IT9020538A1

IT9020538A1 - TOOL FOR THE PROCESSING OF PLASTIC MATERIAL AND PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF THE TOOL

Info

Publication number: IT9020538A1
Application number: IT020538A
Authority: IT
Inventors: Andras Jako'; Lajos Kelemen; Viktor Kenesei; Ferenc Szedo; Ferenc Timar
Original assignee: Tiszai Vegyi Kombinat
Priority date: 1989-06-05
Filing date: 1990-06-05
Publication date: 1991-12-05
Also published as: IT9020538A0; IT1248690B; HUT55725A; DE4017627A1; HU206487B

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

L'oggetto dell'invenzione è un utensile, in particolare per la lavorazione di plastiche termoplastiche, in cui gran parte delle superfici dell'utensile, che è a contatto con la plastica, è una superficie di ceramica; inoltre l'oggetto è relativo ad un procedimento per la fabbricazione dell'utensile, in cui mediante asportazione di trucioli, viene fabbricato un utensile metallico, le cui dimensioni differiscono dalla dimensione nominale dell'utensile di una dimensione che corrisponde allo spessore programmato dello strato di ceramica . The object of the invention is a tool, in particular for processing thermoplastic plastics, in which a large part of the surfaces of the tool, which is in contact with the plastic, is a ceramic surface; furthermore the object relates to a process for the manufacture of the tool, in which by removing chips, a metal tool is manufactured, the dimensions of which differ from the nominal dimension of the tool by a dimension that corresponds to the programmed thickness of the layer of ceramic.

La relativa letteratura del ramo menziona la resistenza all'usura come la caratteristica più critica degli utensili per la lavorazione di materia plastica, le nuove soluzioni raggiungono nella preparazione del rispettivo utensile una resistenza all'usura più elevata. The relevant literature in the art mentions wear resistance as the most critical characteristic of tools for plastic material processing, the new solutions achieve a higher wear resistance in the preparation of the respective tool.

Gli utensili per l'estrusore adatti alla lavorazione di materia plastica sono generalmente eseguiti in acciaio con una resistenza a trazione di 80-90 kp/mm , i bocchelli sono induriti. Secondo la letteratura del ramo si possono impiegare, per l'estrusione di PVC, soltanto utensili con un rivestimento resistente alla corrosione o di cromo duro (Sors - Bardocz - Radnotig: Kunststoffwerkzeuge, pagina 216, MK, Budapest:). The extruder tools suitable for plastic processing are generally made of steel with a tensile strength of 80-90 kp / mm, the nozzles are hardened. According to the literature of the art, only tools with a corrosion-resistant or hard chromium coating can be used for the extrusion of PVC (Sors - Bardocz - Radnotig: Kunststoffwerkzeuge, page 216, MK, Budapest :).

Secondo la letteratura tecnica relativa all'impiego di ceramica tecnica, sono (state) realizzate con successo delle prove per l'impiego di ceramica metallica tra l'altro anche come il materiale di utensili per l'estrusione di materia plastica (Kunststoffe 1985/12, pagine da 913 a 919). Secondo il passo della letteratura, la protezione contro l'usura di un cilindro di un diametro di 45 mm è stata risolta in modo efficace con un manicotto di ceramica avente uno spessore di parete di 4 mm. Secondo detto passo di letteratura, lo svantaggio maggiore di questa soluzione è che la conduttività termica è di quattro volte inferiore a quella del cilindro d'acciaio. According to the technical literature relating to the use of technical ceramics, tests have (been) successfully carried out for the use of metal ceramics, inter alia, also as the material of tools for the extrusion of plastic material (Kunststoffe 1985/12 , pages 913 to 919). According to the literature passage, the wear protection of a 45 mm diameter cylinder was effectively solved with a ceramic sleeve having a wall thickness of 4 mm. According to said passage of the literature, the major disadvantage of this solution is that the thermal conductivity is four times lower than that of the steel cylinder.

A pagina 25 del n. 1987/4 della pubblicazione OMFB-OMIKK "Applicazione economica di materiali", con l'ausilio di un rivestimento composto di strati di ossido di alluminio, nichel-cromo e zirconio si può raggiungere un gradiente termico regolato, e l'ossido di cromo applicato sulla superficie esterna di detto rivestimento aumenta notevolmente la resistenza all'usura del rivestimento protettivo. On page 25 of n. 1987/4 of the OMFB-OMIKK publication "Economic application of materials", with the aid of a coating composed of layers of aluminum oxide, nickel-chromium and zirconium, a regulated thermal gradient can be achieved, and the chromium oxide applied on the external surface of said coating the wear resistance of the protective coating increases considerably.

Secondo le pagine da 913 a 919 del n. 1989/1 della pubblicazione OMFB-OMIKK "Applicazione economica di materiali" si è diffusa negli ultimi tempi la ceramica di ossido di zirconio, con la quale vengono preparate matrici. Queste matrici vengono generalmente fissate nell'utensile per formatura mediante ritiro. Secondo la letteratura del ramo si vuole evitare lo spessore minore di 1 mm della ceramica a causa del pericolo di incrinatura e di frattura. Detti utensili non sono stati diffusi fino ad oggi per le loro carenze e il loro costo elevato. According to pages 913 to 919 of n. 1989/1 of the OMFB-OMIKK publication "Economic application of materials" the zirconium oxide ceramics, with which matrices are prepared, have recently become widespread. These dies are generally fixed in the forming tool by shrinkage. According to the literature of the art, it is desired to avoid a thickness of less than 1 mm of the ceramic due to the risk of cracking and fracture. These tools have not been widespread up to now due to their shortcomings and their high cost.

La letteratura del ramo si occupa pochissimo dell'altro importante problema degli utensili, vale a dire del pericolo di grippaggio della plastica. Il pericolo di grippaggio sussiste in misura crescente nella lavorazione di polietilene lineare, ma anche la momentanea inattività della macchina costituisce un problema similare, per cui si arresta il flusso della plastica nell'utensile riscaldato e non avviene una evacuazione termica continua. I tecnici del ramo valutano il fenomeno del grippaggio come una difettosità inevitabile, e nel caso di grippaggio l'utensile viene scomposto e meccanicamente pulito. Il frequente montaggio e la frequente pulitura dell'utensile comportano anche il pericolo di danneggiamento e portano all'usura più rapida dell'utensile. The literature of the art deals very little with the other important problem of tools, namely the danger of plastic seizure. The danger of seizure exists to an increasing extent in the processing of linear polyethylene, but also the momentary inactivity of the machine constitutes a similar problem, as a result of which the flow of plastic in the heated tool stops and there is no continuous thermal evacuation. Those skilled in the art evaluate the seizure phenomenon as an inevitable defect, and in the event of seizure the tool is broken down and mechanically cleaned. Frequent assembly and frequent cleaning of the tool also entails the danger of damage and leads to faster wear of the tool.

Per evitare il pericolo di grippaggio, le superfici dell'utensile, che sono in contatto con la massa di plastica fusa, sono state eseguite con superfici lucidate (finite), in quanto la plastica tende meno a grippare su superfici lisce. To avoid the danger of seizing, the surfaces of the tool, which are in contact with the molten plastic mass, have been made with polished (finished) surfaces, as the plastic is less prone to seizing on smooth surfaces.

Lo scopo prefissato dell'invenzione è di eliminare in parte le carenze delle soluzioni note, e ciò mediante la realizzazione di un utensile e di un procedimento per la fabbricazione dell'utensile, con il quale si possono notevolmente migliorare le caratteristiche di grippaggio degli utensili per la lavorazione di plastica. The intended object of the invention is to partially eliminate the shortcomings of the known solutions, and this by making a tool and a method for manufacturing the tool, with which the gripping characteristics of the tools can be considerably improved. plastic processing.

La soluzione inventiva si fonda sul riconoscimento del fatto che fra la superficie metalloceramica e le fusioni di poliolefine per conservare la superficie di teflon, si vengono a produrre rapporti similari e tale "effetto teflon" impedisce il grippaggio di prodotti di scissione, causati dal calore, delle poliolefine sulle superfici di lavoro. The inventive solution is based on the recognition of the fact that between the metal-ceramic surface and the polyolefin castings to preserve the Teflon surface, similar ratios are produced and this "Teflon effect" prevents the seizure of splitting products, caused by heat, of polyolefins on work surfaces.

Nella soluzione inventiva del compito, una parte notevole delle superfici dell'utensile in contatto con il materiale plastico, è costituita quale strato ceramico avente tino spessore di 0,3-0,5 mm, applicato sulla superficie rotatoriamente simmetrica dell'utensile metallico. In the inventive solution of the aim, a considerable part of the surfaces of the tool in contact with the plastic material is constituted as a ceramic layer having a thickness of 0.3-0.5 mm, applied to the rotationally symmetrical surface of the metal tool.

La superficie ceramica è delimitata da un bordo metallico, il quale è opportunamente costituito dal materiale del corpo dell'utensile. The ceramic surface is delimited by a metal border, which is suitably constituted by the material of the tool body.

Vantaggiosamente, gli spigoli funzionanti dell'utensile sono costituiti da metallo duro. Advantageously, the working edges of the tool consist of hard metal.

Nel procedimento secondo l'invenzione per la fabbricazione dell'utensile, il corpo dell'utensile sgrassato e livellato mediante distribuzione granulare, il quale corpo ha una superficie rotatoriamente simmetrica, viene preriscaldato, successivamente si applica sul medesimo, mediante spruzzo a fiamma ovvero a plasma, uno strato di base ed almeno uno strato di ceramica dello spessore di 0,7 mm, ed infine lo strato di ceramica viene portato mediante rettifica alla dimensione finale, avente uno spessore di 0,3-0,5 mm. In the method according to the invention for the manufacture of the tool, the body of the tool degreased and leveled by granular distribution, which body has a rotationally symmetrical surface, is preheated, subsequently applied on it, by means of flame or plasma spray , a base layer and at least one ceramic layer with a thickness of 0.7 mm, and finally the ceramic layer is brought by grinding to the final dimension, having a thickness of 0.3-0.5 mm.

Vantaggiosamente, quale materiale dello strato ceramico viene utilizzato un ossido di alluminio al 97% sino al 60%, ed inoltre una miscela contenente biossido di titanio. Advantageously, an aluminum oxide of 97% up to 60% is used as the material of the ceramic layer, as well as a mixture containing titanium dioxide.

Il vantaggio più importante della soluzione inventiva nei confronti delle soluzioni note consiste nel fatto che la superficie ceramica dell'utensile non dà luogo ad un grippaggio del materiale plastico neppure nel caso di un sovrariscaldamento , per cui in tal modo, anche in caso di frequente utilizzo dell'utensile, si possono tralasciare i frequenti smontaggi, la pulitura e le conseguenti perdite di produzione. The most important advantage of the inventive solution with respect to known solutions consists in the fact that the ceramic surface of the tool does not give rise to a seizure of the plastic material even in the case of overheating, so that in this way, even in the case of frequent use of the tool, frequent disassembly, cleaning and consequent production losses can be omitted.

Il vantaggio del procedimento consiste nel fatto che esso permette di realizzare uno strato di ceramica relativamente sottile, il quale non influenza in modo rilevante la conducibilità termica dell'utensile. Un ulteriore vantaggio del procedimento consiste nel fatto che i costi di produzione dell'utensile non sono sostanzialmente aumentati, in quanto vengono omesse le costose operazioni dei procedimenti convenzionali, come ad esempio la politura, la cromatura e simili. The advantage of the method consists in the fact that it allows to produce a relatively thin ceramic layer, which does not significantly influence the thermal conductivity of the tool. A further advantage of the process consists in the fact that the production costs of the tool are not substantially increased, since the costly operations of conventional processes, such as polishing, chrome plating and the like, are omitted.

L'effetto degli inconvenienti del rivestimento in ceramica sulla durata di vita dell'utensile deve essere eliminato per il fatto che le superfici in metallo, che delimitano le superfici di ceramica a forma di spigoli, nonché gli spigoli funzionali dell'utensile, sono realizzati in metallo duro. The effect of the disadvantages of the ceramic coating on the tool life must be eliminated due to the fact that the metal surfaces, which delimit the edge-shaped ceramic surfaces, as well as the functional edges of the tool, are made of hard metal.

Qui di sotto viene descritta in modo dettagliato l'essenza dell'invenzione. The essence of the invention is described in detail below.

Sono noti diversi utensili per la lavorazione di materie plastiche, ad esempio ugelli di estrusione, calandre per formare fogli e così via, che possono essere realizzati mediante il procedimento secondo l'invenzione. Various tools for processing plastics are known, for example extrusion nozzles, calenders for forming sheets and so on, which can be made by means of the process according to the invention.

La parte importante delle superfici in contatto con la materia plastica di qualsiasi utensile costituito secondo l'invenzione è formata dalla superficie ceramica, tale superficie ceramica essendo costituita quale strato metalloceramico dello spessore di 0,3-0,5 mm applicato sulla superficie rotatoriamente simmetrica del corpo metallico dell'utensile. The important part of the surfaces in contact with the plastic material of any tool made according to the invention is formed by the ceramic surface, this ceramic surface being constituted as a metal-ceramic layer with a thickness of 0.3-0.5 mm applied on the rotationally symmetrical surface of the metal body of the tool.

Le superfici metalliche sono delimitate da superfici metalliche anulari, formanti il bordo metallico, le quali sono costituite dal materiale che forma il corpo dell'utensile stesso. Gli spigoli funzionali dell'utensile sono fissati al corpo dell'utensile mediante saldatura dura. The metal surfaces are delimited by annular metal surfaces, forming the metal edge, which are made up of the material that forms the body of the tool itself. The functional edges of the tool are fixed to the tool body by hard welding.

Il materiale metalloceramico è una sostanza malleabile, fragile, non adatto generalmente per formare gli spigoli funzionali, in generale, gli spigoli hanno un angolo minore a 120° , la loro resistenza essendo massima nei confronti della sollecitazione a compressione. Il materiale metalloceramico è inoltre un materiale che non è un buon conduttore di calore, il che è un fattore importante da prendere in considerazione dal punto di vista dell'equilibrio termico dell'utensile che viene preriscaldato, rispettivamente dal punto di vista del riscaldamento che esso subisce per effetto del calore che deve essere evacuato durante la lavorazione del materiale riscaldato. The metal-ceramic material is a malleable, brittle substance, generally not suitable for forming functional edges, in general, the edges have an angle of less than 120 °, their resistance being maximum against compressive stress. The metal-ceramic material is also a material that is not a good conductor of heat, which is an important factor to be taken into consideration from the point of view of the thermal equilibrium of the tool being preheated, respectively from the point of view of the heating that it it undergoes due to the effect of the heat that must be evacuated during the processing of the heated material.

Nella forma di realizzazione secondo l'invenzione la superficie ceramica è costituita come uno strato relativamente sottile, dello spessore di 0,3-0,5 mm. La resistenza al calore dello strato rimane piccola per effetto della brevità del percorso che il calore deve compiere nella ceramica, nonostante l'elevata resistenza specifica della ceramica stessa. La superficie ceramica è delimitata da uno spallamento metallico avente una larghezza pari a 2-3 mm, e protegge la ceramica nei confronti della sovrasollecitazione locale che forma per la superficie ceramica un profilo ben definito. In the embodiment according to the invention, the ceramic surface consists of a relatively thin layer with a thickness of 0.3-0.5 mm. The heat resistance of the layer remains low due to the shortness of the path that the heat must travel through the ceramic, despite the high specific resistance of the ceramic itself. The ceramic surface is delimited by a metal shoulder having a width of 2-3 mm, and protects the ceramic against local overstress which forms a well-defined profile for the ceramic surface.

La superficie ceramica resiste maggiormente all'usura che non la superficie in acciaio o le superfici cromate. Pertanto è vantaggioso realizzare gli spigoli funzionali in metallo duro, il quale abbia una consistenza bassa e una resistenza all'usura migliore di quelle degli spigoli funzionali in acciaio temperato degli utensili convenzionali. La parte costitutiva in metallo duro costituente lo spigolo funzionale, il quale di regola è di forma anulare, viene inserito in un annidamento avente circa 1,2 mm di profondità, e 3 mm di larghezza, viene fissato mediante procedimento di saldatura a fiamma o a plasma vantaggiosamente al corpo dell'utensile costituito in acciaio o altro metallo adatto. Un metallo duro adatto è ad esempio il metallo denominato Stellit HR-1 - HR-12 a base di cobalto. Lo strato ceramico può essere pure delimitato da fogliolina di metallo duro. The ceramic surface is more resistant to wear than the steel surface or chrome surfaces. Therefore it is advantageous to make functional edges in hard metal, which has a low consistency and a better wear resistance than those of the functional edges in hardened steel of conventional tools. The hard metal constituent part constituting the functional edge, which is usually annular in shape, is inserted into a nesting having about 1.2 mm deep, and 3 mm wide, is fixed by means of a flame or plasma welding process advantageously to the body of the tool made of steel or other suitable metal. A suitable carbide is for example the metal called Stellit HR-1 - HR-12 based on cobalt. The ceramic layer can also be delimited by a hard metal leaflet.

Il procedimento secondo l'invenzione per produrre l'utensile viene qui sotto dettagliatamente descritto. The method according to the invention for producing the tool is described in detail below.

Dapprima si forma il corpo dell'utensile mediante asportazione di trucioli, corpo le cui dimensioni nelle zone in cui si devono costituire le superfici ceramiche, che poi sono superfici in rotazione, vengono fatte divergere dalla dimensione finale, (nominale) dell'utensile di quell'entità che corrisponde allo spessore programmato dello strato di ceramica, cioè 0,3-0,5 mm. Lo spessore ottimale dello strato comporta 0,3-0,4 mm. La superficie, larga 2-3 mm, che delimita tale superficie, viene lavorata con aggiunta per rettifica, e lo spallamento della superficie indicata per ultima, il quale scende verso la superficie da essere rivestita, è costituito con un angolo di 45°. First, the body of the tool is formed by removing chips, a body whose dimensions in the areas where the ceramic surfaces are to be formed, which are then surfaces in rotation, are made to diverge from the final (nominal) dimension of the tool. 'amount corresponding to the programmed thickness of the ceramic layer, i.e. 0.3-0.5 mm. The optimal layer thickness involves 0.3-0.4 mm. The surface, 2-3 mm wide, which delimits this surface, is machined with addition by grinding, and the shoulder of the surface indicated last, which descends towards the surface to be coated, is formed at an angle of 45 °.

Nel corpo dell'utensile viene costituito mediante asportazione di trucioli del pezzo d'opera in metallo duro, l'alloggiamento o annidamento anulare avente una dimensione di 1,2 mm di profondità e di 3 mm di larghezza, il quale alloggiamento deve accogliere lo spigolo funzionale dell'utensile e il quale, di regola, viene utilizzato nel tratto estremo del corpo dell'utensile, dopo di che la fogliolina di metallo duro viene fissata nel modo sopra descritto . The housing or annular nesting having a dimension of 1.2 mm in depth and 3 mm in width is formed in the body of the tool by removing chips from the hard metal workpiece, which housing must accommodate the edge functional of the tool and which, as a rule, is used in the extreme portion of the tool body, after which the hard metal leaf is fixed in the manner described above.

Successivamente, l'intera superficie del corpo dell'utensile viene sgrassata e mediante sabbiatura viene livellata quella superficie su cui viene applicato lo strato di metalloceramica. Subsequently, the entire surface of the tool body is degreased and by sandblasting that surface on which the metal-ceramic layer is applied is leveled.

Mediante sabbiatura si ottiene una ruvidezza superficiale di 250-400 μm. A surface roughness of 250-400 μm is obtained by sandblasting.

Il corpo dell'utensile, ottenuto mediante asportazione di trucioli e sabbiatura, viene preriscaldato ad 80-90’C. Le superfici che non si desiderano sabbiare vengono protette mediante schermatura . The body of the tool, obtained by removing shavings and sandblasting, is preheated to 80-90'C. Surfaces that are not desired to be sandblasted are protected by shielding.

Nella prima operazione di sabbiatura si applica, per mezzo di una pistola tipo UTP-UNI-Spray-Jet, della polvere del tipo EXOBOND 1001, con uno spessore di strato di 0,1-0,15 mm sul corpo dell'utensile. Durante tale operazione, il corpo dell'utensile non deve essere riscaldato ad una temperatura maggiore di 180-200’C e prima della successiva operazione esso deve essere raffreddato ad una temperatura di 90-100"C. In the first sandblasting operation, EXOBOND 1001 type powder with a 0.1-0.15 mm layer thickness is applied to the tool body by means of a UTP-UNI-Spray-Jet gun. During this operation, the tool body must not be heated to a temperature greater than 180-200'C and before the next operation it must be cooled to a temperature of 90-100 "C.

Nella successiva operazione di sabbiatura si applica sulla superficie, con l'aiuto di una pistola di spruzzatura UTP, a mezzo di spruzzo a fiamma, polvere ceramica avente la composizione In the subsequent sandblasting operation, ceramic powder having the composition

con uno spessore di 0,7-0,8 mm. with a thickness of 0.7-0.8 mm.

Il pezzo d'opera così preparato viene lasciato raffreddare in ambiente di aria tranquilla priva di correnti. The piece of work thus prepared is left to cool in an environment of calm air free of currents.

Il pezzo d'opera raffreddato viene quindi sottoposto ad una rettifica mediante un disco a granuli di diamante. Mediante la rettifica la superficie ceramica viene da una parte portata alla sua dimensione finale (lo spessore di strato di ceramica ottimo comporta 0,3-0,4 mm), e dall'altra parte in corrispondenza della fogliolina in metallo duro si realizza lo spigolo funzionale dell'utensile. The cooled piece of work is then subjected to a grinding by means of a diamond grain disc. By grinding, the ceramic surface is brought to its final size on the one hand (the optimum ceramic layer thickness is 0.3-0.4 mm), and on the other hand the edge is created in correspondence with the hard metal leaflet. functional of the tool.

Secondo l'esperienza la ceramica presenta uno strato buono resistente all'usura in caso di composizione entro i seguenti limiti: ossido di alluminio 97-60% e biossido di titanio. According to experience, ceramic has a good wear-resistant layer in case of composition within the following limits: 97-60% aluminum oxide and titanium dioxide.

E' vantaggioso assicurare alla superficie ceramica una qualità superficiale speculare pari a 0,32. It is advantageous to ensure a specular surface quality of 0.32 to the ceramic surface.

Con il procedimento inventivo si possono rivestire non solamente superfici esterne, ma anche superfici interne (≥ 160 mm, h ≤ 460 mm) con uno strato ceremico . With the inventive method, not only external surfaces but also internal surfaces (≥ 160 mm, h ≤ 460 mm) can be coated with a ceremic layer.

Claims

CLAIMS 1. Tool for processing plastic materials, particularly tools for extrusion presses, for cylinders or calenders for processing plastic materials, in which the relevant part of the tool in contact with the plastic material consists of a ceramic surface, characterized in that the ceramic surface consists of a ceramic layer having a thickness of 0.3-0.5 mm applied to the rotary surface of the metal body of the tool.

2. Tool according to claim 1, characterized in that its functional edges consist of hard metal.

3. Tool according to claim 1 or 2, characterized in that the ceramic surface is delimited by a metal edge.

4. Process for obtaining a tool for processing plastic materials, in which a metal tool body is made, the dimensions of which in those areas, in which metal surfaces are formed, are reduced compared to the nominal dimensions of the tool by one dimension which corresponds to the programmed thickness of the ceramic layer, characterized in that the degreased and sandblasted tool body is preheated, after which a ceramic layer of at least 0.7 mm thick is applied by means of flame or plasma spraying, and finally by grinding it reduces the ceramic layer to the final size having a thickness of 0.3-0.5 mm.

5. Process according to claim 4, characterized in that a mixture containing 97% to 60% aluminum oxide, a mixture consisting of aluminum oxide and titanium dioxide, is used as the material of the ceramic layer.