Способ утилизации отходов машиностроительного и инструментального производства Российский патент 2018 года по МПК B23P6/00 B23K11/06 B23K11/10 

Изобретение относится к области утилизации отходов машиностроительного и инструментального производства и может быть использовано при изготовлении, восстановлении и (или) упрочнении деталей машин.

Известен способ утилизации металлических отходов, (патент RU №2040367) состоящий в том, что шихту, из металлических отходов, прессуют при температуре 0,6-0,8 Т_пл металла отходов, удельном усилии прессования, составляющим 1-3 от предела текучести металла при данной температуре и остаточном давлении в камере 1,33 (10^-1-10^-3) Па в течение 30-60 мин, одновременно в процессе нагрева под прессование проводится вакуумный отжиг стружки для удаления газов.

Полученные брикеты пригодны для выплавки вторичных слитков, при этом выплавка слитков производится в стандартных вакуумно-дуговых печах, в которых выплавляются практически все титановые сплавы.

Недостатками данного способа является, высокая трудоемкость процесса, необходимость создания брикетов с использованием специального оборудовании из стружки (порошков) при высокой температуре, давлении и необходимость создания вакуума, а также последующей переработки получаемых брикетов в металлургических агрегатах.

Известен способ переработки отходов биметаллической композиции сталь-бронза (медь) с открытой стальной поверхностью (патент RU №2031162), за счет коррозионного растворения стальной основы в растворе железного купороса в присутствии кислорода (окисляющего агента), растворение стальной основы осуществляют до содержания стали в перерабатываемых отходах 60-62% от первоначального, после чего подшихтовывают остаток свежей порцией отходов.

Недостатками данного способа является, высокая трудоемкость, использование химических реактивов, длительность процесса растворения, а также необходимость последующего извлечения металла из раствора или шихты. Используется сложное дорогостоящее оборудование - химические реакторы, фильтры, репульпаторы, электромагнитные сепараторы, бункеры-дозаторы, турбогазодувки, сушильная камера и др., а также трудоемкие технологические приемы: взвешивание, загрузка, растворение, слив, фильтрация, промывка, сепарация, сушка, затаривание, хим. анализ.

Известен способ переработки бывших в эксплуатации рельс (патент RU №2304192). Сущность способа состоит в следующем: от рельса по всей длине отрезают головку и подошву от ножки. Отрезанные части используют в качестве заготовок для изготовления деталей определенной номенклатуры.

Недостатками данного способа являются, высокая трудоемкость процесса отрезки, из-за высокой твердости материала - высокий расход электроэнергии (при плазменной резке), узкая номенклатура деталей, получаемых из продуктов утилизации.

Известен способ получения нанодисперсных порошков из любых токопроводящих материалов (патент RU №2449859), в том числе и их отходов, методом электроэрозионного диспергирования (ЭЭД) для последующего их использования в технологических процессах изготовления, восстановления и упрочнения деталей машин, инструмента и пр. ЭЭД представляет собой разрушение токопроводящего материала в результате локального воздействия кратковременных электрических разрядов между электродами.

Недостатками данного способа являются, высокая трудоемкость процесса, необходимость специального оборудования для электроэрозионного диспергирования.

Наиболее близким, к изобретению по совокупности существенных признаков является способ [5] электроконтактной наплавки (патент RU №2112634), заключающийся в том, что упрочнению подвергается стальной диск сошника сеялки, присадочным материалом являются отходы шлифования шарикоподшипников (ШХ 15). Отходы шлифования шарикоподшипников обезжиривают, удаляя остатки смазочно-охлаждающей жидкости, помещают в емкость с водой, перемешивают и дают осесть частицам. Воду сливают до уровня, не превышающего толщину слоя, и производят прессование. Остатки воды удаляют, повернув емкость на угол не более 90° относительно горизонтальной поверхности осадка, не снимая нагрузки.

В результате получают влажную ленту. Из нее вырезают присадочный материал по форме упрочняемой поверхности и укладывают на эту поверхность. Подводят электроды, прикладывают усилие сжатия и пропускают импульсы тока. После наплавки упрочняемого слоя производят охлаждение на воздухе.

Недостатком рассмотренного способа является высокая трудоемкость подготовки присадочного материала. Необходимость сбора и обезжиривания продуктов шлифования шарикоподшипников в виде шлама и их последующее прессование.

Заявляемое изобретение направленно на решение задачи утилизации отходов машиностроительного и инструментального производства, при одновременном повышении ресурса производимых, восстанавливаемых и (или) упрочняемых деталей машин и снижении стоимости.

Указанная задача решается тем, что процесс утилизации совмещают во времени, с процессом изготовления, восстановления, упрочнения деталей машин, используя отходы машиностроительного и инструментального производства в качестве присадочного материала. Используются отходы в виде лент или проволок из конструкционной, инструментальной углеродистой, инструментальной легированной или быстрорежущей стали, (ручные, машинные, ленточные, лобзиковые полотна, напильники, надфили, сверла и их обломки; обрезки, обрубки и облой, образующиеся при инструментальном производстве). После чего производят их соединение с восстанавливаемой поверхностью за счет шагового-шовного нагрева ниже температуры плавления, но выше температуры закалки при пропускании через зону соединения импульсов сварочного тока величиной 6…12 кА при напряжении 3…6 В с одновременным приложением давления и подачей охлаждающей жидкости в зону соединения.

Под действием приложенного усилия сжатия и нагрева образуется неразъемное соединение, подача охлаждающей жидкости приводит к одновременной закалки привариваемого слоя.

При перемещении детали или электродов во время электроконтактной приварки, точечной или шовной сварки, на ее поверхности образуются ряд точек, причем каждая следующая точка перекрывает предыдущую с образованием непрерывного сварного соединения.

Приварку осуществляют на установках для электроконтактной приварки, машинах для шовной или точечной сварки.

Существенными признаками, характеризующими изобретение, являются то, что в качестве сырья используются отходы машиностроительного или инструментального производства. Трудоемкая подготовка сырья (сбора стружки, порошков, прессования) отсутствует.

Предлагаемый способ не требует, специального металлургического оборудования, химических реактивов или плазменной резки.

Материалами, применяемыми в качестве присадочного, являются отходы машиностроительного или инструментального производства - широкий спектр конструкционных, инструментальных углеродистых, легированных или быстрорежущих сталей различных толщин (диаметров).

Присадочный материалы для осуществления предлагаемого способа берется в виде лент или проволок, причем толщину лент (диаметр проволок) подбирают необходимой величины, не выполняя многослойную приварку. Для осуществления способа применяется стандартное оборудование для контактной точечной, шовной сварки или электроконтактной приварки, с возможностью подачи охлаждающей жидкости в зону соединения.

Процесс утилизации и последующее применение продуктов утилизации при изготовлении, восстановлении и (или) упрочнении деталей машин совмещены во времени.

Осуществление заявленного способа на примере восстановления и (или) упрочнения лемеха плуга в местах наибольшего износа. Материал покрытия: металлорежущие ножовочные полотна ручные Р9 (ГОСТ 19265-73), Х6ВФ или В2Ф (ГОСТ 5950-2000) толщиной 0,65 мм; металлорежущие ножовочные полотна машинные Р6М5 или Р9М3 (ГОСТ 19265-73), а также HSS стали М2 или М3 толщиной от 0,63 до 2,5 мм. Указанные полотна (обломки) отрезают в размер (выравнивают кромки), после чего укладывают на поверхность детали, с фиксацией сварочными точками, после покрытия необходимой площади детали производится сплошная приварка по всей поверхности, при этом твердость полученного покрытия должна составить 58…65 HRC.

Заявленный способ утилизации является экологически чистым и экономически целесообразным, так как при изготовлении, восстановлении и (или) упрочнении деталей машин используются, отходы машиностроительного и инструментального производства, а во время электроконтактной приварки не происходит выбросов вредных веществ в атмосферу.

Предлагаемый способ позволит повысить экологичность утилизации отходов машиностроительного и инструментального производства подлежащих утилизации, поскольку не требует их переработки (переплавки) в специальных металлургических агрегатах, а также в 2-2,5 увеличить ресурс деталей машин, работающих в условиях интенсивного изнашивания.

Способ может быть использован при изготовлении, восстановлении и/или упрочнении деталей машин, в частности лемеха плуга. Стальные отходы в виде ножовочных полотен, или напильников, или надфилей, или сверл используют в качестве присадочного материала для электроконтактной приварки с получением покрытия на поверхности детали. После выравнивания кромок укладывают отходы встык на поверхности детали и фиксируют сварочными точками. Затем производят приварку отходов по всей поверхности точечной или шовной сваркой с нагревом до температуры ниже температуры плавления и выше температуры закалки стали, из которой они выполнены, при этом через зону приварки пропускают импульсы сварочного тока величиной 6-12 кА при напряжении 3-6 В. Одновременно в зону приварки подают охлаждающую жидкость для закалки покрытия с получением заданной его твердости. Способ не требует переплавки отходов в металлургических агрегатах, при этом обеспечивает повышение ресурса деталей машин, работающих в условиях интенсивного изнашивания.

Способ утилизации стальных отходов инструментального производства, включающий использование упомянутых отходов в качестве присадочного материала для электроконтактной приварки с получением покрытия на поверхности детали, отличающийся тем, что в качестве отходов используют отходы металлорежущих ножовочных полотен, или напильников, или надфилей, или сверл, причем подбирают их по толщине, соответствующей толщине получаемого покрытия, выравнивают кромки, укладывают встык на поверхности детали и фиксируют сварочными точками, после чего производят приварку отходов путем точечной или шовной сварки с нагревом до температуры ниже температуры плавления и выше температуры закалки стали, из которой они выполнены, при этом через зону приварки пропускают импульсы сварочного тока величиной 6-12 кА при напряжении 3-6 В с одновременным приложением давления и подачей охлаждающей жидкости в зону приварки, обеспечивающей закалку покрытия с получением заданной его твердости.