田 毅 宋 瑜

（陜西漢江機(jī)床有限公司 陜西漢中 723003）

滾珠絲杠副是傳動(dòng)機(jī)械中運(yùn)用滾珠在絲杠與螺母間的滾動(dòng)來(lái)同時(shí)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞、運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)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(diǎn)，已成為各類數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)化機(jī)械以及加工中心驅(qū)動(dòng)過(guò)程中的關(guān)鍵執(zhí)行件，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、核工業(yè)、航空、航天等領(lǐng)域。

在滾珠絲杠副中，為了防止?jié)L珠工作時(shí)沿滾道逸出，一般都在螺母上設(shè)置滾珠循環(huán)向裝置,用以構(gòu)成滾珠循環(huán)鏈，實(shí)現(xiàn)滾珠在工作時(shí)的反復(fù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)。其常見(jiàn)結(jié)構(gòu)形式按循環(huán)方式不同，分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)，其中導(dǎo)管式（插管式）外循環(huán)結(jié)構(gòu)工藝性好，用于制作大型、重載滾珠絲杠副。重載導(dǎo)管式滾珠絲杠副運(yùn)行時(shí)，鋼球在借助導(dǎo)管完成反復(fù)循環(huán)時(shí)會(huì)不斷沖擊導(dǎo)管口。重載導(dǎo)管式滾珠絲杠副因其承受載荷大，導(dǎo)管口在鋼球多次沖撞下會(huì)發(fā)生變形，影響鋼球流暢性，嚴(yán)重時(shí)可能沖斷導(dǎo)管口，影響絲杠副使用壽命。為了解決這一問(wèn)題，一般采用加強(qiáng)栓通過(guò)其環(huán)部與導(dǎo)管舌口緊密貼合，增加導(dǎo)管口的強(qiáng)度，提高導(dǎo)管使用壽命；桿部螺紋使壓板將導(dǎo)管壓緊，將導(dǎo)管口與絲杠滾道“連接”，實(shí)現(xiàn)鋼球順利進(jìn)出導(dǎo)管，完成循環(huán)。裝有加強(qiáng)栓的重載導(dǎo)管式滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1 加強(qiáng)栓結(jié)構(gòu)工藝

某重載絲杠副，通過(guò)使用加強(qiáng)栓提高導(dǎo)管舌口強(qiáng)度。其技術(shù)方案是：加強(qiáng)栓采用由加強(qiáng)環(huán)與螺桿經(jīng)螺紋連接后銅焊的工藝。加強(qiáng)環(huán)材料和螺桿材料均為優(yōu)質(zhì)碳素鋼，螺桿經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，硬度HB為250，加強(qiáng)環(huán)與螺桿銅焊發(fā)藍(lán)處理。裝有加強(qiáng)栓的滾珠絲杠副見(jiàn)圖2所示，加強(qiáng)栓實(shí)物圖如圖3所示。

圖1 重載導(dǎo)管式滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)圖

圖2 裝有加強(qiáng)栓的滾珠絲杠副圖

圖3 加強(qiáng)栓實(shí)物圖

1.1 存在的問(wèn)題

在使用加強(qiáng)栓后，絲杠副導(dǎo)管口的強(qiáng)度得到了改善。在推廣應(yīng)用時(shí)發(fā)現(xiàn)加強(qiáng)栓在鋼球的重復(fù)撞擊下，加強(qiáng)栓連接桿與加強(qiáng)環(huán)銅焊處容易出現(xiàn)松動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生斷裂，導(dǎo)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(qiáng)環(huán)與螺桿螺紋連接處存在間隙，在進(jìn)行銅焊時(shí)開(kāi)有坡口，焊接部位強(qiáng)度不足，銅焊在反復(fù)沖擊下容易發(fā)生松動(dòng)脫落。

2 加強(qiáng)栓工藝改進(jìn)

基于以上分析，對(duì)設(shè)計(jì)工藝進(jìn)行了調(diào)整。加強(qiáng)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(dá)到細(xì)化晶粒、均勻組織、消除內(nèi)應(yīng)力作用，采用正火處理；正火后通過(guò)噴砂消除鑄件毛刺及正火產(chǎn)生的氧化皮；為了提高加強(qiáng)環(huán)強(qiáng)度，進(jìn)行淬火處理，使其硬度 HRC 為 29～35。攻螺紋后進(jìn)行發(fā)藍(lán)處理，達(dá)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(lán)。改進(jìn)后工藝流程為：鑄件—正火—噴砂—攻螺紋—發(fā)藍(lán)。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

加強(qiáng)栓屬于異型螺桿，為了驗(yàn)證工藝改進(jìn)效果，參照GB3098.1及GB3098.13對(duì)上述兩種技術(shù)方案加強(qiáng)栓進(jìn)行韌性敲擊試驗(yàn)和扭矩試驗(yàn)，通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比，確定最佳工藝方案。

隨機(jī)抽取原工藝和改進(jìn)后工藝制作的加強(qiáng)栓各6件，進(jìn)行編號(hào)：原工藝制作件編1～6號(hào)，改進(jìn)后工藝制作件編 7～12號(hào)。用便攜式硬度計(jì)檢測(cè)加強(qiáng)栓硬度，結(jié)果見(jiàn)表1；將加強(qiáng)栓樣件安裝在絲杠副螺母上，加上壓板，用DL-NL30扭矩扳手?jǐn)Q緊螺母測(cè)量加強(qiáng)栓扭矩，結(jié)果見(jiàn)表2，加強(qiáng)栓扭矩試驗(yàn)典型結(jié)果樣件見(jiàn)圖4；將剩余加強(qiáng)栓樣件固定在虎鉗上（螺桿朝上），用質(zhì)量為0.5kg，柄長(zhǎng)為300mm榔頭，對(duì)加強(qiáng)栓樣件依次用力敲擊，加強(qiáng)栓變形情況見(jiàn)表3，加強(qiáng)栓敲擊試驗(yàn)典型結(jié)果樣件見(jiàn)圖5所示。

表1 加強(qiáng)栓硬度數(shù)據(jù)表

表2 加強(qiáng)栓扭矩試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖4 加強(qiáng)栓扭矩試驗(yàn)典型結(jié)果樣件

圖5 加強(qiáng)栓敲擊試驗(yàn)典型結(jié)果樣件

表3 加強(qiáng)栓敲擊試驗(yàn)數(shù)據(jù)

4 改進(jìn)效果及分析

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

加強(qiáng)栓屬于異型螺栓，韌性敲擊試驗(yàn)和扭矩試驗(yàn)結(jié)果表明改進(jìn)后加強(qiáng)栓不僅強(qiáng)度高，而且韌性要優(yōu)于原加強(qiáng)栓，參照 GB3098.1標(biāo)準(zhǔn)改進(jìn)后加強(qiáng)栓力學(xué)性能能夠達(dá)到5.6級(jí)要求，可以滿足使用要求。改進(jìn)后加強(qiáng)栓經(jīng)使用效果良好。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）加強(qiáng)栓采用整體鑄件使得加強(qiáng)栓整體材料一致性好，相對(duì)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(dǎo)管舌口強(qiáng)度，延長(zhǎng)絲杠副使用壽命。

（2）采用“鑄件—正火—噴砂—攻螺紋—發(fā)藍(lán)”工藝流程加工的加強(qiáng)栓，其力學(xué)性能達(dá)到5.6級(jí)，能夠滿足使用要求。

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