15 мая 2016г.
Для получения многих современных материалов методами порошковой металлургии используют порошки и волокна. Разнообразие требований, предъявляемых к порошкам, а также свойства исходных материалов объясняют существование большого количества методов их производства. Измельчение дроблением, размолом или истиранием, являются старейшими методами перевода твердых веществ в порошкообразное состояние. В тоже время, получение мелкодисперсных порошков представляет определенные трудности. Как показано в [1,2] порошки можно изготавливать резанием, получая мелкодисперсную стружку. Однако для образования порошков как товарной продукции использование традиционного твердосплавного режущего инструмента является неэффективным вследствие низкой производительности. Повышение скорости резания приводит к повышению температуры в зоне резания, ухудшению свойств порошков и повышенному расходу инструмента. Увеличения производительности по сравнению с обычными способами можно добиться, применяя ротационный режущий инструмент, при котором осуществляется непрерывное обновление трущихся поверхностей в режиме качения с проскальзыванием.
Ротационная торцовая фреза, показанная на рисунке, выполнена в виде корпуса с подшипниковыми узлами, закрепленными на торце. Режущие чашки из легированного хромистого чугуна имеют по два режущих лезвия.
Фреза крепится на шпинделе станка. При вращении шпинделя и подаче заготовки режущие чашки производят ее фрезерование, вращаясь совместно со шпинделем; под действием сил резания чашки одновременно самовращаются в подшипниковых узлах.
Ротационная фреза может содержать механический привод на каждую чашку, что обеспечивает ее принудительное планетарное вращение и в рабочем и в холостом режимах.
Обновление режущего лезвия уменьшает скорость скольжения по заготовке независимо от окружной скорости лезвия совместно с корпусом фрезы.
Режим такого
обновления осуществим при любых скоростях резания, что приводит к качественному изменению протекания самого процесса резания: значительно снижается температура в зоне резания, процесс износа рабочих поверхностей инструмента многократно уменьшается, снижается энергоемкость процесса обработки
резанием. Для реализации этого процесса разработаны и изготовлены опытные образцы ротационного инструмента,
с использованием которых в лабораторных условиях на фрезерном станке получены
волокна алюминия, стали, магния, бронзы с размерами сечения от 10 до 500 мкм и длиной от 60 мкм до 10 мм, а также порошки размерами до 1 мкм.
Для стабильного получения мелкодисперсной стружки
уровень относительных колебаний между режущей кромкой инструмента и обрабатываемой поверхностью заготовки должен быть менее 10 мкм. Поэтому необходимо использовать специальное оборудование.
Микростружка, полученная
резанием, в отличии от других способов получения,
имеет характерную форму стружки, т.е. одна сторона волокна гладкая, а другая имеет ярко выраженные пилообразные зазубрины. Данная форма обеспечивает меньшую насыпную плотность, чем гладкая. В то же время, при использовании волокон в качестве армирующих элементов их лучшая сцепляемость между собой обеспечит конкурентные преимущества конечной продукции, в частности, при изготовлении сетчатых фильтров.
Низкие температуры при ротационном резании расширяют возможности применения нетрадиционных инструментальных материалов. В работах [3 - 9] разработаны составы износостойких сплавов из легированных хромистых чугунов, из которых можно изготавливать литой режущий инструмент и способы их упрочнения. Режущий инструмент из этих сплавов имеет существенные преимущества перед твердосплавным инструментом в случае, когда температура в зоне резания не превышает 300…500° С, а износ имеет абразивный характер [7, 8].
Легированные хромистые чугуны могут применяться и как наплавочный материал для изготовления режущего инструмента [10 - 12]. Использование данных сплавов для изготовления режущих элементов ротационных инструментов позволит повысить их стойкость при резании неметаллических материалов, а также производительность процесса.
При необходимости литые режущие элементы из легированного чугуна могут быть приварены к металлической основе из более дешевых сталей, например, низколегированных трубных сталей [13-20].
Список литературы
1. Гатитулин М.Н. Ротационное резание как инновационный способ измельчения материалов /М.Н.
Гатитулин, С.Д. Сметанин, В.Г. Шаламов // Вестник ТулГУ. Серия
Инструментальные
и
метрологические системы. – Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. – С. 169 – 171.
2. Гатитулин М.Н. Количественные и качественные критерии развития инструментов ротационного резания/М.Н. Гатитулин //Научные проблемы современного мира и их решения: сб. науч. тр. – Липецк: ВОИР, 2013. – С. 12 – 16.
3.
Емелюшин А.Н. Влияние ориентировки и дисперсности карбидов на износостойкость литого инструмента из хромистых чугунов/А.Н. Емелюшин, Н.М. Мирзаева, Д.А. Мирзаев
//Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 1983. № 4. – С. 72-75.
4.
Емелюшин А.Н. Влияние титана и бора на износостойкость предназначенного для механической обработки неметаллических
материалов инструмента из хромистых чугунов / Изв. Вузов. Черная металлургия.- 2000, № 2, С. 28-29.
5.
Колокольцев В.М. Формирование структуры и свойств ванадиевых чугунов при их затвердевании в различных формах / В.М. Колокольцев, Е.В. Петроченко, А.Н. Емелюшин, М.Г. Потапов // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2005. № 4. С. 41-43.
6.
Емелюшин А.Н. Повышение стойкости оснастки прессформ для прессования периклазового кирпича / А.Н. Емелюшин, Е.В. Петроченко // Вестник МГТУ им. Носова, №3, 2003, -с.56-59.
7.
Емелюшин А.Н. Металловедение, физика и механика применительно к процессу обработки графитированных материалов. Структура и износостойкость инструментов / Емелюшин А.Н., Петроченко Е.В., Мирзаев Д.А. и др.// Магнитогорск, 2002. 201 с.
8.
Литой инструмент из хромистых чугунов. Структура и свойства: монография /А.Н. Емелюшин, Д.А. Мирзаев, Н.М. Мирзаева, Е.В. Петроченко, К.Ю. Окишев, О.С. Молочкова. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск гос. техн. ун-т им. Г.И. Носова, 2016. 190 с.
9.
Ledeburite alloys for tools for machining of graphlte. Mirzaev D.A., Mirzaeva N.M., Emelyushin A.N. Metal Science and Heat Treatment. 1989. Т. 30. № 7-8. С. 519-523.
10. Емелюшин А.Н. Восстановление штоков гидроцилиндров наплавкой износостойкого хромованадиевого покрытия // А.Н. Емелюшин, Е.В. Петроченко, С.П. Нефедьев // Ремонт, восстановление, модернизация. 2014. № 1. С. 17-20.
11. Емелюшин А.Н. Сравнение структуры и свойств литых и наплавленных износостойких материалов /А.Н. Емелюшин, Е.В. Петроченко, С.П. Нефедьев
//Литейные процессы. 2012. № 11. – С. 141-145.
12. Investigation of the structure and impact-abrasive wear resistance of coatings of the Fe-C-Cr-Mn-Si system, additionally alloyed with nitrogen. Emelyushin A.N., Petrochenko E.V., Nefed'ev S.P. Welding International. 2013. Т. 27. № 2. С. 150-153.
13. Емелюшин А.Н. Формирование структуры и свойств зоны сплавления при плазменно-порошковой наплавке покрытия типа 250Х15Г20С / А.Н. Емелюшин, Петроченко Е.В., Нефедьев
С.П., Морозов А.Н. Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2011. № 3.
С. 70-73.
14. Емелюшин А.Н. Исследование структуры и механических
свойств сварных соединений стали класса прочности К56 при различных параметрах режима сварки // А.Н. Емелюшин, А.Б. Сычков, В.П. Манин, М.А. Шекшеев // Сварочное производство. 2013. № 1. С. 3-7.
15. Емелюшин А.Н. Исследование свариваемости высокопрочной трубной стали класса прочности К56 // А.Н. Емелюшин, А.Б. Сычков,М.А. Шекшеев // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2012. № 3. С. 26-30.
16. Емелюшин А.Н. Исследование влияния термических циклов на структуру основного металла при сварке стали категории прочности К56 // А.Н. Емелюшин, М.А. Шекшеев // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. 2011. № 1. С. 150-153.
17. Емелюшин А.Н. Современные методы выбора рациональных параметров режима сварки низколегированных сталей / А.Н. Емелюшин, А.И. Беляев, М.А. Шекшеев // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. 2012. Т. 2. № 70. С. 163-164.
18. Емелюшин А.Н. Исследование формирования структуры и свойств сварных соединений трубной стали / Емелюшин А.Н., М.А. Шекшеев, А.А. Окулова // Научные труды SWorld. 2012. Т. 10. № 3. С. 30-32.
19. Емелюшин А.Н. Исследование температурного состояния многослойных сварных соединений / А.Н. Емелюшин, С.В. Михайлицын, М.А. Шекшеев // Механическое оборудование металлургических заводов. 2012. № 1. С. 167-174.
20. Investigation of the structure and mechanical properties of welded joints in steels of the K56 strength grade in different welding conditions. Yemelyushin A.N., Sychkov A.B., Manin V.P., Sheksheyev M.A. Welding International. 2014. Т. 28. № 1. С. 70-74.
