СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РАБОЧЕГО ОРГАНА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ С ИЗНОСОСТОЙКИМ ЭЛЕМЕНТОМ, ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИМ С АБРАЗИВНОЙ СРЕДОЙ
METHOD OF MANUFACTURING OF WORKING ELEMENT OF PROCESS EQUIPMENT WITH WEAR-RESISTANT ELEMENT INTERACTING WITH ABRASIVE MEDIUM

Изобретение относится к машиностроению в разных областях, в частности изобретение может быть использовано для изготовления рабочих органов машин разного назначения, взаимодействующих с высокоабразивной средой. Изобретение предназначено для повышения износоустойчивости рабочих органов, которые обеспечивают увеличение эксплуатационного ресурса и снижение себестоимости эксплуатации оборудования.
Изобретение относится к износоустойчивым элементам, которым может быть предоставлена любая форма в зависимости от конфигурации рабочего органа машины.
Использование изобретения позволяет снизить потери твердосплавного металла при ремонте рабочих органов машин и обеспечивает надежное крепление этих износоустойчивых элементов при значительных динамических и статических нагрузках.
Наиболее близким решением, выбранным в качестве прототипа, является способ образования износоустойчивого элемента, который включает изготовление высокопрочного и износоустойчивого сплава, придание ему необходимой формы и крепление к рабочему органу машины (Патент России №2401238 на изобретение).
Согласно известному способу, придание необходимой формы для рабочего органа осуществляется после остывания сплава. После этого заготовка подвергается механической обработке до получения необходимой формы. Готовое изделие - износоустойчивый элемент - закрепляют на рабочем органе машины с помощью специальных фиксирующих элементов или с помощью сварки.
Недостатком известного способа является то, что известный способ является затратным и не обеспечивает надежную эксплуатацию оборудования при его взаимодействии с абразивной средой при продолжительной нагрузке. Это объясняется тем, что механическая обработка твердого сплава требует значительного времени на обработку до необходимых геометрических размеров.
Механическая обработка заготовки приводит к значительным потерям дорогого высокопрочного металла и, соответственно, к увеличению себестоимости изготовления готового изделия.
Крепление с помощью сварки износоустойчивого элемента, изготовленного по известному способу, затруднено, так как сложно обеспечить при сваривании надежное сцепление разнородных по физико-механическим параметрам высокопрочного металла и металла рабочего органа оборудования. Это приводит к вероятности отделения износоустойчивого элемента от рабочего органа при возникновении статических и динамических нагрузок, а также к необходимости проведения нерегламентированных ремонтов оборудования, его непроизводительным простоям значительной продолжительности.
Задачей изобретения является усовершенствование способа изготовления рабочего органа технологического оборудования с износостойким элементом, взаимодействующим с абразивной средой, в виде биметаллического износоустойчивого элемента за счет формирования его из состава в виде порошка с флюсом со следующей термообработкой до образования монолитного тела, которое имеет диффузную связь с металлической оболочкой.
Технический результат от реализации изобретения позволяет обеспечить возможность придания любой необходимой формы износоустойчивому элементу, гарантировать высокое качество крепления к любой металлической поверхности рабочего органа. При возникновении статических и динамических нагрузок на износоустойчивый элемент он не отделяется от рабочей поверхности, чем предупреждает вероятность непланового ремонта и нерегламентированных простоев.
Изготовление износоустойчивого элемента имеет низкую себестоимость и возможность реализации высокого уровня механизации технологического процесса. При реализации способа обеспечивается возможность выбора необходимого состава в порошкообразном виде металла с флюсом. Трубчатая оболочка обеспечивает возможность высокой степени фиксации износоустойчивого элемента к рабочему органу оборудования. Высокое качество крепления обеспечивает возможность эксплуатации износоустойчивого элемента на протяжении продолжительного срока до полного износа.
Поставленная задача решается за счет того, что способ изготовления рабочего органа технологического оборудования с износостойким элементом, взаимодействующим с абразивной средой, включает образование износостойкого элемента из высокопрочного металла и крепление образованного износостойкого элемента к рабочему органу.
Согласно изобретению, сначала образуют трубчатую полую оболочку прямоугольного, или эллиптического, или круглого, или треугольного сечения, полость оболочки полностью заполняют смесью из кремнистого или марганцовистого флюса и порошкообразного карбида бора, или карбида вольфрама, или карбида титана. Равномерно распределяют смесь в полости оболочки и подвергают высокотемпературному воздействию, в результате которого осуществляют спекание порошкообразной смеси до получения монолитного тела с образованием зоны диффузии металлов между боковой поверхностью упомянутого монолитного тела и внутренней боковой поверхностью трубчатой оболочки с шириной, равной (10-30)% толщины трубчатой оболочки. Образованному износостойкому элементу придают форму и прикрепляют его к рабочему органу газовой или электродуговой сваркой с образованием опорной поверхности.
Способ реализуется следующим образом.
Способ используется для изготовления износоустойчивых элементов, которые применяются в оборудовании, рабочие органы которых взаимодействуют с абразивными смесями на протяжении всего эксплуатационного периода.
В зависимости от назначения оборудования, которое обеспечивает перемещение абразивных смесей, например, железорудной пульпы с разным соотношением твердой и жидкой фаз, износоустойчивые элементы могут размещаться на рабочих лопатках, рабочей поверхности барабанов или скребков.
Особенностью заявляемого способа является то, что непосредственно на стадии изготовления представляется возможным придавать изделию готовую форму без применения механической и тем более термической обработки.
Реализация способа осуществляется следующим образом.
Применительно к заданному типу применяемого оборудования изготовляется трубчатая металлическая оболочка. В качестве заготовки может использоваться прямолинейная или выгнутая оболочка, например, из труб разного диаметра, которые изготовляются серийно.
Требования к оболочке обусловлены тем, что их крепление к рабочему органу машины осуществляется в основном с помощью газовой или электродуговой сварки. Прочность крепления элемента напрямую зависит от физико-механических свойств металла и металлической оболочки, так как само место сварки подвергается максимальному механическому воздействию при работе оборудования.
В зависимости от назначения рабочего органа оборудования металлическая оболочка может быть выбрана различного сечения, например, прямоугольного, эллиптического, круглого или треугольного сечения. Это обусловлено способом крепления оболочки, геометрическими параметрами и пространственной конфигурацией поверхности, к которой крепится металлическая оболочка. При выборе оболочки учитывается возможность не только ее крепления к поверхности рабочего органа, но и возможность придания ей необходимой формы.
После выбора металлической оболочки с заданными геометрическими параметрами и физико-механическими свойствами осуществляют выбор металла, который применяется как износоустойчивый элемент. Наибольшим распространением для этих видов износоустойчивых элементов являются карбиды бора, титана или вольфрама. Основными требованиями к используемому материалу является максимально продолжительное противодействие абразивному износу вызванного минеральной средой разной плотности и прочности частиц твердой фазы.
Особенностью заявляемого способа, является то, что высокопрочные вещества применяют в порошкообразном виде, который позволяет придавать любую форму износоустойчивому элементу уже до момента его изготовления.
Порошок высокопрочного материала смешивают с флюсом. Флюс обеспечивает формирование однородного металлического тела при последующем термическом воздействии. В качестве флюса может применяться кремнистый, марганцовистый флюс с химической активностью или флюс солеоксидного класса. Основным требованием к флюсу является образование монолитного высокопрочного металлического тела износоустойчивого элемента при термической обработке без потери его прочностных характеристик.
После смешивания до равномерного состояния порошок засыпают в трубчатую оболочку, равномерно распределяют и уплотняют. Для этой цели могут использоваться вибрационные столы или вибраторы, расположенные в полости металлической оболочки.
После полного засыпания металлического порошка в полость металлической оболочки ее подвергают термическому воздействию. Термическая обработка может осуществляться в инфракрасных или индукционных печах, температурный режим термического воздействия которых выбирают исходя из расчета взаимодействия металлического порошка с флюсом и модификации порошкообразного металла в монолитное тело.
Особое значение при формировании монолитного тела износоустойчивого элемента придается формированию зоны диффузии между боковой поверхностью монолитного тела высокопрочного материала и внутренней боковой поверхностью трубчатой оболочки. Это необходимо из-за того, что от силы сцепления между телом износоустойчивого элемента и внутренней поверхностью трубчатой оболочки зависит степень фиксации износоустойчивого элемента на рабочем органе применяемого оборудования.
Проведенные исследования показали, что ширина зоны диффузии должна быть регламентированной и представлять от 10 до 30 процентов толщины трубчатой оболочки. При толщине зоны диффузии менее 10% не обеспечивается необходимая сила сцепления между износоустойчивым элементом и внутренней оболочкой. При увеличении зоны сцепления свыше 30% не обеспечивается прирост силы сцепления. Кроме того, это приводит к увеличению себестоимости изготовления износоустойчивых элементов.
После изготовления износоустойчивого элемента заданной формы его закрепляют на поверхности рабочего органа с помощью газовой или электродуговой сварки. При выполнении сварочных работ плавлением металла образуют опорную поверхность в виде зоны диффузии между поверхностью рабочего органа и внешней частью металлической оболочки. Эта зона определяет степень связи элемента с рабочим органом.
Закрепленный к рабочему органу износоустойчивый элемент в процессе работы оборудования входит во взаимодействие с абразивной средой. В процессе взаимодействия происходит интенсивное удаление малопрочной металлической оболочки за зоной, образованной опорной поверхностью. Опорная поверхность обеспечивает фиксацию износоустойчивого элемента до его полного стирания в процессе эксплуатации.
Проведенные исследования и промышленные испытания показали высокую эффективность реализации способа при изготовлении износоустойчивых элементов для технологического оборудования различного назначения, например, применяемого для обогащения руд черных и цветных металлов или в строительной промышленности для переработки исходного сырья.
Износоустойчивый элемент, полученный согласно заявленному способу, имеет высокие эксплуатационные свойства и обеспечивает возможность работы оборудования на протяжении продолжительного периода времени без затрат времени на ремонт или восстановление.
После полного или критического стирания износоустойчивого элемента на его место на протяжении короткого периода времени устанавливают новый и продолжают эксплуатацию оборудования.
Достоинством способа является то, что при изготовлении износоустойчивого элемента могут быть использованы композиции любых твердосплавных порошков для получения необходимых физико-механических свойств готового изделия.
Способ может быть реализован в условиях специализированных предприятий из ремонта технологического оборудования.