CC BY
0
УДК 621.762.4.047
КАТАЮЩИЙ РАДИУС ВАЛКА ПРИ УПЛОТНЕНИИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ ПРОКАТКОЙ Морозов Юрий Анатольевич, канд. техн. наук, доцент (e-mail: akafest@mail.ru) МГТУ им. Н.Э. Баумана (НИУ), г.Москва, Россия
Рассматривается формообразование композитного проката, обжатием металлического порошка валками прокатного стана. Анализируется кинематика и условия захвата насыпного порошкового материала. Устанавливается плотность композита в соответствии с захватывающей способностью валков, и даются рекомендации выбора катающего радиуса валка для достижения плотности композита близкой к мономатериалу.
Ключевые слова: прокатка порошка, насыпная плотность, зона уплотнения, композит, формуемость, катающий радиус валка.
При производстве композитного проката из металлического порошка, наиболее эффективным способом подачи сыпучего материала в валки прокатного стана, являются гравитационые силы тяжести (рисунок 1) [1-7].
ho
Рисунок 1 - Схема вертикальной прокатки порошка и зависимость плотности проката от толщины ленты
Преимуществом прокатки, в отличие от компактирования в пресс-форме, является постепенное приложение внешней силы на ограниченной протяженности очага деформации, что обеспечивает значительно меньшие энергосиловые затраты при получении длинномерных изделий [8-13].
Однако естественным ограничением прокатки является захватывающая способность валков. В частности специфика контактного взаимодействия сыпучей среды со свободной поверхностью вращающихся валков, будет отражаться на течении и уплотнении порошкового материала в очаге деформации (рисунок 2) [14].
при подаче и уплотнении порошковых материалов
Зона подачи порошкового материала (питания), устанавливается аналогично прокатке мономатериала, т.е. внешним трением, определяющим естественный захват валками насыпного порошка
Р2 — азах.
Здесь насыпная относительная плотность металлического порошка начинает увеличиваться в результате закрытия межчастичных пор, перемещением отдельных частиц, т.е. происходит процесс утряски (табл. 1).
Таблица 1 - Механические свойства металлических порошков [14, 15]
Порошковый материал Относительная плотность Угол трения, град Формуемость прокаткой УК
насыпная Рнас утряски А) внутр. А внешн. А2 ~ азах
Железо ПЖ4М2 0,35 0,42 36,4 31 35,0
ПЖ-губка 0,12 0,14 49,9 38 78,3
РезС>4 0,44 0,58 42,2 33 19,7
Медь ПМС1 0,19 0,24 37,5 38 43,5
Никель ПНК2 0,12 0,18 48,4 34 76,6
Алюминий САС1 0,51 0,60 35,3 43 10,1
Зона сдвигов ограничивается углом наклона главной деформации у, вследствие взаимного (внутреннего) трения и заклинивания частиц, затрудняющих их перемещение и определяющих существенный перепад бокового и горизонтального давлений.
При дальнейшем сближении охватывающих поверхностей прокатных валков и увеличении их силового воздействия, формируется зона затрудненной деформации с переходом в зону уплотнения, где происходит деформирование порошкового материала.
Верхняя граница зоны уплотнения определяется геометрическими построениями
а
упл
= у — arcsm
2 +
R
sin у — sin (азах + у)
где ' к - толщина композита; D - диаметр валков.
Рассмотрим прокатку медного порошка ПМС1 в полосу толщиной
hK = 5,0 r =115
к ' мм на валках с катающим радиусом л -1 и мм.
Угол определяющий зону уплотнения порошкового материала в очаге
деформации, устанавливается при допущении прямого угла в вершине
треугольника АВС, т.е
а
зах
+ у — 90
град и условии предельного захвата
а
зах
= Р2 = 38
град
аупл = (90 а зах )
arcsin
' 2 + ^
R
V
sin (90 — азах )1,0
— (90 — 38) — arcsin
2 +
5,0' 115
sin (90 — 38) —1,0
14,4 град.
Толщина порошковой засыпки в сечении зоны уплотнения
hупл = hK + 2 R (1 — cos ашл)— 5,0 + 2 ■ 115 (1 — cos14,4) = 12,22 " " мм.
Принимая начальную плотность металлического медного порошка
Р° = 0,24, устанавливается плотность композита при допущении линейной зависимости от деформации обжатия
где
Я = h
упл
/hK
_ _ h упл _ 12 22
Рк =^Р0 =-!-Р0 =—- 0,24
hK 5,0
- коэффициент уплотнения.
0,587
Однако рассчитанная здесь плотность является весьма незначительной для композитного изделия, что требует корректировки параметров прокатки - уменьшение толщины проката или увеличение катающего радиуса валков, что расширит зону подачи и позволит большему объему порошкового материала поступать в очаг деформации, интенсифицируя процесс уплотнения [16-18].
Для достижения плотности медного порошка ПМС1, близкой к мономатериалу ^1,0 прокатку следует выполнять на валках с катающим ра-п > 217 5
диусом л - мм (рисунок 3) [19, 20].
Учитывая линейное распределение плотности композита от его толщины и радиуса валков, устанавливается параметр формуемости медного металлического порошка ПМС1 Я1^к ^ 43,5, позволяющий назначить катающий радиус валка в зависимости от толщины прокатываемого композита (табл. 1).
| 500 Щ WO
I
и 300
Ч1
Ч. 200 f
I юо
I о
Никель ПНК2У Медь ПМС)г.
217,5 мм ^^Желеэо ПЖ4М2
I
- -1- I I -1- -1- -1-
о
2
10
3 4 5 6 7 8 Толщина композита Ьк, мм Рисунок 3 - Выбор катающего радиуса валка от толщины композита
Так, угол определяющий зону уплотнения медного порошка ПМС1 при
прокатке полосы толщиной ^к ~ 5,0 мм на валках с катающим радиусом Я > 217,5
мм
а
arcsm
упл (90 азах)
= (90 - 38) - arcsin
л
2 + ^ R
sin (90 — азах )-1,0
л
2 +
5,0 217,5
sin (90 — 38) —1,0
= 15,5 град.
Толщина порошковой засыпки в сечении зоны уплотнения
Нупл = hK + 2 R (1 — cos аупл )= 5,0 + 2 • 217,5 (1 — cos15,5)= 20,82
Плотность композита
мм.
Рк =^Р0
hупл р0 = 20,82 0,24 = 0,999
h
5,0
Заключение. Результаты исследований могут быть использованы при выборе прокатного оборудования или определении толщины прокатываемого композита, с целью обеспечения наибольшего уплотнения металлического порошка с приближением к плотности мономатериала.
Список литературы
1. Гропянов А.В. Порошковые материалы: учебное пособие / А.В. Гропянов, Н.Н. Ситов, М.Н. Жукова. СПб.: СПбГУПТД, 2017. 74 с.
2. Гиршов В.Л. Современные технологии в порошковой металлургии / В.Л. Гиршов, С.А. Котов, В.Н. Цеменко. СПб.: Изд-во Политехи. Ун-та, 2010. 385 с.
3. Либенсон Г. А. Процессы порошковой металлургии: учеб. пособие в 2-х т. Т.1. Производство металлических порошков / Г.А. Либенсон, В.Ю. Лопатин, Г.В. Комар-ницкий. М.. МИСИС, 2001. 368 с.
4. Либенсон Г.А. Процессы порошковой металлургии: учеб. пособие в 2-х т. Т.2. Формование и спекание / Г.А. Либенсон, В.Ю. Лопатин, Г.В. Комарницкий. М.. МИСИС, 2002. 320 с.
5. Кипарисов С.С. Порошковая металлургия / С.С. Кипарисов, Г.А. Либенсон. М.: Металлургия, 1991. 432 с.
6. Петросян Г.Л. Пластическое деформирование порошковых материалов / Г.Л. Пет-росян. М.: Металлургия, 1988. 152 с.
7. Ложечников Е.Б. Прокатка в порошковой металлургии / Е.Б. Ложечников. М.: Металлургия 1987. 184 с.
8. Набиуллин Р.Ш., Наталенко В.С., Сайфуллин Р.Н. Основы получения спеченных порошковых лент электроконтактной прокаткой // Вестник НГИЭИ. №1 (68). 2017. С. 32-39.
9. Кохан Л.С., Морозов Ю.А., Славгородская Ю.Б. Исследование однозонных процессов прокатки композиционных материалов // Технология металлов. 2016. вып. 2. С. 30-34.
10. Кохан Л.С., Фарунда Н.А., Белелюбский Б.Ф. Расчет момента и мощности прокатки композиционных порошковых заготовок «железо-медь» // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2009. №5. С. 68-69.
11. Кохан Л.С., Роберов И.Г., Кондрашов А. А., Белелюбский Б.Ф., Шульгин А.В. Определение среднего давления прокатки спеченных скомпактированных заготовок из металлических порошков // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2006. №1. С. 96-101.
12. Лукашкин Н.Д. Теория обработки давлением скомпактированных спеченных металлических порошков / Н.Д. Лукашкин, Л.С. Кохан, И.Г. Роберов. М.: МГВМИ, 2005. 312 с.
13. Лукашкин Н.Д. Теория компактирования металлических порошковых материалов / Н.Д. Лукашкин, Л.С. Кохан, И.Г. Роберов. М.: МГВМИ, 2004. 237 с.
14. Цеменко В.Н. Исследование и разработка процессов прокатки порошковых и армированных изделий различного назначения // Металлообработка. №4(52), 2009. С. 4452.
15. Виноградов Г. А. Теория листовой прокатки металлических порошков и гранул / Г.А. Виноградов, В.П. Каташинский. М.: Металлургия, 1979. 224 с.
16. Кокорин В.Н. Научные основы интенсификации уплотнения металлических порошков: монография / В.Н. Кокорин, В.И. Филимонов, Е.М. Булыжев. Ульяновск: Ул-ГТУ, 2010. 217 с.
17. Кохан Л.С., Роберов И.Г., Белелюбский Б.Ф., Кондрашов А.А., Павлов В.П. Распределение плотности по толщине заготовки при компактировании и последующей прокатке // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2005. №2. С. 70-73.
18. Кохан Л.С., Роберов И.Г., Кондрашов А. А., Белелюбский Б.Ф. Критические обжатия при прокатке скомпактированных заготовок // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2005. №2. С. 76-77.
19. Кохан Л. С., Морозов Ю.А. Интенсификация процессов прокатки // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2013. №1. С. 15-18.
20. Морозов Ю.А., Белелюбский Б.Ф., Хламкова С.С., Шульгин А.В. Исследование поперечной разнотолщинности при продольной прокатке скомпактированных порошковых заготовок // Современные научные исследования и инновации. 2015. №11 (55). С. 270-276.
Morozov Yury Anatolievich, Ph.D., associate professor, Candidate of Engineering Science (e-mail: akafest@mail.ru)
Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russia
ROLLING RADIUS OF ROLLER WHEN COMPACTING METAL POWDERS BY ROLLING
Abstract. The forming of composite rolled products by compression of metal powder by rollers of a rolling mill is considered. The kinematics and conditions for capturing bulk powder material are analyzed. The density of the composite is set in accordance with the gripping ability of the rolls, and recommendations are given for choosing the rolling radius of the roll to achieve a density of the composite close to the monomaterial.
Keywords: powder rolling, bulk density, compaction zone, composite, formability, rolling radius of the roll
УДК 621.793.1
ВОССТАНОВЛЕНИЕ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА С ИОННО-ПЛАЗМЕННЫМИ ПОКРЫТИЯМИ
Хамин Олег Николаевич, к.т.н., доцент (e-mail: out87@mail.ru) Самарский государственный технический университет,
г.Самара, Россия
В работе показана возможность восстановления работоспособности режущего инструмента с упрочняющими покрытиями за счет повторного нанесения ионно-плазменных покрытий на него на основе использования однокомпонентных дуговых катодов тугоплавких металлов и получения более простых покрытий, чем первоначальные, после механического восстановления рабочей геометрии инструмента. Исследования проведены как на лезвийном режущем инструменте (сверла, метчики), так и на режущих твердосплавных пластинах. Эксплуатационные испытания восстановленного инструмента показали, что достигнуто от 50 до 147 процентов ресурса работы нового режущего инструмента с базовым покрытием.
Ключевые слова: режущий инструмент, механическое восстановление, упрочняющие ионно-плазменные покрытия, эксплуатационные испытания.
Восстановление изношенного режущего инструмента и его повторное использование является актуальной задачей. Это обеспечивает повышение общего ресурса эксплуатации инструмента, и как следствие, снижение затрат на его приобретение, в том числе инструмента зарубежных производителей.
В настоящее время задача восстановления режущего инструмента решается главным образом за счет переточек инструмента по рабочим поверхностям. В некоторых случаях инструмент подвергается повторной термической обработке. Вопросы повторного нанесения покрытий на механиче-
