Измельчение исходных материалов механическими способами

Получение порошков

Общая схема получения изделий из порошковых материалов

Лекция №6 ТКМ ИТА 18.11.11

Технологический процесс изготовления деталей или заготовок из порошков включает следующие операции:

Этап 1. Приготовление шихты требуемого состава.

Этап состоит из операций:

· получение порошков (металлических или неметаллических, например, керамических);

· сепарация порошковых материалов;

· перемешивание порошковых материалов;

· получение сырьевой субстанции (пресс-порошок, шликер).

Этап 2. Получение компактированного полуфабриката.

Этап состоит из операций:

· дозирование сырьевой субстанции (пресс-порошка, гранул, шликера);

· формообразование компактивированного полуфабриката, осуществляемое способами:

* прессования собственно порошков (металлические изделия);

* прессования гранулированных пресс-порошков (керамические изделия);

* шликерного литья;

* обработки предварительно компактированного полуфабриката резанием.

Этап 3. Спекание.

Спекание заключается в термообработке компактивированного материала по специальному режиму.

Этап 4. Вторичная обработка давлением.

Заключается в выполнении одной из следующих операций: прессование, чеканка, калибровка, выдавливание, ковка, прокатка, штамповка.

Этап 5. Механическая обработка заготовки резанием.

Этап 6. Нанесение декоративных, защитных или функциональных покрытий.

Методы получение порошков делят на механические, обычно используемые при переработке отходов, и физико-химические, дающие возможность получить очень чистые шихтовочные материалы. При использовании механических методов материал измельчается в порошок без изменения химического состава. При физико-химических методах изменяется химический состав исходного сырья (восстановление оксидов металлов газами или твердым восстановителем, электролиз водных растворов солей или распыленных сред).

Порошки минералов используются для изготовления керамики, гранулы или порошки полимеров являются исходным сырьем для получения деталей из термопластичных или термореактивных пластмасс.

Измельчение механическими способами проводят в сухом и мокром состоянии. При сухом помоле по мере возрастания дисперсности порошка дробящий эффект становится все менее заметным, так как образующиеся тонкие частицы защищают крупные от ударов. При мокром помоле (в виде суспензии) отношение «твердая фаза — жидкость» принимается в пределах 1:2…1:6. Жидкость оказывает расклинивающее действие в дефектах кристаллов и препятствует срастанию трещин.

В качестве среды для помола применяют воду и органические вещества.

Размольное оборудование обычного типа выглядит следующим образом и применяется для измельчения как минералов, так и металлов.

Наиболее грубое (предварительное) измельчение добытых в рудниках или полученных в электропечах минералов для изготовления деталей из керамики производят в щековых дробилках (рис. 1).

Рис. 1. Щековая дробилка.

Вращение сообщается кривошипу 1. Шатун 2 совершает сложное движение: он взаимодействует с двумя распорками 3. Одна из них связана с опорой 4, а другая — с подвижной плитой 5, которая совершает возвратно-вращательное движение. В промежуток между подвижной 5 и неподвижной 6 плитами подаются куски минерала 7, которые под действием динамической нагрузки измельчаются и выходят из дробилки в виде частиц 8 размером от 10 до 100 мм.

Дальнейшее измельчение производится с помощью молотковых дробилок. (рис. 2)

Рис. 2. Молотковая дробилка.

Эта разновидность размольного оборудования содержит ротор 1, вращающийся с большой скоростью. На роторе установлены молотки 2 из износостойкого материала. Молотковая дробилка содержит также отбойную плиту 3. Измельчаемые частицы 4 направляются ротором на отбойную плиту и за счет хрупкого разрушения измельчаются. Измельченные частицы проходят через решетку 5 и собираются в емкости 6.

Крупность дробления регулируется в пределах 1-10 мм изменением количества подаваемого материала, зазором между отбойной плитой и молотками, а также размером и числом отверстий в решетке. Помимо частиц указанной грануляции, молотковая дробилка позволяет получать также тонкодисперсный порошковый материал (пыль). С этой целью дробилка содержит раструб 7, через который производится отсасывание воздуха с содержащейся в нем пылью. Размер частиц пыли составляет 0.1-10 мкм.

Баланс энергий при измельчении каждой частицы:

(1)

где: А_упр — работа упругой деформации;

А_пласт — работа пластической деформации;

А_s — полезная работа диспергирования (образования новых поверхностей);

— суммарная кинетическая энергия частиц, образовавшихся в результате разрушения исходной частицы (n – количество этих частиц).

Диспергирование — образование новых поверхностей, причем если одна частица разделилась, например, надвое, то S₀<S₁+S_{2 ,}, где S₀ – площадь исходной поверхности, S₁ и S₂ –площади поверхностей первой и второй образовавшихся частиц.

Работа диспергирования определяется по формуле:

A_S=sDS, (2)

где: s — удельная поверхностная энергия; DS=S₁+S₂-S₀ – увеличение площади суммарной поверхности.

Следующая стадия измельчения материалов до размеров частиц 0.1-1 мм производится на размольном оборудовании с жерновами – бегунах (рис. 3).

Рис. 3. Измельчение на бегунах.

Измельчаемый материал 1 засыпается в тороидальный желоб 2 с плоским дном. По этому желобу перекатываются два жернова –– катка 3. Они имеют дисковую форму и взаимодействуют с поверхностью желоба своей цилиндрической частью. Масса каждого жернова -1.5-2т. Для обеспечения подъема катков вращение от шпинделя 4 передается на катки через шарнирные механизмы 5 и 6. Частота вращения входного вала n=20-30 оборотов в минуту.

При наезде катка на крупные частицы он приподнимается на некоторую высоту h, приобретая соответствующую потенциальную энергию, которая расходуется на дробление частиц при опускании катка после съезда с крупной частицы.

Рис. 4. Измельчение в шаровых мельницах.

Из механических способов измельчения материалов получение наиболее тонкодисперсных порошков обеспечивается применением шаровых мельниц (рис.4).

Время измельчения – от нескольких до нескольких десятков часов.

Измельчаемый материал засыпается внутрь полого цилиндра 1, где он подвергается действию шаров 2 из стали или агата. Цилиндр размещается на двух резиновых роликах 3 и 4, причем ролик 3 является ведущим, а ролик 4 установлен на своей оси свободно.

Кроме шаров и измельчаемого материала внутри цилиндра содержится также жидкость (вода со специальными присадками).

Дата добавления: 2014-01-04