CN101457335B - 用于制造被覆层的塑化螺杆的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造被覆层的塑化螺杆的方法，该塑化螺杆用于注塑或挤出塑料，其中至少塑化螺杆(1)的磨损表面用金属基的合金(1)覆层，包括如下步骤：至少磨损表面用合金(2)覆层；加热被覆层的塑化螺杆(1)，用于使合金(2)与塑化螺杆(1)熔化；冷却被覆层的塑化螺杆(1)。在熔化时，整个被覆层的磨损表面同时经受在合金(2)的熔化温度之上的温度。

Description

用于制造被覆层的塑化螺杆的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造被覆层的塑化螺杆的方法。
背景技术
由于高的材料应力，例如在注塑方法和挤出方法中输送、压制和熔化塑料情况中，在那里采用的塑化螺杆具有高的磨损并且由此引起地仅具有有限的寿命。寿命的提高通过用金属基的合金对磨损表面覆层而实现，例如在EP 0542631中描述的那样。在那里用于施加基于镍的合金的方法用到塑化螺杆中，该合金包含分散在合金的基体中的金刚石粒子。在此多个加热过程是必需的，其中尤其合金与基材的熔化通过局部的加热作用实现，这会不利地影响在材料复合物中的应力组织并且带来表面附近的马氏体的组织转化的危险。因为另外熔化沿旋转方向在水平的位置中在同时旋转塑化螺杆的情况中实现，所以会预料翘曲，该翘曲导致螺杆的直线度误差并且从而需要校直过程，所述校直过程由于形成裂纹导致层的损坏。
发明内容
本发明的目的是，提出一种方法，该方法允许，塑化螺杆设有高耐磨的覆层，该覆层具有用于基本材料的高的粘附强度并且可以无缺点地或低缺点地制造，其中这种制造要比在现有技术中更快且更简单地实现。
这在按本发明的方法中如下实现，即实现一种用于制造被覆层的塑化螺杆的方法，该塑化螺杆用于注塑或挤出塑料，其中至少塑化螺杆的磨损表面用金属基的合金覆层，包括如下步骤：至少磨损表面用合金覆层；加热被覆层的塑化螺杆，用于使合金与塑化螺杆熔化；冷却被覆层的塑化螺杆；在熔化时整个被覆层的磨损表面同时经受在合金的熔化温度之上的温度。
按本发明的方法也实现，金属基的合金能改善塑化螺杆的磨损问题。通过在塑化螺杆的整个磨损表面上合金与基材的基本上同时的熔化过程，可以避免局部的热输送并且避免在此产生的温度差和应力。热应力的避免允许很大程上无薄弱点的覆层，这又导致寿命的提高。
有利的是，整个被覆层的塑化螺杆同时经受位于合金的熔化温度之上的温度。
有利的是，塑化螺杆在用于熔化的加热期间基本上垂直地支承。
有利的是，塑化螺杆在用于熔化的加热期间不运动。
有利的是，塑化螺杆的覆层通过粉末的喷溅实现，该粉末包括合金。
有利的是，喷溅按塑化螺杆的待喷溅的磨损表面的事先确定的次序实现。
有利的是，在喷溅之前在燃烧器内加热粉末。
有利的是，燃烧器在覆层之前至少一次没有粉末输送地在塑化螺杆的表面上导向，以便去除剩余湿气。
有利的是，通过喷溅粉末而输送的热量以及必要时的冷却确保塑化螺杆的120℃至170℃的表面温度。
优选直的和无应力的钢棒用作为按本发明方法所基于的塑化螺杆的基本材料。优选在此采用具有大于0.3％的碳的较高地合金的钢并且所述合金钢具有较高含量的合金元素铬、钼、钒、钴、硅、锰、铝或镍，它们在其它情况中在冷却时获得较好的淬硬性和淬透性。根据钢的不同情况通过在400℃至600℃的温度中多次回火使脆的马氏释放应力或者转化残余奥氏体。
在其它的过程中铣削或者旋转螺杆轮廓，因此消除材料的内应力。材料的在优选随后的在550℃至650℃中的去应力退火中经常产生的直线度误差进行测量并且必要时通过机械的校直排除。重新的退火又可以排除在此通过微小的塑性变形产生的机械的应力。通过可能的多次退火和校直总体上实现低应力的直的塑化螺杆坯件。
塑化螺杆尤其是其磨损表面必要时可以在真正的覆层过程之前进行清洁并且优选用酒精进行脱脂。为了改善合金在基材上的粘附特性，另外可以设定，通过例如用高纯净的金刚砂或氧化铝的喷砂处理打毛塑化螺杆的磨损表面。
为了施加合金，塑化螺杆张紧到适合的机床中，例如覆层设备的旋转台中。在本发明的一种优选的实施形式中，合金以包含喷射且熔化式粉末(Spray-and-Fuse-Pulver)以及硬相粉末(Hartphasenpulver)的粉末形状在燃烧器内加热到例如1200℃的温度并且加速，使得它们以高的速度碰到塑化螺杆的可能打毛的磨损表面上。在此也可以设定，燃烧器在粉末输送之前为了去除可能存在的剩余湿气在磨损表面上引导并且从而加热所述磨损表面。每次喷射通行在此施加大约5μm至20μm的层厚。因为塑化螺杆具有复杂的几何形状，所以可以优化待喷溅的表面的次序以及喷溅方向。最后在这种次序的多次通行中整个合金施加到塑化螺杆上，例如在EP 0801690B2中描述。
冲击的合金粒子的足够的速度在此确保，当在射束的边缘区域内不存在优化的冲击角时，也产生无气孔的层。通过合金粒子的冲击束，热量输送至塑化螺杆，这导致表面温度的提高。在此可以设定，借助于冷却装置例如借助于空气冷却来确保120℃至170℃的塑化螺杆的恒定的表面温度。过小的温度会导致湿气问题，相反过高的温度会导致在层与基本材料之间的应力并且随后会导致在覆层之后在冷却时形成裂纹。在具有优选0.3mm至0.5mm的厚度的尽可能均匀的层涂到塑化螺杆的整个轮廓上之后，该塑化螺杆可以冷却到室温并且紧接着进行测量和记录。
层与基材的熔化通过在炉子例如保护气体炉子或者真空炉子内的加热实现，因此机械的连接转变成冶金的连接。优选地在此整个塑化螺杆加热并且在此在本发明方法的一种尤其优选的实施形式中悬挂地支承和不运动。因此避免螺杆的翘曲以及旋转运动。为了保证一方面沿着塑化螺杆的纵轴线、另一方面在塑化螺杆的外径与核心之间的内部中尽可能的均匀的温度分布并且为了避免大的温度差，被覆层的塑化螺杆可以按预定的加热曲线加热。在此可以设定，加热首先尽可能均匀地实现并且在真正的熔化过程之前为了使温度均匀化塑化螺杆优选30分钟经受950℃的温度。之后塑化螺杆又加热到1000℃至1150℃的已经事先确定的熔化温度。可理解的是，温度上升时间、温度停留时间和熔化温度取决于基材或合金的质量和材料、例如喷射且熔化式粉末的合金含量和硬相的组分。在此对于每个合金混合物得到优化的熔化温度，该熔化温度例如可以借助于试样系列确定。
在较大的尺寸时为使温度分布均匀化而在优选30分钟以上的保持时间之后，实现加热的塑化螺杆的冷却。在此在本发明方法的一种尤其优选的实施形式中设定，冷却可以按事先确定的冷却曲线在优选多个级中实现。在熔体中在凝固熔化的合金期间进行的输送过程的凝固速度确定组织精细度，该组织精细度对于层的硬度具有重要的影响。其它的冷却速度也明显对层硬度并且从而层的耐磨性和断裂延伸率有影响以及也对塑化螺杆的基本材料的组织转化和特性有影响。过慢的冷却在此导致软的铁氧的组织，该组织在塑化在注塑机内的塑料时不能经受高的注塑压力和转矩。另外过快的冷却导致在基本材料与覆层之间的大的热应力。这导致裂纹的形成以及导致塑化螺杆的翘曲，所述裂纹缩短塑化螺杆的寿命。优选根据运行过程的不同情况具有多个级和变化的冷却速度的优化的冷却曲线，允许几乎无裂纹的覆层以及几乎无翘曲的塑化螺杆，因此可以仅以非常小的程度需要塑化螺杆的机械的校直。
借助于用于由基本材料31CrMoV9构成的具有35mm直径的塑化螺杆的具体的例子，随后的例子解释在按本发明的方法中合金与基本材料的熔化以及随后的冷却过程。
首先按上述方法被覆层的塑化螺杆在炉子内加热到大约1095℃的温度。在大约30分钟的保持时间的情况中，实现合金与基本材料的熔化。之后跟随多级的冷却过程。首先以大约200°/h的下降率冷却到大约950°。之后用大约500°/h进行冷却直至塑化螺杆到达550℃的温度，在那里该温度为了使温度分布均匀化而保持大约1h。最后塑化螺杆以大约400°/h的速率冷却到室温。
不言而喻，按本发明的方法不受限于具体的实施例，并且不应该通过所述实施例限制。
附图说明
借助于下面的附图解释本发明的其它的详情和特征。在此：
图1显示按本发明的塑化螺杆的侧视图，
图2显示按本发明的塑化螺杆的在图1中用圆圈标识的局部视图的详细视图，
图3显示塑化螺杆用合金覆层的过程的侧视图，
图4显示塑化螺杆用合金覆层的过程的俯视图。
具体实施方式
图1以侧视图的形式显示按本发明的塑化螺杆1。用圆圈标识的局部以详细视图的形式在图2中显示。在此可见排出的合金2。图3示意地以侧视图的形式显示对塑化螺杆覆层的过程。在按本发明的方法的实施形式中，合金2以粉末形状输送至燃烧器3并且然后喷溅到旋转的塑化螺杆上。在图4中的俯视图中附加描述对于优选采用的燃烧器的气体输送。

Claims (20)

1.用于制造被覆层的塑化螺杆的方法，该塑化螺杆用于注塑或挤出塑料，其中至少塑化螺杆(1)的磨损表面用金属基的合金(2)覆层，包括如下步骤：至少磨损表面用合金(2)覆层；在炉子内加热被覆层的塑化螺杆(1)，用于使合金(2)与塑化螺杆(1)熔化；冷却被覆层的塑化螺杆(1)；其特征在于：在熔化时，整个被覆层的磨损表面同时经受在合金(2)的熔化温度之上的温度。 
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于：整个被覆层的塑化螺杆(1)同时经受位于合金(2)的熔化温度之上的温度。 
3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于：塑化螺杆(1)在用于熔化的加热期间基本上垂直地支承。 
4.按权利要求1所述的方法，其特征在于：塑化螺杆(1)在用于熔化的加热期间不运动。 
5.按权利要求1所述的方法，其特征在于：加热步骤按预定的加热曲线实现。 
6.按权利要求5所述的方法，其特征在于：塑化螺杆(1)在熔化期间经受的温度在1000℃至1150℃的范围内。 
7.按权利要求5或6所述的方法，其特征在于：塑化螺杆(1)在真正熔化之前经受大约950℃的温度。 
8.按权利要求7所述的方法，其特征在于：塑化螺杆(1)在真正熔化之前经受大约950℃的温度大约30分钟。 
9.按权利要求6所述的方法，其特征在于：塑化螺杆在熔化期间经受的温度保持大约30分钟。 
10.按权利要求1所述的方法，其特征在于：冷却过程按预定的冷却曲线实现。 
11.按权利要求1所述的方法，其特征在于：塑化螺杆(1)的覆层通过粉末的喷溅实现，该粉末包括合金(2)。 
12.按权利要求11所述的方法，其特征在于：喷溅按塑化螺杆(1) 的待喷溅的磨损表面的事先确定的次序实现。 
13.按权利要求12所述的方法，其特征在于：在喷溅之前在燃烧器(3)内加热粉末。 
14.按权利要求11所述的方法，其特征在于：燃烧器(3)在覆层之前至少一次没有粉末输送地在塑化螺杆(1)的表面上导向，以便去除剩余湿气。 
15.按权利要求11所述的方法，其特征在于：通过喷溅粉末而输送的热量以及必要时的冷却确保塑化螺杆(1)的120℃至170℃的表面温度。 
16.按权利要求11所述的方法，其特征在于：塑化螺杆(1)在覆层之后冷却到室温。 
17.按权利要求1所述的方法，其特征在于：塑化螺杆(1)的磨损表面在覆层之前进行清洁。 
18.按权利要求17所述的方法，其特征在于：清洁包括塑化螺杆(1)的磨损表面的脱脂。 
19.按权利要求1所述的方法，其特征在于：通过喷砂处理而打毛塑化螺杆(1)的磨损表面。 
20.按权利要求19所述的方法，其特征在于：通过借助于高度纯净的金刚砂或氧化铝的喷砂处理而打毛塑化螺杆(1)的磨损表面。 
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