複合材料託輥及其製造工藝的製作方法

2023-05-20 03:51:51

專利名稱：複合材料託輥及其製造工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種複合材料託輥及其製造工藝，所述託輥是指各工業領域所用帶式輸送機的一種主要消耗部件。
現有的託輥絕大多數是用鋼材製成的，按國際規定其使用壽命約為二萬小時，相當於兩年就必須更換一遍。統計表明，我國現有帶式輸送機總長約三十多萬公裡，其中煤礦就有七千多公裡長的帶式輸送機在井下作業，平均每一米長一般需配置3-4個託輥，由此可見，託輥需用量之大則數以億支計，粗略估算每年消耗鋼材不少於400萬噸。
用非金屬材料代替鋼材製造託輥，是該領域內多年以來的研究課題，近年來，雖有如陶瓷、搪瓷、鑄石、塑料、玻璃鋼等非金屬材料製造託輥的報導，但因其綜合技術和經濟指標達不到推廣應用的程度，故而採用非金屬材料大規模製造實用的託輥，迄今為止尚未問世。
本發明目的是，提供一種熱固型樹脂-纖維複合材料的託輥及其製造工藝，該新型託輥具有鋼材的強度、耐磨性、壽命和各項機械性能，還具備適用於不同工業環境的阻燃、耐高溫、抗靜電、抗腐蝕、不打火、重量輕等特性，並可採用模壓成型工藝代替機械加工工藝，有利於大規模工業生產，進一步降低成本，提高了產品加工的一致性、可靠性和質量，更容易加工不同的尺寸系列和異形託輥。
實現本發明目的的具體技術措施一是，在所述用於製造託輥的熱固型樹脂-纖維複合材料中加入適量的微片狀材料，例如使用玻璃纖維時加入厚度為6-10μm，直徑為26-50μm，數量為樹脂總量5-10%的玻璃鱗片，以提高上述複合材料的機械性能，解決由於纖維不均勻性造成的各向異性以及纖維與樹脂不同的流動性造成工件結合部位或某些端部的貧纖維區，從而使其可靠地代替鋼材料。在上述複合材料中適用的樹脂選自酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂、雙馬來醯亞胺樹脂和聚醯亞胺樹脂;適用的纖維選自玻璃纖維、碳纖維、氧化鋁纖維、鈦酸鉀纖維、碳化矽纖維、硼纖維和芳綸。
最適用於製造託輥的複合材料為本發明人在另一個申請案CN93117158.x中提出的含玻璃鱗片的硼改性酚醛樹酯複合材料，簡稱為HBF材料。
實現本發明目的具體技術措施二是，設計適合使用所述的熱固型樹脂一纖維複合材料的新型託輥結構，形成本發明複合材料帶式輸送機託輥系列，簡稱HWA型託輥系列，其品種與基本尺寸，是根據MT73-83標準「煤礦井下用帶式輸送機託輥品種與基本尺寸」而確定的，包括懸掛型槽形上託輥，固定型槽形上託輥及平行下託輥完整的託輥系列，除此以外，由於使用了熱固型樹脂-纖維材料及其製造工藝，還可以製造出使用鋼材料難以製造的異形託輥如錐形託輥等。
本發明的複合材料託輥系由管體、軸承座、託輥軸、軸承、軸用彈簧擋圈和密封裝置組成，其結構為管體的兩端面各設有一個軸承座，其中配裝相應的軸承、軸用彈簧擋圈和密封裝置，一個託輥軸位於託輥中線貫穿於上述軸承座之間，其特徵在於，用加有微片狀材料的熱固型樹脂-纖維複合材料一次熱壓固化成型託輥管體(1)和軸承座(7)，管體和其中一個端面的軸承座設成一體，其配裝型式有兩種，其一兩個相同的管體(1)，其長度為總長的一半，並在管體中心設置一個增強環(3)，為管體中心粘合配裝而成，其二由一個管體(1)在其另一端面粘合配裝一個軸承座(7)組成。
本發明託輥管體與軸承座特別適合採用上述複合材料(取代金屬材料)來製造，鋼材料託輥的管體及其兩個端面的軸承座均為分體製造裝配結構，本發明的新型結構設計是將管體和其中的一個端面的軸承座設成一體熱壓成型，管體中心粘合配裝型，簡稱HWA1型，管體一端面軸承座粘合配裝型，簡稱HWA2型。
下面結合附圖
對本發明託輥結構型式作進一步說明。
圖一為HWA1型管體中心粘合配裝型託輥結構圖，其中(1)-管體、(2)-託輥軸、(3)-增強環、(4)-軸承、(5)-軸用彈性擋圈、(6)-密封裝置。
圖二為HWA2型管體一端面軸承座粘合配裝型託輥結構圖，其中(1)-管體、(2)-託輥軸、(4)-軸承、(5)-軸用彈簧擋圈、(6)-密封裝置、(7)-軸承座。
圖三為HWA2型管體一端面軸承座粘合配裝錐形託輥結構圖，其中(1)-錐形管體、(2)-託輥軸、(4)-軸承、(5)-軸用彈簧擋圈、(6)-密封裝置、(7)-軸承座。
由圖一可知，所示託輥由兩個相同的管體1粘合配裝而成，其中每個管體1設有與其連成一體的軸承座，這樣的結構加工一致性好，易於保證同心度，優於鋼材料託輥兩端面與軸承座分體配裝加工分散性形成的性能參數誤差，並在其中心部位加配開縫或不開縫的彈性緊配合增強環，補償了由於中心分體粘合可能出現的強度下降，同時增加了承受載荷能力，所示託輥仍採用傳統的託輥軸(2)、軸承(4)、軸用彈性檔圈(5)和密封裝置(6)等。
由圖二可知，所示託輥由其管體1與一端面軸承座呈整體熱壓成型，同另一端面的軸承座7粘合配裝，管體無接縫，其強度一致，優於管體兩端面與軸承座分體的結構，由於使用熱壓成型模具加工，管體必須有一定錐度才能脫模，另一方面，整體端面與分體端面的強度會有所不同，故其加工與裝配精度要求高，所示託輥仍採用傳統的託輥軸(2)、軸承(4)、軸用彈性擋圈(5)和密封裝置(6)等。
由圖三可知，所示託輥為錐形託輥，這種託輥可有效地防止皮帶跑偏，每組槽形上託輥的兩側由錐形託輥取代對稱安裝，其錐體截面小的一端與中間的傳統圓柱形託輥連接，這樣構成的帶式輸送機是最為理想的結構，由於鋼材料加工成錐形託輥非常困難，成本也高，故製造大規模實用的錐形託輥，迄今為止尚未問世，本發明解決了這個技術難題，該錐形託輥由其管體1與錐體截面小的一端軸承座呈整體熱壓成型，管體與託輥軸心的錐角是可設計的，錐體截面大的一端軸承座與管體1粘接配裝，所示託輥仍採用傳統的託輥軸(2)、軸承(4)、軸用彈簧擋圈(5)和密封裝置(6)等。
適用於本發明複合材料託輥結構的熱固成型工藝簡稱為HTP熱固成型工藝，也是實現本發明目的的具體技術措施三，該工藝可分為以下兩種方法
在模具溫度低於60℃時加料上模，使用100噸的壓機加壓40公斤/釐米2，以2℃/分鐘的升溫速度達到160℃，再經30分鐘升至200℃，保壓保溫1小時，然後自然冷卻至60℃出模。
經測試，其徑向跳動平均值為0.30mm;軸向間隙平均值為0.29mm;旋轉阻力平均值為1.09N;軸向壓力平均值為15.75KN;跌落試驗後軸向竄動平均值為0.74mm;跌落試驗後旋轉阻力平均值為1.21N;強化壽命試驗平均值＞20000小時。
實施例二使用含玻璃鱗片的鎂改性酚醛樹脂複合材料，託輥規格為管體總長為250mm，直徑φ89mm，管體壁厚5mm，採用HWA2管體一端面軸承座粘合配裝結構，總的加料稱量為1080克±5克，使用HWY型自熱式溫控熱壓模具，當模具自加熱穩定在160℃時，快速裝料，使用100噸的壓力機加壓40公斤/釐米2，保壓保溫時間按0.8mm/分鐘計算，4分鐘後出模，自然堆放五小時後完成。經測試，其徑向跳動平均值為0.12mm;軸向間隙平均值為0.39mm;旋轉阻力平均值為1.29N;軸向壓力平均值為16.81KN;跌落試驗後軸向竄動平均值為0.73mm;跌落試驗後旋轉阻力平均值為1.45N;強化壽命試驗平均值＞20000小時。
按該實施例二的方法，改變模具的尺寸，即可製造出如圖三所示的錐形系列託輥。
實施例一及實施例二的各項檢測數據，均符合MT113-85，ZBD93009-90，ZB/ZQ8008-88、GB10595-89等各項技術規範和技術標準。
綜上所述，採用本發明提供的複合材料託輥結構及其相應的HTP熱固成型工藝，不僅使各種帶式輸送機託輥系列可用非金屬材料在最大程度上取代金屬材料，而且還使其可用模壓成型在最大程度上取代機械加工，所有這些均有利於大規模工業生產和進一步降低成本，由此形成的綜合效益則是極為顯著的。
權利要求
1.一種複合材料託輥，系由管體、軸承座、託輥軸、軸承、軸用彈簧擋圈和密封裝置組成，其結構為一個管體的兩端面各設有一個軸承座，其中配裝相應的軸承、軸用彈簧擋圈和密封裝置，一個託輥軸位於託輥中線貫穿於上述軸承座之間，其特徵在於，用加有微片狀材料的熱固型樹脂-纖維複合材料一次熱壓固化成型託輥管體(1)和軸承座(7)，管體和其中一個端面的軸承座設成一體，其配裝型式有兩種其一兩個相同的管體(1)，其長度為總長的一半，並在管體中心設置一個增強環(3)，為管體中心粘合配裝而成，其二由一個管體(1)在其另一端面粘合配裝一個軸承座(7)組成。
2.按權利要求1的複合材料託輥，其特徵在於，管體呈錐形，其錐體截面小的一端與管體呈整體熱壓成型，其錐體截面大的一端與管體粘合配裝而成。
3.按權利要求1的複合材料託輥，其特徵在於，適用於製造託輥的複合材料，其中樹脂選自酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂、雙馬來醯亞胺樹脂和聚醯亞胺樹脂，纖維選自玻璃纖維、碳纖維、氧化鋁纖維、鈦酸鉀纖維、碳化矽纖維、硼纖維和芳綸。
4.按權利要求1的複合材料託輥，其特徵在於，適用於製造託輥的複合材料為含有玻璃鱗片的硼改性酚醛樹脂複合材料。
5.按權利要求1的複合材料託輥的熱固成型工藝，其特徵在於，採用完全固化法時的工藝流程為稱料上模→加壓→升溫→保壓保溫→冷卻→脫模，其中稱料上模是在室溫或低於60℃的模具溫度下，將加工件按稱量數量上模，保證加料誤差不超過±5‰，使用大於100噸的壓機，在20-70公斤/釐米2範圍內加壓，升溫的第一階溫度為150-160℃，按2℃/分鐘的速度升溫，在這一階段中完成對複合材料的烘乾和40%左右程度的固化，第二階溫度為200℃，由第一階溫度過渡到第二階溫度的時間為30分鐘，保壓保溫的時間按加工件厚度計算，每毫米為10-15分鐘，在這一階段中完成70-80%程度的固化，冷卻降溫至60℃，在這個過程中完成固化，脫模在60℃時進行。
6.按權利要求1的複合材料託輥的熱固成型工藝，其特徵在於，採用快速固化法的工藝流程為
模具預熱→壓制→脫模→自然冷卻固化，其中稱料上模是按不同規格的加工件精確稱量，誤差小於±5‰，快速裝料上模，在裝料前使模具均勻保持160-180℃，使用大於100噸的壓機，在160-180℃恆溫下、在20-70公斤/釐米2範圍內加壓，保溫保壓時間按加工件厚度計算，每毫米為0.5-1.5分鐘，完成40%左右程度的固化，脫模是在160-180℃恆溫下快速強制進行的，自然冷卻固化是將脫模的加工件自然堆放五小時以上，實現完全固化。
全文摘要
本發明涉及一種複合材料託輥及其製造工藝，該託輥由管體、軸承座、託輥軸、軸承、軸用彈簧擋圈和密封裝置組成，用加有微片狀材料的熱固型樹脂-纖維複合材料一次熱壓成型託輥管體(1)和軸承座(7)，管體和其中一個端面的軸承座設成一體，其配裝形式有兩種，即管體中心粘合配裝及管體和一端面軸承座粘合配裝，託輥管體也可呈錐形，最適用於託輥的複合材料為含有玻璃鱗片的硼改性酚醛樹脂複合材料，該託輥的熱固成型工藝可採用完全固化法和快速固化法，這有利於大規模工業生產和進一步降低成本，具有明顯的經濟效益。
文檔編號B29C70/12GK1083768SQ93118918
公開日1994年3月16日 申請日期1993年10月18日 優先權日1993年10月18日
發明者肖宏遙, 張達慶, 李生富, 徐忠躍, 蔣復年, 吳治奎, 梁慰慈, 崔聖奇 申請人:肖宏遙