一种多金属螺杆的制作方法

1.本实用新型属于橡塑机械用零部件技术领域，特别涉及一种多金属螺杆。


背景技术：

2.塑料作为一种很重要的高分子材料，在人类日常生活及工程领域起着很重要的作用。在塑料生产过程中，往往会产生一些强腐蚀性物质，如硫酸、硝酸、盐酸、磷酸等。同时，为了提高塑料制品的强度、韧性、抗破坏性和耐热性，需要向塑料里添加大量增强物添加剂，如陶瓷粉末、玻璃纤维等。因此，随着对塑料制品性能要求的提高，对塑料机械关键零部件的耐热、耐磨、耐腐蚀等性能提出了更高的要求。以前广泛使用的模具钢、不锈钢、表面氮化处理钢等材料已经不能满足使用要求，在这种腐蚀介质以及添加玻璃纤维的环境中，螺杆、料筒等与物料直接接触的零部件很快就失效报废，从而严重影响到注塑生产的正常进行，需要经常更换零部件，生产效率低，成本高，制品的质量差并且不稳定。
3.如果用整体耐磨耐腐蚀合金棒料来加工螺杆，一方面是由于这种合金材料往往价格高昂，因此成本会很高；另一方面由于这种材料硬度很高，达到 hrc 60以上，传动轴部分的外花键的加工就变得非常困难，甚至无法加工，并且由于硬度高、韧性低，在使用过程中容易发生断裂等灾难性事故。如果用普通的双金属棒料，即内层芯轴和传动轴为整体的合金钢，外层材料为耐磨耐腐蚀材料，虽然成本有所降低，但是同样存在传动轴部分的外花键加工困难，甚至无法加工的问题。
4.专利cn102773991公开了一种金属螺杆及其制作方法，其制作方法为：将螺杆芯棒放入包套中，并在螺杆芯棒和包套的间隙内部填充配比好的原料粉末；将包套整体放入密封容器中并抽真空；在密封容器烧结，再对多元硼化物基金属陶瓷层经精加工制得金属螺杆。这样制备的金属螺杆耐磨耐腐蚀性高，断裂韧性高。但是该发明技术的缺点是无法兼顾芯轴材料的刚度、强度和韧性都要好。如果芯轴和传动轴采用弹性模量小、强度较低、塑性好的钢种，则在一些大扭矩的工作场景下，传动部分会发生变形，不能满足使用要求。如果芯轴和传动轴采用弹性模量大、强度高、塑性较差的钢种，则由于在生产过程中芯轴和耐磨层之间的应力太大，容易造成耐磨层开裂。


技术实现要素：

5.本实用新型针对现有技术存在的不足及缺陷，本实用新型的目的在于提供一种多金属螺杆；在本实用新型的多金属螺杆中，由于跟磨损腐蚀性物料接触部分的外层材料耐磨耐腐蚀，而不与损腐蚀性物料接触的内层芯轴材料韧性好，因此在使用过程中既具有耐磨耐腐蚀的优点，又具有韧性好不易折断的优点；并且由于传动轴部分采用的是具有高的强韧性、硬度和刚度适中的合金钢，因此同时将具有传动轴外花键易加工、传动轴强韧性和刚度优良的特点。
6.本实用新型解决技术问题所采用的技术方案如下：
7.一种多金属螺杆，所述多金属螺杆包括芯轴、耐磨耐腐蚀性外层和传动轴，所述耐
磨耐腐蚀性外层沿轴向包覆在所述芯轴的表面，所述耐磨耐腐蚀性外层上沿轴向设有螺牙，所述耐磨耐腐蚀性外层与所述芯轴为冶金结合，所述芯轴和所述耐磨耐腐蚀性外层的端面与所述传动轴的端面冶金结合。
8.在上述多金属螺杆中，作为一种优选实施方式，所述耐磨耐腐蚀性外层上设有螺牙的部分自靠近传动轴端至远离传动轴端依次包括进料段、压缩段、计量段。
9.在上述多金属螺杆中，作为一种优选实施方式，所述进料段为等螺槽深度、等螺距结构，所述压缩段为渐变螺槽深度、等螺距结构，所述计量段为等螺槽深度、等螺距结构。
10.在上述多金属螺杆中，作为一种优选实施方式，所述进料段、压缩段和计量段的底径依次增大。
11.在上述多金属螺杆中，作为一种优选实施方式，所述传动轴上加工有传动用外花键。
12.在上述多金属螺杆中，作为一种优选实施方式，所述耐磨耐腐蚀性外层的材料为铁基合金、镍基合金、钴基合金和金属陶瓷材料中的至少一种。
13.在上述多金属螺杆中，作为一种优选实施方式，所述铁基合金优选为 m390或10v；所述镍基合金优选为ni60或ni55；所述钴基合金优选为司太立12、司太立20或司太立6；所述金属陶瓷材料优选为niwc20或niwc30；
14.在上述多金属螺杆中，作为一种优选实施方式，所述芯轴的材料为45# 钢、40cr、35crmo或42crmo钢。
15.在上述多金属螺杆中，作为一种优选实施方式，所述传动轴的材料为 m340、m390、cpm10v、cr12mov或440c钢。
16.在上述多金属螺杆中，作为一种优选实施方式，所述传动轴中与所述芯轴冶金结合的端面设置有凹槽，所述芯轴的端部设置在所述传动轴的凹槽内；更优选地，所述凹槽位于所述传动轴的端面的中心。
17.在上述多金属螺杆中，作为一种优选实施方式，所述凹槽的深度为 5～10mm。
18.相比现有技术，本实用新型具有如下有益效果：
19.(1)本实用新型采用三金属梯度复合，外层(硬质层)、芯轴、传动轴三者，两两之间均为完好冶金结合，结合强度高。工作部分外层材料硬度高，耐磨耐腐蚀，内层芯轴材料韧性好，使得螺杆既耐磨耐腐蚀，又不易折断。
20.(2)本实用新型芯轴材料硬度低、韧性好、易加工，因此螺杆内螺纹加工容易，加工成本低，可解决整体耐磨耐腐蚀材料螺杆端头内螺纹的加工问题。
21.(3)本实用新型传动轴部分硬度适中，强度高，既具有足够的强度，又易于加工花键，可解决整体耐磨耐腐蚀螺杆及传统双金属耐磨耐腐蚀螺杆传动部分花键加工困难问题。
22.(4)本实用新型采用价格相对低廉的合金钢作为螺杆传动部分(传动轴)的材料，降低了螺杆的材料成本。
附图说明
23.图1为本实用新型多金属螺杆的剖面结构示意图；
24.图2为本实用新型多金属螺杆的外观结构示意图；
25.其中，1为芯轴，2为耐磨耐腐蚀性外层，3为传动轴，a为进料段、b 为压缩段，c为计量段。
具体实施方式
26.为了突出表达本实用新型的目的、技术方案及优点，下面结合实施例对本实用新型进一步说明，示例通过本实用新型的解释方式表述而非限制本实用新型。本实用新型技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
27.本实用新型所提供的多金属复合螺杆由三种材料组成：中间芯轴1为具有高韧性和较高强度的合金钢，耐磨耐腐蚀性外层2为高硬度的具有良好的耐磨性和耐腐蚀性的铁基合金、镍基合金、钴基合金或者金属陶瓷材料，传动轴3部分为硬度和刚度较高、高强度的合金钢。硬质层(即耐磨耐腐蚀性外层2)、芯轴、传动轴三者，两两之间均为完好冶金结合，结合强度高。工作部分外层材料硬度高，耐磨耐腐蚀，内层芯轴材料韧性好，使得该多金属棒料既耐磨耐腐蚀，又不易折断；传动轴部分硬度适中，强韧性好，既具有足够的强度和刚度，又易于加工花键。
28.下面结合具体实施例对本实用新型的多金属螺杆做进一步描述。
29.实施例1
30.如图1所示，本实用新型的多金属螺杆包括三种不同的材料：芯轴1为 42crmo材料，耐磨耐腐蚀性外层2为钴基耐磨耐腐蚀合金，传动轴3为440c 材料。其中，芯轴1、耐磨耐腐蚀性外层2、传动轴3，这三部分，两两之间为良好的冶金结合，结合强度均大于300mpa。耐磨耐腐蚀性外层2的钴基耐磨耐腐蚀合金成分按质量百分比计为：co：55.5％，cr：31％，w：9％， c：2％，si：1.4％，c：0.8％，其余为少量杂质。具体地，外层2沿轴向包覆在芯轴1的表面，耐磨耐腐蚀性外层2与芯轴1为冶金结合，芯轴1和耐磨耐腐蚀性外层2的端面与传动轴3的端面冶金结合，外层2与芯轴1、芯轴1与传动轴3、外层2与传动轴3的结合强度均大于300mpa。
31.多金属螺杆上带有螺牙的部分由进料段a、压缩段b、计量段c组成；传动轴3上加工有传动用外花键；螺杆的进料段a为细底径、等螺槽深度、等螺距，压缩段b为渐变螺槽深度、等螺距，计量段c为粗底径、等螺槽深度、等螺距结构；螺牙位于耐磨耐腐蚀性外层2的外表面。
32.制备多金属螺杆的步骤如下：
33.a)以42crmo棒料为原材料加工芯轴。
34.b)以440c棒料为原材料加工传动轴，并且在一个端面的中心上加工凹槽，槽直径公差满足与芯轴进行间隙配合，配合间隙满足0.02～0.1mm。
35.c)将芯轴的一端插入传动轴端面的凹槽内进行配合，然后用钨极氩弧焊将芯轴和传动轴点焊住。
36.d)将装配并点焊固定好的芯轴与传动轴一起放入一端开口的圆筒状热等静压包套内，并固定于包套中心位置。
37.e)将气雾化方法制备的钴基合金粉末装填进包套与芯轴的空隙内，用震动台振实填满。
38.f)将装料振实后的包套置于脱气炉内进行抽真空脱气，脱气炉保温温度为300℃，
真空度达到1
×
10-2
pa以后保温时间为2小时；
39.g)将脱气封焊后包套放入热等静压炉内进行热等静压处理，热等静压处理温度为1200℃，压力为100mpa，保温保压时间为2小时，冷却出炉后获得多金属棒料。
40.h)将多金属棒料机加工成上述结构的多金属螺杆成品。
41.实施例2
42.本实用新型的多金属螺杆包括三种不同的材料具体为：芯轴1为45号钢材料，耐磨耐腐蚀性外层2为镍基耐磨耐腐蚀合金，传动轴3为m340材料。其中，芯轴1、外层2、传动轴3，这三部分，两两之间为良好的冶金结合，结合强度均大于300mpa。耐磨耐腐蚀性外层2的镍基耐磨耐腐蚀合金成分按质量百分比为：ni：75.5％，cr：18％，c：0.8％，si：3％，b：2％，其余为少量杂质。具体地，耐磨耐腐蚀性外层2沿轴向包覆在芯轴1的表面，耐磨耐腐蚀性外层2与芯轴1为冶金结合，芯轴1和耐磨耐腐蚀性外层2的端面与传动轴3的端面冶金结合，外层2与芯轴1、芯轴1与传动轴3、外层2与传动轴3的结合强度均大于300mpa。
43.制备多金属螺杆的步骤如下：
44.a)以45号棒料为原材料加工芯轴。
45.b)以m340棒料为原材料加工传动轴，并且在一个端面的中心上加工凹槽，槽直径公差满足与芯轴进行间隙配合，配合间隙满足0.02～0.1mm。
46.c)将芯轴的一端插入传动轴端面的凹槽内进行配合，然后用钨极氩弧焊将芯轴和传动轴点焊住。
47.d)将装配并点焊固定好的芯轴与传动轴一起放入一端开口的圆筒状热等静压包套内，并固定于包套中心位置。
48.e)将气雾化方法制备的钴基合金粉末装填进包套与芯轴的空隙内，用震动台振实填满。
49.f)将装料振实后的包套置于脱气炉内进行抽真空脱气，脱气炉保温温度为600℃，真空度达到1
×
10-2
pa以后保温时间为2小时；
50.g)将脱气封焊后包套放入热等静压炉内进行热等静压处理，热等静压处理温度为900℃，压力为150mpa，保温保压时间为6小时，冷却出炉后获得多金属棒料。
51.h)将多金属棒料机加工成上述结构的多金属螺杆成品。
52.以上实施例描述了本实用新型的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型原理的范围下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本实用新型保护的范围内。