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高速牙钻轴承的材料选择与工艺设计

  • 分类:公司新闻
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  • 来源:
  • 发布时间:2012-11-28 10:56
  • 访问量:6

【概要描述】高速牙钻轴承的材料选择与工艺设计  张逸  (上海天安轴承有限公司,上海200233)  摘要:针对高速牙钻轴承恶劣的工作环境,并结合其工作特点,选择了满足其要求的套圈、球、保持架材料及润  滑脂;并根据其特殊结构,介绍了该轴承套圈车、磨加工及保持架和防尘盖结构与加工的独特之处。  关键词:牙钻轴承;材料;工艺  中图分类号:TH133.331文献标志码:B文章编号:1000—3762(2010)

高速牙钻轴承的材料选择与工艺设计

【概要描述】高速牙钻轴承的材料选择与工艺设计  张逸  (上海天安轴承有限公司,上海200233)  摘要:针对高速牙钻轴承恶劣的工作环境,并结合其工作特点,选择了满足其要求的套圈、球、保持架材料及润  滑脂;并根据其特殊结构,介绍了该轴承套圈车、磨加工及保持架和防尘盖结构与加工的独特之处。  关键词:牙钻轴承;材料;工艺  中图分类号:TH133.331文献标志码:B文章编号:1000—3762(2010)

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  高速牙钻轴承的材料选择与工艺设计

  张逸

  (上海天安轴承有限公司,上海200233)

  摘要:针对高速牙钻轴承恶劣的工作环境,并结合其工作特点,选择了满足其要求的套圈、球、保持架材料及润

  滑脂;并根据其特殊结构,介绍了该轴承套圈车、磨加工及保持架和防尘盖结构与加工的独特之处。

  关键词:牙钻轴承;材料;工艺

  中图分类号:TH133.33 1 文献标志码:B 文章编号:1000—3762(2010)03—0020—03

  M aterial Selection and Technological Design

  for High Speed Dental Drill Bearings

  ZHANG Yi

  (Shanghai Tianan Bearing Co.,Ltd.,Shanghm 200233,China)

  Abstract:Aimed at the working condition of the dentM drill bearings,combined with the working characteristics,the

  materials for the ring,ball and cage and grease are selected.According to the special structure of the bearing,the teeh—

  nolo舀cal process is also introduced.

  Key words:dental dril beating;material;process

  近年来随着人民生活水平和生活质量的提

  高,对牙病防治日益重视和普及。目前国内对牙

  医手机配套的高速牙钻轴承的需求不断增加。高

  速牙钻轴承以前主要是从国外进口,现在国内虽

  有少数几家轴承企业生产,但其质量、规格和数量

  都满足不了市场的需求,所以对高速牙钻轴承的

  研发具有重要的意义。

  1 牙钻组件和牙钻轴承

  高速牙钻组件结构如图l所示。其由轴、蜗

  轮、弹簧夹头、弹簧垫片、后盖、外壳、滚动轴承、橡

  胶定位圈等零件组成。蜗轮、轴承与轴过盈配合

  并整体高速旋转,轴承外圈靠橡胶定位圈弹性支

  承在壳体内,后盖及弹簧圈起紧固并施加轴向力

  的作用,外壳靠定位钢球固定在手机内,装在轴孔

  内的弹簧夹头另一端夹紧钻头进行工作。

  牙钻轴承是牙钻组件的关键部件,其典型型

  号SR144TZ的外形尺寸为 3.175 mm× 6.35

  m/n×2.38mm。其在粉尘、潮湿的恶劣环境下工

  收稿El期:2009一l0—20;修回El期:2010-01—15

  9

  8

  7

  6 5 4 3 2 l

  l一弹簧圈;2一后盖;3,6-滚动轴承;4一蜗轮;5一橡胶定位圈;

  7一外壳;8一轴;9一弹簧夹头

  图1 牙钻组件结构

  作,具有高转速、高精度、低噪声和长寿命的要求。

  因此,要求其公差等级为P4,转速为(3.5—4.5)×

  10 r/rain,工作寿命为6个月。

  2 材料选择

  由于牙钻组件是在粉尘、潮湿的恶劣环境下

  工作,因此,牙钻轴承各零部件的材料应具有良好

  的耐腐蚀及耐磨性能。

  2.1 套圈

  一般的牙钻轴承套圈材料选用传统的440C

  不锈钢(相当于我国9Cr18);美国Timken公司开

  发了N—DUR特殊抗腐蚀不锈钢,用于医药工业

  张逸:高速牙钻轴承的材料选择与工艺设计

  领域。这是一种比440C硬度高和防腐蚀性能更

  好的新型不锈钢材料,其成分为:W(C)=0.66% ,

  lt,(Cr)=14.5%和 (N)=0.1%。该钢可被整体

  淬硬,最低硬度可达60 HRC。N—DUR钢材采用

  特殊的冶炼方法,合金中碳化物均匀分布,共晶碳

  化物呈细小球状,增加氮含量可获得更高的硬度

  和耐蚀性能。N—DUR钢制轴承精密磨削后的沟

  道表面质量和表面粗糙度明显优于440C钢制轴

  承,其耐腐蚀性能和低噪声性能也都更佳。

  图2中摩擦力矩曲线图显示了套圈采用N—

  DUR和440C制造并经沟道超精的高速牙钻轴

  承的运转情况。它记录了轴承分别作顺时针和

  逆时针运转时摩擦力矩的数值,纵向坐标为摩擦

  力矩(txN·m),横向坐标为轴承运转时0—360。

  的位置(度),对比显示:N—DUR材料的轴承摩

  擦力矩小而稳定;440C材料的轴承摩擦力矩较

  大且不稳定。

  图2 N—DUR和440C的摩擦力矩曲线图

  2.2 球

  一般牙钻轴承球的材料为440C不锈钢,使

  用在较低速牙钻轴承场合。Si,N 陶瓷球具有硬

  度高(1 500—2 000 HV)、离心力小、耐腐蚀和摩

  擦磨损、热膨胀系数小(仅为钢球的25%)等特

  点,此外其吸收热量低,冷却要求较低,能在润滑

  条件差的环境中运转,因此,非常适合作为高速

  牙钻轴承滚动体的材料。si N 陶瓷材料的性能

  参数见表1。

  表1 Si N 陶瓷球材料的性能参数

  弹性模量 硬度 抗弯强度 断裂韧性 I l最高使用温度

  1/GPa /HRC O'bb/MPa /(MPa.ml/2)l /℃

  3o0~320 75—80 l800—1 200 5~7 80o

  2.3 保持架

  2.3.1 酚醛层压布管

  酚醛层压布管是通过热压把布料用树脂聚合

  而成,在高速运转下其能使球在缺乏润滑剂时保

  持润滑。这种保持架材料在欧洲广泛使用。

  2.3.2 聚酰亚胺(TORLON)

  TORLON是一种耐高温热塑性工程塑料,由

  三苯六酸和二胺化合物合成。该材料能在260℃

  温度下正常使用,具有小的线膨胀系数和抗蠕变

  能力,到280℃时才开始变形。由它制成的零件

  比其他工程塑料更具有抗压和抗冲击性。TOR.

  LON系列材料主要在北美使用。其中TORLON

  4301的力学性能见表2。

  表2 TORLON 4301力学性能

  性能 测试方法 数值

  拉伸强度 /MPa D1708 164

  拉仲系数 D1708 6.6

  拉伸率 % D1708 7

  弯曲系数(23℃)/GPa D79O 6.9

  弯曲系数(232℃) D79O 5.0

  抗弯强度 bb(23℃)/MPa I)79O 215

  抗弯强度orbb(232 oC)/MPa 【I79O 112

  缺13冲击强度/(MJ·m.2) D256 60

  冲击强度Ⅱ/(t4J·m ) D256 4O5

  抗压强度p/MPa D695 166

  抗压系数 D695 5.3

  扭曲温度(1.8 MPa)PC D648 279

  热传导率∞/(w ·m一 ·KI1) C177 O.53

  热膨胀系数 (1O一‘·℃ 一‘) E83l 25

  体电阻R /n D257 8×1O

  表面电阻Rs/n D257 8×1017

  比重 D792 1.46

  吸水率V/b~% D570 0.28

  模塑收缩率S/(×10 ) D955 3.5—6.O

  2.4 润滑脂

  因为脂润滑不易泄漏,具有一定的防止水、气

  和灰尘等有害物质侵人的能力,可延长轴承使用

  寿命,因此牙钻轴承采用脂润滑。一般的单盖牙

  钻轴承润滑脂为CHEVRON SRI一2。Kluberspeed

  BF72—22高速润滑脂的 (保持架中心径与转

  速)值达2 X 10 mm·r/rain,这是一种化学性能稳

  定、无毒合成脂,适用于高速牙钻轴承的润滑,能

  确保牙医手机正常稳定运转,其产品特性见表3。

  表3 BF72—22润滑脂性能参数

  颜色 米黄色

  使用温度范围/℃ 一5O一120

  滴点/℃ >22O

  渗透fk(25℃ ,0.1 mm)/md 250—280

  密度(20℃)/(g·em一’) O.92

  流压(100 Pa,一50℃)/Pa <1 400

  4O℃时 2基油黏度/( 2

  mm ·s ) 100℃时 5

  低温力矩( 启动力矩 <1 o0O

  - 50℃)/(N·mm) 转动力矩

  <10o

  防水(3 11/90℃额定)/% 1~9O

  防腐等级/级 l

  油分离(40℃)质量分数/% <3

  值(mm·r/min)(球组节圆直径与转速) >2×106

  工作寿O/h >5 0o0

  《轴承)2010.№.3

  3 工艺及结构特点

  3.1 套圈加工工艺

  内圈:车削成形一热处理一磨平面一精磨外

  圆一精研外圆一磨孑L一磨沟一精研沟

  外圈:车削成形一热处理一磨平面一精磨外

  圆一精研外圆一磨孔一研孔一磨沟一精研沟

  3.2 套圈Jjn"r特点

  3.2.1 套圈车削工艺特点

  高速牙钻轴承SRI44Tz的套圈属薄壁结构。

  外圈上防尘槽的深度对外圆的壁厚按单边计算仅

  为0.2 mm左右,车削加工时要求其要有很高的同

  心度,才能保证防尘槽处的强度和防尘盖对内圈

  的同心度,这对于传统的车削前后道分散工序加

  工是有难度的,为此必须在数控车床上采用一次

  成形加工的工艺。

  3.2.2 套圈磨削工艺特点

  (1)由于套圈属薄壁结构,为避免套圈装夹后

  产生外圆变形,可适当加大外圆留量,待磨、研沟

  道后再修磨外圆,从而保证沟道的几何精度。

  (2)为使套圈加工精度等级达到P4,将外圆

  加工列为关键过程,精研外圆的圆度特性值定为

  0.2 lxm,从而保证套圈沟道最终加工的圆度达到

  0.3 mo

  (3)套圈沟道磨削加工的装备定为进口自动

  磨床。该磨床稳定性好、精度高,可以保证沟道沟

  位的一致性,沟位可控制在±0.005 mm,从而进入

  端面定位的自动超精研加工,使沟道的圆度和形

  状误差达到预定的精度指标。

  3.3 保持架的特点

  牙钻轴承的高转速性能决定了其保持架的尺

  寸精度和形位公差对轴承的重要性。牙钻轴承保

  持架的加工设备为数控车床。该车床加工精度

  高,等分性能好,可以将保持架一次车削成形,不

  需再按传统工艺作切口加工。保持架设计见图3。

  3.4 防尘盖结构

  由于高速牙钻组件是在多粉尘、潮湿的恶劣

  条件下工作的,这就要求防尘盖内孔对内圈外圆

  的间隙单边控制在0.05 mm,这在普通的防尘槽

  结构设计加工中很难达到。根据用户的要求,可

  以设计以下2种防尘结构:外圈连体防尘盖(图4)

  和以外圈内孔定位的防尘盖(图5),此两种结构

  均能保证防尘盖内孔对内圈的同心度。

  _ I /

  — —

  i / 『 g

  6

  刊

  。

  _:。

  图3 数控车床一次加工成形的冠状实体保持架

  P-I

  gf

  图4 外圈带连体防尘盖结构 图5 以外圈内孔为定位

  的防尘盖结构

  4 结束语

  通过以上分析得出,高速牙钻轴承具有高转

  速、高精度、低噪声和长寿命等技术特点,要开发

  出符合用户要求的牙钻轴承必须在材料、加工工

  艺等方面采取必要的技术措施。

  (1)轴承材料对于其精度、性能和寿命是至关

  重要的。高速牙钻轴承套圈材料应选用特殊的抗

  腐蚀不锈钢,球的材料选用热膨胀系数小的Si,N

  陶瓷球,保持架材料选用抗压、抗冲击和耐高温的

  聚酰亚胺TORLON。

  (2)严格轴承的加工工艺是产品成功的关键,

  应根据高速牙钻轴承的结构特点和技术要求优化

  轴承套圈加工工艺,确定合理的工艺留量、防尘结

  构和关键特性参数,设计适用数控车床一次加工

  成形的实体冠形保持架。

  (编辑:温朝杰)

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