Курсы валют ЦБ РФ

 Ротационное диспергирование материалов
 

Гатитулин М.Н.,  Стрельцов Ю.Н., Овчинников А.Л.

ООО «Инструментально-механический завод» г. Невьянск  Свердловской обл.  

РОТАЦИОННОЕ ДИСПЕРГИРОВАНИЕ МАТЕРИАЛОВ

Работа посвящена  практическим задачам по реализации и  внедрению технологий ротационного резания. Задачи   основываются на комплексе теоретических и экспериментальных исследований  планетарных режущих систем при  перемещении  круглого режущего лезвия по обрабатываемой поверхности в режиме качения с направленным проскальзыванием.  Предполагалось, что качение будет обеспечивать минимальный износ  лезвия, а  направленное проскальзывание - измельчение материала резанием. Анализ  механики зубчатых и фрикционных передач,  подшипниковых систем и  планетарных способов обработки резанием позволил оптимизировать условия без износного контакта вершины круглого лезвия ротационного инструмента с обрабатываемой поверхностью.  Установлено, что при окружной скорости режущей вершины ротационного инструмента, близкой по величине скорости главного движения резания, но противоположно направленной,  скорость трения скольжения в зоне рабочего контакта при минимизации припуска на обработку стремиться к нулевому значению. Поэтому работа сил трения  по износу инструмента, равная произведению силы  и  скорости скольжения трения скольжения,  в пределе также стремиться к нулю.

Проведены опытно - промышленные испытания  ротационных фрез  (рис.1) и резцов (рис.2.).  Подтверждено, что изготовление порошков на токарном станке обладает рядом технических преимуществ перед  фрезерным  -  отсутствует ударный контакт  лезвия с заготовкой и холостые пробеги на каждый оборот фрезы, непрерывный контакт лезвия токарного резца по вращающейся заготовке обеспечивает большую производительность и возможность получения более узкого диапазона производимых фракций  порошков и  волокон.

Гистограмма распределения пылевидных фракций порошка  представлена на рис.3.   Практическое отсутствие  фракций менее одного микрона  (рис.4) объясняется  трудностями их сбора и обнаружения при удалении из зоны резания пылеотсосами.  Сверхмелкие частицы  налипают или притягиваются  на  чешуйки больших размеров  вследствие  их намагничивания.  Для углубления исследований по  промышленному  производству  порошков  фракциями на уровне наноразмеров, т.е. до 0,1 мкм  необходимо  создание специализированного оборудования, работающего в закрытой инертной зоне либо с использованием  специальных жидких сред,  исключающих   сращивание  ультрадисперстных  продуктов измельчения. Проведены опытно-промышленные испытания по изготовлению металлических волокон (рис. 5).  

Рис. 1. Работа ротационной фрезы при измельчении чугуна

Рис. 2.  Работа токарных ротационных резцов по граниту (слева)  и мрамору (справа).

Рис. 3. Гистограмма распределения размеров при измельчении нержавеющей стали ротационным инструментом

Рис. 4.  Образцы частиц порошка нержавеющей стали

Рис. 5. Процесс изготовления волокна  точением 

Подтверждено, что  при ротационном  резании  обеспечивается обновление рабочего участка круглого лезвия и его самовращение в подшипниковом узле ротационного инструмента. Прерывистый контакт инструмента с заготовкой способствует остановкам вращения лезвия.  Принудительное вращение  лезвия в направлении его самовращения обеспечивает безударный  контакт при внедрении лезвия в материал заготовки независимо от вида станочной обработки – фрезерования,  точения, строгания.   Температура процессов ротационного измельчения  минимальна и не превышает 100 градусов Цельсия вследствие минимизации работы сил трения по износу  ротационных инструментов.

Объемы рынка сбыта в России порошковых материалов составляют 6-7 млрд. руб. в год.  Незавершенность НИР и ОКР  по коммерциализации  отдельных видов металлических порошков  связана с  отсуствием надлежащего финансирования со стороны потенциальных потребителей. По результатам НИР по измельчению алюминиевых заготовок точением до фракций 0,1 – 2,0 мм   ожидаемая производительность может достигать за 8-и часовую смену до 10 тонн и не уступать производительности измельчения распылом жидкого металла. При измельчении магния  увеличена скорость окислительных реакций (горения) порошков по сравнению с их яйцевидной формой.  При  производстве порошков из нержавеющих сталей текущие затраты на измельчение  не превышают  5 – 10 тыс. руб/т.

Изготовители новых композиционных материалов  из  порошковых  компонентов фракциями  0,100 ... 400 мкм, производители брикетированных порошково-волокнистых ферросплавов  и порошковой проволоки, строительных смесей,  фибробетонов и огнеупоров, оборонная промышленность.

  • возможность измельчение на станках заготовок из любых твердых пластичных и хрупких материалов до указанных фракций за одну технологическую операцию,
  • низкие энергозатраты процессов измельчения,
  • отсуствие вредного возействия на природную среду,
  • развитая поверхность продуктов измельчения