CN108220738A - 一种造粒机螺杆料筒的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种造粒机螺杆料筒的制作方法，包括以下步骤：将合金粉末配比混合处理，得到三元硼化物粉末；制作芯棒和包套；将芯棒放置在包套内部；将三元硼化物粉末置于芯棒与包套之间制坯和烧结加工，得到三元硼化物金属陶瓷棒材；对三元硼化物金属陶瓷棒材进行机械加工，得到积木螺杆料筒。使用该制作方法能够提高积木螺杆料筒的耐磨性能和耐腐蚀性能，进一步强化了整体的物理性能，使用寿命也大大提高。

Description

一种造粒机螺杆料筒的制作方法

技术领域

本发明涉及造粒机的技术领域，尤其涉及一种造粒机螺杆料筒的制作方法。

背景技术

造粒机是一种将物料制造成特定形状的成型机械，广泛应用于化工、医药、食品、环保、冶金、陶瓷、橡胶、塑胶等领域。螺杆料筒是造粒机的加热挤出的核心部件，通过螺杆的旋转，强行对物料进行输送、剪切、混炼、挤压，因而螺杆料筒会与物料反复地挤压摩擦，因磨损或腐蚀而失效损坏。随着工业现代化进程的发展，各种新型改性原料不断出现。比如在塑胶领域，为增强塑胶的强度或其它性能，往往添加碳、玻璃、石棉等增强纤维或填充剂、着色剂等。正因为这些添加剂，加剧了料筒与螺杆的磨损和腐蚀。在陶瓷和粉末冶金领域，其原料本身就具有高耐磨性，因而对料筒的耐磨性和耐腐蚀性有了更高的要求。造粒机螺杆通常会采用积木式结构，采用冷作模具钢、高速钢等材料，热处理达一定硬度以增强其耐磨性；料筒通常采用镍基双合金套。这种材料的螺杆料筒的耐磨耐腐蚀性越来越难以满足市场的需求。

发明内容

本发明的一个目的在于：提供一种造粒机螺杆料筒的制作方法，使用该制作方法能够提高积木螺杆料筒的耐磨性能和耐腐蚀性能，进一步强化了整体的物理性能，使用寿命也大大提高。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种造粒机螺杆料筒的制作方法，包括以下步骤：

将合金粉末配比混合处理，得到三元硼化物粉末；

制作芯棒和包套；

将芯棒放置在包套内部；

将三元硼化物粉末置于芯棒与包套之间制坯和烧结加工，得到三元硼化物金属陶瓷棒材；

对三元硼化物金属陶瓷棒材进行机械加工，得到积木螺杆料筒。

作为一种优选的技术方案，所述将合金粉末配比混合处理，得到三元硼化物粉末，具体为：

将各合金成分进行配比并加入粘结剂，得到原料；

将原料装入球磨罐，投入磨球和共沸溶剂进行球磨，得到浆料；

将磨球分离出来；

对浆料进行真空干燥；形成物块；

将物块破碎成粉末，得到三元硼化物粉末。

作为一种优选的技术方案，所述将三元硼化物粉末置于芯棒与包套之间制坯和烧结加工，得到三元硼化物金属陶瓷棒材，具体为：

将芯棒固定在包套的中心位置；

把三元硼化物粉末装入芯棒与包套之间，并进行震动密实；

在包套两端塞进胶塞，用铁丝扎紧密封，形成坯体；

将坯体放进冷等静压缸内，对坯体施加80-300MPa的压力，使得坯体致密化；

将胶塞和包套拆除，得到棒坯。

作为一种优选的技术方案，所述将胶塞和包套拆除，得到棒坯，之后还包括：

将棒坯放进烧结炉中加温脱脂和烧结加工；

冷却棒坯，得到三元硼化物金属陶瓷棒材。

作为一种优选的技术方案，所述加温脱脂的温度为100-600℃、烧结温度为1100-1350℃。

作为一种优选的技术方案，所述将合金粉末配比混合处理，得到三元硼化物粉末，具体为：

将各合金成分进行配比，得到原料；

将原料投入真空熔炼炉进行反应，得到熔液；

把熔液倒入雾化设备进行雾化制粉处理，得到三元硼化物雾化粉末。

作为一种优选的技术方案，所述将三元硼化物雾化粉末置于芯棒与包套之间制坯和烧结加工，得到三元硼化物金属陶瓷棒材，具体为：

将芯棒固定在包套的中心位置；

把三元硼化物雾化粉末装入芯棒与包套之间，并进行震动密实；

在包套的一端加上连接铁管，包套的两端均焊接密封，形成坯体；

对坯体的内部进行真空除气，使得坯体的内部达到真空状态；

加热连接铁管达到设定温度后夹断连接铁管，使包套完全密封。

作为一种优选的技术方案，所述加热连接铁管达到设定温度后夹断连接铁管，使包套完全密封，之后还包括：

将坯体放置进热等静压烧结炉内进行烧结，得到三元硼化物金属陶瓷棒材。

作为一种优选的技术方案，所述烧结温度为1100-1450℃，烧结压力为80-150MPa。

作为一种优选的技术方案，所述对三元硼化物金属陶瓷棒材进行机械加工，得到积木螺杆料筒，具体为：

依照具体图纸的要求将三元硼化物金属陶瓷棒材进行精加工处理，得到积木螺杆料筒。

本发明的有益效果为：提供一种造粒机螺杆料筒的制作方法，使用该制作方法能够提高积木螺杆料筒的耐磨性能和耐腐蚀性能，进一步强化了整体的物理性能，使用寿命也大大提高。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为实施例一所述的一种造粒机螺杆料筒的制作方法的流程图；

图2为实施例二所述的一种造粒机螺杆料筒的制作方法的流程图；

图3为实施例一所述的冷等静压压力制坯的结构示意图；

图4为实施例二所述的热等静压烧结制坯的第一结构示意图；

图5为实施例二所述的热等静压烧结制坯的第二结构示意图。

1、胶塞；2、包套；3、合金粉末；4、芯棒；5、冷等静压缸；6、端盖；7、基材。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一：

于本实施例中，一种造粒机螺杆料筒的制作方法，包括以下步骤：

将合金粉末3配比混合处理，得到三元硼化物粉末；

制作芯棒4和包套2；

将芯棒4放置在包套2内部；

将三元硼化物粉末置于芯棒4与包套2之间制坯和烧结加工，得到三元硼化物金属陶瓷棒材；

对三元硼化物金属陶瓷棒材进行机械加工，得到积木螺杆料筒。

于本实施例中，所述将合金粉末3配比混合处理，得到三元硼化物粉末，具体为：

将各合金成分进行配比并加入粘结剂，得到原料；

将原料装入球磨罐，投入磨球和共沸溶剂进行球磨，得到浆料；

将磨球分离出来；

对浆料进行真空干燥；形成物块；

将物块破碎成粉末，得到三元硼化物粉末。

于本实施例中，所述将三元硼化物粉末置于芯棒4与包套2之间制坯和烧结加工，得到三元硼化物金属陶瓷棒材，具体为：

将芯棒4固定在包套2的中心位置；

把三元硼化物粉末装入芯棒4与包套2之间，并进行震动密实；

在包套2两端塞进胶塞1，用铁丝扎紧密封，形成坯体；

将坯体放进冷等静压缸5内，对坯体施加80-300MPa的压力，使得坯体致密化；

将胶塞1和包套2拆除，得到棒坯。

于本实施例中，所述将胶塞1和包套2拆除，得到棒坯，之后还包括：

将棒坯放进烧结炉中加温脱脂和烧结加工；

冷却棒坯，得到三元硼化物金属陶瓷棒材。

于本实施例中，所述加温脱脂的温度为100-600℃、烧结温度为1100-1350℃。

于本实施例中，所述对三元硼化物金属陶瓷棒材进行机械加工，得到积木螺杆料筒，具体为：

依照具体图纸的要求将三元硼化物金属陶瓷棒材进行精加工处理，得到积木螺杆料筒。

本发明要解决的技术问题是提供一种耐磨耐腐蚀性更好的、使用寿命更长的螺杆料筒材料。研发的Mo2FeB2、Mo2NiB2三元硼化物基金属陶瓷材料，在多年的研发和实践中日渐成熟，表现出优越的性能，其具有高熔点、高硬度、高耐磨性和高抗腐蚀性能，密度是传统硬质合金的3/5，热膨胀系数与钢相近等优点，将其拓展应用于造粒机的螺杆料筒的制作，以提高造粒机的螺杆料筒的使用寿命。

造粒机积木式螺杆元件分为输送元件，剪切元件，混炼元件等，结构各不相同，作用也各不相同。其共同点首先是对材料的耐磨耐腐蚀性要求高；其次是螺槽深，制作材料采用普通覆层技术技术难度很高，导致成本高，故螺杆元件一般采用整体材料。针对其对材料的特殊要求，采用研发的Mo2FeB2、Mo2NiB2三元硼化物基金属陶瓷材料；针对其结构特点，花键部位采用普通钢材，以降低花键加工的难度和成本，采用反应烧结法或者热等静压烧结使基材7与Mo2FeB2、Mo2NiB2金属陶瓷结合。造粒机料筒也是采用积木式的内套结构，内壁覆合一层耐磨合金，本发明中的合金亦采用Mo2FeB2、Mo2NiB2金属陶瓷，采用热等静压烧结工艺与基材7结合。

采用反应烧结法制作造粒机螺杆料筒。首先是配料制粉，将各合金粉末3原料按特有配方添加，同时添加粘结剂，通过湿式球磨，细化粉末颗粒，混合均匀，然后将磨球和物料分离、过滤，获得泥浆状浆料，送入真空干燥箱干燥，因物料中含有粘结剂，干燥后获得块状料，然后破碎块状料重新造粒，得到表面包覆粘结剂的、具有一定流动性的颗粒料；将造粒后的粉末和芯棒4装入包套2，振实、密封，通过100-300MPa的冷等静压压力制坯，使粉末与芯棒4紧密贴合，得到致密的棒坯；利用常规烧结炉脱脂、烧结，当物料达到烧结温度时，会产生一系列的化学反应，生成三元硼化物陶瓷相，同时，作为粘结相的合金产生液相，将陶瓷相粘结在一起，冷却后获得芯棒4为普通钢材，外部包覆三元硼化物基金属陶瓷的棒料；通过机械加工，产生出各类型的积木螺杆元件。

1、原料配比：将各合金或合金、粘结剂按比例添加。

2、球磨混合：将配比好的物料装入球磨罐，投入磨球、共沸溶剂进行球磨。球磨的作用一是将各合金粉末3进一步研磨细化，二是将各合金粉末3混合，形成各合金均匀散布的浆料。

3、分离过滤：待浆料球磨混合均匀后，分离出磨球，过滤掉共沸溶剂，获得泥浆状的浆料。

4、真空干燥：将混合浆料送进真空干燥箱，加热并抽真空，以加快干燥速度，温度控制在80℃以下为宜。干燥完成后，物料呈块状，待物料冷却到室温以后方可取出，否则粉末及易氧化。

5、破碎造粒：取出干燥好的物料，用破碎机将其粉碎，重新造粒，获得包覆粘结剂的团聚的颗粒粉末，由于粉末及易氧化，不能长时间置于空气中，须存放在真空环境或惰性气体保护气氛中。

6、装粉：将芯棒4固定在胶管中心位置，然后将造粒的粉末装入包套2内，通过震动平台振实，再塞紧胶塞1，用铁丝扎紧密封。

7、冷等静压制坯：将灌装密封的胶管放进冷等静压缸5，施加80-300MPa的压力使坯体致密化，拆除塞头和包套2，获得致密的棒坯。

8、脱脂烧结：将棒坯放进烧结炉中脱脂，去除棒坯中的粘结剂。脱脂一般采用氢气脱脂，脱脂温度在100-600℃，因为氢气有还原作用，使用氢气脱脂的过程中，能还原粉末中的氧，降低合金氧含量，提高合金品质及性能。脱脂完成后继续升温，进行真空烧结，烧结温度在1100-1350℃，达到烧结温度后，部分合金发生化学反应，生成Mo2FeB2、Mo2NiB2金属陶瓷相，Fe、Ni等合金产生部分液相，将陶瓷相包覆、粘结，形成金属陶瓷。冷却后获得三元硼化物金属陶瓷螺杆棒料。

9、机械加工：按图通过机械加工将烧结的棒材加工，产生出各类型的积木螺杆元件。

实施例二：

于本实施例中，一种造粒机螺杆料筒的制作方法，包括以下步骤：

将合金粉末3配比混合处理，得到三元硼化物粉末；

制作芯棒4和包套2；

将芯棒4放置在包套2内部；

将三元硼化物粉末置于芯棒4与包套2之间制坯和烧结加工，得到三元硼化物金属陶瓷棒材；

对三元硼化物金属陶瓷棒材进行机械加工，得到积木螺杆料筒。

于本实施例中，所述将合金粉末3配比混合处理，得到三元硼化物粉末，具体为：

将各合金成分进行配比，得到原料；

将原料投入真空熔炼炉进行反应，得到熔液；

把熔液倒入雾化设备进行雾化制粉处理，得到三元硼化物雾化粉末。

于本实施例中，所述将三元硼化物雾化粉末置于芯棒4与包套2之间制坯和烧结加工，得到三元硼化物金属陶瓷棒材，具体为：

将芯棒4固定在包套2的中心位置；

把三元硼化物雾化粉末装入芯棒4与包套2之间，并进行震动密实；

在包套2的一端加上连接铁管，包套2的两端均焊接密封，形成坯体；

对坯体的内部进行真空除气，使得坯体的内部达到真空状态；

加热连接铁管达到设定温度后夹断连接铁管，使包套2完全密封。

于本实施例中，所述加热连接铁管达到设定温度后夹断连接铁管，使包套2完全密封，之后还包括：

将坯体放置进热等静压烧结炉内进行烧结，得到三元硼化物金属陶瓷棒材。

于本实施例中，所述烧结温度为1100-1450℃，烧结压力为80-150MPa。

于本实施例中，所述对三元硼化物金属陶瓷棒材进行机械加工，得到积木螺杆料筒，具体为：

依照具体图纸的要求将三元硼化物金属陶瓷棒材进行精加工处理，得到积木螺杆料筒。

于本实施例中，所述对三元硼化物金属陶瓷棒材进行机械加工，得到积木螺杆料筒，具体为：

依照具体图纸的要求将三元硼化物金属陶瓷棒材进行精加工处理，得到积木螺杆料筒。

采用热等静压烧结制作螺杆元件材料和料筒毛坯，粉末原料可采用上述制粉方法，但不需添加粘结剂，或直接采用雾化粉末。雾化制粉首先将各合金或合金按比例添加，投入真空熔炼炉，加热升温使粘结相合金完全熔化，通过磁力搅拌，使各合金分布均匀，在此过程中，反应生成了三元硼化物陶瓷相；然后将熔化的物料倒入干锅，进行气雾化制成包覆型的三元硼化物金属陶瓷粉末；根据螺杆和料筒的结构特点制作相应的包套2(如图所示)，将雾化粉末装入包套2内，振实后焊接密封包套2，然后对包套2进行抽真空处理；然后将真空处理的包套2装炉进行热等静压烧结，获得高致密性的三元硼化物金属陶瓷棒材和三元硼化物金属陶瓷内覆层料筒材料；通过机械加工，去除包套2和两端所形成的端盖6，精加工生产出各类型的积木螺杆元件和料筒内套。

1、原料配比：将各合金或合金按比例添加，配比熔炼原料。

2、真空熔炼：将配比好的原料投入真空熔炼炉，抽气炉内真空后，升温至1600℃-2000℃，保温90-500min使原料熔化，同时启动磁力搅拌，使合金分布均匀，在保温搅拌过程中，部分合金将发生化学反应，生成三元硼化物陶瓷相，由于三元硼化物陶瓷相熔点很高，此时液相会相对减少。

3、雾化粉末：将熔液倒入雾化干锅，在惰性气体保护气氛下进行雾化，获得颗粒均匀的包覆型的三元硼化物陶瓷粉末。雾化可采用水雾化或气雾化工艺，气雾化粉末相比水雾化粉末，粉末的球形度更好，氧含量更低。

4、准备基材7及包套2：基材7采用普通碳素钢或合金钢。螺杆材料为有利于加工花键，材料芯部置一芯棒4，包套2采用无缝钢管(如图3)；料筒包套2稍为复杂(如图4)，内外均需制作包套2，基材7内孔尺寸，在设计上留有足够的热等静压收缩余量和后续的机械加工余量。

5、填充粉末：将加工好的基材7放入包套2，再将配比好的原料粉末填充在包套2内，振实后焊接密封包套2。

6、真空除气：抽除包套2中的空气，使包套2内部达到真空状态，加热连接铁管至800-1000℃,夹断铁管，使包套2完全密封，保持真空状态。

7、热等静压烧结：装炉后，升至1100℃-1450℃的烧结温度,烧结压力80-150MPa，保温30-60mim，随炉冷却至150℃以下出炉，得到高致密的三元硼化物金属陶瓷棒材和三元硼化物金属陶瓷内覆层料筒材料。

8、机械加工：通过机械加工将烧结的棒材和料筒材料精加工至图纸要求。

热等静压烧结的材料，组织致密性和强度相比反应烧结法制作的材料均有所提高，但热等静压烧结工艺复杂，成本较高。材料烧结成型后就产生56-69HRC的硬度，Mo2FeB2、Mo2NiB2三元硼化物作为陶瓷相，提升材料的耐磨性和硬度，Fe、Ni等合金作为粘结相提升材料的强度。

需要声明的是，上述具体实施方式仅仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理，在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种造粒机螺杆料筒的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

将合金粉末配比混合处理，得到三元硼化物粉末；

制作芯棒和包套；

将芯棒放置在包套内部；

将三元硼化物粉末置于芯棒与包套之间制坯和烧结加工，得到三元硼化物金属陶瓷棒材；

对三元硼化物金属陶瓷棒材进行机械加工，得到积木螺杆料筒。

2.根据权利要求1所述的一种造粒机螺杆料筒的制作方法，其特征在于，所述将合金粉末配比混合处理，得到三元硼化物粉末，具体为：

将各合金成分进行配比并加入粘结剂，得到原料；

将原料装入球磨罐，投入磨球和共沸溶剂进行球磨，得到浆料；

将磨球分离出来；

对浆料进行真空干燥；形成物块；

将物块破碎成粉末，得到三元硼化物粉末。

3.根据权利要求2所述的一种造粒机螺杆料筒的制作方法，其特征在于，所述将三元硼化物粉末置于芯棒与包套之间制坯和烧结加工，得到三元硼化物金属陶瓷棒材，具体为：

将芯棒固定在包套的中心位置；

把三元硼化物粉末装入芯棒与包套之间，并进行震动密实；

在包套两端塞进胶塞，用铁丝扎紧密封，形成坯体；

将坯体放进冷等静压缸内，对坯体施加80-300MPa的压力，使得坯体致密化；

将胶塞和包套拆除，得到棒坯。

4.根据权利要求3所述的一种造粒机螺杆料筒的制作方法，其特征在于，所述将胶塞和包套拆除，得到棒坯，之后还包括：

将棒坯放进烧结炉中加温脱脂和烧结加工；

冷却棒坯，得到三元硼化物金属陶瓷棒材。

5.根据权利要求4所述的一种造粒机螺杆料筒的制作方法，其特征在于，所述加温脱脂的温度为100-600℃、烧结温度为1100-1350℃。

6.根据权利要求1所述的一种造粒机螺杆料筒的制作方法，其特征在于，所述将合金粉末配比混合处理，得到三元硼化物粉末，具体为：

将各合金成分进行配比，得到原料；

将原料投入真空熔炼炉进行反应，得到熔液；

把熔液倒入雾化设备进行雾化制粉处理，得到三元硼化物雾化粉末。

7.根据权利要求6所述的一种造粒机螺杆料筒的制作方法，其特征在于，所述将三元硼化物雾化粉末置于芯棒与包套之间制坯和烧结加工，得到三元硼化物金属陶瓷棒材，具体为：

将芯棒固定在包套的中心位置；

把三元硼化物雾化粉末装入芯棒与包套之间，并进行震动密实；

在包套的一端加上连接铁管，包套的两端均焊接密封，形成坯体；

对坯体的内部进行真空除气，使得坯体的内部达到真空状态；

加热连接铁管达到设定温度后夹断连接铁管，使包套完全密封。

8.根据权利要求7所述的一种造粒机螺杆料筒的制作方法，其特征在于，所述加热连接铁管达到设定温度后夹断连接铁管，使包套完全密封，之后还包括：

将坯体放置进热等静压烧结炉内进行烧结，得到三元硼化物金属陶瓷棒材。

9.根据权利要求8所述的一种造粒机螺杆料筒的制作方法，其特征在于，所述烧结温度为1100-1450℃，烧结压力为80-150MPa。

10.根据权利要求1所述的一种造粒机螺杆料筒的制作方法，其特征在于，所述对三元硼化物金属陶瓷棒材进行机械加工，得到积木螺杆料筒，具体为：

依照具体图纸的要求将三元硼化物金属陶瓷棒材进行精加工处理，得到积木螺杆料筒。