Vägledning för val av bollskruvsstege för sprutpressar | YOSO

När man specificerar kulscrew för helt elektriska injekteringssprutningsmaskiner är ett av de mest avgörande besluten också ett av de vanligaste som överlookas: skruvsteg stegen – avståndet som muttern färdas per en enda varv av skruvaxeln – bestämmer direkt sambandet mellan motorns varvtal, linjär hastighet och tryckkraft.

Välj för fin stege, och maskinen kan inte uppnå de krävda injekteringshastigheterna. Välj för grov stege, och du förlorar tryckkraft och positionsupplösning. Att göra rätt innebär att maskinen uppfyller alla prestandamål; att göra fel innebär kompromisser när det gäller hastighet, kraft eller noggrannhet.

Den här guiden förklarar hur spindellutning för kuglageraxlar fungerar, vilka avvägningar som är involverade och hur man väljer den optimala lutningen för varje axel i en injektionsformningsmaskin.

Vad är spindellutning för kuglageraxlar?

De led för en kuglageraxel är den linjära sträckan som muttern förflyttas vid en fullständig 360°-rotation av axelskruven. Den mäts i millimeter per varv (mm/varv).

Vanliga lutningsstorlekar för injektionsformningsapplikationer inkluderar:

• Fina lutningar : 5 mm, 6 mm, 8 mm, 10 mm/varv
• Mellanlutningar : 16 mm, 20 mm, 25 mm/varv
• Höga lutningar : 32 mm, 40 mm, 50 mm/varv
• Extremt höga steg : 63 mm, 80 mm, 100 mm/varv

Viktigt: Steg ≠ delning Delning är avståndet mellan två intilliggande gångar. För skruvar med en gång är steget lika med delningen. För skruvar med flera gångar (tvågångs-, fyrögångs- etc.) är steget = delning × antal gångar. Kuglskruvar med högt steg är nästan alltid utformade med flera gångar för att bibehålla lämplig kulkomstorlek och bärförmåga.

Den grundläggande avvägningen: Hastighet mot kraft

Steg hos kuglskruvar skapar en omvänd relation mellan linjär hastighet och kraft, styrd av grundläggande mekaniska principer:

Linjär hastighet = Skruvvarvtal × Steg

• Om man dubblar steget dubblas linjär hastighet vid samma varvtal
• Exempel: 1 500 varv/min × 10 mm steg = 15 m/min; 1 500 varv/min × 20 mm steg = 30 m/min

Kraft = Vridmoment × 2π / Steg × Verkningsgrad

• Om gångjärnslängden fördubblas halveras tryckkraften vid samma vridmoment
• Exempel: 10 Nm vridmoment × 2π / 0,01 m × 90 % verkningsgrad = ca 5 650 N; med 20 mm gångjärnslängd → ca 2 825 N

Detta är den centrala avvägningen:

• Fin gångjärnslängd → hög tryckkraft, låg hastighet, hög positionsupplösning
• Hög gångjärnslängd → låg tryckkraft, hög hastighet, lägre positionsupplösning

Uppgiften för konstruktören är att hitta den gångjärnslängd som uppfyller både kravet på hastighet OCH kravet på tryckkraft, givet den tillgängliga motorns vridmoment.

Val av gångjärnslängd för sprutpressaxlar

Varje axel i en sprutpress har olika krav på hastighet och kraft, så varje axel kräver en annan strategi för gångjärnslängd.

1. Spännaxel

Rekommenderat: Fin till medelstort steg (10–20 mm/varv)

Spännaxeln kräver maximal tryckkraft och måttlig hastighet. Stängkraften för formen kan variera från 50 kN på små maskiner till över 5 000 kN på stora maskiner med hög tonnage.

Varför fin till medelstort steg:

• Hög mekanisk fördel genererar enorm spännkraft från en rimlig motormoment
• Hastigheten är acceptabel – spännhubbarna är relativt långsamma operationer
• Fin upplösning möjliggör exakt formskydd (lågtrycksstängning) i positionering

Typiska exempel:

• Liten maskin (50–100 T): 16 mm steg, Ø40 mm skruv
• Medium maskin (200–350 T): 20 mm steg, Ø50–63 mm skruv
• Stor maskin (500 T+): 16–20 mm steg, Ø80–100 mm skruv (ofta dubbel-skruvkonstruktion)

Viktig faktor: Spännaxlar använder vanligtvis skruvar med störst diameter och finast gängstigning i förhållande till axelns storlek, vilket maximerar tryckkraften.

2. Injektionsaxel

Rekommenderat: Medelhög gängstigning (20–40 mm/varv)

Injektionsaxeln kräver både hög hastighet (för snabb fyllning av tunnväggiga delar) och betydande kraft (för packning och hålltryck). Detta är den mest utmanande axeln vid val av gängstigning, eftersom den sträcker sig över hela hastighets-/kraftspektrumet.

Anledningen till medelhög gängstigning:

• Måste uppnå injektionshastigheter på 100–300 mm/s för tunnväggiga delar och förpackningsapplikationer
• Måste även generera 50–200 kN injektkraft för packning
• Medelgängstigning ger bästa balans mellan dessa två krav

Typiska exempel:

• Allmän användning (100–200 ton): 20–25 mm gängstigning, skruv med diameter 40–50 mm
• Höghastighetsförpackning: 32–40 mm gängstigning, skruv med diameter 50–63 mm
• Precision/optisk: 16–20 mm gång, Ø32–40 mm skruv (prioriterar upplösning framför hastighet)

Viktig faktor: För höghastighetsinjektion är ofta gången den begränsande faktorn för maximal injektionshastighet. Om den krävda hastigheten överstiger vad en standardgång kan leverera vid motorns maximala varvtal krävs en skruv med större gång – men endast om motorn har tillräckligt med vridmoment för att bibehålla injektkraften vid den aktuella gången.

3. Utmatningsaxel

Rekommenderad: Medelgång (10–20 mm/varv)

Utkast kräver måttlig hastighet och relativt låg kraft jämfört med stängning eller injektion.

Varför medelgång:

• Utkastkrafterna är vanligtvis 5–20 % av stängningskraften
• Hastighet är viktig för cykeltiden, men inte lika kritisk som injektionshastigheten
• Tillräckligt fin upplösning för precist positionerande av utkaststiftar

Typiska exempel:

• Liten maskin: 10 mm gång, Ø20–25 mm skruv
• Mediummaskin: 16 mm gång, Ø32–40 mm skruv
• Stor maskin: 20 mm gång, skruv med diameter 40–50 mm

4. Injektionsenhetens transversalrörelse / Munstycksberöring

Rekommenderat: Medelhög till hög gång (20–32 mm/varv)

Düsningskontakt är en axel med låg kraft och måttlig hastighet. Högre gång fungerar bra här eftersom kraftkraven är minimala.

Varför högre gång:

• Lågt kraftkrav innebär att mekanisk fördel inte är avgörande
• Snabbare förflyttning minskar cykeltiden
• Grovere upplösning är acceptabel för düsningskontakt

Hur man beräknar rätt gång

Processen för att välja gång innebär att kontrollera både hastighets- och kraftkrav mot den tillgängliga motorn.

Steg 1: Bestäm erforderlig linjär hastighet Beräkna den maximala linjära hastigheten som axeln måste uppnå:

• Injektionsaxel: injektionshastighet (mm/s) × 60 = mm/min
• Klamaxel: formstängningshastighet (mm/s) × 60 = mm/min

Steg 2: Beräkna erforderlig skruvvarvtal (RPM) RPM = Erforderlig linjär hastighet (mm/min) ÷ gång (mm/varv)

Kontrollera att detta RPM ligger inom motorns nominella varvtal SAMT skruvens kritiska varvtal och DN-värde.

Steg 3: Beräkna erforderlig motormoment Moment (Nm) = Tryckkraft (N) × gång (m/varv) ÷ (2π × verkningsgrad)

Där verkningsgraden vanligtvis är 0,85–0,95 för kulscrewar.

Kontrollera att detta moment ligger inom motorns kontinuerliga och toppmomentvärden.

Steg 4: Verifiera positionsupplösningen Minsta stegvis rörelse = Steglängd ÷ (Motorens inkodarupplösning × Översättningsförhållandet)

Se till att detta är finare än den krävda positionsnoggrannheten för applikationen.

Flerräggade skruvar: Hög steglängd utan att offra lastkapacitet

Ett vanligt missförstånd är att skruvar med hög steglängd har lägre lastkapacitet. Detta är inte nödvändigtvis sant tack vare flerräggad skruvdesign .

Enkelräggad vs flerräggad:

• Enkelräggad : En kontinuerlig gänga. Steglängd = gångavstånd.
• tvåräggad : Två parallella gängor. Steglängd = 2 × gängsteg.
• fyra-start : Fyra parallella gängor. Steglängd = 4 × gängsteg.

Multistartskruvar uppnår hög steglängd samtidigt som gängsteget (avståndet mellan intilliggande gängor) hålls rimligt. Det innebär att:

• Kulstorlek förblir densamma → bärförmågan förblir densamma
• Mutterstorlek förblir densamma → utbytbarhet bibehålls
• Endast steglängden ändras → hastighetskapaciteten ökar

Till exempel finns en skruv med diameter 40 mm i följande utföranden:

• 40-5 (enkelstart, 5 mm steglängd) — hög kraft, låg hastighet
• 40-10 (tvåstart, 10 mm steglängd) — medelkraft, medelhastighet
• 40-20 (4-start, 20 mm steg) — lägre kraft, hög hastighet

Alla använder samma kulkomstorlek och har liknande dynamiska lastkapaciteter, men versionen med 20 mm steg ger 4× högre linjär hastighet vid samma varvtal.

DN-värdet: Den dolda begränsningen

Vid val av steg för höghastighetsapplikationer måste du även kontrollera DN-värdet — produkten av skruvdiametern (D, mm) och rotationshastigheten (N, rpm). DN är ett mått på hur snabbt kulorna rör sig inuti muttern, och det har en maximal gräns som bestäms av skruvens konstruktion och smörjning.

DN-värdet: Den dolda begränsningen

Vid val av steg för höghastighetsapplikationer måste du även kontrollera DN-värdet — produkten av skruvdiametern (D, mm) och rotationshastigheten (N, rpm). DN är ett mått på hur snabbt kulorna rör sig inuti muttern, och det har en maximal gräns som bestäms av skruvens konstruktion och smörjning.

Typiska DN-gränser:

• Standard precisionsslipade skruvar: ca 70 000–100 000 DN
• Höghastighetsoptimerade skruvar: ca 120 000–160 000 DN
• Ultra-höghastighets specialkonstruktioner: upp till 220 000 DN

Varför detta är viktigt för val av gångskruvstege: Om du behöver 30 m/min linjär hastighet med en gångskruvstege på 10 mm krävs det 3 000 varv/min. För en skruv med diameter 40 mm blir DN-värdet 40 × 3 000 = 120 000 – vilket kan överstiga skruvens angivna gräns.

Med en gångskruvstege på 20 mm krävs endast 1 500 varv/min för samma linjära hastighet på 30 m/min. DN-värdet blir då 40 × 1 500 = 60 000 – väl inom tillåten gräns.

Nyckelinblick: Gångskruvar med högre stege kör vid lägre varvtal för samma linjära hastighet, vilket minskar DN-värdet och förlänger driftslivslängden. Detta är en huvudsaklig anledning till att gångskruvar med hög stege föredras för höghastighetsinjekteringsapplikationer.

Vanliga misstag vid val av gångskruvstege

Misstag 1: Att välja stege utifrån hastighet endast Många ingenjörer dimensionerar stege för att uppnå målhastigheten men glömmer att verifiera tryckkraften. Resultatet blir en maskin som rör sig snabbt men inte kan generera tillräckligt med injekterings- eller stängkraft. Kontrollera alltid både hastighet OCH kraft.

Misstag 2: Att välja för stor stege "bara för säkerhets skull" En större stege än nödvändigt innebär:

• Lägre mekanisk fördel → större och dyrare motor krävs
• Grovere positionsupplösning → kan inte uppfylla kraven på precision
• Högre tröghet reflekterad till motorn → utmaningar vid justering

Misstag 3: Att ignorera kritisk hastighet Långa skruvar med hög gång kan drivas över kritisk hastighet vid maximal varvtal, vilket orsakar farlig vibration. Beräkna alltid kritisk hastighet för vald diameter, längd och upplagskonfiguration.

Misstag 4: Att glömma accelerationen Sprutpressaxlar accelererar och decelererar snabbt. Det vridmoment som krävs för acceleration adderas till det vridmoment som krävs för tryckkraften. Om gången är för fin kan motorn sakna tillräckligt vridmoment för snabb acceleration, även om stationär kraft är tillräcklig.

Snabbreferenstabell för gångval

tabell

Aksen	Typiskt gångområde	Skruvdiameterintervall	PRIORITY
Klämning	10–20 mm/varv	ø40–100 mm	Tryckkraft > hastighet
Insprutning (allmänt)	20–25 mm/varv	ø32–50 mm	Balanserad hastighet och kraft
Insprutning (hög hastighet)	32–40 mm/varv	ø40–63 mm	Hastighet > kraft
Insprutning (precision)	16–20 mm/varv	ø32–40 mm	Upplösning > hastighet
Utkastare	10–20 mm/varv	ø20–50 mm	Balanserad
Noskontakt	20–32 mm/varv	ø20–32 mm	Hastighet > kraft

Slutsats

Kulskruvens gång är en grundläggande parameter som formar prestandakarakteristiken för varje axel på en helt elektrisk sprutpress. Den är den hävstång som växlar mellan hastighet och kraft – och att hitta rätt balans är avgörande.

Viktiga punkter:

• Spännaxlar : Fin gång för maximal tryckkraft
• Sprutaxlar : Mellanliggande gång för balanserad hastighet och kraft; stor gång för tunnväggiga/höghastighetsmaskiner
• Utkastningsaxlar : Medelstora ledningar för måttlig hastighet och kraft
• Flänsdesign med flera startpunkter uppnår hög ledning utan att offra lastkapacitet
• DN-värdet föredrar ofta högre ledningar för höghastighetsapplikationer (lägre varvtal = lägre DN)

Genom noggrann anpassning av ledningen till varje axels specifika krav på hastighet, kraft och precision kan maskinbyggare och ingenjörer som utför ombyggnader optimera prestandan, minimera motorstorlek och kostnad samt maximera livslängden för kuglskruven.