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      鋼螺桿料筒表面硼化處理

    2. 發布日期:2017-02-04
    3. 摘要:螺桿和料筒多是因磨損造成間隙大不能正常擠出、注塑而報廢,很少有因強度不夠造成失效的,尤其是料筒在設計時除了考慮強度外,還要更多的考慮結構上的公益性和熱慣性,而且依據后者計算兩個因素所確定的壁厚要遠遠大于強度條件的計算值

      螺桿和料筒多是因磨損造成間隙大不能正常擠出、注塑而報廢,很少有因強度不夠造成失效的,尤其是料筒在設計時除了考慮強度外,還要更多的考慮結構上的公益性和熱慣性,而且依據后者計算兩個因素所確定的壁厚要遠遠大于強度條件的計算值.

       國內通常使用的45號鋼、40Cr鋼鍍鉻螺桿和料筒由于鍍層不均,與集體結合牢度低,在工作中而產生局部脫落,造成迅速磨損或腐蝕.相比只下氮化螺桿和料筒的性能要好些,目前被廣泛使用,其不足之處是氮化鋼價格高,氮化層抗氯化氫腐蝕能力低,表面硬度和耐磨性尚難以滿足告訴擠、注和加工增強塑料的需要.提高擠出機螺桿、注塑機螺桿和料筒的表面硬度及耐磨性,已成為塑料加工行業提高生產率、提高塑化質量,降低生產成本的技術關鍵問題.本文僅就45鋼螺桿、料筒表面硼化處理工藝的可行性進行和試驗研究,并以產品裝機考核形式進行驗證.

      1.       擠出機、注塑機45號鋼螺桿料筒偶件表面硼化處理的可行性分析

        鋼基表面滲硼,硼化物層具有高硬度、高抗磨性、高的熱穩定性和一定的耐腐蝕性能為眾所公認.但是,硼化處理能否在45鋼螺桿和料筒這類精密偶件上得以實施.其技術關鍵在于(1)滲硼后,螺桿及料筒的尺寸精度、不圓度、直線度要能控制在限定的公差范圍內,否則高硬度的硼化物層表面是難以用后續加工辦法進行尺寸和線度的校正.(2)在滿足尺寸及形變要求的前提下,要有足夠的滲硼層硬度,應選擇一種滲速快、有效滲勢持續時間長的滲硼劑和滲硼實施方法.(3)滲后,出料方便,工件表面逛街,勿需進行后續加工便可組裝使用,因此要求滲劑與工件表面不粘結.

       目前,國內外常用的固體滲硼方法,由于適用是滲硼溫度高,工件變形大,滲劑有效滲勢持續時間短(一般為3-5小時),滲劑與工件表面粘結,料筒內孔滲硼后難以出料等系列因素,使得精密件和細長深孔件滲硼后的變形問題難以解決.從而限制了滲硼工藝在螺桿和料筒偶件上的實施應用.我們采用大連理工大學發明的“增壓吸附式低溫滲硼”專利技術(專利號85105278.9)較好的解決了上述問題,該技術可是實現620-10550°C低、中、高區滲硼,滲劑有效滲勢遲訓時間長(可持續16-20小時),滲后出料方便,工件表面光潔,勿需后續加工便可組裝使用。
       
       

       

      2.滲硼工藝實施規范及工藝參數的確定

       工藝實施規范及工藝參數的確定,主要是一句工藝滲硼后的變形規律、硼化物層深及集體強度3方面 因素進行綜合評定。
      2.1料筒滲硼
       料筒屬于壁厚深孔加工件,滲硼實施的技術關鍵是看滲后內孔尺寸精度、園度和直線度能否達標,即滲后變形問題是主要問題,而集體強度因素可以不考慮,用退貨態組織替代調質組織在強度上是安全的,因為設計時從結構上的工藝性和熱慣性因素確定的料筒壁厚遠遠大于強度條件計算值。
        擠出機、注塑機45號鋼螺桿料筒的表面硼化處理1
       經系列優化試驗確定,滲硼前料筒為調質組織并充分進行去應力退火,滲硼后隨爐冷卻或隨罐出路空冷,實施滲硼工藝如圖1所示。料筒滲硼后,內控尺寸縮小,收縮程度與滲層厚度、滲硼溫度和滲后冷卻方式等因素有關。執行圖1工藝,經近30件測定數據表明,料筒內孔呈均勻收縮,收縮量一般為滲層厚度的15-25%,端口部位內孔收縮量略大于料筒內部(其差值一般≤0.01mm),內控園度和直線度均保持在公差允許范圍內,經清理拋光后便可直接組裝使用,試驗中發現若滲硼溫度纏裹820°C,料筒內孔尺寸精度、園度和直線度的變化往往超差,而且在全筒長范圍內變化是不均勻的,這可能與基材軟化和料筒內保持氣氛壓力不均等綜合因素有關,尚有待深化研究。
      2.2螺桿滲硼
       螺桿是在大扭矩和強烈磨損條件下工作,滲硼時應著重兼顧螺桿的尺寸精度(圓柱度和園度)和基體強度,而對彎曲變形在不出現小S彎條件下可適當房款,因為滲后直線度形變超差可通過熱點校直法進行校正。為保證滲層深度和集體強度,可適當提高滲硼溫度,滲后應進行高溫出路隨罐空冷,實施滲硼工藝如圖2所示。近30支滲硼螺桿檢測數據表明,滲層均勻沿全桿長不均勻度<0.01mm,外景尺寸增大一般為滲層厚度的15-25%。經清理拋光后器重近20-25%的滲硼螺桿需經熱點校直進行組裝,校直合格率可達100%。若滲硼溫度再提高,則滲后螺桿校直率是增加。
        

      擠出機、注塑機45號鋼螺桿料筒的表面硼化處理2

       

       3.滲硼層組織及表面硬度

       45鋼螺桿和料筒經圖1和圖2工藝實施,可獲得0.14-0.16mm的硼化物層,滲層為雙相(FIB+FI2B)組織,與基體呈齒狀結合,金相照片圖3如所示。崔志滲層表面測定硬度HV0.11400-1650。

      擠出機、注塑機45號鋼螺桿料筒的表面硼化處理3

       

      4. 45鋼滲硼螺桿和料筒裝機運行考核

       圖4為滲硼螺桿(未經清理拋光),現場運行考核由“大連某廠”負責執行。首批考核螺桿和料筒共12付,其中ф35、ф45、ф65規格的各4付,第二批考核9付尚在正常運行中,對比考核件為同規格氮化螺桿和料筒。
       鑒于現場考核影響因素復雜,又受許多可觀環節約束,從可比性角度確定以同機加工相同原料,而且一次性開機生產量相同為對比原則,測定螺桿和料筒運行前、后的尺寸變化值,具體停機檢測日期由用戶依據單機擠、注效率允許情況而定。首批考核數據表明,滲硼螺桿和料筒的耐磨性比氮化件提高1-2倍,未發現滲硼螺桿因強度不足而造成扭曲和斷裂問題。

      5.結語

       (1)應用“增壓吸附式低溫滲硼”專利技術,實施圖1和圖2推薦工藝,生產擠、注塑機45鋼滲硼螺桿何柳料筒偶件是完全可行的,滲后尺寸精度、園度和直線度均能控制在公差允許范圍內。12付滲硼螺桿和料筒裝機運行考核,尚未發現因強度不足造成牛求和斷裂現象。
       (2)實施推薦工藝滲硼,可獲得0.14-0.16mm厚的硼化物層,滲層均勻,沿全筒、桿長滲層不均度≤0.01mm,滲層為雙相(FIB+FI2B)組織,與集體呈齒狀結合,崔志滲層表面測定硬度HV0.11400-1650.
       (3)在同機加工相同原料,而且一次性開機生產量相等條件對比,滲硼螺桿和料筒的耐磨性科比同規格氮化件提高1-2倍。加工添加硬質增強劑塑料時,滲硼螺桿和料筒的耐磨性優勢更明顯。
       (4)僅從降低材料成本,提高使用壽命分析,用45鋼滲硼螺桿和料筒替代氮化鋼螺桿和料筒,可為塑機的生產方和使用方帶來明顯的經濟實惠。

      標簽: 螺桿制造(21)

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