蝸輪元件以及制造蝸輪元件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種尤其用于同一方向旋轉(zhuǎn)的、緊密?chē)Ш系碾p軸擠出器的蝸輪元件的方法。此外，本發(fā)明還涉及一種蝸輪元件，其尤其用于同一方向旋轉(zhuǎn)的緊密?chē)Ш系碾p軸擠出器，所述蝸輪元件包括蝸輪體，所述蝸輪體具有軸向延伸的通穿孔、用來(lái)插在支承軸上的內(nèi)齒以及用來(lái)提供擠出功能的外輪廓。
【背景技術(shù)】
[0002]這種蝸輪元件例如作為雙軸擠出器的一部分應(yīng)用在不同的工業(yè)領(lǐng)域，其中難點(diǎn)在于塑料的加工。應(yīng)用在雙軸擠出器中的蝸輪模塊化地構(gòu)成，并且由支承軸和單個(gè)的蝸輪元件構(gòu)成。蝸輪元件的幾何形狀根據(jù)雙軸擠出器的方法技術(shù)的任務(wù)和功能來(lái)設(shè)計(jì)，并且在定義的配置中沿軸向并排安裝在支承軸上。這些蝸輪元件劃分為輸送元件、塑形元件、堵塞元件、混合元件和特種元件(Sonderelemente)這幾大類(lèi)，它們尤其在適應(yīng)于各功能的外部幾何形狀方面是不同的。
[0003]蝸輪元件迄今的制造方式與種類(lèi)、大小和功能無(wú)關(guān)，通過(guò)用于外部幾何形狀的常規(guī)切削方法(如鋸、車(chē)削、銑、旋轉(zhuǎn)和磨)的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了安裝在支承軸上，蝸輪元件根據(jù)機(jī)器制造商和結(jié)構(gòu)尺寸具有不同的內(nèi)部輪廓或內(nèi)齒，它們承擔(dān)著支承軸和蝸輪元件之間的力傳遞功能。所述內(nèi)齒在已知的蝸輪元件中通常借助成型的制造方法(例如鍵槽拉削、移空和/或腐蝕)制出。
[0004]利用鐵合金和非鐵合金作為已知蝸輪元件的材料，其中根據(jù)磨損負(fù)荷的方式尤其通過(guò)磨損和/或侵蝕來(lái)選擇材料。在此應(yīng)用由熔融金屬和粉末金屬產(chǎn)生的材料。尤其應(yīng)用實(shí)心鋼或HIP-復(fù)合鋼。在HIP-復(fù)合物中將鋼加工至HRC66。它們?cè)O(shè)置有軟的圓柱形內(nèi)核，但要實(shí)現(xiàn)較小的直徑這要非常高的成本，尤其在直徑小于30_時(shí)不經(jīng)濟(jì)。在直徑非常小的情況下(小于20mm)，在熱等靜壓(HIP)-復(fù)合體中在技術(shù)上不能再進(jìn)行制造，因?yàn)橛绕涫擒浀膱A柱形內(nèi)核可能太薄，不能通過(guò)內(nèi)部輪廓實(shí)現(xiàn)足夠的力傳遞，并且借助如移空、沖擊等方法以超過(guò)1200N的推力不能為引入內(nèi)部輪廓而加工高強(qiáng)度的緊密材料。這種材料由于剛性不足會(huì)折斷和破碎。
[0005]已知的蝸輪元件的典型制造工藝尤其包含的步驟是:鋸、HIP-核定心、粗切削、夕卜形研磨、銑削、內(nèi)齒的移空、硬化、回火、精磨、噴砂。
[0006]已知的蝸輪元件的缺點(diǎn)是，其制造工藝是費(fèi)力且成本密集。此外，受傳統(tǒng)的切削方法和成型制造方法的制約，在應(yīng)用特定的硬質(zhì)合金時(shí)，很難或根本不能制造出蝸輪元件的較小直徑以及特定的內(nèi)、外幾何形狀。
[0007]此外，通過(guò)應(yīng)用硬質(zhì)合金并且與迄今應(yīng)用的制造方法相結(jié)合，在蝸輪元件內(nèi)制造冷卻通道是非常費(fèi)力的并且只能軸向平行地制造，因此不能均勻地冷卻外部輪廓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是，避免上述缺點(diǎn)并且提供一種用來(lái)制造尤其直徑較小的蝸輪元件的方法，所述方法能夠簡(jiǎn)單且成本低廉地實(shí)施，并且所述方法為蝸輪元件的內(nèi)齒、外部輪廓和冷卻部的造型提供了更大的靈活性。
[0009]此目的通過(guò)以下方式得以實(shí)現(xiàn)，即金屬的粉末材料逐步地分層地在制造軸線(xiàn)的方向上相疊地設(shè)置在結(jié)構(gòu)平臺(tái)上，其中激光光束根據(jù)三維模型的數(shù)據(jù)以特定的照射順序并且在特定的層位置上對(duì)蝸輪元件的每層照射粉末材料，因此部分粉末材料完全重熔并且與直接位于下方的層材料配合地結(jié)合，因此在這些層都變硬之后，根據(jù)三維模型產(chǎn)生了完全穩(wěn)定的蝸輪體。通過(guò)這種方法，不需要為制造蝸輪元件而應(yīng)用傳統(tǒng)的切削加工方法和成型制造方法。因此能夠以簡(jiǎn)單的方式為內(nèi)齒和蝸輪元件的外輪廓制造出新的幾何形狀。這一點(diǎn)尤其能夠制造出完全由硬質(zhì)合金構(gòu)成的蝸輪元件。這一點(diǎn)還能夠成本低廉地制造出直徑較小的蝸輪元件。
[0010]在這種方法中尤其有利的是，粉末材料的層的待照射的位置棋盤(pán)狀地劃分成小塊，其中所述激光光束借助隨機(jī)的照射順序來(lái)照射層的不同小塊。這些待照射的層尤其劃分為徑向相對(duì)制造軸線(xiàn)環(huán)繞的照射區(qū)，其中照射區(qū)的照射順序是徑向地由內(nèi)朝外。這一點(diǎn)能夠在制造過(guò)程中實(shí)現(xiàn)熱量的更好分布，并且避免在制造時(shí)不受控制地加熱蝸輪元件。此夕卜，這一點(diǎn)還在結(jié)構(gòu)尤其小的情況下(例如在內(nèi)齒的情況下)避免了熔化。此外，這還在制造過(guò)程中還減少了由熱量引起的蝸輪元件的結(jié)構(gòu)延遲(Verzug)這一風(fēng)險(xiǎn)。
[0011 ] 尤其在所述方法的實(shí)施例中，除了這些層中的蝸輪元件以外還通過(guò)激光光束產(chǎn)生支撐結(jié)構(gòu)，因此待制造的蝸輪元件在制造過(guò)程中支撐在粉末材料中，尤其支撐在結(jié)構(gòu)平臺(tái)上。在此有利的是，支撐結(jié)構(gòu)與蝸輪元件的外輪廓和/或下端側(cè)相連，因此它們?cè)谌刍^(guò)程中將產(chǎn)生的熱量從蝸輪元件中導(dǎo)出。
[0012]在本發(fā)明的有利的實(shí)施例中，所述粉末材料優(yōu)選包括粉末狀的高強(qiáng)度的高速切削鋼，尤其具有較高的碳化物成份(鉻碳化物、釩碳化物、鎢碳化物)，或者是粉末狀的鈷-鉻或鎳-絡(luò)-鉬硬質(zhì)合金。這一點(diǎn)可使蝸輪元件具有尤其硬的且有抵抗能力的外輪廓。
[0013]此外本發(fā)明的目的是，提供一種尤其直徑較小的蝸輪元件，其能夠尤其簡(jiǎn)單且成本低廉地制成，它具有更好的內(nèi)齒、更好的冷卻部和更好的外輪廓。
[0014]此目的還通過(guò)以下方式得以實(shí)現(xiàn)，即根據(jù)上述根據(jù)本發(fā)明的方法制成蝸輪元件，其尤其用于同一方向旋轉(zhuǎn)的緊密?chē)Ш系碾p軸擠出器，所述蝸輪元件包括蝸輪體，所述蝸輪體具有軸向延伸的通穿孔、用來(lái)插在支承軸上的內(nèi)齒以及用來(lái)提供擠出功能的外輪廓。
[0015]在尤其有利的實(shí)施例中，至少一個(gè)軸向延伸的位于內(nèi)部的冷卻通道設(shè)置在蝸輪體中，所述冷卻通道尤其以相對(duì)外輪廓的表面或相對(duì)內(nèi)齒的表面以均勻徑向間距進(jìn)行延伸，并且跟隨著這些表面的走向。這一點(diǎn)能夠優(yōu)化內(nèi)齒和/或外輪廓的冷卻，從而尤其達(dá)到更好的使用壽命。
[0016]在另一實(shí)施例中，內(nèi)齒構(gòu)成為漸開(kāi)線(xiàn)嚙合。所述內(nèi)齒尤其這樣構(gòu)成，即能夠在蝸輪體和支承軸之間實(shí)現(xiàn)大于/等于1200N/mm2的力傳遞。這一點(diǎn)能夠在內(nèi)齒上實(shí)現(xiàn)更好的力分配，從而能夠傳遞更大的力和/或應(yīng)用更硬的材料。
【附圖說(shuō)明】
[0017]本發(fā)明的其它有利的構(gòu)造方案由下面的附圖描述、附圖和從屬權(quán)利要求得出。
[0018]其中:
[0019]圖la為根據(jù)本發(fā)明的蝸輪元件的三維視圖；
[0020]圖lb為根據(jù)圖2的根據(jù)本發(fā)明的蝸輪元件的端側(cè)的俯視圖；
[0021]圖2為根據(jù)本發(fā)明的用來(lái)制造蝸輪元件的方法的示意圖；
[0022]圖3為根據(jù)本發(fā)明的蝸輪元件在與支撐結(jié)構(gòu)呈90支布局的剖面圖；
[0023]圖4為根據(jù)本發(fā)明的蝸輪元件在與支撐結(jié)構(gòu)呈45支布局的剖面圖；
[0024]圖5示出了對(duì)于材料1.3242的時(shí)間-溫度-轉(zhuǎn)換圖表。
【具體實(shí)施方式】
[0025]對(duì)于以下的描述，需強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明并不局限于這些實(shí)施例，也不局限于所述的特征組合的所有特征或多個(gè)特征，而是每個(gè)實(shí)施例單個(gè)局部特征都能夠與其它在上下文中描述的局部特征分開(kāi)，并且也能與其它實(shí)施例的任意特征組合起來(lái)，成為根據(jù)本發(fā)明的重要內(nèi)容。
[0026]圖la和lb示出了根據(jù)本發(fā)明的蝸輪元件1的實(shí)施例。蝸輪元件1尤其構(gòu)造得用于未示出的、同一方向旋轉(zhuǎn)的、緊密?chē)Ш系碾p軸擠出器。蝸輪元件1包括蝸輪體3，其具有軸向延伸的通穿孔5、用來(lái)插在支承軸上的內(nèi)齒7以及用來(lái)提供擠出功能的外輪廓9。為了與這種雙軸擠出器一起使用，所述蝸輪元件1與其它蝸輪元件一起軸向地沿著蝸輪元件1的軸線(xiàn)X-X推到雙軸擠出器的未示出的支承軸上。
[0027]通穿孔5的內(nèi)齒7有利地構(gòu)成為漸開(kāi)線(xiàn)嚙合(尤其根據(jù)2006年的DIN5480或備選地根據(jù)2005年的ISO 4156)。這可在支承軸上實(shí)現(xiàn)更高的力傳遞。所述內(nèi)齒7尤其這樣構(gòu)成，即能夠在蝸輪體3和支承軸之間實(shí)現(xiàn)大于/等于1200N/mm2的力傳遞。在利的是，內(nèi)齒7的輪廓偏差尤其是±0.01mm。
[0028]蝸輪體3的外徑(尤其是外輪廓9的最大外徑)小于/等于58mm，優(yōu)選小于/等于30mm。最小的外徑尤其是12mm。輪廓間距的最大偏差(即外輪廓9的表面至通穿孔5的內(nèi)壁的間距)尤其是±0.05mmo
[0029]有利的是，蝸輪體3由單組分材料構(gòu)成。所述單組分材料尤其是高強(qiáng)度的高速切削鋼，尤其具有較高的碳化物成份(鉻碳化物、釩碳化物、鎢碳化物)，或者是鈷-鉻或鎳-鉻-鉬硬質(zhì)合金。蝸輪體3的表面硬度在HRC 40至HRC 70的范圍內(nèi)，優(yōu)選HRC 56至HRC 70(根據(jù)洛氏硬度檢測(cè)方法，HRC類(lèi))。因此在擠出工藝期間尤其實(shí)現(xiàn)了針對(duì)硬填充物和增強(qiáng)介質(zhì)(如玻璃纖維、碳素纖維、滑石等)的更高耐磨性，并且實(shí)現(xiàn)針對(duì)水和酸(如HCL、HN03、HS03CL)的更高耐腐蝕性。
[0030]在根據(jù)本發(fā)明的蝸輪元件1的未示出的有利的實(shí)施例中，至少一個(gè)軸向延伸的位于內(nèi)部的冷卻通道設(shè)置在蝸輪體3中，所述冷卻通道尤其以相對(duì)外輪廓9的表面或朝內(nèi)齒7的表面的均勻徑向間距進(jìn)行延伸，并且跟隨著這些表面的走向。冷卻的緊密性尤其在20°C至350°C的溫度范圍內(nèi)。
[0031]外輪廓9有利地這樣構(gòu)成，即外輪廓9的表面沿著軸向伸展處處或者說(shuō)至少幾乎處處都相對(duì)平行設(shè)置的、具有相同外輪廓9的蝸輪元件1的表面具有同樣的間距。
[0032]本發(fā)明的蝸輪元件1根據(jù)圖2的本發(fā)明的方法以層式構(gòu)造方法借助結(jié)構(gòu)平臺(tái)(Bauplattfor