Ślimaki wytłaczarki stosowane w produkcji opon i gumy pracują w sposób ciągły pod dużym obciążeniem mechanicznym, tarciem i przepływem materiału ściernego. Podczas długotrwałej eksploatacji, ślimaki i inne obszary o dużym kontakcie stopniowo tracą materiał, zmieniając pierwotną geometrię i zmniejszając stabilność wytłaczania.

Nakładanie laserowe to skuteczna metoda regeneracji zużytych ślimaków i nakładania odpornych na zużycie powierzchni metalowych na newralgiczne obszary ślimaków wytłaczarki opon.

Technologia ta może być stosowana zarówno do regeneracji zużytych śrub, jak i wzmacniania nowych elementów przed ponownym uruchomieniem.

Dlaczego ślimaki wytłaczarki opon ulegają zużyciu

Podczas wytłaczania gumy obracająca się śruba nieprzerwanie transportuje, ściska i miesza materiał wewnątrz bębna.

Połączenie kontaktu mechanicznego, tarcia, ciśnienia i związków ściernych powoduje stopniowe zużycie, zwłaszcza w przypadku śrub napędowych.

Typowe objawy pogorszenia obejmują:

• Zużycie krawędzi śruby napędowej
• Zmniejszenie wysokości lotu
• Lokalna strata materiału
• Zwiększony prześwit między śrubą a lufą
• Nierównomierne zużycie na całej długości śruby
• Zadrapania i ścieranie powierzchni
• Odchylenie wymiarowe po dłuższej eksploatacji

W miarę postępu zużycia zwiększa się luz roboczy między ślimakiem a cylindrem. Może to wpływać na transport materiału, wytwarzanie ciśnienia, wydajność wytłaczania i powtarzalność procesu.

Jeśli główny korpus śruby jest konstrukcyjnie solidny, wymiana całego podzespołu może nie być konieczna.

Okładzina laserowa do renowacji śrub napędowych

Nakładanie laserowe polega na bezpośrednim nałożeniu materiału na zużyte obszary śruby.

Proszek metaliczny jest dostarczany do kontrolowanego, generowanego laserowo zbiornika ze stopionym materiałem, w wyniku czego na podłożu tworzy się warstwa osadzona metodą metalurgiczną.

W przypadku naprawy śmigła proces ten przebiega zazwyczaj następująco:

Kontrola → przygotowanie powierzchni → nakładanie laserowe → odbudowa wymiarów → obróbka mechaniczna/szlifowanie → kontrola wymiarów

Złożony materiał zapewnia odpowiednią ilość miejsca na późniejszą obróbkę wykończeniową, co pozwala na przywrócenie profilu ślimaka do geometrii zbliżonej do pierwotnej.

Podążając za geometrią helikalną

W odróżnieniu od konwencjonalnych wałów cylindrycznych, ślimaki wytłaczarki posiadają ciągłe elementy śrubowe.

Dlatego też, aby proces napawania laserowego przebiegał pomyślnie, konieczny jest skoordynowany ruch pomiędzy obrotem przedmiotu obrabianego a ruchem wzdłużnym głowicy obróbczej lub osi maszyny.

Laser musi podążać za spiralą śruby, zachowując jednocześnie:

• Pozycja przetwarzania
• Szybkość podróży
• Odległość odstająca
• Dostawa proszku
• Nakładanie się ścieżek
• Orientacja laserowa

W przypadku dużych i długich ślimaków wytłaczarki, wieloosiowe systemy sterowane numerycznie (CNC) zapewniają powtarzalność wymaganą do ciągłego przetwarzania na długich ścieżkach śrubowych.

Możliwość sterowania ruchem stanowi kluczowy element procesu, a nie jest jedynie dodatkiem do źródła lasera.

Naprawa lokalna zamiast depozycji na całej powierzchni

Zużycie nie zawsze jest jednakowe na całej powierzchni śruby.

W wielu zastosowaniach największe straty materiału występują na zewnętrznych krawędziach i powierzchniach roboczych ślimaków.

Nakładanie powłoki laserowej pozwala na nakładanie materiału konkretnie na obszary narażone na zużycie, zamiast pokrywania nim całego korpusu śruby.

Dzięki takiemu selektywnemu podejściu można ograniczyć:

• Zużycie proszku
• Wkład ciepła
• Czas przetwarzania
• Niepotrzebna obróbka
• Całkowity koszt regeneracji

W przypadku mocno zużytych odcinków można nałożyć dodatkowe warstwy, aby odtworzyć wymaganą objętość materiału.

Wybór materiałów odpornych na zużycie

Stop powłoki należy dobrać w zależności od materiału podłoża, mechanizmu zużycia i wymaganych właściwości wykończeniowych.

W zależności od warunków pracy odpowiednie systemy materiałowe mogą obejmować stopy na bazie niklu, żelaza lub inne stopy odporne na zużycie , przy czym należy brać pod uwagę dodatkowe fazy twarde, gdy wymagana jest duża odporność na zużycie ścierne.

Maksymalna twardość nie jest jednak automatycznie najlepszym rozwiązaniem.

Warstwa osadzona musi zapewniać odpowiednią równowagę pomiędzy:

Odporność na zużycie + wytrzymałość + odporność na pękanie + zgodność metalurgiczna + obrabialność

W przypadku naprawy śrub równowaga ta jest szczególnie ważna, ponieważ osadzony obszar zazwyczaj wymaga późniejszej obróbki mechanicznej lub szlifowania w celu przywrócenia ostatecznego profilu lotu.

Kontrola procesu napawania laserowego śrub

Jakość naprawionej śruby zależy od całego procesu.

Ważne parametry obejmują:

• moc lasera
• Rozmiar belki
• Szybkość podróży
• Prędkość obrotowa
• Szybkość podawania proszku
• Nakładanie się ścieżek
• Grubość warstwy
• Gaz osłonowy
• Strategia podgrzewania wstępnego w razie potrzeby

Parametry te muszą być dostosowane do średnicy śruby, skoku, materiału podłoża, stopu powłoki i wymaganej grubości odbudowy.

Celem jest uzyskanie stabilnego osadzania, niezawodnego wiązania metalurgicznego, kontrolowanego rozcieńczenia i wystarczającej grubości odbudowy bez wprowadzania niepotrzebnych odkształceń cieplnych lub pęknięć.

Zarządzanie ciepłem wprowadzanym do dużych śrub

Ślimaki wytłaczarki mogą być długie, ciężkie i o skomplikowanej geometrii. Dlatego podczas ciągłego nakładania powłoki należy uwzględnić akumulację ciepła.

Strategia przetwarzania może obejmować kontrolowanie sekwencji osadzania, dopływu energii lasera, temperatury międzyściegowej i obrotu przedmiotu obrabianego w celu zarządzania rozprowadzaniem ciepła.

W przypadku niektórych kombinacji podłoży i powłok może być konieczne zastosowanie odpowiedniego podgrzania wstępnego lub kontrolowanego chłodzenia.

Prawidłowa strategia termiczna zależy od systemu materiałowego i powinna zostać określona na etapie rozwoju procesu, zamiast stosowania pojedynczego stałego parametru dla każdej śruby.

Automatyczne powlekanie długich ślimaków wytłaczarki

Do regeneracji śrub przemysłowych potrzebne jest coś więcej niż źródło lasera i głowica powlekająca.

Praktyczny system musi koordynować:

Obróbka laserowa + podawanie proszku + obrót ślimaka + przesuw wzdłużny + sterowanie CNC

W przypadku dużych elementów obrabianych konstrukcja maszyny musi również zapewniać odpowiednią nośność, długość ruchu i stabilność pozycjonowania.

Automatyczne programowanie umożliwia dostosowanie ścieżki powlekania do różnych średnic śrub, skoków i stref naprawy, przy jednoczesnym zachowaniu powtarzalnych warunków osadzania.

Dzięki temu nakładanie laserowe nadaje się zarówno do naprawy pojedynczych śrub o dużej wartości, jak i do powtarzalnej regeneracji przemysłowej.

Obróbka końcowa i przywracanie wymiarów

Po nałożeniu warstwy laserowej następuje zazwyczaj obróbka precyzyjna lub szlifowanie.

Nadmiar osadzonego materiału jest usuwany aż do momentu przywrócenia wymaganej średnicy, profilu i luzu śruby.

Kontrola końcowa może obejmować:

• Średnica zewnętrzna śruby
• Wysokość i profil lotu
• Spójność wymiarowa wzdłuż śruby
• Stan powierzchni
• Integralność okładziny
• Wymagana twardość lub właściwości powłoki

Gotowy element musi spełniać wymagania mechaniczne i wymiarowe systemu wytłaczania, a nie tylko posiadać wizualnie kompletną warstwę okładziny.

Naprawa zużytych śrub i ochrona nowych śrub

Nakładanie powłoki laserowej można wykonać na dwóch różnych etapach cyklu życia śruby.

W przypadku zużytych ślimaków wytłaczarki możliwe jest odbudowanie uszkodzonych powierzchni przelotowych, a następnie ich obróbka mechaniczna w celu przywrócenia wymaganych wymiarów.

W przypadku nowych śrub wybrane obszary narażone na największe zużycie można wzmocnić przed oddaniem ich do użytku, aby zwiększyć trwałość powierzchni.

Dzięki temu napawanie laserowe jest zarówno technologią regeneracji, jak i procesem zapobiegawczej inżynierii powierzchni.

Zastosowania wykraczające poza wytłaczanie opon

Tę samą zasadę przetwarzania można zastosować do innych przemysłowych elementów śrubowych narażonych na duże zużycie, w tym:

• Ślimaki wytłaczarki gumy
• Ślimaki do wytłaczarek z tworzyw sztucznych
• Komponenty wytłaczarki dwuślimakowej
• Śruby do formowania wtryskowego
• Śruby podające
• Przemysłowe śruby transportowe
• Inne duże elementy ulegające zużyciu śrubowemu

Właściwa strategia powlekania zależy od rzeczywistego mechanizmu zużycia, geometrii śruby, materiału podłoża i warunków eksploatacji.

Rozwiązania GREENSTONE do powlekania laserowego ślimaków wytłaczarek

GREENSTONE zapewnia rozwiązania w zakresie procesów i urządzeń do powlekania laserowego ślimaków wytłaczarek, dużych wałów i innych komponentów przemysłowych wymagających odpornej na zużycie powierzchni lub przywracania wymiarów.

W przypadku zastosowań śrubowych systemy mogą integrować sterowany numerycznie mechanizm obrotu, ruch wzdłużny, precyzyjne podawanie proszku i zautomatyzowane napawanie laserowe po ścieżce śrubowej, zależnie od wymiarów i geometrii przedmiotu obrabianego.

Rozwiązanie należy skonfigurować w oparciu o konkretny komponent, a nie wybierać wyłącznie na podstawie mocy lasera.

W przypadku projektu laserowego napawania śrub należy dostarczyć rysunek śruby, jej długość całkowitą, maksymalną średnicę, skok, materiał bazowy, miejsce zużycia, wymaganą grubość odbudowy, materiał napawania (jeśli określono) oraz docelową wydajność produkcyjną . Parametry te można następnie wykorzystać do oceny odpowiedniej konfiguracji procesu, materiału i sprzętu.