[发明专利]一种组合微织构导轨及其制作方法

说明书

本发明公开了一种组合微织构导轨及其制作方法，涉及机床导轨表面处理技术领域。本发明在导轨表面分布的组合微织构，所述组合微织构为微凹坑形貌和微沟槽形貌，所述微沟槽形貌为在微凹坑形貌阵列加工有沿导轨长度方向的连接单个微凹坑形貌的微沟槽。本发明解决了导轨的爬行现象，改善润滑性能，同时提高导轨耐磨性、能够有效延长导轨寿命、提高综合性能。

技术领域

本发明涉及一种机床导轨表面处理技术，经激光微加工和抛光工艺，在机床导轨表面形成微沟槽连通微凹坑的组合形貌，具体涉及一种表面微织构导轨技术在机床产业中的应用。

技术背景

随着科技的进步，复杂精密零件需求量显著增加，精密机床在机械制造业中的地位举足轻重。机床导轨是整机关键组成部分，其性能直接影响到加工精度和机床寿命。机床导轨常见缺陷包括导轨接触面积大，油膜分布不均，粘着磨损增加导轨面处于边界润滑状态，磨损加剧动压或静压导轨表面，油膜又过厚，导轨浮起过高，被加工表面粗糙度增加，精度降低润滑油中混入灰尘或切屑，造成导轨面的擦伤和磨损由于润滑油分布不均匀，摩擦力发生突变发生爬行现象。导轨表面粗糙度异常、存在的磨损颗粒、发生粘着、导轨瞬间启动等都会导致爬行，但归根结底，摩擦力的突然变化是爬行现象的主要因素。

中国专利CN102678751A公开了一种基体表面带微坑油包的滑动导轨，在导轨基体表面有均匀分布的微坑油包，然后在导轨基体上粘结一层软材料。虽然导轨润滑效果提高，但是软材料会在工作台和滑块的载荷作用下发生的塑性变形，会直接影响被加工零件的表面质量并且软材料与导轨基体材料的贴合很困难,软材料容易脱落，且由于微坑未连通，在软材料脱落后油包被带出，不能及时补油，储油功能丧失，油膜被磨穿后磨损会加剧。

中国专利CN104551701A公开了一种复合微织构导轨，在导轨工作表面加工有序分布的微凹坑与微凸肩构成的复合形貌。虽然微凸肩的存在降低了静摩擦系数和动、静摩擦系数差，一定程度上抑制了爬行现象，但微凸肩使得机床与导轨间存在空隙导致微凹腔内的储油难以被带出形成完整的润滑膜，不具备实际解决技术问题的意义，反而使工作表面易磨损。此外在实际加工过程中既带有凹陷又带有凸起形貌的单一织构的成品率低，加工难度大，成本高。

为减小导轨接触面积，降低织构加工难度，促进润滑油的流动，及时向贫油微凹坑补充润滑油，有效发挥微凹坑的储油、供油功能，持续产生弹性流体动压润滑效应，从而抑制爬行现象。本发明采用激光在静导轨工作表面加工出均匀分布的微凹坑，以及连通微凹坑的微沟槽。微凹坑在机床和导轨相对运动过程中储油和产生动压润滑效应，使得润滑油被带出形成均匀厚度的油膜；微沟槽在机床和导轨相对运动过程中及时为微凹坑补充润滑油，形成类似机械密封领域中的泵送效应，避免因微凹坑贫油导致油膜分布不均甚至磨穿使工作表面磨损，爬行现象加剧。

发明内容

本发明主要针对导轨工作表面易磨损和产生爬行现象，而具有复合形貌的单一织构难加工，且部分形貌织构功能受到限制的问题，提出了一种组合微织构导轨及其制作方法。

本发明采用的技术方案是在导轨承载及相对运动表面加工分布规则的组合微织构，所述组合微织构为微凹坑形貌和和微沟槽形貌，所述微沟槽形貌为在微凹坑形貌阵列加工有沿导轨长度方向的连接单个微凹坑形貌的微沟槽。

上述方案中，所述微凹坑形貌的几何参数为：凹坑直径d=20-500um，凹坑深度h=1-50um，形貌间距k1=100-2000um，形貌面积占有率为S1=1%-40%，所述面积占有率为微凹坑的面积之和与微凹坑织构分布所占导轨表面的面积之比。对经加工出的导轨测试，微凹坑形貌面积占有率S1=6-16%抑制爬行效果最佳。所述微沟槽为直线型槽或弧线型槽，微沟槽形貌的几何参数为：沟槽宽度b=20-300um，沟槽深度h2<微凹坑深度。

实现本发明具体包括以下几个步骤：

步骤1，设计导轨表面组合微织构形貌，微凹坑形貌、以及连通微凹坑的微沟槽组合形貌存在导轨全部行程工作表面。