我们已多次强调:螺杆机筒是注塑机的最关键、最灵魂的部件,在注塑加工生产中,塑胶原料由尾部进入注塑机机筒,螺杆在机筒中告诉转动,将塑料颗粒及其填料挤压推进,在前进中混合塑化,由螺杆头部注入模腔。这时，机筒和螺杆承受一定的高温高压不同的塑料，注塑机螺杆的工作温度也不同。
螺杆机筒多因磨损造成间隙过大不能正常挤、注而报废。磨损加大螺棱机筒间的间隙这导致降低熔融速率及泵出能力造成物料温度不均匀及压力波动,使产品质量下降,同时生产率降低、能耗增加。相对机筒来说,螺杆更易于损坏失效。
螺杆失效引起的损失是惊人的,据北美1986年的统计数据,螺杆失效损失超过25亿美金。在中国虽没有相应的统计资料,但是,据统计中国注塑机销售额超过200亿元，继续稳居一。可以设想螺杆失效将导致巨大的经济损失。尤其是近年来,随塑料制品性能的提高和种类的增加,螺杆工作环境更为恶劣,除高硬度填料的使用导致磨损加剧外,还存在不同程度的腐蚀现象,因此,如何提高螺杆的寿命,是当前螺杆选材及热处理、表面处理的一个重要课题。
1. 螺杆失效机理及影响使用寿命的因素
1.1螺杆工作条件
注射螺杆在比较恶劣的条件下工作,温度一般在200℃以上。它不仅要承受注射时的高压同时还承受熔料的磨蚀作用和预塑时的频繁负载起动。螺杆工作过程中还承受很大的压力和扭矩。
1.2失效机理
一般认为,螺杆因磨损失效的主要原因是“磨粒磨损”。在螺杆和料筒之间的塑料或填料颗粒,由于力的作用,对螺杆产生切削作用导致材料损失.
此外,塑料和填料在高温下塑化时常常分解出腐蚀性介质,会对螺杆表面金属产生腐蚀,腐蚀产物很容易被塑料带出,从而导致材料的损失。磨损与腐蚀的共同作用,加剧了螺杆的失效。
1.3影响螺杆使用寿命的因素
从螺杆失效的机理分析,影响螺杆使用寿命的因素有:
(1)螺杆的设计
(2)螺杆选材
(3)表面镀金属如Cr、Ni
(4)渗氮
(5)喷涂或喷焊硬化合金
(6)料筒的选材与表面处理
(7)物料(如塑料粒度、母料性能)及操作(转速、背压等)
可见,除(1)、(7)涉及到螺杆的设计(也即改善螺杆的受力状态)和所加工的物料外,螺杆的使用寿命主要与螺杆的材质,尤其是各种表面处理技术有关。
1.4注塑机螺杆的选用依据
对注塑机螺杆进行选择时,首先是根据所加工塑料的性质,选择或自行设计螺杆的结构,如长径比、压缩比、螺距、棱宽等。其次是选择螺杆的材料与相应的表面处理方法。如果所加工的塑料会产生强腐蚀气体如聚氯乙烯分解出气体、氟塑料分解出*气体以及某些功能性塑料含有各种助剂如阻燃剂、抗静电、着色剂、交联剂等,它们也会分解出气体。以SO2为主的气体硫化物及其酸性物质、甲酸、焦磷酸等腐蚀性物质,在强混炼中浸蚀螺杆、机筒表面,造成剥蚀和点蚀。
一般而言,成型温度越高,腐蚀作用越剧烈。这种情况下,需考虑选用高耐蚀螺杆。
如果所加工塑料为高强度塑料,它们常含有玻璃、硼等增强纤维。还有为获得各种特殊性能或为了降低塑料的成本,会在塑料中加入各种填充料,如硅石、重晶石、陶土、纤维素、云母、金属粉等。这些颗粒的硬度如表1所示,是很高的,会对螺杆产生严重的磨粒磨损,因此需考虑高硬度的螺杆。
一般,硬质合金可以同时满足以上两个要求,某些厂家还在此基础上进一步发展了高耐蚀兼顾硬度、以及高硬度兼顾耐蚀性的不同螺杆
