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注塑機耐磨螺桿技術(shù)
最近更新時間：2013-7-18
提 供 商：舟山博源塑料機械制造有限公司資料大小：0K
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當代注塑/生產(chǎn)商在注塑化合物中添加越來越多的礦物添加劑和玻璃纖維以改進材料特性。這些混合物對塑化組分的耐磨性能產(chǎn)生了重大要求。一種新型螺桿系統(tǒng)可以大大提高其抗磨損性能。
一般使用塑化組分來加工標準塑料，主要采用滲氮或滲硼硬化表面。當需要增加更高含量的填充物時，則使用含量更高的合金工具鋼，真空硬化可提供更長的使用壽命。在此背景下，EngelAustriaGmbH公司于2000年推出了“Marathon（馬拉松）”螺桿系統(tǒng)，雖然其對機械影響更敏感，但是可提供的硬金屬耐磨損性能。
奧地利注塑機制造商材料中心對所選的注塑機進行了為期兩年的項目開發(fā)及廣泛試驗后，研發(fā)出一種商標名為“EngelOnyx”的硬金屬鍍層，并已對其提出申請（圖1）。這種新系統(tǒng)可以根據(jù)需要改進鍍層韌度和附著力，還可將這些特性提升300%。同時，在試驗中，還可在水平本已*的粉末冶金鋼解決方案中提高產(chǎn)品的耐磨性能。自2009年4月以來，Onyx螺桿的供貨直徑范圍可達25至70毫米。
潛在的開裂傾向
在加工填充物含量高的高性能塑料時，采用硬質(zhì)金屬鍍層塑化螺桿的使用壽命更長（圖2）。同時，硬金屬鍍層還可提供所需的耐磨性能；以下鋼材可以支撐機械負載，此外，它的韌度高，對于沖擊的承受力很高。
圖2.與我們所熟悉的硬質(zhì)螺紋表面不同，這種新型螺桿的整個傳送道（包括螺紋）
被厚度僅有十分之幾毫米的硬金屬鍍層保護
雖然理論上看似清晰簡單，但是實際操作證明技術(shù)難度很大，因為鋼芯和硬金屬鍍層具有的材料特性不同。與鋼不同，硬金屬的韌性低，不能*鋼的彈性變形要求，因此它可能會開裂。硬金屬的另一個特性是在鋼元件上的附著性差，這就存在鍍層剝落的風(fēng)險。局部應(yīng)變或機械損壞所產(chǎn)生的裂紋會導(dǎo)致這種剝落現(xiàn)象出現(xiàn)。Engel材料技術(shù)開發(fā)的目的是提高硬金屬/鋼的附著力，以及硬金屬在實際應(yīng)用中的耐磨損性能。
當矩陣的硬度與碳含量及其類型相匹配時，可產(chǎn)生硬度和碳含量zui高的低缺陷鍍層，硬金屬的耐磨性達到*（圖3）。鍍層中的缺陷，如孔隙、裂紋和非金屬物質(zhì)（如氧化物或殘渣）等是磨損的薄弱點，磨損由此而生。因此，若要保證長期的使用壽命，則需將制造工藝減至zui低并盡量避免這些缺陷。開發(fā)用于塑化螺桿的新型防磨損系統(tǒng)可以達到該要求。
圖3.與其它材料（例如粉末冶金鋼）相比，Onyx系統(tǒng)的耐磨性至少可翻倍
熱性粒子束生成均勻鍍層
只有平直和無應(yīng)力的桿材料才可用于螺桿生產(chǎn)。通過銑削或旋轉(zhuǎn)加工可使桿具有結(jié)實的螺桿輪廓。但是，若削減大量體積則會暴露內(nèi)部應(yīng)力。只有通過反復(fù)淬火和拉直才能制造出幾乎*平直的無應(yīng)力螺桿坯料。
然后將螺桿坯料置入涂敷機中，并點燃燃燒器。為消除所有的殘余濕氣，將燃燒器沿著縱軸在坯料表面移動數(shù)次，接著粉末才會被激活。在燃燒器中，硬金屬粉末被加熱至大約1,200℃，且被加速至音速或超音速（300米/秒至2,000米/秒）。部分液化微粒以這一高速沖擊表面并鍵入粗糙表面。熱的粉末噴射很難被聚集—沖擊表面的直徑約為10毫米至20毫米。由于螺桿坯料具有復(fù)雜的三維幾何形狀且在90°的入射角度時涂敷zui有效，因此需要傾斜燃燒器。
在充分的微粒速度下，即使粒子束邊緣的入射角度略微偏離90°，也可進行低微孔的涂敷。熾熱的粉末微粒被快速從1,200℃淬火至大約150℃，由此產(chǎn)生的體積縮小使鍍層具有拉伸應(yīng)力。較高動能的后續(xù)微粒遇到這種情況會在沖擊和聚積壓縮應(yīng)力下造成鍍層塑性變形。在30至60個行程中將高度均勻的鍍層涂敷到整個螺桿輪廓上—螺紋棱面、螺紋側(cè)面、從螺紋過渡至根部的半徑面以及螺桿根部直徑面。
將鍍層置于惰性氣體或真空烤爐內(nèi)加工。為了防止翹曲或旋轉(zhuǎn)，將螺桿懸掛起來。整個涂敷的螺桿/坯料被慢慢地均勻加熱；其產(chǎn)生的溫度間隔較小，zui低程度降低了熱應(yīng)力。加熱將立方體結(jié)構(gòu)的鐵酸鹽轉(zhuǎn)化為立方體面心的奧氏體—鍍層仍未改變。在停留期間，處于熱動態(tài)極不均勻狀態(tài)的鍍層合金元素將均衡擴散。
基底材料的邊界層也發(fā)生了變化，增加了其附著力。在保持時間之后，鋼在多個階段被冷卻。冷卻速率大大影響螺桿基底材料的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化和屬性。如果冷卻太慢，鐵酸鹽的結(jié)構(gòu)將會極軟，那么聚合物塑化期間注塑機內(nèi)的機械特性則不足以承受注塑壓力和扭力。快速冷卻會導(dǎo)致基底材料的長度發(fā)生變化，同時基底材料和鍍層之間會產(chǎn)生強大的熱應(yīng)力。這樣會導(dǎo)致鍍層開裂及螺桿翹曲。
設(shè)置所需的鋼材性能
在階段性冷卻工藝中恰當?shù)馗淖兝鋮s速率可以從源頭上避免這些錯誤，還可以優(yōu)化鍍層和基底材料特性，使得制造的螺桿幾乎沒有裂紋或翹曲。由于受到冷卻控制，螺桿在拉直的過程中受到限制，因為其大部分需保持直度。后續(xù)400℃至650℃（取決于所使用的基底材料）的單一或重復(fù)的熱處理及淬火設(shè)置了所需的鋼材特性。然后對螺桿進行加工，以形成塑化所需的表面韌度—對外徑進行圓形打磨，對螺紋輪廓打磨并對螺紋的進料口和出口進行成型和拋光。
鍍層的主要特征是改進了螺桿的耐用性。這一結(jié)果被車間操作或?qū)⑵渥鳛閭浼贿\輸時所進行的模擬機械影響的“落錘撞擊實驗”確認。與其它鍍層相比，其出現(xiàn)*個裂紋時下降能量將增加300%（圖4）。
圖4.在表面出現(xiàn)*個裂紋時Onyx鍍層的下落高度
（下落能量）比HVOF涂層螺桿高幾倍
另外，通過熱處理可以大幅提高附著力。雖然HVOF（高速氧燃料）標準鍍層的附著力為90MPa至110MPa之間，但是，Onyx鍍層可以達到250MPa至350Mpa（圖5）。這一測量數(shù)值的提高大大降低了鍍層開裂和剝落的風(fēng)險。
圖5.新鍍層的附著力比標準HVOF鍍層的附著力大約高300%
長期穩(wěn)定的操作范圍
結(jié)合了韌性基底材料和高度耐磨鍍層的材料引起了人們極大的興趣，因為它可以量身定制其中的某個局部，使用壽命更長。由于螺桿通道的形狀很均勻，塑化螺桿的新型防磨損系統(tǒng)可以確保長期穩(wěn)定的操作，即使是加工填充物含量較高的聚合物。