我国空压机螺杆制造技术的现状和发展趋势

近15年来螺杆在我国空压机、冷冻机、工业泵、塑料机械中应用越来越广泛。制造设备开始引进英国Holroyd公司的2AC、5AC螺旋转子铣床及其配套设备（总数十余台），90年代以来国产螺杆铣床及其配套设备开始供应用户。但我国螺杆空气压缩机、冷冻压缩机、泵、塑料机械不但在设计技术上与国际水平有差距，在制造技术上更加落后，严重制约了我国这四大类机械产品在国际和国内市场上的竞争力。为此应该对我国螺杆制造技术的现状和水平有一个清醒的认识，尽快追踪国际制造技术的发展趋势，使我国螺杆制造技术和产品质量早日达到国际上发达的水平。

我国空压机行业螺杆制造技术的现状-发展史：1934年瑞典教授ALysholm发明非对称齿形的双螺杆压缩机原理，60年代由瑞典SRM公司研制成工业产品，70年代初投入大批量生产。

我国无锡压缩机厂和上海第三压缩机厂（即今上海压缩机厂）于1965年开始研制螺杆式空气压缩机。1970年上海压缩机厂研制成功LX65（φ650）螺杆铣床，这是中国自行研制成功的第一台螺杆铣床，其铣削螺杆的直径在当时世界上处于领先地位，按此原理重新制造的一台铣床至今仍在车间使用。虽然我国螺杆压缩机的研制初期是与国际上同步的，但由于文化大革命的影响，无锡压缩机厂和上海压缩机厂直到1985年分别引进英国Holroyd公司的2AC、5AC螺杆铣床后才形成批量生产，整整比瑞典落后了15年。

企业经过1985年至今的15年发展，我国目前主要有13家压缩机厂可成批制造15～100m3/min的螺杆压缩机。这些工厂包括：·无锡压缩机总厂：是目前我国生产螺杆压缩机批量大、品种全的工厂。拥有2AC铣床一台（1985），5AC铣床二台（1995）及其配套设备。螺杆年生产能力12000对。该厂球墨铸铁螺杆占较大比例。

上海英格索兰压缩机有限公司：由上海压缩机厂与美国英格索兰公司合资。拥有5AC铣床一台（1985），2AC铣床一台（1995）及其配套设备。螺杆年生产能力6000对。该厂螺杆钢件和球墨铸铁件各占一定比例。

南京压缩机有限公司：是近几年投资螺杆制造设备力度大的企业。拥有青海第一机床厂QH2?29半自动螺旋转子铣床一台（1995），德国Klingelnberg公司HNC35SL全数控高精度螺杆磨床一台（1996）及其配套设备。螺杆年生产能力8000对。该厂螺杆主要采用钢件。

柳州富达机械有限公司：该厂拥有意大利SU公司螺杆磨床一台。

江西气体压缩机厂、烟台空压机总厂（烟台兰星压缩机有限公司）、南京三达机械有限公司、北京第一通用机械厂、天津市华北空气压缩机厂、宁波欣达螺杆压缩机有限公司、中山复盛机电有限公司、沈阳空气压缩机厂、大连空气压缩机厂后三家工厂不制造螺杆（中山复盛从台湾复盛进货），采用外协购买。产品由于材料和制造技术的难度尚未突破，因此国内目前全部生产双螺杆压缩机。喷油的由阳转子带动阴转子自啮转动，无油的配有驱动齿轮付带转。除个别厂自制齿轮件，大部分厂齿轮件外协。

材料和制造技术材料少数厂采用球墨铸铁件，多数厂采用35#和45#中炭钢（调质）。

球墨铸铁件：典型的工艺路线是粗铣→精铣→齿面局部硬化。

中炭钢件：有两种工艺路线粗铣→调质→精铣（多数厂）。粗铣→调质→精磨（少数厂）。采用粗精铣工艺的螺杆，其齿形精度只能达到002～004mm，齿面粗糙度Ra16～32μm，而采用粗铣精磨工艺的螺杆，其齿形精度可达到0005mm，齿面粗糙度Ra01～02μm。两种工艺的齿形精度和表面质量差距很大。

专业化协作空压机行业的螺杆，一般由本厂自行制造。采用外协螺杆配装螺杆空压机的既不能形成本厂自有的产品系列，也不能批量供货，因此只有少数厂这样组织生产。但也有个别单位租用青海第二机床厂的螺旋转子铣床组织螺杆生产，其压缩机产量较少。我国冷冻机行业螺杆制造技术的现状-发展史单螺杆压缩机1960年由法国Zimmern发明基本原理，1962年试制出首台样机，1970年后用于冷冻机行业。我国从引进设计制造技术到成批生产双螺杆制冷压缩机的历史只有10年，开发和成批生产的历史，都比空压机行业要短，目前的生产规模也比空压机行业要小。

企业自80年代末我国冷冻机行业开始引进双螺杆制冷压缩机的设计制造技术，至今我国已有9家（台湾2家）企业可成批生产双螺杆开式和半封闭式制冷压缩机。这些企业包括：武汉冷冻机厂、大连冷冻机厂、烟台冷冻机厂。

重庆嘉陵制冷空调设备有限公司：该厂于1993年引进Holroyd公司2AC螺旋转子铣床及其成套设备后，1995年又增加青海第二机床QH2-029螺旋转子铣床一台。螺杆年生产能力2000对。

天津第二冷气机厂、无锡制冷设备厂、上海～冷开利空调设备有限公司：由上海第一冷冻机厂与美国Carrier公司合资（1995年3月）。该公司的螺杆制冷压缩机中，只有螺杆由国外供货，一对30kW冷冻压缩机螺杆（φ110×300）供应价只有300美元，而且齿面是精磨过的。

台湾复盛股份有限公司：该公司在大陆设有复盛实业（上海）有限公司。并在广东中山设有中山复盛机电有限公司。台湾汉钟精机股份有限公司：在大陆设有上海汉钟精机有限公司。产品全部生产双螺杆制冷压缩机。烟台冷冻机厂只生产开式，嘉陵、无锡、复盛、汉钟只生产半封闭式，其余各厂都同时生产开式和半封闭式制冷压缩机。

材料和制造技术材料采用中炭钢或中炭合金钢调质。制造技术都采用粗铣→调质→精铣工艺。目前在制冷压缩机中只有上海～冷开利空调设备有限公司的螺杆是经过精磨的（螺杆从国外进货）。螺杆齿形精度和表面粗糙度的情况与空压机相同。

专业化协作除上述九家企业自制螺杆制冷压缩机外，其他冷冻机厂有需求时，都采购国外或台湾的螺杆制冷压缩机，组装制冷空调设备。我国泵行业螺杆制造技术的现状-发展史单螺杆泵是1932年由法国工程师Moineau发明，并由德国PCM泵公司制成产品。三螺杆泵是1931年由瑞典IMO公司发明并制造的。

我国天津市工业泵厂于60年代初研制成功船用高压小流量三螺杆泵，并扩展为单、双、三螺杆泵专业厂。沈阳水泵厂于60年代中期研制生产双、三螺杆泵，70年代研制成功五螺杆泵。天津工业泵厂于1984年引进德国Allweiler公司的制造技术和英国Holroyd公司的2AC螺杆铣床和配套设备后，我国才开始批量生产螺杆泵。比国外整整落后了20年。

企业经过1984年以来15年的发展，我国目前已有螺杆泵专业厂近30家。主要厂家有：天津市工业泵厂：1984年引进Allweiler公司制造技术、英Holroyd公司2AC螺杆铣床一台及其配套设备，1993年引进德国Bornemann公司技术、奥地利Linsinger公司数控螺杆旋风铣床一台、和2AC桳，5AC螺杆铣床各一台，1998年引进德国Klingelnberg公司HNC35SL全数控高精度螺杆磨床一台。年产单、双、三螺杆泵约6000台。石首水泵厂：1989年引进捷克Sigma公司技术和空心管压制单螺杆泵转子设备。西安远东机械制造公司曲杆泵厂：年产油田用单螺杆泵约600台。其他单螺杆泵厂有：杭州水泵总厂、兰州水泵厂、浙江东阳螺杆泵厂、上海轻工机械技术研究所、靖江化工机械厂、无锡梁中螺杆泵厂、北京石油机械厂、嘉兴石油机械厂、中成机械制造有限公司等。双螺杆泵厂：除天泵和沈泵外，还有江苏淮阴通用机械厂和广州造船厂机械分厂。年产量一般在几百台。三螺杆泵厂：除天泵、沈泵、兰泵外，还有南京工业泵厂、上海水工机械厂。后两家年产量较少。五螺杆泵厂：唯一的生产厂棗沈泵厂将转让生产权给天泵厂。

产品我国单、双、三、五螺杆泵的年产量总计约10000余台，以三螺杆泵产量量大，约占半数以上，其次为单、双螺杆泵。五螺杆泵产量很少。

材料和制造技术螺杆泵转子由于工况恶劣，因此选材比空压机、制冷机的螺杆要好，如选用38CrMoAl、40Cr、20Cr13、16Mn、CrS5的，常需经渗氮硬化（HRc56～60）。也有选用CrNi、CrMo、CrNiMo不锈钢、MnCrS钢等。制造技术一般厂是粗、精铣→氮化。国内只有天津工业泵厂采用粗铣→氮化→精磨工艺。

专业化协作我国泵行业除天泵、沈泵等少数厂外，螺杆生产设备十分简陋，因此亟需建立设备齐全、工艺的螺杆专业制造厂。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05mm，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。压缩机行业目前主要的倾向是先入为主，照搬国外个别公司的现成工艺。英国Holroyd公司是一家历史悠久的螺杆制造及机床公司，据介绍年产螺杆十万付，供应世界各国。该公司顺应世界潮流，近年开发了TG150E和TG350E螺杆磨床。因此我国压缩机螺杆制造技术及生产布点应有以下发展趋势：

用精磨代替精铣铣削能达到的型线精度和表面粗糙度是比较低的，随着设计对螺杆型线尺寸及形状精度要求的提高，精铣已很难达到设计要求。粗糙度也直接影响螺杆付的使用寿命。因此全行业应逐渐过渡到以精磨代替精铣。既然粗铣后还有精磨，粗铣后螺杆型线的尺寸形状精度就不必要求过高，粗铣机床的精度及档次可以减低，因此进口每台高达50～70万美元的螺杆铣床作为粗铣机就没有必要了。目前国内许多厂家采用Holroyd公司的2AC、5AC机床作粗铣机床是十分不经济的。今后发展的典型工艺路线应该是：·粗铣，采用青海第二机床厂的QH2?29、QH2?53螺杆铣床或其他自制铣削设备。·调质或局部硬化处理。·精磨，采用德国Klingelnberg公司的HNC35SL螺杆磨床、英国Holroyd公司的TG150E或TG350E螺杆磨床、意大利SU公司的螺杆磨床、汉江机床厂的螺杆磨床等。视各厂的螺杆精度、产量、经济实力而定。

螺杆空压机厂制造系列制冷压缩机，供应制冷空调设备厂家已有螺杆制冷压缩机成批生产能力的大陆7家工厂，他们不可能向同行供应螺杆制冷压缩机，而我国其他几十家制冷空调设备厂再新增螺杆制冷压缩机的生产能力又是极不经济的，因此唯一的出路是大陆有螺杆压缩机生产能力的10家空压机厂开发系列的螺杆制冷压缩机供应国内需求，否则大量进口国外螺杆制冷压缩机的势头将无法遏制。

工业泵螺杆工业泵用途广泛，介质和工况各异，因此只组织少数工业泵厂生产满足石油、化工、电力、船舶、采矿、食品、医药、环保、橡胶、塑料等众多行业的各种需要是不可能的。因此目前全国30余家螺杆泵厂，虽然有的年产量只有几百台，品种只有几种或几十种，应该说这是市场历史上形成的，也是合理的。但是要求这30余家螺杆泵厂都具备完善的螺杆制造设备和成批生产能力，显然是不经济的。因此我国工业泵螺杆的生产亟需组织专业化生产厂。工业泵螺杆专业厂应配备目前国内外和实用的各类螺杆加工设备，热处理设备和产品质量检测设备，完善的螺杆付试验设备。螺杆设计图纸可以由主机厂提供，也可以由螺杆专业厂在其生产的系列产品中推荐。这样我国的工业泵生产将会走向更迅速的发展道路，大量的进口产品将逐渐由国内产品所取代。这种专业厂可从现有的工业泵厂中转产，也可新建，但一旦成为螺杆专业生产厂后，不应再成批制造工业泵。工业泵的螺杆制造应以精磨取代精铣，工业泵螺杆往往需要淬硬，由于精铣在淬硬前进行，而热后变形只有用精磨才能消除，否则螺杆付的啮合精度很低，泵的性能必然很差，螺杆付的转子寿命也很短。-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。压缩机、泵、塑料机械行业的齿轮和齿轮箱。

应用：无油螺杆压缩机必须采用齿轮传动以控制螺杆付之间保持均匀的侧隙和定比传动。工业泵中也要用到齿轮传动，以保持（双、三、五）螺杆付之间的均匀侧隙和定比传动。注塑机中广泛采用行星齿轮机构以调整四根拉杆与模板之间的相对位置，以保证二块模块并行并同时与水平导轨垂直。挤出机中则必须有齿轮箱驱动螺杆（单、双、四螺杆）并保持双、四螺杆之间的均匀侧隙和定比传动。注塑机中的齿轮是调整件，不是动力齿轮。因此除轮齿等分误差（齿距误差Δfpt和齿距累积误差ΔFp）有严格要求外，齿形误差Δff，齿向误差ΔFβ不必有高的要求，齿轮强度和寿命也无高的要求，因此齿轮采用中炭钢调质，滚切到9～10级精度一般可以满足使用要求。其余齿轮都是传动齿轮，因此齿轮应采用低炭合金纲渗炭淬火，滚制→淬硬→磨削到6级精度，才能满足使用要求。