钢螺杆料筒表面硼化处理

  • 发布日期:2017-02-04
  • 摘要:螺杆和料筒多是因磨损造成间隙大不能正常挤出、注塑而报废,很少有因强度不够造成失效的,尤其是料筒在设计时除了考虑强度外,还要更多的考虑结构上的公益性和热惯性,而且依据后者计算两个因素所确定的壁厚要远远大于强度条件的计算值

    螺杆和料筒多是因磨损造成间隙大不能正常挤出、注塑而报废,很少有因强度不够造成失效的,尤其是料筒在设计时除了考虑强度外,还要更多的考虑结构上的公益性和热惯性,而且依据后者计算两个因素所确定的壁厚要远远大于强度条件的计算值.

     国内通常使用的45号钢、40Cr钢镀铬螺杆和料筒由于镀层不均,与集体结合牢度低,在工作中而产生局部脱落,造成迅速磨损或腐蚀.相比只下氮化螺杆和料筒的性能要好些,目前被广泛使用,其不足之处是氮化钢价格高,氮化层抗氯化氢腐蚀能力低,表面硬度和耐磨性尚难以满足告诉挤、注和加工增强塑料的需要.提高挤出机螺杆、注塑机螺杆和料筒的表面硬度及耐磨性,已成为塑料加工行业提高生产率、提高塑化质量,降低生产成本的技术关键问题.本文仅就45钢螺杆、料筒表面硼化处理工艺的可行性进行和试验研究,并以产品装机考核形式进行验证.

    1.       挤出机、注塑机45号钢螺杆料筒偶件表面硼化处理的可行性分析

      钢基表面渗硼,硼化物层具有高硬度、高抗磨性、高的热稳定性和一定的耐腐蚀性能为众所公认.但是,硼化处理能否在45钢螺杆和料筒这类精密偶件上得以实施.其技术关键在于(1)渗硼后,螺杆及料筒的尺寸精度、不圆度、直线度要能控制在限定的公差范围内,否则高硬度的硼化物层表面是难以用后续加工办法进行尺寸和线度的校正.(2)在满足尺寸及形变要求的前提下,要有足够的渗硼层硬度,应选择一种渗速快、有效渗势持续时间长的渗硼剂和渗硼实施方法.(3)渗后,出料方便,工件表面逛街,勿需进行后续加工便可组装使用,因此要求渗剂与工件表面不粘结.

     目前,国内外常用的固体渗硼方法,由于适用是渗硼温度高,工件变形大,渗剂有效渗势持续时间短(一般为3-5小时),渗剂与工件表面粘结,料筒内孔渗硼后难以出料等系列因素,使得精密件和细长深孔件渗硼后的变形问题难以解决.从而限制了渗硼工艺在螺杆和料筒偶件上的实施应用.我们采用大连理工大学发明的“增压吸附式低温渗硼”专利技术(专利号85105278.9)较好的解决了上述问题,该技术可是实现620-10550°C低、中、高区渗硼,渗剂有效渗势迟训时间长(可持续16-20小时),渗后出料方便,工件表面光洁,勿需后续加工便可组装使用。
     
     

     

    2.渗硼工艺实施规范及工艺参数的确定

     工艺实施规范及工艺参数的确定,主要是一句工艺渗硼后的变形规律、硼化物层深及集体强度3方面 因素进行综合评定。
    2.1料筒渗硼
     料筒属于壁厚深孔加工件,渗硼实施的技术关键是看渗后内孔尺寸精度、园度和直线度能否达标,即渗后变形问题是主要问题,而集体强度因素可以不考虑,用退货态组织替代调质组织在强度上是安全的,因为设计时从结构上的工艺性和热惯性因素确定的料筒壁厚远远大于强度条件计算值。
      挤出机、注塑机45号钢螺杆料筒的表面硼化处理1
     经系列优化试验确定,渗硼前料筒为调质组织并充分进行去应力退火,渗硼后随炉冷却或随罐出路空冷,实施渗硼工艺如图1所示。料筒渗硼后,内控尺寸缩小,收缩程度与渗层厚度、渗硼温度和渗后冷却方式等因素有关。执行图1工艺,经近30件测定数据表明,料筒内孔呈均匀收缩,收缩量一般为渗层厚度的15-25%,端口部位内孔收缩量略大于料筒内部(其差值一般≤0.01mm),内控园度和直线度均保持在公差允许范围内,经清理抛光后便可直接组装使用,试验中发现若渗硼温度缠裹820°C,料筒内孔尺寸精度、园度和直线度的变化往往超差,而且在全筒长范围内变化是不均匀的,这可能与基材软化和料筒内保持气氛压力不均等综合因素有关,尚有待深化研究。
    2.2螺杆渗硼
     螺杆是在大扭矩和强烈磨损条件下工作,渗硼时应着重兼顾螺杆的尺寸精度(圆柱度和园度)和基体强度,而对弯曲变形在不出现小S弯条件下可适当房款,因为渗后直线度形变超差可通过热点校直法进行校正。为保证渗层深度和集体强度,可适当提高渗硼温度,渗后应进行高温出路随罐空冷,实施渗硼工艺如图2所示。近30支渗硼螺杆检测数据表明,渗层均匀沿全杆长不均匀度<0.01mm,外景尺寸增大一般为渗层厚度的15-25%。经清理抛光后器重近20-25%的渗硼螺杆需经热点校直进行组装,校直合格率可达100%。若渗硼温度再提高,则渗后螺杆校直率是增加。
      

    挤出机、注塑机45号钢螺杆料筒的表面硼化处理2

     

     3.渗硼层组织及表面硬度

     45钢螺杆和料筒经图1和图2工艺实施,可获得0.14-0.16mm的硼化物层,渗层为双相(FIB+FI2B)组织,与基体呈齿状结合,金相照片图3如所示。崔志渗层表面测定硬度HV0.11400-1650。

    挤出机、注塑机45号钢螺杆料筒的表面硼化处理3

     

    4. 45钢渗硼螺杆和料筒装机运行考核

     图4为渗硼螺杆(未经清理抛光),现场运行考核由“大连某厂”负责执行。首批考核螺杆和料筒共12付,其中ф35、ф45、ф65规格的各4付,第二批考核9付尚在正常运行中,对比考核件为同规格氮化螺杆和料筒。
     鉴于现场考核影响因素复杂,又受许多可观环节约束,从可比性角度确定以同机加工相同原料,而且一次性开机生产量相同为对比原则,测定螺杆和料筒运行前、后的尺寸变化值,具体停机检测日期由用户依据单机挤、注效率允许情况而定。首批考核数据表明,渗硼螺杆和料筒的耐磨性比氮化件提高1-2倍,未发现渗硼螺杆因强度不足而造成扭曲和断裂问题。

    5.结语

     (1)应用“增压吸附式低温渗硼”专利技术,实施图1和图2推荐工艺,生产挤、注塑机45钢渗硼螺杆何柳料筒偶件是完全可行的,渗后尺寸精度、园度和直线度均能控制在公差允许范围内。12付渗硼螺杆和料筒装机运行考核,尚未发现因强度不足造成牛求和断裂现象。
     (2)实施推荐工艺渗硼,可获得0.14-0.16mm厚的硼化物层,渗层均匀,沿全筒、杆长渗层不均度≤0.01mm,渗层为双相(FIB+FI2B)组织,与集体呈齿状结合,崔志渗层表面测定硬度HV0.11400-1650.
     (3)在同机加工相同原料,而且一次性开机生产量相等条件对比,渗硼螺杆和料筒的耐磨性科比同规格氮化件提高1-2倍。加工添加硬质增强剂塑料时,渗硼螺杆和料筒的耐磨性优势更明显。
     (4)仅从降低材料成本,提高使用寿命分析,用45钢渗硼螺杆和料筒替代氮化钢螺杆和料筒,可为塑机的生产方和使用方带来明显的经济实惠。

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