目前国内制造滚珠丝杠的厂家,工艺路线多少都有些差别,产品质量也存在不少问题。一般的制造工艺步骤为:下料(材料绝大多数为GCr15)、校直、车外圆、中频淬火、回火、修研中心孔、磨外圆、螺纹磨磨削丝杠螺纹、铣键槽或方身、钳工工艺、去应力、半精密螺纹磨磨削丝杠螺纹、再去应力、研磨中心孔、精密外圆磨、精密螺纹磨磨削丝杠螺纹、倒两端不完整牙1/4圈、螺纹磨削倒角螺纹及顶端45°处理。
以上工艺技术的缺陷:
1、中频淬火后,丝杠易弯曲,热处理变形较大;且回火时间短,易造成丝杠硬度不均匀,应力不易去除,去应力处理时间长,易留残余应力;
2、磨削螺纹时,因为螺纹硬度高、磨削量大,造成磨削时间长、消耗材料多,易产生弯曲变形,同时由于磨削量大,温度高,易产生磨削裂纹和烧伤,造成产品报废;
3、精密磨削的螺纹滚道,因为机床本身的精度和加工调试水平,容易产生滚道波纹,表面质量差;
4、丝杠硬度低(一般为HRC60左右)、耐磨性差、疲劳寿命短、噪音水平高(一般74db左右);
5、由于磨削后表面较粗糙,丝杠粗装配后要进行长时间跑和;
6、工序繁杂、加工周期长;
7、由于磨削工作量大,磨削时产生大量油雾,对环境造成污染,对工人健康造成损害。
目的是提供一种高硬度、高耐磨、低粗糙度、低噪音、长疲劳寿命的精密滚珠丝杠制造方法。
采用38CrMoAl为材料,包括下料、校直、车外圆、调质、修研中心孔、磨外圆、螺纹磨磨削丝杠螺纹、铣键槽或方身、钳工工艺、去应力、研中心孔、辉光离子氮化、脉冲电化学复合光整加工、倒两端不完整牙1/4圈、螺纹磨削倒角螺纹及顶端45°处理步骤。
以现有的下料、校直、车外圆、热处理、修研中心孔、磨外圆、铣键槽或方身、螺纹粗磨、倒两端不完整牙1/4圈、螺纹磨削倒角螺纹及顶端45°处理工艺步骤为基础,选用38CrMoAl为丝杠材料,在粗磨螺纹达到精度要求后对丝杠整体进行辉光离子氮化处理,辉光离子氮化后的丝杠不再进行去应力、半精磨、精磨工艺,而是应用脉冲电化学复合光整技术进行光整加工。
1、使用38CrMoAl,有利于辉光离子氮化的进行;
2、丝杠调质、粗磨后进行辉光离子氮化,可使丝杠硬度达到HRC70,远超过一般丝杠的硬度,从而使丝杠的耐磨性大大增加,并且控制好辉光离子氮化的工艺参数,可使丝杠不改变精度,也不需要再进行去应力处理;
3、采用脉冲电化学复合光整技术对丝杠进行光整加工,可使丝杠表面粗糙度粗磨后一步降低至Ra0.1μm以下,最低可达到Ra0.02μm,从而加工出超光滑的表面;
4、由于丝杠硬度高、表面粗糙度低,可使丝杠的疲劳寿命较普通丝杠增加3-5倍,使用噪声降低6-8分贝;
5、丝杠粗磨、渗氮(硬度达HRC70)后直接进行光整,不需进行精磨、研磨和抛光,大幅度节省了机械加工的时间,使生产效率大大提高;
6、脉冲电化学复合光整加工的效率与丝杠表面硬度无关,对于HRC70硬度的表面也能很快完成光整加工;
7、光整加工过程中不产生磨削力和磨削热,不产生附加应力,丝杠的精度高,表面也不产生磨削烧伤和裂纹;
8、光整后的丝杠调整装配后可直接提供给用户,不需要进行长时间跑和,生产周期大大缩短;
9、由于减少了半精磨、精磨的工序,车间里由于磨削加工所生产的油雾大幅减少,对环境的污染也大幅减少,是一种绿色制造方法。
另,所述脉冲电化学复合光整加工时脉冲频率为4-7KHz;脉冲电流峰值为150-300A;工作比为20-40%;工具压力为8-15N。
所述辉光离子氮化处理时,将清洗过的丝杠装炉,在阴极底盘上沿圆周按内、中、外三层均匀摆放丝杠,然后经抽真空、打弧、升温、保温,待温度降到200℃时,充气开炉,取出加工的工件。
所述抽真空时,在25min内使炉内压力低于50Pa。
所述打弧时,将电源脉宽调为15-20μs,电源的接通率约为18%,电压由点燃电压渐增至800-850V,炉内压力为40-120Pa,打弧时间在1.5h以内,打弧结束后,控制温度达100±2℃。
所述升温是:打弧结束后,脉冲电源的脉宽渐调至90μs,电源的接通率约为75%,逐渐增大电压和电流加热,加热速度小于3℃/min,280℃开始通NH3,控制NH3的流量为0.35L/min。
所述保温是:当温度升到500-520℃后,以0.7-1.2L/min的流量通入NH3,保温3h,保温气压约600Pa。
具体实施方式
丝杠做进一步说明:
选用38CrMoAl为丝杠材料,基于脉冲电化学复合光整技术的精密滚珠丝杠的制造工艺步骤为:
下料、校直、车外圆、调质、修研中心孔、磨外圆、螺纹磨磨削丝杠螺纹、铣键槽或方身、钳工工艺、去应力、研中心孔、辉光离子氮化、脉冲电化学复合光整加工、倒两端不完整牙1/4圈、螺纹磨削倒角螺纹,最后进行顶端45°处理。
其中,脉冲电化学复合光整技术在本发明工艺中的应用是本发明所独有的,具体工艺参数如下:
1、所使用脉冲电流波形如图1:
2、脉冲频率为4-7KHz;
3、脉冲电流峰值为150-300A;
4、工作比为20-40%;
5、工具压力为8-15N。
另,辉光离子氮化处理的具体工艺过程:
将清洗过的丝杠装炉,在阴极底盘上沿圆周按内、中、外三层均匀摆放50根左右丝杠,随炉装试样4块。具体工艺过程及参数如下:
1、抽真空:25min内使炉内压力低于50Pa。
2、打弧:将电源脉宽调为15-20μs,电源的接通率约为18%,电压由点燃电压渐增至800-850V,炉内压力为40-120Pa,打弧时间在1.5h以内,打弧结束后,温度达100℃左右。
3、升温:打弧结束后,脉冲电源的脉宽渐调至90μs,电源的接通率约为75%,逐渐增大电压和电流加热,加热速度小于3℃/min,280℃开始通NH3,控制NH3的流量为0.35L/min。
4、保温:当温度升到500-520℃后,以0.7-1.2L/min的流量通入NH3,保温3h,保温气压约600Pa,
5、停机,冷却3h,待温度降到200℃时,充气开炉,取出加工的工件。