Установка для переработки вьюнообразной стружки в порошок Советский патент 1991 года по МПК B22F9/14 

Изобретение относится к порошковой металлургии, а более конкретно к получению металлического порошка путем распыления отходов металлообработки в виде стружки с помощью плазменной струи или дуги.

Известна установка для получения металлического порошка, содержащая механизм загрузки, корпус, плазматрон и механизмы вращения и осевого перемещения перерабатываемого материала.

В этой установке торец заготовки в виде цилиндрического стержня нагревают помощью плазматрона и механизмом вращения вращают заготовку со скоростью 200-300 об/с, а механизмом перемещения пер.емещают ее навстречу плазменной струе, при этом образующийся на торце заготовки расплав отрывается от заготовки в виде мелких капель за счет центробежной силы.

Недостатком этой установки является необходимость быстрого вращения заготовки, что сопряжено со сложной конструкцией механизмов вращения и осевого перемещения. Кроме того, на этой установке невозможно перерабатывать рыхлые, т. е. непрочные заготовки, которые могут разрушиться под воздействием центробежной силы.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому эффекту является установка для получения ме- таллического порошка из отходов металлообработки в виде стружки, содержащая механизм загрузки стружки, устройство для ее формования в полый цилиндрический пакет, включающее корпус с проходной и тупиковой кольцевыми камерами и механизмами вращения и осевого перемещения пакета, а также размещенный в полости кольцевых камер плазматрон для плазмен00

с

о

ч

СЛ СО

СА)

ной резки и диспергирования пакета в порошок.

Установка работает следующим образом.

Проходную и тупиковую камеры заполняют стружкой. Механизмом осевого перемещения стружку уплотняют путем сжатия ее вдоль оси камер. В процессе заполнения камер и уплотнения стружки из нее формуется полый цилиндрический пакет, который расположен одновременно в проходной и тупиковой камерах и в зазоре между ними. С помощью плазматрона, расположенного внутри полого пакета напротив зазора между проходной и тупиковой камерами, генерируют плазменную дугу. Механизмом вращения вращают пакет, при этом плазменная дуга разрезает его в плоскости пер- мендикулярно оси пакета. За счет газодинамических сил плазменной дуги расплав из зоны реза выдувается и распыляется. Расплавленные частицы через отверстие в корпусе вылетают в окружающее пространство или кристаллизатор, где происходит их охлаждение. После поворота па кета на 360° плазменная дуга разрезает его на две части: одна часть находится в прохпд- ной камере, а другая в тупиковой камере. Между частями образуется зазор, равный ширине реза. Образовавшиеся части пакета механизмом осевого перемещения сближают навстречу друг другу до упора и продолжают процесс распыления.

Недостатком этой установки является низкая производительность при распылении рыхлых пакетов, так как под воздействием газодинамических сил плазменной дуги происходит отрыв нерасплавленных ччстиц стружки, которые слабо сцеплены с пакетом. Оторвавшиеся элементы стружки перекрывают выходное отверстие в корпусе через которое вылетает получаемый порошок, что приводит к образованию козла и прекращению процесса распыления.

Кроме того, трудно заполнять камеры вьюнообразной стружкой, представляющей собой длинные перепутанные пряди.

Цель изобретения - увеличение производительности установки за счет повышения выхода годного.

Указанная цель достигается тем, что установка для переработки вьюнообразной стружки в порошок, содержащая механизм загрузки, устройство для ее формования в полый цилиндрический пакет, включающее корпус с проходной и тупиковой камерами и механизмами вращения и осевого перемещения пакета, в также размещенный в полости кольцевых камер плазматрон для плазменной резки и диспергирования пакета в порошок, снабжена дополнительным плазматроном для оплавления наружной поверхности пакета перед диспергированием, смонтированным в корпусе устройства

для формовки стружки, при этом оси сопел плазматрона оплавления и диспергирования пакета расположены в одной плоскости. Механизм загрузки стружки выполнен в виде вращаемого от привода намоточного

0 барабана, установленного в имеющей форму полого цилиндра загрузочной камере, при этом на наружной рабочей поверхности барабана предусмотрены продольные ребра, а загрузочная камера выполнена с рас5 положенными по винтовой линии сквозными пазами на ее боковой стенке, снабжена серповидными направляющими элементами, шэрнирно закрепленными в этих пазах, и скреплена с корпусом устрой0 ства для формования стружки со стороны проходной камеры.

Известна установка, в которой используется плазматрон оплавления, например, при механической обработке заготовок ре5 Зсэнием. В этом случае за счет локального оплавления заготовки непосредственно в плоскости резания снижается усилие резания, т. е. механическое воздействие на резец.

0В предлагаемой установке плазматрон

оплавления сваривает между собой элементы стружки на поверхности распыляемого пакета, вследствие чего предотвращается их отрыв.

5С помощью механизма загрузки вьюнообразную стружку, представляющую собой длинные пряди, ориентируют так, чтобы пряди располагались по окружности напротив входного отверстия проходной камеры,

0 и в таком ориентированном положении пряди перемещают в проходную камеру. За счет применения механизма загрузки снижается трудоемкость заполнения вьюнообразной стружкой проходной и тупиковой

5 камер,

Плазматрон оплавления оплавляет наружную поверхность рыхлого пакета, при этом отдельные элементы стружки свариваются между собой, в результате предотвра0 щается их отрыв в процессе распыления.

На фиг. 1 приведен механизм загрузки, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, поперечный разрез; на фиг. 3 - установка для переработки вьюнообразной стружки в по5 рошгж, продольный разрез.

Механизм загрузки состоит из загрузочной камеры 1. внутри которой расположен намоточный барабан 2, снабженный продольными ребрами 3. В боковой стенке загрузочной камеры по винтовой линии

выполнены сквозные пазы 4, в которых расположены подпружиненные серповидные направляющие элементы 5.

Устройств; для формования стружки в полый цилиндрический пакет (фиг. 3) состо- ит из корпуса 6, тупиковой камеры 7, проходной камеры 8, пустотелой консоли 9, плазматрона 10 распыления, плазматрона 11 оплавления и механизмом вращения и осевого перемещения, включающих вал 12 вращения, ходовой винт 13 с гайкой 14, кольцом 15 и толкателем 16, ходовой винт 17 с гайкой 18, кольцом 19 и толкателем 20 (вал вращения 12, ходовой винт 17, гайка 18, кольцо 19 и толкатель 20 на фиг. 3 условно повернуты).

Корпус имеет раструб 21с отверстием 22 и гнездо 23 с отверстием 24. Тупиковая камера 7 образована наружной 25 и внутренней 26 коаксиально расположенными цилиндрическими оболочками. Внутренняя оболочка с возможностью вращения закреплена на консоли 9, а наружная оболочка также с возможностью вращения - в корпусе 6. На наружной оболочке жестко закреп- лено зубчатое колесо 27, и в ней выполнены пазы 28 (не менее двух). Через каждый паз в тупиковую камеру проходит толкатель 16, прикрепленный одним концом к кольцу 15, расположенному снаружи тупиковой каме- ры с возможностью осевого перемещения по ее поверхности.

Проходная камера 8 по конструкции аналогична тупиковой камере. Она состоит из наружной 29 и внутренней 30 коаксиаль- но расположенных цилиндрических оболочек. Внутренняя оболочка 39 с возможностью вращения закреплена на консоли 9, а наружная оболочка с возможностью вращения-в корпусе 6. а наруж- ной оболочке 29 жестко закреплено зубчатое колесо 31, и в ней выполнены пазы 32 (также не менее двух). Через каждый паз в проходную камеру проходит толкатель 20, шарнирно прикрепленный к кольцу 19, рас- положенному снаружи проходной камеры с возможностью свободного осевого перемещения по ее поверхности.

Тупиковая 7 и проходная 8 камеры расположены соосно и с зазором между зазором между их смежными торцами, при этом в зазор между внутренними оболочками проходной и тупиковой камер входит кольцевой выступ 33, выполненный на консоли 9.

Пустотелая консоль 9 одним концом за- креплена в торцовой стенке корпуса 6. В боковой стенке консоли выполнено отверстие 34. Внутри консоли расположен плаз- матрон 10 распыления, при этом ось сопла плазматронэ распыления совпадает с осью

отверстия 34 в консоли и осью отверстия 22 в раструбе 21.

Плазматрон 11 оплавления закреплен в гнезде 23, при этом ось его сопла совпадает с осью отверстия 24 в гнезде 23 и находится в одной плоскости с осью сопла плазматрона распыления.

Установка работает следующим образом.

В бункер 35 загружают стружку и с помощью привода 36 вращают намоточный барабан 2. Заправляют конец пряди стружки в полость загрузочной камеры до захвата ее ребрами 3 намоточного барабана 2. При вращении намоточного барабана прядь стружки наматывается на него и транспортируется из бункера 35. В процессе намотки отдельные пряди вьюнообразной стружки ориентируются по окружности, при этом ребра 3 предотвращают проскальзывание стружки на намоточном барабане при его вращении. По мере увеличения диаметра намотки стружка упирается в серповидные направляющие элементы 5, расположенные по винтовой линии в пазах 4, элементы вдавливаются в стружку, и она. как винт, на котором нарезают резьбу с помощью плашки, перемещается в осевом направлении, постепенно заполняя проходи/ю камеру 8. Толкатель 20 при этом не препятствует прохождению стружки, так как он поворачивается на шарнире и утапливается в пазу 32. С помощью привода вращают ходовой винт 17, при этом гайка 18, двигаясь по винту, перемещает кольцо 19 с толкателем 20. Толкатель захватывает стружку и перемещает ее в сторону тупиковой камеры 7.

Приводом вращают ходовой винт 17 в противоположном направлении и перемещают толкатель 20 в исходное положение, т. е. к входу проходной камеры . Затем перемещают следующую порцию стружки в направлении тупиковой камеры. Эти операции повторяют до полного заполнения стружкой тупиковой и проходной камер. Сформированный таким образом пакет одновременно находится в тупиковой и проходной камерах, а также в зазоре между ними. В зазоре между камерами внутренний диаметр пакета ограничен выступом 33 на консоли 9, а наружный - корпусом 6.

С помощью плазматрона 11 оплавления генерируют плазменную струю. Приводом 37 вращают вал 12, на котором расположены шестерни 38 и 39, входящие в зацепление с зубчатыми колесами 27 и 31, при этом наружные оболочки камер синхронно вращаются. Вместе с ними вращаются пакет и внутренние оболочки 26 и 30 тупиковой и проходной камер.

В зоне воздействия плазменной струи, генерируемой плазматроном 11, наружная боковая поверхность пакета оплавляется, и частицы стружки свариваются между собой. Когда оплавленная зона оказывается напротив отверстия 22 в раструбе 21, возбуждают плазматрон 10 распыления.

Плазменная дуга, генерируемая плазматроном распыпения 10, через отверстие 34 в консоли 9 воздействует на пакет и разрезает его в плоскости, перпендикулярной его оси. За счет газодинамических сил плазменной дуги расппав из зоны реза выдувается и распыляется. Распыленные частицы через отверстие 22 в раструбе 21 попадают в окружающее пространство или в кристаллизатор, где происходит их охлаждение.

После поворота пакета на 360° плазменная дуга, генерируемая плазматроном распыления, разрезает его на две части: одна часть находится в тупиковой камере, а другая - в проходной. Между частями образуется зазор, равный ширине реза. Для продолжения процесса распыления образовавшиеся части пакета перемещают ка- встречу друг другу до упора. Перемещение пакета, находящегося в тупиковой камере, осуществляют вращением ходового винга 13с помощью привода 40, при этом гайка 14 движется по винту и перемещает кольцо 15 с толкателем 16. Перемещение пакета из проходной камеры осуществляют вращением ходового винта 17, гайки 18, кольца 19 и тблкателя 20. После сближения частей пакета его поворачивают еще на 360° и опять сближают.

Операции сближения и вращения осуществляют до тех пор, пока одна или обе части пакета не достигнут минимальной длины, при которой тепловое воздействие плазменных струй, генерируемых плазмат- ронами распыления и оплавления, не будет угрожать выходу из строя толкателей 16 и 20.

Для перр работки новой порции стружки толкатели 16 и 20 отводят в крайние противоположные положения и осуществляют заполнение камер стружкой, как описано выше.

Наличие механизма загрузки снижает трудоемкость заполнения вьюнообразной стружкой проходной и тупиковой камер, а наличие плазматрона оплавления обеспечивает сваривание отдельных элементов стружки, за счет чего предотвращается их отрыв в процессе распыления.

П р и м е р. Из стружки нержавеющей стали Х18Н ЮТ формовали полый цилиндрический пакет с наружным диаметром 300 мм и внутренним диаметром 260 мм, плотностью 0,20 от плотности компактного материала стружки. Пакет вращали со скоростью 3,5 об/мин. Оплавление производили дуговым плазматроном при следующем режиме

его работы: плазмообразующий газ - смесь аргона с азотом в соотношении 1:1; расход плазмообразующего газа 0,5 м3/ч; сила тока 150 А.

Распыление производили дуговым

0 плазматроном при следующем режиме его работы: плазмообразующий газ - смесь аргона с азотом в соотношении 1:3; расход плазмаобразующего газа 6,0 м3/ч: сила тока режущей дуги 350 А.

5 В процессе оплавления происходило сваривание элементов стружки в поверхностном слое пакета. При этом образовывались кольцевая канавка, т. е. наружный диаметр пакета в этом сечении уменьшался,

0 а плотность пакета увеличивалась.

При распылении практически полностью отсутствовал вырыв элементов стружки из пакета. Распыление этого же пакета без предварительного оплавления его по5 верхности осуществить не удалось, так как стружка в пакете разрезалась в зоне реза на элементы, которые вырывались из пакета и происходило зарастание выходного отверстия, т. е. образовывался козел.

0

Формула изобретения

1.Установка для переработки вьюнообразной стружки в порошок, содержащая ме5 ханизм загрузки стружки, устройство для ее формования в полый цилиндрический пакет, включающее корпус с проходной и тупиковой кольцевыми камерами и механизмами вращения и осевого переме0 щения пакета, а также размещенный в полости кольцевых камер плазматрон для плазменной резки и диспергирования пакета в порошок, отличающаяся тем, что, с целью увеличения производится ьностиус5 тановки за счет повышения выхода годного, она снабжена дополнительным плазматроном для плазменного оплавления наружной поверхности пакета перед диспергированием, смонтированным в корпусе устройства

0 для формовки стружки, при этом оси сопел плазматронов оплавления и диспергирования пакета расположены в одной плоскости.

2.Установка по п. 1, отличающая- с я тем, что механизм загрузки стружки

5 выполнен в виде вращаемого от привода намоточного барабана, установленного в имеющей форму полого цилиндра загрузочной камере, при этом на наружной рабочей поверхности барабана предусмотрены продольные ребра, а загрузочная камера выпол йена с расположенными по винтовой линии сквозными пазами на ее боковой стенке, снабжена серповидными направляющими элементами, шарнирно закрепленными в

этих пазах, и скреплена с корпусом устройства для формования стружки со стороны проходной камеры.

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть применено в установках для переработки вьюнообразной стружки в порошок методом плазменного диспергирования. Целью изобретения является увеличение производительности установки за счет повышения выхода годного. Вьюнообразную стружку формуют в полый цилиндрический пакет. С помощью плазменной струи пакет стружки разрезают на две половины с одновременным диспергированием стружки в зоне реза в металлический порошок. затем полученные половины пакета сближают между собой и плазменной струей диспергируют зону стыка. Далее цикл повторяется. Для повышения выхода годного перед диспергированием наружную поверхность пакета стружки локально оплавляют дополнительной плазменной струей до сварки отдельных элементов стружки между собой. В результате повышается производительность устройства. 1 з.п.ф-лы. 3 ил.

т

. г

Фиг 3