30饲料加工
2008,No.
8
国外在挤压膨化机方面的创新
吴锦圃
1、2
(1.国家粮食储备局武汉科学研究设计院,湖北武汉 430079;2.牧羊集团国际事业部,江苏扬州 225127)
摘 要:从模头与挤压室构件的改进设计以及从冶金技术角度改善挤压室构件的耐磨性能等方面进行阐述,展示国外业者为提高产量和减少停机时间在追求挤压技术进步上所做的努力。关键词:挤压膨化机;创新;发展
中图分类号:S817.12 文献标识码:A 文章编号:1003-6202(2008)08-0030-03 挤压技术的应用已经一百多年了,早在19世纪70年代
英国的橡胶工业就首次应用了挤压机。后来经过人们多年的研发,设备越来越完善,应用范围亦越来越广。到20世纪二三十年代意大利首次将单螺杆挤压机投入工业化应用于硬质小麦粗粒面粉生产通心粉。20世纪50年代初干法挤压机被首次用来生产宠物饲料;70年代单螺杆挤压机被用于植物蛋白的工业化生产;80产开始在全世界迅速普及。,。
,上至能和提高产量。因为大家都知道重视加工技术的研发往往是通向取得良好回报和高质量产品成功投资的关键。而新的挤压设备和加工技术则是达到这一目标的最便捷之路。
近年来挤压机设备制造商为了适应饲料工业尤其是水产饲料和宠物饲料加工的发展,对挤压机进行了许多研究和改良创新。笔者就几个方面作一概述,以供决策者和有关研发人员参考。
1 通过模头设计控制产品特性
进还给挤压膨化产品密度和形状的控制带来更大的灵活性
。
前些年国外为宠物夹心小吃之类的共挤压产品开发了一种混合模头(MHD),见图1。这种混合模头可以按1∶1的比例生产双色产品,也能生产出多种形状(多达6种)的产品。用一台膨化机可以加工出由12个色彩部分构成的产品,也可以加工出大理石状的或实心的产品。
加工时通过缩小螺杆尾端直径将双螺杆挤压机两根相互啮合的螺杆分开来;这样,可以将两种不同颜色的物料喷射到这两根各自独立的螺杆内(见图1中的4)。来自每根螺杆的经过均匀布色的热融物可在最后的模头内汇合,由一个模孔排出;不同的颜色可并列、可同心,也可混在一起形成不规则的大理石状,或者模孔内存在不同的颜色(见图1中的5)。不过这种装置一次只能生产一种产品。
近年来,模头设计方面的创新包括可液压调节的模头以及模头互换装置使设备在挤压生产过程中能比较迅速而简单地由一种模头更换成另一种模头。这种模头设计上的改
图1 双螺杆挤压机带的双色腔段
宠物饲料生产商大都希望给客户提供具有不同颜色或有其它显著特点(如形状、风味或气味)的熟化的挤压饲料。过去,不同的产品需要由各自独立的挤压机生产,产出以后再掺和成有多种不同颜色和形状组合在一起的饲料。另一种办法是先生产一种颜色的饲料,然后再开机生产另一种不同颜色的饲料。前一种办法显然不好,它需要投资购买并维护多台昂贵的挤压机及其相关设备(如仓斗、混合与除尘设备等);而后一种办法则需在单台挤压机上更换不同的产品,故而将使饲料总产量大大降低。
以往也曾尝试用一台挤压机或类似装置同时生产几种具有不同特色的产品,如美国5486049号专利所述的装置。但是,这类装置过于复杂,而且混合室只有静态混合装置,其结果产生非常大的压力降,物料在混合室里推进需要很大的力。
加拿大1230005号专利是一种双螺杆挤压机的装置,两个螺杆各自单独处理,然后两股料流在该装置的下游区域形成单一挤压物。但是双螺杆挤压机比较贵,而且也比单螺杆复杂。
Extru-Tech有限公司的美国6719448号专利推出了一个单螺杆蒸煮挤压机能同时生产多种颜色多种形状宠物饲料产品的模头装置(图2)。据该公司称,这是宠物饲料产业的一项革命。该装置无需在后道作业中对产品进行混合搅拌,不会降低产量,故而成本降低,利润提高。有多种配置可
收稿日期:2008-04-18;修回日期:2008-07-23
作者简介:吴锦圃(1943-),男,译审,部级专家,曾长期从事粮、油、饲料、食品科技情况研究和涉外工程工作。
吴锦圃:国外在挤压膨化机方面的创新/2008年第8期供利用(两种、三种和四种颜色),以适应在一道作业中能生产出多种颜色多种形状产品的实际需求
。
31
的企业,该公司生产的平模制粒机在国际上独树一帜,而且在英国安德森(Anderson)公司于20世纪60年代初发明的用于油脂加工业原料处理的膨化机(expander)的启发下,80年代中期他们开发出一种环形间隙式膨化机,很好地适应了欧美发达国家人们对饲料卫生和安全的极度关注,受到了高端饲料业用户的推崇。最近他们又推出了一种OEE卡尔挤压机(图4、图5),有别于普通的较老机型挤压机,其模头装在一个液压活塞上。作业过程中通过准确地控制该活塞可以将模头从挤压机的出口处取掉和伸进去。模头拆换通过液压进行,快速而有效。与普通挤压机相比该机操作处理起来要简单得多,因为它启动容易而且堵料时能快速释压。刀头单独配有传动,拆换模头时能保持在原位。该机还能具有带蒸气夹层的挤压筒以及摩擦盘;开始生产时不需要增加水量,可空模启动。与传统挤压机相比,不是太敏感,故而物料浪费量少得多
。
图2 Extru-Tech公司多形多色饲料产品同时挤压装置图3所示是这种装置的详细结构。利用这样一个单独的装置通过起初阶段加工单一料流来同时生产几种具有不同特点的最终产品。该装置包括:挤压室总成(12)和与挤压室联在一起的添加剂施加装置总成(14)。挤压室内一般为截圆锥形的中央通道(22)以及螺旋(24);挤压室有一长筒状的筒体(16),筒体内装有可轴向旋转的螺杆(26)。而添加剂施加装置总成有几个单独的混合室(34、36),用以接收和加工从挤压室总成(12)里出来的各股料流。各添加剂注射器(52、54)向混合室(34、36)里的各种相关料流中注射着色剂之类的添加剂。添加剂施加装置总成(14)最好应有一个带多个独立通道(46、48)的分流器(32),圆锥形通道(42)相通,相应的混合室(34、36)相通(72(、106)。混合件装在一根共同的轴(96)上(26)相连接。第二混合室与第一混合室相似并带有径向末端法兰(74、76)和由光滑的或者带有轴向或螺旋状突起的内壁(80)界定的中央通道(78)。在法兰(74、76)中形成物料输送通道81a和81b;81a决定了室内输入量并与通道78相通,81b也同样与通道78相通并决定了室内输出量。与螺栓(70)相似,可以装设一根或多根螺栓(82)。室(36)有一根长套管84,在通道78的外面,穿过法兰孔86和88
。
图4 卡尔OEE
挤压机
图5 卡尔挤压机的结构
2 利用硬件改善作业稳定性
温格尔(Wenger)公司单螺杆和双螺杆挤压机方面的新
技术是将机器旋转构件设计得比混合螺旋突起能施加更大的剪切力和混合力。均质用的螺旋构件改善了混合作用,对含肉量高的饲料配方以及自身油脂含量高的原料非常有效。
可调式反压阀有几个新的特点,包括用于释放模头压力的第3个位置以及一个废弃位和加工位。如今杆上可接纳带圆孔的插件,而且反压阀可有一电力传动装置以取代液压传动装置。反压阀能变换挤压节流作用而不取决于模头,能在启动或保养维修时将产品从模头/切刀处转移开来,并且
图3 Extru-Tech公司多形多色饲料产品
同时挤压装置竖剖面图
上述多个混合室(一般2～4个,也可超过此数)相互之间轴向对齐,也与上游的挤压室轴向对齐。挤压螺杆与后面的混合件之间最好安装传动联轴节,这样挤压螺杆的旋转将带动混合件的旋转。添加剂注射器可装在分流器处或靠近分流器的地方,向各产品料流施加相关的添加剂,必要的话这些注射器也可以装在各混合室区域。
德国的卡尔(AmandusKahl)公司是一个颇具创新精神
在系统作业过程中可以进行在线调节。反压阀的主要优点是:(1)转移不合格产品以改进卫生状况以及进行质量控制;
(2)无需停止挤压机作业即可维修模头、切刀、输送器;(3)
可在线调节比机械能以控制产品特性;(4)改善作业稳定性;(5)消除挤压机配置的变化。
Wenger还有一样创新是快换式分流板,这是一种插在螺
杆和模头之间的带孔的板。该滤器有助于产品的均匀性,能收集杂质、控制反压力而且在作业过程中可以更换。这种分流板的能力可达68.90MPa。
32
Wenger刀片的耐磨程度比原来的高11倍,降低磨耗成
吴锦圃:国外在挤压膨化机方面的创新/2008年第8期各种配方能保护机械设备免受各类磨耗的损失,包括磨蚀、腐
蚀和锈蚀。工程师对有关机件及其工作环境进行审视和评价,以提出标准包层配方,或者针对特殊要求进行对象设计。
表1所示为该公司的一种标准包层配方。表1 标准包层成分(质量分数)和包层的特性
名称
包层成分 碳化钨 镍 铬
其他碳化物配方中的总碳化物量特性
密度/(kg・L-1) 导热性/W・(m・K) 冶金结合强度/MPa 空隙率/% 洛氏硬度(HRC)
-1
本达53%。刀片的安装时间也大大缩短,故而可使与刀片磨
损有关的产品质量周期问题减到最小。
3 通过冶金技术减少磨损
螺杆是挤压膨化机的心脏,其耐磨程度如何直接关系到用户的生产成本和维护成本。
主要生产食品与塑料挤压机的著名的法国克莱斯劳(Clextral)公司将挤压机磨损问题委托制造商从高强度冶金角度研究解决方案,据称开发出的优质金属材料使螺杆和挤压腔的使用寿命比标准金属材料延长4到5倍(图6)。这一成果具有多种优点:缩短因更换构件的停机时间;在更换螺杆、挤压腔以及挤压腔衬板方面花费降低;产品质量长期稳定。冶金技术被应用在螺旋端部或者螺杆、挤压腔及挤压腔衬板100%的整体结构上
。
WC20.06230668%12.1833.2>482.258
WC21.05534766%11.6328.8>482.258
WC21.94839862%11.0724.5>482.258
注:碳化钨(WC)包括结合钴的碳化钨。
图6 ClextralClextralH(HIC)工艺,造。据该公司称,由于高度致密化,新冶金材料的工作性能大大超过标准材料。这就能应对双螺杆挤压机内工作强度高的区域因热能、化学及机械应力造成的螺杆和挤压腔损坏。
粉末冶金是一种能将强度与硬度有效结合起来的方法。很多特质可能会存在于粉末形态,而且有好几种工艺方法能使其同时更为致密从而获得优质工作面的螺杆或挤压腔。为得到该冶金材料而进行的烧结工艺连同高密度压实、新的激光融结技术以及HIP工艺使两种粉末层的密度更高,而且可进行烧结。
这种工艺过程包括:①将粉末和团块装入模盒;②将模盒变成真空;③采用压力炉和最高2000℃的温度进行同时压实和烧结;④对模盒和最终结合物进行机加工制得坯件。根据Clextral的研究,降低磨损和表面退化是减少能量损失的关键,这些损失往往与材料未经检测相关联。更换机械零部件意味着采用新的零部件、增加额外能耗以及经济损失。提高可靠性,延长构件的工作寿命就制约了零部件更换并使系统的安全性得以保证。
美国Kennametal有限公司采用碳化钨包层的方法对螺头硬度进行强化,据称可使Wenger螺头耐磨程度提高2倍。该硬化螺头是在螺头钢坯上覆盖碳化钨包层,经烧结使包层材料渗入钢坯,从而两部分完全结合成一体,再经后加工制作而成。每副螺头可使用15000～18000h。然而从该公司购买一副螺头的价格是18054美元,加上运费664.3美元,共需花费18718.3美元。这一成本用户实难承担。
美国还有一家碳化钨耐磨包层业务的公司“ConformaClad”,位于印第安那州NewAlbany镇。其碳化钨耐磨包层的
据ConformaCladgs公司称,“””内钨颗粒均匀分布。。然后,把有机布烧掉而使钨合。
这种钎接工艺将碳化钨的硬度与镍铬硼合金的抗腐蚀性相结合,形成一个具有无与伦比的耐磨性能的保护屏障。因其冶金结合强度超过394.058MPa,这种包层的抗剥落、抗破裂和抗分层能力极强。
笔者认为Kennametal有限公司和ConformaClad公司的碳化钨包层实际上是一种粉末冶金材料。目前机械、汽车、航空等工业使用的大块致密金属和金属零部件都可采用粉末冶金方法制成。如上所述,粉末冶金由配料、压制成型、坯块烧结和后处理等工艺步骤构成。对于大型的制品,为了获得均匀的密度,还需要采取等静压(各方向同时受液压)的方法成型。切削用的硬质合金(如碳化钨)刀头就是用这种方法制造的。
目前我国所产挤压机螺头的耐磨程度与发达国家专业化公司的产品还存在一定的差距。为了既提高国产螺头的耐磨质量又不至于成本过高,应尽力设法寻求螺头硬化加工的国产化。近年来我国粉末冶金技术发展很快,我们应跨行业思维,在国内粉末冶金行业寻找合作者,共同研发,以达到螺头硬化加工的国产化,降低生产成本。
[参考文献]
[1] JessicaTaylorBond.InnovationsinExtrusion[J].PedfoodIndus2
try,2007,12:32～34.
[2] WengerManufacturingInc.MethodandApparatusfortheSimulta2
neousProductionofDifferentlyCharacterizedExtrudates[P].USA:USPatentNo.6719448,2004.
[3] DickZiggers.SeducingPetOwnerswithShapesandColors[J].
FeedTech,2007,11(2):41～43.
[4] LorrieMuzzone.TungstenCarbideTacklesMetalAbrasion[J].
Feedtech,2007,11(10):12～14.
(责任编辑:苏 幔)
30饲料加工
2008,No.
8
国外在挤压膨化机方面的创新
吴锦圃
1、2
(1.国家粮食储备局武汉科学研究设计院,湖北武汉 430079;2.牧羊集团国际事业部,江苏扬州 225127)
摘 要:从模头与挤压室构件的改进设计以及从冶金技术角度改善挤压室构件的耐磨性能等方面进行阐述,展示国外业者为提高产量和减少停机时间在追求挤压技术进步上所做的努力。关键词:挤压膨化机;创新;发展
中图分类号:S817.12 文献标识码:A 文章编号:1003-6202(2008)08-0030-03 挤压技术的应用已经一百多年了,早在19世纪70年代
英国的橡胶工业就首次应用了挤压机。后来经过人们多年的研发,设备越来越完善,应用范围亦越来越广。到20世纪二三十年代意大利首次将单螺杆挤压机投入工业化应用于硬质小麦粗粒面粉生产通心粉。20世纪50年代初干法挤压机被首次用来生产宠物饲料;70年代单螺杆挤压机被用于植物蛋白的工业化生产;80产开始在全世界迅速普及。,。
,上至能和提高产量。因为大家都知道重视加工技术的研发往往是通向取得良好回报和高质量产品成功投资的关键。而新的挤压设备和加工技术则是达到这一目标的最便捷之路。
近年来挤压机设备制造商为了适应饲料工业尤其是水产饲料和宠物饲料加工的发展,对挤压机进行了许多研究和改良创新。笔者就几个方面作一概述,以供决策者和有关研发人员参考。
1 通过模头设计控制产品特性
进还给挤压膨化产品密度和形状的控制带来更大的灵活性
。
前些年国外为宠物夹心小吃之类的共挤压产品开发了一种混合模头(MHD),见图1。这种混合模头可以按1∶1的比例生产双色产品,也能生产出多种形状(多达6种)的产品。用一台膨化机可以加工出由12个色彩部分构成的产品,也可以加工出大理石状的或实心的产品。
加工时通过缩小螺杆尾端直径将双螺杆挤压机两根相互啮合的螺杆分开来;这样,可以将两种不同颜色的物料喷射到这两根各自独立的螺杆内(见图1中的4)。来自每根螺杆的经过均匀布色的热融物可在最后的模头内汇合,由一个模孔排出;不同的颜色可并列、可同心,也可混在一起形成不规则的大理石状,或者模孔内存在不同的颜色(见图1中的5)。不过这种装置一次只能生产一种产品。
近年来,模头设计方面的创新包括可液压调节的模头以及模头互换装置使设备在挤压生产过程中能比较迅速而简单地由一种模头更换成另一种模头。这种模头设计上的改
图1 双螺杆挤压机带的双色腔段
宠物饲料生产商大都希望给客户提供具有不同颜色或有其它显著特点(如形状、风味或气味)的熟化的挤压饲料。过去,不同的产品需要由各自独立的挤压机生产,产出以后再掺和成有多种不同颜色和形状组合在一起的饲料。另一种办法是先生产一种颜色的饲料,然后再开机生产另一种不同颜色的饲料。前一种办法显然不好,它需要投资购买并维护多台昂贵的挤压机及其相关设备(如仓斗、混合与除尘设备等);而后一种办法则需在单台挤压机上更换不同的产品,故而将使饲料总产量大大降低。
以往也曾尝试用一台挤压机或类似装置同时生产几种具有不同特色的产品,如美国5486049号专利所述的装置。但是,这类装置过于复杂,而且混合室只有静态混合装置,其结果产生非常大的压力降,物料在混合室里推进需要很大的力。
加拿大1230005号专利是一种双螺杆挤压机的装置,两个螺杆各自单独处理,然后两股料流在该装置的下游区域形成单一挤压物。但是双螺杆挤压机比较贵,而且也比单螺杆复杂。
Extru-Tech有限公司的美国6719448号专利推出了一个单螺杆蒸煮挤压机能同时生产多种颜色多种形状宠物饲料产品的模头装置(图2)。据该公司称,这是宠物饲料产业的一项革命。该装置无需在后道作业中对产品进行混合搅拌,不会降低产量,故而成本降低,利润提高。有多种配置可
收稿日期:2008-04-18;修回日期:2008-07-23
作者简介:吴锦圃(1943-),男,译审,部级专家,曾长期从事粮、油、饲料、食品科技情况研究和涉外工程工作。
吴锦圃:国外在挤压膨化机方面的创新/2008年第8期供利用(两种、三种和四种颜色),以适应在一道作业中能生产出多种颜色多种形状产品的实际需求
。
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的企业,该公司生产的平模制粒机在国际上独树一帜,而且在英国安德森(Anderson)公司于20世纪60年代初发明的用于油脂加工业原料处理的膨化机(expander)的启发下,80年代中期他们开发出一种环形间隙式膨化机,很好地适应了欧美发达国家人们对饲料卫生和安全的极度关注,受到了高端饲料业用户的推崇。最近他们又推出了一种OEE卡尔挤压机(图4、图5),有别于普通的较老机型挤压机,其模头装在一个液压活塞上。作业过程中通过准确地控制该活塞可以将模头从挤压机的出口处取掉和伸进去。模头拆换通过液压进行,快速而有效。与普通挤压机相比该机操作处理起来要简单得多,因为它启动容易而且堵料时能快速释压。刀头单独配有传动,拆换模头时能保持在原位。该机还能具有带蒸气夹层的挤压筒以及摩擦盘;开始生产时不需要增加水量,可空模启动。与传统挤压机相比,不是太敏感,故而物料浪费量少得多
。
图2 Extru-Tech公司多形多色饲料产品同时挤压装置图3所示是这种装置的详细结构。利用这样一个单独的装置通过起初阶段加工单一料流来同时生产几种具有不同特点的最终产品。该装置包括:挤压室总成(12)和与挤压室联在一起的添加剂施加装置总成(14)。挤压室内一般为截圆锥形的中央通道(22)以及螺旋(24);挤压室有一长筒状的筒体(16),筒体内装有可轴向旋转的螺杆(26)。而添加剂施加装置总成有几个单独的混合室(34、36),用以接收和加工从挤压室总成(12)里出来的各股料流。各添加剂注射器(52、54)向混合室(34、36)里的各种相关料流中注射着色剂之类的添加剂。添加剂施加装置总成(14)最好应有一个带多个独立通道(46、48)的分流器(32),圆锥形通道(42)相通,相应的混合室(34、36)相通(72(、106)。混合件装在一根共同的轴(96)上(26)相连接。第二混合室与第一混合室相似并带有径向末端法兰(74、76)和由光滑的或者带有轴向或螺旋状突起的内壁(80)界定的中央通道(78)。在法兰(74、76)中形成物料输送通道81a和81b;81a决定了室内输入量并与通道78相通,81b也同样与通道78相通并决定了室内输出量。与螺栓(70)相似,可以装设一根或多根螺栓(82)。室(36)有一根长套管84,在通道78的外面,穿过法兰孔86和88
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图4 卡尔OEE
挤压机
图5 卡尔挤压机的结构
2 利用硬件改善作业稳定性
温格尔(Wenger)公司单螺杆和双螺杆挤压机方面的新
技术是将机器旋转构件设计得比混合螺旋突起能施加更大的剪切力和混合力。均质用的螺旋构件改善了混合作用,对含肉量高的饲料配方以及自身油脂含量高的原料非常有效。
可调式反压阀有几个新的特点,包括用于释放模头压力的第3个位置以及一个废弃位和加工位。如今杆上可接纳带圆孔的插件,而且反压阀可有一电力传动装置以取代液压传动装置。反压阀能变换挤压节流作用而不取决于模头,能在启动或保养维修时将产品从模头/切刀处转移开来,并且
图3 Extru-Tech公司多形多色饲料产品
同时挤压装置竖剖面图
上述多个混合室(一般2～4个,也可超过此数)相互之间轴向对齐,也与上游的挤压室轴向对齐。挤压螺杆与后面的混合件之间最好安装传动联轴节,这样挤压螺杆的旋转将带动混合件的旋转。添加剂注射器可装在分流器处或靠近分流器的地方,向各产品料流施加相关的添加剂,必要的话这些注射器也可以装在各混合室区域。
德国的卡尔(AmandusKahl)公司是一个颇具创新精神
在系统作业过程中可以进行在线调节。反压阀的主要优点是:(1)转移不合格产品以改进卫生状况以及进行质量控制;
(2)无需停止挤压机作业即可维修模头、切刀、输送器;(3)
可在线调节比机械能以控制产品特性;(4)改善作业稳定性;(5)消除挤压机配置的变化。
Wenger还有一样创新是快换式分流板,这是一种插在螺
杆和模头之间的带孔的板。该滤器有助于产品的均匀性,能收集杂质、控制反压力而且在作业过程中可以更换。这种分流板的能力可达68.90MPa。
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Wenger刀片的耐磨程度比原来的高11倍,降低磨耗成
吴锦圃:国外在挤压膨化机方面的创新/2008年第8期各种配方能保护机械设备免受各类磨耗的损失,包括磨蚀、腐
蚀和锈蚀。工程师对有关机件及其工作环境进行审视和评价,以提出标准包层配方,或者针对特殊要求进行对象设计。
表1所示为该公司的一种标准包层配方。表1 标准包层成分(质量分数)和包层的特性
名称
包层成分 碳化钨 镍 铬
其他碳化物配方中的总碳化物量特性
密度/(kg・L-1) 导热性/W・(m・K) 冶金结合强度/MPa 空隙率/% 洛氏硬度(HRC)
-1
本达53%。刀片的安装时间也大大缩短,故而可使与刀片磨
损有关的产品质量周期问题减到最小。
3 通过冶金技术减少磨损
螺杆是挤压膨化机的心脏,其耐磨程度如何直接关系到用户的生产成本和维护成本。
主要生产食品与塑料挤压机的著名的法国克莱斯劳(Clextral)公司将挤压机磨损问题委托制造商从高强度冶金角度研究解决方案,据称开发出的优质金属材料使螺杆和挤压腔的使用寿命比标准金属材料延长4到5倍(图6)。这一成果具有多种优点:缩短因更换构件的停机时间;在更换螺杆、挤压腔以及挤压腔衬板方面花费降低;产品质量长期稳定。冶金技术被应用在螺旋端部或者螺杆、挤压腔及挤压腔衬板100%的整体结构上
。
WC20.06230668%12.1833.2>482.258
WC21.05534766%11.6328.8>482.258
WC21.94839862%11.0724.5>482.258
注:碳化钨(WC)包括结合钴的碳化钨。
图6 ClextralClextralH(HIC)工艺,造。据该公司称,由于高度致密化,新冶金材料的工作性能大大超过标准材料。这就能应对双螺杆挤压机内工作强度高的区域因热能、化学及机械应力造成的螺杆和挤压腔损坏。
粉末冶金是一种能将强度与硬度有效结合起来的方法。很多特质可能会存在于粉末形态,而且有好几种工艺方法能使其同时更为致密从而获得优质工作面的螺杆或挤压腔。为得到该冶金材料而进行的烧结工艺连同高密度压实、新的激光融结技术以及HIP工艺使两种粉末层的密度更高,而且可进行烧结。
这种工艺过程包括:①将粉末和团块装入模盒;②将模盒变成真空;③采用压力炉和最高2000℃的温度进行同时压实和烧结;④对模盒和最终结合物进行机加工制得坯件。根据Clextral的研究,降低磨损和表面退化是减少能量损失的关键,这些损失往往与材料未经检测相关联。更换机械零部件意味着采用新的零部件、增加额外能耗以及经济损失。提高可靠性,延长构件的工作寿命就制约了零部件更换并使系统的安全性得以保证。
美国Kennametal有限公司采用碳化钨包层的方法对螺头硬度进行强化,据称可使Wenger螺头耐磨程度提高2倍。该硬化螺头是在螺头钢坯上覆盖碳化钨包层,经烧结使包层材料渗入钢坯,从而两部分完全结合成一体,再经后加工制作而成。每副螺头可使用15000～18000h。然而从该公司购买一副螺头的价格是18054美元,加上运费664.3美元,共需花费18718.3美元。这一成本用户实难承担。
美国还有一家碳化钨耐磨包层业务的公司“ConformaClad”,位于印第安那州NewAlbany镇。其碳化钨耐磨包层的
据ConformaCladgs公司称,“””内钨颗粒均匀分布。。然后,把有机布烧掉而使钨合。
这种钎接工艺将碳化钨的硬度与镍铬硼合金的抗腐蚀性相结合,形成一个具有无与伦比的耐磨性能的保护屏障。因其冶金结合强度超过394.058MPa,这种包层的抗剥落、抗破裂和抗分层能力极强。
笔者认为Kennametal有限公司和ConformaClad公司的碳化钨包层实际上是一种粉末冶金材料。目前机械、汽车、航空等工业使用的大块致密金属和金属零部件都可采用粉末冶金方法制成。如上所述,粉末冶金由配料、压制成型、坯块烧结和后处理等工艺步骤构成。对于大型的制品,为了获得均匀的密度,还需要采取等静压(各方向同时受液压)的方法成型。切削用的硬质合金(如碳化钨)刀头就是用这种方法制造的。
目前我国所产挤压机螺头的耐磨程度与发达国家专业化公司的产品还存在一定的差距。为了既提高国产螺头的耐磨质量又不至于成本过高,应尽力设法寻求螺头硬化加工的国产化。近年来我国粉末冶金技术发展很快,我们应跨行业思维,在国内粉末冶金行业寻找合作者,共同研发,以达到螺头硬化加工的国产化,降低生产成本。
[参考文献]
[1] JessicaTaylorBond.InnovationsinExtrusion[J].PedfoodIndus2
try,2007,12:32～34.
[2] WengerManufacturingInc.MethodandApparatusfortheSimulta2
neousProductionofDifferentlyCharacterizedExtrudates[P].USA:USPatentNo.6719448,2004.
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(责任编辑:苏 幔)