當(dāng)代注塑生產(chǎn)商在注塑化合物中添加越來越多的礦物添加劑和玻璃纖維以改進(jìn)材料特性。這些混合物對(duì)塑化組分的耐磨性能產(chǎn)生了重大要求。一種新型螺桿系統(tǒng)可以大大提高其抗磨損性能。
一般使用塑化組分來加工標(biāo)準(zhǔn)塑料，主要采用滲氮或滲硼硬化表面。當(dāng)需要增加更高含量的填充物時(shí)，則使用含量更高的合金工具鋼，真空硬化可提供更長(zhǎng)的使用壽命。在此背景下，Engel Austria GmbH公司于2000年推出了“Marathon（馬拉松）”螺桿系統(tǒng)，雖然其對(duì)機(jī)械影響更敏感，但是可提供卓越的硬金屬耐磨損性能。
奧地利注塑機(jī)制造商材料中心對(duì)所選的注塑機(jī)進(jìn)行了為期兩年的項(xiàng)目開發(fā)及廣泛試驗(yàn)后，研發(fā)出一種商標(biāo)名為“Engel Onyx”的硬金屬鍍層，并已對(duì)其提出專利申請(qǐng)。這種新系統(tǒng)可以根據(jù)需要改進(jìn)鍍層韌度和附著力，還可將這些特性提升300%。同時(shí)，在試驗(yàn)中，還可在水平本已極高的粉末冶金鋼解決方案中提高產(chǎn)品的耐磨性能。自2009年4月以來，Onyx螺桿的供貨直徑范圍可達(dá)25至70毫米。
潛在的開裂傾向
在加工填充物含量高的高性能塑料時(shí)，采用硬質(zhì)金屬鍍層塑化螺桿的使用壽命更長(zhǎng)。同時(shí)，硬金屬鍍層還可提供所需的耐磨性能；以下鋼材可以支撐機(jī)械負(fù)載，此外，它的韌度高，對(duì)于沖擊的承受力很高。
與我們所熟悉的硬質(zhì)螺紋表面不同，這種新型螺桿的整個(gè)傳送道（包括螺紋）
被厚度僅有十分之幾毫米的硬金屬鍍層保護(hù)
雖然理論上看似清晰簡(jiǎn)單，但是實(shí)際操作證明技術(shù)難度很大，因?yàn)殇撔竞陀步饘馘儗泳哂械牟牧咸匦圆煌Ｅc鋼不同，硬金屬的韌性低，不能完全滿足鋼的彈性變形要求，因此它可能會(huì)開裂。硬金屬的另一個(gè)特性是在鋼元件上的附著性差，這就存在鍍層剝落的風(fēng)險(xiǎn)。局部應(yīng)變或機(jī)械損壞所產(chǎn)生的裂紋會(huì)導(dǎo)致這種剝落現(xiàn)象出現(xiàn)。Engel材料技術(shù)開發(fā)的目的是提高硬金屬/鋼的附著力，以及硬金屬在實(shí)際應(yīng)用中的耐磨損性能。
當(dāng)矩陣的硬度與碳含量及其類型相匹配時(shí)，可產(chǎn)生硬度和碳含量最高的低缺陷鍍層，硬金屬的耐磨性達(dá)到最佳。鍍層中的缺陷，如孔隙、裂紋和非金屬物質(zhì)（如氧化物或殘?jiān)┑仁悄p的薄弱點(diǎn)，磨損由此而生。因此，若要保證長(zhǎng)期的使用壽命，則需將制造工藝減至最低并盡量避免這些缺陷。開發(fā)用于塑化螺桿的新型防磨損系統(tǒng)可以達(dá)到該要求。
與其它材料（例如粉末冶金鋼）相比，Onyx系統(tǒng)的耐磨性至少可翻倍
熱性粒子束生成均勻鍍層
只有平直和無應(yīng)力的桿材料才可用于螺桿生產(chǎn)。通過銑削或旋轉(zhuǎn)加工可使桿具有結(jié)實(shí)的螺桿輪廓。但是，若削減大量體積則會(huì)暴露內(nèi)部應(yīng)力。只有通過反復(fù)淬火和拉直才能制造出幾乎完全平直的無應(yīng)力螺桿坯料。
然后將螺桿坯料置入涂敷機(jī)中，并點(diǎn)燃燃燒器。為消除所有的殘余濕氣，將燃燒器沿著縱軸在坯料表面移動(dòng)數(shù)次，接著粉末才會(huì)被激活。在燃燒器中，硬金屬粉末被加熱至大約1,200℃，且被加速至音速或超音速（300米/秒至2,000米/秒）。部分液化微粒以這一高速?zèng)_擊表面并鍵入粗糙表面。熱的粉末噴射很難被聚集—沖擊表面的直徑約為10毫米至20毫米。由于螺桿坯料具有復(fù)雜的三維幾何形狀且在90°的入射角度時(shí)涂敷最有效，因此需要傾斜燃燒器。
充分的微粒速度下，即使粒子束邊緣的入射角度略微偏離90°，也可進(jìn)行低微孔的涂敷。熾熱的粉末微粒被快速?gòu)?,200℃淬火至大約150℃，由此產(chǎn)生的體積縮小使鍍層具有拉伸應(yīng)力。較高動(dòng)能的后續(xù)微粒遇到這種情況會(huì)在沖擊和聚積壓縮應(yīng)力下造成鍍層塑性變形。在30至60個(gè)行程中將高度均勻的鍍層涂敷到整個(gè)螺桿輪廓上—螺紋棱面、螺紋側(cè)面、從螺紋過渡至根部的半徑面以及螺桿根部直徑面。
將鍍層置于惰性氣體或真空烤爐內(nèi)加工。為了防止翹曲或旋轉(zhuǎn)，將螺桿懸掛起來。整個(gè)涂敷的螺桿坯料被慢慢地均勻加熱；其產(chǎn)生的溫度間隔較小，最低程度降低了熱應(yīng)力。加熱將立方體結(jié)構(gòu)的鐵酸鹽轉(zhuǎn)化為立方體面心的奧氏體—鍍層仍未改變。在停留期間，處于熱動(dòng)態(tài)極不均勻狀態(tài)的鍍層合金元素將均衡擴(kuò)散。
基底材料的邊界層也發(fā)生了變化，增加了其附著力。在保持時(shí)間之后，鋼在多個(gè)階段被冷卻。冷卻速率大大影響螺桿基底材料的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化和屬性。如果冷卻太慢，鐵酸鹽的結(jié)構(gòu)將會(huì)極軟，那么聚合物塑化期間注塑機(jī)內(nèi)的機(jī)械特性則不足以承受注塑壓力和扭力?？焖倮鋮s會(huì)導(dǎo)致基底材料的長(zhǎng)度發(fā)生變化，同時(shí)基底材料和鍍層之間會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的熱應(yīng)力。這樣會(huì)導(dǎo)致鍍層開裂及螺桿翹曲。
設(shè)置所需的鋼材性能
在階段性冷卻工藝中恰當(dāng)?shù)馗淖兝鋮s速率可以從源頭上避免這些錯(cuò)誤，還可以優(yōu)化鍍層和基底材料特性，使得制造的螺桿幾乎沒有裂紋或翹曲。由于受到冷卻控制，螺桿在拉直的過程中受到限制，因?yàn)槠浯蟛糠中璞３种倍?。后續(xù)400℃至650℃（取決于所使用的基底材料）的單一或重復(fù)的熱處理及淬火設(shè)置了所需的鋼材特性。然后對(duì)螺桿進(jìn)行加工，以形成塑化所需的表面韌度—對(duì)外徑進(jìn)行圓形打磨，對(duì)螺紋輪廓打磨并對(duì)螺紋的進(jìn)料口和出口進(jìn)行成型和拋光。
鍍層的主要特征是改進(jìn)了螺桿的耐用性。這一結(jié)果被車間操作或?qū)⑵渥鳛閭浼贿\(yùn)輸時(shí)所進(jìn)行的模擬機(jī)械影響的“落錘撞擊實(shí)驗(yàn)”確認(rèn)。與其它鍍層相比，其出現(xiàn)第一個(gè)裂紋時(shí)下降能量將增加300%。
在表面出現(xiàn)第一個(gè)裂紋時(shí)Onyx鍍層的下落高度
?。ㄏ侣淠芰浚┍菻VOF涂層螺桿高幾倍
另外，通過熱處理可以大幅提高附著力。雖然HVOF（高速氧燃料）標(biāo)準(zhǔn)鍍層的附著力為90MPa至110MPa之間，但是，Onyx鍍層可以達(dá)到250MPa至350Mpa。這一測(cè)量數(shù)值的提高大大降低了鍍層開裂和剝落的風(fēng)險(xiǎn)。
新鍍層的附著力比標(biāo)準(zhǔn)HVOF鍍層的附著力大約高300%
長(zhǎng)期穩(wěn)定的操作范圍
結(jié)合了韌性基底材料和高度耐磨鍍層的材料引起了人們極大的興趣，因?yàn)樗梢粤可矶ㄖ破渲械哪硞€(gè)局部，使用壽命更長(zhǎng)。由于螺桿通道的形狀很均勻，塑化螺桿的新型防磨損系統(tǒng)可以確保長(zhǎng)期穩(wěn)定的操作，即使是加工填充物含量較高的聚合物。
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