Спосіб виготовлення робочого органа технологічного устаткування зі зносостійким елементом, що взаємодіє з абразивним середовищем

Реферат: Винахід належить до машинобудування. Спосіб виготовлення робочого органа технологічного устаткування зі зносостійким елементом, що взаємодіє з абразивним середовищем, який включає утворення трубчастої порожнистої оболонки прямокутного або еліптичного, або круглого, або трикутного перетину, після чого порожнину оболонки повністю заповнюють сумішшю із кременистого або марганцевистого флюсу і порошкоподібного карбіду бору або карбіду вольфраму, або карбіду титану, рівномірно розподіляють суміш в порожнині оболонки і піддають високотемпературному впливу, в результаті якого здійснюють спікання порошкоподібної суміші до одержання монолітного тіла з утворенням зони дифузії металів між бічною поверхнею згаданого монолітного тіла і внутрішньою бічною поверхнею трубчастої оболонки із шириною, рівною 10-30 % товщини трубчастої оболонки, потім утвореному зносостійкому елементу надають необхідну форму і прикріплюють його до робочого органа устаткування газовим або електродуговим зварюванням з утворенням опорної поверхні. Технічний результат: підвищення механічних властивостей зносостійкого елемента. UA 112633 C2 UA 112633 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до машинобудування в різних областях промисловості, зокрема винахід може бути використаний для виготовлення робочих органів машин різного призначення, що взаємодіють з високоабразивним середовищем. Винахід призначений для підвищення зносостійкості робочих органів, які забезпечує збільшення експлуатаційного ресурсу і зниження собівартості експлуатації устаткування. Винахід належить до зносостійких елементів, яким може бути надана будь-яка форма залежно від конфігурації робочого органа машини. Використання винаходу дозволяє знизити втрати твердосплавного елемента при ремонті робочих органів машин і забезпечує надійне кріплення цих зносостійких елементів при значних динамічних і статичних навантаженнях. Найбільш близьким рішенням, вибраним як прототип, є спосіб утворення зносостійкого елемента, що включає виготовлення високоміцного і зносостійкого сплаву, додання йому необхідної форми і кріплення до робочого органа машини (Патент Росії № 2401238 на винахід). Відповідно до відомого способу, надання необхідної форми для робочого органа здійснюється після остигання сплаву. Після цього заготівка піддається механічній обробці до одержання необхідної форми. Готовий виріб - зносостійкий елемент - закріплюють на робочому органі машини за допомогою спеціальних фіксуючих елементів або за допомогою зварювання. Недоліком відомого способу є те, що він є витратним і не забезпечує надійну експлуатацію устаткування при його взаємодії з абразивним середовищем при тривалому навантаженні. Це мається на увазі те, що механічна обробка твердого сплаву вимагає значного часу на обробку до необхідних геометричних розмірів. Механічна обробка заготовки призводить до значних втрат дорогого високоміцного матеріалу й, відповідно, до збільшення собівартості виготовлення готового виробу. Кріплення за допомогою зварювання зносостійкого елемента, виготовленого по відомому способу, ускладнено, тому що складно забезпечити при зварюванні надійне зчеплення різнорідних по фізико-механічних параметрах високоміцного металу і металу робочого органа устаткування. Це приводить до ймовірності відділення зносостійкого елемента від робочого органа при виникненні статичних і динамічних навантажень, а також до необхідності проведення нерегламентованих ремонтів устаткування, його непродуктивним простоям значної тривалості. Задачею винаходу є вдосконалення способу виготовлення робочого органа технологічного устаткування зі зносостійким елементом, що взаємодіє з абразивним середовищем, у вигляді біметалічного зносостійкого елемента за рахунок формування його зі металовмісного матеріалу у вигляді порошку із флюсом з наступною термообробкою до утворення монолітного тіла, що має дифузійний зв'язок з металевою оболонкою. Технічний результат від реалізації винаходу дозволяє забезпечити можливість додання будь-якої необхідної форми зносостійкому елемента, гарантувати високу якість кріплення до будь-якої металевої поверхні робочого органа. При виникненні статичних і динамічних навантажень на зносостійкий елемент він не відокремлюється від робочої поверхні, чим попереджає ймовірність непланового ремонту і нерегламентованих простоїв. Виготовлення зносостійкого елемента має низьку собівартість і можливість реалізації високого рівня механізації технологічного процесу. При реалізації способу забезпечується можливість вибору необхідного металовмісного матеріалу у порошкоподібному виді із флюсом. Трубчаста оболонка забезпечує можливість високого ступеня фіксації зносостійкого елемента до робочого органа устаткування. Висока якість кріплення забезпечує можливість експлуатації зносостійкого елемента протягом тривалого строку до повного зношування. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що спосіб виготовлення робочого органа технологічного устаткування зі зносостійким елементом, що взаємодіє з абразивним середовищем, включає утворення зносостійкого елемента у вигляді монолітного тіла і кріплення утвореного зносостійкого елемента до робочого органа. Відповідно до винаходу, спочатку утворюють трубчасту порожнисту оболонку прямокутного або еліптичного, або круглого, або трикутного перетину, порожнину оболонки повністю заповнюють сумішшю із кременистого або марганцевистого флюсу і порошкоподібного карбіду бору або карбіду вольфраму, або карбіду титану. Рівномірно розподіляють суміш у порожнині оболонки і піддають високотемпературному впливу, в результаті якого здійснюють спікання порошкоподібної суміші до одержання монолітного тіла з утворенням зони дифузії металів між бічною поверхнею згаданого монолітного тіла і внутрішньою бічною поверхнею трубчастої оболонки із шириною, рівної (10-30)% товщини трубчастої оболонки. Утвореному зносостійкому елементу надають форму і прикріплюють його до робочого органа газовим або електродуговим зварюванням з утворенням опорної поверхні. Спосіб реалізується таким чином. 1 UA 112633 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Спосіб використовується для виготовлення зносостійких елементів, які застосовуються в устаткуванні, робочі органи яких взаємодіють із абразивним середовищем протягом усього експлуатаційного періоду. Залежно від призначення устаткування, що забезпечує переміщення абразивних сумішей, наприклад, залізорудної пульпи з різним співвідношенням твердої і рідкої фаз, зносостійкі елементи можуть розміщуватися на робочих лопатках, робочій поверхні барабанів або шкребків. Особливістю способу є те, що безпосередньо на стадії виготовлення представляється можливим віддавати виробу готову форму без застосування механічної і тим більше термічної обробки. Реалізація способу здійснюється таким чином. Стосовно до заданого типу застосовуваного устаткування виготовляється трубчаста металева оболонка. Як заготівка може бути використана прямолінійна або вигнута оболонка, наприклад, із труб різного діаметра, які виготовляються серійно. Вимоги до оболонки обумовлені тим, що їхнє кріплення до робочого органа машини здійснюється в основному за допомогою газового або електродугового зварювання. Міцність кріплення елемента прямо залежить від фізико-механічних властивостей металу і металевої оболонки, тому що саме місце зварювання піддається максимальному механічному впливу при роботі устаткування. Залежно від призначення робочого органа устаткування, металева оболонка може бути вибрана різного перетину, наприклад, прямокутного, еліптичного, круглого або трикутного перетину. Це обумовлено способом кріплення оболонки, геометричними параметрами і просторовою конфігурацією поверхні, до якої кріпиться металева оболонка. При виборі оболонки враховується можливість не тільки її кріплення до поверхні робочого органа, але і можливість додання їй необхідної форми. Після вибору металевої оболонки із заданими геометричними параметрами і фізикомеханічними властивостями здійснюють вибір металу, що застосовується як зносостійкий елемент. Найбільшим поширенням для цих видів зносостійких елементів є карбіди бору, титана або вольфраму. Основними вимогами до матеріалу, що використовується, є максимально тривала протидія абразивному зношуванню, яка викликана мінеральним середовищем різної щільності і міцності часток твердої фази. Особливістю способу є те, що високоміцні металовмісні матеріали застосовують у порошкоподібному вигляді, що дозволяє надавати будь-яку форму зносостійкому елементу вже до моменту його виготовлення. Порошок високоміцного матеріалу змішують із флюсом. Флюс забезпечує формування однорідного металевого тіла при наступному термічному впливі. Як флюс може застосовуватися кременистий, марганцевистий флюс із хімічною активністю або флюс солеоксидного класу. Основною вимогою до флюсу є утворення монолітного високоміцного металевого тіла зносостійкого елемента при термічній обробці без втрати його міцнісних характеристик. Після змішування до рівномірного стану, порошок засипають у трубчасту оболонку, рівномірно розподіляють і ущільнюють. Для цієї мети можуть використатися вібраційні столи або вібратори. Після повного засипання металовмісного порошку в порожнину металевої оболонки, її піддають термічному впливу. Термічна обробка може здійснюватися в інфрачервоних або індукційних печах, температурний режим термічного впливу яких вибирають виходячи з розрахунку взаємодії металевого порошку із флюсом і модифікації порошкоподібного металу в монолітне тіло. Особливе значення при формуванні монолітного тіла зносостійкого елемента надається формуванню зони дифузії між бічною поверхнею монолітного тіла високоміцного матеріалу і внутрішньою бічною поверхнею трубчастої оболонки. Це необхідно через те, що від сили зчеплення між тілом зносостійкого елемента і внутрішньою поверхнею трубчастої оболонки залежить ступінь фіксації зносостійкого елемента до робочого органа застосовуваного устаткування. Проведені дослідження показали, що ширина зони дифузії повинна бути регламентованої і представляти від 10 до 30 відсотків товщини трубчастої оболонки. При товщині зони дифузії менше 10 % не забезпечується необхідна сила зчеплення між зносостійким елементом і внутрішньою оболонкою. При збільшенні зони зчеплення понад 30 % не забезпечується приріст сили зчеплення. Крім того, це призводить до збільшення собівартості виготовлення зносостійких елементів. 2 UA 112633 C2 5 10 15 20 Після виготовлення зносостійкого елемента заданої форми його закріплюють на поверхні робочого органа за допомогою газового або електродугового зварювання. При виконанні зварювальних робіт плавленням металу утворюють опорну поверхню у вигляді зони дифузії між поверхнею робочого органа і зовнішньою частиною металевої оболонки. Ця зона визначає ступінь зв'язку елемента з робочим органом. Закріплений до робочого органа зносостійкий елемент у процесі роботи устаткування входить у взаємодію з абразивним середовищем. У процесі взаємодії відбувається інтенсивне видалення маломіцної металевої оболонки за зоною, утвореною опорною поверхнею. Опорна поверхня забезпечує фіксацію зносостійкого елемента до його повного стирання в процесі експлуатації. Проведені дослідження і промислові випробування показали високу ефективність реалізації способу при виготовленні зносостійких елементів для технологічного устаткування різного призначення, наприклад, застосовуваного для збагачення руд чорних і кольорових металів або в будівельній промисловості для переробки вихідної сировини. Зносостійкий елемент, отриманий відповідно до заявленого способу, має високі експлуатаційні властивості і забезпечує можливість роботи устаткування протягом тривалого періоду часу без витрат часу на ремонт або відновлення. Після повного або критичного стирання зносостійкого елемента, на його місце протягом короткого періоду часу встановлюють новий і продовжують експлуатацію устаткування. Перевагою способу є те, що при виготовленні зносостійкого елемента можуть бути використані композиції будь-яких твердих металовмісних порошків для одержання необхідних фізико-механічних властивостей готового виробу. Спосіб може бути реалізований в умовах спеціалізованих підприємств із ремонту технологічного устаткування. 25 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 40 Спосіб виготовлення робочого органа технологічного устаткування зі зносостійким елементом, що взаємодіє з абразивним середовищем, який включає утворення зносостійкого елемента у вигляді високоміцного монолітного тіла і кріплення утвореного зносостійкого елемента до робочого органа, який відрізняється тим, що спочатку утворюють трубчасту порожнисту оболонку прямокутного або еліптичного, або круглого, або трикутного перетину, порожнину оболонки повністю заповнюють сумішшю із кременистого або марганцевистого флюсу і порошкоподібного карбіду бору або карбіду вольфраму, або карбіду титану, рівномірно розподіляють суміш в порожнині оболонки і піддають високотемпературному впливу, в результаті якого здійснюють спікання порошкоподібної суміші до одержання монолітного тіла з утворенням зони дифузії металів між бічною поверхнею згаданого монолітного тіла і внутрішньою бічною поверхнею трубчастої оболонки із шириною, рівною 10-30 % товщини трубчастої оболонки, потім утвореному зносостійкому елементу надають необхідну форму і прикріплюють його до робочого органа устаткування газовим або електродуговим зварюванням з утворенням опорної поверхні. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3