一种双螺杆挤出机的螺杆元件及其制造方法和双螺杆挤出机

摘要

本发明公开了一种双螺杆挤出机的螺杆元件及其制造方法和双螺杆挤出机。其中该双螺杆挤出机的螺杆元件为捏合块或螺纹套，其包括：芯轴组合套，芯轴组合套的内孔用于固定套接于双螺杆挤出机的芯轴上，以及挤压剪切输送功能区域，形成于芯轴组合套的外壁面、与芯轴组合套连为一体，挤压剪切输送功能区域用于挤压、剪切并输送物料；芯轴组合套的材质为碳钢，挤压剪切输送功能区域的材质为钨钴合金。相比于目前采用高速工具钢和氮化钢制成双螺杆挤出机的螺杆元件，本发明所提供的螺杆元件的使用寿命是采用高速工具钢和氮化钢制成的螺杆元件的使用寿命的8～10倍，进而可提高具有本发明这种螺杆元件的双螺杆挤出机的使用寿命和工作稳定性。

说明书

技术领域

本发明涉及螺杆挤出机领域，特别涉及一种双螺杆挤出机的螺杆元件及其制造方法和双螺杆挤出机。

背景技术

随着全球橡塑行业、化工行业、LED行业、线缆行业、木塑行业、建材行业、饲料行业、食品行业的快速发展，这些行业大量地装备双螺杆挤出机(我国目前拥有双螺杆挤出机大约80000台/套)，从而极大地改变了单螺杆机输送粉碎效率低、混炼均化性差、产品质量不稳定、产能低等缺陷。

目前我国双螺杆挤出机的螺杆元件，如捏合块或螺纹套，该螺杆元件的材料基本采用高速工具钢(W6Mo5Cr4V2)和氮化钢(38CrMoAl)制成，例如，双螺杆挤出机采用高速工具钢或氮化钢制成的捏合块或螺纹套进行挤出工作时，当在面对挤压物料中添加有大量玻纤、陶瓷、树脂、尼龙、碳酸钙、强酸强碱等填充物时，该捏合块或螺纹套会很快被磨损和腐蚀，进而造成挤出机使用寿命降低，以致于1～2个月就必须得更换捏合块或螺纹套，进而使该双螺杆挤出机频繁停机维修，影响该双螺杆挤出机工作稳定性。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种双螺杆挤出机的螺杆元件，该螺杆元件为捏合块或螺纹套，旨在提高螺杆元件的使用寿命，进而提高使用该螺杆元件的双螺杆挤出机使用寿命和工作稳定性。

为实现上述目的，本发明提出的双螺杆挤出机的螺杆元件包括：芯轴组合套，所述芯轴组合套的内孔用于固定套接于所述双螺杆挤出机的芯轴上，以及挤压剪切输送功能区域，形成于所述芯轴组合套的外壁面、与所述芯轴组合套连为一体，所述挤压剪切输送功能区域用于挤压、剪切并输送物料；所述芯轴组合套的材质为碳钢，所述挤压剪切输送功能区域的材质为钨钴合金。

优选地，所述钨钴合金的由以下成分组成：W12.3％、Co40.2％、Cr30.2％、Ni10.3％、Mo4.8％，其余为Fe；上述百分比为质量百分比。

优选地，所述芯轴组合套的内孔的内壁面沿所述芯轴组合套的内孔的轴向开设有渐开线内花键；所述碳钢为中碳钢。

本发明还提出一种双螺杆挤出机，其包括捏合块和/或螺纹套。其中，所述捏合块为上述的捏合块，所述螺纹套为上述的螺纹套。

本发明还提出一种螺杆元件的制造方法，所述螺杆元件为捏合块或螺纹套，应用于双螺杆挤出机，所述制造方法包括以下步骤：(a)将芯轴组合套的碳钢圆棒定位于成型模具中，所述芯轴组合套的碳钢圆棒与所述成型模具之间形成一环形的空腔；(b)将钨钴合金粉末填充于所述空腔内，采用热等静压工艺将所述钨钴合金粉末与所述芯轴组合套的外壁形成一连为一体的棒料，所述棒料的内芯为碳钢部分、外部为钨钴合金部分；(c)对所述棒料内部的碳钢部分开设一贯穿孔，于所述贯穿孔的内壁面开设渐开线内花键。(d)采用数控导程磨床对所述棒料外部的钨钴合金部分进行粗磨，半精磨，精磨以及抛光处理，以形成螺杆元件的挤压剪切输送功能区域，且所述螺杆元件具有预设导程。

优选地，所述芯轴组合套的碳钢圆棒的材质为中碳钢。

优选地，所述钨钴合金粉末的由以下成分组成：W12.3％、Co40.2％、Cr30.2％、Ni10.3％、Mo4.8％，其余为Fe；上述百分比为质量百分比。

优选地，所述步骤(b)之后、步骤(c)之前还包括以下步骤：(b1)线切割所述棒料的两端，以获得预设长度的棒料。

优选地，所述步骤(c)中，是采用拉刀拉制出所述渐开线内花键。

优选地，所述步骤(c)中，于所述贯穿孔的内壁面开设渐开线内花键之前还包括以下步骤：(c1)精车所述贯穿孔的内壁面。

本发明技术方案通过采用钨钴合金材质来制成该螺杆元件(捏合块或螺纹套)的挤压剪切输送功能区域，可有效提高该螺杆元件的耐磨损及耐腐蚀性能，进而有效提高该螺杆元件的使用寿命。相比于目前采用高速工具钢和氮化钢制成螺杆元件，本发明所提供的螺杆元件的使用寿命是该采用高速工具钢和氮化钢制成的螺杆元件的使用寿命的8～10倍，进而可提高使用该螺杆元件的双螺杆挤出机使用寿命和工作稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明螺杆元件为捏合块一实施例的结构主视图；

图2为图1的左视图；

图3为本发明螺杆元件为螺纹套一实施例的结构主视图；

图4为图3的左视图；

图5为本发明螺杆元件为捏合块另一实施例的结构主视图；

图6为图5的左视图；

图7为本发明螺杆元件为捏合块再一实施例的结构主视图；

图8为图7的左视图；

图9为本发明双螺杆挤出机的组合螺杆一实施例的结构示意图，该双螺杆挤出机的组合螺杆具有图1至图8所示出的捏合块和螺纹套以及芯轴。

附图标号说明：

50A 双螺杆挤出机的组合螺杆

100、100B、100C 捏合块

100A 螺纹套

1 芯轴组合套

11 渐开线内花键

12 芯轴组合套的内孔

13 倒角

2、2A、2B、2C 挤压剪切输送功能区域

3 芯轴

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

图1为本发明螺杆元件为捏合块一实施例的结构主视图。图2为图1的左视图。图3为本发明螺杆元件为螺纹套一实施例的结构主视图。图4为图3的左视图。图9为本发明双螺杆挤出机的组合螺杆一实施例的结构示意图，该双螺杆挤出机的组合螺杆具有图1至图8所示出的捏合块和螺纹套以及芯轴。请参照图1至图4以及图9，本实施例提出的螺杆元件可为捏合块100或螺纹套100A，应用于双螺杆挤出机。

以下以该螺杆元件为捏合块100为例进行说明，具体请参照图1、图2和图9。该捏合块100包括芯轴组合套1和挤压剪切输送功能区域2。

其中，芯轴组合套的内孔12用于固定套接于双螺杆挤出机的组合螺杆50A的芯轴3上。芯轴组合套的内孔12的内壁面沿芯轴组合套的内孔12的轴向开设有渐开线内花键11，而在双螺杆挤出机的组合螺杆50A的芯轴3外开设对应的外花键(图中未示出)，通过该内、外花键的配合将捏合块100固定套接于双螺杆挤出机的组合螺杆50A的芯轴3上。本实施例中，在芯轴组合套1的开口端还开设倒角13。

为了便于在芯轴组合套的内孔12的内壁面开设该渐开线内花键11，本实施例中的芯轴组合套1的材质优选采用中碳钢(碳含量质量百分比范围是0.25％～0.60％的碳素钢)。而在其它实施例中，也可选择在芯轴组合套的内孔12的轴向开设一键槽，而在芯轴3上也开设对应的一键槽，再通过一销键与上述两键槽配合以将捏合块100固定套接于双螺杆挤出机的组合螺杆50A的芯轴3上。

挤压剪切输送功能区域2形成于芯轴组合套1的外壁面、与芯轴组合套1连为一体，挤压剪切输送功能区域2用于挤压、剪切并输送物料。挤压剪切输送功能区域2的材质为钨钴合金，该钨钴合金按照质量百分比由以下成分组成：W12.3％、Co40.2％、Cr30.2％、Ni10.3％、Mo4.8％，其余为Fe。

以下是本发明所提供的捏合块100或螺纹套100A的各项性能参数：

通过上述表格中捏合块100或螺纹套100A的各项性能参数可知，本发明通过采用钨钴合金材质来制成捏合块100的挤压剪切输送功能区域2时，可有效提高该捏合块100的耐磨损及耐腐蚀性能，进而有效提高该捏合块100的使用寿命。相比于目前采用高速工具钢(W6Mo5Cr4V2)和氮化钢(38CrMoAl)制成捏合块100，本实施例所提供的捏合块100的使用寿命是该高速工具钢和氮化钢所制成的捏合块100的使用寿命的8～10倍。

另外，图5为本发明螺杆元件为捏合块另一实施例的结构主视图。图6为图5的左视图。图7为本发明螺杆元件为捏合块再一实施例的结构主视图。图8为图7的左视图。图5所示出的捏合块100B的挤压剪切输送功能区域2B和图7所示出的捏合块100C的挤压剪切输送功能区域2C均是采用上述的钨钴合金材质来制成，具有与上述捏合块100相同的力学性能与材质性能，仅是挤压剪切输送功能区域2B和挤压剪切输送功能区域2C的形状构造与捏合块100的挤压剪切输送功能区域2的形状构造有所区别。而图2及图3所示出的螺纹套100A的挤压剪切输送功能区域2A也是采用上述的钨钴合金材质来制成，螺纹套100A与上述捏合块100也同样具有相同的力学性能与材质性能，仅是螺纹套100A的挤压剪切输送功能区域2A的形状构造与捏合块100的挤压剪切输送功能区域2的形状构造有所区别，于此不再赘述。

本发明还提出一种双螺杆挤出机(图中未示出)，该双螺杆挤出机包括如图9所示出的双螺杆挤出机的组合螺杆50A，该双螺杆挤出机的组合螺杆50A包括上述的捏合块100、捏合块100B、捏合块100C和螺纹套100A以及芯轴3，捏合块100、捏合块100B、捏合块100C和螺纹套100A均固定套接于芯轴3上，该捏合块100、捏合块100B、捏合块100C和螺纹套100A的具体结构参照上述实施例，由于本双螺杆挤出机的组合螺杆50A的捏合块100、捏合块100B、捏合块100C和螺纹套100A均采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

本实施例还提出一种双螺杆挤出机的螺杆元件的制造方法，该螺杆元件为如图1至图9所示出的捏合块100、捏合块100B、捏合块100C或螺纹套100A，应用于双螺杆挤出机。该制造方法包括以下步骤：

步骤(a)：将芯轴组合套的碳钢圆棒定位于成型模具中，所述芯轴组合套的碳钢圆棒与所述成型模具之间形成一环形的空腔。

具体地，该芯轴组合套1为一实心的碳钢圆棒，鉴于后续工序中将对该实心的碳钢圆棒机械加工出贯穿孔并拉制内花键，本实施优选采用中碳钢材质的碳钢圆棒。

步骤(b)：将钨钴合金粉末填充于所述空腔内，采用热等静压工艺将所述钨钴合金粉末与所述芯轴组合套的外壁形成一连为一体的棒料，所述棒料的内芯为碳钢部分、外部为钨钴合金部分。其中，所述棒料的内芯为碳钢部分与外部为钨钴合金部分之间具有一宽度为80～100μm的扩散层。

具体地，首先提供钨钴合金粉末，该钨钴合金粉末按照质量百分比由以下成分组成：W12.3％、Co40.2％、Cr30.2％、Ni10.3％、Mo4.8％，其余为Fe。详细地，在本实施例中，可通过造粒工艺提高该钨钴合金粉末的流动性、如加入粘结剂和润滑剂减少该钨钴合金粉末的摩擦力以提高黏结强度，使该钨钴合金粉末适应成型工艺需要。

于本实施例中，在进行热等静压工艺操作时，为了该成型模具有足够的弹性和保型能力以及较高的抗张抗裂强度和耐磨强度以及较好的耐腐蚀性能，可采用橡胶模具，如采用聚氨酯或聚氯乙烯材质的模具。

于本实施例中，在将该钨钴合金粉末填充于空腔内的操作中时，应尽量使该钨钴合金粉末在模具中装填均匀，避免存在气孔；在加压时应求加压平稳、加压速度适当；针对不同质量百分比的钨钴合金粉末和坯体形状，选择合适的加压压力和保压时间；同时选择合适的卸压速度。

步骤(c)：对所述棒料内部的碳钢部分开设一贯穿孔，于所述贯穿孔的内壁面开设渐开线内花键。

值得说明的是，具有渐开线内花键的碳钢部分即为图1至图9所示的的芯轴组合套1。

具体地，在本实施例中，可采用车床车削出该贯穿孔，或者通过铣床铣削出该贯穿孔，可采用拉床或插床加工出该渐开线内花键。其中为了提高该渐开线内花键的开设精度，可在开设花键之前，精车所述贯穿孔的内壁面。

另外，鉴于该棒料外部为钨钴合金部分硬度较大，且为获得长度上符合设计要求的棒料，可在对所述棒料内部的碳钢部分开设贯穿孔的操作之前线切割所述棒料的两端，以获得预设长度的棒料。

步骤(d)：采用数控导程磨床对所述棒料外部的钨钴合金部分进行粗磨，半精磨，精磨以及抛光处理，以形成螺杆元件的挤压剪切输送功能区域，且所述螺杆元件具有预设导程。

具体地，在粗磨工序中，可选用大号电镀金刚砂轮粗磨螺杆元件，预留1.0mm的半精磨余量。

在半精磨工序中，可选用中号电镀金刚砂轮半精磨螺杆元件，预留0.20mm的精磨抛光余量。

在精磨及抛光工序中，可选用细号树脂金刚砂轮精磨抛光螺杆元件以使螺杆元件获得预设导程，螺杆元件的挤压剪切输送功能区域的粗糙度可达到Ra0.8。

最后，可采用数控外圆磨床磨削该螺杆元件的外圆，例如可选用细号树脂金刚砂轮精磨螺杆元件外圆，粗糙度达到Ra0.8。

作为一种优选方案，本实施例方法所制出的螺杆元件，芯轴组合套1的端平面与芯轴组合套1的内孔的垂直度控制在±0.015mm。芯轴组合套1的内孔与芯轴组合套1的外圆的同心同轴度控制在±0.015mm。螺杆元件长度尺寸公差控制在±0.015mm。渐开线内花键11尺寸公差控制在±0.015mm。

以上方法制出的挤压剪切输送功能区域为钨钴合金材质的螺杆元件，如捏合块或螺纹套，该螺杆元件无需再进行任何热处理工艺操作，就具有极好的机械强度和耐腐蚀性能，可以直接应用到至双螺杆挤出机上，以使该双螺杆挤出机具有较高的使用寿命和工作稳定性。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。