RU2203773C2

RU2203773C2 - Method of producing metal powders

Info

Publication number: RU2203773C2
Application number: RU2001114229/02A
Authority: RU
Inventors: В.Г. Бакуменко; П.И. Булычев; А.А. Таланов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод"
Priority date: 2001-05-23
Filing date: 2001-05-23
Publication date: 2003-05-10

Abstract

FIELD: powder metallurgy; production of powders of chemically active metals. SUBSTANCE: powder with particle linear sizes within 0.1-6.0 mm is produced by milling of cylindrical blank rotating round its axis parallel to milling cutter rotating axis by varying of ratio of rotational speeds blank and milling cutter, milling cutter feed rate and size of its cutting edge. In this case, ratio of blank rotational speed and cutting mill rotational speed is maintained within 1/100-1/1000. EFFECT: higher process efficiency, possible variation of geometry and sizes of powder particles and reduced fire and explosion hazards. 1 dwg, 1 ex

Description

Предлагаемый способ относится к области металлургии, а именно к получению порошков металлов, в том числе химически активных, методом фрезерования. The proposed method relates to the field of metallurgy, and in particular to the production of metal powders, including chemically active ones, by the milling method.

Существующие методы получения порошков подразделяют на механические и физико-химические ("Технология металлов и материаловедение". Под редакцией Усовой Л. Ф. - М.: Металлургия, 1987). Из физико-химических методов для получения порошков химически активных металлов наиболее пригоден электролиз расплавленных солей. Однако отделение полученных частиц металла от электролита, например, с помощью отмывки водой или растворами солей для таких металлов, как кальций, магний и других, часто непригодно из-за их химической активности. Existing methods for producing powders are divided into mechanical and physicochemical ("Technology of metals and materials science." Edited by Usova L.F. - M .: Metallurgy, 1987). Of the physicochemical methods for producing powders of chemically active metals, electrolysis of molten salts is most suitable. However, the separation of the obtained metal particles from the electrolyte, for example, by washing with water or salt solutions for metals such as calcium, magnesium and others, is often unsuitable due to their chemical activity.

Из механических методов в настоящее время применяются такие, как распыление струи расплавленного металла (патент РФ 2199734, бюл. 15, 27.05.2000) и обработка металла резанием с получением частиц, а не сливной стружки. Of the mechanical methods currently used such as spraying a jet of molten metal (RF patent 2199734, bull. 15, 05/27/2000) and metal processing by cutting to produce particles, rather than drain chips.

Недостатком метода распыления расплава является большой расход электроэнергии на нагрев и плавление металла, а также необходимость создания защитной атмосферы для расплава. The disadvantage of the method of spraying the melt is the high energy consumption for heating and melting the metal, as well as the need to create a protective atmosphere for the melt.

Для получения порошков используют также различные способы измельчения металлов обработкой резанием, осуществляемые с помощью мельниц и дробилок (Gert Schubert "Aufbereitung metallischer Sekundarrohstoffe", VEB Deutscher Verlag fur Grundstoffindustrie, Leipzig, 1984). Various powders are also used to obtain powders by metal cutting using mills and grinders (Gert Schubert "Aufbereitung metallischer Sekundarrohstoffe", VEB Deutscher Verlag fur Grundstoffindustrie, Leipzig, 1984).

Известен выбранный в качестве ближайшего аналога способ, в котором получение порошка металла осуществляется фрезерование заготовки (С.С. Кипарисов и др. Порошковая металлургия. - М.: Металлургия, 1991, с. 22). Недостатками данного способа являются: высокая пожаровзрывоопасность процесса получения порошка химически активного металла, частицы которого имеют произвольные линейные размеры, а также низкий выход металла в порошок. A known method selected as the closest analogue is in which the preparation of metal powder is carried out by milling a workpiece (S. S. Kiparisov et al. Powder metallurgy. - M .: Metallurgy, 1991, p. 22). The disadvantages of this method are: high fire and explosion hazard of the process of obtaining a powder of a chemically active metal, particles of which have arbitrary linear dimensions, as well as a low yield of metal in powder.

Высокая пожароопасность процесса обусловлена тем, что в данном способе используются высокие скорости резания металла. При этом большая часть энергии затрачивается на нагрев химически активного металла, особенно в конце процесса, когда отвод тепла от остатка слитка вглубь металла невозможен. Кроме того, образующиеся тонкие частицы с размерами до 90 мкм склонны к образованию взрывоопасной пылевоздушной смеси. The high fire hazard of the process is due to the fact that this method uses high metal cutting speeds. In this case, most of the energy spent on heating the reactive metal, especially at the end of the process, when heat removal from the remainder of the ingot deep into the metal is impossible. In addition, the resulting fine particles with sizes up to 90 microns are prone to the formation of explosive dusty air mixture.

Кроме того, использование в данном способе вертикальной торцевой фрезы затрудняет получение частиц с заданными линейными размерами из-за разных режимов резания и формообразования стружки на периферийных и внутренних (по отношению к слитку) участках срезаемого слоя. In addition, the use of a vertical end mill in this method makes it difficult to obtain particles with predetermined linear dimensions due to different cutting and shaping patterns of chips in the peripheral and internal (with respect to the ingot) sections of the cut layer.

При возвратно-поступательном движении исходного слитка для его надежного крепление к столу требуется не менее 1/10 его высоты. Поэтому выход металла в порошок из-за большого остатка фрезерования составляет не более 90%. With the reciprocating movement of the original ingot for its reliable fastening to the table requires at least 1/10 of its height. Therefore, the yield of metal into powder due to the large milling residue is not more than 90%.

Технический результат заключается в снижении пожаровзрывоопасности процесса получения порошков химически активных металлов, имеющих заданные линейные размеры частиц, а также повышения выхода металла в порошок. The technical result consists in reducing the fire and explosion hazard of the process of obtaining powders of chemically active metals having predetermined linear particle sizes, as well as increasing the yield of metal into powder.

В предложенном способе получения металлических порошков фрезерованием заготовки, согласно изобретению, порошок с линейными размерами частиц в интервале 0,1-6,0 мм получают фрезерованием цилиндрической заготовки, вращающейся вокруг оси, параллельной оси вращения фрезы, путем изменения отношения скоростей вращения заготовки и фрезы, скорости подачи фрезы и размера ее режущей кромки, при этом отношение скоростей вращения заготовки - n_{заготовки} и фрезы - n_фрезы поддерживают в интервале n_{заготовки}/n_фрезы = 1/100 - 1/1000.In the proposed method for producing metal powders by milling a workpiece according to the invention, a powder with linear particle sizes in the range of 0.1-6.0 mm is obtained by milling a cylindrical workpiece rotating around an axis parallel to the axis of rotation of the mill, by changing the ratio of the speeds of rotation of the workpiece and mill the feed speed of the cutter and the size of its cutting edge, while the ratio of the workpiece rotation speeds - n _workpiece and cutter - n _cutter support in the interval n _workpiece / n _cutter = 1/100 - 1/1000.

С целью повышения производительности процесса резания длина образующей цилиндрической фрезы может быть больше длины заготовки. In order to increase the productivity of the cutting process, the length of the generatrix of the cylindrical cutter may be greater than the length of the workpiece.

При параллельном расположении осей вращения заготовки и цилиндрической фрезы значительно увеличивается площадь обрабатываемой поверхности и, соответственно, повышается производительность процесса по объему получаемого порошка. With a parallel arrangement of the rotation axes of the workpiece and the cylindrical cutter, the area of the surface to be treated increases significantly and, accordingly, the productivity of the process increases in terms of the volume of powder obtained.

Схема процесса измельчения представлена на фиг.1. A diagram of the grinding process is presented in figure 1.

За счет изменения соотношения скоростей вращения заготовки (n_{заготовки}) и фрезы (n_фрезы), а также величины подачи (υ_подачи), регулируется крупность частиц порошка в интервале 0,1-6,0 мм. Образующиеся при фрезеровании частицы имеют форму, представленную на фиг.2. Длина частиц порошка а определяется отношением скоростей вращения фрезы и заготовки по формуле
а = K • (n_{зaгomoвки}/n_фрезы), [мм], (1)
где К - коэффициент, учитывающий диаметры фрезы и заготовки, расположение и геометрию резцов и другие параметры. К, определяется эмпирическим путем и может изменяться от 50 до 1500 [мм].By changing the ratio of the rotation speeds of the workpiece (n _workpiece ) and the cutter (n _cutter ), as well as the feed rate (υ _feed ), the particle size of the powder is regulated in the range of 0.1-6.0 mm. The particles formed during milling have the shape shown in FIG. 2. The length of the powder particles a is determined by the ratio of the rotational speeds of the cutter and the workpiece according to the formula
a = K • (n _blanks / n _cutters ), [mm], (1)
where K is a coefficient taking into account the diameters of the cutter and the workpiece, the location and geometry of the cutters and other parameters. K, is determined empirically and can vary from 50 to 1500 [mm].

Толщина частиц в определяется величиной подачи инструмента за оборот заготовки (υ_подачи) по формуле
B = υ_подачи/n_{заготовки} [мм]. (2)
Ширина частиц С определяется размером режущей кромки инструмента.The thickness of the particles in is determined by the value of the tool feed per revolution of the workpiece (υ _feed ) according to the formula
B = υ _feed / n _workpiece [mm]. (2)
The width of the particles C is determined by the size of the cutting edge of the tool.

Так как способ предназначен для переработки химически активных металлов, то получение более тонких порошков (менее 0,1 мм) приводит к повышению пожароопасности процесса. Частицы большей крупности целесообразно получать другими методами, указанными в аналогах. Since the method is intended for the processing of chemically active metals, the production of finer powders (less than 0.1 mm) leads to an increase in the fire hazard of the process. Particles of larger size should be obtained by other methods indicated in the analogues.

Надежное крепление исходной заготовки в предлагаемом способе осуществляется за счет элементов находящейся внутри нее оправки. Поэтому остаток фрезерования определяется прочностью исходного металла. На практике процесс получения порошка проводят до начала разрушения остатка, масса которого составляет не более 2% от массы заготовки. Выход металла в порошок - не менее 97%. Reliable fastening of the original workpiece in the proposed method is carried out due to the elements of the mandrel inside it. Therefore, the remaining milling is determined by the strength of the source metal. In practice, the process of obtaining the powder is carried out before the destruction of the residue, the mass of which is not more than 2% of the mass of the workpiece. The yield of metal in powder is not less than 97%.

В проанализированных источниках патентной и научно-технической информации совокупность существенных признаков заявляемого изобретения не выявлена. In the analyzed sources of patent and scientific and technical information, the set of essential features of the claimed invention was not identified.

Пример. Example.

В качестве исходной заготовки использовали слиток кальция цилиндрической формы диаметром 350 мм, массой 65,0 кг. Получение порошка металла проводили по схеме, представленной на фиг.1. A cylindrical calcium ingot with a diameter of 350 mm and a mass of 65.0 kg was used as the initial preform. Obtaining a metal powder was carried out according to the scheme shown in figure 1.

При вращении исходной заготовки и цилиндрической фрезы со скоростью 2 об/мин и 600 об/мин соответственно скорость подачи инструмента составляла 1,6 мм/мин за оборот заготовки. Таким образом, отношение скоростей вращения составило (n_{заготовки}/n_фрезы) = 1/300 (коэффициент К = 660). В процессе получения порошка использовали фрезу с шириной кромки резцов 2 мм.When the initial workpiece and the cylindrical mill were rotated at a speed of 2 rpm and 600 rpm, respectively, the feed rate of the tool was 1.6 mm / min per revolution of the workpiece. Thus, the ratio of rotational speeds was (n _blanks / n _cutters ) = 1/300 (coefficient K = 660). In the process of obtaining the powder, a cutter with a cutter edge width of 2 mm was used.

Образующийся при фрезеровании порошок легко удалялся из зоны резания и ссыпался по желобу в контейнер. The powder formed during milling was easily removed from the cutting zone and poured into the container along the gutter.

Производительность процесса по порошку составила 45 кг/ч. Цилиндрический остаток металла после фрезерования имел массу 0,9 кг, что составило ~1,4%, соответственно выход годного ~98,6%. Полученный порошок кальция имел размер частиц от 0,1 до 3,0 мм. При этом основную массу порошка (~85%) представляли частицы, имеющие длину а = 2,0-2,4 мм, толщину в = 1,5-1,7 мм и ширину с = 1,9-2,1 мм, что соответствует приведенным выше формулам (1) и (2). The performance of the powder process was 45 kg / h. The cylindrical metal residue after milling had a mass of 0.9 kg, which was ~ 1.4%, respectively, the yield was ~ 98.6%. The resulting calcium powder had a particle size of from 0.1 to 3.0 mm. The bulk of the powder (~ 85%) was represented by particles having a length a = 2.0-2.4 mm, a thickness b = 1.5-1.7 mm and a width c = 1.9-2.1 mm, which corresponds to the above formulas (1) and (2).

Заявляемый способ показан на примере получения порошка кальция. Однако это не ограничивает область его применения. Способ может применяться для получения порошков химически активных металлов, таких как магний, цирконий, титан и других, а также для их сплавов. The inventive method is shown in the example of obtaining calcium powder. However, this does not limit its scope. The method can be used to obtain powders of chemically active metals, such as magnesium, zirconium, titanium and others, as well as their alloys.

Claims

A method of producing metal powders by milling a workpiece, characterized in that a powder with linear particle sizes in the range of 0.1-6.0 mm is obtained by milling a cylindrical workpiece rotating around an axis parallel to the axis of rotation of the mill, by changing the ratio of the speeds of rotation of the workpiece and mill, speed the feed of the cutter and the size of its cutting edge, while the ratio of the workpiece rotation speeds — n _blanks and cutters — n _{cutters is} maintained in the interval n _blanks / n _cutters = 1 / 100-1 / 1000.