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立式注塑机用螺杆的表面处理及其发展趋势
作者: 日期:2019/12/25 14:40:33 点击:


螺杆和料筒多因磨损造成间隙过大不能正常挤、注而报废。磨损加大螺棱与机筒间的间隙,这导致降低熔融速率及泵出能力,造成物料温度不均匀及压力波动,使产品质量下降,同时生产率降低、能耗增加。相对机筒来说,螺杆更易于损坏失效。

螺杆失效引起的损失是惊人的,据北美1986年的统计数据,螺杆失效损失超过25亿美金。在中国,虽没有相应的统计资料,但是,据预测,到2010年,中国立式注塑机的产量将达到30万台套,其中挤出机、立式注塑机约占80%以上。可以设想,螺杆失效将导致巨大的经济损失。尤其是近年来,随塑料制品性能的提高和种类的增加,螺杆工作环境更为恶劣,除高硬度填料的使用导致磨损加剧外,还存在不同程度的腐蚀现象,因此,如何提高螺杆的寿命,是当前螺杆选材及热处理、表面处理的一个重要课题。

2 螺杆失效机理及影响使用寿命的因素

2.1 螺杆工作条件

注射螺杆在比较恶劣的条件下工作,温度一般在200℃以上。它不仅要承受注射时的高压,同时还承受熔料的磨蚀作用和预塑时的频繁负载起动。螺杆工作过程中还承受很大的压力和扭矩。

2.2 失效机理

一般认为,螺杆因磨损失效的主要原因是“磨粒磨损”。在螺杆和料筒之间的塑料或填料颗粒,由于力的作用,对螺杆产生切削作用导致材料损失,见图1。

此外,塑料和填料在高温下塑化时常常分解出腐蚀性介质,会对螺杆表面金属产生腐蚀,腐蚀产物很容易被塑料带出,从而导致材料的损失。磨损与腐蚀的共同作用,加剧了螺杆的失效。

2。3 影响螺杆使用寿命的因素

从螺杆失效的机理分析,影响螺杆使用寿命的因素有:

(1)螺杆的设计

(2)螺杆选材

(3)表面镀金属如Cr、Ni

(4)渗氮

(5)喷涂或喷焊硬化合金

(6)料筒的选材与表面处理

(7)物料(如塑料粒度、母料性能)及操作(转速、背压等)

可见,除(1)、(7)涉及到螺杆的设计(也即改善螺杆的受力状态)和所加工的物料外,螺杆的使用寿命主要与螺杆的材质,尤其是各种表面处理技术有关。

2。4 立式注塑机螺杆的选用依据

对立式注塑机螺杆进行选择时,首先是根据所加工塑料的性质,选择或自行设计螺杆的结构,如长径比、压缩比、螺距、棱宽等。

其次是选择螺杆的材料与相应的表面处理方法。如果所加工的塑料会产生强腐蚀气体,如聚氯乙烯分解出氯化氢气体、氟塑料分解出氟化氢气体,以及某些功能性塑料含有各种助剂,如阻燃剂、抗静电、着色剂、交联剂等,它们也会分解出氯化氢气体。以SO2为主的气体硫化物及其酸性物质、甲酸、焦磷酸等腐蚀性物质,在强混炼中浸蚀螺杆、机筒表面,造成剥蚀和点蚀。

一般而言,成型温度越高,腐蚀作用越剧烈。这种情况下,需考虑选用高耐蚀螺杆。

如果所加工塑料为高强度塑料,它们常含有玻璃、硼等增强纤维。还有为获得各种特殊性能或为了降低塑料的成本,会在塑料中加入各种填充料,如硅石、重晶石、陶土、纤维素、云母、金属粉等。这些颗粒的硬度如表1所示,是很高的,会对螺杆产生严重的磨粒磨损,因此需考虑高硬度的螺杆。

一般,硬质合金可以同时满足以上两个要求,某些厂家还在此基础上进一步发展了高耐蚀兼顾硬度、以及高硬度兼顾耐蚀性的不同螺杆。

3 螺杆常用的表面处理技术

由前述可知,影响螺杆使用寿命的主要因素是螺杆的材质和相应的表面处理,而表面处理又与螺杆本身的材质及其热处理有关。本节详细介绍螺杆常用的表面处理技术。

3.1 渗氮

优点是硬度高,耐蚀性较好。但是,高温长时间处理导致变形。为保证螺杆的直线度,渗氮后还要加一道磨外圆工序。如果是氮碳共渗(即软氮化),则该工序会将局部的白亮层磨去,而渗氮螺杆的耐磨、尤其是耐蚀性取决于该白亮层。

为了获得较高的表面硬度,螺杆材料通常选用专用的渗氮钢38CrMoAl。渗氮前要对38CrMoAl进行调质处理。

3.2 热喷涂

优点是高硬度、高耐磨性,但耐蚀性差。要求专用设备,工艺操作难度较大,材料成本与工艺成本都较高。双金属处理无论是堆焊还是热喷涂,工件表面温度都很高,易于引起工件变形。厚度均匀性很差,处理后要再加工或磨削,并且难以保证螺杆的优化设计曲线。

热喷涂技术既是螺杆生产时采用的技术,也是一种可用于螺杆修复的技术。


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