JPH0780911A - スクリュセグメントおよび複合円柱または円筒の製造方法 - Google Patents

スクリュセグメントおよび複合円柱または円筒の製造方法

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JPH0780911A
JPH0780911A JP5248778A JP24877893A JPH0780911A JP H0780911 A JPH0780911 A JP H0780911A JP 5248778 A JP5248778 A JP 5248778A JP 24877893 A JP24877893 A JP 24877893A JP H0780911 A JPH0780911 A JP H0780911A
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JP
Japan
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segment
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JP5248778A
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Yoshiyuki Murakawa
義行 村川
Mitsugi Iwata
貢 岩田
Yutaka Sasaki
豊 佐々木
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Proterial Ltd
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Hitachi Metals Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/36Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
    • B29C48/395Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die using screws surrounded by a cooperating barrel, e.g. single screw extruders
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/36Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
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    • B29C48/505Screws
    • B29C48/507Screws characterised by the material or their manufacturing process
    • B29C48/509Materials, coating or lining therefor

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 外層は耐食または耐摩耗性に優れ、内層はス
プライン溝、キー溝からの亀裂を防止したスクリュセグ
メントおよびこれら複合材の製造方法の提供。 【構成】 高靭性の内層と耐摩耗または耐食性の材料間
に、NiまたはCoベースの合金でなり400HV以上
の接合層を設けたスクリュセグメント、ならびに、嵌合
すべき内層材および外層材の一方に、自溶性合金を溶射
する行程、溶射層を嵌合相手の直径に対応した寸法に仕
上げする行程、これらを嵌合する行程および嵌合体を加
熱して自溶合金を再溶融して両者を治金的に接合する行
程からなる複合円柱または円筒の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は内層と外層が異なる材質
でなるスクリュセグメント、および各種工具製造用素材
として最適な、異なる材質でなる内層と外層を強固に接
合してなる複合円柱または円筒の製造方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】内層と外層が異なる材質で構成される複
合構造の円柱または円筒を製造する方法としては、従
来、溶射、肉盛溶接、鋳ぐるみ鋳造、HIP、あるいは
焼きばめ等が実施されている。しかし、夫々、次の欠点
がある。すなわち、溶射、肉盛においては、外層の肉厚
が薄いものにほぼ限定され、鋳ぐるみ鋳造においては、
外層の肉厚を大きくすることはできるが、鋳造ままの組
織の部分ではすぐれた機械的特性が得られず、これを改
善するため鋳造後鍛造をすると、芯材が偏芯しこれが後
処理で問題を生ずる場合が多い。また、HIP法におい
ては、製造費が高くなる問題と、HIPままでは十分な
材料密度が得られず機械的特性が劣るので、これを改善
するためHIP後、鋳鍛造をくわえると前記同様に種偏
芯の問題を生ずることが多い。焼きばめは低コストの複
合方法であるが、接合強度が小さく用途が限定される。
また、内層材と外層材をろう接合することが考えられ
る。しかし、従来の方法では接合面の軸方向長さが10
0mmまたはそれ以上と長い場合、ろうのまわりが悪く
不接合部を生じやすく、また接合強度が一般に低いもの
であった。
【0003】一方、プラスチック等の射出成形や押出し
成形に用いるスクリュのうち、ガラス繊維入り等のプラ
スチックに対するものは高い耐摩耗性を要求され、また
ふっ素樹脂等に対するものは高い耐食性を要求される。
セグメント型スクリュは押出し成形に用いられるもの
で、スプラインまたはキー溝を有する軸上に、外周にス
クリュ山形を有する複数の短尺のセグメントを、互いに
端面を接するごとく直列状に外嵌してなるものである。
このセグメントは内径にスプラインまたはキー溝の加工
を要し、かつこれらは応力集中を生じ易いから内径部は
一定以上の被加工性と高い靭性を要求される。また外周
は前述の耐摩耗性や耐食性を要求される。したがってそ
れぞれ上記の特性を有する内層部と外層部からなるよう
に構成することが望ましい。
【0004】実開平3−129434号はキーまたはス
プライン溝部を含む内周側を高靭性材とし、スクリユの
山谷面(外周)側を高硬度・耐摩耗性材としたセグメン
トを有する分割型押出し機用スクリユ(本願でいうセグ
メント型スクリュ)を提案している。しかし、該出願は
内周側と外周側を異なった特性とするための具体的方
法、つまり異なった化学成分の材料を一体に複合化する
とか、単一の材料を熱処理その他で異特性化するとかの
具体的方法については何ら触れていない。但し、実施例
の図面によると、内円周を高靭性化する場合では、所要
形状にスプライン加工した内面を一定深さで、またはス
プライン溝の隅肉コーナー部を軟化処理することを示唆
するもの、および外周を高硬度・耐摩耗化する場合では
所定形状に加工した山谷面を浸炭、窒化または肉盛り溶
接することを示唆ものが示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前記実開平3−129
434号による提案では所定形状に内面形状または外面
(山谷面)形状を仕上げした後、これらの処理を施しさ
らにその後仕上げ加工することを必要とするから多大な
加工工数を必要とすると思われる。本発明は、前述の状
況に鑑み新規な接合方法により、異なった化学成分の材
料を一体に複合化することにより外周部は前記の耐摩耗
性や耐食性を十分発揮する材質、内周部はスプライン溝
やキー溝の加工が容易でこれらの溝部からの亀裂の発生
を防止する材質の両材料を、円筒状の接合面で接合した
スクリュセグメント、およびスクリュの他各工具さらに
は一般の目的にも使用可能な外層の厚みに制限がなく形
状的精度、内外層間の接合強度に優れた複合円柱または
円筒の製造方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明はスクリュ軸の外
周に、互いに端面を接するごとく直列上に外嵌されてセ
グメント型スクリュを構成し、かつ、内層は高靭性を示
す材質、外層は耐摩耗性および耐食性の少なくとも一方
を示す材質として複合化されたスクリュセグメントにお
いて、前記外層と内層間にNiまたはCo基の合金でな
り、前記内層と外層を円筒面で冶金的に接合するビッカ
ース硬さ400HV以上を示す接合層を有することを特
徴とするスクリュセグメント、ならびに円柱または円筒
状である内層材の外周または外層材の内周に自溶性合金
を溶射する工程、該溶射層を嵌合する相手材の嵌合径に
対してプラス・マイナス0.1%以内の直径に仕上する
工程、前記内層材と外層材とを嵌合して該嵌合体を前記
自溶性合金のフュージング温度まで加熱し両者を冶金的
に接合する工程を包含することを特徴とする複合円柱ま
たは円筒の製造方法である。
【0007】
【作用】本願のスクリュセグメントは内外層をろう接合
したものとみなし得る。しかし、従来のろう接合方法で
はろうのまわりが悪いため不接合部が生じやすく、また
接合強度も一般に低いものであった。これに対し本願の
スクリュセグメントは本願の方法発明により、ろうのま
わりの悪い点を改善し、かつ、ろうの材質を特定するこ
とにより高接合強度化したものである。本願発明の方法
において、内層材および外層材の材質は用途に応じて決
められる材質であり、特に限定はされない。しかし、ス
クリュセグメントに対しては内周材は高靭性材とする。
また、方法発明で、内層材の外周に溶射される自溶性合
金も特に限定されないが、強度と接合性の観点より、N
iまたはCoベースの合金で溶解温度950−1150
℃程度のものが作業性、強度の点で望ましい。セグメン
トスクリュの場合は実質的に内外層材とも鉄族元素を基
とするものであり、これらに対する接合強度の点からN
iまたはCoベースのものに限定し、また接合層の硬さ
を400HV以上としたのは、これがNiまたはCoを
基とする自溶性合金材で容易に達成される硬さであり、
かつ従来のろう材では容易に達成されなかったためであ
る。
【0008】溶射は接合部が大径材の場合は、外層材の
内面に行なうことも可能であるがスクリュセグメントに
対しては実質的でなく、セグメントの場合には内層材の
外周に対して行なわれる。また、溶射後はそのまま研削
等により所定の嵌合相手の直径寸法に応じて仕上げする
のが一般的であるが、溶射される母材が空冷程度で焼き
の入らない材質であれば、上記仕上げ前に溶射面を加熱
し再溶解処理(フュージング)をしておく方が接合強度
および密度が向上し、仕上げ行程や接合のための再溶解
処理での減量が少なく有利である(焼きが入る材料の場
合は、母材の熱処理によるマルテンサイト化膨張により
溶射層が剥離することがある)。
【0009】接合面内外径のはめあい(締め代、すき
ま)は、嵌合方法により決定されるが、締まりばめする
と、次行程でハンドリングや接合層の減量がない点で有
利である。焼ばめあるいは冷しばめの場合のはめあい
は、材料間の熱膨張率と焼ばめ加熱温度、冷しばめの冷
却温度により決まる。また、圧入の場合は負荷応力によ
り決まるが(この場合は若干テーパーを付けた方がよ
い)締め代をあまり大きくしても次行程の加熱中に応力
緩和するので得策ではなく、0.1%以下で十分であ
る。すきまばめの場合、接合層の減量の点からも0.1
%以下とする。嵌合後の加熱は、溶射合金を再溶融し拡
散接合するための行程であり、溶射合金の溶融温度以上
まで加熱する。加熱雰囲気は特に限定されないが、接合
面の酸化を防止するため、真空中あるいは保護ガス雰囲
気中で行なうことが望ましく、さらに真空脱気後両端面
の内外層材間を電子ビーム溶接することも有効である。
また、この再溶融処理(フュージング)は、内層材ある
いは外層材の熱処理も兼ねることができる。
【0010】
【実施例】内層材としてSUS420J2、直径40m
m×150mm長さの丸棒を用い、これの外周に、ニッ
ケル自溶合金(16Cr−4Si−4B−3Cu−3M
o−2.5Fe−0.5C−Ni)粉末を0.5mm厚
さでガス溶射した後、直径を40.52mmに仕上げ
た。一方外層材としてはステライト6#(1.1C−2
8Cr−4W−3Fe−Co)の丸棒より、外径85m
m、内径40.50mmで長さが150mmの円筒を製
作した。つぎにこの円筒を大気中で300℃に加熱し、
これを前記SUS420J2の丸棒に焼ばめした。焼ば
め後、真空中で1075℃、1.5時間加熱して接合部
の自溶合金のフュージングし、その後N2ガスにより冷
却して内層材の焼入れを行なった。さらに、大気中で5
50℃に加熱して内層材の焼もどしを行なった。
【0011】図1は、上記複合円柱の接合面部のミクロ
組織(倍率:100倍)を示す。中間の自溶合金が内
(黒い方)、外層材に拡散し良好な接合部を形成してい
ること、また、内層材に比較して外層材は耐食性が優れ
ていることがわかる。接合部の硬さは560HVであっ
た。また、接合部が試験片の長さ方向の中央部となるよ
うに曲げ試験片(3mm厚さ×5幅×40長さ)を切り
だし、スパン30mmで3点曲げ試験を実施した結果、
抵抗力は280〜310kgf/mm2(2750〜3
040MPa)が得られ十分な接合強度であることがわ
かった。本複合材より外径80mmの押出成形用スクリ
ュセグメントを製作した。セグメントは、図2に示すよ
うに、軸部は複雑なスプライン加工を必要とするもので
あるが、内層材は芯ずれがなく、かつステライト6#に
比べて被加工性ははるかに良好であり容易に高精度の加
工を行なうことができた。また、本複合材によるセグメ
ントをスクリュ軸に組込み樹脂成形に供したところ、内
層は高靭性材であるため、スプライン溝部からの割れ発
生はなく、また、外層は耐食性と耐摩耗性にすぐれ、ス
クリュの山谷面の腐食、摩耗は僅少で、その他、接合部
に関するトラブル発生もなく良好な結果が得られた。
【0012】表1に上記のほか他の実施例もまとめて示
した。NO.2はガラス繊維強化プラスチック用として外
周材に高耐摩耗性材料を用いたスクリュセグメントに関
するものである。フュージングは、内外層材の焼入れを
兼ねて1100℃×1.5時間とし、焼もどしは外層材
を主にして550℃×1時間で行ない、外層の概略硬さ
は63HRC、接合部の硬さと抗折力は、それぞれ58
0HV、310〜326kgf/mm2(3040〜3
200MPa)であり、スクリュセグメントへの製造お
よびその試用結果はNO.1と同様に良好であった。また、
NO.3は高耐食性スクリュセグメントに関するものであ
る。なお、本例では抗折試験は行なわなかった(行なっ
ても内層、外層材とも高靭性のため折れない)。セグメ
ントのふっ素樹脂の押出しでの試験結果は良好であっ
た。
【0013】
【表1】
【0014】
【発明の効果】以上に述べたように、本願の製造方法発
明によると、外周材の肉厚に制限がなく、形状的精度は
高く、内層材外層材は強度的に十分なものを使用するこ
とができ、かつの接合強度が高いものを作ることができ
る。また、本発明のスクリュセグメントは、上記方法発
明の応用品とみなされ、高靭性の内層と耐摩耗性または
耐食性に優れた外層間に芯ずれ等のない形状的精度が高
く不接合部のない高接合強度の接合を達成してなるもの
である。このため、外層材はその耐食または耐摩耗性を
十分発揮することができ、各種プラスチックの押出成形
に用いて有効なものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による円筒の接合部の金属組織写真であ
る。
【図2】スクリュセグメントの図である。
【符号の説明】
1・・・SUS420J2 2・・・接合部 3・・・ステライト6#

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スクリュ軸の外周に、互いに端面を接す
    るごとく直列上に外嵌されてセグメント型スクリュを構
    成し、かつ、内層は高靭性を示す材質、外層は耐摩耗性
    および耐食性の少なくとも一方を示す材質として複合化
    されたスクリュセグメントにおいて、前記外層と内層間
    にNiまたはCo基の合金でなり、前記内層と外層を円
    筒面で冶金的に接合するビッカース硬さ400HV以上
    を示す接合層を有することを特徴とするスクリュセグメ
    ント。
  2. 【請求項2】 円柱または円筒状である内層材の外周ま
    たは外層材の内周に自溶性合金を溶射する工程、該溶射
    層を嵌合する相手材の嵌合径に対してプラス・マイナス
    0.1%以内の直径に仕上する工程、前記内層材と外層
    材とを嵌合して該嵌合体を前記自溶性合金のフュージン
    グ温度まで加熱し両者を冶金的に接合する工程を包含す
    ることを特徴とする複合円柱または円筒の製造方法。
JP5248778A 1993-09-09 1993-09-09 スクリュセグメントおよび複合円柱または円筒の製造方法 Pending JPH0780911A (ja)

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Cited By (4)

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