CN101466523A - 用于制造挤压机的螺杆的方法以及该螺杆 - Google Patents

Abstract

螺杆(11)至少在一个区段内设有磨损保护层(13)，并优选在至少一个另外的区段中设有滑动层(18)。首先在完整的杆(11’)中形成用于所述磨损保护层(13)的底床(12)，此后在所述底床中施加所述磨损保护层(13)，并且最后在螺纹棱(15)之间形成中间空间(14)。根据本发明，通过堆焊施加例如由碳化钨制成的磨损保护层(13)，并且以到所述磨损保护层一定的侧向距离(16、16’)来实现所述中间空间(14)。为了形成滑动层，在应施加例如由钼制成的滑动层的所述一个或多个区段内使螺杆(11)具有较小尺寸，但其中此时设置到磨损保护层的侧向距离(19)，在此后在具有较小尺寸的区域(17)施加滑动层，并最终使螺杆(11)具有预定尺寸。

Description

用于制造挤压机的螺杆的方法以及该螺杆

技术领域

本发明涉及一种用于制造挤压机的螺杆的方法，其中所述螺杆至少在一个区段内设有磨损保护层，其中，首先在完整的杆中形成用于所述磨损保护层的底床，然后，在所述底床中施加所述磨损保护层，并且最后在螺纹棱之间形成中间空间。本发明还特别涉及一种用于制造螺杆的方法，所述螺杆附加地在至少一个另外的区段中设有滑动层。本发明最后还涉及这种螺杆。

背景技术

由EP1614502A已知，挤压机的壳体在受到较高磨损的区域内由特别耐磨的材料覆盖。所述区域既可以轴向地也可以径向地限定。根据EP1614502A，在反向运行的双螺杆挤压机中，在径向方面，特别是对应于10点钟和2点钟的区域是较为关键的。

在轴向方面，可以将挤压机分成吸入区、压缩区、膨胀区(当必要时用于排出气体)和计量区。由EP1614502A的第25段已知，所述耐磨损的材料只是安装在压缩区和计量区内。这在最简单的情况下可以由此来实现，即，将壳体设计成两件式的。

在附图1中示出了这种挤压机壳体的纵向剖视图。横向剖视图在EP1614502A的图7中示出。所述挤压机壳体由部件1和2组成，所述部件通过凸缘(未示出)相互连接。在将所述两个部件1和2相互连接之前，从两侧向部件2中加入所述耐磨损材料。所述耐磨损材料在图1中以套筒形的嵌入件3、4的形式示出，即在径向上没有受到限制。但这里并不重要的是，将耐磨损材料仅设置在确定的径向区域内，如EP1614502A的图3中所示。

壳体的部件1设置为用于吸入区和预压缩区或预加热区。这里通过一个(未示出的)漏斗输入材料。嵌入件3位于压缩区内(这里会出现高的机械磨损)。这里材料发生熔融。嵌入件4位于计量区(这里会出现高的化学磨损)。这里螺杆确保恒定的体积流，所述体积流随后通过挤出喷嘴被挤出。在该实施例中，膨胀区位于嵌入件3和4之间。在膨胀区内加载真空，从而使气体逸出。

部件1通常由镍钢制成，例如长度可以为1.6m。部件2例如可以为2.4m长，并设有例如由(非常硬的)粉末冶金的钢制成的嵌入件3、4。部件2本身也可以由镍钢制成。

各螺杆通常涂覆有钼。钼对于镍钢是非常好的摩擦副，它可以起到滑动层的作用，但在由粉末冶金的钢制成的嵌入件的区域，钼会非常快地磨损。碳化钨一方面对于粉末冶金的钢是非常好的摩擦副，另一方面它还可以起到磨损保护层的作用，但却会造成镍钢的快速磨损。(因为螺杆比挤压机壳体更为廉价，在镍钢区域内在螺杆上施加碳化钨是非常不好的解决方案，由此必须经常更换挤压机壳体。较为有利的是，螺杆发生磨损并由此必须较为频繁地更换螺杆，并且为此壳体更为耐久)。

为了使螺杆适用于根据图1的挤压机壳体，螺杆必须沿轴向设有不同的涂层，例如由DE10161363A已知的那样。根据该文献的图2，首先在杆中铣削出螺旋形的槽。在该槽中嵌入具有预期涂层的带。然后进行热处理，通过热处理，所述带与基体发生钎焊连接。此后在螺纹棱之间形成中间空间。在最终效果上，螺纹棱的整个表面由磨损保护层装甲或设置有滑动层(根据所采用的带的不同)。

这种方法具有多个缺点。一方面，钎焊连接不是非常好的连接。作为磨损保护层的碳化钨因而通常通过堆焊施加到螺杆上，由此得到明显更好的连接(熔融结合)。对于堆焊的问题是，此时螺杆的材料会受到强烈的加热，这会导致螺杆发生略微变形。(由于螺杆长数米并且最大只应偏差0.1mm，因而对螺杆的旋转精度要求极高)如果此后在螺纹棱之间形成中间空间，则还必须强制性地部分地除去由碳化钨组成的涂层。但是，碳化钨非常硬，以至于利用材料去除的加工几乎无法实现这一点，因为切割刀具在极短的时间内就会变钝。

此外，对于在不同的区段内具有不同涂层的螺杆，在所述已知的方法中还有这样的缺点，即，所述涂层必须具有相同的厚度，这也不是最佳的：作为滑动层的钼通常以比作为磨损保护层的碳化钨(例如1mm)小的厚度(例如0.4mm)施加。

发明内容

本发明的目的是，提供一种用于制造螺杆的方法，该方法可以简单地实施并且仍可以实现尺寸稳定性非常好的螺杆。此外，还提供一种方法，利用该方法，所述螺杆只是部分地设有磨损保护层，并在其余部分涂覆有滑动层。

根据本发明，通过一种开头所述类型的方法来这样来实现所述目的，即，通过堆焊施加例如由碳化钨制成的磨损保护层，并且以距离所述磨损保护层一定的侧向距离来实现所述中间空间。

通过所述堆焊形成高强度的焊接连接(熔融结合)。由于在形成中间空间时，保持有与磨损保护层的侧向距离，因而在最终效果上，螺纹棱不是完全由磨损保护层覆盖，而是磨损保护层也是只在底床中位于完成的螺杆上，即侧向由螺杆的基体的材料包围。这在使用螺杆时不会造成干扰，但在制造技术上有这样的优点，即，不是必须在侧向对例如由碳化钨制成的磨损保护层进行机械加工。尽管如此也可以获得尖锐的棱边。

最好通过被称为“环绕加工(Wirbeln)”的工艺方法来实现中间空间的制造。此时，使刀头围绕待制造的螺杆运动。这与铣削相比明显更为经济，但利用该工艺方法只能较差地加工极硬的涂层。

如上所述，某些挤压机壳体要求，螺杆在不同的区域内具有不同的涂层。除了磨损保护层以外，通常滑动层也是必需的，这种滑动层应在没有硬化的壳体区段内降低壳体的磨损。这种滑动层，例如钼，例如通过热注射利用等离子方法施加。这里只是适中地加热基本材料(原材料)(例如加热到150℃)，从而不会存在螺杆发生变形的危险。在热注射时，尽管与堆焊不同不形成熔融结合，但附着力仍然是足够的。

会出现问题的是滑动层与磨损保护层相邻接的位置。也就是说，通过堆焊(PTA焊接)会使螺杆的基本材料与例如碳化物相混合，从而使滑动层在该位置不能良好地附着而容易断开。此外，滑动层通常会明显更薄，例如只是磨损保护层的厚度的一半。由于这个原因，如DE10161363A中设置的连续的底床不是最佳的。

由于这个原因，根据本发明的一个实施方式，在设置滑动层时，在螺杆的至少一个另外的区段中，按根据权利要求1的方法步骤，在所述一个或多个应施加例如由钼制成的滑动层的区段中，使螺杆具有较小尺寸，但其中，此时设置有到磨损保护层的侧向距离，此后，在具有较小尺寸的区域施加滑动层，并最终使螺杆具有预定尺寸。

也就是说，与DE10161363A不同，首先只在这样的区域内设置底床，在该区域内应施加磨损保护层。在这完成以后，并在螺纹棱之间形成中间空间之后，使螺杆在应施加滑动层的区域内具有较小尺寸(如还要说明的那样，这可以至少部分地再次通过设置底床来实现，但所述底床不必具有和磨损保护层的底床相同的厚度)。但这不是进行到直接到达磨损保护层，而是只到距离磨损保护层确定的最小距离(例如2mm)处。在螺杆现在具有较小尺寸的区域内，施加滑动层。通过到磨损保护层的最小距离，滑动层不与碳化物接触，从而不存在滑动层在该部位断裂的危险。此外，在端部处存在清晰的台阶，滑动层贴靠在该台阶上，这进一步改善粘附力。在施加滑动层之后，将整个螺杆打磨到额定尺寸。

优选地，在施加磨损保护层之后，并为了施加滑动层而使螺杆具有较小尺寸之前，对螺杆进行渗氮处理(nitriert)。这具有两个优点：一方面对于螺纹侧面和螺纹底部进行渗氮处理是期望的；另一方面滑动层在渗氮处理的材料上的附着较差。在硝化之后再使螺杆具有较小尺寸，由此，在所述位置(即螺纹棱的头部上)除去渗氮处理的层，从而滑动层可以很好地在附着这里；滑动层可以较容易地从其余区域(不希望存在滑动层的位置)中除去。

除了渗氮处理以外，或者也可以在螺杆不应施加滑动层的区域进行遮掩(maskieren)。由此，也可以防止滑动层附着在螺纹材料上，从而可以较容易地除去滑动层。

如目前为止所述，滑动层在朝向磨损保护层的端侧具有带锐角的角部。该角部在螺杆的最高应力下会断裂。为了避免这种情况，可以设想，至少在与具有磨损保护层的区段相邻接的区域内，为滑动层铣削出具有侧面腹板的底床，从而底床的基底具有较小尺寸。以这种方式，在所述关键区域形成具有倒圆的角部(所述倒圆部对应于铣刀的半径)的底床，此外，在两侧使滑动层的角部由螺纹的基本材料包围。

根据本发明，开头所述类型的螺杆的特征在于，例如由钼制成的滑动层具有到例如由碳化钨制成的磨损保护层的一定侧向距离。通过该侧向距离可以降低滑动层断裂的危险。这里，也有利的是，滑动层在朝向磨损保护层的端部区域嵌入底床中并具有倒圆的角部。

附图说明

参考附图来详细说明本发明，在附图中：

图1表示具有不同区段的挤压机的壳体；

图2表示用于形成磨损保护层的铣削底床的螺杆的基体；

图3表示所述基体，其中，在所述底床中施加有磨损保护层；

图4表示在螺纹棱之间形成中间空间之后的所述基体；

图5表示在与磨损保护层相邻接的区域内使螺杆具有较小尺寸之后的所述螺纹；

图6表示制作完成的螺杆；

图7表示图5的一个变化型式；以及

图8表示图6的相应的变化型式。

具体实施方式

根据图1的挤压机壳体包括部件1和2，所述部件通过凸缘(未示出)而相互连接。在将两个部件1和2相互连接之前，在两侧向部件2中装入耐磨的材料。所述耐磨材料在图1中以套筒形式的嵌入件3表示。

所述的螺杆应在嵌入件3和4的区域内涂覆有磨损保护层，例如涂覆有碳化钨，但在其余区域中则应涂覆有滑动层，例如涂覆钼。

根据图2至图6说明了这种螺杆的制造过程。在这些附图中分别示出了螺杆(或者螺杆的基体)的一个轴向区域，碳化钨到钼的过渡部位于(或应位于)该区域中。

首先，在螺杆的圆柱形的基体11’上，具体地说，只是在以后应施加磨损保护层的区域内铣削出底床12。然后通过堆焊在该底床12中设置磨损保护层13(见图3)。堆焊可以手动进行，对于大批量当然也可以使用焊接机械手。

因为在堆焊时不能得到光滑的表面，首先施加比必要的量略多的磨损保护层，并在以后将所述磨损保护层磨削到预定尺寸。例如施加1.5mm的碳化钨，并将其磨削到1mm。

为了容易地实现这一点，优选地，首先以相应的过尺寸(即例如对于半径为+0.5mm)构造螺杆11的整个基体11’，并相应地较深地实现所述底床，即例如1.5mm。然后在堆焊时可以填满整个底床。

(注意：底床12的深度在图2中不是符合比例的，而是强烈夸大地进行表示，以使图示更为清楚。)

下面在螺纹棱15之间形成凹口14(见图4)。由此，由基体11’形成螺杆11。这里可以看到，在凹口14和磨损保护层13之间应留出一定距离。这在制造方法技术上是有利的，因为去除磨损保护层会导致刀具的剧烈磨损。

现在，在应施加滑动层的区域17(见图5)内对螺杆11进行磨削，将其磨削到较小尺寸(例如0.4mm)。所述较小尺寸的大小应精确地为所预期的滑动层的厚度。这里可以看到，这里应保持到磨损保护层13的侧向的距离，从而留出腹板19。

最后，在所述区域17内施加滑动层18(见图6)。这里也施加比必要的量多的滑动层(例如0.5mm-0.6mm)，并且然后将其磨削到预期的尺寸(例如0.4mm)。

优选地，到预定尺寸的打磨作为整个螺杆最后的步骤进行。

在根据图6的螺杆中有利的是，滑动层18通过由螺杆11的基本材料构成的腹板19与磨损保护层13分隔开，因此，滑动层18不会与碳化物发生接触，从而不会由于碳化物对附着力产生不利影响。此外，滑动层18在侧向贴靠在腹板19上，从而可以改善附着力。

图7和图8表示图5和图6的一种变化型式。在根据图6的螺杆中，具有锐角的角部20可能导致问题。该角部易于断裂。因此，根据图7，首先(例如在半个螺杆圆周上)铣削出底床17’，该底床的底部具有希望的较小尺寸。这里可以形成侧向的腹板21，并且(由于铣刀的半径)强制性地形成倒圆的角部20’。由此，此时滑动层18也具有倒圆的角部20’(见图8)，该角部由螺杆的基本材料包围，并以该方式基本上完全受到保护而防止断裂。

Claims (7)

1.一种用于制造挤压机的螺杆(11)的方法，其中，所述螺杆(11)至少在一个区段内设有磨损保护层(13)，其中首先在完整的杆(11’)中形成用于所述磨损保护层(13)的底床(12)，此后，在所述底床中施加所述磨损保护层(13)，并且最后，在螺纹棱(15)之间形成中间空间(14)，其特征在于，通过堆焊施加例如由碳化钨制成的磨损保护层(15)，并且以距离所述磨损保护层(13)一定的侧向距离(16、16’)来实现所述中间空间(14)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在至少一个另外的区段中设置滑动层(18)时，在根据权利要求1所述的方法步骤之后，在应施加例如由钼制成的滑动层的所述一个或多个区段内使所述螺杆(11)具有较小尺寸，但其中，此时设置到所述磨损保护层的侧向距离(19)，在此后在具有较小尺寸的区域(17)施加滑动层，并最终使所述螺杆(11)具有预定尺寸。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在根据权利要求1和2所述的方法步骤之间，对所述螺杆进行渗氮处理。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，在根据权利要求2所述的方法之前，对所述螺杆的不应设置滑动层的区域进行遮盖。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，对于所述滑动层(18)，至少在与所述磨损保护层(13)相邻接的区域内铣削出具有侧向腹板(21)的底床(17’)，从而该底床(17’)的底部具有所述较小尺寸。

6.一种用于挤压机的螺杆，其中，所述螺杆(11)至少在一个区段内设有磨损保护层(13)，并在至少一个另外的区段中设有滑动层(18)，其特征在于，例如由钼制成的所述滑动层(18)具有到例如由碳化钨制成的所述磨损保护层(13)的一定的侧向距离(19)。

7.根据权利要求6所述的螺杆，其特征在于，所述滑动层(18)在朝向磨损保护层(13)的端部区域嵌入底床(17’)中，并且具有倒圆的角部(20’)。

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