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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 Extrudern

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Publication number
DE29622682U1
DE29622682U1 DE29622682U DE29622682U DE29622682U1 DE 29622682 U1 DE29622682 U1 DE 29622682U1 DE 29622682 U DE29622682 U DE 29622682U DE 29622682 U DE29622682 U DE 29622682U DE 29622682 U1 DE29622682 U1 DE 29622682U1
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DE
Germany
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screw
hardening
hardness
layer
plasticizing
Prior art date
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Application number
DE29622682U
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English (en)
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Ferromatik Milacron Maschinenbau GmbH
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Ferromatik Milacron Maschinenbau GmbH
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    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/06Surface hardening
    • C21D1/09Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/36Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
    • B29C48/50Details of extruders
    • B29C48/505Screws
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    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/02Pretreatment of the material to be coated
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/03Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
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Description

Ferromatik Milacron Maschinenbau GmbH
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)

Ferromatik Milacron Maschinenbau GmbH Riegeler Straße 4, D-793 64 Malterdingen Schnecke zum Plastifizieren und/oder Extrudieren von Kunst-Stoffmaterial in Spritzgießmaschinen und Extrudern Ansprüche:
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,
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,
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.
DE29622682U 1996-06-14 1996-06-14 Schnecke zum Plastifizieren und/oder Extrudieren von Kunststoffmaterial in Spritzgießmaschinen und Extrudern Expired - Lifetime DE29622682U1 (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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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WO2005123365A1 (en) * 2004-06-15 2005-12-29 The Timken Company Worm gear assembly having improved physical properties and method of making same
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