[发明专利]涂覆的造粒模具及涂覆方法

说明书

技术领域

本发明涉及造粒模具，并且更具体地涉及涂覆的造粒用环形挤出模具,并涉及对其进行涂覆的方法。

背景技术

常规的造粒方法总体上使用具有许多不同形状的孔的一个板或环，这些孔被用于由一种被迫使进入这些孔中的材料来形成粒料。该材料行进穿过这些孔并且在另一端离开，其中它被刀切割成一定的尺寸。材料的此类挤出总体上要求大量的力，因为材料在进入面上并且然后在这些孔的侧面上拖过，从而由于这个动作而产生了一定程度的加热作用。该造粒过程依赖于原料与模具表面之间一定程度的摩擦，以便将该原料压缩到在其被挤出时的更高密度。然而，过度的摩擦导致了过度的热，这可能导致该材料的烧损或者氧化，从而导致废料。

一种类型的造粒操作使用了一个旋转挤出机来将这些材料混合并且输送到一个含有成型孔的模具板中，这些孔形成了粒料。另一种类型的造粒操作使用了一个环形模具，该环形模具具有多个相匹配的辊，这些辊迫使该材料从该环形模具的内侧至外侧径向穿过这些造粒孔。当被挤出的材料离开该模具时，这些股可以被一把刀或被一组刀切割，从而在离开该模具时立即沿着该模具面的表面穿过。这些类型的模具的形状典型地是圆柱形的，其中直径的范围是例如从约16到72英寸。该模具的本体包括遍及各处的成百上千个孔以便协助该挤出过程。这些孔的直径的范围可以是例如从约1mm到约25mm。这些环形挤出模具可以用于多种应用中，例如对宠物和动物饲料造粒以及用于生物燃料应用的木材造粒。

然而，与这些类型模具有关的一个关键问题是在径向方向上穿过壁厚时随着循环的增多导致粒料品质的损失以及由于开裂导致该模具的过早的机械失效。虽然此类失效有可能解释为是该环和孔的内表面磨损的结果，但对这些模具的失效分析已经揭示出，虽然可能发生该模具环和这些孔的内表面的磨损，但这并不是粒料品质损失或者模具由于开裂而失效的原因。已经发现这些失效的非预期的原因与摩擦有关，如下面更全面地说明的。

在常规的造粒用环形挤出模具的操作过程中，摩擦引起温度升高，这使得浆料中的挥发性组份更快地汽化或者蒸发。这造成浆料中的粘度变化，进而造成了不一致的流动并且最终造成了差的粒料品质。这种不一致的浆料流动使该材料积聚在模具内部并且增大了将浆料挤出穿过这些通道所需的压迫力。温度和应力的增大加速了该模具中疲劳裂纹的生长。因此粒料品质损失和模具过早开裂的根本原因主要是由于在通向这些造粒孔的进入倒角处的摩擦。在引入式倒角区段上摩擦的减小会将与该升高的温度相关联的这些问题减到最少并且增加了模具寿命和粒料品质。

存在着几种对不同类型表面的摩擦进行控制的途径。这些包括自我润滑的表面，其中一种液体或固体润滑剂被截留在这些表面孔或特征中。可以通过不同的涂覆/包覆技术来沉积不同的低摩擦陶瓷或者金属陶瓷涂层。然而，以不使基底的特性降级而同时维持在这种应用中所需要的低摩擦特性的一种方式来修饰或者增强该表面是一种挑战。将自润滑表面施加在环形模具中的一个主要的问题是，该软润滑材料将被该挤出浆料快速消耗，或者该钢表面上的需要用于保留润滑剂的这些孔降低了该钢的机械强度并且因此可能造成该模具的过早失效。

虽然有几种涂覆/包覆技术可用于沉积低摩擦涂层，但这些技术具有其自身的问题，包括基底特性的降级和差的尺寸控制。例如，诸如热喷涂和等离子体转移电弧等技术不起作用，因为，这种高的热量输入使这些部件扭曲，然后必须进行校正，从而导致了高价的解决方案。化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）技术不被考虑，因为这种现有技术的厚度有限并且高的沉积温度引起了尺寸变形。传统的CVD技术被局限于大于800°C的沉积温度。其他技术，如包覆或浸渍涂覆也是不成功的，因为它们堵塞了这些孔和/或使这些部件变形，这是由于在该方法的过程中的高的热量输入。

高度希望的是提供一种改进的造粒模具以及其制造方法，这种造粒模具展示了改进的特性，诸如，在该倒角区域上更低的摩擦、以及足够的耐磨损以便维持该倒角的轮廓。

发明内容

本发明提供了具有改进的寿命的多种涂覆的造粒用环形挤出模具。多个低摩擦涂层被提供在该模具的内表面和入口处以及这些挤出孔的一部分表面处。这些涂层限制了在该模具的使用过程中表面温度的升高。

本发明的一个方面提供了一种造粒用环形挤出模具，该模具包括一个模具本体，该本体具有多个挤出孔，其中每个孔包括一个表面，该表面具有沉积在其上的低摩擦涂层。