DE29622682U1 - Schnecke zum Plastifizieren und/oder Extrudieren von Kunststoffmaterial in Spritzgießmaschinen und Extrudern - Google Patents
Schnecke zum Plastifizieren und/oder Extrudieren von Kunststoffmaterial in Spritzgießmaschinen und ExtrudernInfo
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Description
Ferromatik Milacron Maschinenbau GmbH
Riegeler Straße 4, D-79364 Malterdingen
Riegeler Straße 4, D-79364 Malterdingen
Schnecke zum Plastifizieren und/oder Extrudieren von Kunststoffmaterial
in Spritzgießmaschinen und Extrudern
Die Erfindung betrifft eine Schnecke zum Plastifizieren
und/oder Extrudieren von Kunststoffmaterial in Spritzgießmaschinen und Extrudern mit einer zumindest teilweise gehärteten
Oberfläche.
Ein bekanntes Verfahren zur Erzielung einer hohen Oberflächenhärte
ist das Ionitrieren bzw. Plasmanitrieren. Bei zu härtenden Bauelementen, beispielsweise Plastifizierschnecken in
Spritzgießmaschinen oder Extruderschnecken, aus legierten Werkzeugstählen mit mittlerem Chromgehalt werden durch Plasmanitrierung
Maximalhärtewerte im Randbereich bis zu einer Tiefe von 0,12 bis 0,15 mm von etwa 1200 bis 1300 HV erzielt, wobei
die Härte ab 0,15 mm jedoch sehr stark auf Werte von unter 400 HV abfällt. Dieser Wert entspricht in etwa der Grundhärte des
angelieferten Werkstoffes.
Bei starker abrasiver Beanspruchung des gehärteten Bauelements, im Beispiel einer Plastifizierschnecke bei der Verarbeitung
stark abrasiver Kunststoffe, wird diese recht harte Verschleißschicht jedoch in kurzer Zeit wieder abgetragen. Zur Erzielung
längerer Standzeiten stehen mehrere Möglichkeiten zur Verfügung.
Im einfachsten Fall wird das Bauelement, beispielsweise die Schnecke, vollkommen durchgehärtet. Das ist jedoch bei sehr
hoch chromlegierten Werkzeugstählen, wie sie zur Kunststoffverarbeitung
typischerweise eingesetzt werden, nicht ohne weiteres
möglich. Ein weiterer Nachteil ergibt sich durch den bei der Durchhärtung in der Regel auftretenden Verzug, der eine aufwendige
Nachbearbeitung durch Richten erforderlich macht. Dies insbesondere bei Spritzgießschnecken mit einem Längen-/Durchmesser-Verhältnis
von 25 und mehr.
Zudem besteht bei einem derartig durchgehärteten Bauelement erhöhte
Bruchgefahr.
Das trifft auch auf Bauelemente zu, die aus pulvermetallurgisch erzeugten Stählen bestehen, in welche Einzelkomponenten recht
einfach durch Zumischen von z.B. Mo oder V eingebracht werden können, die das Verschleißverhalten günstig beeinflussen.
Derartige Stähle weisen zwar den Vorteil auf, eine Durchhärtung auf übliche Weise zu ermöglichen und aufgrund des feinen
Gefügeaufbaus eine verbesserte Festigkeit bei geringem Verzug zu erreichen. Aber wie gesagt besteht gerade bei Stoßbelastung
oder dgl. die Gefahr von Frühausfällen durch Bruch.
Um dieses Problem zu lösen, aber trotzdem eine sehr tiefe Verschleißschicht
zu erzielen, sind seit langem Stegpanzerungen üblich. Hierbei wird eine auf W- oder Co-Basis bestehende Legierung
durch Auftragschweißen auf das Bauelement, beispielsweise auf die Stege einer Schnecke, aufgebracht und anschließend
fertigbearbeitet. Neben dem Nachteil des Erfordernisses einer Nachbearbeitung bietet dieses Verfahren gerade bei
Schnecken lediglich einen Schutz an den Stegen, während die restliche Kontur, beispielsweise der Schneckengrund, lediglich
oberflächengehärtet ist, z.B. durch Plasmanitrierung.
Um auch bei so konturierten Bauelementen wie Spritzgieß- und Extruderschnecken eine gleichmäßige und zwar hinreichend tiefe
Verschleißschicht zu erreichen, ist auch schon der Weg des Laserhärtens gewählt worden.
Laserstrahlen sind in der Lage, Energie konzentriert und über große Entfernungen zu übertragen. Das zu härtende Bauelement
wird mittels eines Infrarotlasers bestrahlt. Der Brennfleck (im
Quadratzentimeter-Bereich) wird einige Sekunden auf ein Oberflächenelement
des Bauelements gerichtet, wobei die vom Metall absorbierte Energie in Wärme umgesetzt wird. Die Oberflächenzone
wird bis in eine definierte Tiefe austenitisiert, wobei infolge der raschen Erwärmung und des hohen Temperaturgradienten
der tiefer gelegene Bereich kühler bleibt. Nachdem der Brennfleck auf der Bauelementoberfläche weiterbewegt worden
ist, erfolgt ein Temperaturausgleich mit diesem Bereich. Die austenitisierte Randschicht wird durch Wärmeleitung abgekühlt
und wandelt sich bei ausreichender Abkühlungsrate ohne extern wirkendes Kühlmittel martensitisch um.
Das Bauelement wird auf diese Weise bahnenweise abgerastert, wobei entweder der Laserstrahl geführt wird oder das Bauelement
unter dem Brennfleck weiterbewegt wird.
Die Laserhärtung bietet den Vorteil sehr geringer thermischer Belastung und guter Maßhaltigkeit.
Es können alle umwandelbaren Stähle und Gußeisensorten mit dem Laserstrahl gehärtet werden, deren Kohlenstoffgehalt für eine
Martensitbildung ausreicht.
Bedingt durch den hohen Temperaturgradienten nahe der Oberfläche ist die erzielbare Härteschichtdicke allerdings auf etwa 3
mm begrenzt.
Auch liegt die erzielbare Härte lediglich bei Werten um 800 HV, so daß eine derartige Verschleißschicht nicht unbedingt geeignet
ist, die Standzeit des Bauelements entscheidend zu verlängern.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schnecke der eingangs genannten Art mit einer Verschleißschicht anzugeben,
die zu einer signifikanten Standzeitverlängerung des Bauelements führt und der Verzug, die Bruchgefahr und der
Nachbearbeitungsaufwand auf ein Minimum reduziert wird.
• ·
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs
l.
Die Erst- und Zweit-Wärmebehandlung ergänzen sich zu einem nahezu
übergangslosen Härteverfahren, durch das eine hohe Härte im äußeren Bereich und geringere Härte mit großer Eindringtiefe
im darunterliegenden Bereich bei im Anlieferungszustand, d.h. im zähen Zustand, verbleibenden Kernbereich vorliegt.
Das ist gerade bei der Verarbeitung von abrasiven Kunststoffen in Spritzgießmaschinen und Extrudern von entscheidender Bedeutung.
Die oberflächliche, härtere Schicht wird zunächst kaum angegriffen. Kommt es jedoch auf Dauer bei längerer Einwirkung
zu einem Fehlen der oberen, härteren Schicht, so setzt die darunter befindliche Härteschicht der Abrasion zumindest eine
zeitlang ausreichend Widerstand entgegen.
Darüber hinaus tritt dieser Effekt nicht nur an den Stegen, sondern über die gesamte Oberfläche der Schnecke bzw. des jeweiligen
Bauelements auf.
Dabei betrifft die Härtung nicht nur die Schnecke selber sondern auch deren Anschlußpartie, wobei bei kleinerem Durchmesser
der Zahnprofilausbildung auch lediglich einstufig gearbeitet werden kann.
In bevorzugter Ausführungsform wird zur Ausbildung der ersten,
relativ weit eindringenden Härteschicht die an sich bekannte Laserhärtung eingesetzt und zur Ausbildung der härteren Randschicht
die Härtung durch Plasmanitrierung.
Durch die Laserhärtung wird die Verzuggefahr gegenüber Durchhärtung
erheblich herabgesetzt. Durch die Strahlführung des Lasers können die Höhen und Tiefen des Bauelementprofils abgefahren
werden, wodurch eine nahezu konturgerechte Ausbildung der Härteschicht erfolgt.
Über dieser wird dann anschließend durch Plasmanitrieren die dünnere aber härtere Randschicht erzeugt.
Durch den Wegfall von langen Abkühlzeiten und auch Anlaßzeiten durch sehr genaue Strahlsteuerung ist die Schnecke wirtschaftlicher
herzustellen, wobei auch die Kosten durch höhere Geradheit, Verzugsfreiheit und - hierdurch bedingt - nicht erforderliches
Richten gesenkt werden.
Statt der Plasmanitrierung kann die härtere Oberflächenschicht auch durch eine Beschichtung beispielsweise im PVD- bzw. CVD-Verfahren
erzeugt werden, oder aber es kann eine derartige Beschichtung mit den oben angegebenen Wärmebehandlungsverfahren
kombiniert werden.
Die Schnecke kann dabei auf der gesamten Bauteiloberfläche gehärtet
werden, oder aber lediglich in den besonders beanspruchten Bereichen.
Dies sind bei Plastifizierschnecken der Kompressionszonenbereich
und der Bereich der aktiven Flanken des Schneckensteges. Gerade bei derartigen Schnecken bietet sich eine Härtung an, da
es sich hierbei um Bauelemente mit einem Länge-/Durchmesser-Verhältnis von 25 oder mehr handelt, die eine Kernzähigkeit
benötigen, damit die Bruchgefahr gemindert ist und bei denen Härteverfahren eingesetzt werden müssen, die so geartet sind,
daß auch die Verzuggefahr minimiert ist, um Nachbearbeitungen durch Richten überflüssig zu machen.
Gemäß Anspruch 3 soll das Verhältnis der Härte der ersten zur Härte der zweiten Härteschicht 1 : 2 bis 1 : 3 betragen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel {Anspruch 5) beträgt die durch Plasmanitrierung erzeugte Härte bis zu 13 00 HV und die durch
Laserhärtung erzeugte 600 bis 800 HV, wobei gemäß Anspruch 4 die durch Laserhärtung erzeugte Schicht eine Eindringtiefe von
bis zu 3 mm beträgt, während die Eindringtiefe der oberflächli-
chen, härteren Schicht Werte im Bereich von 100 bis 300 Mm aufweisen.
Die einzige Abbildung zeigt ein Diagramm, in dem beispielhaft dargestellt ist, wie beim Härten der Schnecke das Laserhärte-Verfahren
mit dem Ionitrier-Verfahren kombiniert ist, wodurch sich das in durchgezeichneter Linie dargestellte Härteprofil
ergibt.
Claims (6)
1. Schnecke zum Plastifizieren und/oder Extrudieren von
Kunststoffmaterial in Spritzgießmaschinen und Extrudern mit einer zumindest teilweise gehärteten Oberfläche,
gekennzeichnet durch
eine erste mittels Laserhärtung erzeugte Härteschicht relativ großer Eindringtiefe und einer zweiten durch Ionitrierung
(Plasmanitrierung) erzeugten Härteschicht mit gesteigerter Härte, deren Eindringtiefe geringer ist als die
der ersterzeugten Härteschicht.
2. Schnecke nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Härteschicht mit gesteigerter Härte lediglich im Kompressionszonenbereich und im Bereich der aktiven Flanken
des Schneckensteges vorgesehen ist.
3. Schnecke nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verhältnis der Härten von erster und zweiter Härteschicht 1 : 2 bis 1 : 3 beträgt.
4. Schnecke nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Eindringtiefe der ersten Härteschicht < 3 mm beträgt .
5. Schnecke nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Härte im Außenbereich bis zu 1300 HV beträgt, während in der darunter befindlichen Härteschicht eine Härte
von 600 bis 800 HV vorliegt.
6. Schnecke nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schneckenwerkstoff ein hoch chromlegierter Werkzeugstahl
ist.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29622682U DE29622682U1 (de) | 1996-06-14 | 1996-06-14 | Schnecke zum Plastifizieren und/oder Extrudieren von Kunststoffmaterial in Spritzgießmaschinen und Extrudern |
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| DE29622682U DE29622682U1 (de) | 1996-06-14 | 1996-06-14 | Schnecke zum Plastifizieren und/oder Extrudieren von Kunststoffmaterial in Spritzgießmaschinen und Extrudern |
| DE19623776 | 1996-06-14 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE29622682U1 true DE29622682U1 (de) | 1997-04-03 |
Family
ID=26026580
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE29622682U Expired - Lifetime DE29622682U1 (de) | 1996-06-14 | 1996-06-14 | Schnecke zum Plastifizieren und/oder Extrudieren von Kunststoffmaterial in Spritzgießmaschinen und Extrudern |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE29622682U1 (de) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005123365A1 (en) * | 2004-06-15 | 2005-12-29 | The Timken Company | Worm gear assembly having improved physical properties and method of making same |
| EP3054026A1 (de) * | 2015-02-04 | 2016-08-10 | VitKovice Cylinders a.s. | Verfahren zur kombinierten Oberflächenbehandlung von Werkzeugstahl |
-
1996
- 1996-06-14 DE DE29622682U patent/DE29622682U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005123365A1 (en) * | 2004-06-15 | 2005-12-29 | The Timken Company | Worm gear assembly having improved physical properties and method of making same |
| EP3054026A1 (de) * | 2015-02-04 | 2016-08-10 | VitKovice Cylinders a.s. | Verfahren zur kombinierten Oberflächenbehandlung von Werkzeugstahl |
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|
| R157 | Lapse of ip right after 6 years |
Effective date: 20021231 |