重載導管式滾珠絲杠副加強栓工藝改進*

田 毅 宋 瑜

（陜西漢江機床有限公司 陜西漢中 723003）

滾珠絲杠副是傳動機械中運用滾珠在絲杠與螺母間的滾動來同時實現(xiàn)動力傳遞、運動轉換功能的常用裝置之一。其兼具高精度、高效率和可逆性特點，已成為各類數(shù)控機床、自動化機械以及加工中心驅動過程中的關鍵執(zhí)行件，被廣泛應用于機械、核工業(yè)、航空、航天等領域。

在滾珠絲杠副中，為了防止?jié)L珠工作時沿滾道逸出，一般都在螺母上設置滾珠循環(huán)向裝置,用以構成滾珠循環(huán)鏈，實現(xiàn)滾珠在工作時的反復循環(huán)運動。其常見結構形式按循環(huán)方式不同，分為內循環(huán)和外循環(huán)，其中導管式（插管式）外循環(huán)結構工藝性好，用于制作大型、重載滾珠絲杠副。重載導管式滾珠絲杠副運行時，鋼球在借助導管完成反復循環(huán)時會不斷沖擊導管口。重載導管式滾珠絲杠副因其承受載荷大，導管口在鋼球多次沖撞下會發(fā)生變形，影響鋼球流暢性，嚴重時可能沖斷導管口，影響絲杠副使用壽命。為了解決這一問題，一般采用加強栓通過其環(huán)部與導管舌口緊密貼合，增加導管口的強度，提高導管使用壽命；桿部螺紋使壓板將導管壓緊，將導管口與絲杠滾道“連接”，實現(xiàn)鋼球順利進出導管，完成循環(huán)。裝有加強栓的重載導管式滾珠絲杠副結構如圖1所示。

1 加強栓結構工藝

某重載絲杠副，通過使用加強栓提高導管舌口強度。其技術方案是：加強栓采用由加強環(huán)與螺桿經(jīng)螺紋連接后銅焊的工藝。加強環(huán)材料和螺桿材料均為優(yōu)質碳素鋼，螺桿經(jīng)調質處理，硬度HB為250，加強環(huán)與螺桿銅焊發(fā)藍處理。裝有加強栓的滾珠絲杠副見圖2所示，加強栓實物圖如圖3所示。

圖1 重載導管式滾珠絲杠副結構圖

圖2 裝有加強栓的滾珠絲杠副圖

圖3 加強栓實物圖

1.1 存在的問題

在使用加強栓后，絲杠副導管口的強度得到了改善。在推廣應用時發(fā)現(xiàn)加強栓在鋼球的重復撞擊下，加強栓連接桿與加強環(huán)銅焊處容易出現(xiàn)松動，嚴重時發(fā)生斷裂，導致鋼球阻塞，絲杠副卡死。

1.2 原因分析

分析其原因，主要是加強環(huán)與螺桿螺紋連接處存在間隙，在進行銅焊時開有坡口，焊接部位強度不足，銅焊在反復沖擊下容易發(fā)生松動脫落。

2 加強栓工藝改進

基于以上分析，對設計工藝進行了調整。加強栓采用整體鑄件，材料為鑄鋼。為了消除鑄件中粗大晶粒等缺陷，達到細化晶粒、均勻組織、消除內應力作用，采用正火處理；正火后通過噴砂消除鑄件毛刺及正火產(chǎn)生的氧化皮；為了提高加強環(huán)強度，進行淬火處理，使其硬度 HRC 為 29～35。攻螺紋后進行發(fā)藍處理，達到防銹作用。原工藝流程為：鑄件—正火—噴砂—攻螺紋—淬火—發(fā)藍。改進后工藝流程為：鑄件—正火—噴砂—攻螺紋—發(fā)藍。

3 試驗驗證

加強栓屬于異型螺桿，為了驗證工藝改進效果，參照GB3098.1及GB3098.13對上述兩種技術方案加強栓進行韌性敲擊試驗和扭矩試驗，通過數(shù)據(jù)對比，確定最佳工藝方案。

隨機抽取原工藝和改進后工藝制作的加強栓各6件，進行編號：原工藝制作件編1～6號，改進后工藝制作件編 7～12號。用便攜式硬度計檢測加強栓硬度，結果見表1；將加強栓樣件安裝在絲杠副螺母上，加上壓板，用DL-NL30扭矩扳手擰緊螺母測量加強栓扭矩，結果見表2，加強栓扭矩試驗典型結果樣件見圖4；將剩余加強栓樣件固定在虎鉗上（螺桿朝上），用質量為0.5kg，柄長為300mm榔頭，對加強栓樣件依次用力敲擊，加強栓變形情況見表3，加強栓敲擊試驗典型結果樣件見圖5所示。

表1 加強栓硬度數(shù)據(jù)表

表2 加強栓扭矩試驗數(shù)據(jù)

圖4 加強栓扭矩試驗典型結果樣件

圖5 加強栓敲擊試驗典型結果樣件

表3 加強栓敲擊試驗數(shù)據(jù)

4 改進效果及分析

用重量為0.5Kg，柄長為300mm榔頭進行敲擊試驗，敲擊力不斷加大。原工藝加強栓在力較小時，就有發(fā)生斷裂情況；改進后工藝加強栓在力較大時，出現(xiàn)彎曲，當力進一步加大時發(fā)生斷裂。通過韌性敲擊試驗可以看出，改進后更合適，原因是改進后加強栓韌性更好，更能承受鋼球沖擊。用DL-NL30扭矩扳手將加強栓安裝到螺母上進行扭矩試驗，兩種方案加強栓差別不大，扭矩超過100N?m時加強栓螺紋處會出現(xiàn)斷裂或螺紋掉牙。

加強栓屬于異型螺栓，韌性敲擊試驗和扭矩試驗結果表明改進后加強栓不僅強度高，而且韌性要優(yōu)于原加強栓，參照 GB3098.1標準改進后加強栓力學性能能夠達到5.6級要求，可以滿足使用要求。改進后加強栓經(jīng)使用效果良好。

5 結語

（1）加強栓采用整體鑄件使得加強栓整體材料一致性好，相對于分體螺紋連接銅焊工藝，更能承受鋼球沖擊，能更好提高絲杠副導管舌口強度，延長絲杠副使用壽命。

（2）采用“鑄件—正火—噴砂—攻螺紋—發(fā)藍”工藝流程加工的加強栓，其力學性能達到5.6級，能夠滿足使用要求。

（3）加強栓采用整體鑄件，鑄件質量是影響加強栓質量控制的關鍵，要求不能出現(xiàn)氣孔、縮孔等鑄造缺陷。