Разработка конструкции и технологии изготовления импеллера флотационной машины на основе аддитивных технологий

Постоянное увеличение потребления черных, цветных, благородных и редких металлов в народном хозяйстве требует повышения эффективности добычи и обогащения полезных ископаемых. Одним из основных методов обогащения, применяемых в технологическом процессе переработки различных руд, считается пенная флотация. Приведено краткое описание этого процесса, проанализированы различные конструкции флотационных машин. Работа посвящена модернизации аэрационного узла флотационных машин конструкции «РИФ». Отмечено, что при проектировании таких машин эффективно используется модульный принцип компоновки агрегатов, который позволяет модернизировать отдельные узлы, повышая эффективность работы машины в целом. Основной деталью этого узла является самая сложная и быстро изнашиваемая деталь – импеллер. Проанализированы различные конструкции импеллеров и технологии их изготовления. Отмечено, что в существующих конструкциях флотационных машин импеллеры изготавливают из стали. Предложено заменить этот материал на полиуретан, который получил широкое распространение как конструкционный материал в связи с появлением аддитивных технологий при производстве различных деталей. Это материал имеет относительно невысокую стоимость и обладает повышенной сопротивляемостью износу. Сформулированы основные требования к важнейшим операциям технологического процесса изготовления импеллера. Для этого в системе трехмерного автоматизированного проектирования Компас разработана 3D-модель модернизированной конструкции импеллера. Предложена аддитивная технология послойного изготовления импеллера на 3D-принтере с использованием программы-слайсера Ultimaker Cura. Для изготовления импеллера предложенной конструкции из полиуретана разработана технология производства методом послойного наплавления Fused Deposition Modeling (FDM).

1. Бухоров Ш.Б., Қодиров Х.И. Абдикамалова А.Б. Эшметов И.Д. Значения флотационного процесса, исследование флотационных реагентов и механизмов их действия на поверхности раздела фаз // UNIVERSUM: Химия и биология: Электронный научный журнал. 2020. № 9(75). Режим доступа: URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/10620 (дата обращения: 07.05.2021).

2. Зимин А.В. ЗАО НПО «РИВС» – итоги и достижения // Горный журнал. 2012. № 11. С. 4‒5.

3. Fayed H., Ragab S. Numerical simulations of two-phase flow in a self-aerated flotation machine and kinetics modeling // Minerals. 2015. Vol. 5. No. 2. P. 164‒188. https://doi.org/10.3390/min5020164

4. Gorain B.K., Franzidis J.P., Manlapig E.V. Flotation cell design: application of fundamental principles // Encyclopedia of Separation Science. Vol. II. Academic Press, 2000. P. 1502–1511.

5. Gorain B. Developing solutions to complex flotation problems // Proceedings of the 34th Canadian Mineral Processors Conf. Ottawa, January 22–24, 2013. P. 293–312.

6. Nelson M.G., Lelinski D., Gronstrand S. Design and operation of mechanical flotation machines // Recent Advances in Mineral Processing Plant Design / D. Malhotra, P. R. Taylor, E. Spiller, M. LeVier eds. Englewood, CO: SME, 2009. P. 168–189.

7. Bellini A., Guceri S. Mechanical characterization of parts fabricated using fused deposition modeling // Rapid Prototyping Journal. 2003. Vol. 9. No. 4. P. 252–264. https://doi.org/10.1108/13552540310489631

8. Зленко М.А., Попович А.А., Мутылина И.Н. Аддитивные технологии в машиностроении. Режим доступа: https://elib.spbstu.ru/ dl/2/3548.pdf/download/3548.pdf (дата обращения: 07.05.2021).

9. Sedykh L.V., Albul S.V., Efremov D.B., Sukhorukova M.A. Application of additive technologies for manufacturing a wear-resistant steel pipe outlet // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 971. Article 022002. http://doi.org/10.1088/1757-899X/971/2/022002

10. Emer C., Jameson G.J. Aspects of flotation in a fluidized bed // 26th Int. Mineral Processing Congress (IMPC 2012): Conf. Proceedings. New Delhi, India, 24‒28 September 2012. P. 2271‒2278.

11. Jameson G.J. New directions in flotation machine design // Mineral Engineering. 2010. No. 23. Р. 835‒841. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2010.04.001

12. Пат. 2158186 РФ. Аэратор / Зимин А.В., Шульц П.П.; заявл. 04.25.2000; опубл. 27.10.2000. Бюл. № 30.

13. Пат. 2225263C2 РФ. Аэрационный узел флотационной машины / Гладышев А.М., Токарев Н.В.; заявл. 20.11.2003; опубл. 10.03.2004. Бюл. № 7.

14. Пат. 2423186 РФ. Аэрационный узел / В.И. Журавлев, Д.В. Шехирев, А.М. Думов, Н.В. Кудрявцев, А.В. Панькин; заявл. 28.05.2009; опубл. 10.07.2011. Бюл. № 19.

15. Пат. 1789279 СССР. Импеллер флотационной машины / Шульц П.П., Лякушин С.Д., Фомин А.М.; заявл. 11.04.1989; опубл. 23.01.1993. Бюл. № 3, 4.

16. ГОСТ 34376.1-2017. Пластмассы. Термопластичные полиуретаны для формирования и экструзии. Введен 2018-06-01. М.: Издво стандартов, 2018. 11 с.

17. Naumova M.G., Morozova I.G., Aliev K.B. Creating a project for modernizing the feeding balls device to a ball mill using 3D modeling // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 971. No. 5. Article 052025.https://doi.org/10.1088/1757-899X/971/5/052025

18. Gerasimova A., Gorbatyuk S., Devyatiarova V. Application of gasthermal coatings on low-alloyed steel surfaces // Solid State Phenomena. 2018. Vol. 284. P. 1284‒1290. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.284.1284

19. Снитко С.А., Яковченко А.В. Влияние режима осевого обжатия на разнотолщинность обода колесной заготовки на начальной стадии ее прокатки // Металлург. 2017. № 5. С. 46‒51.

20. Albagachiev A.Y., Keropyan A.M., Gerasimova A.A., Kobelev O.A. Determination of rational friction temperature in lengthwise rolling // CIS Iron and Steel Review. 2020. Vol. 19. P. 33‒36. https://doi.org/10.17580/cisisr.2020.01.07

21. Валиуллин И.И., Кобелев О.А., Наумова М.Г., Морозова И.Г., Пашков А.Н., Наговицын В.А., Голощапов К.В. Применение дискретного двухрядного скребкового очистителя – эффективный способ очистки ленточных конвейеров для перемещения сыпучих материалов // Металлург. 2020. № 12. С. 89‒93.

22. Low-cost 3D Printing for Science, Education & Sustainable Development. Режим доступа: https://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/dow nload?doi=10.1.1.410.790&rep=rep1&type=pdf (дата обращения 07.05.2021).

23. Software Ultimaker. Режим доступа: https://ultimaker.com/software (дата обращения 07.05.2021).

24. Учебник по Cura 3D – как пользоваться программой-слайсером Cura. Режим доступа: https://3dpt.ru/blogs/support/cura (дата обращения 07.05.2021).