CN101049634A - 一种滚珠丝杠副插管型不锈钢反向器的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种滚珠丝杠副插管型不锈钢反向器的制备方法，属于滚动功能部件关键元件的制备技术领域。是以聚碳酸酯为原料，通过注塑成形机制备出外形与导珠管内孔一致的塑料件作为粉末注射成形导珠管模具的嵌件。然后将所选用的不锈钢粉末与所配制的粘结剂按照一定的比例混合成均匀的喂料，得到带有塑料嵌件的导珠管成形坯。然后将所得的导珠管成形坯浸泡在二氯甲烷和三氯乙烯混合溶剂中直到塑料嵌件完全溶解而得到无嵌件的导珠管成形坯。无嵌件的导珠管成形坯经过热脱脂后，预烧结。最后将导珠管预烧坯置于烧结炉中于1350～1370℃温度、氢气气氛保护下进行烧结，得到合格的不锈钢导珠管产品。优点在于，大大改善导珠管的性能，实现了滚珠丝杠副不锈钢导珠管的近终形、低成本和批量化生产。

Description

一种滚珠丝杠副插管型不锈钢反向器的制备方法

技术领域

本发明属于滚动功能部件关键元件的制备技术领域，特别提供了一种制备滚珠丝杠副插管型不锈钢反向器(又称滚珠丝杠副不锈钢导珠管)的方法，实现了低成本、高性能滚珠丝杠副插管型不锈钢反向器的制备。

背景技术

滚珠丝杠副是由滚珠丝杠、滚珠螺母和滚珠等组成的滚动功能部件，是数控机床和各类自动化机械的重要组成部分。它可以将旋转运动转变成直线运动，或者将直线运动转变成旋转运动。欲实现滚珠丝杠副在规定行程范围内完成精密定位和动力传递，其首要条件是使滚珠在螺纹滚道内产生周而复始的循环滚动。而作为滚珠丝杠副关键元件的反向器，其功能就是引导滚珠反向，完成循环滚动。反向器的结构参数和质量对滚珠丝杠副的运转流畅性、灵活性、摩擦特性、高速时的振动和噪音产生直接的影响。在高速和高载的工况下，反向器工作的可靠性是滚珠丝杠副产品可靠性的最关键环节之一。

滚珠丝杠副对反向器的5项基本要求是：(1)能完成灵活流畅的反向。避免滚珠在反向时出现“卡珠”等现象，把反向回流过程中的摩擦、冲击降低到最小；(2)可靠性高。在高温、低温、高速、高载和冲击载荷条件下能正常工作；(3)反向器外形尺寸适中。使滚珠螺母主机上占用的空间少，结构紧凑；(4)在满足反向流畅性的前提下，承载滚珠的比例尽可能大。或者说，在反向通道中拥有的非点载滚珠宜少不宜多；(5)反向装置的制造工艺性好，有优良的互换性，方便安装。迄今为止，世界各国的滚珠丝杠副产品中，使用得最多的反向器是插管型反向器、内循环反向器和端块式反向器三种。

由于插管型外循环滚珠丝杠副的结构简单，设计容易，因此是我国应用面较宽的一种产品，在我国的相关中小型企业中得到广泛使用。插管型反向器(导珠管)除了需要满足上述5项基本要求外，还应该满足以下要求：(1)导珠管的壁后要尽可能后；(2)拐弯部分的不圆度误差应尽可能小；(3)管舌的抗冲击强度要高；(4)管内表面的粗糙度应与螺纹滚道的粗糙度基本一致；(5)导珠管理想的工作状态是三维相切型。目前，导珠管都是以无缝钢管为材料，采用传统弯管技术制成的。然而，采用弯管技术制备的导珠管难以满足滚珠丝杠副对导珠管的要求，这是因为弯管工艺存在以下局限性：(1)受金属塑性变形和弹性变形的制约，管壁不能太厚，否则难以成形；(2)在弯管过程中，由于拐弯部分的外弧受拉压力，内弧受压应力，导致导珠管的壁后不均匀。在承受载荷的外弧部分管壁变薄，而管的内弧部分应压应力常常出现挤压皱纹，同时拐弯部分的圆度降低，影响滚珠的通过。

本发明采用粉末注射成形工艺制备导珠管。粉末注射成形技术作为一种先进的近终成形技术，不仅能制备出组织均匀、力学性能好的材料。同时，由于粉末注射成形是一种近终成形工艺，还可直接制备出形状复杂的导珠管产品，即采用粉末注射成形工艺可直接制备出性能优异、形状复杂、尺寸精度高的近终形导珠管产品，具有成本低、效率高、应用广等诸多优点。采用粉末注射成形工艺制备导珠管完全克服了传统弯管工艺的弊端，从而大大改善了插管型外循环滚珠丝杠副的流畅性，提高了工作的可靠性，并降低了高速时的噪音，因而使这种类型滚珠丝杠副的产品价值得到极大提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种滚珠丝杠副插管型不锈钢反向器的制备方法，完全克服传统弯管工艺的弊端，从而大大改善导珠管的性能，使这类滚珠丝杠副的产品价值得到极大提高。实现低成本、高性能滚珠丝杠副不锈钢导珠管的制备。

本发明采用粉末注射成形工艺制备滚珠丝杠副不锈钢导珠管。具体实现方法为：首先以聚碳酸酯(PC)为原料，通过注塑成形制备出外形与导珠管内孔一致的塑料件作为粉末注射成形导珠管模具的嵌件。然后将所选用的不锈钢粉末与所配制的粘结剂在混炼机上于110℃～130℃温度下混炼1.5～2小时后成为均匀的喂料，粉末装载量为56～66体积％。喂料经制粒后在注射成形机上通过装有塑料嵌件的导珠管模具于130～150℃温度、90～110MPa压力下注射成形，得到带有塑料嵌件的导珠管成形坯。然后将所得的导珠管成形坯浸泡在二氯甲烷和三氯乙烯混合溶剂中直到塑料嵌件完全溶解而得到无嵌件的导珠管成形坯。无嵌件的导珠管成形坯经过热脱脂后，在700～900℃温度下预烧结。最后将导珠管预烧坯置于烧结炉中于1350～1370℃温度、氢气气氛保护下进行烧结，得到合格的不锈钢导珠管产品。工艺流程如图1所示。

本发明所配制的粘结剂为多聚合物组元石蜡基(PW)粘结剂，以高密度聚乙烯(HDPE)、乙烯-醋酸乙烯脂共聚物(EVA)作为增塑剂，以硬脂酸(SA)为表面活性剂，各组元重量百分比为PW∶HDPE∶EVA∶SA＝(70～80)∶(10～15)∶(5～10)∶(0～5)。

所选用的不锈钢粉末的粒径为3～20μm。

喂料制粒后在注射成形机上成形，在注射成形机上成形温度为130～150℃、压力为90～110MPa，预烧结温度为700～900℃，预烧结时间为0.5～1小时。。

由于将金属粉末与多聚合物组元石蜡基(PW)粘结剂混合成均匀的喂料，喂料经制粒后在注射成形机上注射成形得到反向器成形坯，因此，成形坯密度均匀。同时喂料可重复利用，材料利用率达到100％。导珠管成形坯经脱脂、预烧结和最终烧结后得到尺寸精度高、不需要任何后处理的导珠管产品。另外，所得导珠管组织和性能均匀，产品的尺寸和性能一致性好，且可大批量生产，成本低。

与传统弯管技术相比，采用粉末注射成形技术制造的导珠管主要具有以下优势：

(1)导珠管内孔各区段孔径相同，拐弯段的园度误差大大缩小，从而改善了滚珠的流畅性；

(2)导珠管的壁厚可按需加厚，从而提高了导珠管的工作强度和使用寿命；

(3)导珠管管孔平滑，内表面粗糙度远远优于采用弯管技术所制造导珠管的粗糙度，内孔无需再进行清理等后序工艺；

(4)整个导珠管是一次成形，因此不仅可省去管舌的机械加工，同时管舌质量也得到大幅度提高；

(3)对于三维型导珠管(与螺母滚道相切对接)，采用粉末注射成形技术也很容易实现一次成形，技术优势更加明显。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

实施例1：

不锈钢粉末的平均粒径为4μm，粘结剂采用多聚合物组元石蜡基粘结剂，其各组元重量百分比为PW∶HDPE∶EVA∶SA＝79∶13∶8∶0。将该粘结剂在混炼机上于130℃温度下混炼1.5小时后与不锈钢粉末在混炼机上于110℃温度下混炼2小时，粉末装载量为56体积％。制粒后通过装有塑料嵌件的导珠管模具在注射机上注射成形，注射温度为140℃，注射压力为100MPa，模温为30℃。将所得导珠管成形坯在二氯甲烷和三氯乙烯混合溶剂中进行塑料嵌件的溶解和脱脂，溶液温度为40℃。将无嵌件的导珠管成形坯在氢气保护下的热脱脂炉中升温至200℃保温1小时，再升温至380℃保温1小时，继续升温到500℃保温2小时以完全脱除粘结剂。将脱脂后的不锈钢成形坯继续升温至700℃，并保温1小时进行预烧结，得到导珠管预烧坯。最后将反向器预烧坯置于烧结炉中于1355℃温度、氢气气氛保护下烧结2小时，即得导珠管产品。

实施例2：

不锈钢粉末的平均粒径为10μm，粘结剂采用多聚合物组元石蜡基粘结剂，其各组元重量百分比为PW∶HDPE∶EVA∶SA＝70∶15∶10∶5。将该粘结剂在混炼机上于130℃温度下混炼1.5小时后与不锈钢粉末在混炼机上于110℃温度下混炼2小时，粉末装载量为60体积％。制粒后通过装有塑料嵌件的导珠管模具在注射机上注射成形，注射温度为140℃，注射压力为90MPa，模温为30℃。将所得导珠管成形坯在二氯甲烷和三氯乙烯混合溶剂中进行塑料嵌件的溶解和脱脂，溶液温度为40℃。将无嵌件的导珠管成形坯在氢气保护下的热脱脂炉中升温至200℃保温1小时，再升温至380℃保温1小时，继续升温到500℃保温2小时以完全脱除粘结剂。将脱脂后的导珠管成形坯继续升温至700℃，并保温1小时进行预烧结，得到导珠管预烧坯。最后将导珠管预烧坯置于烧结炉中于1355℃温度、氢气气氛保护下烧结2小时，即得导珠管产品。

实施例3：

不锈钢粉末的平均粒径为10μm，粘结剂采用多聚合物组元石蜡基粘结剂，其各组元重量百分比为PW∶HDPE∶EVA∶SA＝75∶15∶5∶5。将该粘结剂在混炼机上于130℃温度下混炼1.5小时后与不锈钢粉末在混炼机上于130℃温度下混炼1.5小时，粉末装载量为62体积％。制粒后通过装有塑料嵌件的导珠管模具在注射机上注射成形，注射温度为140℃，注射压力为100MPa，模温为30℃。将所得导珠管成形坯在二氯甲烷和三氯乙烯混合溶剂中进行塑料嵌件的溶解和脱脂，溶液温度为40℃。将无嵌件的导珠管成形坯在氢气保护下的热脱脂炉中升温至200℃保温1小时，再升温至380℃保温1小时，继续升温到500℃保温2小时以完全脱除粘结剂。将脱脂后的导珠管成形坯继续升温至900℃，并保温0.5小时进行预烧结，得到导珠管预烧坯。最后将导珠管预烧坯置于烧结炉中于1360℃温度、氢气气氛保护下烧结2小时，即得导珠管产品。

实施例4：

不锈钢粉末的平均粒径为18μm，粘结剂采用多聚合物组元石蜡基粘结剂，其各组元重量百分比为PW∶HDPE∶EVA∶SA＝75∶10∶10∶5。将该粘结剂在混炼机上于130℃温度下混炼1.5小时后与不锈钢粉末在混炼机上于130℃温度下混炼1.5小时，粉末装载量为62体积％。制粒后通过装有塑料嵌件的导珠管模具在注射机上注射成形，注射温度为130℃，注射压力为110MPa，模温为30℃。将所得导珠管成形坯在二氯甲烷和三氯乙烯混合溶剂中进行塑料嵌件的溶解和脱脂，溶液温度为40℃。将无嵌件的导珠管成形坯在氢气保护下的热脱脂炉中升温至200℃保温1小时，再升温至400℃保温1小时，继续升温到520℃保温2小时以完全脱除粘结剂。将脱脂后的导珠管成形坯继续升温至700℃，并保温1小时进行预烧结，得到导珠管预烧坯。最后将导珠管预烧坯置于烧结炉中于1360℃温度、氢气气氛保护下烧结2小时，即得导珠管产品。

实施例5：

不锈钢粉末的平均粒径为10μm，粘结剂采用多聚合物组元石蜡基粘结剂，其各组元重量百分比为PW∶HDPE∶EVA∶SA＝74∶15∶8∶3。将该粘结剂在混炼机上于130℃温度下混炼1.5小时后与不锈钢粉末在混炼机上于120℃温度下混炼2小时，粉末装载量为65体积％。制粒后通过装有塑料嵌件的导珠管模具在注射机上注射成形，注射温度为150℃，注射压力为90MPa，模温为30℃。将所得导珠管成形坯在二氯甲烷和三氯乙烯混合溶剂中进行塑料嵌件的溶解和脱脂，溶液温度为40℃。将无嵌件的导珠管成形坯在氢气保护下的热脱脂炉中升温至200℃保温1小时，再升温至420℃保温1小时，继续升温到540℃保温2小时以完全脱除粘结剂。将脱脂后的导珠管成形坯继续升温至800℃，并保温1小时进行预烧结，得到导珠管预烧坯。最后将导珠管预烧坯置于烧结炉中于1370℃温度、氢气气氛保护下烧结1.5小时，即得导珠管产品。

实施例6：

不锈钢粉末的平均粒径为10μm，粘结剂采用多聚合物组元石蜡基粘结剂，其各组元重量百分比为PW∶HDPE∶EVA∶SA＝75∶10∶10∶5。将该粘结剂在混炼机上于130℃温度下混炼1.5小时后与不锈钢粉末在混炼机上于130℃温度下混炼1.5小时，粉末装载量为65体积％。制粒后通过装有塑料嵌件的导珠管模具在注射机上注射成形，注射温度为150℃，注射压力为100MPa，模温为30℃。将所得导珠管成形坯在二氯甲烷和三氯乙烯混合溶剂中进行塑料嵌件的溶解和脱脂，溶液温度为40℃。将无嵌件的导珠管成形坯在氢气保护下的热脱脂炉中升温至200℃保温1小时，再升温至400℃保温1小时，继续升温到520℃保温2小时以完全脱除粘结剂。将脱脂后的导珠管成形坯继续升温至850℃，并保温1小时进行预烧结，得到导珠管预烧坯。最后将导珠管预烧坯置于烧结炉中于1370℃温度、氢气气氛保护下烧结1.5小时，即得导珠管产品。

Claims (4)

1、一种滚珠丝杠副插管型不锈钢反向器的制备方法，其特征在于：工艺为：以聚碳酸酯为原料，通过注塑成形机制备出外形与导珠管内孔一致的塑料件作为粉末注射成形导珠管模具的嵌件；然后将所选用的不锈钢粉末与所配制的粘结剂在混炼机上于110℃～130℃温度下混炼1.5～2小时后成为均匀的喂料，粉末装载量为56～66体积％；喂料经制粒后在注射成形机上通过装有塑料嵌件的导珠管模具于130～150℃温度、90～110MPa压力下注射成形，得到带有塑料嵌件的导珠管成形坯；然后将所得的导珠管成形坯浸泡在二氯甲烷和三氯乙烯混合溶剂中直到塑料嵌件完全溶解而得到无嵌件的导珠管成形坯；嵌件的导珠管成形坯经过热脱脂后，在700～900℃温度下预烧结，预烧结时间为0.5～1小时，最后将导珠管预烧坯置于烧结炉中于1350～1370℃温度、氢气气氛保护下进行烧结，得到合格的不锈钢导珠管产品。

2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于：不锈钢粉末的粒径为3～20μm。

3、按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所配制的粘结剂为多聚合物组元石蜡基粘结剂，以高密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯脂共聚物作为增塑剂，以硬脂酸为表面活性剂，各组元重量百分比为多聚合物组元石蜡基∶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、按照权利要求1所述的方法，其特征在于：成形坯热脱脂工艺为：首先升温至200℃保温1小时，然后再升温至380～420℃保温1小时，最后升温到500～540℃保温2小时。

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