CN108927637A

CN108927637A - 一种无油水润空气压缩机的螺杆制造工艺

Info

Publication number: CN108927637A
Application number: CN201810739320.7A
Authority: CN
Inventors: 林添生; 邱才玉
Original assignee: DONGGUAN SHANTIAN PRECISION MACHINERY Co Ltd
Current assignee: DONGGUAN SHANTIAN PRECISION MACHINERY Co Ltd
Priority date: 2018-07-06
Filing date: 2018-07-06
Publication date: 2018-12-04

Abstract

本发明公开了一种无油水润空气压缩机的螺杆制造工艺，涉及空气压缩机螺杆领域，包括如下步骤：锯取圆柱型螺杆胚料，中孔粗铣，中孔精铣以及360度空间变位对螺旋片粗铣、螺旋片精铣、螺旋片粗磨、螺旋片精磨。本发明采用空间变位的圆柱铣刀对螺杆、螺旋片同一齿面母线进行反复切削，可实现螺杆螺旋片齿面的变位圆柱包络型线，在星轮齿面与螺杆螺旋片齿面的一个啮合周期内，星轮齿面型线能与螺杆螺旋片齿面型线完全接触，采用空间变位圆柱铣削完成这种型线的螺杆螺旋片齿面加工，这样设计的螺杆与星轮型线可以保证星轮齿面能完美地与螺杆螺旋片齿面滑动啮合，从而可以实现星轮和螺杆零磨损、密封性好，其加工步骤简单、加工精度高。

Description

一种无油水润空气压缩机的螺杆制造工艺

技术领域

本发明属于机械技术领域，涉及空气压缩机螺杆，特别涉及一种无油水润空气压缩机的螺杆制造工艺。

背景技术

空气压缩机是一种用以压缩气体的设备，在工业生产中将大气加压成为高压气体，应用领域广泛。

空气压缩机主要包括螺杆和内部为空腔的外壳等，在螺杆的两侧对称的设有一对与螺杆相啮合的星轮。这样形成两个完全轴对称的封闭压缩腔，处于上述两个封闭压缩腔内的空气受压，从而排出高压气体。但是现有的大部分空气压缩机采用油液实现冷却、润滑及密封，这样对于医药、食品、电子、尖端技术领域等要求严格无油的场合，此类空气压缩机就不符合使用要求，因此为了解决空气压缩机油污染空气的问题，无油水润空气压缩机应运而生。

现有技术中，常常因水润空气压缩机的螺杆加工精度要求非常高而无法满足实际使用需求，具体原因如下：一、星轮啮合齿面上沿径向只有一条棱线与螺杆齿槽侧壁滑动啮合，十分易于磨损，机器的容积效率降低较快；二、多圆柱等长度铣削包络的单螺杆压缩机转子齿面在与对应的星轮齿面啮合中，当星轮齿后侧脱离螺杆齿槽的过程中，会形成很大的泄露三角形，造成排气过程中的气体泄露大幅增加；三、螺杆在密闭压缩腔内伴随高压空气，螺杆长期工作，不仅要耐磨损，并且需要受高压和高扭矩，同时也有压缩腔的刮磨，而一般加工方法很难达到要求；四、螺杆刚性差，在加工中极易变形，使加工出来的螺杆误差大，极易因切削力及重力的作用发生弯曲变形，产生振动，从而影响螺杆的加工精度和表面粗糙度；五、螺杆的加工需专门设计成型刀具，并在专用的螺杆加工机床上实现，生产效率低，且对于机床的自身精度具有依赖性，标准化程度较低，而对于螺杆加工机床来说，较多的依赖进口，设备较为昂贵，成本高，较为严重的阻碍螺杆的广泛应用；六、现有螺杆加工在铣削曲面时，常用球头刀采用行切法进行加工，此加工方式每次沿直线加工，刀位点计算简单，程序少，但是加工精度较低，不能完全符合空气压缩机对封闭空间的要求，极易造成漏气。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种加工步骤简单、加工精度高、螺杆硬度高且保证星轮齿面能完美地与螺杆螺旋片的齿面滑动啮合，从而可以实现星轮和螺杆的零磨损、密封性好的无油水润空气压缩机的螺杆制造工艺。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种无油水润空气压缩机的螺杆制造工艺，包括如下步骤：

S1、将合金棒材料锯成圆柱型螺杆胚料，螺杆胚料的高度为10-30cm，直径为10-30cm；

S2、中孔粗铣，该步骤根据实际尺寸留加工余量在3-4mm；

S3、中孔精铣，该步骤根据实际尺寸先留加工余量0.6mm，在精铣至实际尺寸；

S4、螺旋片粗铣，该步骤采用360度空间变位铣切方式在螺杆胚料上粗铣出螺旋片，并保留加工余量在5-7mm；

S5、螺旋片精铣，该步骤采用360度空间变位的圆柱铣刀逐一对螺杆的同一螺旋片齿面母线进行反复切削；

S6、螺旋片粗磨，该步骤采用360度空间变位对螺旋片进行粗磨，根据实际尺寸留加工余量0.2-0.4mm；

S7、螺旋片精磨，该步骤采用360度空间变位对螺旋片进行精磨至螺旋片光滑且符合规定的实际尺寸。

作为对本发明的进一步阐述：

优选地，在进行所述S1步骤前，还包括对合金棒材料进行锻造处理的步骤。

优选地，所述S1步骤中螺杆胚料的高度为15-28cm，直径为12-25cm。

优选地，所述步骤2和步骤3采用精密金刚石或立方氮化硼铰刀对所述中孔进行加工。

优选地，所述步骤5中所述的螺旋片齿面母线是与螺杆对应的无油水润空气压缩机的星轮齿面型线上多点包络而成的组合型线。

优选地，还包括对所述螺杆表面进行氮化处理的步骤，所述氮化处理的过程能提高所述螺杆表面硬度和强度。

优选地，所述螺旋片为六片。

优选地，所述合金棒材料为42CrMo合金钢料，所述42CrMo合金钢料的组分按重量百分比如下：C0.35%-0.47%、Si0.25%-0.38%、Mn0.66%-0.90%、Cr0.75%-1.50%、Mo0.22%-0.29%、Al0.01%-0.040%、Ni≤0.030%、P≤0.030%、S≤0.030%，余下为Fe。

本发明的有益效果是：采用空间变位的圆柱铣刀对螺杆、螺旋片同一齿面母线进行反复切削，可实现螺杆螺旋片齿面的变位圆柱包络型线，当空气压缩机工作时，在星轮齿面与螺杆螺旋片齿面的一个啮合周期内，星轮齿面型线能与螺杆螺旋片齿面型线完全接触，即螺杆螺旋片齿面上的一条完整的母线是由星轮齿面型线上多点包络而成的组合型线；采用空间变位圆柱铣削完成这种型线的螺杆螺旋片齿面加工，这样设计的螺杆与星轮型线可以保证星轮齿面能完美地与螺杆螺旋片齿面滑动啮合，从而可以实现星轮和螺杆零磨损、密封性好；前期对合金棒材料进行锻造处理，保证合金棒材料内部紧密，进一步提高螺杆的刚性；后期还包括氮化处理的步骤，能提高螺杆表面硬度和强度，增强其耐摩擦和耐腐蚀性能。

附图说明

图1为本发明的螺杆正面视图。

图2为本发明的螺杆横切面剖视图。

图中：1.螺杆；2.中孔；3.螺旋片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

实施例1：

如图1、2所示，本实施例为一种单螺杆无油水润空气压缩机的螺杆制造工艺，包括如下步骤：

选料：选择42CrMo合金钢料,42CrMo钢属于超高强度钢，具有高强度和韧性，淬透性也较好，无明显的回火脆性，调质处理后有较高的疲劳极限和抗多次冲击能力，低温冲击韧性良好。

所述42CrMo合金钢料其组分按重量百分比如下：C0.35%、Si0.25%、Mn0.66%、Cr0.75%、Mo0.22%、Al0.01%、Ni≤0.030%、P≤0.030%、S≤0.030%，余下为Fe。该钢具有抗拉、抗弯、抗疲劳强度等特点，完全符合本加工工艺对原料的需求。

锻造：利用锻压机械对42CrMo合金钢坯料施加压力，将疏松压实，冷锻使其产生塑性变形圆柱形，冷锻后的合金钢棒体显微组织中铁素体的平均晶粒直径在10μm 以下，保证合金棒体获得优良的金属组织和机械性能。使用冷锻技术对合金钢材料进行加工，可以提高钢材强度、提高合金钢材料利用率和减少能源和工时消耗等优点，经过冷锻加工的锻件具有较好的表面质量。

锯取圆柱型螺杆1胚料：将合金棒材料锯成圆柱型螺杆1胚料，螺杆胚料的高度为10-30cm，直径为10-30cm；优选地，所述螺杆1胚料的高度为15cm，直径为12cm。

中孔2粗铣：该步骤采用精密金刚石或立方氮化硼铰刀进行中孔2粗铣加工，根据实际尺寸留加工余量在3mm；

中孔2精铣，该步骤采用精密金刚石或立方氮化硼铰刀倒角刀对中孔2进行精铣加工，并对中孔2的端面进行铣削，该步骤根据实际尺寸先留加工余量0.6mm，在精铣至实际尺寸；

螺旋片3粗铣：该步骤采用360度空间变位铣切方式在螺杆胚料上粗铣出螺旋片3，并保留加工余量在5mm；该步骤包括能360度自由旋转的空间变位的圆柱铣刀，对圆柱型螺杆胚料进行反复切削，粗铣出这种单螺杆螺旋片3齿面的变位圆柱包络型线；

螺旋片3精铣：该步骤采用360度空间变位的圆柱铣刀逐一对螺杆的同一螺旋片3齿面母线进行反复精铣切削；采用空间变位圆柱铣削完成这种变位圆柱包络型线的螺杆螺旋片3齿面加工；

上述360度空间变位的圆柱铣刀连接有空间变位机，所述空间变位机包括空间变位机底座、空间变位机齿轮回转盘、空间变位机收缩架、空间变位机收缩长臂，所述空间变位机齿轮回转盘固定于空间变位机底座上，空间变位机收缩架与空间变位机齿轮回转盘相接，可绕空间变位机齿轮回转盘实现360°旋转，所述空间变位机收缩长臂的一端与空间变位机收缩架相连；

螺旋片3粗磨：该步骤采用360度空间变位对螺旋片3进行粗磨，根据实际尺寸留加工余量0.2-0.4mm；

螺旋片3精磨：该步骤采用360度空间变位对螺旋片3进行精磨至螺旋片3光滑且符合规定的实际尺寸。

如图1、2所示，上述步骤中所述的螺旋片3齿面母线是与螺杆1对应的无油水润空气压缩机的星轮齿面型线上多点包络而成的组合型线。

本实施例中对螺杆1的加工还包括对对螺杆1表面氮化处理的步骤，所述氮化处理的步骤是在氮化炉中进行气体氮化处理，氮化深度大于0.07mm，该步骤能提高所述螺杆1表面硬度和强度。氮化，是指在一定温度下，在含氮介质中使氮原子渗入模具表层的化学热处理方法。该螺杆1氮化后具有极高的表面硬度和耐磨性，高的疲劳性和高的耐腐蚀性，加热温度低，变形小。本实施例中的氮化过程包括排气、升温、保温、冷却四个过程，具体如下：

清理氮化罐，并对液氨瓶、四通阀、流量计、氨分解测定器、干燥箱、加热炉及温度测控仪表等设备的状态作严格的检查，保证设备良好、管路畅通；在200℃以下进行通氮排气,测出氨分解率,待炉内空气驱尽(氨分解率≤5%)时,升温；在炉温为450～550℃时,控制升温速度,不要太快；保温550℃，2小时；将氮化罐吊入冷却罐内冷却,为防止空气进入使工件表面产生氧化色,应继续通氨直至冷却。

如图2所示，所述螺旋片3为六片。

图2中A部分为360空间变位铣削螺杆螺旋片3的过程示意。

这样设计的螺杆1可以保证单螺杆无油水润空气压缩机工作时星轮齿面（图中未示出）能完美地与螺杆螺旋片3齿面滑动啮合，从而可以实现星轮与螺杆1零磨损和密封性好。此加工步骤简单、加工精度高、螺杆1的硬度高。

实施例2：

所述42CrMo合金钢料其组分按重量百分比如下：C0.47%、Si0.38%、Mn0.90%、Cr1.50%、Mo0.29%、Al0.040%、Ni≤0.030%、P≤0.030%、S≤0.030%，余下为Fe。该钢具有抗拉、抗弯、抗疲劳强度等特点，完全符合本加工工艺对原料的需求。

锯取圆柱型螺杆1胚料：将合金棒材料锯成圆柱型螺杆1胚料，螺杆胚料的高度为10-30cm，直径为10-30cm；优选地，所述螺杆1胚料的高度为28cm，直径为25cm。

中孔2粗铣：该步骤采用精密金刚石或立方氮化硼铰刀进行中孔2粗铣加工，根据实际尺寸留加工余量为4mm；

螺旋片3粗铣：该步骤采用360度空间变位铣切方式在螺杆胚料上粗铣出螺旋片3，并保留加工余量在7mm；该步骤包括能360度自由旋转的空间变位的圆柱铣刀，对圆柱型螺杆胚料进行反复切削，粗铣出这种单螺杆螺旋片3齿面的变位圆柱包络型线；

螺旋片3粗磨：该步骤采用360度空间变位对螺旋片3进行粗磨，根据实际尺寸留加工余量0.4mm；

本实施例中对螺杆1的加工还包括表面氮化处理的步骤，所述氮化处理的步骤是在非活性气体气氛中，一边将所述螺杆1加热至800℃～1000℃，一边对该螺杆1表面以大于或等于82L/分钟的流量喷射氮气，在该螺杆1表面形成硬化氮化层。该步骤能提高所述螺杆1表面硬度和强度，该螺杆1氮化后具有极高的表面硬度和耐磨性，高的疲劳性和高的耐腐蚀性，加热温度低，变形小。

本实施例中螺杆1的表面氮化处理过程为60-120分钟。

如图2所示，所述螺旋片3为六片。

图2中A部分为360空间变位铣削螺杆螺旋片3的过程示意。

以上所述，仅是本发明较佳实施方式，凡是依据本发明的技术方案对以上的实施方式所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种无油水润空气压缩机的螺杆制造工艺，其特征在于：包括如下步骤：

S2、中孔粗铣，该步骤根据实际尺寸留加工余量在3-4mm；

2.根据权利要求1所述的无油水润空气压缩机的螺杆制造工艺，其特征在于：在进行所述S1步骤前，还包括对合金棒材料进行锻造处理的步骤。

3.根据权利要求1所述的无油水润空气压缩机的螺杆制造工艺，其特征在于：所述S1步骤中螺杆胚料的高度为15-28cm，直径为12-25cm。

4.根据权利要求1所述的无油水润空气压缩机的螺杆制造工艺，其特征在于：所述步骤2和步骤3采用精密金刚石或立方氮化硼铰刀对所述中孔进行加工。

5.根据权利要求1所述的无油水润空气压缩机的螺杆制造工艺，其特征在于：所述步骤5中所述的螺旋片齿面母线是与螺杆对应的无油水润空气压缩机的星轮齿面型线上多点包络而成的组合型线。

6.根据权利要求1所述的无油水润空气压缩机的螺杆制造工艺，其特征在于：还包括对所述螺杆表面进行氮化处理的步骤，所述氮化处理的过程能提高所述螺杆表面硬度和强度。

7.根据权利要求1所述的无油水润空气压缩机的螺杆制造工艺，其特征在于：所述螺旋片为六片。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的无油水润空气压缩机的螺杆制造工艺，其特征在于：所述合金棒材料为42CrMo合金钢料，所述42CrMo合金钢料的组分按重量百分比如下：C0.35%-0.47%、Si0.25%-0.38%、Mn0.66%-0.90%、Cr0.75%-1.50%、Mo0.22%-0.29%、Al0.01%-0.040%、Ni≤0.030%、P≤0.030%、S≤0.030%，余下为Fe。