Подшипник, содержащий первый и второй функциональные элементы на двух отдельных торцах
Описан подшипник (1) для часового механизма, который содержит спеченную керамическую массу (2) с выполненным в ней отверстием (3). Керамическая масса (2) содержит верхнюю поверхность (4) и нижнюю поверхность (6), в каждой из которых выполнен функциональный элемент (8, 10), сообщающийся с отверстием (3). Также заявлен способ изготовления подшипника (1), который включает в себя следующие этапы: a) формирование керамической заготовки из керамического порошка в связующем агенте; b) сжатие керамической заготовки с помощью верхней матрицы и нижней матрицы с целью формирования необработанной заготовки будущего подшипника (1), верхняя поверхность и нижняя поверхность которой содержат соответственно первый и второй функциональный элементы (8, 10), с достаточно толстым слоем материала между указанными элементами (8, 10); c) спекание необработанной заготовки для формирования керамической массы (2); d) формирование сквозного отверстия (3) в керамической массе (2) для соединения указанных первого и второго функциональных элементов (8, 10). Технический результат: создание подшипника, содержащего первый и второй геометрически обширные функциональные элементы на двух отдельных торцах, а также способа изготовления, значительно снижающего процент брака. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 9 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Предметом настоящего изобретения является подшипник для часового механизма и, в частности, подшипник, который содержит первый и второй функциональные элементы на двух отдельных торцах.
Уровень техники
Известен способ изготовления подшипников из монокристаллического оксида алюминия путем уменьшения объема необработанной заготовки. Однако после обработки первого торца с целью формирования первого функционального элемента, становится очень трудно сформировать второй функциональный элемент на другом торце вследствие хрупкости детали, обусловленной механической обработкой первого торца.
Таким образом, даже при геометрически ограниченном втором функциональном элементе на другом торце процент брака является слишком высоким.
Раскрытие изобретения
Цель настоящего изобретения заключается в устранении всех вышеуказанных недостатков путем создания подшипника, содержащего первый и второй геометрически обширные функциональные элементы на двух отдельных торцах, а также способа изготовления, значительно снижающего процент брака.
Таким образом, объектом настоящего изобретения является способ изготовления подшипника, включающий в себя следующие этапы:
a) формирование керамической заготовки из керамического порошка и связующего агента;
b) сжатие керамической заготовки с помощью верхней и нижней матриц с целью формирования необработанной заготовки будущего подшипника, верхняя и нижняя поверхности которой содержат, соответственно, первый и второй функциональный элементы, с достаточно толстым слоем материала между указанными первым и вторым функциональными элементами;
c) спекание необработанной заготовки для формирования керамической массы;
d) формирование сквозного отверстия в керамической массе для соединения указанных первого и второго функциональных элементов.
Преимущественно, согласно настоящему изобретению, на каждом торце подшипника, таким образом, может быть незамедлительно выполнен, по меньшей мере, один функциональный элемент, имеющий даже очень обширные геометрические размеры, т.е. элементы, занимающие практически одинаковую площадь на каждом торце, без чрезмерно высокого повышения процента брака.
В соответствии с возможными преимущественными вариантами осуществления данного изобретения:
- максимальное сечение каждого из указанных функциональных элементов приблизительно в 1,5-5 раза больше размера отверстия;
- в состав керамического порошка входит, по меньшей мере, один оксид, нитрид или карбид металла;
- керамический порошок содержит окись алюминия и, возможно, окись хрома;
- каждая матрица содержит, по меньшей мере, один штамп, предназначенный для формирования отдельного функционального элемента;
- указанный, по меньшей мере, один штамп содержит поверхность в форме сферы и/или конуса и/или параллелепипеда;
- этап b) осуществляется путем сдвигания верхней и нижней матриц вместе внутрь корпуса;
- этап c) включает в себя пиролиз;
- предлагаемый способ включает в себя окончательный этап завершающей обработки подшипника, который может включать шлифовку и/или щеточную обработку, и/или полировку.
Далее, предметом настоящего изобретения является подшипник, полученный с помощью способа согласно одному из вышеуказанных вариантов и содержащий спеченную керамическую массу с выполненным в ней отверстием, отличающийся тем, что данная масса имеет верхнюю и нижнюю поверхности, каждая из которых содержит функциональный элемент, сообщающийся с указанным отверстием. Максимальное сечение каждого из указанных функциональных элементов может быть приблизительно в 1,5-5 раза больше размера отверстия.
Данный подшипник, в частности, можно устанавливать в часовом механизме на пластину или мост часового механизма для формирования всей или части моста или часового механизма.
Краткое описание чертежей
Другие отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения станут ясны после ознакомления с описанием, приводимым в качестве нелимитирующей иллюстрации, со ссылками на прилагаемые чертежи, а именно:
фиг.1 - принципиальная схема пресса двойного действия согласно настоящему изобретению;
фиг.2-5 - варианты матриц согласно настоящему изобретению;
фиг.6 и 7 - схемы различных этапов процесса изготовления подшипника согласно настоящему изобретению;
фиг.8 и 9 - схемы вариантов исполнения подшипника согласно настоящему изобретению.
Осуществление изобретения
Как уже указывалось выше, предметом настоящего изобретения является подшипник, предназначенный для контакта с осью и обеспечения возможности ее вращения с минимальным трением. Таким образом, ясно, что настоящее изобретение может образовывать весь подшипник или часть подшипника для устанавливаемого с возможностью вращения элемента.
Согласно настоящему изобретению данный подшипник предназначен для установки на мосте или на пластине, а также для формирования всей или части пластины или моста часового механизма. Однако настоящее изобретение ни в коем случае не ограничено областью часового дела и может быть использовано при изготовлении любого элемента, подвижно устанавливаемого на подшипнике.
Предпочтительно, согласно настоящему изобретению, подшипник содержит спеченную керамическую массу, в которой выполнено отверстие, предназначенное для установки оси, называемое также цапфой. Согласно настоящему изобретению, керамическая масса предпочтительно содержит верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, в каждой из которых выполнен, по меньшей мере, один функциональный элемент, сообщающийся с отверстием.
На фиг.8 и 9 представлены схемы вариантов исполнения подшипников 1 и 11 согласно настоящему изобретению. Подшипник 1, показанный на фиг.8, как правило, имеет круглый корпус 2, содержащий предпочтительно выполненное в центре отверстие 3, соединяющее верхнюю поверхность 4 и нижнюю поверхность 6. Предпочтительно, согласно настоящему изобретению, отверстие 3 сообщается с практически сферическим углублением 5 на верхней поверхности 4, образующим первый функциональный элемент 8. В примере, показанном на фиг.8, первый функциональный элемент 8 расширяется по мере удаления от отверстия 3 до максимального размера, который приблизительно в 4,5 раза больше размера отверстия 3. Далее, отверстие 3 также сообщается с углублением 7 практически конической формы, расположенным на нижнем торце 6 и образующим второй функциональный элемент 10. В примере, показанном на фиг.8, второй функциональный элемент 10 расширяется по мере удаления от отверстия 3 до максимального размера, который приблизительно в два раза больше размера отверстия 3. Также отмечается, что отверстие 3 корпуса 2 имеет овальную форму в разрезе, что сделано с целью сведения к минимуму контакта с осью, а также для облегчения введения смазки.
Подшипник 11, показанный на фиг.9, как правило, имеет круглый корпус 12, содержащий предпочтительно, выполненное в центре отверстие 13, соединяющее верхнюю поверхность 14 и нижнюю поверхность 16. Предпочтительно, согласно настоящему изобретению, отверстие 13 сообщается с практически сферическим углублением 15 на верхней поверхности 14, образующим первый функциональный элемент 18. Далее, отверстие 13 также сообщается с углублением 17 практически сферической формы, расположенным на нижнем торце 16 и образующим второй функциональный элемент 20. В примере, показанном на фиг.8, первый и второй функциональные элементы 18, 20 симметрично расширяются по мере удаления от отверстия 13 до максимального размера поперечного сечения, который приблизительно в 3,5 раза больше размера отверстия 13. Также следует отметить, что стенка корпуса 12 вокруг отверстия 13 имеет фаски, предназначенные для предотвращения разрушения данной стенки в результате контакта с осью.
Из рассмотрения вышеописанных двух способов осуществления видно, что, предпочтительно, согласно настоящему изобретению, каждый функциональный элемент 8, 10, 18, 20 является независимым и может иметь одинаково большой размер поперечного сечения на каждом из торцов 4, 6, 14, 16. Разумеется, как поясняется ниже, на одном и том же торце 4, 6, 14, 16 также могут быть выполнены несколько идентичных или различных функциональных элементов 8, 10, 18, 20. Аналогичным образом, как поясняется ниже, каждый функциональный элемент 8, 10, 18, 20 никоим образом не ограничен практически сферической или конической формой углубления 5, 7, 15, 17, а может иметь различные формы или образовывать несколько комбинированных форм.
Разнообразие подшипников, которые можно изготавливать, станет яснее при рассмотрении фиг.1-7, поясняющих способы изготовления подшипника согласно настоящему изобретению. Предлагаемый способ включает в себя первый этап а), заключающийся в формировании керамической заготовки в связующем агенте.
Согласно настоящему изобретению, керамический порошок может содержать, по меньшей мере, один оксид металла, один нитрид металла, или один карбид металла. Например, керамический порошок может содержать окись алюминия для формирования искусственного сапфира, или смесь окиси алюминия и окиси хрома для образования искусственного рубина. Далее, связующий агент может быть агентом различных типов, например, полимерного или органического типа.
Предлагаемый способ содержит второй этап b), заключающийся в сжатии керамической заготовки 22 с помощью верхней матрицы 23 и нижней матрицы 25, с целью формирования необработанной заготовки 27 будущего подшипника 1 с верхним торцом 24 и нижним торцом 26, содержащими, соответственно, первый и второй функциональные элементы 28, 30.
Как показано на фиг.1, каждая матрица 23, 25 прикреплена к одному рычагу пресса 21 двойного действия. Согласно настоящему изобретению, одна из матриц (или обе) 23, 25 перемещается ближе к другой, двигаясь в направлении А внутри корпуса 29, чтобы сформировать не только верхний и нижний торцы 24, 26, но также и внешние стенки.
Это, очевидно, возможно для нескольких идентичных или неидентичных необработанных заготовок 27, формируемых одновременно на этапе b). Таким образом, в данном варианте могут быть использованы две пластины, на которых подвижно установлены соответствующие матрицы 23, 25, причем толщина данных пластин должна позволять формирование вышеописанного корпуса 29 для каждой будущей необработанной заготовки 27.
Следовательно, ясно, что каждая необработанная заготовка 27, формируемая на этапе b), уже содержит заготовки 28, 30 будущих первого и второго функциональных элементов 8, 10. Для получения данных заготовок 28, 30, каждая практически плоская матрица 23, 25 содержит, по меньшей мере, один штамп 31, 32, предназначенный для формирования определенного функционального элемента. Как видно из Фиг.1, верхняя матрица 23 содержит штамп 31 с практически сферической поверхностью для формирования, например, масляного слива, в нижней матрице 25 имеется штамп 32 практически конической формы для создания, например, конуса с зазором, служащего для упрощения установки оси, в частности, когда ось устанавливают в подшипник вслепую.
Таким образом, очевидно, что формы матриц непосредственно обеспечивают большое разнообразие функциональных элементов 8, 10, 18, 20 без ослабления при этом будущей конструкции. В качестве примера, могут быть предусмотрены и другие формы штампов, несколько штампов могут быть установлены на одной и той же матрице, реальная матрица может формировать куполообразные поверхности, или на реальном штампе может быть установлен второй штамп. Неограничивающие варианты исполнения матриц согласно настоящему изобретению представлены на фиг.2-5, чтобы лучше продемонстрировать разнообразие подшипников, которые можно получать с помощью настоящего изобретения.
Таким образом, как показано на фиг.3, практически плоская матрица 37 может содержать штамп 36, имеющий форму практически параллелепипеда. В примере, показанном на фиг.2, практически плоская матрица 35 может включать в себя штамп 31 с практически сферической поверхностью и штамп 33 с периферийной конусовидной поверхностью для формирования фаски на необработанной заготовке. На фиг.4 показана матрица 38, содержащая кривую 34, т.е. неплоскую, расходящуюся по мере удаления от штампа 31 поверхность практически сферической формы. И, наконец, в последнем предлагаемом варианте, показанном на фиг.5, матрица 39 содержащая кривую 34, т.е. является неплоской, также может содержать первый штамп 36 в форме практически параллелепипеда, и второй штамп 32, являющийся продолжением первого, выполненный в виде конуса.
Предпочтительно, согласно настоящему изобретению, между заготовками первого и второго функциональных элементов 28, 30 оставляют слой материала толщиной i во избежание повреждения на этапе c), вызывающем усадку. Поскольку общая толщина необработанной заготовки 27 составляет от 250 мкм до 1 мм, толщина i материала предпочтительно должна составлять от 10 до 100 мкм. Таким образом, ясно, что пропорции любой усадки являются более однородными, чем в случае, когда отверстие между первым и вторым функциональными элементами 28, 30 уже будет выполнено до спекания.
Предлагаемый способ включает в себя третий этап с), на котором производится спекание необработанной заготовки 27 с целью образования керамической массы. Предпочтительно, согласно настоящему изобретению, этап с) включает в себя пиролиз. Проведение этапа с) вызывает усадку величиной от 15% до 30% объема необработанной заготовки 27. И, наконец, предлагаемый способ предусматривает проведение четвертого этапа d) с целью формирования сквозного отверстия 43 в корпусе 41 для соединения указанных первого и второго функциональных элементов друг с другом. На этапе d) предпочтительно используется лазерное излучение с целью выполнения очень точного отверстия. Однако на этапе d) могут использоваться и другие технологии, например, механическое стягивание, как, например, механическое сверление или вытравливание водой под высоким давлением.
Данный способ может также включать в себя заключительный этап финишной обработки подшипника. Данный этап финишной обработки может включать шлифовку и/или щеточную обработку, и/или полировку с целью окончательной подгонки размеров и/или уменьшения кромок, и/или местного изменения шероховатости.
Таким образом, ясно, что можно получить максимальные поперечные сечения каждого функционального элемента 8, 18, 10, 20, которые могут быть как практически идентичными (см. фиг.9), так и нет (фиг.7, 8), как постоянными (штамп 36), так и нет (штамп 31, 32), и размер которых предпочтительно составляет от 1,5 до 5 размеров поперечного сечения отверстия 3, 13, без усложнения реализации предлагаемого способа или увеличения процента брака. В действительности, фаски или овальная форма отверстия подшипника, которые делают его максимальное поперечное сечение больше 1 поперечного сечения отверстия, не должны интерпретироваться как функциональный элемент в рамках смысла настоящего изобретения.
Разумеется, настоящее изобретение не ограничивается описанными способами осуществления, а может быть реализовано в различных других вариантах и модификациях, которые будут очевидны специалистам в данной области техники. В частности, другие типы функциональных элементов, формируемые с помощью штампов и/или матриц другой геометрии, могут выгодно предусматриваться настоящим изобретением.
1. Способ изготовления подшипника (1, 11), включающий в себя следующие этапы:
a) формирование керамической заготовки из керамического порошка (22) в связующем агенте;
b) сжатие керамической заготовки (22) с помощью верхней матрицы (23, 25, 35, 37, 38, 39) и нижней матрицы (23, 25, 35, 37, 38, 39) с целью формирования необработанной заготовки (27) будущего подшипника (1, 11), верхняя поверхность (24) и нижняя поверхность (26) которой содержат соответственно первый и второй функциональный элементы (28, 30), с достаточно толстым слоем “i” материала между указанными первым и вторым функциональными элементами;
c) спекание необработанной заготовки (27) для формирования керамической массы (41);
d) формирование сквозного отверстия (43) в керамической массе (41) для соединения указанных первого и второго функциональных элементов.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что размер максимального поперечного сечения каждого из указанных функциональных элементов приблизительно в 1,5-5 раза больше размера отверстия (43).
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что керамический порошок содержит по меньшей мере один оксид металла, один нитрид металла или один карбид металла.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что керамический порошок содержит окись алюминия.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что керамический порошок также содержит окись хрома.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что каждая матрица (23, 25, 35, 37, 38, 39) содержит по меньшей мере один штамп (31, 32, 33, 34, 36), предназначенный для формирования отдельного функционального элемента.
7. Способ по п.6, отличающийся тем, что указанный по меньшей мере один штамп (31, 32, 33, 34, 36) содержит сферическую поверхность.
8. Способ по п.6, отличающийся тем, что указанный по меньшей мере один штамп (31, 32, 33, 34, 36) содержит коническую поверхность.
9. Способ по п.6, отличающийся тем, что указанный по меньшей мере один штамп (31, 32, 33, 34, 36) содержит поверхность в форме параллелепипеда.
10. Способ по п.1, отличающийся тем, что этап b) осуществляется путем сдвигания вместе верхней матрицы (23, 25, 35, 37, 38, 39) и нижней матрицы (23, 25, 35, 37, 38, 39) внутри корпуса (29).
11. Способ по п.1, отличающийся тем, что этап с) включает в себя пиролиз.
12. Способ по п.1, отличающийся тем, что данный способ включает в себя окончательный этап чистовой обработки подшипника (1, 11).
13. Способ по п.12, отличающийся тем, что окончательный этап чистовой обработки включает в себя шлифовку и/или щеточную обработку, и/или полировку.
14. Подшипник (1, 11), выполненный в соответствии со способом по п.1 и содержащий спеченную керамическую массу (2, 12) с выполненным в ней отверстием (3, 13), отличающийся тем, что данная масса (2, 12) имеет верхний торец (4, 14) и нижний торец (6, 16), каждый из которых содержит функциональный элемент (8, 18, 10, 20), сообщающийся с указанным отверстием.
15. Подшипник (1, 11) по п.14, отличающийся тем, что размер максимального поперечного сечения каждого из указанных функциональных элементов (8, 18, 10, 20) приблизительно в 1,5-5 раза больше размера отверстия (3, 13).
16. Пластина часового механизма, содержащая подшипник (1, 11) по п.14 или 15.
17. Мост часового механизма, содержащий подшипник (1, 11) по п.14 или 15.
