蝸輪元件以及制造蝸輪元件的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種尤其用于同一方向旋轉的、緊密嚙合的雙軸擠出器的蝸輪元件的方法。此外，本發明還涉及一種蝸輪元件，其尤其用于同一方向旋轉的緊密嚙合的雙軸擠出器，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、用來插在支承軸上的內齒以及用來提供擠出功能的外輪廓。
【背景技術】
[0002]這種蝸輪元件例如作為雙軸擠出器的一部分應用在不同的工業領域，其中難點在于塑料的加工。應用在雙軸擠出器中的蝸輪模塊化地構成，并且由支承軸和單個的蝸輪元件構成。蝸輪元件的幾何形狀根據雙軸擠出器的方法技術的任務和功能來設計，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，它們尤其在適應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、大小和功能無關，通過用于外部幾何形狀的常規切削方法(如鋸、車削、銑、旋轉和磨)的組合來實現。為了安裝在支承軸上，蝸輪元件根據機器制造商和結構尺寸具有不同的內部輪廓或內齒，它們承擔著支承軸和蝸輪元件之間的力傳遞功能。所述內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，其中根據磨損負荷的方式尤其通過磨損和/或侵蝕來選擇材料。在此應用由熔融金屬和粉末金屬產生的材料。尤其應用實心鋼或HIP-復合鋼。在HIP-復合物中將鋼加工至HRC66。它們設置有軟的圓柱形內核，但要實現較小的直徑這要非常高的成本，尤其在直徑小于30_時不經濟。在直徑非常小的情況下(小于20mm)，在熱等靜壓(HIP)-復合體中在技術上不能再進行制造，因為尤其是軟的圓柱形內核可能太薄，不能通過內部輪廓實現足夠的力傳遞，并且借助如移空、沖擊等方法以超過1200N的推力不能為引入內部輪廓而加工高強度的緊密材料。這種材料由于剛性不足會折斷和破碎。
[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、內齒的移空、硬化、回火、精磨、噴砂。
[0006]已知的蝸輪元件的缺點是，其制造工藝是費力且成本密集。此外，受傳統的切削方法和成型制造方法的制約，在應用特定的硬質合金時，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、外幾何形狀。
[0007]此外，通過應用硬質合金并且與迄今應用的制造方法相結合，在蝸輪元件內制造冷卻通道是非常費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。
【發明內容】
[0008]本發明的目的是，避免上述缺點并且提供一種用來制造尤其直徑較小的蝸輪元件的方法，所述方法能夠簡單且成本低廉地實施，并且所述方法為蝸輪元件的內齒、外部輪廓和冷卻部的造型提供了更大的靈活性。
[0009]此目的通過以下方式得以實現，即金屬的粉末材料逐步地分層地在制造軸線的方向上相疊地設置在結構平臺上，其中激光光束根據三維模型的數據以特定的照射順序并且在特定的層位置上對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合，因此在這些層都變硬之后，根據三維模型產生了完全穩定的蝸輪體。通過這種方法，不需要為制造蝸輪元件而應用傳統的切削加工方法和成型制造方法。因此能夠以簡單的方式為內齒和蝸輪元件的外輪廓制造出新的幾何形狀。這一點尤其能夠制造出完全由硬質合金構成的蝸輪元件。這一點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狀地劃分成小塊，其中所述激光光束借助隨機的照射順序來照射層的不同小塊。這些待照射的層尤其劃分為徑向相對制造軸線環繞的照射區，其中照射區的照射順序是徑向地由內朝外。這一點能夠在制造過程中實現熱量的更好分布，并且避免在制造時不受控制地加熱蝸輪元件。此夕卜，這一點還在結構尤其小的情況下(例如在內齒的情況下)避免了熔化。此外，這還在制造過程中還減少了由熱量引起的蝸輪元件的結構延遲(Verzug)這一風險。
[0011 ] 尤其在所述方法的實施例中，除了這些層中的蝸輪元件以外還通過激光光束產生支撐結構，因此待制造的蝸輪元件在制造過程中支撐在粉末材料中，尤其支撐在結構平臺上。在此有利的是，支撐結構與蝸輪元件的外輪廓和/或下端側相連，因此它們在熔化過程中將產生的熱量從蝸輪元件中導出。
[0012]在本發明的有利的實施例中，所述粉末材料優選包括粉末狀的高強度的高速切削鋼，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-鉬硬質合金。這一點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，其能夠尤其簡單且成本低廉地制成，它具有更好的內齒、更好的冷卻部和更好的外輪廓。
[0014]此目的還通過以下方式得以實現，即根據上述根據本發明的方法制成蝸輪元件，其尤其用于同一方向旋轉的緊密嚙合的雙軸擠出器，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、用來插在支承軸上的內齒以及用來提供擠出功能的外輪廓。
[0015]在尤其有利的實施例中，至少一個軸向延伸的位于內部的冷卻通道設置在蝸輪體中，所述冷卻通道尤其以相對外輪廓的表面或相對內齒的表面以均勻徑向間距進行延伸，并且跟隨著這些表面的走向。這一點能夠優化內齒和/或外輪廓的冷卻，從而尤其達到更好的使用壽命。
[0016]在另一實施例中，內齒構成為漸開線嚙合。所述內齒尤其這樣構成，即能夠在蝸輪體和支承軸之間實現大于/等于1200N/mm2的力傳遞。這一點能夠在內齒上實現更好的力分配，從而能夠傳遞更大的力和/或應用更硬的材料。
【附圖說明】
[0017]本發明的其它有利的構造方案由下面的附圖描述、附圖和從屬權利要求得出。
[0018]其中:
[0019]圖la為根據本發明的蝸輪元件的三維視圖；
[0020]圖lb為根據圖2的根據本發明的蝸輪元件的端側的俯視圖；
[0021]圖2為根據本發明的用來制造蝸輪元件的方法的示意圖；
[0022]圖3為根據本發明的蝸輪元件在與支撐結構呈90支布局的剖面圖；
[0023]圖4為根據本發明的蝸輪元件在與支撐結構呈45支布局的剖面圖；
[0024]圖5示出了對于材料1.3242的時間-溫度-轉換圖表。
【具體實施方式】
[0025]對于以下的描述，需強調的是，本發明并不局限于這些實施例，也不局限于所述的特征組合的所有特征或多個特征，而是每個實施例單個局部特征都能夠與其它在上下文中描述的局部特征分開，并且也能與其它實施例的任意特征組合起來，成為根據本發明的重要內容。
[0026]圖la和lb示出了根據本發明的蝸輪元件1的實施例。蝸輪元件1尤其構造得用于未示出的、同一方向旋轉的、緊密嚙合的雙軸擠出器。蝸輪元件1包括蝸輪體3，其具有軸向延伸的通穿孔5、用來插在支承軸上的內齒7以及用來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的內齒7有利地構成為漸開線嚙合(尤其根據2006年的DIN5480或備選地根據2005年的ISO 4156)。這可在支承軸上實現更高的力傳遞。所述內齒7尤其這樣構成，即能夠在蝸輪體3和支承軸之間實現大于/等于1200N/mm2的力傳遞。在利的是，內齒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由單組分材料構成。所述單組分材料尤其是高強度的高速切削鋼，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-鉬硬質合金。蝸輪體3的表面硬度在HRC 40至HRC 70的范圍內，優選HRC 56至HRC 70(根據洛氏硬度檢測方法，HRC類)。因此在擠出工藝期間尤其實現了針對硬填充物和增強介質(如玻璃纖維、碳素纖維、滑石等)的更高耐磨性，并且實現針對水和酸(如HCL、HN03、HS03CL)的更高耐腐蝕性。
[0030]在根據本發明的蝸輪元件1的未示出的有利的實施例中，至少一個軸向延伸的位于內部的冷卻通道設置在蝸輪體3中，所述冷卻通道尤其以相對外輪廓9的表面或朝內齒7的表面的均勻徑向間距進行延伸，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。
[0031]外輪廓9有利地這樣構成，即外輪廓9的表面沿著軸向伸展處處或者說至少幾乎處處都相對平行設置的、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]本發明的蝸輪元件1根據圖2的本發明的方法以層式構造方法借助結構平臺(Bauplattfor