РОТАЦИОННЫЙ РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ

Из множества механических способов по производству готовых изделий или деталей для машиностроения порошковая металлургия занимает особое место, так как позволяет получать не только изделия различных форм и назначений, но и создавать принципиально новые материалы, которые другими способами получить трудоемко или невозможно [1, 2, 3].

В настоящее время существуют различные промышленные методы производства порошков. Укрупненно различают получение порошковых материалов распылением жидкого металла, химико-физическими и механическими способами.

Процесс диспергирования расплавленного металла струей сжатого инертного газа, жидкостью или механическим способом характеризуется высокой производительностью и автоматизацией.

К физико-химическим методам относят процессы производства порошков, связанные с глубокими физико-химическими превращениями исходного сырья. В результате полученный порошок по химическому составу существенно отличается от исходного материала. К этим методам относятся: электролиз, термическая диссоциация карбонильных соединений, восстановление оксидов твердыми восстановителями и газами, метод испарения и конденсации и др.

При механических способах измельчения образование порошков происходит за счет раздавливания, резания, истирания, удара или в результате комбинаций этих действий. В конечном счете происходит отделение отдельных частиц материалов по плоскостям сдвига.  Поэтому эффективно применяется  механическое измельчение при производстве порошков из хрупких металлов и минералов. Измельчение пластичных металлов в устройствах ударного действия малопроизводительно, энергозатратно и приводит к загрязнению порошков инструментальным материалом из–за износа шаров. Замена шаров в барабанных установках производится ежегодно, что удорожает себестоимость передела измельчения.

Характеристики некоторых способов получения порошков приведены в таблице. Все они весьма энергозатратны и не позволяют эффективно влиять на форму получаемых порошков. Но для получения специальных и уникальных свойств новых материалов необходимы порошки определенной формы.

Поэтому разработка новых технологий производства порошков, позволяющих существенно снизить энергозатраты на их получение и существенно влиять на форму и структуру порошков, по прежнему являются актуальными и значимыми направлениями исследований.

Таблица. Характеристики некоторых способов получения порошков.

Способы измельчения ротационными режущими инструментами среди механических способов менее изучены.

Вращение ротационного инструмента (принудительное или пассивное) обеспечивает высокую стойкость режущих лезвий, и расширяет технологические возможности по назначению конечных параметров продуктов измельчения, как по форме, так и размерам.

Изменение геометрии режущих лезвий и межзубных стружкоразделительных канавок позволяют влиять на форму и фракционный состав порошка в широких пределах, как хрупких, так и пластичных материалов. Поэтому дальнейшее совершенствование технологий получения металлических и других порошков и волокон ротационными инструментами является инновационным и весьма важным для развития промышленных методов производства порошков.

Станки с ротационными инструментами для измельчения материалов относятся к диспергаторам. Отличительной особенностью ротационных диспергаторов являться высокая производительность, низкое энерго- и ресурсо- потребление при расширении номенклатуры форм и размеров порошковых материалов.

В работе [4] показано, что средние удельные энергетические затраты на обдирку стальной сливной стружки призматическим режущим инструментом равны 0,43 кВт/час. В работе [5,] показано, что стойкость ротационных инструментов на 3 – 4 порядка может быть выше стойкости инструментов с призматическими резцами, а производительность составит 15 – 25 кг/час в зависимости от мощности обрабатывающего станка.

Разработаны специальные сплавы для изготовления режущих элементов ротационного инструмента. Особенностью таких режущих элементов является то, что они изготовлены из комплексно легированных ванадиевых, хромистых и хромованадиевых чугунов [6-16]. Легированные чугуны могут применяться и как наплавочный материал для изготовления режущего инструмента [17-24]. При необходимости литые режущие элементы из легированного чугуна могут быть приварены к металлической основе из более дешевых сталей, например, низколегированных трубных сталей [25-31].

Использование порошковых материалов в аддитивных технологиях предполагает преимущественный фракционных состав порошков в пределах 50 микрон. Для повышения выхода годного таких фракций возможно доизмельчение более крупных фракций в специальных мельницах взаимным соударением. Возможно также придание указанным инструментальным чугунам переменных механических свойств для обеспечения свойств само заострения отдельных твердых зерен. Все это позволит углубить назначение кинематических характеристик ротационного измельчения в режиме «направленного    микро    царапания»        с     преимущественным    образованием  нано фракционного продуктов измельчения.

Список литературы

1.      Кипарисов С. С. Порошковая металлургия/ С.С. Кипарисов, Г.А. Либенсон. – М.: Металлургия, 1991.

2.      Ермаков С.С. Порошковые стали и изделия / С.С.Ермаков, Н.Ф. Вязников.– Л.: Машиностроение. Ленинград. отд., 1990.

3.      Гатитулин    М.Н.     Количественные    и    качественные    критерии    развития инструментов   ротационного   резания/    М.Н.   Гатитулин//Сборник   научных трудов по материалам конференции 08 октября 2013 г. – Липецк:Обл. ВОИР, 2013. - 166 с.

 4.      Грановский Г.И. Резание металлов/ Г.И. Грановский, В.Г. Грановский. – М.: издательство Высшая школа,1985. – 304 с.

5.      Мазеин П.Г. Ротационное резание – эффективный путь глубокой переработки металлов/ П.Г. Мазеин, С.Д. Сметанин, М.Н. Гатитулин// Межрегион. сб. науч. тр.. Вып. 8. - Магни-ск: ГОУ ВПО «МГТУ»,2009.- 315 с.

6.      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.

7.      Емелюшин А.Н. Петроченко Е.В. Повышение стойкости оснастки прессформ для              прессования периклазового кирпича / Вестник Магнитогорского государственного    технического университета им. Г.И. Носова. 2003. № 3. - С. 56-59.

8.      Емелюшин А.Н., Мирзаева Н.М., Мирзаев Д.А. Влияние ориентировки и дисперсности карбидов на износостойкость литого инструмента из хромистых чугунов //Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 1983. № 4.- С. 72-75.

 9.      Емелюшин А.Н. Влияние титана и бора на износостойкость инструмента из хромистых чугунов для обработки неметаллических материалов. Изв. Вузов. Черная металлургия.- 2000, № 2, С. 28-29.

10. 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.

11. Металловедение, физика и механика применительно к процессу обработки графитированных материалов. Структура и износостойкость инструментов/ А.Н. Емелюшин, Д.А. Мирзаев, Н.М. Мирзаева, Е.В. Петроченко и др. // Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск гос. техн. ун-т им. Г.И. Носова, 2002. 201 с.

12. 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.

13. Колокольцев     В.М.,     Петроченко     Е.В.,     Молочков     П.А.     Структура     и износостойкость хромованадиевых чугунов // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2004. № 7. С. 25-28.

14. Петроченко Е.В. Взаимосвязь химического состава, структуры, и свойств комплексно-легированных белых чугунов в литом состоянии//Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2012. №3. С. 51-55.

15. Петроченко Е.В., Валишина Т.С. Влияние химического состава, условий кристаллизации                                и     режимов     термической     обработки   на       особенности микроструктуру,       механические       и                специальные                  свойства     белых хромованадиевых чугунов//Известия      высших  учебных     заведений.   Черная металлургия. 2009. № 2. С. 39-42.

16. Колокольцев В.М., Петроченко Е.В., Молочкова О.С. Влияние химического состава, условий охлаждения при затвердевании на структуру и свойства жароизносостойких комплекснолегированных железоуглеродистых сплавов//Технология металлов. 2013. № 1. С. 10-14.

17. Емелюшин А.Н., Петроченко Е.В., Нефедьев С.П. Восстановление штоков гидроцилиндров наплавкой износостойкого хромованадиевого покрытия // Ремонт, восстановление, модернизация. 2014. № 1. С. 17-20.

18. Емелюшин А.Н., Петроченко Е.В., Нефедьев С.П. Сравнение структуры и свойств литых и наплавленных износостойких материалов //Литейные процессы: межрегион. сб. науч. трудов под ред. В.М. Колокольцева. Магнитогорск: изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2012. - С. 141-145.

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

20. 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.

 21. Емелюшин А.Н., Петроченко Е.В., Нефедьев С.П. Восстановление штоков гидроцилиндров наплавкой износостойкого хромованадиевого покрытия // Ремонт, восстановление, модернизация. 2014. № 1. С. 17-20.

22. Емелюшин А.Н., Петроченко Е.В., Нефедьев С.П. Сравнение структуры и свойств литых и наплавленных износостойких материалов //Литейные процессы: межрегион. сб. науч. трудов под ред. В.М. Колокольцева. Магнитогорск: изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2012. - С. 141-145.

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

24. 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.

 25. 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.

26. Емелюшин А.Н., Сычков А.Б., Шекшеев М.А. Исследование свариваемости высокопрочной     трубной     стали     класса     прочности     К56     //     Вестник Магнитогорского  государственного   технического      университета    им.    Г.И. Носова. 2012. № 3. С. 26-30.

27. Емелюшин А.Н., Шекшеев М.А. Исследование влияния термических циклов на структуру основного металла при сварке стали категории прочности К56 // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. 2011. № 1. С. 150-153.

28. Емелюшин А.Н., Беляев А.И., Шекшеев М.А. Современные методы выбора рациональных                            параметров    режима    сварки   низколегированных   сталей    // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. 2012. Т. 2.

29. Емелюшин А.Н., Шекшеев М.А., Окулова А.А. Исследование формирования структуры и свойств сварных соединений трубной стали // Научные труды SWorld. 2012. Т. 10. № 3. С. 30-32.

30. Емелюшин А.Н, Михайлицын С.В., Шекшеев М.А. Исследование температурного состояния многослойных сварных соединений // Механическое оборудование металлургических заводов. 2012. № 1. С. 167-174.

31. 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.