СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ НА КАЧЕСТВО ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ

IMPROVEMENT OF THE TECHNOLOGY OF RECYCLING WASTES OF NON-FERROUS METALS ON THE QUALITY OF SECONDARY RAW MATERIALS

Irina Glazeva

applicant of St. Petersburg Mining University,

Russia, St. Petersburg

Maxim Glazev

graduate of St. Petersburg Mining University,

Russia, St. Petersburg

Vladimir Bazhin

doctor of Technical Sciences, Professor of St. Petersburg Mining University,

Russia, St. Petersburg

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассмотрен обзор одного из последних высокоэффективных способов получения качественного вторичного сырья на основе технологичного решения по измельчению отходов металлов и композиционных материалов. Описаны принципы переработки, которые позволяют контролировать размеры отделяемых элементов стружки. Это дает гарантированно требуемые размеры и форму частиц получаемого вторичного сырья.

ABSTRACT

In this article, we review an overview of one of the latest highly effective methods for obtaining high-quality secondary raw materials based on a technological solution for grinding metal waste and composite materials. The principles of processing are described, which make it possible to control the dimensions of the chip elements to be separated. This gives the guaranteed size and shape of the particles of the recycled material.

Ключевые слова: вторичное сырье, переработка отходов цветных металлов, стружка, металл, фрезерование.

Keywords: secondary raw materials, processing of non-ferrous metal waste, chips, metal, milling.

Не секрет, что большинство диспергированных металлов широко применяется в различных промышленных отраслях, как в чистом виде, в качестве сырья, так и в виде композиционных материалов. Стоит отметить, что в ряде случаев они могут быть также получены и из отходов посредством измельчения. Для этих целей, как правило, используется процесс фрезерования.

Полученное данным способом вторсырье должно, прежде всего, обладать требуемыми размерами измельченных частиц [1], поскольку отклонения его от заданного гранулометрического состава приводят к ухудшению физико-механических свойств получаемого изделия, а иногда и его браку.

Применяемые в промышленности способы механического измельчения, в частности фрезерование, позволяют сохранять физико-химические свойства исходного сырья, а это в ряде случаев является обязательным, например, при диспергировании композиционных материалов. Однако этот способ измельчения не дает стабильно получать отделяемые элементы стружки требуемых размеров.

В связи с этим, повышение эффективности измельчения отходов металлов, за счет стабильного обеспечения требуемых размеров срезаемых элементов стружки при фрезеровании является актуальной задачей.

Эту задачу можно решить путем управления вынужденными кинематическими колебательными перемещениями инструмента [1, 2].

С этой целью выполнен кинематический анализ перемещений зубьев вращающейся фрезы, которые получаются за счет сообщения ей еще и радиальных вынужденных колебаний, при этом на поверхности резания появляются волны синусоидальной формы, а режущая кромка фрезы на каждом последующем обороте снимает след от инструмента на предыдущем обороте. Срезанное сечение формируется следами нескольких смежных проходов инструмента, в результате сложения трех движений фрезы: равномерного вращательного, равномерного движения подачи и колебательного движения в радиальном направлении.

Рисунок 1. Сечения элементов стружки (А=2,4 мм), полученные при фрезеровании свинца

При анализе было определено условие, гарантирующее отделение элемента стружки. Также было выявлено, что требуемое значение амплитуды вынужденных радиальных колебаний уменьшается при приближении соотношения частоты колебаний и частоты вращения к величине, кратной 0,5 и стремится к бесконечности, если это соотношение равно целому числу.

При помощи специально разработанной компьютерной программы были рассчитаны размеры поперечного сечения срезаемого элемента стружки в зависимости от технологических параметров процесса вибрационного измельчения: амплитуды и частоты колебаний, подачи, диаметра фрезы и частоты вращения. Были получены размеры сечений для используемых режимов обработки при измельчении материалов, значения частоты вращения фрезы ω и подачи S, которые выбирались на основе известных методик.

Рисунок 2. Изменение размера dx в зависимости от амплитуды колебаний А: а — при однонаправленном вращении эксцентрика и фрезы; б – при разнонаправленном вращении эксцентрика и фрезы; 1 — ω = 100; 2 — ω = 50; 3 — ω = 130; 4 — ω = 30

В процессе исследования было выявлено, что возможен случай, когда появляется отрицательная скорость резания, направленная противоположно вращению инструмента. В этом случае появляется возможность получения мелкодисперсной стружки не упорядоченного размера.

В ходе эксперимента измельчению подвергались цветные металлы, алюминий, латунь, медь, бронза, применяемые в промышленности, пригодные к вторичной переработке (см. таблицу). В результате обсчета исходных данных и экспериментально полученных значений размеров срезаемых элементов, получили расхождение не более 10%. По результатам теоретических и экспериментальных исследований был разработан и внедрен новый способ и сопутствующее технологическое оборудование, которое позволяет с помощью процесса фрезерования металлов измельчать их для получения качественного вторичного сырья с пределом прочности до 100-120 МПа.

Рисунок 3. Вибрационно-фрезерный станок модели Ив-400

Внедрение разработок на промышленных предприятиях достаточно быстро обеспечило получение требуемых размеров, точности и формы срезаемых элементов стружки, увеличив содержание годного гранулята с 10-30% (по существовавшей до данной разработки технологии) до 60-95%. В результате значительно снизив количество бракованных изделий, получаемых из вторсырья, с 3,5-6% до 0,4-0,7%.

Список литературы:

1. Карпович О.И., Ревяко М.М., Хрол Е.З., Дубина А.В. Состав и структура полимерсодержащих отходов ОАО «Белцветмет» // Труды БГТУ. Серия 4: Химия и технология органических веществ. 2015. – №4 (177). – С.74-77.
2. Сергеев С.В. Повышение эффективности вибрационных процессов при обработке различных материалов: монография. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2004. – 262 с.
3. Сергеев С.В. Формообразование элементов стружки при вибрационном фрезеровании отходов металлов и пластмасс // Металлообработка. 2009. – №5. – С.9-14