiska friktionsparet att vara mycket tydlig [3]. Under vattensmörjningsförhållanden är emellertid tjockleken på smörjvätskefilmen relativt liten, vilket är benäget att utsättas för torr friktion. Därför måste båda staterna beaktas.
I det torra friktionstillståndet kan man genom experiment konstatera att oxidkeramer A12O3 och ZrO2 är benägna att bli spröda brott och slitage, medan slitagebeteendet hos icke-oxidkeramer SiC och Si3N4 huvudsakligen inkluderar mikrosprickor, plastisk deformation, plöjning och vidhäftning. Emellertid är Si3N4 benägen att migrera friktionsskikt, och SiO2, en biprodukt av SiC i friktionsprocessen, har en viss smörjande effekt, vilket kan minska slitage och friktionskoefficient. Så från det torra friktionstillståndet enbart är SiC mer lämplig som en friktionsparmaterial.
Under inverkan av vätskefriktion har oxidkeramer en betydande vätskesmörjningseffekt, bland vilka Al (OH) 3 som genereras av A12O3 under processen är mer användbart för att förbättra dess slitstyrka. Icke-oxidkeramer SiC och Si3N4 har inte bara vätskesmörjningseffekt, utan ger också uppenbar hydratiseringsreaktion [5], bildar kolloidal SiO2 fäst vid friktionsparets yta, vilket har effekten av att polera ytan och avsevärt kan förbättra ytslitaget. SiC- och Si3N4-materialens överlägsenhet och underlägsenhet har dock inte återspeglas i de experiment som utförts av olika forskare under olika driftsförhållanden. Sammantaget kräver Si3N4 en kortare drifttid för att nå ett stabilt tillstånd, och SiC är mer lämpligt för långtidsdrift eller frekventa start- och stoppförhållanden. Därför behövs specifik experimentell analys för att bestämma valet efter Z.
2.2 Spindeltestforskning
För närvarande har inhemska experter och forskare såväl som relevanta företag gjort mycket forskning om driften av vattensmorda lager, såsom lagerprestanda, bearbetningsnoggrannhet, friktionskemiskt beteende i lager etc., men det mesta av forskningen är huvudsakligen att utföra testansträngningar för att verifiera att den vattensmorda keramiska glidlagerspindeln kan uppnå de mål som satts upp av testet eller som krävs av företaget, Till exempel experimentell forskning utförd av Zhang Guoyuan et al. om de hydrodynamiska och hydrostatiska lagren i vattensmorda turbopumpar har visat att vattensmorda lager kan arbeta stabilt vid höga hastigheter utan betydande förångning eller kavitation. Å andra sidan finns det för närvarande få experimentella studier om designoptimering av vattensmorda keramiska glidlager, bland vilka STEVEN [7] antar en ny återkopplingsstrypningsteknologi Sun Wenli et al. [8] bröt igenom rent vatten och vattenbaserade smörjmedel när de valde smörjmedel, och antog jämviktslösningar av olika salter såsom havsvatten. Den "metallkeramiska" helt slutna strukturen designad av Lin Bin et al. [9] spelade en viktig roll för att ytterligare optimera och applicera vattensmorda keramiska glidlager.
2.3 Applicering av vattensmorda keramiska lager
För närvarande, på grund av det faktum att vattensmorda keramiska lager fortfarande befinner sig i forsknings- och optimeringsstadiet vad gäller smörjvätska och friktionskemiska reaktioner av keramiska materialfriktionspar, har det ännu inte funnits en maskinverktygsspindelenhet som stöds av vattensmorda lager i Kina, men experimentella ingenjörstillämpningar har börjat utomlands. Till exempel stöds den elektriska spindeln för verktygsmaskinen HF170 HA-40HKV, utvecklad i samarbete med schweiziska IBAG och Nintherur Technical University, av vattensmorda statiska trycklager. Dess förbättrade labyrint- och lufttätningssystem kan effektivt förhindra vattenläckage från lagren, med en hastighet på upp till 40kr/min och en effekt på 37kW. Hrdro-F elektriska spindeln tillverkad av FISCHER använder vattensmorda statiska trycklager, med en hastighet på 36kr/min och en effekt på 67kW. De framgångsrika fallen av utländska företag återspeglar möjligheten att vattensmorda keramiska spindlar kommer in i företag och främjar praxis, vilket i sin tur främjar forskning av forskare för att lösa tekniska problem som hög bearbetnings- och tillverkningsnoggrannhet som är svåra att uppnå.
3 Utvecklingsrelaterade teknologier för vattensmorda keramiska glidlager
3.1 Dynamisk och statisk tryckteknik
Det finns tre huvudtyper av vanliga flytande glidlager för elektriska spindlar: statiska trycklager, dynamiska trycklager och dynamiska statiska trycklager. Den uppenbara skillnaden ligger i storleksordningen på lageroljehålighetens djup. Bland dem utvecklas dynamiska och statiska trycklager på basis av de andra två typerna av lager. Dessa typer av lager är huvudsakligen beroende av dynamiskt tryck vid höga hastigheter och statiskt tryck vid låga hastigheter (start- och stoppsteg). Den använder strypprincipen för statiska trycklager för att generera tillräcklig statisk tryckbärande kapacitet i tryckoljekammaren, och övervinner därigenom slitagefenomenet mellan huvudaxeln och lagren orsakat av torr friktion under start och stopp av flytande dynamiska trycklager, vilket förbättrar livslängd och noggrannhet underhåll av huvudaxel och lager. Samtidigt utnyttjar den också den dynamiska tryckeffekten av huvudaxeln under höghastighetsrotation för att minska förbrukningen av flytande energi. Så länge oljekammarens parametrar är rimligt utformade och precisionsbearbetningsmetoder används, kan de bärande egenskaperna hos dynamiska och statiska lager användas för att vara överlägsna de andra två typerna av lager, och därigenom kompensera för påverkan av lägre viskositet av smörjmedel på deras prestanda.
3.2 Teori och strukturell design
För närvarande använder konstruktionen av de flesta glidlager metoden för att upprätta lämpliga Reynolds ekvation enligt kraven för specifika arbetsförhållanden. Men eftersom den allmänna Reynolds-ekvationen är tillämplig på laminärt flöde, och vattnets viskositet är liten, är det lätt att producera turbulent flöde, så den generaliserade Reynolds-ekvationen bör användas för att lösa det [10]; Samtidigt, med tanke på designen av elektriska spindlar för precisions- och ultraprecisionsbearbetning, kan påverkan på temperatur, tryck och andra faktorer inte ignoreras. Överdriven temperatur och tryck på smörjvätskefilmen kan orsaka ytdeformation av friktionsparet, medan tjockleken på smörjvätskefilmen kan påverka ytjämnheten hos friktionsparet. Under de senaste åren har TEHD-modellen (Thermoelastic Fluid Power Lubrication Analysis) gradvis accepterats eftersom den ligger närmare den faktiska situationen. När denna modell används vid beräkning av vattensmorda keramiska glidlager, bör den termiska och elastiska deformationen av keramiska lagerkuddar beaktas samtidigt. Specifikt bör viskositetstemperatursambandet, densitetstemperatursambandet, energibalansekvationen, kontinuitetsekvationen, etc. integreras när Reynolds ekvation löses. Dessutom har lagerstrukturen en betydande inverkan på lagrens prestanda och till och med spindeln. Därför har många forskare försökt och testat i detta avseende, såsom den helt slutna strukturen som nämns ovan, som har uppnått framgångsrika tester, säkerställer styvhet samtidigt som den uppnår en bärighet på över 3 ton.
3.3 Smörjningsrelaterad teknik
På grund av vattnets icke-rostbeständighet, i praktisk forskning, tillsätts vattenbaserade rostinhibitorer i allmänhet till vatten för att bilda nya lågviskösa vattenbaserade smörjmedel. I allmänhet bör tillsatser säkerställa tillräcklig löslighet under arbetsförhållanden för att förhindra att utfällning orsakar skador på friktionsytan; Dessutom, med tanke på att tjockleken på smörjfilmen är relativt liten vid låg viskositet och sannolikheten för mekanisk friktion är hög, kan aktiv design och konstruktion av geometriska former övervägas under design, och teoretisk certifiering kan utföras före bearbetning och tillverkning.
3.4 Tillverkning och testning
På grund av det faktum att keramiska material är hårda och spröda, vilket gör bearbetning svår, och glidlager (särskilt dynamiska och statiska trycklager) kräver hög dimensionsnoggrannhet för lagerskålar, bussningar och oljehåligheter, har precisionsbearbetning alltid varit en viktig aspekt som begränsar utvecklingen av vattensmorda glidlager. Även om precisions- och ultraprecisionsbearbetningsverktyg och relaterade tekniker utvecklas snabbt, är det fortfarande nödvändigt att ytterligare hitta tillräckligt exakta och lämpliga fabriksbearbetningsmetoder.
Experimentell teknik är en oumbärlig teknik som följer med utvecklingen av spindeldesignteknik. Även om den experimentella tekniken för vanliga glidlager i allmänhet har blivit mogen, på grund av särdragen hos vattensmorda keramiska spindlar, bör uppmärksamhet ägnas åt att övervaka till synes vanliga miljöfaktorer som vattentemperatur och tryck på basis av vanliga experiment. Samtidigt bör förhandstester och tester också utföras på de olika egenskaperna hos de keramiska materialen som används. Se till att det uppfyller bearbetnings- och tillverkningsmålen.
4 Sammanfattning och Outlook
Baserat på den tidigare texten kan man se att på grund av dess olika fördelar finns det en stor möjlighet att vattensmorda glidlager kommer att användas flitigt i framtida precisions höghastighets elektriska spindlar, vilket också har fått stor uppmärksamhet. Även om det för närvarande inte finns någon produktionspraxis i Kina, tror vi att med de betydande framsteg som gjorts utomlands kommer människor att investera mer energi i att forska och testa relaterade teknologier. Vi ser fram emot att bryta igenom begränsningarna i teoretisk design och bearbetningstillverkning av vattensmorda keramiska glidlager och att arbeta tillsammans med relevanta spindeltillverkningsföretag för att uppnå praktiska, marknadsmässiga och industrialisering så snart som möjligt.
Mer om Marginal MG-CR filamentlindade plast självsmörjande lager:
Höghållfast glasfiber med epoxiharts bakad med PTFE och specialfiber som lagerfoder, bakmaterialet ger hög belastningskapacitet och lagerfoder ger låg friktion under torrt tillstånd. Därför täckte denna speciella struktur en enastående anti-nötningsfunktion och anti-slagprestanda, lämplig för hög belastning med hög korrosionsbeständighet applikationer som lyftmaskiner, logistikmaskiner, jordbruksmaskiner och hamnmaskiner etc.
https://www.marginallager.com/filament-lindad-plast-självsmörjande lager/mg-cr-filament-sårad-plast-självsmörjande.html
