JP5259549B2 - Carbide member for molding and molding machine equipped with the member - Google Patents
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Description
この発明はゴムやプラスチックは勿論、セラミック粉末を含むような高摩耗性混練物の混練・成形等にも用いることが出来る高耐磨耗性成形用超硬部材(超硬シリンダ及び超硬スクリュー)と該部材搭載の押出成形機に関する。 The present invention can be used for kneading and molding of a high-abrasive kneaded material containing ceramic powder as well as rubber and plastic, and a high-abrasion-resistant molding cemented carbide member (carbide cylinder and cemented carbide screw). And an extrusion molding machine equipped with the member.
筒状のシリンダと、前記シリンダ内に装着され、前記シリンダ内の成形材料を混練しながら混練物を前方へと押し出すスクリューと、前記スクリューによって押し出された成形材料の混練物を所定の形状にして吐出するダイスとを有する押出成形機は、ゴム(エラストマー)成形や各種プラスチック成形などの成形分野において幅広く用いられている。 A cylindrical cylinder, a screw that is mounted in the cylinder, pushes the kneaded material forward while kneading the molding material in the cylinder, and a kneaded material of the molding material extruded by the screw is in a predetermined shape. An extrusion molding machine having a discharging die is widely used in molding fields such as rubber (elastomer) molding and various plastic moldings.
又、近年では単なる成形加工機械としてだけではなく、一種の化学反応機としても利用されるように成ってきており、例えば、リアクティブ・プロセシングによるポリマーブレンドやポリマーアロイ化のための界面反応などにも活用されるようになっている。同様のことは射出成形機にも当てはまる。 In recent years, it has come to be used not only as a molding machine but also as a kind of chemical reaction machine. For example, it is used for polymer blending by reactive processing and interfacial reaction for polymer alloying. Are also being used. The same applies to injection molding machines.
このように従来の成形用途からその用途が拡大を続けている押出成形機或いは射出成形機において、例えばセラミック粉末を含む高磨耗性混練物をスクリューで混合して吐出或いは射出する用途の場合、通常の押出成形機や射出成形機では、スクリューの表面やシリンダの内壁面がセラミック粉末によって磨耗し、短期間のうちにスクリューやシリンダを取り替えなければならないという問題があった。 In the case of an extrusion molding machine or an injection molding machine whose application has been expanded from the conventional molding application as described above, for example, in a case where a high-abrasion kneaded material containing ceramic powder is mixed with a screw and discharged or injected, usually In the extrusion molding machine and the injection molding machine, the surface of the screw and the inner wall surface of the cylinder are worn by the ceramic powder, and the screw and the cylinder must be replaced within a short period of time.
このような問題を解決する最善の方法はスクリューやシリンダ全体を超硬焼結体で形成すればよいということになるが、スクリューやシリンダは長尺物であり、スクリューのような特に細長い超硬合金粉末材料の圧粉体を予備焼結するとどうしても曲がりが発生するし、シリンダのような筒体は変形が発生するので、全体を1つの焼結体で製造することは非常に困難であった。 The best way to solve these problems is to form the entire screw or cylinder with a cemented carbide sintered body. When the green compact of the alloy powder material is pre-sintered, bending is inevitably generated, and a cylinder such as a cylinder is deformed. Therefore, it is very difficult to manufacture the whole with one sintered body. .
そこで、このような問題を解決し得る次善の技術として、焼入鋼製のスクリューの表面やシリンダの内壁面にタングステンカーバイドを含む超硬合金材料の溶射皮膜からなる高硬度被覆層を形成する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, as a next best technique that can solve such problems, a high-hardness coating layer made of a cemented carbide material containing tungsten carbide is formed on the surface of a screw made of hardened steel or the inner wall surface of a cylinder. A technique has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、上述のような高硬度被覆層を形成しても、単にタングステンカーバイドを含む超硬合金材料の溶けた液滴を噴き付けるだけであるから、該液滴が付着して堆積した層は堆積物の間に多量の気泡を巻き込んだ低密度の層にしかならない。このため、期待したほどの耐久性が得られず、このような溶射処理をした押出成形機や射出成形機を長時間に亘って連続使用すると、溶射スクリューの表面や溶射シリンダの内壁面がすぐに磨耗してしまうというのが実情であった。 However, even if a high-hardness coating layer as described above is formed, it merely sprays molten droplets of cemented carbide material containing tungsten carbide, so the layer deposited with the droplets deposited is deposited. It becomes only a low-density layer with a large amount of air bubbles between objects. For this reason, the durability as expected is not obtained, and when the extrusion molding machine or injection molding machine subjected to such thermal spraying treatment is used continuously for a long time, the surface of the thermal spraying screw or the inner wall surface of the thermal spraying cylinder is immediately The actual situation was that it was worn out.
それ故に、本発明の主たる課題は、耐磨耗性を大幅に向上でき、長時間にわたって連続使用できるように成形用部材であるスクリュー及びシリンダ全体を超硬で構成することができるようにすることにあり、従たる課題として成形機を高磨耗性混練物にも対応できるようにすることにある。 Therefore, the main problem of the present invention is to make it possible to greatly improve the wear resistance and to make the entire screw and cylinder, which are molding members, made of carbide so that they can be used continuously for a long time. Therefore, a secondary problem is to make the molding machine compatible with a highly abraded kneaded material.
請求項1に記載した発明は、
円筒状の超硬焼結分割体12A、12B、12C…、又は、外周に螺旋羽根部14bが形成され、隣接する螺旋羽根部14b同士が連続する状態となる円柱状の超硬焼結分割体14A、14B…を、複数にて軸方向に接合一体化した成形用超硬部材であって、
超硬焼結分割体12A、12B、12C…又は14A、14B…の接合面23において、一方の超硬焼結分割体の接合面23に突設された接合突部24が他方の超硬焼結分割体の接合面23に凹設された接合凹部26内に隙間嵌め状態で嵌め込まれた後、軸方向に加圧しつつ接合面23同士が焼結一体化されてなることを特徴とする。
The invention described in claim 1
Cylindrical superhard sintered
In the cemented carbide sintered
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載した成形用超硬部材を搭載した成形機10で、
超硬シリンダ12と、前記超硬シリンダ12内に装着され、前記超硬シリンダ12内の成形材料を混練しながら前方へと押し出す或いは混練した成形材料を前方へと射出する超硬スクリュー14とを有する成形機10であって、
前記超硬シリンダ12及び前記超硬スクリュー14が請求項1に記載の成形用超硬部材であることを特徴とする。
The invention according to claim 2 is a
A cemented
The cemented carbide member according to claim 1 is characterized in that the cemented
これらの発明では成形用部材である超硬シリンダ12及び超硬スクリュー14全体が超硬焼結分割体12A、12B、12C…又は14A、14B…の一体接合品であるので、超硬合金材料の溶射被覆層に比べてその表面を含め全体が緻密且つ高強度であり、前記成形用部材の耐磨耗性を大幅に向上できてセラミック粉末を含むような高摩耗性混練用途であっても長時間に亘る連続使用が可能となる。しかもこれら成形用部材は超硬焼結分割体12A、12B、12C…又は14A、14B…の軸方向に接続一体化したものであるから、どのような長尺物でも曲がりや変形などの問題を生じることなく製造できる。更に、各超硬焼結分割体12A、12B、12C…又は14A、14B…は、その接合面23において、一方の接合面23に突設された接合突部24が他方の分割体の接合面23に凹設された接合凹部26内に嵌め込まれてしているので、同軸組み立てを容易にするだけでなく、接合面23の接合面積を大とすることが出来て接合部分の強度を非接合部分の強度と殆ど同じにすることが出来、接合部分の強度不足というような懸念も解消することができる。
In these inventions, the entire cemented
これにより本発明の超硬スクリューや超硬シリンダである成形用部材の耐磨耗性を大幅に向上でき、高摩耗性混練用途に対しても長時間にわたって連続使用できるようになり、該部材搭載により成形機の性能を大幅に向上させることができた。 As a result, the wear resistance of the molding member that is the cemented carbide screw or the cemented carbide cylinder of the present invention can be greatly improved, and it can be used continuously for a long time even for high wear kneading applications. As a result, the performance of the molding machine was greatly improved.
以下、本発明を図面に従って詳述する。図1は本発明の一実施例の押出成形機10を模式的に示す部分切欠正面図である。この図が示すように、本実施例の押出成形機10は、大略、超硬シリンダ12、超硬スクリュー14、ヒーター16、ホッパー18及び駆動装置20で構成されたスクリュー式押出機(単軸押出機)である。射出成形機は前記スクリュー式押出機とほぼ同じような構造であるため煩雑化を避けるため図示しないし、押出成形機10の説明の大半を射出成形機に援用するものとする。
The present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a partially cutaway front view schematically showing an
超硬シリンダ12は、その内部に超硬スクリュー14が収容される筒状の部材である。この超硬シリンダ12は、後述するように超硬合金材料の金属粉の焼結体(即ち、超硬焼結分割体12A、12B、12C…の軸方向に接続一体化した成形用超硬部材)を用いて構成されており、軸方向一端側(上流端側)には、該超硬シリンダ12内部にゴムやプラスチックその他例えばセラミック粉末を含む混練物のような高磨耗性混練物などの成形材料を投入するための材料投入口12aが設けられており、軸方向他端側(下流端側)には、図示しないダイスが取り付けられ、超硬シリンダ12内で溶融・混練した成形材料をこのダイスに向けて吐出する材料吐出口12bが設けられている。なお、ダイスは材料吐出口12bから吐出された成形材料を所定の形状に成形して吐出するもの(口金)である。なお、射出成形機の場合は、ダイスに代えて射出ノズルが装備される。
The cemented
また、この超硬シリンダ12には、外周を囲繞するように、バンドヒーター或いはシーズ線アルミ鋳込みヒーターなどからなるヒーター16が巻着されており、このヒーター16で超硬シリンダ12を加熱するようになっている。なお、図1中の符号22は、このヒーター16で加熱した超硬シリンダ12を、稼動後に冷却するためのブロアである。
The
この超硬シリンダ12は、図2(b)に示すように、超硬合金材料の金属粉からなる複数にて超硬焼結分割体12A、12B、12C…(接続個数は必要に応じて繋げられるので、その意味から符号の後に「…」を使用して超硬焼結分割体が更に接続される可能性があることを示す。従って、図2(b)はその一部を示すことになる。この点はこの明細書全体において共通する。)を前述のように軸方向相互に接合・一体化させて製造されている。
As shown in FIG. 2 (b), the cemented
具体的には、超硬合金材料粉を適当な金型を用いて圧縮して超硬焼結分割体12A、12B、12C…に対応するブロック状、例えば立方体状又は円筒状の圧粉体を製作し、これを予備焼結した後、この予備焼結体を成形加工して超硬焼結分割体12A、12B、12C…を製作する。その場合、本焼結において接合面23同士が確実に接合するように接合突部24と接合凹部26の嵌め合いを適正にすることが重要である。
Specifically, the cemented carbide material powder is compressed using an appropriate mold to form a block-shaped, for example, cubic or cylindrical green compact corresponding to the cemented carbide sintered
そして、これを軸方向に直列に組み立てて図示しない加熱炉に入れ、軸方向に加圧しつつ接合一体化して長尺の超硬シリンダ12の粗形状を得る。続いて必要に応じて熱間静水圧成形『略称HIP;高温[最高温度:1500℃]・高圧[最高圧力:1500Kgf/cm2]のアルゴンガスを媒体として、被処理物を等方的に圧縮して緻密化する技術』を施し、焼結品を更に圧縮・緻密化し、組織の緻密化と機械的性質や表面硬度、焼結品中の残留気孔排除による面粗度の大幅改善などを図り、或いはHIP処理無しで得られた粗形状品の内外両表面(とりわけ内表面)をダイヤモンド研磨することによって超硬シリンダ12が完成する。
Then, these are assembled in series in the axial direction, put in a heating furnace (not shown), and joined and integrated while being pressurized in the axial direction to obtain a rough shape of the
ここで、超硬焼結分割体12A、12B、12C…を製作する超硬合金材料としては、例えば主成分をWC(タングステンカーバイド)とし、結合相にCoを使用したものが用いられる。なお、かかる超硬合金材料の耐蝕性、耐酸化性或いは磁気特性の向上を目的として結合相の一部又は全部をNiに置換しても良い。また、使用目的に応じてTi、Ta、V、Cr、Nb及びMoそれぞれの炭化物、窒化物、炭窒化物或いはホウ化物などから選ばれる少なくとも1種類以上を添加物として含有させることもできる。さらに、超硬合金材料の質量を抑えたい場合には、主成分をTiの炭化物、窒化物或いは炭窒化物とし、これに上記結合相及び(必要に応じて)上記添加物を加えてなるサーメットを用いるようにしてもよい。
Here, as the cemented carbide material for producing the cemented carbide divided
また、超硬焼結分割体12A、12B、12C…を製作する際の条件(具体的には、金属粉の粒径、圧縮に用いる加圧力、焼結温度、焼結時間などの条件)は、用いる超硬合金材料によって公知の条件を適宜選択することができる。
Also, the conditions (specifically, conditions such as the particle size of the metal powder, the applied pressure used for compression, the sintering temperature, and the sintering time) when manufacturing the cemented carbide divided
本発明の超硬シリンダ12は、形状的には超硬スクリュー14が摺接するその横断面の内周円が真円且つその縦断面の内面が長手方向において直線でなければならず、更に内周面の耐磨耗性にも関係するが、接合部分における接合強度が非接合部分と同程度の強度を示し、全体として均一な強度・耐磨耗性を持つことが必要であるところから、本発明では、超硬焼結分割体12A、12B、12C…を製作する際に、図2(a)に示すように、その軸方向一端側に当該超硬焼結分割体12A、12B、12C…の外径が縮径した形状の接合突部24を形成すると共に、軸方向他端側に当該超硬焼結分割体12A、12B、12C…の内径が拡径して前記接合突部24と係合する接合凹部26を設けるようにするのが好ましい。図示しないが、勿論、前記接合突部24、接合凹部26に代えて接合面23を挿入深さ及び奥行きの浅いテーパー状或いはその他の嵌め合い形状にすることも可能である。
The cemented
そして、超硬焼結分割体同士のどのような接合面23における接合においても軸方向の加圧により接合面23の全面焼結がなされる。
And in joining at any joining
図2のように接合突部24及び接合凹部26を接合面23において僅かな隙間嵌め状態とすることによって(勿論、これに限られずテーパー状その他の嵌め合いでもよい。)、超硬焼結分割体12A、12B、12C…を超硬シリンダ12の形状に軸方向に直列に軸を合わせながら簡単に組立てることができるのに加えて、超硬シリンダ形状に組立てた超硬焼結分割体12A、12B、12C…同士の接合面積を多くすることができ、接合面23における接合強度を向上させることができる。この点は次に述べる超硬スクリュー14でも基本的には当てはまる。
As shown in FIG. 2, by setting the
超硬スクリュー14は、超硬シリンダ12内に収容され、材料投入口12aから該超硬シリンダ12内に投入された成形材料を混練しながら材料吐出口12bに向けて押し出す部材で、図3(b)に示すように、長尺のシャフト部14aとその外周にスパイラル状に設けられた螺旋羽根部14bとで大略構成されている。
The cemented
この超硬スクリュー14は、上述した超硬シリンダ12と同様、図3に示すように、超硬合金材料の金属粉からなる超硬焼結分割体14A、14B…を複数にて相互に軸方向に直列に且つ軸方向に加圧しつつ接合・一体化させて製造されている。
As shown in FIG. 3, the cemented
具体的には、前記超硬シリンダ12と同じで、超硬合金材料粉を適当な金型を用いて圧縮して超硬焼結分割体全体が内包される大きさのブロック状、例えば立方体状又は円柱状
(或いは外周に螺旋羽根部14bが突設された超硬スクリューの分割体で、予備焼結痩せや成形加工代などの余裕代を持った大きさ)の圧粉体を製作する。これを予備焼結した後、後工程の焼結痩せや加工代を見込んだ粗形状にこの予備焼結体を成形加工して超硬焼結分割体14A、14B…を製作する。そしてそれ以下のダイヤモンド研磨工程までは前記超硬シリンダ12と同じである。使用する材料も前記超硬シリンダ12と同じである。
Specifically, like the cemented
ここで前記超硬シリンダ12と同様の理由で超硬焼結分割体14A、14B…同士の接合面23は、図3(a)に示すように、その軸方向一端側に当該超硬焼結分割体14A、14B…の軸方向に突出した接合突部28を形成すると共に、軸方向他端側に連結する超硬焼結分割体14A、14B…の前記接合突部28が嵌合する嵌合穴30を設けるようにするのが好ましい。接合突部28と嵌合穴30の嵌め合いは、超硬シリンダ12と同じである。このような接合突部28及び嵌合穴30を設けることによって、超硬焼結分割体14A、14B…を超硬スクリュー14の形状に簡単に同軸に組立てることができるのに加えて、スクリュー形状に組立てた超硬焼結分割体14A、14B…同士の接合面積を多くすることができ、これらの接合強度を向上させることができるからである。なお、接合突部28及びこれが嵌合する嵌合穴30の形状は、超硬焼結分割体14A、14B…同士を軸ずれなく簡単に組み立てることができ、しかも接合面積を多くして接合強度を向上できるのであれば、如何なる形状であってもよく、例えば円錐又は円錐台溝型や凹凸溝型、或いはアリ溝型などにしても良い。
Here, for the same reason as the cemented
ホッパー18は、成形材料をストックし、且つストックした成形材料を超硬シリンダ12の材料投入口12aに安定して供給するための漏斗型の容器で、用途や目的に応じて、振動ホッパー、強制フィーダー付ホッパー、真空ホッパー及び窒素置換ホッパーなど種々の形態のものを採用することができる。
The
駆動装置20は、超硬スクリュー14を回転駆動させるための動力装置で、超硬スクリュー14の基部に接続された減速機20aやモーター20bなどで構成されている。
The
以上説明した各部材を組み付けると共に、所定の配線等を行なうことによって押出成形機10が完成する。
The
本実施例の押出成形機10によれば、超硬シリンダ12及び超硬スクリュー14が超硬合金材料の金属粉の焼結体を用いて構成されているので、これらの部材の表面に超硬合金材料を溶射して高硬度被覆層を形成する場合に比べて緻密な表面を構成することができる。その結果、溶射によって超硬スクリュー14の表面や超硬シリンダ12の内壁面に高硬度被覆層を形成する場合に比べて、これらの部材表面の耐磨耗性を大幅に向上でき、長時間にわたる連続使用が可能となる。ここで、少なくとも超硬シリンダ12の内壁面及び超硬スクリュー14の表面を超硬合金材料の金属粉の焼結体で構成すればよいが、上述したような実際の製造工程を考慮すると、超硬シリンダ12及び超硬スクリュー14の全体を前記焼結体で構成するのが好ましい。
According to the
なお、図示実施例では、押出成形機10としてノーベント式の単軸押出機を例に説明をしたが、押出成形機の形状としてはこれに限定されるものではなく、ベント式の単軸押出機であってもよいし、超硬シリンダ内に2本の超硬スクリューが収納された二軸超硬スクリュー式押出機などであってもよい。なお、押出機と射出成形機との相違は、成形ダイスと射出ノズル、スクリューの動きが異なるだけで基本的には同じであるから、上記記載は射出成形機にも適用される。
In the illustrated embodiment, a no-vent type single screw extruder has been described as an example of the
10…押出成形機
12…超硬シリンダ
12A,12B,12C…超硬焼結分割体
14…超硬スクリュー
14A,14B…超硬焼結分割体
16…ヒーター
18…ホッパー
20…駆動装置
20a…減速機
20b…モーター
22…ブロア
23…接合面
24…接合突部
26…接合凹部
28…接合突部
30…嵌合穴
DESCRIPTION OF
Claims (2)
超硬焼結分割体の接合面において、一方の超硬焼結分割体の接合面に突設された接合突部が他方の超硬焼結分割体の接合面に凹設された接合凹部内に隙間嵌め状態で嵌め込まれた後、軸方向に加圧しつつ接合面同士が焼結一体化されてなることを特徴とする成形用超硬部材。 Cylindrical superhard sintered divided body, or spiral blade portion is formed on the outer periphery, adjacent cylindrical superhard sintered divided body spiral blade portions becomes a state of continuous, axially at multiple It is a cemented carbide member that is integrally joined ,
In the joining surface of the cemented carbide sintered body, the joining protrusion protruding from the joining surface of one cemented carbide sintered body is recessed in the joining surface of the other cemented carbide dividing body. A cemented carbide member formed by being joined to each other in a gap-fitted state and then being sintered and integrated while being pressed in the axial direction .
前記超硬シリンダ及び前記超硬スクリューが請求項1に記載の成形用超硬部材であることを特徴とする成形機。 A molding machine having a cemented carbide cylinder and a cemented carbide screw that is mounted in the cemented carbide cylinder and that pushes forward while kneading the molding material in the cemented carbide cylinder or injects the kneaded molding material forward. There,
The molding machine according to claim 1, wherein the cemented carbide cylinder and the cemented carbide screw are the cemented carbide member according to claim 1.
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