說到高溫，首先讓人想到的或許是即將來臨的炎炎夏日。若論我國最熱的地方，非吐魯番莫屬 —— 這里有《西游記》中火焰山的原型，歷史最高...
說到高溫，首先讓人想到的或許是即將來臨的炎炎夏日。若論我國最熱的地方，非吐魯番莫屬 —— 這里有《西游記》中火焰山的原型，歷史最高氣溫接近 50℃，難怪連孫大圣都要望而卻步。不過本期要探討的 “高溫”，并非室外自然溫度，而是作為工業(yè)品的直線導(dǎo)軌所能承受的工作溫度。
工作溫度
內(nèi)置 C - Lube 自潤滑部件的直線導(dǎo)軌，其最高耐受工作溫度為 80℃。而未內(nèi)置該自潤滑部件的直線導(dǎo)軌，最高耐受工作溫度可達(dá) 120℃，若處于連續(xù)工作狀態(tài)，最高耐受工作溫度則為 100℃。這種耐受溫度差異的產(chǎn)生，主要與直線導(dǎo)軌各部件的材質(zhì)組成有關(guān)。
材質(zhì)
接下來，我們以 IKO 直線導(dǎo)軌 L 為例，闡述材料與耐受溫度之間的關(guān)聯(lián)。IKO 直線導(dǎo)軌 L 包含 C-Lube 自潤滑直線導(dǎo)軌 L 和非自潤滑直線導(dǎo)軌 L 兩種類型，其結(jié)構(gòu)均由上圖所示部件組成。其中，滑軌、外殼、鋼球和鋼球保持器采用不銹鋼材質(zhì)，側(cè)板為合成樹脂，側(cè)面密封墊片為橡膠，C-Lube 自潤滑部件則是含油樹脂件。首先，我們先來了解溫度對(duì)物體外形尺寸的作用。
線膨脹系數(shù)
在外界壓強(qiáng)保持不變的情形下，隨著溫度升高，物體體積會(huì)相應(yīng)增大，這種現(xiàn)象被稱為熱膨脹。物體在某一方向上的長度與溫度之間的關(guān)系，可通過以下經(jīng)驗(yàn)公式來表述。
L=L0(1+αt+βt2+γt3+···)
其中：
L0：0℃時(shí)的物體長度
α：線膨脹系數(shù)
β：面膨脹系數(shù)
γ：體膨脹系數(shù)
t：當(dāng)前溫度
由于α遠(yuǎn)大于β和γ，所以為了計(jì)算簡便，上述公式通常被簡化為：
L=L0(1+αt)
當(dāng)溫度分別達(dá)到t1和t2時(shí)，對(duì)應(yīng)的長度可以表示為：
L1=L0(1+αt1)
L2=L1+ΔL=L0(1+αt2)
聯(lián)立上面兩式，整理后可以得到：
以上就是線膨脹系數(shù)的公式。線膨脹系數(shù)的物理意義可以理解為，溫度升高1℃時(shí)，物體沿長度方向的尺寸變化量，與0℃時(shí)物體長度的比值。下圖是馬氏體不銹鋼SUS440C，不同溫度下的線膨脹系數(shù)。
120℃時(shí)，SUS440C的線膨脹系數(shù)約為10×10^-6/℃。假設(shè)有一根1米長的導(dǎo)軌，工作溫度從20℃上升至120℃，則該導(dǎo)軌長度方向的變化量可以通過計(jì)算得出：
?L=α??t?L0=10×10-6×(120-20)×1=0.001m=1mm
由此可知，當(dāng)溫差顯著時(shí)，直線導(dǎo)軌會(huì)因熱膨脹出現(xiàn)一定程度的變形，而這種變形會(huì)直接對(duì)直線導(dǎo)軌的形位公差、運(yùn)行精度、摩擦阻力以及使用壽命產(chǎn)生影響，因此熱膨脹的作用不容忽視。那么，是否存在抑制熱膨脹對(duì)直線導(dǎo)軌不利影響的方法呢？答案是肯定的，目前常用的方法名為 “調(diào)質(zhì)”。所謂調(diào)質(zhì)，就是通過調(diào)整熱處理工藝，改善材料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)與應(yīng)力狀態(tài)，從而使其平均熱膨脹系數(shù)發(fā)生改變（※注 1）。若想獲取更多信息，歡迎咨詢 IKO。
老化
樹脂和橡膠材料若長期處于高溫環(huán)境中，會(huì)出現(xiàn)發(fā)硬、脆化、變粘等老化現(xiàn)象。由于普通導(dǎo)軌的側(cè)板采用樹脂材料，密封墊片采用橡膠材料，因此高溫引發(fā)的老化問題必須納入考量。樹脂和橡膠在高溫環(huán)境下發(fā)生老化，本質(zhì)原因在于：溫度升高會(huì)加速化學(xué)反應(yīng)速率，導(dǎo)致抗氧劑和增塑劑消耗增加，進(jìn)而縮短氧化降解的誘導(dǎo)期。
隨著溫度上升，化學(xué)反應(yīng)速率加快，材料會(huì)出現(xiàn)重量損失和強(qiáng)度衰減的情況。國際電工協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn) IEC216-2 對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行了相關(guān)規(guī)定。通過耐熱試驗(yàn)可知，不同材質(zhì)的橡膠和樹脂，其推薦工作溫度范圍也有所不同。以常用的丁腈橡膠為例，其最高工作溫度為 120℃。因此，當(dāng)直線導(dǎo)軌在超過 120℃的高溫環(huán)境中使用時(shí)，可根據(jù)實(shí)際使用溫度，更換耐熱性更優(yōu)的密封墊片，必要時(shí)也可采用鋼制側(cè)板。
高溫潤滑脂
錐入度是衡量潤滑脂硬度的關(guān)鍵指標(biāo)。錐入度數(shù)值越大，表明潤滑脂質(zhì)地越軟；錐入度數(shù)值越小，則說明潤滑脂質(zhì)地越硬。潤滑脂過軟或過硬均會(huì)對(duì)潤滑效果產(chǎn)生影響。若長期在高溫環(huán)境下使用，潤滑脂可能發(fā)生軟化，尤其當(dāng)直線導(dǎo)軌垂直安裝時(shí)，可能出現(xiàn)基礎(chǔ)油分離滴落的情況，進(jìn)而污染使用環(huán)境。此外，溫度升高會(huì)加速潤滑脂的老化變黑進(jìn)程，對(duì)直線導(dǎo)軌的使用壽命造成影響。因此，針對(duì)潤滑脂通常會(huì)規(guī)定其工作溫度范圍。以鋰皂基潤滑脂為例，其最高工作溫度一般為 120℃。當(dāng)使用溫度超過 120℃時(shí)，需根據(jù)實(shí)際溫度更換適用于高溫環(huán)境的潤滑脂。
