Процессы и технологии получения порошковых материалов

Применение защитных атмосфер при спекании изделий, спрессованных из порошков, обусловлено необходимостью предохранения спекаемых материалов от окисления в процессе термической обработки, а также восстановления оксидных плёнок, имеющихся на поверхности частиц. Окисление при спекании крайне нежелательно, так как процесс уплотнения и упрочнения спекаемых брикетов тормозится и даже останавливается при образовании на поверхности частиц оксидных плёнок. Выбор защитной среды в значительной степени зависит от состава спекаемых изделий, типа печей, экономических факторов и т. п. Взаимодействие с атмосферой не должно приводить к образованию соединений, ухудшающих свойства спечённых тел. В качестве защитной атмосферы при спекании применяют водород, диссоциированный газ, конвертированный природный газ, инертные газы, азот, эндо- и экзотермические газы, а также вакуум [4]

Температура спекания конструкционных изделий 1150°С, колеблется в интервале 1000 – 1280°С [10], в течение 2 – х часов. В качестве защитной атмосферы используем диссоциированный аммиак (75% водорода и 25% азота), он на 30-50% дешевле, является хорошим заменителем водорода.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Выбор оборудования

4.1 Оборудование для сушки

Для сушки порошка графита необходимо: температура сушки – 120°С, продолжительность сушки – 1 час, содержание графита в шихте – 0,7% Подбираем оборудование: шкаф сушильный электрический лабораторный SNOL 67/350.

Сушильный шкаф SNOL 67/350 является одной из лучших моделей электропечей с естественной конвекцией воздуха по соотношению цена/качество. Сушильный шкаф используется для нагрева различных материалов, сушки изделий и термообработки. Просушивание материалов происходит при температуре от 50 до 350°С. Стабильность температуры ±2°С. Рабочая камера сделана из простой углеродистой стали (черной), либо нержавеющей. Нагрев рабочей камеры осуществляется с четырех сторон нагревательными элементами. В комплектацию электропечи входят три полки [13]. В таблице 7 приведены технические характеристики сушильного шкафа.

 

Таблица 7. Технические характеристики сушильного шкафа SNOL 67/350 [13].

Характеристика	SNOL 67/350
Мощность, кВт	2
Диапазон температур, °С	50 - 350
Размеры рабочей камеры, мм: Ширина Длина Высота	390 445 390
Габаритные размеры, мм: Ширина Длина Высота	675 625 600
Масса, кг	40

 

4.2 Оборудование для просева

Для просева выбираем сито вращательно-вибрационное ВС-2.

Просеиваемый материал засыпают в бункер, откуда он поступает на сито, где за счет работы двух дебалансов вибратора создается вибрация, которая заставляет вращаться порошок по ситу и конусу приемника. Просеиваемый порошок и отсев подаются в разные лотки, с которых ссыпаются в заранее приготовленную тару. Частота колебаний регулируется двухручьевым шкивом привода, а амплитуда колебаний - углом раствора дебаланса вибратора [14]. В таблице 8 приведены технические характеристики вращательно-вибрационного сита.

Таблица 8. Технические характеристики вращательно-вибрационного сита ВС -2 [14].

Характеристика	ВС - 2
Производительность, кг/ч	80 - 300
Число колебаний в минуту	1410 - 2500
Амплитуда колебаний, мм	0,1 - 3
Потребляемая мощность, кВт	0,4
Высота вибросита, мм	915
Размеры основания, мм	625 х 625
Вес сита, кг	132

Для просева порошка графита марки ГК-1 применяется вибрационное сито с сеткой 004, для порошка ПЖВ1.71.24 – с сеткой 01, для порошка ПМС 1 c сеткой 01.

4.3 Оборудование для смешивания

Для смешивания порошков используем смеситель периодического действия плужный Пж - 630НБК. Он предназначен для смешивания сыпучих материалов, а также сыпучих материалов с небольшим количеством жидких компонентов. Смеситель состоит из смесительной камеры, представляющей собой горизонтальный цилиндрический корпус, закрытый плоскими торцевыми стенками. Внутри корпуса смонтированы ротор с лемехообразными лопастями и две ножевые головки, служащие для дополнительного смешения продукта и разрушения агломератов. Привод ротора - от электродвигателя, через клиноремённую передачу и редуктор, привод ножевых головок - непосредственно от электродвигателей. Смеситель может быть рекомендован для приготовления сыпучих шихт в производстве спечённых изделий [13].  В таблице 9 приведены технические характеристики смесителя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 9. Технические характеристики смесителя плужного периодического действия ПЖ – 630НБК [13]

объём смесительной камеры, м3
рабочий	0,63
номинальный	1,0
рабочее давление	Атмосферное
рабочая температура, °С	30
частота вращения, об/мин
ротора	60
вала ножевой головки	1430
среда	коррозионная
привод ротора
мощность, кВ т	22
частота вращения, об/мин	970
привод ножевой головки
мощность, кВт	3
частота вращения, об/мин	1430
габаритные размеры, мм	3520х1800х1800
масса, кг	5020

 

4.4 Оборудование для прессования

Пресс — устройство для производства высокого давления для уплотнения какого-либо вещества, выжимания жидкостей, изменения формы изделий, подъема и перемещения тяжестей. По конструкции прессы делят на четыре типа:

• клиновые

• винтовые

• рычажные

• гидравлические [11].

Необходимое усилие прессования детали «пята» рассчитывается по формуле P = q*F, где

P – усилие прессования, кН;

q – удельное усилие прессования, кН

F – Площадь детали «пята», м2

Р = 600 × 254 × 10-6 = 152,4 кН.

 

Согласно необходимого усилия 152,4 кН, был выбран гидравлический пресс П6324Б. Управление прессом П6324Б осуществляется при помощи гидравлической системы построенной на базе современных электроуправляемых гидрокомпонентов и электрической системы на базе программируемого логического контроллера (ПЛК) производства «Siemens». На данном прессе организованы следующие режимы работы:

Наладочный режим – все движения пресс осуществляет при нажатии соответствующей кнопки, при отпускании кнопок движения прекращаются;

Полуавтоматический режим – по команде оператора пресс совершает сначала ускоренный, а потом и рабочий ход ползуна (настраивается механизмом конечных выключателей), рабочий ход происходит до команды на размыкание пресса, после чего ползун автоматически возвращается в исходное положение (настраивается концевым выключателем). Команда на размыкание пресса приходит либо от датчика давления (работа по давлению), либо от нижнего концевого выключателя (работа по пути);

Автоматический режим – применяется в случае встраивания пресса в автоматическую линию. Почти полностью соответствует полуавтоматическому режиму, с той лишь разницей, что команда на начало следующего цикла приходит не от оператора, а от средств механизации об окончании позиционирования обрабатываемой заготовки [15].

В таблице 10 приведены технические характеристики гидравлического пресса.

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 10. Технические характеристики гидравлического пресса П6325Б [15].

Характеристика	П6324Б
Номинальное усилие пресса, кН	250
Ход ползуна, мм	500
Наибольшее расстояние между столом и ползуном, мм	710
Размеры стола: слева – направо, мм	630
Размеры стола: спереди – назад, мм	480
Габаритные размеры (без механизации), мм
Слева - направо	900
Спереди - назад	1530
Высота машины над уровнем пола	2730
Масса пресса, не более, кг	2500

Предусмотрена возможность комплектации гидроподушкой выталкивателем (применяется например при операциях средней и глубокой вытяжки);

Предусмотрена возможность комплектации системами слежения, контроля и записи параметров: пути, скорости, давления, времени (применяется при необходимости дополнительного контроля за тех-процессом, необходимости точной остановки ползуна и т.п.);

Предусмотрено исполнение пресса с правильным столом и дополнительным инструментом для правки заготовок различного сечения, по техническому заданию заказчика.

 

4.5 Оборудование для спекания

Конвейерные печи применяют для осуществления процессов термической (спекание, отжиг, закалка отпуск) и химико-термической (обезуглероживающий отжиг, цементация и др.) обработки порошков и порошковых заготовок при температурах не более 1423 К. В конвейерных печах горизонтального типа конвейер, состоящий из бесконечной ленты сетки, ведущего и ведомого барабанов (звездочек), опорной части, натяжного устройства и привода, перемещает изделия, уложенные на ленту, через многозонную рабочую камеру.

Конвейерные печи, предназначенные для термической и химико-термической обработки так же, как и другие печи непрерывного действия, могут оснащаться различными устройствами.

Одним из перспективных направлений развития печей непрерывного действия, в т. ч. конвейерных, для спекания в защитных атмосферах является формирование этих атмосфер не в специальном газоприготовительном оборудовании, а непосредственно в зонах спекания и выжигания пластификатора.

Для спекания детали «пята» была выбрана конвейерная печь типа СКЗ-6.95.1,2/11.5И1. Данная печь предназначена для спекание прессовок на основе железа и меди в контролируемых средах [16].

Технические характеристики:

- Температура, К  1423

- Производительность, кг/ч 160-200

- Рабочее пространство 600×9500×120

- Мощность, кВт 250

- Габариты 23800×2259×2220

- Масса, кг 30000

- Рабочая среда: эндогаз, азот, диссоциированный аммиак.

 

 

 

 

 

 

5. Охрана труда и окружающей среды в порошковой металлургии.

 

5.1 Основные операции  ПМ и виды воздействия на  персонал

Разработка защитных мероприятий по охране труда и окружающей среды на предприятиях порошковой металлургии связана со специфическими факторами операций технологических процессов получения порошков и изделий на их основе. Основными технологическими операциями которые применяются при производстве детали «пята» являются:

- Смешивание и рассев металлических порошков;

- Формование изделий методами прессования;

- Спекание изделий в газовых защитных средах.

При выполнении этих операций возможно загрязнение воздуха различными веществами в пыле- и газообразном состояниях, часть из которых являются вредными для человека или пожаро- и взрывоопасными.

В технологические процессы производства вовлекаются такие вещества, как порошок железа, графита, меди. К газовым средам относятся диссоциированный аммиак.

Выполнение технологических операций осуществляется с помощью прессов, вибросит, печей.

Для подготовительных и прессовых отделений характерен высокий уровень шума, достигающий 89 ... 107 дБ. Продолжительное воздействие шума при работе смесительных барабанов, мельниц, прессов и т. п. оказывает чрезвычайно вредное действие не только на органы слуха, но и на нервную систему обслуживающего персонала. Поэтому для борьбы с шумом, шумо-образующие агрегаты необходимо делать из отдельных сегментов с резиновыми или асбестовыми прокладками, не допуская в рабочих помещениях уровень шума выше 75 ... 85 дБ. Оборудование, производящее большой шум, рекомендуется размещать в отдельных изолированных помещениях [17].