Смазка для обработки металла давлением
СМАЗКИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПРИ ВОЛОЧЕНИИ ПРОВОЛОКИ
Различные процессы волочения проволоки, прутков и труб, а также глубокая вытяжка и штамповка имеют общие черты: усилие, необходимое для совершения операции, передается через часть изделия, которая к этому моменту уже прошла обработку. Это усилие не должно превышать предела прочности материала протягиваемого изделия, поэтому величина деформации, которая может быть достигнута за одну операцию, ограничена.
Никакие усовершенствования, ни в смазке, ни в методе волочения, не могут обеспечить обработку в каждом проходе со степенью деформации, превышающей некоторую максимальную величину (при волочении проволоки максимальная степень деформации обычно не превышает 60% и зависит от градиента упрочнения материала). Чтобы достичь больших суммарных деформаций, целая серия операций должна быть выполнена последовательно. При волочении проволоки заготовка может проходить через большое количество волок — иногда число волок доходит до пятидесяти. Когда износ достигает такой величины, что размер изделия выходит за верхний допуск, волока снимается с эксплуатации для перешлифовки на следующий больший размер. Главная цель применения смазки при волочении проволоки — уменьшение износа волоки и предупреждение схватывания изделия с инструментом. Смазка с целью уменьшения усилия волочения обычно имеет второстепенное значение.
Каждый из процессов волочения имеет свои особенности и должен рассматриваться отдельно.
СМАЗКИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПРИ ПРОКАТКЕ МЕТАЛЛА
При холодной прокатке обрабатываемый материал деформационно упрочняется и давление металла на валки может вызвать значительные упругие деформации самих валков. Валки радиусом R деформируются под действием металла таким образом, что образуется новый увеличенный местный радиус, определяемый выражением
где р — нагрузка на единицу ширины валка;
С — константа, выражающая упругие свойства материала валка;
Ah — обжатие ленты за проход.
Местный радиус может быть значительно (в 2—3 раза) больше радиуса недеформированного валка. Больший местный радиус кривизны означает, что лента и валок контактируют на большой площади (площадь контакта пропорциональна величине Y^R'Ah), и в результате возрастает общая нагрузка на валки. Очевидно, что при прокатке нагрузка на валки влияет на радиус деформированного валка. При некотором предельном значении давления дальнейшее увеличение обжатия не приводит к уменьшению толщины ленты.
Попытки прокатывать ленту меньшей толщины, увеличивая обжатия, вызывают дальнейшее сплющивание валков и рост напряжений трения; пластическая деформация не происходит вследствие того, что не достигнут предел текучести материала полосы. Минимальная толщи¬на ленты, которая может быть получена на данном стане, является важной характеристикой прокатного стана. Чтобы получить тончайшее изделие, необходимо уменьшить сплющивание валков.
Разность максимального и минимального напряжений не достигает предела текучести, умноженного на соответствующее значение коэффициента Лоде, Прим. ред. перевода.
СМАЗКИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПРИ ПРЕССОВАНИИ
Прессованием в многоочковую матрицу несколько прессизделий могут быть получены одновременно.
При прессовании труб и полых профилей игла, закрепленная в пуансоне^, проходит через слиток и образует полость в изделии (рис. 14).
Другим методом изготовления полых прессизделий является прессование легко прессуемого материала через язычковую матрицу, в которой выдавливаемый материал разделяется на несколько отдельных потоков в передней части матрицы, затем потоки свариваются вокруг небольшой иглы в задней части матрицы (рис. 15).
Рис. 14. Схема прессования труб с прямым истечением :
1 — заготовка; 2 — прессштемпель; 3 — контейнер; 4 - матричный узел; 5 — игла; 6 - прессизделие
Вариантами процесса прессования являются: прессование с обратным истечением, при котором один конец контейнера закрывается и металл заставляют течь в направлении обратном движению пуансона, поверх пуансона или по центру через полый пуансон (рис. 16); прессование с боковым истечением, иногда используемое для покрытия электрических кабелей оболочками из свинца или чистого алюминия; прессование профилей ступенчато переменного или плавно переменного сечения, при котором часть матрицы или игла могут перемещаться в ходе процесса; прессование прямоугольных слитков из плоского контейнера; если требуется тонкий и широкий профиль. Для получения плакированных прессизделий с тонким поверхностным слоем коррозионно стойкого металла используют прессование составных заготовок. Процесс прессования может быть использован также для получения сплошных полуфабрикатов из порошкового или гранулированного материала (производство полуфабрикатов из спеченного алюминиевого порошка).
СМАЗКИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПРИ КОВКЕ
Ковка — один из самых старых методов обработки металлов давлением. Может быть именно потому, что она основана на традиционном мастерстве, процесс ковки в течение долгого времени не был подвергнут глубоким научным исследованиям. Такие исследования стали проводить только в последние десятилетия.
Термином «ковка» обозначают ряд различных процессов. Первой простой классификацией может явиться разделение на горячую, холодную и теплую ковку, однако такая классификация весьма условна.
Мягкая сталь куется вхолодную при температуре 500 °С, в то время как обработка свинца при комнатной температуре по существу является горячим процессом. Если воспользоваться терминологией технологии смазки, то более удобно классифицировать операции обработки на высокотемпературные (> 500 °С), операции при комнатной температуре (О—60 °С), операции при промежуточных температурах операции при температурах ниже нуля, которые вызывают все больший интерес.
Операции ковки можно подразделить на ковку в открытых штампах и ковку в закрытых штампах.
СМАЗКИ ДЛЯ ОТДЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ
В процессах обработки металлов давлением изменение площади контактной поверхности может быть весьма значительно, как при прессовании (выдавливании) и прокатке, или весьма мало, как при глубокой вытяжке. Контактные напряжения могут быть очень высоки (прокатка тонкой ленты) или очень малы (гибка). Заготовка может находиться в контакте со стационарным жестким инструментом (волочение проволоки) или с мягким деформируемым материалом (штамповка в резиновой матрице), или вообще не находится в контакте с инструментом (гидроформовка). Скорости деформации могут быть очень значительны (высокоскоростное волочение проволоки) или очень малы (чеканка в штампе). Температура деформации может достигать значений, близких к точке плавления обрабатываемого материала (горячее прессование высоколегированных сплавов) или быть значительно менее нуля (криогенная формовка).
Ввиду значительных различий процессов обработки давлением существенно отличаются требования к смазкам, используемым в этих процессах. В этом разделе будут рассмотрены смазки только для некоторых процессов обработки.
Смазки можно классифицировать на ряд групп.
ОЦЕНКА СМАЗОК ДЛЯ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
Усилие деформирования элемента определяется не только величиной основной деформации, но также и поперечным расширением, являющимся причиной появления напряжений трения. Поскольку напряжения трения равны нулю на периферии диска и увеличиваются к центру, местное нормальное напряжение также растет от периферии (где его величина равна пределу текучести) до максимума в центре. Применяя уравнение равновесия сил и используя критерий пластичности Мизеса, можно определить изменение нормального напряжения р на боковых сторонах диска;
Анализ основан на допущении, что диск не образует бочки в процессе деформации. При этих условиях величина определяется для увеличенных степеней деформации и сравнивается с величиной при такой же деформации. Зависимость от степени деформации (т. е. диаграмма сжатия) должна быть известна, легче всего она определяется из дополнительных испытаний на сжатие высоких цилиндрических образцов с использованием методов Полаковского, Кука и Ларке.
Шрёдер и Уэбстер анализировали некоторые особенности сжатия диска.
Можно различить следующие три случая:
а) величина [л достаточно мала для того, чтобы скольжение могло произойти по всей поверхности раздела (случай, рассмотренный выше);
б) величина [х достаточно высока для того, чтобы был создан сдвиг по всей поверхности раздела — условие сухого трения;
в) промежуточные условия трения или геометрии, когда в центральных высоконапряженных областях развивается сухое трение, а на периферии сохраняется трение скольжения.
ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ТРЕНИЯ И СМАЗКИ
В большинстве исследований по трению и смазке используют скольжение одного материала по другому со слабой нагрузкой в присутствии соответствующей смазки. Полученные результаты в общем случае неприменимы к условиям обработки давлением. Однако другие теории трения и смазки для условий обработки металлов давлением до настоящего времени разработаны недостаточно.
Рис. 2. Процессы обработки давлением, имеющие геометрические условия для возникновения гидродинамического трения ;
а — прокатка; б — волочение проволоки; в — глубокая вытяжка;
1 — матрица; 2 — прижим; 3 — пуансон
Обычная смазка разделяется на две большие группы: гидродинамическую и граничную. В некоторых процессах обработки давлением, например прокатке и волочении, геометрия инструмента такова, что смазка затягивается в сужающуюся щель (рис. 2, а, б). Это является важным условием для образования масляного клина и развития гидродинамического трения, аналогично возникающему в подшипниках скольжения. Однако вследствие очень высоких контактных давлений трудно ожидать возникновения гидродинамических условий без использования специальных методов, способствующих развитию этого явления.
ПРИМЕНЕНИЕ СМАЗКИ ПРИ ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
Поскольку в процессах обработки металлов давлением объемное напряженное состояние обнаруживается чаще, чем одноосное, рабочие усилия обычно более высоки, чем усилия, определенные с учетом общей деформации из диаграммы растяжения.
На рис. 1, а показаны напряжения, возникающие в том случае, когда часть заготовки пластически деформирована. Материал в пластической зоне не может свободно деформироваться, потому что он связан с областями, которые испытывают только упругие деформации.
На рис. I, б представлена схема объемного сжатия при прошивке заготовки, возникающего в результате давления металла на жесткие стенки контейнера. На рис. 1, в изображено сжатие плоского диска. Силы трения, возникающие при этом, затрудняют деформацию приконтактных слоев диска.
При использовании смазки с целью уменьшения потребных усилий при обработке давлением важно знать соотношение действующих напряжений.
Ёсли составляющая от сил трения значительна, то даже небольшое улучшение свойств смазки может оказать заметное влияние на уменьшение потребных усилий и мощностей оборудования. Если же усилия расходуются главным образом на осуществление деформаций, то уменьшение коэффициента трения не даст заметного эффекта.
Другим направлением решения задач, связанных с процессами обработки металлов давлением, является установление верхнего предела возможной величины коэффициента трения (р).
Скольжение обрабатываемого материала по поверхности инструмента связано с низкой величиной р.
Рис. 1. Напряжения, возникающие при вдавливании в условиях плоской деформации (а), при прошивке (б) и при осадке диска (в) :
1 — упругие напряжения; 2 — пластическая зона; 3 — упругая зона; 4 — напряжения трения: 5 — удельные давления от боковых стенок контейнера
Смазка для горячей обработки металлов давлением
Использование: при производстве горячекатаных труб, например, для оправок прошивного стана. Сущность: смазка содержит в вес.%: триполифосфат натрия и хлористый натрий (2:1) 24-29,5; отходы от горения высокозольного твердого топлива и тальк (1:20) 35-39; цинковую пыль 1,0-1,5; углекислый кальций и клей поливинилацетатный (1:4) 30-40. Технический результат - повышение износостойкости инструмента и качества внутренней поверхности деформируемой трубы, увеличение скорости прокатки ≈ на 11-12%. 2 табл., 3 ил.
Предлагаемая смазка может быть использована при производстве горячекатаных труб.
При деформации нагретая заготовка соприкасается, как правило, с более холодным инструментом. В результате происходит разогрев контактной поверхности инструмента, снижение его твердости и прочности. На эти показатели влияет теплосопротивление промежуточного, разделительного слоя между металлом и инструментом. При низком коэффициенте теплопроводности в разделительном слое прочностные характеристики инструмента не уменьшаются. Это способствует повышению срока службы инструмента и качества внутренней поверхности труб.
Промежуточным, разделительным слоем является технологическая смазка, которая, кроме обеспечения теплоизоляции инструмента, способствует уменьшению напряжений трения и предотвращает нарушение сплошности слоя смазки на контактной поверхности инструмента и деформируемого металла.
Известны также высокотемпературные смазки и на основе различных стекол: алюмоборсиликатное стекло №185В; №31с; №124; №176; стеклосмазки, заявка на патент №2791924 (США); заявка на патент №262301 (ГДР) и др. Основой всех силикатных соединений является кремнезем SiO2 и окислы одновалентных соединений, двухвалентных главной и побочных групп, окислы высших валентностей. Этим обусловлены высокая вязкость и хорошая теплоизоляция стеклосмазок. Подобные смазки нашли применение при горячем прессовании труб. Однако текучесть этих смазок недостаточная, и поэтому сфера их применения ограничена диапазоном высоких температур, что не всегда приемлемо для обработки давлением.
Известны также твердые смазки для горячей деформации - это графит, дисульфид молибдена, тальк, слюда и др. Например, сухие смазочные материалы на основе нитрида бора и графита, заявка на патент №52-9274 (Япония); на основе боратов, сульфатов, заявка на патент №2341645 (Франция); на основе сульфатов, графита, фторированного графита, нитрида бора, дисульфида молибдена, дисульфида вольфрама, заявка на патент №4168241 (США). Эти смазки имеют хорошие антифрикционные свойства, но не отвечают другим требованиям горячей прокатки труб и могут быть использованы только в качестве наполнителя в основном составе.
Наиболее близкой по своей технической сущности к предлагаемой смазке является смазка по а.с. СССР №505674, содержащая триполифосфат натрия, хлористый натрий, гидроокись кальция и воду.
Недостатками этой смазки являются:
1. Низкие теплозащитные свойства.
2. Повышенный износ оправок при горячей прокатке и ухудшение качества внутренней поверхности труб.
Технологическая смазка, применяемая при горячей обработке металлов давлением, должна отвечать следующим требованиям:
1. Проявлять теплозащитные свойства.
2. Снижать напряжение трения между контактирующими поверхностями.
3. Обладать высокой несущей способностью и предотвращать нарушение сплошности слоя смазки при обработке давлением.
4. Иметь высокие адгезионные свойства.
5. Предотвращать массоперенос материала инструмента на трубу и образование на внутренней поверхности труб плен, рисок, вырывов частиц металла и т.п.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение износостойкости инструмента и качества внутренней поверхности деформируемой трубы при одновременном увеличении ее длины и времени контакта горячей трубы и холодного инструмента.
Для этого предлагается смазка на основе триполифосфата натрия и хлористого натрия, которая дополнительно содержит отходы от горения высокозольного твердого топлива, тальк, цинковую пыль, углекислый кальций и клей поливинилацетатный при следующем содержании компонентов, вес.%:
| Триполифосфат натрия и хлористый натрий | 24-29,5 |
| Отходы от горения высокозольного твердого топлива | |
| и тальк | 35-39 |
| Цинковая пыль | 1,0-1,5 |
| Углекислый кальций и клей поливинилацетатный | 40-30 |
1. Триполифосфат натрия и хлористый натрий (оптимальное соотношение 2:1) при температуре прокатки (прессования) нержавеющей стали (1050-1150°С) образуют жидкотекучий расплав, который реагирует с металлической поверхностью. В результате этого смазка способствует уменьшению напряжения трения за счет образующихся фосфатов и хлоридов железа.
2. Теплозащитные свойства смазки обеспечиваются введением отходов от горения высокозольного твердого топлива и талька (оптимальное соотношение 1:20). В целом это представляет собой смесь окислов: SiO2, MgO, Al2O3, Fe2О3, СаО и др.
3. С целью дополнительной защиты инструмента в смазочный состав введена цинковая пыль, которая при высокой температуре и высоком давлении способствует металлизации смазочного состава, повышению несущей способности смазки и уменьшению напряжений трения между контактирующими поверхностями.
4. Углекислый кальций и клей поливинилацетатный (оптимальное соотношение 1:4) придают смазке адгезионные свойства при комнатной температуре после ее нанесения на поверхность оправки или заготовки и сушки. Кроме того, эта смесь позволяет получить консистенцию с хорошей кроющей способностью, уменьшить толщину покрытия и расход смазки.
Примеры составов смазки приведены в табл.1.
| Таблица 1 | ||||
| Примеры составов смазки | ||||
| №№ | Компоненты смазок | Известная смазка, вес.% а.с. №505674 | Предлагаемая смазка, вес.% | |
| 1 | 2 | 3 | ||
| 1 | Na5P3O10 Триполифосфат натрия | 23 | 16 | 19,66 |
| 2 | NaCl Хлористый натрий | 5 | 8 | 9,83 |
| 3 | Са(ОН)2 Гидроокись кальция | 1 | - | - |
| 4 | Отходы горения высокозольного твердого топлива | 1,67 | 1,85 | |
| 5 | Тальк | - | 33,4 | 37,0 |
| 6 | Цинковая пыль | - | 1,03 | 1,16 |
| 7 | СаСО3 Углекислый кальций | - | 7,98 | 6,1 |
| 8 | Клей поливинилацетатный | - | 31,92 | 24,4 |
| 9 | Вода | Ост. до 100 | - | - |
| Всего: | 100 | 100 |
Способ получения композиции опытных составов заключается в механическом смешивании компонентов смазки с помощью мешалки известной конструкции. Приведенные составы предлагаемой смазки №2 и №3 обеспечивают достижение полезных эффектов: теплозащитные свойства, снижение напряжения трения, повышение несущей способности смазочной пленки под воздействием контактных нормальных напряжений в очаге деформации, повышение кроющей способности и уменьшение расхода смазки.
В результате лабораторных исследований и промышленных испытаний установлено оптимальное соотношение компонентов в предлагаемом смазочном составе. Промышленные испытания осуществлялись при винтовой прокатке сплошных заготовок (прошивка) и получении полой гильзы, т.к. условия работы оправок в этом случае наиболее неблагоприятные.
При прошивке нержавеющих труб использовались оправки диаметром 82 мм (фиг.1) и заготовка круг ⊘102÷105 мм. При этом фиксировалось толщина смазочного покрытия до и после деформации; оценивались адгезионные свойства, максимальная возможная длина гильзы (без застревания оправки); внешний вид оправки после прошивки; количество прокатанных на одной оправке заготовок; качество внутренней поверхности деформированных труб; скорость прокатки, свидетельствующая об уровне напряжения трения. Промышленные испытания показали, что наилучшие результаты по долговечности прошивной оправки (5 проходов при прошивке длинномерных заготовок из стали 12Х18Н10Т) и отсутствию дефектов в виде плен на внутренней поверхности труб получены при испытании состава №3 (см. табл.1, табл.2 сравнительного анализа качества процесса прошивки с предлагаемой смазкой и смазкой по а.с. СССР №505674 и (фиг.1-3).
| Таблица 2 | |||
| Сравнительный анализ качества процесса прошивки с предлагаемой смазкой по а.с. СССР №505674 | |||
| №№ | Характеристики качества процесса | Смазка по а.с. СССР №505674 | Предлагаемая смазка, состав №3 |
| 1 | Толщина смазочного покрытия до прокатки, мкм | 400 | 400 |
| 2 | Толщина смазочного покрытия после прокатки, мкм | 0 | 150 |
| 3 | Максимально возможная длина получаемой при прошивке гильзы, м. | 4,5. 5,0 | 5,5. 6 |
| 4 | Состояние носика оправки | Полный износ носика оправки после первого прохода, фиг.2 | Работоспособное состояние носика оправки после проходов, фиг.3 |
| 5 | Качество внутренней поверхности гильз | Многочисленные плены по средине и на заднем конце труб | Отсутствие дефекта по всей длине труб |
| 6 | Скорость прошивки, м/с | 0,64 | 0,72 |
Результаты измерений характеристик качества процесса по п.п.2, 3 и 6 получены в промышленном эксперименте с использованием предлагаемой смазки с объемом выборки 20 заготовок.
Как видно из табл.2, применение предлагаемой смазки по сравнению с прототипом выявило высокие адгезивные свойства, несущую способность и уменьшение напряжений трения, о чем свидетельствуют наличие остаточного слоя смазки на оправке после прокатки (150 мкм) и увеличение скорости прошивки на 11-12%. Более высокие теплозащитные свойства предлагаемой смазки по сравнению с прототипом подтверждаются увеличением максимально возможной длины гильзы, получаемой при прошивке, с 4,5 м до 6,0 м, и сохранением формы носика оправки из-за предотвращения массопереноса материала оправки на трубу, а также отсутствием плен на внутренней поверхности готовых труб.
В процессе горячей прокатки нержавеющих труб на известной смазке прочность инструмента была очень низкой (фиг.2): носик и заплечики оправки деформировались и оплавлялись на первом проходе, что ухудшило качество внутренней поверхности деформируемой трубы (появление дефектов в виде «плен»).
При использовании предлагаемой смазки для оправок, например прошивного стана достигнуто повышение ее прочности (износостойкости) (фиг.3), о чем свидетельствует сохранение без дефектов формы оправки (носик и заплечики не оплавлялись) даже после пяти проходов, как следствие, улучшилось качество внутренней поверхности труб.
Скорость прошивки с применением предлагаемой смазки по сравнению с прототипом удалось увеличить на 11-12%.
Положительный эффект от применения предлагаемой смазки может быть получен благодаря уменьшению нормы обрези в связи с увеличением длины прошиваемой гильзы, длины заготовки в контейнере при прессовании и т.п., что приведет к экономии металла при производстве бесшовных труб; исключению дорогостоящей и трудоемкой операции по обточке и расточке труб из нержавеющих марок стали, а также получению экономии металла за счет повышения качества внутренней поверхности труб; повышению стойкости инструмента и уменьшению затрат его расхода на 1 т готовой продукции; освоению производства бесшовных труб из нержавеющих марок стали с малыми размерами диаметра и толщины стенки горячекатаной и горячепрессованной заготовки, что позволит в несколько раз уменьшить цикличность производства холоднодеформированных труб, снизить себестоимость продукции и повысить конкурентную способность на рынке.
Смазка для горячей обработки металлов давлением на основе триполифосфата натрия и хлористого натрия, отличающаяся тем, что смазка дополнительно содержит отходы от горения высокозольного твердого топлива, тальк, цинковую пыль, углекислый кальций и клей поливинилацетатный при следующем содержании компонентов, вес.%:
Использование: в процессе обработки металлов давлением в качестве смазочного покрытия заготовки перед нагревом и при последующей горячей обработке давлением сталей и сплавов. Сущность: смазка содержит в мас.%: графит 7-12, по меньшей мере один оксид, выбранный из группы: оксид цинка, свинца, кадмия, олова или меди 7-12, алюмосиликат 7-12, оксиэтилированный алкилфенол 0,015-0,025, водорастворимое полимерное поверхностно-активное вещество 0,5-1,0, вода - остальное. Предпочтительно в качестве графита смазка содержит графит коллоидный с размерами частиц менее 10 мкм, в качестве водорастворимого поверхностно-активного вещества - поливиниловый спирт. Технический результат - обеспечение взрыво - и пожаробезопасности смазки, ее экологической чистоты, теплозащитности, хорошей адгезии к поверхности, на которую наносится смазка, хорошей смачиваемости и низкого коэффициента трения, определяющего смазывающие свойства смазки. 2 з.п.ф-лы, 3 табл.
Изобретение относится к смазочным материалам, в частности к водно-графитовым составам и может быть использовано в качестве смазочного покрытия заготовки перед нагревом и при последующей горячей обработке давлением металлов, сталей и сплавов.
Из уровня техники известна смазка для горячей обработки металлов давлением, содержащая графит, хлорид натрия, карбонат щелочного металла, в частности, натрия, гидроокись натрия, сульфанол, лигносульфонат, тринатрийфосфат и воду (SU 1558961, С 10 М 173/02). Смазка не обеспечивает теплозащитных свойств при нагреве заготовок при температуре выше 800°С.
Ближайшим аналогом из уровня техники является смазка для горячей обработки металлов давлением, содержащая графит, глину и воду (SU 9941416, 07.07.1982, МПК 6 С 10 М 173/02, столбец 1, кол.10-20 описания). Недостатки смазки - не обеспечивает ровного покрытия на поверхности заготовки при ее нагреве выше 1000°С и обладает абразивным действием после просушивания.
Технический результат изобретения заключается в обеспечении взрыво - и пожаробезопасности смазки, ее экологической чистоты, теплозащитности, хорошей адгезии к поверхности, на которую наносится смазка, хорошей смачиваемости и низкого коэффициента трения, определяющего смазывающие свойства смазки при горячей обработке давлением металлов, сталей и сплавов.
Технический результат достигается тем, что заявленная смазка для горячей обработки металлов давлением, содержащая графит и воду, согласно изобретению дополнительно содержит по меньшей мере один оксид, выбранный из группы: оксид цинка, свинца, кадмия, олова или меди, алюмосиликат, оксиэтилированный алкилфенол и водорастворимое полимерное поверхностно-активное вещество при следующем соотношении компонентов, мас.%: графит 7-12, по меньшей мере один оксид, выбранный из группы: оксид цинка, свинца, кадмия, олова или меди 7-12, алюмосиликат 7-12, оксиэтилированный алкилфенол 0,015-0,025, водорастворимое полимерное поверхностно-активное вещество 0,5-1,0, вода - остальное.
В предпочтительном варианте изобретения в качестве графита смазка содержит графит коллоидный с размерами частиц менее 10 мкм.
В предпочтительном варианте изобретения в качестве водорастворимого поверхностно-активного вещества смазка содержит поливиниловый спирт.
Графит в количестве 7-12 мас.% в сочетании с оксидом металла в количестве 7-12 мас.% образует твердый разделительный слой. При длительном нагреве оксид цинка, свинца, кадмия, олова или меди предохраняет графит от выгорания. Графит используют коллоидный с размерами частиц менее 10 мкм.
Алюмосиликат в количестве 7-12 мас.% введен для повышения теплозащитных свойств.
Водорастворимое полимерное поверхностно-активное вещество в количестве 0,5-1,0 мас.% и оксиэтилированный алкилфенол в количестве 0,015-0,025 мас.% смачивают поверхность обрабатываемого металла или сплава и стабилизируют твердые компоненты в водной суспензии.
Нижеприведенные примеры заявленной смазки подтверждают, но не ограничивают ее использование в промышленности.
Предлагаемую смазку готовят следующим образом. В процессе измельчения графита вводят оксид металла - оксид цинка, алюмосиликаты, водорастворимое полимерное поверхностно-активное вещество - поливиниловый спирт, оксиэтилированный алкилфенол и воду. Полученную смесь перемешивают до получения однородной массы. Смазка взрыво- пожаробезопасна, не выделяет дыма, т.е. является экологически чистой, обладает хорошими теплозащитными и смазывающими свойствами. В таблице 1 приведена рецептура образцов этих смазок.
Теплозащитные свойства смазки проверяли в лабораторных условиях на специальном приборе. Определяли зависимость потери массы образца от температуры.
В таблице 2 приведены значения потери массы образца при нагреве до 1000°С.
Смазывающие свойства оценивали по внутреннему диаметру кольцевого образца после осадки с величиной деформации 50%.
Образец с размерами DxdxH=40x20xl4 мм покрывали смазкой и нагревали в электропечи в течение 15 минут до температуры 1120°С. Материал образца - никелевый сплав. Осадку образца осуществляли на электровинтовом прессе. Коэффициент трения =f(d,h) определяли по расчетным номограммам.
В производственных условиях, качество смазки определяли визуально по наличию или отсутствию дефектов (трещин) на штамповках.
Заготовки покрывали смазкой и нагревали до Т=1120°С в течение 15-20 минут. Далее штамповали на электровинтовом прессе усилием 1000 т. с.
Результаты испытаний приведены в таблице 3.
Таким образом, предлагаемая смазка обладает взрыво- и пожаробезопасностью, является экологически чистотой, теплозащитностой, имеет хорошую адгезию к поверхности, на которую она наносится, хорошую смачиваемость и низкий коэффициента трения, определяющий смазывающие свойства смазки при горячей обработке давлением сталей и сплавов.
1. Смазка для горячей обработки металлов давлением, содержащая графит и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит по меньшей мере один оксид, выбранный из группы: оксид цинка, оксид свинца, оксид кадмия, оксид олова или оксид меди, алюмосиликат, оксиэтилированный алкилфенол и водорастворимое полимерное поверхностно-активное вещество при следующем соотношении компонентов, мас.%:
По меньшей мере один оксид, выбранный из группы: оксид цинка, оксид свинца, оксид кадмия, оксид олова или оксид меди 7-12
Оксиэтилированный алкилфенол 0,015-0,025
Водорастворимое полимерное поверхностно-активное вещество 0,5-1,0
2. Смазка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве графита она содержит графит коллоидный с размерами частиц менее 10 мкм.
3. Смазка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в качестве водорастворимого поверхностно-активного вещества она содержит поливиниловый спирт.
Изобретение относится к области полимерного материаловедения и может быть использовано в машиностроении для изготовления деталей трения с покрытием, используемых в автомобильных агрегатах
Обработка металла, смазки при обработке металлов давлением.
При обработке металла давлением широко применяют смазки. Основное значение смазки — снижение коэффициентов трения. Смазка образует промежуточный слой между деформируемым телом и инструментом, полностью или частично изолирующий их друг от друга. Если смазка полностью изолирует трущиеся поверхности, то получается трение жидкостное. При обработке металлов давлением вследствие высоких удельных давлений смазка не всегда полностью изолирует трущиеся поверхности, поэтому получается трение полужидкостное.
Для того чтобы смазка при обработке металла в достаточной степени изолировала деформируемое тело от инструмента, не разрывалась и не выдавливалась, она должна иметь достаточную активность и вязкость.
Активность смазки — способность образовывать на поверхности трения прочный защитный слой из ее полярных молекул. Активность смазки зависит от наличия в ней поверхностно активных веществ, к которым относят жирные кислоты (олеиновая, стеариновая, пальмитиновая) и их соли, являющиеся мылами. Для создания активности достаточно небольшой добавки жирных кислот к смазке.
Вязкость смазки обеспечивает ее сопротивление выдавливанию из места контакта трущейся пары. Смазка, обладающая достаточной активностью и вязкостью, при высоком качестве отделки поверхности трущихся тел и высокой скорости скольжения может создать условия для жидкостного или полужидкостного трения.
Влияние скорости скольжения при жидкостном трении противоположно ее влиянию при сухом трении. Так, при сухом трении сила трения уменьшается с увеличением скорости скольжения, а при жидкостном, наоборот, с увеличением скорости скольжения сила трения растет. Однако при увеличении скорости скольжения большее количество смазки увлекается в зону контакта при этом толщина пленки увеличивается и сила трения уменьшается.
При холодной обработке давлением с большими степенями деформации и высокими скоростями (прокатка тонких полос и лент, волочение проволоки), когда выход тепла значителен, смазка, помимо основного требования — снижения силы и коэффициента трения, должна охлаждать инструмент и обрабатываемый металл. В связи с этим она должна обладать высокой теплоемкостью.
При горячей обработке давлением (особенно при высоких температурах) с большими удельными давлениями и относительно большой длительностью контакта между металлом и инструментом (например, прессование стальных прутков, труб) смазка должна обладать малой теплопроводностью. Это позволит предохранить инструмент от чрезмерного перегрева.
П.А. Ребиндер установил физико-химическое воздействие смазки на поверхностный слой деформируемого металла. Смазка, обладающая достаточной поверхностной активностью, снижает потребное усилие, уменьшает коэффициент трения не только .непосредственно разделением поверхностей трущихся тел, но и через уменьшение сопротивления деформации поверхностного слоя.
При пластической деформации в условиях разноименной схемы напряженного состояния молекулы смазки проникают в поверхностные поры и микроскопические трещины и оказывают расширяющее действие на поверхностный слой. Последний делается более податливым, пластифицируется и это приводит к дополнительному снижению коэффициента трения. .
В последнее время проведены работы по внедрению режимов обработки металлов давлением в условиях жидкостного или полужидкостного трения путем применения гидростатической и гидродинамической смазки.
Особенно большие работы выполнены при волочении, где особенно вредна роль трения и где прежде, чем в других процессах обработки давлением, можно применить эти системы смазки.
Сущность гидростатической. смазки заключается в том, что смазка в зону деформации подается под большим давлением, что способствует лучшему проникновению смазки между инструментом и деформируемым телом, изолируя их друг от друга. Этот способ требует установки достаточно сложного оборудования, в частности насоса высокого давления. Более перспективна гидродинамическая смазка.
Сущность гидродинамической смазки заключается в том, что перед входом металла в зону деформации создается повышенное давление смазки вследствие гидродинамического эффекта. Этот эффект возникает вследствие того, что смазка, налипшая на движущуюся в направлении зоны деформации проволоку, трубу или полосу, увлекается ими в узкие и достаточно длинные насадки; при большей скорости движения через насадку в смазке создается давление, соизмеримое с сопротивлением деформации обрабатываемого металла.
Помимо указанных основных свойств, смазка должна удовлетворять ряду технологических требований; легко наноситься на металл и инструмент, быть химически пассивной (не разъедать металл и инструмент), иметь минимальное количество остатков, чтобы не загрязнять поверхность после термической обработки, быть безвредной для рабочих и т. п.
Смазка для обработки металлов давлением
Изобретение относится к смазочным материалам и может быть использовано в качестве смазки для обработки металлов давлением, в частности при горячем выдавливании и холодной объемной штамповке.
Из уровня техники известны смазки на основе полиорганосилоксана, применяемые в области обработки металлов давлением.
Например, из авторского свидетельства №454247 (опубл.25.12.74, МПК4 С 10 М 161/00) известна смазка на основе полиметилфенилсилоксана для обработки металлов давлением, содержащая также дисульфид молибдена, стеариновую кислоту, слюду, серу, сульфид свинца.
Однако данная смазка не может быть использована при горячей обработке металлов давлением, т.к. компоненты, входящие в состав смазки, имеют температуру вспышки ~300С.
Из авторского свидетельства СССР №654675 (опубл.30.03.79 г., МПК4 С 10 М 159/04) известна технологическая смазка на основе полифенилметилсилоксановой жидкости, содержащая также порошкообразный графит и минеральное масло.
Данная смазка также не применима при горячей обработке металлов давлением, поскольку порошкообразный крупнодисперсный графит и минеральное масло при температуре выше 1000°С горят с образованием большого количества золы, которая засоряет инструмент, тем самым ухудшая геометрические параметры получаемой заготовки, кроме того ухудшаются антифрикционные свойства смазки и увеличивается износ инструмента.
Технический результат заявленного изобретения заключается в обеспечении работоспособности смазки при температурах выше 1000С, обеспечении взрыво- и пожаробезопасности, экологической чистоты.
В предпочтительном варианте смазка содержит графит коллоидный с размерами частиц менее 10 мкм, в качестве металлического наполнителя - алюминиевую пудру.
Полиорганосилоксан является дисперсионной средой, в которой графит находится во взвешенном состоянии, имеет температуру вспышки выше, чем минеральные масла.
Графит коллоидный и металлический наполнитель создают твердый разделительный слой. Металлический наполнитель предохраняет графит от выгорания. Графит - коллоидный, с размерами частиц менее 10 мкм.
Таким образом, смазка заявляемого состава обладает повышенной температурой вспышки, что увеличивает время возгорания смазки при использовании ее в процессе горячей обработки металлов давлением.
В качестве металлического наполнителя могут быть также использованы оксиды мягких металлов (свинец, цинк и др.).
В качестве полиорганосилоксана могут быть использованы любые полиорганосилоксаны, в частности силиконовые синтетические масла.
Нижеприведенные примеры заявленной смазки подтверждают, но не ограничивают ее применение в промышленности.
Предлагаемую смазку готовят следующим образом.
В процессе измельчения графита в него вводят металлический наполнитель и полиорганосилоксан. Все перемешивают до получения однородной массы. Полученная смазка обладает хорошими смазывающими свойствами, не токсична и не выделяет дыма.
В таблице 1 приведены составы заявленных смазок.
Влияние температуры на потери массы при нагреве определяли в лабораторных условиях на специальном приборе. Образец нагревали и, в процессе нагрева, на приборе, фиксировали изменения массы. В таблице 2 приведены значения потери массы образца при нагреве до 700С.
Смазывающие свойства определяли методом осадки кольцевых образцов в холодном и в горячем состоянии.
Образцы из углеродистой стали, DxdxH=402014 мм - осаживали с величиной деформации 50% на гидравлическом прессе усилием 630 т.с. (холодная осадка) и на электровинтовом прессе усилием 1000 т.с. (горячая осадка). Коэффициент трения определяли по расчетным номограммам. В таблице 3 приведены значения коэффициента трения.
В производственных условиях качество смазки проверяли при холодной калибровке и горячем выдавливании заготовок из различных сталей и сплавов: углеродистые стали, никелевые сплавы (таблица 4).
Таким образом, предлагаемая смазка является взрыво- и пожаробезопасной, экологически чистой, теплозащитной, обладает хорошей адгезией к поверхности, на которую она наносится, и низким коэффициентом трения.
1. Смазка для обработки металлов давлением, содержащая графит коллоидный, металлический наполнитель и полиорганосилоксан при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Металлический наполнитель 6-9
2. Смазка по п.1, отличающаяся тем, что графит коллоидный имеет размер частиц менее 10 мкм.
3. Смазка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в качестве металлического наполнителя она содержит алюминиевую пудру.
Изобретение относится к нефтепереработке, в частности к составу моторного масла, предназначенного для всесезонного использования в бензиновых и дизельных двигателях автомобильной техники
Изобретение относится к смазочно-охлаждающим технологическим средам (СОТС), приготавливаемым в виде концентратов и используемых в виде водных эмульсий при обработке металлов давлением, в частности при прокатке и волочении тугоплавких металлов и сплавов, например циркония, титана, ниобия, гафния, тантала и других
Изобретение относится к составу концентрата и испытательно-консервационной гидравлической жидкости, получаемой смешением концентрата с водой в определенном соотношении
Изобретение относится к смазочно-охлаждающим жидкостям (СОЖ), применяемым при механической обработке металлов, в частности для абразивной и лезвийной обработки сталей
Изобретение относится к смазочным материалам, в частности к пластичным смазкам, которые могут быть использованы в различных узлах трения машин и тяжелогруженых механизмов, открытых шестеренчатых передач, резьбовых соединений, ходовых винтов, домкратов, рессор, а также шахтного оборудования
Изобретение относится к смазочно-охлаждающим технологическим средам, применяется для финишной обработки (вибрационной или хонингования) металлических поверхностей
Изобретение относится к разработке нового оригинального состава эмульсола, предназначенного к использованию в качестве смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки металлов, и может быть использовано на металлообрабатывающих предприятиях различных отраслей народного хозяйства
Изобретение относится к нефтехимии, в частности к составам, предназначенным для защиты от коррозии труднодоступных частей и полостей металлоконструкции, в том числе и автомобилей
Изобретение относится к порошковым добавкам для уплотнительных смазок резьбовых соединений и к уплотнительным смазкам, в частности, для конических и цилиндрических резьбовых соединений обсадных, насосно-компрессорных, бурильных труб и оборудования, применяемого в нефтяных скважинах
Изобретение относится к смазочным материалам, в частности к добавкам в моторные, трансмиссионные и гидравлические масла, и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания, редукторах, элементах трансмиссии и пр
Изобретение относится к антикоррозионным смазочным составам и может быть использовано преимущественно для защиты от коррозии труднодоступных поверхностей и полостей металлоконструкций и кузовов автомобилей
Изобретение относится к нефтехимическим, в частности к материалам, предназначенным для защиты от коррозии труднодоступных частей и полостей металлоконструкций и автомобилей
Изобретение относится к нефтехимии, в частности к материалам, предназначенным для защиты от коррозии труднодоступных частей и полостей металлоконструкций и автомобилей
Изобретение относится к машиностроению, в частности к триботехническим составам из смеси исключительно природных минералов с преимущественным содержанием гидросиликатов магния, и может найти применение для создания и восстановления износостойких трущихся поверхностей различных узлов и механизмов
Изобретение относится к составам, формирующим защитно-восстановительную пленку на контактируемых и трущихся деталях
Читайте также: