СМАЗКА ДЛЯ ВОЛОЧЕНИЯ ТРУБ ИЗ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ Российский патент 2007 года по МПК C10M169/04 C10M101/02 C10M143/06 C10M129/40 C10N40/24 

Изобретение относится к составам смазочных композиций для холодной обработки металлов давлением и может быть использовано для волочения труб из алюминия и его сплавов.

Известно, что важнейшей функцией смазки является уменьшение сил внешнего трения, повышение стойкости до налипания - количество изделий, протянутых через волочильный канал до появления на поверхности недопустимых царапин, задиров, рисок из-за налипания протягиваемого металла на поверхность волочильного канала, уменьшение обрывности - число обрывов на единицу времени, иными словами - повышение выхода годного проволоченной продукции. Воронкообразная форма волочильного канала и высокие контактные напряжения способствуют интенсивному выдавливанию смазки в направлении, обратном волочению, поэтому смазка должна обладать повышенной адгезией с протягиваемым металлом и вязкостью. Известно, что металлы, обрабатываемые волочением, условно разделены на взаимодействующие со смазкой и не взаимодействующие. Алюминиевые сплавы относятся к первой группе. При волочении алюминия и его сплавов на металле образуется смазочная пленка, разделяющаяся на три слоя, два из которых воспринимают статическую нагрузку на обрабатываемый металл и инструмент, а третий слой, динамический, свободно течет между ними. Преобразование энергии, происходящее в смазочной пленке, вызывает в статическом слое увеличение вязкости, а в динамическом - повышение температуры, то есть изменяются и физические свойства смазки.

Известно, что при волочении металлов с пассивной пленкой необходимо создать условия гидродинамики в волоке.

Известно также, существуют три основных режима трения: граничный (Ктрения=0,05), жидкостной (Ктрения=0,001-0,05) и смешанный, который является промежуточным между граничным и жидкостным трением. Кроме того, при волочении алюминиевых сплавов смазка должна быть работоспособной в интервале температур 80-120°С. Наилучший смазочный эффект достигается при полном жидкостном трении. В этом случае толщина слоя смазки составляет 5-20 мкм и более (см. Грудев А.П. Трение и смазки при обработке металлов давлением. М.: Металлургия, 1982, стр.15).

Известно, что возможность получения жидкостного или смешанного режима трения для известных условий ведения процесса (скорость, деформация, наличие промежуточной термообработки, марка материала) зависит от вязкости смазки и ее адгезии. Этот тезис подтверждается многолетней практикой обработки производственных партий мерных изделий.

Известна смазка для волочения сплошных и полых профилей - минеральное масло марки Ц-52 со следующими показателями: вязкость кинематическая при 100°С равна 50-70 сСт, при 40°С равна 1100 сСт (данные заводской лаборатории).

Недостатками известной смазки является то, что она имеет низкую кинематическую вязкость и недостаточную адгезию и поэтому не обеспечивает надежную границу раздела между инструментом и деформируемым металлом, поэтому на поверхности проволоченной продукции имеются дефекты в виде складок, рисок и задиров, что является причиной отбраковки готовой продукции.

Известны также смазки ВМ-17 и ВМ-25, содержащие 70-95% индустриального масла с загустителем (полиизобутиленом П-20 или П-100), которые при сгорании не дают коксового остатка» (см. Грудев А.П. Трение и смазки при обработке металлов давлением. М.: Металлургия, 1982, с.211).

К недостаткам этих смазок относится то, что они применяются преимущественно при бухтовом волочении алюминиевой проволоки на барабанных станах, при скоростях волочения выше 4 м/сек, а также то, что они имеют низкую адгезию, так как в них отсутствуют поверхностно-активные вещества и они не полярны. При использовании известных смазок для волочения сплошных и полых профилей из алюминия и его сплавов происходит продавливание слоя смазки, что приводит к налипанию металла на инструмент, повышается обрывность, в связи с чем снижается выход годных проволоченных изделий.

Технической задачей изобретения является обеспечение стабильности процесса волочения, предотвращение налипания металла на инструмент, повышение качества продукции при мелкосерийном производстве.

Поставленная задача решается тем, что смазка для волочения труб из алюминия и его сплавов, содержащая минеральное масло и полиизобутилен, дополнительно содержит олеиновую кислоту и в качестве минерального масла содержит авиационное масло МС-20 при следующем соотношении компонентов, мас.%: полиизобутилен марки П-20 11-13,5, олеиновая кислота не более 2, авиационное масло МС-20 до 100. Содержание олеиновой кислоты способствует, благодаря наличию в ней карбоксильной группы СООН, образованию на металлических поверхностях тонких и прочных смазочных слоев упорядоченной слоистой структуры, с высоким сопротивлением продавливанию и малым сопротивлением сдвигу. За счет понижения поверхностного натяжения снижается вязкость смазки, улучшается смачиваемость поверхности изделий. Оптимальное количество олеиновой кислоты, начиная с 1,5 мас.% почти не изменяет вязкости исходной смазки, но уже действует как поверхностно-активное вещество и делает смазку полярной, что обеспечивает надежную границу раздела между инструментом и деформируемым металлом и дает возможность получения высокого качества продукции при мелкосерийном производстве. При содержании олеиновой кислоты 2 мас.% исключается дефект появления рисок, дальнейшее увеличение олеиновой кислоты в смазке не имеет смысла, так как будет способствовать лишь понижению ее вязкости.

Содержание в качестве минерального масла авиационного масла МС-20, обладающего по сравнению с индустриальным маслом более высокой вязкостью, термостабильностью и малой летучестью, обеспечивает предотвращение налипания металла на инструмент, что увеличивает стабильность процесса волочения. Получение стабильного процесса волочения с низким коэффициентом трения достигается за счет создания гидродинамического эффекта «масляный клин», то есть состояния, когда масляная пленка на входе волоки толще, чем на выходе. При этом смазка, увлекаемая движущейся поверхностью заготовки в уменьшающийся зазор, создает все возрастающее давление при непрерывности смазочной пленки. Движение смазки в направлении сужения «клина» создает силы настолько значительные, что наступает полное разделение поверхностей инструмента и изделия и тем самым исключается налипание металла на инструмент.

Содержание полиизобутилена в количестве 11-13,5 мас.% дает возможность получения смазки с вязкостью, не ухудшающей ее адгезию, ограничение количества достаточно дорогого полиизобутилена дает возможность получения экономичной смазки.

Известно, что при выборе смазки необходимо устанавливать и оценивать ее смазочный эффект. Непосредственное установление этого эффекта весьма трудоемко, поэтому при определении смазочного эффекта используют следующие косвенные показатели: возникающее напряжение волочения, степень неравномерности и среднюю толщину оставшегося смазочного слоя, стойкость волочильного канала, а также чистоту заполировки его от налипшего металла (см. Перлин И.Л. и др. Теория волочения. М.: Металлургия, 1971, стр.101).

Так как в настоящее время методика по определению влияния качественного и количественного состава смазки на качество наружной поверхности полуфабрикатов из алюминия и его сплавов отсутствует, ввели условный количественный показатель качества Р, который определили как отношение массы отбракованной продукции к массе годной продукции: где G - масса отбракованных изделий; Σ - масса годных изделий.

Оптимальную смазочную композицию получили экспериментальным методом путем смешения полиизобутилена марки П-20 ТУ 38.303-02-99-99 (молекулярная масса по Штаудингеру 23000≥М≥17500), авиационного масла марки МС-20 ГОСТ 21743-76 и олеиновой кислоты ГОСТ 7580-91.

Готовая смазка представляет собой однородную маслянистую вязкую массу от светло-коричневого до коричневого цвета. Оптимальный интервал вязкости смазки составляет 4700-5200 сСт при 40°С.

Изделия, получаемые волочением на станах усилием 2, 5 и 12,5 тс, условно разбили на три группы:

- полые профили трубы из сплава Д16,

- сплошные профили: пруток (круг, квадрат, шестигранник) из сплава 2007, 2011, 2017, 6061 и 7075,

- сплошные профили пруток диаметром 25-60 мм из сплава 7075.

Качество поверхности оценивали визуально, температуру разогрева материала труб оценивали с помощью контактной термопары.

Смазка легко наносится шпателем или кистью на поверхность деформируемых изделий. После деформации остаточный смазочный слой представлял собой сплошную тонкую пленку, равномерно распределенную по поверхности труб. Предложенный состав смазки обладал высоким смазочным эффектом, повышенной адгезией и смачиваемостью. Качество поверхности труб соответствовало требованиям ГОСТ 18475-82.

Всего проволочено на новой смазке 163 производственных партий изделий. Фактическая сдача продукции составила Σ=81095 кг, сдано 163 производственных партий в том числе:

Трубы - 61 партия

Σ=19334 кг, G=113 кг; Р=0,58%.

Пруток (круг, квадрат, шестигранник) - 48 партий

Σ=24608 кг, G=12 кг; Р=0,049%.

Пруток диаметром 25-60 мм из сплава 7075 - 54 партии

Σ=37153 кг, G=0 кг; Р=0%.

Испытания смазки, состоящей из 85% авиационного масла МС-20 и 15% полиизобутилена (низкомолекулярного марки П-20) и имеющей вязкость 8500 сСт при 40°С, показали: смазка нетехнологична из-за трудности перекачивания, медленно растекается по поверхности деформируемого изделия, увеличивается работа трения, соответственно возрастает напряжение волочения, наблюдается искажение геометрии тонкостенных труб, особенно малого диаметра.

Применение предложенной смазки в серийном производстве позволило увеличить выпуск годной проволоченной продукции на 3,5%, уменьшить отбраковку по рискам и надирам на 15,2%. Отсутствие дорогостоящих и малодоступных компонентов позволяет снизить себестоимость предлагаемой смазки по сравнению с известными.

Использование: в металлообработке при холодной обработке металлов давлением. Смазка содержит в мас.%: полиизобутилен марки П-20 11-13,5, олеиновая кислота не более 2, авиационное масло марки МС-20 до 100. Технический результат - обеспечение стабильности волочения, повышение качества обрабатываемой продукции.

Смазка для волочения труб из алюминия и его сплавов, содержащая минеральное масло и полиизобутилен марки П-20, отличающаяся тем, что смазка дополнительно содержит олеиновую кислоту и в качестве минерального масла содержит авиационное масло МС-20 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

полиизобутилен марки П-2011-13,5олеиновая кислотане более 2авиационное масло марки МС-20до 100