Лабораторна робота №1 Дослідження процесу отримання порошків металів та сплавів механічним подрібненням
Дослідження процесів отримання порошків металів та сплавів механічним подрібненням можна проводити з використанням кульових, вібраційних або планетарних млинів.
Перед виконанням лабораторної роботи студент повинен ознайомитися з будовою і принципом дії млина.
Так кульовий млин складається з циліндричного барабану, в який завантажують матеріал, що розмелюється і кулі ( тіла для розмелу), (рис.2.1).Кулі, завантажені в циліндричний барабан, що обертається навколо горизонтальної осі, піднімаються по напрямку обертання під впливом відцентрової сили, тертя об внутрішню стінку барабана та між собою. Висота підйому куль і кут нахилу верхнього рівня куль залежить від швидкості обертання барабана.
І - електродвигун; 2 - редуктор; 3 - барабан; 4 – молольні тіла
Рисунок 2.1- Схема кульового млина
У залежності від частоти обертання барабана може бути кілька режимів руху куль (рис.2.2). При повільному обертанні барабана кулі піднімаються на невелику висоту, а потім, досягши верхньої точки, сковзають і перекочуються одна по одній вниз. При такій траєкторії руху куль вони роблять в основному подрібнюючий вплив на матеріал, що розмелюється, (рис.2.2,б).Зі збільшенням швидкості обертання кулі піднімаються на велику висоту і , падаючи з неї, подрібнюються (рис.2.2,в).При досить великій швидкості обертання барабана, яка називається критичною (Vкр ), відцентрова сила притискає кулі і матеріал, що розмелюється, до стінок барабана, і вони обертаються разом з ним (рис.2.2 г).
а - ковзання; б-перекочування; в- вільне падіння;
г - критична швидкість
Рисунок 2.2 - Режими руху розмелених тіл у кульовому млині
Критична частота обертання барабана залежить від його діаметру (D)
Звичайно розмел у кульових млинах ведуть при числі обертів барабану 0,75...85Vкр, . При цьому досягається найбільш ефективний розмел за рахунок ударного впливу куль на матеріал. На ступінь розмелу в кульовому млині також впливає загальна маса куль і співвідношення між розмірами куль і шматками матеріалу, який розмелюється. Максимальна маса куль визначається за формулою:
,
кг
де R- радіус барабану, м; L - довжина барабану, м; г - щільність матеріалу куль; ц- коефіцієнт заповнення млина (~ 0,5); м - коефіцієнт розпушення куль (0,6-0,7).
Важливе значення також має розмір тіл для розмелу. Для інтенсивного подрібнення розмір куль повинен бути у межах
d
=
-
D
,
де D - діаметр барабану, м.
При цьому доцільне співвідношенні діаметрів куль 4:2:1 при їхніх вагових співвідношеннях 10:3:1.
У залежності від геометрії млина (співвідношення розмірів барабану) може змінюватись спосіб дії куль на матеріал, що розмелюється від стираючого до ударного . При відношенні D:L = 3...5 переважає ударна дія куль, а при D:L = 3 і менше - стираюча. У зв'язку з цим для розмелу твердих і крихких матеріалів відношення D:L повинно бути більше трьох, а для розмелу пластичних матеріалів це відношення повинне бути менше трьох.
Форма частинок порошку, одержаного при розмелі в кульових млинах, як правило, рівноосна багатогранна. Він також має насипну щільність 30...40% від щільності компактного матеріалу у наслідок слабко розвинутої поверхні.
Розмелювати в кульових млинах найбільше зручно тверді і крихкі матеріали (вуглецева сталь, чавун, феросплави, тугоплавкі, крихкі сполуки - карбіди, бориди, нітриди, та ін.).
Часто для інтенсифікації процесу розмелу матеріалів у кульових млинах застосовують рідке середовище. Останнє повинно бути інертним стосовно матеріалу, що розмелюється, а також щодо матеріалу куль і стінок барабана. Звичайно застосовують спирти, ацетон та воду. Інтенсифікувати процес розмелу також можна шляхом введення в барабан поверхнево-активних речовин, (наприклад, олеїнової кислоти).
При розмелі матеріалів необхідно приймати заходи для запобігання попадання в них домішок – кисню і продуктів взаємодії з рідким середовищем. Крім кисню в матеріал, що розмелюється, можуть попадати домішки у наслідок стирання матеріалів куль і стінок барабану.
Для боротьби із забрудненнями порошків матеріалом барабану застосовують футеровку стінок останнього зносостійким матеріалом або подібним тому , що розмелюється ( найчастіше використовують твердосплавну футеровку у вигляді пластин або наплавки).