DE19602589B4 - Method for producing a wear-resistant shatterproof screw tip - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Schneckenspitze für eine Plastifiziereinheit einer Kunststoffspritzmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft, bestehend aus einem zähen und hohe Festigkeit aufweisenden Werkstoff, mittels heissisostatischem Pressen mit einem verschleiss- und korrosionsbeständigen Werkstoff verbunden wird.method for producing a screw tip for a plasticizing unit a plastic injection machine, characterized in that the shaft, consisting of a tough one and high strength material, by means of hot isostatic Pressing with a wear and corrosion resistant material is connected.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Stand der TechnikState of technology

Ein wichtiger Bestandteil der Spritzgussmaschine ist die Plastifiziereinheit, bestehend aus Spritzgusszylinder, Förderschnecke, Rückstromsperre- und Einspritzdüse. Die Rückstromsperre setzt sich zusammen aus der Schneckenspitze, dem Sperring und Druckring. Die Rückstromsperre hat Anteil am Dosieren und verhindert mit dem Sperring das Zurückfliessen des Kunststoffes.One important part of the injection molding machine is the plasticizing unit, consisting of injection molding cylinder, screw conveyor, reverse flow lock and injector. The backflow stop consists of the screw tip, the locking ring and pressure ring. The backflow stop has a share in dosing and prevents backflow with the locking ring of the plastic.

Die dabei entstehenden Schlag- und Torsionskräfte muss die Schneckenspitze auf der Flügelform auffangen. Die Drehbewegungen zwischen der Flügelform, der Schneckenspitze und den Sperringen verursachen hohen Reibverschleiss an den Auflageflächen. Das Problem ist also, die Schneckenspitze torsions- und verschleissfest zu gestalten.The The resulting impact and torsional forces must the screw tip on the wing shape field. The rotational movements between the wing shape, the screw tip and the locking rings cause high Reibverschleiss at the bearing surfaces. The Problem is so, the screw tip torsion and wear resistant to design.

Dies wird heute durch folgende Konstruktionen gelöst:
Die Schneckenspitze besteht aus einem Vergütungsstahl, der nach dem Vergütungsprozess gas- oder plasmanitriert wird. Dabei wird eine hohe Torsionsfestigkeit des Stahles garantiert, aber die dünne Nitrierschicht wird durch die hohen Anpressdrücke schnell durchbrochen und das Material verschleisst vorzeitig.This is solved today by the following constructions:
The screw tip consists of a tempered steel, which is gas or plasma nitrided after the tempering process. The high torsional strength of the steel is guaranteed, but the thin nitride layer is quickly broken by the high contact pressure and the material wears prematurely.

Eine weitere Möglichkeit bietet der Einsatz von durchgehärteten Stählen. Diese Variante garantiert eine gute Verschleissfestigkeit, neigt aber zu Torsionsbrüchen im Schaftbereich, da die Zähigkeit fehlt. Dies versucht man zu umgehen, indem die Schaftpartie auf eine geringe Härte angelassen wird. Das führt zu einem undefinierbaren Gefügeübergang und Grobkornbildung, was wiederum einen vorzeitigen Bruch zur Folge haben könnte.A another possibility offers the use of through-hardened Steels. This variant guarantees a good wear resistance, tends but to torsion breaks in the shaft area, because the toughness is missing. This one tries to get around by the shaft section on a low hardness is started. Leading to an indefinable microstructure transition and coarse grain formation, which in turn results in premature breakage could have.

Alle diese Probleme versuchte man mit einer weiteren Variante zu lösen. Das Grundmaterial besteht aus einem Nitrier- oder Vergütungsstahl, der an der Flügelform oder Anschlagfläche mit eingelötetem Hartmetall ausgelegt ist. Der Nachteil dieser Variante sind die hohen Fertigungskosten und die Gefahr von Ausbrüchen von Hartmetall an der Lötstelle mit Folgeschäden am Werkzeug.All These problems were tried with another variant to solve. The Basic material consists of a nitriding or tempering steel, the at the wing shape or stop surface with soldered Carbide is designed. The disadvantage of this variant are the high production costs and the risk of outbreaks of carbide on the soldered point with consequential damages on the tool.

Aus der EP-A-0 638 382 ist es bekannt, auf einen Stahlschaft eine Aluminiumhülse aufzuschmieden, um einen Aluminiumrotor herzustellen. Dazu wird der Stahlschaft in der Form eines Heissschmiedewerkzeugs angeordnet. Ein Ring aus Aluminium wird aufgesetzt oder der freie Raum um den Stahlschaft mit Aluminiumpulver gefüllt. Der Stempel der Schmiedeform wird geschlossen, wobei gleichzeitig das Formen des Rotors wie auch das feste Verbinden des Aluminiumkörpers mit dem Stahlschaft erfolgt.Out It is known from EP-A-0 638 382 to apply an aluminum sleeve to a steel shaft in order to to produce an aluminum rotor. For this, the steel shaft in arranged in the form of a hot forging tool. A ring made of aluminum is put on or the free space around the steel shaft with aluminum powder filled. The punch of the forge is closed, while at the same time the shaping of the rotor as well as the firm connection of the aluminum body with the steel shaft takes place.

Der entstehende Körper weist jedoch nicht die Verschleissfestigkeit auf, die für Schneckenspitzen in Extrudern erforderlich ist, da Aluminium diese Eigenschaften nicht aufweist. Die Herstellung durch Schmieden, d.h. gerichteten Druck, lässt auch entsprechend richtungsabhängige Werkstückeigenschaften erwarten, die zu lokal unterschiedlicher Verschleissfertigkeit führen.Of the developing bodies however, does not have the wear resistance that is typical for screw tips in extruders, because aluminum has these properties does not have. The production by forging, i. directed Pressure, leaves also according to directional Workpiece characteristics expect that lead to locally varying degrees of wear.

Da alle diese Varianten mit Nachteilen behaftet sind, suchte man nach einer weiteren Lösung, die erfindungsgemäss folgendermassen dargestellt wird:
Ziel der Erfindung ist es, hohe Torsions- und Druckkräfte auf die Schneckenspitze aufnehmen zu können. Gleichzeitig sollte der dabei entstehende Reibverschleiss zwischen der Auflagefläche der Flügelform an der Schneckenspitze und dem Sperring verringert werden.Since all these variants are subject to disadvantages, the search was for a further solution, which is represented according to the invention as follows:
The aim of the invention is to be able to record high torsional and compressive forces on the screw tip. At the same time, the resulting fretting wear between the bearing surface of the wing form on the screw tip and the locking ring should be reduced.

Um alle diese Probleme zu lösen, wurde ein Verbund zweier unterschiedlicher Materialien gewählt (Skizze 1). Als zäher Kern (Pos. 1, Skizze 1) wurde Vergütungsstahl eingesetzt, der mittels heissisostatischem Pressen (HIP) mit einem verschleiss- und korrosionsfesten Werkzeugstahl (Pos. 2, Skizze 1) verbunden wird. Die Endkontur (Pos. 3) wird nach dem heissisostatischen Pressen mechanisch herausgearbeitet. Das HIP-Verfahren gewährleistet einen ausgezeichneten Verbund zwischen den beiden Werkstoffen, auch bei hohen Anpressdrücken. Der Verbundkörper wird, abgestimmt auf beide Werkstoffe, gehärtet und angelassen. Dadurch wird die hohe Zähigkeit im Schaft, kombiniert mit hoher Verschleissfestigkett in der Flügelform, erreicht. Die Verfahren werden erfindungsgemäss mit folgenden Beispielen beschrieben: To solve all these problems, a composite of two different materials was chosen (Sketch 1). As a tough core (pos. 1 , Sketch 1) was used tempered steel, which by means of hot isostatic pressing (HIP) with a wear and corrosion-resistant tool steel (pos. 2 , Sketch 1) is connected. The final contour (Pos. 3 ) is mechanically worked out after hot isostatic pressing. The HIP process ensures an excellent bond between the two materials, even at high contact pressures. The composite body is hardened and tempered to match both materials. As a result, the high toughness in the shaft, combined with high wear-resistant chain in the wing shape, achieved. The processes according to the invention are described with the following examples:

Beispiel 1example 1

Eine Schneckenspitze für den Maschinentyp SGA, Durchmesser 55, Fahr-Bucher, verarbeiteter Kunststoff = Thermoplast, wurde im Kern (Skizze 2, Pos. 1) mit dem Werkstoff 1.7225 (42 Cr Mo4) ausgelegt und mittels heissisostatischem Pressen bei 1080·C/3h/1000 bar mit dem Werkstoff X 235, (Pos. 2), Analyse:
C = 2,3 %
Cr = 20,0 %
Mo = 1,0 %
V = 4,2 %
Ta/Nb = 1,9 %
Fe = Rest der als Pulver in die Kapsel (Pos. 3) eingefüllt wurde, verbunden. Die Kapsel aus dem Werkstoff St 37 diente als Druckübertragungsmittel und wurde nach dem HIP'en mechanisch entfernt. Die Kontur (Pos. 4) der Schneckenspitze wurde spanabhebend eingearbeitet. Anschliessend wurde die Schneckenspitze einer Wärmebehandlung wie folgt unterzogen. Härten im Vakuum: 1080 °C/30 Min. Anlassen: 500 °C/2 h 3 x A screw tip for the machine type SGA, diameter 55, Fahr-Bucher, processed plastic = thermoplastic, was in the core (sketch 2, pos. 1 ) with the material 1.7225 (42 Cr Mo4) and by means of hot isostatic pressing at 1080 · C / 3h / 1000 bar with the material X 235, (pos. 2 ), Analysis:
C = 2.3%
Cr = 20.0%
Mo = 1.0%
V = 4.2%
Ta / Nb = 1.9%
Fe = remainder of the powder in the capsule (pos. 3 ) was connected. The capsule made of the material St 37 served as a pressure transfer medium and was mechanically removed after HIP'en. The contour (pos. 4 ) of the screw tip was machined. Subsequently, the screw tip was subjected to a heat treatment as follows. Hardening in a vacuum: 1080 ° C / 30 min. tempering: 500 ° C / 2 h 3 x

Dabei wurde im Kern eine Festigkeit von 1100 N/mm2 und eine Bruchdehnung von 10 % erreicht. Am Werkstoff X 235 an der Aussenseite wurde die Härte von HRC 60 gemessen.In this case, a core strength of 1100 N / mm 2 and an elongation at break of 10% was achieved. On the outside of the material X 235 the hardness of HRC 60 was measured.

Beispiel 2Example 2

Ein Körper nach Skizze 3 wurde gefertigt. Ein Grundmaterial (Pos. 1) der Qualität 1.2343 wurde eingesetzt und mit einem Pulver der Qualität 1.2380 (Pos. 2) heissisostatisch bei 1100°C/3h/1000 bar verbunden. Die Kapsel aus rostfreiem Stahl (Pos. 3) der Qualität 1.4435 diente als Druckübertragungsmittel.A body according to sketch 3 was made. A basic material (pos. 1 ) of quality 1.2343 was used and with a powder of quality 1.2380 (pos. 2 ) hot isostatically connected at 1100 ° C / 3h / 1000 bar. The capsule made of stainless steel (pos. 3 ) of quality 1.4435 served as pressure transmitting means.

Im Unterschied zum Beispiel 1 wurde nur die Anschlagseite der Flügelform beschichtet. Dies, um der Flügelform eine höhere Scherfestigkeit durch den bis an den Randbereich gezogenen Werkstoff 1.2343 zu gewährleisten. Nach dem heissisostatischen Pressen wurde der Körper nach der Kontur von Pos. 4 mechanisch bearbeitet und anschliessend folgender Wärmebehandlung unterzogen: Härten im Vakuum: 1150 °C/30 Min. Anlassen: 580 °C/2 h 3 x In contrast to Example 1, only the stop side of the wing shape was coated. This, in order to ensure the wing shape a higher shear strength through the pulled up to the edge region 1.2343 material. After hot isostatic pressing, the body was shaped according to the contour of pos. 4 mechanically processed and then subjected to the following heat treatment: Hardening in a vacuum: 1150 ° C / 30 min. tempering: 580 ° C / 2 h 3 x

Dabei erreichte der Werkstoff
1.2343 die Härte von HRC 48 (Zugfestigkeit = 1570 N/mm2)
und der Werkstoff 1.2380 die Härte von HRC 60.The material reached
1.2343 the hardness of HRC 48 (tensile strength = 1570 N / mm 2 )
and the material 1.2380 the hardness of HRC 60.

Dies bewährte sich im Einsatz bestens.This proven in the best way.

Beispiel 3Example 3

Ein Körper nach Skizze 4 mit einer Länge von 1000 mm wurde gefertigt. Ein Grundmaterial (Pos. 1) der Qualität 1.4057 wurde eingesetzt und mit einem Pulver der Qualität X 235 (Pos. 2), Analyse siehe Beispiel 1, heissisostatisch bei 1050 °C/3 h/1200 bar verbunden. Die Kapsel (Pos. 3) aus St 35 diente als Druckübertragungsmittel. Aus Kostengründen wurde in einer Kapsel Rohmaterial für mehrere Schneckenspitzen gleichzeitig gefertigt. Nach dem heissisostatischen Pressen wurde die Schneckenspitze spanabhebend nach Kontur der Pos.4 gefertigt und wärmebehandelt. Härten im Vakuum: 1080 °C/30 Min. Anlassen 220 °C/2 h 3 x A body according to sketch 4 with a length of 1000 mm was manufactured. A basic material (pos. 1 ) of quality 1.4057 was used and with a powder of quality X 235 (pos. 2 ), Analysis see Example 1, hot isostatic at 1050 ° C / 3 h / 1200 bar connected. The capsule (pos. 3 ) from St 35 served as a pressure transfer agent. For cost reasons, raw material for several screw tips was manufactured in one capsule at the same time. After the hot isostatic pressing, the screw tip was machined to the contour of Pos.4 and heat treated. Hardening in a vacuum: 1080 ° C / 30 min. start 220 ° C / 2 h 3 x

Der Kern erreichte dabei eine Festigkeit von 1400 N/mm2 und eine Dehnung von 10 %, der Aussenwerkstoff X 235 die Härte von HRC 60.Of the Kern achieved a strength of 1400 N / mm2 and an elongation of 10%, the outer material X 235 the hardness of HRC 60.

Durch diese Werkstoffkombination wurde ein Optimum an Korrosionsfestigkeit im Schaft und an der Flügelpartie erreicht. Die niedrige Anlasstemperatur verminderte zusätzlich die Gefahr einer Korrosion. Dies erfolgte ohne Verlust an Zähigkeit und Verschleissfestigkeit.By This material combination has been optimized for corrosion resistance in the shaft and on the wing section reached. The low tempering temperature additionally reduced the Danger of corrosion. This was done without loss of toughness and wear resistance.

Claims (5)

Verfahren zur Herstellung einer Schneckenspitze für eine Plastifiziereinheit einer Kunststoffspritzmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft, bestehend aus einem zähen und hohe Festigkeit aufweisenden Werkstoff, mittels heissisostatischem Pressen mit einem verschleiss- und korrosionsbeständigen Werkstoff verbunden wird.A method for producing a screw tip for a plasticizing a plastic injection molding machine, characterized in that the shaft, consisting of a tough and high-strength material, is connected by means of hot isostatic pressing with a wear and corrosion resistant material. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft aus einem schmelzmetallurgisch hergestellten Stahl besteht.Method according to claim 1, characterized in that that the shaft of a melt metallurgically produced steel consists. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenpartie der Schneckenspitze aus pulvermetallurgischem Stahl besteht.Method according to claim 1, characterized in that that the outer part of the screw tip of powder metallurgical Steel exists. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbund mittels heissisostatischem Pressen mit einer Temperatur von 1000–1200°C und einem Druck von > 800 bar erfolgt.Method according to claim 1, characterized in that that the composite by means of hot isostatic pressing at a temperature from 1000-1200 ° C and one Pressure of> 800 bar he follows. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Druckübertragungsmittel eine Kapsel aus schweissbarem Stahl oder Glas verwendet wird.Method according to claim 1, characterized in that that as a pressure transmitting agent a capsule of weldable steel or glass is used.
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