一种复合微织构导轨及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种机床导轨表面处理领域，具体涉及一种复合微织构导轨及其制备方法。针对复合导轨表面性能提升的技术问题，本申请提供了一种新型复合微织构导轨，本申请中的复合微织构导轨在固定导轨和滑动导轨的接触面上都具有微织构沟槽，在固定导轨表面加工垂直于滑动方向的微织构沟槽，可以存贮润滑油，收集磨屑，在滑动导轨表面加工有平行于滑动方向的微织构沟槽，由于润滑油导流与动压作用，利于润滑油膜的形成，以达到增强润滑、减小摩擦、提高导轨性能的作用。

【技术实现步骤摘要】
一种复合微织构导轨及其制备方法
本专利技术涉及机床导轨表面处理领域，具体涉及一种微织构导轨及其制备方法。
技术介绍
导轨作为机床主要的导向和支承部件，是最关键的基础部件之一，其精度和性能对于机床的加工精度、生产质量、使用寿命等具有非常重要的作用。而载荷和运动速度变化范围大、运行时间长的特点要求导轨接触表面具有良好的耐磨性能和润滑性能。但是，普通的滑动导轨由于没有形成完全的液体摩擦，摩擦阻力大、低速易爬行，同时磨损大、寿命低、运动精度不稳定。为提高滑动导轨的性能，现在往往对导轨进行贴塑或镶钢处理。但塑料导轨刚度低、耐热性差、导热率低、容易蠕变的缺点，只能应用于工作压强不大的环境。而镶钢导轨虽然耐磨性提高，但工艺复杂，成本较高，同时也难于改变接触面润滑条件差的问题。现代研究表明，根据仿生学原理采用激光微织构技术在金属滑动导轨表面加工出有序排列的微凹坑可以有效的改善导轨储油状况，降低金属与金属配副之间的摩擦系数，提高导轨的耐磨性能，延长服役寿命。中国专利(申请号201710091772.4)公开了一种微织构自润滑导轨的制备方法，通过微细电火花在导轨上加工出微孔织构并填充固体润滑剂，但微孔织构间隙较大，润滑不充分。中国专利(申请号201711406914.8)公开了一种组合微织构导轨及其制作方法，在微凹坑间加工了微沟槽，改善了润滑性能，但无法充分发挥织构收集磨屑的作用。RenN及ZhuD等人的研究表明微织构的分布、方向及长度比、微织构的形状等显著影响其润滑性能。王文中等的实验研究表明微孔的深度、面积比和大小对摩擦性能有明显影响，而沈殿等人的研究则表明微坑的间距也是重要的影响因素。为了提高导轨的工作性能，提出一种具有良好技术效果的微织构沟槽具有重要的意义。
技术实现思路
针对上述技术问题，本申请提供了一种复合微织构导轨及制备方法，该导轨的在固定导轨表面加工垂直于滑动方向的微织构沟槽，可以存贮润滑油，收集磨屑，在滑动导轨表面加工有平行于滑动方向的微织构沟槽，由于润滑油导流与动压作用，利于润滑油膜的形成，以达到增强润滑、减小摩擦、提高导轨性能的作用。为了实现上述技术效果，本申请提供以下技术方案：本申请第一方面，提供一种复合微织构导轨，包括固定导轨和滑动导轨，固定导轨和滑动导轨，滑动导轨可以相对固定导轨运动，该复合导轨特征在于，固定导轨和滑动导轨的接触面均设置有若干微织构沟槽，其中，固定导轨表面设置垂直于滑动方向的若干微织构沟槽，在滑动导轨表面设置平行于滑动方向的若干微织构沟槽。本申请中的复合导轨在固定导轨及滑动导轨的接触面上均具设置有微织构沟槽，增加了润滑剂的容纳空间，有利于收集磨屑。本领域公知，单元格微凹坑摩擦力随速度的增加而下降，形成有效的动压润滑效应，本申请中固定导轨和滑动导轨上垂直设置的沟槽有利于将润滑剂延展成为均匀的润滑油膜，降低摩擦系数，提高润滑剂油膜的承载能力。优选的，上述复合微织构导轨，其导轨材料为铸铁或淬火钢。优选的，上述复合微织构导轨，其微织构沟槽之间呈一定间距均匀排列。优选的，上述复合微织构导轨，其微织构沟槽包括第一段、第二段和第三段，第一段和第三段为半圆形沟槽，第二段为长方形沟槽，第二段位于第一段和第二段之间，且第一段和第三段半圆形沟槽的直径与第二段的长方形沟槽的短边重合。优选的，上述固定导轨表面微织构槽宽为10-50μm，槽宽方向间距为20-2000μm，长度为200-2000μm，长度方向间距为100-2000μm，深度为10-100μm。优选的，上述滑动导轨表面微织构槽宽为10-50μm，槽宽方向间距为20-2000μm，长度为2000-20000μm，长度方向间距为100-2000μm，深度为10-100μm。采用上述尺寸的微织构沟槽，有利于在接触面上获得效率最高的面积占有率，在该范围内微织构沟槽有利于获得较低的摩擦系数，油膜承受能力高，能够保持较高的动压效应。优选的，上述固定导轨表面微织构沟槽在滑动方向上呈现均匀交错排列，滑动导轨表面微织构沟槽在滑动方向和垂直于滑动方向上均对齐排列。本申请第二方面，提供一种复合微织构导轨的制备方法，包括固定导轨和滑动导轨，滑动导轨可以相对固定导轨运动，该方法包括以下步骤：(1)对导轨表面进行磨削加工获得一定粗糙度；(2)通过激光器在固定导轨和滑动导轨表面加工出微织构沟槽，特征在于，固定导轨表面设置垂直于滑动方向的若干微织构沟槽，在滑动导轨表面设置平行于滑动方向的若干微织构沟槽；(3)对导轨表面进行抛光、清洗。优选的，上述步骤(1)中磨削加工后所达到的表面粗糙度参数范围为：固定导轨粗糙度Ra≤0.4μm，滑动导轨粗糙度Ra≤0.8μm。优选的，上述步骤(2)中，所述微织构沟槽之间呈一定间距均匀排列。优选的，上述步骤(2)中，所述微织构沟槽包括第一段、第二段和第三段，第一段和第三段为半圆形沟槽，第二段为长方形沟槽，第二段位于第一段和第二段之间，且第一段和第三段半圆形沟槽的直径与第二段的长方形沟槽的短边重合。优选的，上述步骤(2)中，所述固定导轨表面微织构槽宽为10-50μm，槽宽方向间距为20-2000μm，长度为200-2000μm，长度方向间距为100-2000μm，深度为10-100μm。优选的，上述步骤(2)中，所述滑动导轨表面微织构槽宽为10-50μm，槽宽方向间距为20-2000μm，长度为2000-20000μm，长度方向间距为100-2000μm，深度为10-100μm。优选的，上述步骤(3)中清洗的操作如下：用丙酮对导轨表面进行清洗。本申请第三方面，提供一种降低复合导轨表面摩擦系数的方法或延长复合导轨使用寿命的方法，或一种增强导轨表面润滑性能的方法，该方法采用上述复合微织构导轨，微织构沟槽处填充润滑剂实现。优选的，所述润滑油为68#导轨润滑油。由于上、下导轨的相对运动，本申请中微凹槽可以提供有效的收敛空间，本专利技术的有益效果1.本申请中的复合导轨在滑动导轨和固定导轨表面都具有微织构沟槽，相比现有技术中的微织构沟槽，提高了润滑剂承载空间，防止导轨重工加载的情况下润滑油被挤出，有利于进一步改善凹槽表面的润滑性能。2.采用激光器仿生造型的微织构沟槽相对普通的制备方法制备的微织构沟槽具有更低的摩擦系数。3.根据导轨应用目的、承载需求，可以调整微沟槽段宽度、长度、深度和间距，以获得相适应的导轨。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为复合微织构导轨结构示意图；其中，1为固定导轨，2为滑动导轨，3为固定导轨微织构沟槽，4为滑动导轨微织构沟槽。图2为固定导轨微织构结构示意图；其中，3为固定导轨微织构沟槽。图3为滑动导轨微织构结构示意图；其中，4为滑动导轨微织构沟槽。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合微织构导轨，包括固定导轨和滑动导轨，固定导轨和滑动导轨，滑动导轨可以相对固定导轨运动，其特征在于，所述固定导轨和滑动导轨的接触面均设置有若干微织构沟槽，其中，固定导轨表面设置垂直于滑动方向的若干微织构沟槽，在滑动导轨表面设置平行于滑动方向的若干微织构沟槽。

【技术特征摘要】
1.一种复合微织构导轨，包括固定导轨和滑动导轨，固定导轨和滑动导轨，滑动导轨可以相对固定导轨运动，其特征在于，所述固定导轨和滑动导轨的接触面均设置有若干微织构沟槽，其中，固定导轨表面设置垂直于滑动方向的若干微织构沟槽，在滑动导轨表面设置平行于滑动方向的若干微织构沟槽。2.如权利要求1所述的复合微织构导轨，其特征在于，所述导轨材料为铸铁或淬火钢；优选的，所述微织构沟槽之间呈一定间距均匀排列。3.如权利要求1所述的复合微织构导轨，其特征在于，所述固定导轨表面微织构槽宽为10-50μm，槽宽方向间距为20-2000μm，长度为200-2000μm，长度方向间距为100-2000μm，深度为10-100μm；所述滑动导轨表面微织构槽宽为10-50μm，槽宽方向间距为20-2000μm，长度为2000-20000μm，长度方向间距为100-2000μm，深度为10-100μm；优选的，所述固定导轨表面微织构沟槽在滑动方向上呈现均匀交错排列，滑动导轨表面微织构沟槽在滑动方向和垂直于滑动方向上均对齐排列。4.一种复合微织构导轨的制备方法，其特征在于，所述复合微织构导轨包括固定导轨和滑动导轨，滑动导轨可以相对固定导轨运动，所述制备方法包括以下步骤：(1)对导轨表面进行磨削加工获得一定粗糙度；(2)通过激光器在固定导轨和滑动导轨表面加工出微织构沟槽，特征在于，固定导轨表面设置垂直于滑动方向的若干微织构沟槽，在滑动导轨表面设置平行于滑动方向的若干微织构沟槽；(...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳鸿志，邓建新，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37