通过改进工艺参数来减小塑料保持架产品变形的研究
摘 要：介绍了目前轴承常用保持架的种类及性能，着重描述了塑料保持架的加工工艺及特点。并分析了在不同加工工艺参数下产品性能的变化，找出最优的参数，生产出变形度小、力学性能及运转性能良好的产品。
关键词：轴承；保持架；塑料；性能
近年来，铁路车辆用轴承的发展方向日益趋于高速化、高安全性和长寿命。因而对滚动轴承的重要零件保持架的要求也愈严格。轴承中的保持架一方面会受到张力、摩擦力等机械应力作用，另一方面也需承受润滑剂、有机溶剂等化工品的化学磨损。因而对于轴承保持架材料的选择十分重要，目前根据使用环境的不同，常用保持架主要有金属保持架、酚醛树脂保持架及塑料保持架[1]。由于生产成本高和加工装配复杂高，金属实体保持架与酚醛树脂保持架适用于单件和小批量生产。而塑料保持架的加工装配简单且可用模具注塑一次成型，成本低，可用于大批量的工业生产。与金属实体保持架相变，塑料保持架的产品设计灵活性大，保持架的离心力小，耐磨擦磨损，轴承温升低，韧性好，耐冲击等优势。
塑料保持架使用的主要材料为聚酰胺，俗称尼龙。在实际生产中，影响产品变形的条件有制备材料及结构、模具的设计及成型工艺等。而收缩不均匀是塑料产品变形的根本原因，影响收缩的因素有材料冷却速率、温差以及模具的约束等[2]。其中模具设计与加工技术在国内外都受到很大的重视，甚至于模具的产值都大于机床的产值。因而，高效、精密、大型、自动化的模具设计及制造技术是新型保持架的发展方向。
工程塑料保持架的应用需要通过大量的试验摸索，根据材料自身的物理特性以及产品的性能要求来调整注射成型工艺的各工艺条件参数。注射成型工艺实质上是将各物料溶化混合，并用合适的压力将物料送到模具中，进行保压成型的过程[3]。其中可控的工艺步骤有原料的含水量、成型温度、注射压力、成型周期、制品的后处理。
1 原料的干燥
原料含水量的高低是影响产品质量的一个影响因素。因而在成型前需对原材料的含水量进行监控。尼龙在大气中的吸水率为2.5%，在成型前最好进行真空加热干燥，避免因微量水的存在引起成型后机械性能，出现缺陷等现象。
2 成型温度
成型过程中需要控制的温度包括料筒温度、喷嘴温度和模具温度三种。为了实现均匀塑化，需要使塑料温度能够平稳上升，因而需要选择合适的料筒温度并且使温度从料斗的后端到前端逐步升高。采用自锁式喷嘴来防止熔料泄漏[4]。喷嘴温度和模具温度会对制品的表观质量和内在性能影响很大。采用模具温度自控机对模具温度进行实时控制可进一步改善塑件的内部结构，降低内应力。
3 注射压力
注射压力是螺杆顶部对塑料施加的压力。塑件的大多数物理和力学性能均随压力的增大而有所提升，与此同时内应力也会随着注射压力的增大而增大，因而对于高压注射制品需进行稳定处理用于消除内应力。
4 成型周期
成型周期直接影响设备利用率和生产效率，因而在保证质量的前提下尽可能缩短成型周期。成型周期包括注射时间和冷却时间。
5 后处理
塑件成型后，根据客户不同的使用要求，要进行适当的后处理，改善和提升制品的性能。例如高温工作环境下的稳定处理；柔韧性要求高的进行调湿处理[5]。
同时通过改进工艺还可以提高产品的生产效率[6]。例如在制造中以冲压代替车、钻、拉等工艺，既降低了生产成本，又提高生产效率；在普通机车冲床上采用机械传送链，实现自动化生产，以提高生产效率；提高保持架毛坯的尺寸精度，以减小修边工序。尽可能用一步多序的加工方法，缩短流程，以提高生产效率；保持架为环形件活筒状件，对同板厚的保持架进行连续剪裁，可提高材料利用率，降低成本。例如FAG公司采用无扩散工序生产的筐形保持架，装配时压缩保持架的小端，在保持架变形过程中过梁两端的变形量会比中部小，使装配后的保持架中部向内凹陷，从而使滚子与过梁压迫面中部相接触，避免了保持架兩端的磨损。
6 结束语
在轴承中保持架属于薄弱零件，因而尽可能地提高保持架寿命和精度成为了努力改进的方向。工程塑料轴承保持架的工艺参数优化的很多理念已在行业得到了广泛重视，出现了许多不同的新生产方法，改善了加工条件，提高了工件的精度，节约了材料成本，简化了装配工序，降低了成本，使经济效益得到了增加，是工程塑料轴承保持架制造业未来追求和发展的方向。在实际设计中，应根据具体的转速、工况和润滑条件等因素综合选择最佳的保持架工艺参数。
参考文献：
[1]刘亚盈，蔡根喜，丁琦，等.轴承工程塑料保持架的制造与应用[J].工程塑料应用，1994，22（1）：4-53.
[2]刘凤山，田少波，铁道客车轴承用工程塑料保持架的工艺探索与翘曲分析[J].铁道机车车辆，2008，28（3）：47-50.
[3]郑志功，顿涌泉，李定语，等.塑料保持架的性能及试验分析[J].轴承，2010（7）：45-47.
[4]肖振郁.国外轴承保持架制造情况简介[J].轴承，1984 （6）：44-46.
[5]范雨晴，马莹，姜韶峰，等.高精密轴承常用保持架材料[J].轴承，2010（12）：45-49.
[6]张海燕，王曼，倪乃强，等.轴承保持架铆压胎模的设计改进[J].轴承，2011（8）：61-62.