国内塑机螺杆制造技术的现状和发展趋势

我国塑料机械行业螺杆制造技术的现状-发展史
在塑料机械中用到螺杆的主要是注塑机和挤出机。注塑机基本上是单螺杆，挤出机以单螺杆为主，近年发展了双螺杆，晨光化工研究院还研制了四螺杆挤出机，但产量很少。改革开放20年来，家电、建材、汽车、文具、玩具等行业突飞猛进，家庭作坊式私营企业也发展迅速，因此注塑机行业高速发展，仅浙江宁波地区就有33家注塑机厂，全国60余家。挤出机行业发展稳健，至今骨干厂也就5～6家。

-企业
☆注塑机行业主要的企业有：
·大连橡胶塑料机械厂
·无锡塑料机械厂·宁波塑料机械总厂
·震德塑料机械有限公司
·东华塑料机械有限公司
·宁波海天机械有限公司

其中海天公司是一家民营企业，据介绍1998年销售注塑机3000台，销售额5亿元。
☆挤出机行业主要的企业有：
·江苏科亚化工装备有限公司
·上海挤出机厂
·武汉塑料机械厂
·山东塑料机械厂
·甘肃化工机械厂
·晨光化工研究院塑料机械研究所

-产品
我国现在生产合模力1t～3000t注塑机，螺杆直径φ20～200mm的单、双螺杆挤出机。注塑机的全国年产量约15000台，挤出机的全国年产量约2000台。我国目前还不能生产精密型注塑机。

-材料和制造技术
螺杆材料国内一般采用38CrMoAl4、40Cr5、45#钢，并用盐浴液体、气体、离子氮化，其硬度值达Hv1000～1100(HRc65～72)，但因氮化层深度只有0.5mm，磨损后芯部硬度只有Hv280，因此螺杆寿命很短。近年来采用镀硬铬(易脱层)、表面喷涂(碳化钨)，头部采用高速钢、莱氏体铬钢(X220CrMoY121,HRc60～62，Hv700～800)等提高其耐用度。制造技术普遍是热轧料→铣削(旋风铣、靠模铣、青海第二机床厂的SB6332、SK6332A半自动或数控螺纹铣床)→氮化或高频淬硬→砂带抛光。螺杆成品尺寸几何精度低，使用寿命短，砂带抛光现场环境污染严重等，是行业内普遍存在的严重问题。

-专业化协作
塑料机械行业有许多螺杆专业厂，例如浙江舟山地区就有金海机械公司等50多家螺杆制造厂。目前存在的问题是设备简陋、制造技术落后，螺杆质量低劣，寿命短。同时螺杆机筒制造精度也低、质量差、寿命短。这些都严重制约了我国高精度注塑机和挤出机的发展。

我国螺杆制造技术的发展趋势
空压机螺杆和制冷压缩机螺杆其使用中的介质和工况有差别，但材质、热处理、尺寸、型线设计等有许多相似之处，因此台湾的复盛公司和汉钟精机公司都是横跨空压机和制冷机两个行业，西方许多公司也是如此。目前国内许多制冷空调厂家都明确表示螺杆制冷压缩机要选用，但不自制，立足外购。因为需要形成螺杆制冷压缩机的成批生产能力，需要3000万元投资，这对许多厂都是不经济的。我国已经有10家空压机厂和8家制冷机厂(含台湾复盛、汉钟精机)具备螺杆成批生产能力。

纵观美、日、德、英、意等国有名气的螺杆压缩机制造公司，每国也就3～7家，因此我们不应再盲目增加螺杆压缩机制造厂家的数量，而应提高螺杆设计制造质量；扩展品种、规格；扩大产量、降低成本和售价三方面狠下工夫。提高制造技术的关键是采用新材料、新工艺、新设备。但任何机械产品都受到产品成本和市场的制约，因而不应脱离国情盲目地提倡全行业都采用世界第一流的工艺和设备。

塑料机械螺杆我国塑料机械工业是从轻工、化工等行业的机械厂发展起来的，因此与传统的机械厂有差距，一般设备条件较差，工艺落后。作者对国内的一些注塑机、挤出机厂作了生产现场调研，认为普遍存在下列工艺、质量问题：

☆螺杆
·直接选用热轧棒料作毛坯，几乎没有一家工厂采用经过锻打的圆料毛坯，因而热轧棒料的晶粒粗大和纵向纤维等所有缺陷全部保留到螺杆的成品中，造成螺杆淬火时变形无规律和成品使用中变形，寿命低。
·螺杆淬火后，采用压力机校正弯曲变形，其后再无精加工工序，机械校正后螺杆内残留的内应力必然在200～300℃的工作温度下释放出来，造成螺杆重新弯曲，工作时螺杆在机筒内'刮磨'甚至'扫膛'(振动)，恶化了工况，并使螺杆一机筒付加速磨损。
·螺杆铣削淬硬后采用砂带抛光，既不能保证螺杆的形状及尺寸精度，又严重污染生产环境，劳动条件恶劣，这是目前机械行业中少有的落后工艺。
·螺杆工序之间和成品存放过程中，几乎没有一家工厂采用吊装。这种L/D=12～35的细长杆工件应该采用吊装存放，是机械工厂的常规，这种人为造成的螺杆弯曲，必然明显降低螺杆的制造和使用质量。
·螺杆内在质量和尺寸形状精度没有有效的检测手段：对热处理的金相分析、硬度和精加工后的尺寸形状精度，几乎没有一家工厂有严格的检测手段和分析报告。由于存在上述五个方面问题，因此全行业的螺杆内在质量和尺寸形状精度与设计图纸对比合格率很低。

☆拉杆
拉杆是注塑机中受拉压交变应力最严重的零件，而拉杆从轴端螺纹处断裂事件几乎是所有注塑机厂都发生过的质量事故。究其原因除装配中因模板位置调整误差造成四根拉杆偏载的因素外，主要是拉杆的螺纹加工工艺落后和螺纹精度失控造成的。拉杆采用42CrMo、40Cr、38CrMoAl等材料，要求调质硬度HB280～290，但目前国内注塑机拉杆螺纹几乎都采用硬质合金刀片焊接车刀车削加工，由于刀片在铜焊时红硬性降低，为保证车削效率而要求拉杆调质硬度低于HB270，造成拉杆抗疲劳强度明显降低。因此为了杜绝拉杆断裂事件，必须确保调质硬度HB280～290，在精车螺纹时采用精度较高的机夹可转位硬质合金螺纹刀片，并在精车后追加槽底滚压加工。

☆模板
·模板铸件外协，其内在成份、质量没有可靠保证，一般进厂也无严格检验，因此其成品耐磨性及内在缺陷都无法控制。
·即使采用加工中心，但许多厂的加工中心没有用双频激光干涉仪定期检查各个数控座标轴的精度。加工后对模板的全部面、孔、形位公差没有检测手段和仪器。因此模板的机械加工质量失控，必然造成注塑机装配中的质量问题。

☆机架
·注塑机和挤出机的机架结构单薄，全部采用型钢焊接结构。焊接后几乎没有一家工厂采用任何消除焊接应力的有效措施。这样经机械加工再进行装配和投入使用，机架的变形必然严重影响这二类塑料机械的工作性能。
·模板在机架上的滑动导轨(钢架上焊的钢块)没有采用淬硬工艺，很少采用刮花工艺，也没有见到强制润滑的油槽，这样在注塑机使用中磨损是很严重的。注塑机的模板和机架导轨，可以从机床导轨的设计制造经验中吸取不少有益的东西。

以上四大零件的设计制造缺陷几乎在全行业中都普遍存在，只有个别厂在采取一些零星的措施，例如海天公司1999年引进了英国Matrix公司5m螺纹磨床，并开始采用可转位螺纹刀片，震德厂也采用了可转位螺纹刀片。

-螺杆制造技术的发展趋势
·对于直径较大的螺杆在锻造工艺允许的条件下，尽量采用锻造毛坯(我国螺杆直径标准：D=10，45，65，90，120，150，200，250，300mm)。
·螺杆在加工工序之间和成品存放过程中一律采用吊装方式。
·螺杆的典型工艺今后应该是：锻坯→车削→粗铣(采用青海第二机床厂的SB6332、SK6332A半自动或数控螺纹铣床、意大利Saporiti公司的螺杆铣床)→热处理(淬火)→外圆磨削→数控螺杆磨削(采用瑞士Reishauer公司的RG系列螺纹磨床、英国Matrix公司螺纹磨床，德国Karstens公司的螺纹磨床、意大利SU公司的螺纹磨床和汉江机床厂的SK7432、SK7450数控螺纹磨床。视各厂螺杆的精度、结构特点、产量和经济实力而定)→布轮抛光(设备采用普通数控车床)。
·取消砂带抛光，采用布轮抛光可以改善生产环境，并保证不破坏精磨后的螺杆尺寸、形状精度，更进一步降低螺杆表面粗糙度，增加螺杆使用寿命。
·热处理后应仔细检查金相组织及硬度分布。螺杆精度后应有专门设计的螺杆动态精度检验仪全面检查螺杆的尺寸和形状精度。采用三座标测量机的静态检查是不全面、不科学的。
·目前遍布全国的众多塑机螺杆专业厂大都设备简陋、产品质量低劣，应进行大力整顿、改造。原机械部滚珠丝杠专业厂(例如南京工艺装备厂、江江机床厂昆山分厂等)如能利用现有设备和技术生产塑机螺杆，将会大大缩短我国精密塑料机械的研制进程。

-螺杆的质量检测和性能测试
·压缩机、工业泵、塑料机械中的螺杆全部为回转体，因此其尺寸和形状精度应该在回转状态(动态)中进行检测。过去由于量仪开发落后于工业产品开发，因此国外也是用三座标测量机检测的。现在国内外都开发了数控测量中心(例如德国Klingelnberg公司的PNC65、Mahr公司的Primar测量仪，国内的双频激光动态丝杠测量仪、数控齿轮测量中心等)，可使螺杆在回转状态下，测量全部尺寸、型线等的几何形状精度。即使是螺杆成型铣刀的刀口曲线也可快捷方便的测出。因此原有一些机械靠模、光学或三座标测量仪静态测量的方式和仪器应作根本性的改变。
·螺杆热处理内在质量的检测普遍未予重视，应强调对螺杆内在质量(金相组织、硬度、机械性能等)的检测和控制。
·螺杆付啮合精度的检测(间隙及其均匀性、回转精度等)，过去没有适用的仪器。现在国内成都工具研究所已开发了螺杆付精度检查仪，可以高精度自动检测、记录螺杆付的回转精度及其间隙的均匀性
·压缩机、工业泵螺杆付的寿命、振动测试和塑机螺杆付的压力、料温、功率消耗、寿命等性能测试，过去普遍未予重视。设有螺杆付性能测试室的工厂极少。这些产品性能测试工作只在国内少数大学和研究所的实际室里才有。今后螺杆专业厂和行业骨干厂应逐渐增设螺杆付产品性能测试室或实验室。国外的一些大公司是很重视产品性能测试的，在这方面应投入大量资金和人力，以保证产品不断更新换代。