Вдосконалення технології виготовлення матеріалів триботехнічного призначення із відходів машинобудівного виробництва

 

 

 

 

Актуальність теми. На даний час, в умовах ринкової економіки, в машинобудуванні поставлені високі вимоги до виробництва деталей: зниження працемісткості виготовлення і витрат матеріалів, підвищення їх експлуатаційних властивостей. Сучасний етап технологічного розвитку в сфері механообробки характеризується низьким коефіцієнтом використання матеріалу, що не перевищує в середньому 30%. При цьому коефіцієнт використання металовідходів в середньому становить 20%. Тому раціональним є повернення їх у виробництво, зокрема методом порошкової металургії. Аналіз стану вторинних ресурсів – відходів виробництв металооброки – показує, що тільки 20% з них утворюються у вигляді шматкових відходів. Основну масу металовідходів складає стружка – потенційне джерело сировини для виробництва металопорошків. На заводах порошкової металургії використовують технології утилізації стружки і прокатної окалини металургійних підприємств, які після розплаву розпиляються в порошок із заданими фізико-хімічними і технологічними властивостями. Порошок після пресування і спікання перетворюється в готові деталі.

Водночас на підприємствах машинобудівної галузі в результаті механічної обробки шарикопідшипникових сталей утворюється значна кількість металічних відходів – шліфувальних шламів. На даний момент шламові відходи не утилізуються, хоча мають високу однорідність за хімічним складом та властивостями. Десятки тисяч тонн цих відходів вивозиться на захоронення, що призводить до забруднення ґрунту та гідросфери. Вирішення задачі утилізації дозволяє повернути у виробництво сировину, з високим вмістом легуючих елементів, для порошкової металургії та вирішити проблему накопичення шламових відходів з точки зору екології.

У зв’язку з цим актуальним є вирішення питання використання диспергованих металовідходів для виробництва порошків безпосередньо в місцях їх утворення шляхом організації дільниць отримання металічних порошків і виготовлення на їх основі порошкових виробів.

Технологічний процес отримання порошку легованої сталі ШХ15 із шліфувальних шламових відходів, розроблений в Луцькому національному технічному університеті, тривалий час був незатребуваний виробництвом. Це пов’язано із нестабільністю хімічного складу порошку сталі, отриманого із різних партій шліфошламу. Також такий порошок має неметалічні домішки, несферичну форму металічних часток, високу твердість порошку, незадовільні технологічні властивості. Тому виникла необхідність пошуку найбільш прийнятних режимів переробки шламових відходів. Крім того, на даний час необхідно розширити області використання порошків, виходячи із рівня властивостей спечених виробів.

Вибір деталей для виготовлення методом порошкової металургії здійснюють із врахуванням сучасних тенденцій розвитку порошкової металургії – зведення до мінімуму кінцевої механічної обробки. Безвідходна консолідація порошкових шихт у вироби за допомогою операцій пресування та спікання реалізує одночасно ресурсозберігаючий та екологічний потенціал порошкової металургії.

Порошки сталі ШХ15, отримані зі шліфошламів, можуть використовуватися для виготовлення деталей конструкційного, антифрикційного і фрикційного призначення, деталей для електротехнічної промисловості, які в даний час виготовляються із порошків заліза та графіту. Найбільш доцільним, з цієї точки зору, може бути виготовлення деталей простої форми для масового виробництва, наприклад, таких як втулки ковзання, підшипники ковзання, контакти струмоприймачів тощо.

Саме тому цікавим та перспективним з наукової та практичної точки зору є рішення певних проблем ресурсозбереження, підвищення продуктивності, поліпшення екології за рахунок утилізації шліфувальних шламів металообробки, виготовлення та використання виробів з металічної складової у вигляді порошку легованої сталі.

Зв’язок роботи з науковими роботами, програмами, планами, темами. Робота є закінченим дослідженням, яке виконувалось у Луцькому національному технічному університеті в рамках державних науково-дослідних робіт за темами: „Дослідження та впровадження у виробництво технології переробки відходів підшипникового виробництва” (держ. реєстр. № 2356-97), „Вдосконалення технології та обладнання для виготовлення фільтруючих матеріалів з промислових відходів” (держ. реєстр. №0105U000806) та „Розробка теоретичних основ консолідації в сучасному матеріалознавстві” (держ. реєстр. № 0103U000279), а також господарських науково-дослідних робіт за темами: „Дослідження технологічних режимів отримання порошків із шліфувальних шламів” (№ 5008), „Дослідження та впровадження у виробництво технології переробки відходів підшипникового виробництва” (№ 6112).

Автор дисертації брав безпосередню участь у виконанні вказаних тем як виконавець.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є розв'язання науково-виробничої задачі раціонального використання відходів машинобудівного виробництва шляхом оптимізації складу і створення матеріалів для виготовлення виробів триботехнічного призначення.

Для досягнення мети необхідно було вирішити такі наукові і практичні завдання:

• Розробити технологічну схему отримання порошкового матеріалу із підшипникового шламу та дослідити його фізико-технологічні властивості.
• Провести теоретичні дослідження існуючих математичних моделей подрібнення матеріалів та оптимізувати технологію подрібнення порошків сталі ШХ15.
• Провести комплекс теоретичних та експериментальних досліджень вібраційного подрібнення порошків сталі ШХ15 та визначити закономірності ущільнення порошкових матеріалів під дією вібрацій.
• Дослідити вплив технологічних параметрів і складу початкової шихти на структуру, міцність та триботехнічні характеристики спечених матеріалів, отриманих із переробленого шламу сталі ШХ15, а також композитів із порошків даної сталі з добавками міді і графіту.
• Розробити композиційний матеріал триботехнічного призначення на основі порошку сталі ШХ15, отриманого із відходів шліфошламів.

Об’єкт дослідження – процес отримання порошків сталі ШХ15 із шліфошламів з оптимальними технологічними властивостями для виготовлення з них деталей триботехнічного призначення.

Предмет дослідження – закономірності подрібнення порошків сталі ШХ15 та триботехнічні властивості композиційних матеріалів на їх основі.

Методологія і методика досліджень. Робота виконана з використанням шліфувальних шламів та