Verfahren zur Herstellung eines Maschinenhohlzylinders für Kunststoffverarbeitungsmaschinen

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Maschinenhohlzylinders für Kunststoffverarbeitungsmaschinen mit einem Außenrohr und zumindest einem Innenrohr aus unterschiedlichen, metallischen Werkstoffen, wobei in ein Hüllenrohr, welches gegebenenfalls in einem Kapselrohr angeordnet wird, aus einer zähfesten Legierung, z.B. Stahl, eine Füllung aus einem eine Schüttdichte von zumindest 60 % der Dichte des kompakten Werkstoffes aufweisenden, pulverförmigen hochverschleißfesten Werkstoff eingebracht wird und an den Hüllenrohrenden bzw. Kapselrohrenden verschlossen und das so verschlossene Rohr, z.B. in einer Schutzgasatmosphäre, bei zumindest 900 °C, jedoch unterhalb der Schmelzpunkte der metallischen Werkstoffe und einem Druck von zumindest 900 bar verpreßt wird und daß, gegebenenfalls nach einer Wärmebehandlung, der so erhaltene Verbundkörper, welcher einen vollflächigen metallischen Verbund zwischen Hüllenrohr und verdichtetem Werkstoff aufweist, materialabhebend, insbesondere spanabhebend, zu einem Maschinenhohlzylinder bearbeitet wird.

Beschreibung

[0001] In der Maschinenindustrie gibt es eine größere Anzahl von Fällen, bei denen ein einheitlicher Werkstoff die gestellten Anforderungen nicht oder nur im unzureichenden Ausmaß erfüllt. Es ist dann oft vorteilhaft, eine Werkstoff-Kombination einzusetzen und bei der Herstellung von Maschinenhohlzylindern für Kunststoffverarbeitungsmaschinen hat sich ein Verbundwerkstoff bewährt, der als Hohlzylinder aus einem geschmiedeten oder warmgewalzten Rohling aus einem hochverschleißfesten, härtbaren und korrosionsbeständigen Stahlkern und einer Hülle aus Baustahl gebildet wird.

[0002] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren zu schaffen, das es auf besonders einfache Art und Weise erlaubt, einen Maschinenhohlzylinder für kunststoffverarbeitende Maschinen zu erzeugen, wobei eine hohe Kombinationsmöglichkeit für die verschiedenen Werkstoffe, je nach Anwendungsfall,gegeben sein soll.

[0003] Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Ma- _.schinenhohlzylinders für Kunststoffverarbeitungsmaschinen mit einem Außenrohr und einem Innenrohr aus unterschiedlichem Material besteht im wesentlichen darin, daß in ein _Hül- lenrohr, welches gegebenenfalls in einem Kapselrohr angeordnet wird, aus einer zähfesten Legierung, z.B. Stahl, eine Füllung aus einem eine Schüttdichte von zumindest 60 % der Dichte des kompakten Werkstoffes aufweisenden, pulverförmigen hochverschleißfesten, insbesondere hochwarmverschleißfesten und/oder korrosionsbeständigen Werkstoff, gegebenenfalls im vorgepreßten und/oder vorgesinterten Zustand und vorzugsweise unter Aussparung eines, insbesondere zentralen, Hohlbereiches des Hüllenrohres, eingebracht wird, gegebenenfalls verdichtet, und an den Hüllenrohrenden bzw.

[0004] Kapselrohrenden verschlossen, worauf oder bevor evakuiert wird und das so verschlossene Rohr, z.B. in einer Schutzgasatmosphäre, bei zumindest 900 °C, jedoch unterhalb der Schmelzpunkte der metallischen Werkstoffe und einem Druck von zumindest 900 bar verpreßt wird und daß, gegebenenfalls nach einer Wärmebehandlung, der so erhaltene Verbundkörper, welcher einen vollflächigen metallischen Verbund zwischen Hüllenrohr und verdichtetem Werkstoff aufweist, materialabhebend, insbesondere spanabhebend, zu einem Maschinenhohlzylinder bearbeitet wird.

[0005] Mit dieser Vorgangsweise ist eine besonders günstige Kombination von einem schmelzmetallurgisch gewonnenen Werkstoff mit einem pulvermetallurgisch gewonnenen Werkstoff möglicb,'wobei eine besonders hohe Einsatzmöglichkeit erreicht wird.

[0006] Wird der zentrale Hohlbereich durch einen Füllkörper, vorzugsweise aus einem leicht zerspanbaren Material, z.B. Automatenstahl, ausgespart, so wird einerseits aufwendiges Pulver eingespart, wobei gleichzeitig eine besonders einfache Fertigung eines Innenhohls durchgeführt werden kann.

[0007] Es kann auch als Füllkörper ein Rohr verwendet werden, wo dann beispielsweise über einen Dorn geschmiedet wird, und eine zusätzliche Arbeitsersparnis eintreten kann.

[0008] Wird der Verbundkörper vor seiner mechanischen Weiterverarbeitung zu einem Maschinenhohlzylinder einer Warmverformung, insbesondere Schmiedung, mit einer zumindest l,3fachen, insbesondere 2fachen, Verformung unterworfen, so wird neben dem besonders hohen metallurgischen Verbund zwischen dem pulvermetallurgisch verfestigten Werkstoff und dem schmelzmetallurgisch gewonnenen Rohr eine zusätzliche Erhöhung der mechanischen Eigenschaften des pulvermetallurgischen Werkstoffes erreicht, sodaß ein weiteres Anwendungsfeld gegeben ist.

[0009] Als Werkstoff zur Füllung des Hüllenrohres kann eine schwer verformbare Eisenbasislegierung, insbesondere ein ledeburitischer Chromstahl, verwendet werden, wobei dann die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders deutlich hervortreten. Als hochverschleißfeste Legierung ist auch eine Kobaltbasislegierung besonders geeignet.

[0010] Das Hüllenrohr kann eine Innenbeschichtung aus einem Haftvermittler aufweisen, um eine bessere Verankerung des pulvermetallurgischen Werkstoffes im schmelzmetallurgisch gewonnenen Rohr zu erreichen.

[0011] Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Beispielen näher erläutert:

Beispiel 1:

[0012] In ein Kapselrohr mit einem Bodenblech aus unlegiertem Baustahl mit einem Außendurchmesser von 215 mm, einem Innendurchmesser von 212 mm und einer Länge von 900 mm wurde ein Hüllenrohr aus einer Legierung folgender Zusammensetzung in Gew.-% C 0,26, Si 0,30, Mn 0,70, Cr 1,1, Mo 0,25 und Rest Eisen mit einem Außendurchmesser von 210 mm und einem Innendurchmesser von 85 mm und einer Länge von 900 mm eingebracht. In dieses Rohr wurde ein Pulver einer ledeburitischen Chromstahllegierung folgender Zusammensetzung in Gew.-% C 2,3, Si- 0,28, Mn 0,37, Cr 12,6, Mo 0,98, V 4,1 und Rest Eisen gefüllt, wobei durch Rütteln eine Dichte von 5,2 g/cm³ erreicht wurde. Bei 360 C wurde entgast, worauf ein oberer Deckel mit Absaugöffnung an das Kapselrohr angeschweißt wurde. Sodann wurde evakuiert und die Absaugöffnung verschlossen. Der eingekapselte Körper wurde in einer Argonatmosphäre bei 1050 °C und bei einem Druck von 1000 bar 3 Stunden lang heiß-isostatisch verpreßt. Dieser Verbundkörper wurde sodann auf einer Langschmiedemaschine auf einen Außendurchmesser von ca. 85 mm geschmiedet, was einer ca. 6,lfachen Verformung entspricht. Nach dem Schmieden wurde geglüht, worauf durch mechanische Bearbeitung, Ablängen, Drehen, und Wärmebehandlung ein Extruderzylinder gefertigt wurde.

Beispiel 2:

[0013] Ein Maschinenhohlzylinder für Kunststoffverarbeitungsmaschinen wurde in der Weise hergestellt, daß ein zylindrisches Hüllenrohr aus 16MnCr5 mit einem Außendurchmesser von 85 mm, einem Innendurchmesser von 45 mm und einer Länge von 650 mm mit einem aus der Schmelze sphärisch gebildeten, ein Schüttgewicht von etwa 66 % aufweisenden Pulver aus einer ledeburitischen Chromstahllegierung der Zusammensetzung in Gew.-% C 2,2, Si 0,28, Mn 0,37, Cr 12,6, Mo 0,98, V 4,1, Rest im wesentlichen Eisen zur Gänze gefüllt, durch Evakuieren verdichtet und gasdicht an den Rohrenden mittels aufgeschweißter runder Abdeckplatten verschlossen wurde. Sodann wurde der Rohling in eine Vorrichtung zum heiß-isostatischenPressen eingebracht und bei einer Temperatur von 1060 °C und einem Argon-Gasdruck von 1000 bar drei Stunden lang unterworfen und sodann an ruhender Luft auf Raumtemperatur abgekühlt. Nach dem Abtrennen der Platten durch Absägen der beiden äußersten Rohrenden wurde mittels eines Lochbohrwerkes das Hohl von 24 mm Durchmesser ausgebildet und wärmebehandelt.

Beispiel 3:

[0014] Analog zu Beispiel 1 wurde ein Zylinder für Kunststoffverarbeitungsmaschinen hergestellt, wobei in ein Hüllenrohr entsprechend Beispiel 1 mit einem Außendurchmesser von 210 mm und einem Innendurchmesser von 85 mm ein zentrisch angeordneter Innenstab aus Automatenstahl mit einem Außendurchmesser von 50 mm vorgesehen wurde. Der Zwischenraum wurde mit einem Pulver aus ledeburitischem Chromstahl gefüllt. An Stelle des Kapselrohres wurde das Hüllenrohr an seinen Enden mit Stahlblechscheiben verschlossen. Sonst wurde analog Beispiel 1 vorgegangen.

Beispiel 4:

[0015] In ein Kapselrohr mit einem Bodenblech aus unlegiertem Baustahl und einem Außendurchmesser von 215.mm, einem Innendurchmesser von 212 mm und einer Länge von 900 mm wurde ein Hüllenrohr aus einer Legierung folgender Zusammensetzung in Gew.-% C 0,45, Si 0,3, Mn 0,7 und Rest Eisen mit einem Außendurchmesser von 210 mm und einem Innendurchmesser von 85 mm und einer Länge von 900 mm eingebracht. In dieses Rohr wurde ein Pulver folgender Zusammensetzung in Gew.-% C 3,3, Cr 12,8, V 4,-5, Mo 1,1, W 1,0 und Rest Eisen gefüllt, wobei durch Rütteln eine Dichte von ca. 65 % erreicht wurde. Bei 370 C wurde entgast, worauf ein oberer Deckel mit Absaugöffnung an das Kapselrohr angeschweißt wurde. Sodann wurde evakuiert und die Absaugöffnung verschlossen. Der eingekapselte Körper wurde in Argonatmosphäre bei 1080 °C und einem Druck von 1050 bar 3 Stunden lang heiß-isostatisch verpreßt. Dieser Verbundkörper wurde sodann auf einer Langschmiedemaschine auf einen Außendurchmesser von ca. 90 mm geschmiedet, was einer 5,4fachen Verformung entspricht. Nach dem Schmieden wurde wärmebehandelt, worauf durch mechanische Bearbeitung und weitere Wärmebehandlung ein Extruderzylinder gefertigt wurde.

Beispiel 5:

[0016] Es-wurde analog Beispiel 4 verfahren, wobei ein Pulver einer Kobaltbasislegierung folgender Zusammensetzung in Gew.-% C 0,25, Cr 8,25, Mo 5,5 und Rest Kobalt verwendet wurde.

[0017] Es kann auch ein Hüllenrohr verwendet werden, das eine Innenbeschichtung, z.B. elektrolytisch abgeschieden aus Nik_- kel od.dgl., aufweist, die als Haftvermittler zwischen dem Material des Hüllenrohres und dem Pulver auftreten kann.

[0018] Bei allen angeführten Beispielen war ein vollflächiger Verbund zwischen dem Hüllenrohr und dem Innenteil eingetreten, wobei beispielsweise bei der Kobalthartlegierung gemäß Beispiel 5 folgende Eigenschaftsverbesserungen durch das heißisostatische Verpressen bzw. durch heiß-isostatisches Verpressen und Schmieden erreicht werden können.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Maschinenhohlzylinders für Kunststoffverarbeitungsmaschinen mit einem Außenrohr und zumindest einem Innenrohr aus unterschiedlichen, metallischen Werkstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß in ein Hüllenrohr, welches gegebenenfalls in einem Kapselrohr angeordnet wird, aus einer zähfesten Legierung, z.B. Stahl, eine Füllung aus einem eine Schüttdichte von zumindest 60 % der Dichte des kompakten Werkstoffes aufweisenden, pulverförmigen hochverschleißfesten, insbesondere hochwarmverschleißfesten und/oder korrosionsbeständigen Werkstoff, gegebenenfalls im vorgepreßten und/oder vorgesinterten Zustand und vorzugsweise unter Aussparung eines, insbesondere zentralen, Hohlbereiches des Hüllenrohres, eingebracht wird, gegebenenfalls verdichtet, und an den Hüllenrohrenden bzw. Kapselrohrenden verschlossen, worauf oder bevor evakuiert wird und das so verschlossene Rohr, z.B. in einer Schutzgasatmosphäre, bei zumindest 900 °C, jedoch unterhalb der Schmelzpunkte der metallischen Werkstoffe und einem Druck von zumindest 900 bar verpreßt wird und daß, gegebenenfalls nach einer Wärmebehandlung, der so erhaltene Verbundkörper, welcher einen vollflächigen metallischen Verbund zwischen Hüllenrohr und verdichtetem Werkstoff aufweist, materialabhebend, insbesondere spanabhebend, zu einem Maschinenhohlzylinder bearbeitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Hohlbereich durch einen Füllkörper, vorzugsweise aus einem leicht zerspanbaren Material, z.B. Automatenstahl, ausgespart wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohr als Füllkörper verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbundkörper vor seiner mechanischen Weiterverarbeitung zu einem Maschinenhohlzylinder einer Warmverformung, insbesondere Schmiedung, mit einer zumindest 1,3fachen, insbesondere zumindest 2fachen Verformung, unterworfen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff zur Füllung des Hüllenrohres eine schwer verformbare Eisenbasislegierung, insbesondere ein ledeburitischer Chromstahl verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als hochverschleißfeste Legierung eine Kobaltbasislegierung verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllenrohr eine Innenbeschichtung aus einem Haftvermittler, z.B. Nickel, aufweist.