一種雙螺杆擠出機的殼體及其製造方法
2023-05-10 14:29:21 1
專利名稱：一種雙螺杆擠出機的殼體及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種用於製造雙螺杆擠出機的外殼或殼體段的方法，這類雙螺杆擠出機具有交疊的螺杆容納孔，所述交疊容納孔的徑向局部段被硬化，或者在所述交疊容納孔的某些徑向局部區域上具有比其它徑向局部區域更厚的硬化層。本發明還涉及用於雙螺杆擠出機的外殼或殼體段，其中交疊螺杆孔的徑向部分段被硬化，或者交疊螺杆孔的徑向部分段具有比其它徑向部分段更厚的硬化層。
背景技術：
雙螺杆擠出機及其殼體都是擠出機領域公知的技術。所述外殼常常由多個殼體段組裝而成，其中所述殼體段通過螺栓沿軸向方向順次連接在一起。
通常要對殼體或殼體段上的螺杆孔進行硬化，因為在這些位置會發生相對較強的磨損。因此，殼體可由，例如，氮硬化鋼製成。在機械加工之後對殼體進行氮化，能夠達到理想的硬度和理想的耐磨特性。不幸的是，在磨損達到大約0.1mm之後，氮化層被磨損掉，以後在較軟材料上磨損就會以快得多的速度進行。這樣的殼體或殼體段就無法再修復，必須更換。
另一種方案是，將螺杆孔做得較大，然後放入一厚度為例如10mm的襯套。當襯套被磨損時，可以更換襯套。其缺點是襯套和殼體之間的傳熱阻(heat transfer resistance)較高，因為襯套只是被壓裝配合在殼體中。
在DE10048870C2中公開了各種用於硬化的方法。特別要參考第6段，其中講述了將一實心或空心的芯子放入到所述螺杆孔中，用金屬/碳化物的粉末混合物填充在芯子和殼體之間的間隙中，並通過HIP(熱等靜壓(hot isostatic pressing))工藝將後者與螺杆孔結合在一起。
在該HIP處理中，粉末狀的HIP材料在一超過1000巴的壓力以及大於1250EC的溫度下進行壓實。為此目的，需要一焊接而成的氣密封閉的金屬殼體(在所述溫度下也是氣密的)。該金屬容器被充滿並高度地抽真空。所採用的合金可以是由粉末冶金方法製成的合金，其合金成分不符合溶解度和相圖的定律(laws of solubility and phase diagram)。該金屬產品不會產生偏析(segregations)，並具有具有各向同性的微晶結構。
諸如金屬/碳化物粉末混合物的功能材料相對昂貴。在這種已知的方法中，螺杆空的整個表面都採用該昂貴材料來硬化，是一個缺陷。
開始時所述的這類用於雙螺杆擠出機的殼體在DE29913316U1中公開了，特別參見其圖5。該參考文獻描述了這樣的概念，即，將耐磨材料只覆蓋所述孔的某些環行區域、以及確實受到最大磨損的區域。對於左螺杆而言，其對應於10點到12點的位置；對於右螺杆而言，其對應於12點到2點的位置。根據該文獻，該耐磨材料呈嵌入物的形式。
在美國專利5,752,770中，描述了僅以結合關係將耐磨層設置在一有限區域或一略有不同的環行區域。
對於製造如文獻DE29913316U1中所述的殼體而言，存在的問題在於，芯棒必須單獨製造，並用緊定螺絲固定在殼體的溝槽中。一方面，在擠出機殼體的整個長度上製造溝槽是困難的，另一方面，在所能預計的擠出機中的極高力的作用下，用緊定螺釘進行固定的可靠性是不夠的。在美國專利5,752,770中，要進行焊接，但在擠出機螺杆所採用的相對較薄且長的孔中，即便焊接也無法以簡單的方式來進行。
發明內容
本發明的目的在於改善前述類型殼體或殼體段的製造方法，以使所述殼體或殼體段的連接更加容易且更加可靠。
這是通過開始時描述的方法來實現的，根據本發明，首先在實心殼體和殼體段上加工出輔助孔，所述輔助孔將在隨後沿著其邊緣與螺杆孔膠疊，然後在殼體和殼體段上形成螺杆孔，其中輔助孔區域的硬化層是通過擴散粘結且特別是通過HIP工藝來實現的。因此，與現有技術的描述相比，所述方法不是始於鑽削隨後要形成溝槽的螺杆孔，而是始於加工輔助孔，其中輔助孔就形成在沿螺杆孔的邊緣上。當隨後加工螺杆孔時，輔助孔自動地形成了溝槽。
雖然以上說明涉及了輔助孔，但應該注意的是，所述輔助孔無需靠鑽削形成。所述輔助孔也可通過洗雪或其它方法製成。當硬化層只覆蓋殼體或殼體段軸向長度的一部分時，所述輔助孔無需穿越整個殼體或整個殼體段。
在殼體或殼體段上鑽削螺杆孔之前，在輔助孔上加工出功能層是有利的。在此情況下，也要首先加工出輔助孔，優選將HIP材料放入該輔助孔並通過HIP工藝固化之。然後在實心材料上加工出螺杆孔。在HIP材料已經到達其最終強度之前製造螺杆孔當然是有利的。否則，會產生螺杆孔偏斜的危險。如果螺杆孔在稍後加工，就可避免這一問題，這是通過首先加工出一定心孔或導向孔，然後通過拉鑽(draw boring)將拉鑽杆(draw boring bar)拉過引導孔或導向孔而加工出螺杆孔。
作為選擇，也可以首先鑽削出輔助孔和螺杆孔，然後將一芯棒插入螺杆孔，然後形成硬化層。
當該芯棒與螺杆孔緊密配合時，硬化層將僅存在於輔助孔的區域。當芯棒的直徑略小於螺杆孔的直徑時，螺杆孔的整個表面會被硬化層覆蓋，但是在輔助孔的區域硬化材料會相對較厚。
採用一管狀芯棒是有利的。在這種方法中，製造芯棒所用的材料相當少。當採用所謂的損耗芯棒(lost core)的時候，即，當在生產硬化層後芯棒即被鑽削掉的時候，這是非常有利的。
然而，也可以在將芯棒放入到螺杆孔之前為芯棒塗覆一層陶瓷，以便在通過HIP工藝產生硬化層之後能夠將芯棒取下。在執行HIP工藝的條件下，芯棒的塗層會受到破壞，使得芯棒材料和硬化材料之間沒有粘結。然後芯棒能夠被取下，再塗覆塗層，並再使用。用作硬化層的材料可以是粉末，儘管其也可以是所需形狀的實體，且該實體能夠被放入。
根據本發明，用於雙螺杆擠出機的殼體或殼體段的特徵在於，硬化層與其餘的殼體或殼體段之間產生擴散粘結。這就在硬化層和材料較少的殼體部件之間形成了非常令人滿意的連接，因為硬化層僅僅或主要形成在發生最大磨損的區域。
圖1是一雙螺杆擠出機殼體或殼體段的概略剖面圖，該殼體帶有在加入硬化材料以及形成螺杆容納孔之前的輔助孔；圖2表示圖1的殼體在加入硬化材料之後的狀態；圖3是在形成螺杆容納孔之後的、類似圖1和圖2的剖面圖；圖4是個類似的剖面圖，表示在形成圖3所示的螺杆容納孔之前在殼體上所形成的導向孔；圖5和6是表示本發明另一實施例的剖面圖；圖7和8是表示本發明再一實施例的剖面圖。
具體實施例方式
以下將結合附圖，對本發明進行詳細描述。圖1至圖8示出了一擠出機的殼體段在製造過程的不同時間點處的相應的橫截面圖。
可以沿軸向方向將擠出機劃分成不同的功能段，典型的段包括壓縮區、減壓區和計量區。在壓縮區中，磨損相當嚴重。在起排氣作用的減壓區中，只發生了輕微的磨損。計量區的端部連接著擠出嘴，在計量區中，也發生了相當嚴重的磨損。本發明優選用於產生較大磨損的所述區段。
在由氮化鋼製成的殼體段1(例如計量區)中，首先加工出輔助孔2(見圖1)。所述輔助孔2相互膠疊，且對應於沿將來形成的螺杆孔的邊緣的區域。所述孔可以延伸達到殼體段1的整個長度，儘管這不是必要的。(在計量區，輔助孔2可以從將要安裝擠出嘴的端部開始鑽削，並可以結束於另一端之前，該另一端連接著減壓區。)在所述孔中放入HIP材料，例如，碳鋼，然後執行HIP工藝(圖2)。在所用的鋼沒有硬化的時候，立即進行HIP工藝。就可以在隨即進行的熱處理工藝中立即形成螺杆孔(見圖3)，並獲得所需要的表面特性。在圖3中，示出了最終形成的殼體段1。
與殼體材料相比，如果輔助孔2上的材料硬度差較大，首先加工出引導孔或導向孔4是較為有利的(見圖4)。然後對導向孔進行鑽削，例如用拉鑽工具(draw boring tool)，從而形成螺杆孔3(見圖3)。
當採用碳化物塗層螺杆時，其相當於採用硬塗層材料的現有技術的狀況。在此情況下，必須首先形成輔助孔2，然後加工出螺杆孔3(見圖5)。然後將芯棒5插入到該螺杆孔中以封閉該螺杆孔，並在其餘空間(例如，輔助孔2的相應剩下的一半)中放入用作硬化材料層的材料(圖6)，所述硬化材料要在隨後經受HIP處理。當芯棒5預先由例如陶瓷塗層材料塗覆時，其可在HIP工藝後取下並重新使用。否則，其會與硬材料塗層發生擴散粘結，並且必須被鑽削掉，而不與硬材料塗層發生接觸。該芯棒也可以是管狀的(見圖7)。
所述芯棒還可以具有比螺杆孔略微小些的直徑，以便硬化材料層會延伸遍及所述螺杆孔3的整個周面，但硬化材料層在輔助孔2的區域厚度較大。這種情況見圖8。
權利要求
1.一種製造用於雙螺杆擠出機的殼體或殼體段(1)的方法，所述殼體或殼體段(1)具有交疊的螺杆孔(3)，所述交疊螺杆孔(3)要麼只在徑向部分段被硬化，要麼所述交疊螺杆孔(3)在某些徑向局部區域上具有比其它徑向局部區域更厚的硬化層，其特徵在於首先在實體殼體或實體殼體段(1)上加工出多個輔助孔(2)，所述多個輔助孔(2)優選為交疊的並沿著隨後將要形成的螺杆孔(3)的邊緣排列；然後鑽出螺杆孔(3)；優選通過擴散粘結、尤其是HIP工藝，在輔助孔(2)的區域上施加硬化層。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於在鑽削螺杆孔(3)之前，在所述輔助孔(2)上形成所述硬化層。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於首先鑽削出輔助孔(2)和螺杆孔(3)，然後將芯棒(5)插入到螺杆孔(3)中，然後形成硬化層。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於芯棒(5)是管狀的。
5.根據權利要求3或4所述的方法，其特徵在於在形成硬化層之後，將芯棒(5)鑽削掉。
6.根據權利要求3或4所述的方法，其特徵在於在芯棒插入到螺杆孔(3)之前，用諸如不會與HIP層發生粘結的陶瓷塗料塗覆芯棒(5)，並在通過HIP工藝形成硬化層之後取下芯棒。
7.根據權利要求3或4所述的方法，其特徵在於用於硬化層的材料，以粉末或實體形態來使用。
8.一種用於雙螺杆擠出機的殼體或殼體段(1)，其交疊的螺杆孔(3)僅在徑向局部段並硬化，或者交疊的螺杆孔(3)在某些徑向局部區域上具有比其它徑向局部區域更厚的硬化層，其特徵在於與其餘殼體或殼體段(1)擴散粘結的硬化層。
全文摘要
一種雙螺杆擠出機，其交疊螺杆孔(3)要麼僅在徑向局部段被硬化，要麼其交疊螺杆孔(3)在某些徑向局部區域具有比其它徑向局部段更厚的硬化層，為生產所述擠出機，提出了如下方法首先在實體殼體或實體殼體段(1)上加工出輔助孔(2)，該輔助孔將沿著隨後形成的螺杆孔(3)的邊緣排列並優選與之交疊；然後加工出螺杆孔(3)；然後優選通過擴散粘結、特別是HIP工藝，在輔助孔(2)的區域上施加硬化層。
文檔編號B29C47/08GK1718418SQ20051008381
公開日2006年1月11日 申請日期2005年7月7日 優先權日2004年7月8日
發明者R·扎赫拉德尼克 申請人:泰森擠出技術有限公司