Nový plastifikační šnek ENGEL onyx

Společnost ENGEL hlásí nový druh ochrany šneků proti opotřebení. Pro modifikaci vlastností plastů jsou do granulátu stale častěji přidávány minerální příměsi a skleněná vlákna. To přináší vysoké nároky na odolnost komponentů plastikační jednotky proti opotřebení. Standardní plasty se zpracovávají podle určitých pravidel, kdy je tvrdost povrchu zajišťována nitridací nebo boridováním. Protože požadavky na odolnost povrchu s vysokým podílem plniv v plastech stoupají, používají se stále častěji vysoce legované oceli, které mají díky vytvrzování ve vakuu dlouhou životnost. Takové šneky představil ENGEL již v roce 2000 jako řadu „Marathon“. Nabízela vynikající kvalitu a tvrdost, komponenty „Marathon” byly ale vysoce citlivé na mechanické poškození při manipulaci. Po dvouletém vývoji a dlouhých testech u vybraných zákazníků nabízí ENGEL nový, k patentování přihlášený, systém pokovení tvrdokovem pod názvem „ENGEL onyx“. Tyto veličiny se oproti starší řadě šneků zvýšily až o 300 %. Současně se při technologických testech potvrdilo zvýšení odolnosti proti abrazi ve srovnání s již velmi dobrou odolností šneků využívajících při výrobě práškové metalurgie. Při zpracování technických plastů s vysokým podílem plniv je z důvodu prodloužení životnosti nutno používat šneky s různými povrchovými úpravami (obr. 2). Vrstva tvrdokovu na povrchu zaručuje vysokou odolnost proti abrazi, ocelové tělo pak odolává vysokému mechanickému namáhání a díky jeho tuhosti a houževnatosti i rázovému namáhání. Co zní ale na úrovni teorie jednoduše, lze v praxi splnit pouze použitím složitých technologií s vynaložením vysokých nákladů. Největší problém je třeba hledat v rozdílných vlastnostech materiálů v ocelovém „jádru” a materiálu v tvrdokovové vnější vrstvě. Oproti oceli mají tvrdokovy jen velmi malou houževnatost, jejich elasticita je velmi omezená, a proto mají vždy sklon ke vzniku trhlin. Další specifickou vlastností tvrdokovu je nízká snášenlivost při spojení s jinou vrstvou oceli. To přináší nebezpečí oddělení povrchové vrstvy. Příčinou samotného „odloupnutí” povrchu je potom ve většině případů prasklina, která vznikne buď místním namáháním v tahu nebo mechanickým poškozením. Projekt oddělení ENGEL Werkstofftechnik měl za cíl vylepšit vlastnosti spojení tvrdokovu s ocelí tak, aby bylo možno co nejlépe využít potenciál tvrdokovu jako materiálu, který má v praxi největší odolnost proti opotřebení. Nejlepší odolnosti proti abrazi se u tvrdokovu dosahuje, když je tvrdost a složení matrice optimalizována s množstvím a typem karbidu tak, že vznikne vrstva bez defektů, která má co největší tvrdost a co největší obsah karbidů. Defekty povrchu jako póry, praskliny a nekovové vměstky jako oxidy nebo struska jsou místa předurčená ke vzniku problému. Přesně na těchto místech začínají účinkovat mechanismy opotřebení. Proto je nutno pro zvýšení životnosti optimalizovat výrobní proces tak, aby se tyto defekty netvořily vůbec nebo aby se jejich tvorba úplně minimalizovala. To se úspěšně podařilo při vývoji nového systému ochrany proti opotřebení ENGEL onyx pro plastikační šneky. K výrobě šneků se používá pouze rovný tyčový materiál bez ohybu. Kontury šneku se obrábí frézováním nebo okružovacím frézováním. Odstranění velké hmoty materiálu způsobuje podfrézování a vnitřní pnutí. Rovný polotovar šneku s minimálním vnitřním pnutím lze vytvořit pouze vícenásobným ohřátím a rovnáním. Polotovar šneku se pak upne do pokovovacího zařízení a zapálí se hořák. Aby se odstranila zbytková vlhkost, hořák přejíždí vícekrát po celé délce šneku bez současného přidání pokovovacího prášku. Tak dojde také k jeho předehřátí. Poté je aktivován přívod prášku. V hořáku se tvrdokovový prášek zahřeje na cca. 1200 °C a urychlí se na rychlost, která převyšuje rychlost zvuku (300 - 2000 m.s-1). Touto vysokou rychlostí narážejí částice tvrdokovu na povrch polotovaru a spojí se s ním. Proud žhavého tvrdokovového prachu má průměr 10 až 20 mm a lze jej jen těžko zaměřit. Vzhledem ke specifickému tvaru šneku a nutnosti dodržet úhel dopadu proudu částic 90° je nutno hořák natáčet. Dostatečná rychlost částic zajišťuje, že vznikne povrchová vrstva bez póru, i když není správný úhel dopadu vždy dodržen. Částice jsou po dopadu šokově zchlazeny z 1200 na cca 150 °C. Nárůst objemu, který je s tím spojený, vede k vytvoření napětí v tahu. Proti němu účinkuje kinetická energie dalších částic, která způsobuje plastickou deformaci povrchu a tlaková napětí. Během 30 až 60 zdvihů se po celém povrchu šneku – vnější průměr závitu, hrana závitu, rádius přechodu závitu a tělo šneku – vytvoří homogenní vrstva stejné tloušťky. Následné žíhání se provádí v ochranné atmosféře, resp. vakuu. Aby se zabránilo průhybu jsou šneky v zařízení zavěšeny. Potom je pokovený polotovar pro zamezení termického namáhání pomalu zahříván. Zahřátí způsobuje změnu struktury základního materiálu z feritu s krychlovou prostorovou krystalickou mřížkou na austentit s plochou prostorovou krystalickou mřížkou. V povrchové vrstvě k žádným podobným změnám struktury nedochází. Během následné prodlevy se vyrovná rozptyl legovacích částic, které jsou v nanesené vrstvě v termodynamické nerovnováze. Mění se i hraniční vrstva styku povrchového materiálu s materiálem těla šneku a tím se zvyšuje její pevnost. Po prodlevě následuje vícestupňové ochlazování oceli. Rychlost ochlazování má podstatný vliv na změnu struktury a tím i vlastnosti materiálu. Příliš pomalé ochlazení by způsobilo přeměnu na příliš měkkou strukturu feritu. Jeho mechanické vlastnosti jsou pro použití ve vstřikovací technice nedostatečné. Příliš rychlé ochlazení způsobuje velké termické pnutí mezi tělem a povrchovou vrstvou, což by mohlo způsobit tvorbu prasklin na povrchu a deformaci šneku. Odstupňovaný proces ochlazování s proměnlivou rychlostí ochlazování podle přesného postupu zabraňuje možným zdrojům vad, optimalizuje vlastnosti povrchu i těla a umožňuje tak výrobu šneků bez prasklin a vnitřního pnutí. l Eva Haslinger ENGEL AUSTRIA