我國螺桿制造技術的發展趨勢
近15年來,螺桿在我國空壓機、冷凍機、工業泵、塑料機械中的應用越來越廣泛。在制造設備方面,開始進口英國Holroyd公司的2AC、5AC螺旋轉子銑床及其配套設備(總數10余臺),90年代國產螺桿銑床及其配套設備開始供應用戶。我國不但在設計技術上與國際先進水平有差距,在制造技術上也很落后,嚴重制約了我國上述四大類機械產品在國際和國內市場上的競爭力。為此,應該盡快追蹤國際先進制造技術的發展趨勢,使我國螺桿制造技術和產品質量早日達到國際發達國家的水平。
1 壓縮機螺桿
空壓機螺桿和制冷壓縮機螺桿,在使用中介質和工況有差別,但材質、熱處理、尺寸、型線設計等方面有許多相似處,因此臺灣復盛公司和漢鐘精機公司的產品都是橫跨空壓機和制冷機兩個行業,西方許多公司也是如此。目前國內許多制冷空調器廠家都明確表示螺桿制冷壓縮機不自制,立足外購。因為形成螺桿制冷壓縮機的成批生產能力,約需要3000萬元投資,這對許多廠都是不經濟的。我國已經有10家空壓機廠和8家制冷機廠(含臺灣復盛、漢鐘精機)具備螺桿成批生產能力。縱觀美、日、德、英、意等國有名氣的螺桿壓縮機制造公司,每個國家也就3~7家。因此,我們不應再盲目增加螺桿壓縮機制造廠家的數量,而應在提高螺桿設計制造質量,擴展品種、規格,擴大產量、降低成本和售價等方面狠下工夫。
壓縮機行業目前主要是照搬國外個別公司的現成工藝。英國Holroyd公司是一家歷史悠久的螺桿及機床制造公司,據介紹年產螺桿10萬副,供應世界各國。該公司近年已順應世界潮流,開發了TG150E和TG350E螺桿磨床。
因此,我國壓縮機螺桿制造技術及生產布點應適應以下的發展趨勢。
(1)用精磨代替精銑 銑削能達到的型線精度和表面粗糙度是比較低的,隨著螺桿型線尺寸及形狀精度要求的提高,精銑已很難達到設計要求。粗糙度也直接影響螺桿副的使用壽命。因此全行業應逐漸過渡到以精磨代替精銑。
既然粗銑后還有精磨,因此粗銑后螺桿型線的尺寸形狀精度就不必要求過高,粗銑機床的精度及檔次可以降低,進口每臺高達50~70萬美元的螺桿銑床作為粗銑機也就沒有必要了。目前國內許多廠家采用Holroyd公司的2AC、5AC機床作粗銑機床是十分不經濟的。今后發展的典型工藝路線應該是:
①粗銑(例如采用青海第二機床廠的QH2-029、QH2-053螺桿銑床或其他自制銑削設備)。
②調質或局部硬化處理。
③精磨(例如采用德國Klingelnberg公司的HNC35SL螺桿磨床、英國Holroyd公司的TG150E或TG350E螺桿磨床、意大利SU公司的螺桿磨床、漢江機床廠的螺桿磨床等。視各廠的螺桿精度、產量、經濟實力而定)。
(2)螺桿空壓機廠制造系列制冷壓縮機,供應制冷空調設備廠家 我國幾十家制冷空調設備廠新增螺桿制冷壓縮機的生產能力是極不經濟的,因此唯一的出路是有螺桿壓縮機生產能力的10家空壓機廠開發系列的螺桿制冷壓縮機供應國內需求,否則大量進口國外螺桿制冷壓縮機的勢頭將無法遏制。
2 工業泵螺桿
工業泵用途廣泛,介質和工況各異,因此只組織少數工業泵廠滿足石油、化工、電力、船舶、采礦、食品、醫藥、環保、橡膠、塑料等眾多行業的各種需要是不可能的。因此目前全國30余家螺桿泵廠,雖然有的年產量只有幾百臺,有的品種只有幾臺、幾十臺,應該說這是市場歷史上形成的,也是合理的。但是要求這30余家螺桿泵廠都具備完善的螺桿制造設備和成批生產能力,顯然是不經濟的。因此我國工業泵螺桿的生產亟需組織專業化生產廠。
工業泵螺桿專業廠應配備目前國內外最先進和最實用的各類螺桿加工設備、熱處理設備和產品質量檢測設備、完善的螺桿副試驗設備。螺桿設計圖紙可以由主機廠提供,也可以由螺桿專業廠在其生產的系列產品中推薦。這樣我國的工業泵生產將走上更迅速的發展道路,大量的進口產品將逐漸由國內產品所取代。
工業泵廠的螺桿制造更應以精磨取代精銑,因為工業泵螺桿往往需要淬硬,因此精銑在淬硬前進行,熱處理后的變形只有用精磨才能消除,否則螺桿副的嚙合精度很低,泵的性能必然很差,螺桿副的轉子壽命也很短。
3 塑料機械螺桿
我國塑料機械工業是從輕工、化工等行業中的機械廠發展起來的,因此與傳統的機械廠有差距,一般設備條件較差,工藝落后。
塑料機械螺桿的制造技術呈現出以下的發展趨勢:
(1)對于直徑較大的螺桿,在鍛造工藝允許的條件下,盡量采用鍛造毛坯。我國螺桿直徑標準:D=30、45、65、90、120、150、200、250、300(mm)。
(2)螺桿在加工工序之間和成品存放過程中一律采用吊裝方式。
(3)螺桿的典型工藝今后應該是:鍛坯→車削→粗銑(例如采用青海第二機床廠的SB6332、SK6332A半自動或數控螺紋銑床、意大利Saporiti公司的螺桿銑床)→熱處理(淬火)→外圓磨削→數控螺桿磨削(例如采用瑞士Reishauer公司的RG系列螺紋磨床、英國Matrix公司螺紋磨床、德國Karstens公司的螺紋磨床、意大利SU公司的螺紋磨床和漢江機床廠的SK7432、SK7450數控螺紋磨床。視各廠螺桿的精度、結構特點、產量和經濟實力而定)→布輪拋光(設備采用普通數控車床)。
(4)取消砂帶拋光,采用布輪拋光可以改善生產環境,并保證不破壞精磨后的螺桿尺寸、形狀精度,更進一步減小螺桿表面粗糙度值,增加螺桿的使用壽命。
(5)熱處理后應仔細檢查金相組織及硬度分布。螺桿精磨后應用專門設計的螺桿動態精度檢驗儀全面檢查螺桿的尺寸和形狀精度。只采用三坐標測量機進行靜態檢查是不全面、不科學的。
(6)目前遍布全國的眾多塑機螺桿專業廠大都設備簡陋、產品質量低劣,應進行大力整頓、改造。原機械部滾珠絲杠專業廠(例如南京工藝裝備廠、漢江機床廠昆山分廠等)如能利用現有設備和技術生產塑機螺桿,將會大大縮短我國精密塑料機械的研制過程。
4 螺桿的質量檢測和性能測試
(1)壓縮機、工業泵、塑料機械中的螺桿全部為回轉體,因此其尺寸和形狀精度應該在回轉狀態(動態)下進行檢測。過去,由于量儀開發落后于工業產品開發,因此國外也是用三坐標測量機檢測的。現在國內外都開發了數控測量中心(例如德國Klingelnberg公司的PNC65、Mahr公司的Primar測量儀,國內的雙頻激光動態絲杠測量儀、數控齒輪測量中心等),可使螺桿在回轉狀態下,測量全部尺寸、型線等的幾何形狀精度。即使是螺桿成型銑刀的刀口曲線也可快捷、方便地測出。因此,原有一些機械靠模、光學或三坐標測量儀靜態測量的方式和儀器應作根本性的改變。
(2)應強調對螺桿內在質量(金相組織、硬度、機械性能等)的檢測和控制。
(3)螺桿副嚙合精度的檢測(間隙及其均勻性、回轉精度等),過去沒有適用的儀器。現在成都工具研究所已開發了螺桿副精度檢查儀,可以高精度自動檢測、記錄螺桿副的回轉精度及其間隙的均勻性。
(4)壓縮機、工業泵螺桿副的壽命、振動測試和塑機螺桿副的壓力、料溫、功率消耗、壽命等性能測試,過去普遍未予重視,設有螺桿副性能測試室的工廠極少。這些產品性能測試工作只在國內少數大學和研究所的實驗室里進行。今后螺桿專業廠和行業骨干廠應逐漸增設螺桿副產品性能的測試室或實驗室。國外的一些大公司是很重視產品性能測試的,在這方面投入大量資金和人力,以保證產品不斷更新換代。
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