專利名稱：一種滾珠絲杠副插管型不銹鋼反向器的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于滾動功能部件關(guān)鍵元件的制備技術(shù)領(lǐng)域，特別提供了一種制備滾珠絲杠副插管型不銹鋼反向器(又稱滾珠絲杠副不銹鋼導(dǎo)珠管)的方法，實現(xiàn)了低成本、高性能滾珠絲杠副插管型不銹鋼反向器的制備。
背景技術(shù)：
滾珠絲杠副是由滾珠絲杠、滾珠螺母和滾珠等組成的滾動功能部件，是數(shù)控機床和各類自動化機械的重要組成部分。它可以將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變成直線運動，或者將直線運動轉(zhuǎn)變成旋轉(zhuǎn)運動。欲實現(xiàn)滾珠絲杠副在規(guī)定行程范圍內(nèi)完成精密定位和動力傳遞，其首要條件是使?jié)L珠在螺紋滾道內(nèi)產(chǎn)生周而復(fù)始的循環(huán)滾動。而作為滾珠絲杠副關(guān)鍵元件的反向器，其功能就是引導(dǎo)滾珠反向，完成循環(huán)滾動。反向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和質(zhì)量對滾珠絲杠副的運轉(zhuǎn)流暢性、靈活性、摩擦特性、高速時的振動和噪音產(chǎn)生直接的影響。在高速和高載的工況下，反向器工作的可靠性是滾珠絲杠副產(chǎn)品可靠性的最關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。
滾珠絲杠副對反向器的5項基本要求是(1)能完成靈活流暢的反向。避免滾珠在反向時出現(xiàn)“卡珠”等現(xiàn)象，把反向回流過程中的摩擦、沖擊降低到最小；(2)可靠性高。在高溫、低溫、高速、高載和沖擊載荷條件下能正常工作；(3)反向器外形尺寸適中。使?jié)L珠螺母主機上占用的空間少，結(jié)構(gòu)緊湊；(4)在滿足反向流暢性的前提下，承載滾珠的比例盡可能大。或者說，在反向通道中擁有的非點載滾珠宜少不宜多；(5)反向裝置的制造工藝性好，有優(yōu)良的互換性，方便安裝。迄今為止，世界各國的滾珠絲杠副產(chǎn)品中，使用得最多的反向器是插管型反向器、內(nèi)循環(huán)反向器和端塊式反向器三種。
由于插管型外循環(huán)滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計容易，因此是我國應(yīng)用面較寬的一種產(chǎn)品，在我國的相關(guān)中小型企業(yè)中得到廣泛使用。插管型反向器(導(dǎo)珠管)除了需要滿足上述5項基本要求外，還應(yīng)該滿足以下要求(1)導(dǎo)珠管的壁后要盡可能后；(2)拐彎部分的不圓度誤差應(yīng)盡可能小；(3)管舌的抗沖擊強度要高；(4)管內(nèi)表面的粗糙度應(yīng)與螺紋滾道的粗糙度基本一致；(5)導(dǎo)珠管理想的工作狀態(tài)是三維相切型。目前，導(dǎo)珠管都是以無縫鋼管為材料，采用傳統(tǒng)彎管技術(shù)制成的。然而，采用彎管技術(shù)制備的導(dǎo)珠管難以滿足滾珠絲杠副對導(dǎo)珠管的要求，這是因為彎管工藝存在以下局限性(1)受金屬塑性變形和彈性變形的制約，管壁不能太厚，否則難以成形；(2)在彎管過程中，由于拐彎部分的外弧受拉壓力，內(nèi)弧受壓應(yīng)力，導(dǎo)致導(dǎo)珠管的壁后不均勻。在承受載荷的外弧部分管壁變薄，而管的內(nèi)弧部分應(yīng)壓應(yīng)力常常出現(xiàn)擠壓皺紋，同時拐彎部分的圓度降低，影響滾珠的通過。
本發(fā)明采用粉末注射成形工藝制備導(dǎo)珠管。粉末注射成形技術(shù)作為一種先進的近終成形技術(shù)，不僅能制備出組織均勻、力學性能好的材料。同時，由于粉末注射成形是一種近終成形工藝，還可直接制備出形狀復(fù)雜的導(dǎo)珠管產(chǎn)品，即采用粉末注射成形工藝可直接制備出性能優(yōu)異、形狀復(fù)雜、尺寸精度高的近終形導(dǎo)珠管產(chǎn)品，具有成本低、效率高、應(yīng)用廣等諸多優(yōu)點。采用粉末注射成形工藝制備導(dǎo)珠管完全克服了傳統(tǒng)彎管工藝的弊端，從而大大改善了插管型外循環(huán)滾珠絲杠副的流暢性，提高了工作的可靠性，并降低了高速時的噪音，因而使這種類型滾珠絲杠副的產(chǎn)品價值得到極大提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種滾珠絲杠副插管型不銹鋼反向器的制備方法，完全克服傳統(tǒng)彎管工藝的弊端，從而大大改善導(dǎo)珠管的性能，使這類滾珠絲杠副的產(chǎn)品價值得到極大提高。實現(xiàn)低成本、高性能滾珠絲杠副不銹鋼導(dǎo)珠管的制備。
本發(fā)明采用粉末注射成形工藝制備滾珠絲杠副不銹鋼導(dǎo)珠管。具體實現(xiàn)方法為首先以聚碳酸酯(PC)為原料，通過注塑成形制備出外形與導(dǎo)珠管內(nèi)孔一致的塑料件作為粉末注射成形導(dǎo)珠管模具的嵌件。然后將所選用的不銹鋼粉末與所配制的粘結(jié)劑在混煉機上于110℃～130℃溫度下混煉1.5～2小時后成為均勻的喂料，粉末裝載量為56～66體積％。喂料經(jīng)制粒后在注射成形機上通過裝有塑料嵌件的導(dǎo)珠管模具于130～150℃溫度、90～110MPa壓力下注射成形，得到帶有塑料嵌件的導(dǎo)珠管成形坯。然后將所得的導(dǎo)珠管成形坯浸泡在二氯甲烷和三氯乙烯混合溶劑中直到塑料嵌件完全溶解而得到無嵌件的導(dǎo)珠管成形坯。無嵌件的導(dǎo)珠管成形坯經(jīng)過熱脫脂后，在700～900℃溫度下預(yù)燒結(jié)。最后將導(dǎo)珠管預(yù)燒坯置于燒結(jié)爐中于1350～1370℃溫度、氫氣氣氛保護下進行燒結(jié)，得到合格的不銹鋼導(dǎo)珠管產(chǎn)品。工藝流程如圖1所示。
本發(fā)明所配制的粘結(jié)劑為多聚合物組元石蠟基(PW)粘結(jié)劑，以高密度聚乙烯(HDPE)、乙烯-醋酸乙烯脂共聚物(EVA)作為增塑劑，以硬脂酸(SA)為表面活性劑，各組元重量百分比為PW∶HDPE∶EVA∶SA＝(70～80)∶(10～15)∶(5～10)∶(0～5)。
所選用的不銹鋼粉末的粒徑為3～20μm。
喂料制粒后在注射成形機上成形，在注射成形機上成形溫度為130～150℃、壓力為90～110MPa，預(yù)燒結(jié)溫度為700～900℃，預(yù)燒結(jié)時間為0.5～1小時。。
由于將金屬粉末與多聚合物組元石蠟基(PW)粘結(jié)劑混合成均勻的喂料，喂料經(jīng)制粒后在注射成形機上注射成形得到反向器成形坯，因此，成形坯密度均勻。同時喂料可重復(fù)利用，材料利用率達到100％。導(dǎo)珠管成形坯經(jīng)脫脂、預(yù)燒結(jié)和最終燒結(jié)后得到尺寸精度高、不需要任何后處理的導(dǎo)珠管產(chǎn)品。另外，所得導(dǎo)珠管組織和性能均勻，產(chǎn)品的尺寸和性能一致性好，且可大批量生產(chǎn)，成本低。
與傳統(tǒng)彎管技術(shù)相比，采用粉末注射成形技術(shù)制造的導(dǎo)珠管主要具有以下優(yōu)勢(1)導(dǎo)珠管內(nèi)孔各區(qū)段孔徑相同，拐彎段的園度誤差大大縮小，從而改善了滾珠的流暢性；(2)導(dǎo)珠管的壁厚可按需加厚，從而提高了導(dǎo)珠管的工作強度和使用壽命；(3)導(dǎo)珠管管孔平滑，內(nèi)表面粗糙度遠遠優(yōu)于采用彎管技術(shù)所制造導(dǎo)珠管的粗糙度，內(nèi)孔無需再進行清理等后序工藝；(4)整個導(dǎo)珠管是一次成形，因此不僅可省去管舌的機械加工，同時管舌質(zhì)量也得到大幅度提高；
(3)對于三維型導(dǎo)珠管(與螺母滾道相切對接)，采用粉末注射成形技術(shù)也很容易實現(xiàn)一次成形，技術(shù)優(yōu)勢更加明顯。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實施例方式
實施例1不銹鋼粉末的平均粒徑為4μm，粘結(jié)劑采用多聚合物組元石蠟基粘結(jié)劑，其各組元重量百分比為PW∶HDPE∶EVA∶SA＝79∶13∶8∶0。將該粘結(jié)劑在混煉機上于130℃溫度下混煉1.5小時后與不銹鋼粉末在混煉機上于110℃溫度下混煉2小時，粉末裝載量為56體積％。制粒后通過裝有塑料嵌件的導(dǎo)珠管模具在注射機上注射成形，注射溫度為140℃，注射壓力為100MPa，模溫為30℃。將所得導(dǎo)珠管成形坯在二氯甲烷和三氯乙烯混合溶劑中進行塑料嵌件的溶解和脫脂，溶液溫度為40℃。將無嵌件的導(dǎo)珠管成形坯在氫氣保護下的熱脫脂爐中升溫至200℃保溫1小時，再升溫至380℃保溫1小時，繼續(xù)升溫到500℃保溫2小時以完全脫除粘結(jié)劑。將脫脂后的不銹鋼成形坯繼續(xù)升溫至700℃，并保溫1小時進行預(yù)燒結(jié)，得到導(dǎo)珠管預(yù)燒坯。最后將反向器預(yù)燒坯置于燒結(jié)爐中于1355℃溫度、氫氣氣氛保護下燒結(jié)2小時，即得導(dǎo)珠管產(chǎn)品。
實施例2不銹鋼粉末的平均粒徑為10μm，粘結(jié)劑采用多聚合物組元石蠟基粘結(jié)劑，其各組元重量百分比為PW∶HDPE∶EVA∶SA＝70∶15∶10∶5。將該粘結(jié)劑在混煉機上于130℃溫度下混煉1.5小時后與不銹鋼粉末在混煉機上于110℃溫度下混煉2小時，粉末裝載量為60體積％。制粒后通過裝有塑料嵌件的導(dǎo)珠管模具在注射機上注射成形，注射溫度為140℃，注射壓力為90MPa，模溫為30℃。將所得導(dǎo)珠管成形坯在二氯甲烷和三氯乙烯混合溶劑中進行塑料嵌件的溶解和脫脂，溶液溫度為40℃。將無嵌件的導(dǎo)珠管成形坯在氫氣保護下的熱脫脂爐中升溫至200℃保溫1小時，再升溫至380℃保溫1小時，繼續(xù)升溫到500℃保溫2小時以完全脫除粘結(jié)劑。將脫脂后的導(dǎo)珠管成形坯繼續(xù)升溫至700℃，并保溫1小時進行預(yù)燒結(jié)，得到導(dǎo)珠管預(yù)燒坯。最后將導(dǎo)珠管預(yù)燒坯置于燒結(jié)爐中于1355℃溫度、氫氣氣氛保護下燒結(jié)2小時，即得導(dǎo)珠管產(chǎn)品。
實施例3不銹鋼粉末的平均粒徑為10μm，粘結(jié)劑采用多聚合物組元石蠟基粘結(jié)劑，其各組元重量百分比為PW∶HDPE∶EVA∶SA＝75∶15∶5∶5。將該粘結(jié)劑在混煉機上于130℃溫度下混煉1.5小時后與不銹鋼粉末在混煉機上于130℃溫度下混煉1.5小時，粉末裝載量為62體積％。制粒后通過裝有塑料嵌件的導(dǎo)珠管模具在注射機上注射成形，注射溫度為140℃，注射壓力為100MPa，模溫為30℃。將所得導(dǎo)珠管成形坯在二氯甲烷和三氯乙烯混合溶劑中進行塑料嵌件的溶解和脫脂，溶液溫度為40℃。將無嵌件的導(dǎo)珠管成形坯在氫氣保護下的熱脫脂爐中升溫至200℃保溫1小時，再升溫至380℃保溫1小時，繼續(xù)升溫到500℃保溫2小時以完全脫除粘結(jié)劑。將脫脂后的導(dǎo)珠管成形坯繼續(xù)升溫至900℃，并保溫0.5小時進行預(yù)燒結(jié)，得到導(dǎo)珠管預(yù)燒坯。最后將導(dǎo)珠管預(yù)燒坯置于燒結(jié)爐中于1360℃溫度、氫氣氣氛保護下燒結(jié)2小時，即得導(dǎo)珠管產(chǎn)品。
實施例4不銹鋼粉末的平均粒徑為18μm，粘結(jié)劑采用多聚合物組元石蠟基粘結(jié)劑，其各組元重量百分比為PW∶HDPE∶EVA∶SA＝75∶10∶10∶5。將該粘結(jié)劑在混煉機上于130℃溫度下混煉1.5小時后與不銹鋼粉末在混煉機上于130℃溫度下混煉1.5小時，粉末裝載量為62體積％。制粒后通過裝有塑料嵌件的導(dǎo)珠管模具在注射機上注射成形，注射溫度為130℃，注射壓力為110MPa，模溫為30℃。將所得導(dǎo)珠管成形坯在二氯甲烷和三氯乙烯混合溶劑中進行塑料嵌件的溶解和脫脂，溶液溫度為40℃。將無嵌件的導(dǎo)珠管成形坯在氫氣保護下的熱脫脂爐中升溫至200℃保溫1小時，再升溫至400℃保溫1小時，繼續(xù)升溫到520℃保溫2小時以完全脫除粘結(jié)劑。將脫脂后的導(dǎo)珠管成形坯繼續(xù)升溫至700℃，并保溫1小時進行預(yù)燒結(jié)，得到導(dǎo)珠管預(yù)燒坯。最后將導(dǎo)珠管預(yù)燒坯置于燒結(jié)爐中于1360℃溫度、氫氣氣氛保護下燒結(jié)2小時，即得導(dǎo)珠管產(chǎn)品。
實施例5不銹鋼粉末的平均粒徑為10μm，粘結(jié)劑采用多聚合物組元石蠟基粘結(jié)劑，其各組元重量百分比為PW∶HDPE∶EVA∶SA＝74∶15∶8∶3。將該粘結(jié)劑在混煉機上于130℃溫度下混煉1.5小時后與不銹鋼粉末在混煉機上于120℃溫度下混煉2小時，粉末裝載量為65體積％。制粒后通過裝有塑料嵌件的導(dǎo)珠管模具在注射機上注射成形，注射溫度為150℃，注射壓力為90MPa，模溫為30℃。將所得導(dǎo)珠管成形坯在二氯甲烷和三氯乙烯混合溶劑中進行塑料嵌件的溶解和脫脂，溶液溫度為40℃。將無嵌件的導(dǎo)珠管成形坯在氫氣保護下的熱脫脂爐中升溫至200℃保溫1小時，再升溫至420℃保溫1小時，繼續(xù)升溫到540℃保溫2小時以完全脫除粘結(jié)劑。將脫脂后的導(dǎo)珠管成形坯繼續(xù)升溫至800℃，并保溫1小時進行預(yù)燒結(jié)，得到導(dǎo)珠管預(yù)燒坯。最后將導(dǎo)珠管預(yù)燒坯置于燒結(jié)爐中于1370℃溫度、氫氣氣氛保護下燒結(jié)1.5小時，即得導(dǎo)珠管產(chǎn)品。
實施例6不銹鋼粉末的平均粒徑為10μm，粘結(jié)劑采用多聚合物組元石蠟基粘結(jié)劑，其各組元重量百分比為PW∶HDPE∶EVA∶SA＝75∶10∶10∶5。將該粘結(jié)劑在混煉機上于130℃溫度下混煉1.5小時后與不銹鋼粉末在混煉機上于130℃溫度下混煉1.5小時，粉末裝載量為65體積％。制粒后通過裝有塑料嵌件的導(dǎo)珠管模具在注射機上注射成形，注射溫度為150℃，注射壓力為100MPa，模溫為30℃。將所得導(dǎo)珠管成形坯在二氯甲烷和三氯乙烯混合溶劑中進行塑料嵌件的溶解和脫脂，溶液溫度為40℃。將無嵌件的導(dǎo)珠管成形坯在氫氣保護下的熱脫脂爐中升溫至200℃保溫1小時，再升溫至400℃保溫1小時，繼續(xù)升溫到520℃保溫2小時以完全脫除粘結(jié)劑。將脫脂后的導(dǎo)珠管成形坯繼續(xù)升溫至850℃，并保溫1小時進行預(yù)燒結(jié)，得到導(dǎo)珠管預(yù)燒坯。最后將導(dǎo)珠管預(yù)燒坯置于燒結(jié)爐中于1370℃溫度、氫氣氣氛保護下燒結(jié)1.5小時，即得導(dǎo)珠管產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種滾珠絲杠副插管型不銹鋼反向器的制備方法，其特征在于工藝為以聚碳酸酯為原料，通過注塑成形機制備出外形與導(dǎo)珠管內(nèi)孔一致的塑料件作為粉末注射成形導(dǎo)珠管模具的嵌件；然后將所選用的不銹鋼粉末與所配制的粘結(jié)劑在混煉機上于110℃～130℃溫度下混煉1.5～2小時后成為均勻的喂料，粉末裝載量為56～66體積％；喂料經(jīng)制粒后在注射成形機上通過裝有塑料嵌件的導(dǎo)珠管模具于130～150℃溫度、90～110MPa壓力下注射成形，得到帶有塑料嵌件的導(dǎo)珠管成形坯；然后將所得的導(dǎo)珠管成形坯浸泡在二氯甲烷和三氯乙烯混合溶劑中直到塑料嵌件完全溶解而得到無嵌件的導(dǎo)珠管成形坯；嵌件的導(dǎo)珠管成形坯經(jīng)過熱脫脂后，在700～900℃溫度下預(yù)燒結(jié)，預(yù)燒結(jié)時間為0.5～1小時，最后將導(dǎo)珠管預(yù)燒坯置于燒結(jié)爐中于1350～1370℃溫度、氫氣氣氛保護下進行燒結(jié)，得到合格的不銹鋼導(dǎo)珠管產(chǎn)品。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于不銹鋼粉末的粒徑為3～20μm。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所配制的粘結(jié)劑為多聚合物組元石蠟基粘結(jié)劑，以高密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯脂共聚物作為增塑劑，以硬脂酸為表面活性劑，各組元重量百分比為多聚合物組元石蠟基∶高密度聚乙烯∶乙烯-醋酸乙烯脂共聚物∶硬脂酸＝(70～80)∶(10～15)∶(5～10)∶(0～5)。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于成形坯熱脫脂工藝為首先升溫至200℃保溫1小時，然后再升溫至380～420℃保溫1小時，最后升溫到500～540℃保溫2小時。
全文摘要
一種滾珠絲杠副插管型不銹鋼反向器的制備方法，屬于滾動功能部件關(guān)鍵元件的制備技術(shù)領(lǐng)域。是以聚碳酸酯為原料，通過注塑成形機制備出外形與導(dǎo)珠管內(nèi)孔一致的塑料件作為粉末注射成形導(dǎo)珠管模具的嵌件。然后將所選用的不銹鋼粉末與所配制的粘結(jié)劑按照一定的比例混合成均勻的喂料，得到帶有塑料嵌件的導(dǎo)珠管成形坯。然后將所得的導(dǎo)珠管成形坯浸泡在二氯甲烷和三氯乙烯混合溶劑中直到塑料嵌件完全溶解而得到無嵌件的導(dǎo)珠管成形坯。無嵌件的導(dǎo)珠管成形坯經(jīng)過熱脫脂后，預(yù)燒結(jié)。最后將導(dǎo)珠管預(yù)燒坯置于燒結(jié)爐中于1350～1370℃溫度、氫氣氣氛保護下進行燒結(jié)，得到合格的不銹鋼導(dǎo)珠管產(chǎn)品。優(yōu)點在于，大大改善導(dǎo)珠管的性能，實現(xiàn)了滾珠絲杠副不銹鋼導(dǎo)珠管的近終形、低成本和批量化生產(chǎn)。
文檔編號B22F3/22GK101049634SQ20071009890
公開日2007年10月10日 申請日期2007年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月29日
發(fā)明者何新波, 曲選輝, 劉憲銀, 胡榮遠, 黃祖堯, 任淑彬, 段柏華, 湯春峰 申請人:北京科技大學