Šneky extruderů používané při výrobě pneumatik a pryže pracují nepřetržitě za vysokého mechanického zatížení, tření a toku abrazivního materiálu. Během dlouhodobého provozu šnekové lopatky a další oblasti s vysokým kontaktem postupně ztrácejí materiál, čímž se mění původní geometrie a snižuje se stabilita extruze.

Laserové navařování poskytuje efektivní metodu pro obnovu opotřebovaných šnekových kladiv a nanášení kovových povrchů odolných proti opotřebení na kritická místa šneků extruderů pneumatik.

Technologie může být použita jak pro renovaci opotřebovaných šroubů, tak pro zesílení nových součástí před servisem.

Proč se opotřebovávají šrouby extruderu pneumatik

Během vytlačování pryže rotující šnek nepřetržitě přepravuje, stlačuje a mísí materiál uvnitř válce.

Kombinace mechanického kontaktu, tření, tlaku a abrazivních směsí vede k postupnému opotřebení, zejména na šroubových ramenech.

Typické zhoršení zahrnuje:

• Opotřebení hrany šroubu
• Snížení výšky letu
• Lokalizovaná ztráta materiálu
• Zvětšená vůle mezi šroubem a válcem
• Nerovnoměrné opotřebení podél délky šroubu
• Povrchové rýhy a oděr
• Rozměrová odchylka po delším provozu

S postupujícím opotřebením se zvětšuje pracovní vůle mezi šnekem a válcem. To může ovlivnit transport materiálu, vývoj tlaku, účinnost extruze a konzistenci procesu.

Pokud tělo hlavního šroubu zůstane strukturálně v pořádku, výměna celé součásti nemusí být nutná.

Laserové opláštění pro restaurování šroubových letů

Laserové navařování obnovuje materiál přímo na opotřebovaných oblastech šroubu.

Kovový prášek je přiváděn do řízené laserem generované tavné nádrže, čímž se na substrátu vytvoří metalurgicky spojená nanesená vrstva.

Postup opravy šroubového letu obvykle následuje:

Inspekce → příprava povrchu → laserové opláštění → rozměrová rekonstrukce → obrábění/broušení → rozměrová kontrola

Nanesený materiál poskytuje dostatečnou rezervu pro následnou úpravu, což umožňuje obnovit profil letu šroubu blízký jeho původní geometrii.

Podle spirálové geometrie

Na rozdíl od konvenčních válcových hřídelí obsahují šneky extruderu spojité spirálové prvky.

Úspěšné laserové navařování proto vyžaduje koordinovaný pohyb mezi rotací obrobku a podélným pohybem obráběcí hlavy nebo osy stroje.

Laser musí sledovat šroubovici a zároveň zachovat odpovídající:

• Zpracovatelská pozice
• Rychlost jízdy
• Odstupová vzdálenost
• Dodávka prášku
• Překrývání tratí
• Orientace laseru

U velkých nebo dlouhých šneků extruderu poskytují CNC řízené víceosé systémy opakovatelnost potřebnou pro kontinuální zpracování po delších spirálových drahách.

Tato schopnost řízení pohybu je klíčovou součástí procesu – nikoli pouze příslušenstvím k laserovému zdroji.

Lokalizovaná oprava místo celoplošného nanášení

Opotřebení není vždy rovnoměrné po celém šroubu.

V mnoha aplikacích dochází k největším ztrátám materiálu na vnějších hranách a pracovních plochách šnekových lopatek.

Laserové navařování umožňuje nanášení materiálu specificky na tyto oblasti s vysokým opotřebením, namísto potahování celého těla šroubu.

Tento selektivní přístup může snížit:

• Spotřeba prášku
• Vstup tepla
• Doba zpracování
• Zbytečné obrábění
• Celkové náklady na repasi

U silně opotřebovaných úseků lze nanést další vrstvy pro obnovení požadovaného objemu materiálu.

Výběr materiálu odolného proti opotřebení

Slitina pro obklad by měla být vybrána podle materiálu podkladu, mechanismu opotřebení a požadovaných vlastností povrchové úpravy.

V závislosti na provozních podmínkách mohou vhodné materiálové systémy zahrnovat slitiny na bázi niklu, železa nebo jiné otěruvzdorné slitiny , přičemž v případech, kdy je vyžadována vysoká odolnost proti abrazivnímu opotřebení, se zvažují další tvrdé fáze.

Maximální tvrdost však není automaticky nejlepším řešením.

Nanesená vrstva musí poskytovat vhodnou rovnováhu mezi:

Odolnost proti opotřebení + houževnatost + odolnost proti praskání + metalurgická kompatibilita + obrobitelnost

Pro opravy šroubů je tato rovnováha obzvláště důležitá, protože navařená oblast obvykle vyžaduje následné obrábění nebo broušení pro obnovení konečného profilu letu.

Řízení procesu pro laserové navařování šroubů

Kvalita opraveného šroubu závisí na celém procesním okně.

Mezi důležité parametry patří:

• Výkon laseru
• Velikost paprsku
• Rychlost jízdy
• Rychlost otáčení
• Rychlost podávání prášku
• Překrývání tratí
• Tloušťka vrstvy
• Ochranný plyn
• Strategie předehřívání v případě potřeby

Tyto proměnné musí být koordinovány s průměrem šroubu, stoupáním, materiálem substrátu, slitinou pláště a požadovanou tloušťkou sanace.

Cílem je dosáhnout stabilní depozice, spolehlivého metalurgického spojení, kontrolovaného ředění a dostatečné tloušťky pro rekonstrukci bez zbytečného tepelného deformování nebo praskání.

Řízení tepelného příkonu u velkých šroubů

Šneky extruderu mohou být dlouhé, těžké a geometricky složité. Během kontinuálního navařování je proto nutné zohlednit akumulaci tepla.

Strategie zpracování může zahrnovat řízení sekvence nanášení, vstupní laserové energie, teploty mezi jednotlivými průchody a rotace obrobku za účelem řízení rozložení tepla.

U určitých kombinací substrátů a povlaků může být vyžadován také vhodný předehřev nebo řízené chlazení.

Správná tepelná strategie závisí na materiálovém systému a měla by být stanovena během vývoje procesu, spíše než aby se na každý šroub aplikoval jeden pevný parametr.

Automatizované opláštění pro dlouhé šneky extruderu

Průmyslová renovace šroubů vyžaduje více než jen laserový zdroj a plátovací hlavu.

Praktický systém musí koordinovat:

Laserové obrábění + podávání prášku + rotace šneku + podélný pojezd + CNC řízení

U velkých obrobků musí konstrukce stroje poskytovat také dostatečnou nosnost, délku pojezdu a stabilitu polohování.

Automatické programování umožňuje sledovat dráhu navařování s různými průměry šroubů, roztečemi a opravnými zónami a zároveň zachovat opakovatelné podmínky navařování.

Díky tomu je laserové navařování vhodné jak pro jednotlivé opravy vysoce hodnotných šroubů, tak pro opakovanou průmyslovou repasi.

Obrábění po obrábění a rozměrová obnova

Po laserovém opláštění obvykle následuje přesné obrábění nebo broušení.

Přebytečný usazený materiál se odstraňuje, dokud se neobnoví požadovaný průměr, profil a vůle závitu.

Závěrečná kontrola může zahrnovat:

• Vnější průměr šroubu
• Výška a profil letu
• Rozměrová konzistence podél šroubu
• Stav povrchu
• Celistvost opláštění
• Požadovaná tvrdost nebo vlastnosti povlaku

Hotový komponent musí splňovat mechanické a rozměrové požadavky extruzního systému, spíše než pouze vykazovat vizuálně kompletní vrstvu pláště.

Oprava opotřebovaných šroubů a ochrana nových šroubů

Laserové navařování lze aplikovat ve dvou různých fázích životního cyklu šroubu.

U opotřebovaných šneků extruderu lze poškozené letové plochy obnovit a následně je obrábět zpět na požadované rozměry.

U nových šroubů lze před uvedením do provozu vyztužit vybrané oblasti s vysokým opotřebením, aby se zlepšila trvanlivost povrchu.

Díky tomu je laserové navařování jak technologií repase, tak i preventivním procesem povrchového inženýrství.

Aplikace nad rámec extruze pneumatik

Stejný princip zpracování lze použít i na další průmyslové šroubové komponenty vystavené silnému opotřebení, včetně:

• Šneky pro extruder gumy
• Šneky pro plastové extrudéry
• Součásti dvoušnekového extruderu
• Šrouby pro vstřikování plastů
• Podávací šrouby
• Průmyslové dopravní šrouby
• Další velké spirálové opotřebitelné součásti

Vhodná strategie plátování závisí na skutečném mechanismu opotřebení, geometrii šroubů, materiálu substrátu a provozních podmínkách.

Řešení GREENSTONE pro laserové opláštění šneků extruderů

Společnost GREENSTONE poskytuje řešení pro laserové plátování a zařízení pro šneky extruderů, velké hřídele a další průmyslové komponenty vyžadující povrchovou úpravu odolnou proti opotřebení nebo rozměrovou obnovu.

Pro šroubové aplikace mohou systémy integrovat CNC řízenou rotaci, podélný pohyb, přesné podávání prášku a automatizované laserové navařování po šroubovicové dráze podle rozměrů a geometrie obrobku.

Řešení by mělo být konfigurováno spíše podle skutečné součásti než vybíráno pouze podle výkonu laseru.

Pro projekt laserového plátování šroubů uveďte výkres šroubu, celkovou délku, maximální průměr, rozteč, základní materiál, opotřebovanou polohu, požadovanou tloušťku pro rekonstrukci, plátovací materiál, pokud je specifikován, a cílovou výrobní kapacitu . Tyto parametry lze poté použít k vyhodnocení vhodné konfigurace procesu, materiálu a zařízení.