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綠色製造（zào）在（zài）絲杠傳動設計和加工中的應（yīng）用

2022-1-4 來源：山東華珠（zhū）機械有限公司作者：韓耀華

摘要 : 針對傳統絲杠（gàng）加工模式成本高、效率低和影響環境等方麵的問題，引（yǐn）入綠色製造的理念，提出用冷軋絲（sī）杠、工程塑料螺母來代替一些行（háng）業中所用的傳統車削、磨削絲杠和鑄鐵、鑄銅螺（luó）母。該設計（jì）理念具有先進性並能夠顯著降低成本，提（tí）高效率。尤其是小（xiǎo）直徑的（de）大導程絲杠和工程塑料螺母（mǔ）在表麵粗糙度、耐磨性（xìng）、耐蝕性等方麵均優於傳統車削、銑削加工模式（shì），同時生產過程更綠色環保。

關鍵詞 : 綠色製造 ; 冷軋（zhá）絲杠 ; 多頭大導程 ;工程（chéng）塑料 ; 軌（guǐ）道交通

1、序言（yán）

傳統絲杠傳動機構中的絲杠往往采用車削或磨削加工，螺母采用（yòng）鑄鐵或鑄銅材料（liào）。而隨著綠色製造理念的推廣，人（rén）們開始認真反思 : 在工業製造的過程中，如（rú）何改善對環境的影響，如何提高（gāo）資源的利用率，從而使傳統的製造模式，逐步向（xiàng）現代的製造模式（shì）發展。同時還要考慮如何滿足產品功能的要求，以及控製（zhì）成本。

性價比是人們重點考（kǎo）慮（lǜ）的問題，但實現（xiàn）高性（xìng）價（jià）比卻不是一件太容易的事情。從絲（sī）杠傳動件來（lái）看，如何滿足部件所需的要求和性（xìng）能，是很關鍵的問題。也就是說，引入綠色製造的理念，就應該打破傳（chuán）統的絲杠（gàng）傳動機構的製造模（mó）式。

要在滿足部件功能的情況下，盡可能在設計中采用冷軋絲杠和工程（chéng）塑料 PA66 的（de）螺母。下（xià）麵具體講述一下。

2 、根據部件功能的需求，合理設計絲杠副的加工模式

隨著社會的不斷發展和製（zhì）造成本的不斷提高，在絲杠和螺母的製造方麵，大家也在不斷地尋求成本低（dī）、質量相當的材料和加工模式。例如，絲杠用無屑的冷軋技術來代替原有（yǒu）的車削和銑削加工，是一種很好的設計思路。螺母采用工（gōng）程塑料，代替原有的鑄鐵和鑄銅材料（liào），也是一種很好的（de）選擇（有些重載或高精度的絲杠副除外）。在絲杠副（fù）的設計中，過去常常采用這種選擇 :無（wú）論絲杠副的（de）載荷要求多大，都一律采用（yòng）鑄鐵或鑄銅螺母，如圖 1 所示。但是鑄（zhù）鐵或鑄銅（tóng）的加工過程，對環境的影（yǐng）響是不（bú）可忽（hū）視的。鑄造過程中的廢氣、加工中的切屑以及切削液等都會對環（huán）境造成影響。因此，從（cóng）綠色製造的理念來考慮（lǜ）如何選擇（zé）絲杠副的材料和設計加工模式，就顯得十分重要。

圖 1　采用鑄銅螺母的梯形絲杠副

事實證明（míng），我們完（wán）全可以針（zhēn）對功能部件（jiàn）傳（chuán）動精度的高低、絲杠副承受載荷的大小及部件（jiàn）對絲杠副的其（qí）他需求，來認真選擇絲杠、螺母的材（cái）料（liào）和設計加工模式。

3、用冷軋技術加工小（xiǎo）直徑大導程絲杠是一種很好的（de）選擇

冷軋絲杠是無屑的絲杠加工模式。目前冷軋技術越來越先進，冷（lěng）軋絲杠的種類也越（yuè）來越多（duō）、長徑比也越來越大，如圖（tú） 2 所示，完全可以代替原有的車削絲杠（除（chú）一些有特殊要（yào）求（qiú）的絲杠外）。多頭（tóu）絲杠（gàng）、多頭大導程絲杠等冷軋絲杠可以節省材料，降（jiàng）低成本，提高效率，而且適用性特別強。

圖 2　冷軋大導（dǎo）程絲杠

在加工多頭大導程（chéng）絲杠時，長度越長，加工難度（dù）越大。尤其是在加工（gōng）長徑比＞ 100 的多頭大導程絲杠時，冷軋技術的加工特性（xìng）更為（wéi）突出。傳統大導程絲杠的製造中，如圖 3 所示（shì）的銑削大導程（chéng）方牙絲杠，其大導程絲杠為銑削加（jiā）工，加工過程為有屑加工。這種加工模式不僅浪費材（cái）料，而且加工效（xiào）率還低。

圖 3　銑削大導程方牙（yá）絲杠

引入綠色製造的理念，采用圖 4 所（suǒ）示的冷軋多頭大導程絲杠（gàng），其有 9 個頭，冷軋（zhá）後的表麵組織還優於銑削的大導程絲杠（gàng）。而且表麵粗糙度（dù）值（zhí）也（yě）比銑削（xuē）後的絲杠（gàng）低，一般表麵粗糙度值 Ra 可達到 3.2~1.6μm，而銑削的大導程絲杠表麵粗糙度值 Ra 隻能達到 6.3~3.2μm。這種多頭大導（dǎo）程絲杠螺旋升（shēng）角很大，絲杠直徑較小。但是由於采用冷軋技術，就十分容易達到技術要求。

圖 4　冷軋（zhá）多頭大導程絲杠

4 、采用冷（lěng）軋技術加工微型絲杠更為有利

普通（tōng）的微型絲杠和單頭、多（duō）頭大導程微型絲杠，其加工方式如果（guǒ）采用（yòng）車削和磨削，則加工效率很低，製造成本比較高，難度（dù）也不（bú）小。圖 5 所示的微型絲（sī）杠副就采用了多頭磨削微型絲杠（gàng）。

圖 5　采用（yòng）多頭磨（mó）削微型絲杠的微型絲杠副

一般來說，微型絲杠副的載荷都比較小，有一些轉速也不高，軸向定位精度也不會太高。在這種情況下如果采用車削和磨削的加工模式，浪費人力物力。冷軋後的微型絲（sī）杠，其表麵粗糙度（dù）值 Ra 一般（bān）可達 1.6~0.8μm，該類產品完全可以用工程塑料螺母來代替。

對於公稱直徑為 20~50mm 的梯形絲杠副（fù），如果（guǒ）載荷不大，運行速度（dù）較慢，也完全可以采用此（cǐ）種加工模式。如果（guǒ）加工公稱直（zhí）徑較（jiào）小、要（yào）求轉速較高且行程較長的（de）絲杆（gǎn）副時，為了提高絲杠的耐磨性，絲杠的表麵處（chù）理可以采用鹽浴硫碳氮共滲技術，其表麵硬度≥ 550HV，滲層厚度為0.2~0.3mm。

5、采用工程塑料螺母有利於降低（dī）製造成本和提高資（zī）源效率

工（gōng）程塑料 PA66 現已廣泛應用於機械、電（diàn）子、化工及軌道交通等眾多領域中，其特點是 : 具有可（kě）塑性、耐磨性（xìng）、強度較高且耐衝擊、耐油和耐腐蝕（shí）等。在較高的溫度下，也能保持（chí）較高的強度和剛度，尤其是在自潤滑方麵，在絲（sī）杠傳動機構中（zhōng），更（gèng）能夠顯示其獨特性。

因工程塑料螺母（見圖 6）采用注塑工藝（yì），所以在製造過程中，螺母不僅較（jiào）為容易（yì）滿（mǎn）足單（dān）頭或（huò）多頭大導程的要求，也能滿足微型螺（luó）母的需求。注（zhù）塑成型的螺（luó）母，不需要再（zài）加工，從而降低（dī）了製造成本，提高了（le）資源效率。

圖 6　工程塑料螺母

對於載荷較小、精度要求不高且隻用於傳動的絲杠，甚至定位精度要求不是（shì）很高的微型絲杠（gàng），螺母都可以采（cǎi）用工程塑料 PA66 等材質。由（yóu）於螺母（mǔ）采用工程塑料，所以製造成（chéng）本和難度大大降低，效率實現成倍提高，同時（shí）縮（suō）短了工期，提高了（le）企業競爭力（lì）。而且螺（luó）母的互換性（xìng）較強，也方便整機（設（shè）備）的後期維護。

對於載荷不大、精度要求不高、公稱直徑在50mm 以下（xià）的傳動類絲杠，甚至重複定位（wèi）要求（qiú）不（bú）高的（de）絲杠副來說，螺母完全可以采用工程塑料，如 PA66 或尼龍 66 的材（cái）質等。這種（zhǒng）設計理念（niàn）的推（tuī）廣應用（yòng）也是加快推廣綠色製造（zào）理念的一種措施。

6、試驗案例

工程塑料（liào）螺母在軌道交通（tōng）中地鐵門係統和交通安全門係統的傳動領域應用已經（jīng）較為（wéi）普遍，但在其他領域（yù）應用還不多，例如 : 木工機械、化工機械、電（diàn）工設備和儀器（qì）儀表等行業。下一步要在這些領域中大力推廣這種設計理念。

我（wǒ）公司做過的地鐵門（mén）係統中傳動機構采用的冷軋多頭大導程絲杠副，其絲杠為冷軋，螺母采用工程塑料 PA66。對 1 件左右旋 9 個頭的冷軋大導程（chéng）絲杠副（fù）進行試驗，其每一（yī）側的載荷為60kg，共計 120kg。1min 往複 “跑（pǎo）合（hé）” 11.5 次，螺母 “跑合” 長度 750mm。在絲杠牙形表麵粗糙度值 Ra ＝ 1.6μm 的情況下，其 PA66 大導程螺母 “跑合” 了 150 萬次（見圖 7），仍然可（kě）以繼續正常使用，絲杠兩側磨損也很小。

圖 7　“跑合”了 150 萬次以後的多（duō）頭冷軋絲杠副

7、結（jié）束語

綜上所述，綠色製（zhì）造理念貫穿著整個機械製造行業。隻要對功（gōng）能部件的力學性能和功能需求有充分（fèn）的了解，就可以大膽（dǎn）選用冷（lěng）軋絲杠和工程塑料這種組合（hé）的絲杠副，來作為傳（chuán）動機構。這樣可（kě）以大（dà）大降低成本，減弱對環境的影響，同（tóng）時，還能夠滿（mǎn）足其部件的功能需求，盡量避免大材小用，功能過（guò）剩。

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