一、当前梯形丝杠冷轧成形技术特点
冷轧与磨削制造技术的本质区别在于梯形丝杠螺纹的冷轧成形过程是金属圆棒料在高压径向力的作用下产生塑性变形的过程。在外力作用下,金属棒料的金属晶粒沿着轧辊的轮廓产生滑移流动,使金属纤维按轧辊齿形连续分布。而切削加工(包括:车削、铣削、磨削)金属纤维是被切断的。冷轧梯形丝杠制品具有以下特点:
1、生产效率高,供货周期短,易于实现生产自动化。
2、节能省材,材料利用率可达 80-90% 。
3、机械强度高,疲劳寿命长。 产品的机械性能和寿命主要取决于材料(化学成份,弹性模量等)硬度、硬化层深度,内部组织的致密度。冷轧梯形丝杠螺纹滚道面是在高强压力下滚压成形,因而其内部组织更加紧密,且金属纤维又是沿滚道面连续分布。因此,产品材料的机械强度大大提高,疲劳寿命更可提高 30%左右。
4、螺纹滚道面的表面粗糙度好,并且避免了螺纹磨削时容易产生的螺纹和齿面烧伤。冷轧后的螺纹滚道经过抛光和表面处理,更有利
于延长产品的工作寿命和运转的柔顺性;
5、冷轧技术是宜人化的工艺,对生产现场的环境污染,远远低于磨削加工;
6、产能大,有利于组织标准化“库存性生产”不但制造周期短,而且产品配套,
供货周期也大大小于磨削丝杠,用户随用,随买十分便捷;
7、下列情况冷轧技术用于梯形丝杠,其优势尤为明显: 长径比:≥1/50 细长梯形丝杠
导程角:≥170 大导程,超大导程,双头和多头梯形丝杠。
二、国外发展状态
国外早在上世纪五十年代,普通螺纹和梯形螺纹已开始采用冷轧技术,到七十年代冷轧梯形丝杠在品种、规格和产量上都有较快的发展, 但依然停留在只能轧制低精度传动丝杠的水平上。到上世纪九十年代,梯形丝杠轧制技术由于轧辊的制造精度和工作寿命的提高;轧辊从纯机械向CNC 智能化方向发展,轧辊的进给方式从单向进给到双轧辊双向同步进给,新一代CNC 冷轧装备使冷轧梯形丝杠产品在精度和性能上得到提升。
Rexroth, Neff, NSK, THK 等已使冷轧丝杠的导程精度达到了0.05mm/300mm。Warner Electric 等公司采用计算机控制可移动双轧辊技术,每个轧辊由μm 级精度的同步交流电机驱动,计算机控制轧辊的压力,通过传感器跟踪丝杠中径尺寸的变化反馈调整轧辊的微进给量,使丝杠中径的圆度和圆柱度达到 0.003~0.008mm,导程精度达到 0.006mm/2π、0.01mm/300mm、0.062mm/4000mm。NSK 公司推出LPR 系列冷轧大导程梯形丝杠副,25×25(mm)、32×32(mm)、40×40(mm)、50×50(mm),精度 C5.C7 级,Vmax=150m/min。Abssac公司推出微型冷轧梯形丝杠,Φ6~Φ14(mm)、Pn=1~20mm,与磨削梯形螺母匹配,丝杠副的定位精度与磨削丝杠接近。THK 公司推出JPF 系列“0 间隙”定压预紧精密冷轧梯形丝杠副,螺母采用具有柔性环节的导程增量预紧结构,丝杠滚道面冷轧后光至 Ra0.5μm,丝杠副的重复定位精度±0.2μm,周期误差 2.8μm/2π,行程 450mm 范围的预紧转矩变动量 0.07~0.10N.m
博世力士乐的精密冷轧梯形丝杠材料是SC60,淬火硬度可达 HRC60,表面粗糙度比磨制丝杠高九个百分点,刚性可与磨制丝杠相当。精度可保证P5~P10 级,最高可达P3 级,
用冷轧技术制造大导程、超大导程、小径大导程以及特别细长的梯形丝杠更具独特优势。在海外批量生产的冷轧梯形丝杠的精度已稳定达到P5 级~P7 级,部份达到 P3 级。在上述领域已全部或大部份取代螺纹磨削工艺。
三、国内生产现状
以全球范围看,我国滚动功能部件的制造企业的数量是最多的,在地域分布上呈现出在长江下游及沿海聚集的现象,除少数重点骨干企业外,专业化生产的规模小,集中度低,全国总产量和产值还不如国外一个知名大企业,至今尚无一个在国内外市场上有影响力的知名品牌,尚无一家上市公司。据不完全调查和统计:在国内市场滚动功能部件的国产化率,梯形丝杠约 65%。
传统的工艺和装备制约了制造技术的创新。数十年一贯制的以螺纹磨
削为主的传统工艺,不管什麽精度都用螺纹磨床加工,使生产效率低, 耗能、费工、环境污染等问题也得不到根本解决。而国外,螺纹的CNC 冷轧成形技术已广泛应用。
我国滚动功能部件产业在发展规模上、经营理念上、企业管理上都与国外同行业存在较明显的差距,这种差距已严重阻碍了装备制造业的发展,对振兴民族工业十分不利。
四、冷轧梯形丝杠的应用前景
精密冷轧梯形丝杠副的“高效、省能、增力”功能使它作为一种能量转换装置,在当今节能时代,许多场合取代梯形丝杠传动和液压传动, 而它的“对特殊恶劣环境的适应功能”、“长寿命、绿色环保、可再制造功能”更是受到机械制造业各个领域的青睐。
迄今为止,冷轧梯形丝杠副的应用领域包括:电子设备、CNC 机床
(铣床、龙门铣、龙门磨等)玻璃机械、木工机械、包装机械、印刷机械、雕刻机、雕铣机、钻孔机、测验设备、汽车转向器、空港登机桥、水库闸门启闭机构、船舶操纵台、平衡吊、升降装置……等等。
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