Алюминиевые порошки и крупку применяют в черной и цветной металлургиях, пиротехнике, химической и других промышленных отраслях экономики. Крупка имеет размеры до 5 мм и занимает промежуточное положение между порошком и чушкой. Она не взрывоопасна, обладает большей поверхностью и до 85% материала принимает участие в реакциях восстановления.

Производство металлических порошков может осуществляться различными способами. Часто производство порошков осуществляется распылением жидкого металла. Но все, широко применяемые в настоящее время способы производства порошков, в том числе и распыление жидкого металла, связаны с большими энергетическими затратами.

Производство порошков ротационными инструментами описаны в работах [1-3]. Получение крупки фракциями до 5 мм ранее не проводилось, поскольку это связано с применением больших подач на зуб при фрезеровании или на оборот при точении вызывающими повышенные нагрузки на систему СПИД.

На Рисунке 1 представлен процесс фрезерования чушки, закрепленной в тисках на столе станка. Ротационная фреза содержит в каждом подшипниковом узле две круглые чашки, установленные ступенчато с возможность заглубления каждой на свою глубину. На круглых лезвиях первого ряда чашек нарезаны канавки для дробления стружки по длине, с шагом для образования нужной крупки.

Второй ряд чашек либо не имеет канавок, либо они должны быть выполнены мелкими для обеспечения зубчатого контакта с измельчаемой заготовкой и самовращения. Фрезерование на подачах до 5 мм/зуб при толщине среза до 3 мм, выявило необходимость использования мощных станков с жестким шпиндельным узлом и механизмами подачи. Кроме того, выход годного по массе заготовки из чушки не превышает 30-40 % из-за сложности её крепления на станке.

Режущее лезвие при резании не нагревается выше 100-150 оС. При измельчении заготовки фрезерованием поверхность обработки является плоской, поэтому возможна установка на каждом подшипниковом узле несколько режущих лезвий по обе его стороны с сохранением одинаковых геометрических параметров для получения требуемого фракционного состава крупки.

Возможно обеспечение переменных параметров измельчения как внутри каждого ряда режущих чашек, так и в каждом ряду. Рассев виброситом в бункере позволяет расширить технологические возможности изготовления порошков, крупки и пудры одновременно.

Измельчение заготовки на токарном станке (Рисунок 2) ротационным резцом с канавками на режущем лезвии определили возможность снятия им припуска на сторону величиной 3 – 5 мм на сторону при подаче на оборот заготовки до 3 мм. В работе по измельчению могут участвовать 2 или 3 режущие кромки канавки в зависимости от припуска на обработку и подачи резца на оборот.

Режущая кромка чашки и получаемая крупка также не нагревается выше 200 оС, что позволяет удалять крупку из зоны резания пневмо- отсосом с гибким шлангом в бункер с виброситом для её разделения по фракциям. Для расширения фракций крупки каждый проход резца можно производить на разных подачах на оборот, припусках на обработку и переменного шага канавок на режущем лезвии. Работа в подшипниковом узле одновременно двух чашек возможна, но изменение диаметра заготовки при каждом проходе резца изменяет параметры измельчения. Можно устанавливать 2 резца на токарном станке - по обе стороны резцедержателя для повышения производительности измельчения.

По результатам испытаний получены данные для измельчения крупных заготовок на токарно – карусельном станке с производительностью, не уступающей распылению жидкого металла но при значительной экономии затрат на тепловую энергию.

Низкие температуры при ротационном резании расширяют возможности применения нетрадиционных инструментальных материалов. В [5 - 8] разработаны составы износостойких сплавов из легированных хромистых чугунов, из которых можно изготавливать литой режущий инструмент и способы упрочнения такого инструмента. Режущий инструмент из этих сплавов имеет существенные преимущества перед твердосплавным инструментом в случае, когда температура в зоне резания не превышает 300…400 °С, а износ имеет абразивный характер [8]. Легированные хромистые чугуны могут применяться и как наплавочный материал для изготовления режущего инструмента [6, 7]. Использование данных сплавов для изготовления режущих элементов ротационных инструментов позволит повысить стойкость этого инструмента при резании, а также производительность процесса.

 

Список литературы

1.     Гатитулин М.Н. Ротационное измельчение  порошков для аддитивных технологий и порошковой металлургии /М.Н. Гатитулин, И.А. Башарин // Вестник современной науки: Научно-теоретический журнал. – Волгоград: Изд-во «Абсолют», 2015. – № 1. - С. 26 - 33.

2.     Гатитулин М.Н. Ротационное резание ресурсобережливые технологии измельчения материалов/ М.Н. Гатитулин// Зауральский научный вестник // Научно – инновационный журнал. – Вып. 2. – Курган: Изд-во Курганского областного союза ученых. – С. 29 – 33.

3.     Сметанин С.Д. Шаламов В.Г. Получение порошков с частицами заданных формы и размеров ротационным фрезерованием// Вестник машиностроения. -2013.-№10.–С.62 – 64.

4.     Гатитулин     М.Н.     Перспективы      измельчения     рудных     материалов    ротационным     инструментом /М.Н. Гатитулин, С.Д. Сметанин //Материаловедение и термическая обработка металлов: Сб. научн. трудов под ред. А.Н. Емелюшина, Е.В. Петроченко. - Магнитогорск, 2009. – С. 155-157.

5.     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.

6.     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.

7.     Емелюшин А.Н. Формирование структуры и свойств зоны сплавления при плазменно-порошковой наплавке покрытия типа 250Х15Г20С / А.Н. Емелюшин, Е.В. Петроченко, С.П. Нефедьев, А.Н. Морозов //Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2011. № 3. – С. 70-73.

8.     Литой инструмент из хромистых чугунов. Структура и свойства: монография / Емелюшин А.Н., Мирзаев Д.А., Мирзаева Н.М., Петроченко Е.В., Окишев К.Ю., Молочкова О.С. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск гос. техн. ун-т им. Г.И. Носова, 2016. 190 с.