Page 95 - 《橡塑技术与装备》2023年12期

工艺与设备 王立凯 等·挤压造粒机螺杆元件表面激光熔覆工艺研究

挤压造粒机螺杆元件表面激光熔覆

工艺研究

1
2
1
王立凯 ，孟岩 ，王禄 ，张广伟 2
(1. 国家能源集团宁夏煤业有限责任公司烯烃一分公司，宁夏，银川 750409 ；
2. 大连橡胶塑料机械有限公司，辽宁 大连 116039)

摘要 ： 本文采用激光熔覆工艺在 38ClMoAl 基体上熔覆 5~6 mm 两种 Cr18 系列新型熔覆材料，分析熔覆金属的组织形貌，并
测定其耐磨性和硬度变化 ；通过对比修复螺杆原件前后内孔花键尺寸，判定激光熔覆工艺修复过程中的变形量大小。研究结果表
明，熔覆金属与基体结合良好，主要是以枝晶状马氏体为主，枝晶间弥散分布着硬质碳化物 ；在熔覆层与基体之间其形成细小的
#
热影响区，熔池液体沿垂直于界面的最大散热方向快速生长，形成了明显的向上生长的胞状晶、树枝晶。1 熔覆金属硬度平均
#
#
在 50~52 HRC，2 熔覆金属的硬度平均在 54~57 HRC 之间 ；通过磨损对比可知，两种熔覆金属磨损失重分别是是 45 淬火钢的
68% 和 36%。检测对比螺杆元件修复前后的尺寸，采用激光修复后的零件尺寸变形量平均在 0.12 mm 以内，符合修复要求。
关键词 ： 挤压造粒机 ；螺旋元件 ；激光熔覆 ；组织形貌
中图分类号 ： TQ320.6 文章编号 ： 1009-797X(2023)12-0037-04
文献标识码 ： B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2023.12.008

螺杆挤压造粒机是利用压力使固体物料进行团聚 激光熔覆技术是一种先进的材料表面改性技术，
的干法造粒过程。该设备通过混炼、挤压、造粒等过 具有稀释率小、熔覆层组织致密、涂层与基体结合良
程将聚合物原料制成粒料，有效地实现了产品使用性 好及工作环境无污染等优点 [3~4] ，可以解决传统修理
能的改进与提高，更方便后续的计量、运输等操作 [1] 。 方法中材料选用的局限性、工艺过程热应力、热变形、
作为连续混炼设备双螺杆挤出机主要用于塑料改性， 材料晶体粗大、基体材料结合强度难以保证的问题。
它是随着塑料工业的发展而发展起来的 [2] 。挤压造粒 因此本文通过实验来验证使用激光熔覆技术修复螺杆
机由挤压系统、传动系统和加热冷却系统组成。挤压 元件的可行性。
系统包括螺杆、机筒、料斗、机头、和模具。
螺杆是挤塑机的最主要部件 , 它直接关系到挤塑 1 试样制备与试验方法
机的应用范围和生产率 , 由高强度耐腐蚀的合金钢制 1.1 试样制备
成。螺杆挤出机是塑料成形和共混改性方面的核心装 本次实验选用的基体材料为 38CrMoAl，规格为
#
#
备。在实际共混改性生产过程中，挤出机的螺杆都处 100 mm×50 mm×20 mm。采用 1 、2 两种激光熔覆
在恶劣的高压高温环境，并且承受着巨大的摩擦力与 材料。熔覆材料化学成分见表 1 所示，激光熔覆工艺
剪切力。由于特殊的工作环境，挤出机螺杆并不是常 参数见表 2 所示。
见的金属与金属之间的摩擦，而是金属与高分子聚合 1.2 试验方法
物，因此螺杆表面的磨损情况经常比较严重。 利用线切割在试件上进行取样，规格为 20
螺杆的磨损使其与料筒的间距增加，影响了螺杆 mm×15 mm×15 mm，取样方向为堆焊层至基体截面
对物料的压缩与剪切，从而将导致产品质量的下降。 位置。采用 CLYMP VF-DEM 型光学显微镜观察堆
另一方面，频繁更换磨损失效的螺杆既增加了成本， 焊层的组织形貌。利用 HV-3000 型显微硬度计测量
又耽误了生产计划，造成生产效率降低。因此对于磨
作者简介 ：王立凯（1983-），男，本科，工程师，主要从
损的螺杆通常进行修复而非更换，来降低成本，提高
事设备管理工作。
生产效率。 收稿日期 ：2023-06-06

2023 第 49 卷 ·37·
年