СМАЗКА ДЛЯ ВОЛОЧЕНИЯ СПЛОШНЫХ И ПОЛЫХ ПРОФИЛЕЙ ИЗ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ Российский патент 2009 года по МПК C10M169/04 C10M143/06 C10M129/40 C10N40/24 

Изобретение относится к составам смазочных композиций для холодной обработки металлов давлением и может быть использовано для производства сплошных и полых профилей 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 их поверхности недопустимых царапин, задиров, рисок из-за налипания протягиваемого металла на поверхность волочильного канала, уменьшение обрывности - число обрывов в 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 смазки должны обладать повышенной адгезией и вязкостью.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является смазка, содержащая 70-95% индустриального масла и загуститель - полиизобутилен П-20 (Грудев А.П. «Трение и смазки при обработке металлов давлением. М.: Металлургия, 1982, стр.211), которая при сгорании не дает коксового остатка. Известные смазки ВМ-17 и ВМ-25 предназначены для бухтового волочения - производства профилей большой длины, малых и очень малых сечений различных форм с отношением ширины к толщине поперечного сечения, не превышающим примерно 12 - такие изделия называют проволокой. Вследствие большой длины проволоку либо свертывают в мотки, либо наматывают на катушки (см. Перлин И.Л., Ерманок М.З. «Теория волочения», 1971 г., стр.12). Известно также, что бухтовое волочение алюминиевой проволоки осуществляют на барабанных станах при скоростях волочения 4 м/сек и выше. Поэтому известные смазки не могут быть использованы при волочении сплошных и полых профилей длиной 7-12 метров из алюминия и его сплавов, проволоченных на цепных волочильных станах со скоростями волочения 0,3-0,5 м/сек, так как различны условия ведения процесса (степень деформации, скорость, напряжения и т.д.). Кроме того, недостатком известкой смазки является - низкая адгезия, так как в ней отсутствуют поверхностно-активные вещества - она не полярна. Известно также, что введение в состав смазки полимеров типа полиизобутилена ухудшают другие важные свойства смазок и, прежде всего, адгезию к металлам (см. Синицын В.В. «Подбор и применение пластичных смазок», «Химия», 1969 г., стр.37). Введение в смазку полиизобутилена-загустителя в больших количествах до 30% повышает вязкость смазки и приводит к уменьшению скорости обволакивания, так как адгезия образуется во времени, поэтому при наложении смазки только протягиванием металла через смазочную массу время для образования адгезии приходится обеспечивать, подбирая длину пути заготовки, на котором она соприкасается со смазкой, соответствующую скорости движения заготовки. (см. Перлин И.Л. и др. «Теория волочения». М.: Металлургия, 1971 г., стр.101). При использовании известной смазки для волочения сплошных и полых профилей из алюминия и его сплавов из-за продавливания слоя смазки происходит налипание металла на инструмент, повышается обрывность - снижается выход годного проволоченной продукции.

Техническим результатом изобретения является повышение технологичности смазки, устранения налипания металла на инструмент с целью повышения производительности процесса и снижения механических дефектов поверхности профилей.

Для достижения технического результата предлагается смазка для волочения сплошных и полых профилей из алюминия и его сплавов, обладающая кинематической вязкостью при 40°С от 2400-6500 сСт, характеризующаяся тем, что она содержит индустриальное масло ИГП-30, полиизобутилен П-20 и олеиновую кислоту, при следующем соотношении компонентов, мас.%: полиизобутилен П-20 11,5-17,5-олеиновая кислота 1,5-2,0; масло индустриальное ИГП-30 остальное.

Введение в технологическое масло олеиновой кислоты делает смазку полярной - с повышенной адгезией к деформируемому металлу, улучшает смачиваемость изделий смазкой, так как введение ПАВ всегда понижает поверхностное натяжение. Олеиновая кислота в мас.% 1,5-2 повышает адгезию смазки, улучшает смачиваемость, но при этом снижает ее вязкость.

Масло индустриальное ИГП-30 изготавливается для нужд народного хозяйства и для экспорта, представляет собой нефтяное масло селективной очистки с антиокислительной, противоизносной, антиржавейной, антипенной и депрессорной присадками, его получают смещением нефтяного масла с присадками, относящимися к малоопасным, нелетучим веществам (TV класс опасности по ГОСТ 12.1.007). В масло дополнительно введен цинк для более полного экранирования поверхностей инструмента и деформируемого материала в соответствии с рекомендациями (см. Перлин И.Л., Ерманок М.З. «Теория волочения». М.: Металлургия, 1971 г., стр.433, раздел «сухие смазки»). Масло ИГП-30 представляет собой горючую жидкость с температурой вспышки 200°С и температурой воспламенения 370-380°С, должно соответствовать ТУ 38.101413-97, основные показатели масла марки ИГП-30 представлены в табл.1:

Таблица 1 № п/п Наименование показателя Индустриальное масло марки ИГП-30 1. Кинематическая вязкость при 40°С, мм²/с 39-50 2. Зольность, %, не более 0,2 3. Коксуемость, % 0,16 4. Содержание мехпримесей отсутствие 5. Содержание воды следы 6. Температура вспышки, определяемая в открытом тигле. С, не ниже 200 7. Температура застывания. С, не выше -15 8. Антикоррозионные свойства: степень коррозии отсутствие 9. Массовая доля серы, %, не более 1,0 10. Массовая доля цинка, %, не менее 0,04 11. Плотность при 20°С, кг/м³, не более 885

Масло ИГП-30 по степени воздействия на организм человека относится к малоопасным продуктам четвертого класса опасности по ГОСТ 12.1.007. Масло не обладает кожно-резорбтивными свойствами и сенсибилизирующим действием, не оказывает раздражающего действия на кожу и слизистые, не оказывает вредного действия на кроветворные органы и сердечно-сосудистую систему; не проникает через поврежденную кожу в количествах, вызывающих отравление. Масло стабильно при эксплуатации, не образует токсичных соединений в воздушной среде и сточных водах. ПДК нефтепродуктов в воде водоема 0,3 мг/дм³.

Получение стабильного процесса волочения с низким коэффициентом трения достигается за счет использования гидродинамического эффекта «масляного клина», то есть такого состояния, когда масляная пленка на входе толще, чем на выходе. Из литературных источников известно, что возможность получения жидкостного или смешанного режима трения для известных условии ведения процесса (скорость, деформация, наличие промежуточной термообработки, марка материала) зависит от вязкости смазки и ее адгезии. Этот тезис подтверждается многолетней практикой обработки производственных партий сплошных и полых профилей. Известно, что металлы, обрабатываемые волочением, можно условно разделить на взаимодействующие со смазкой и не взаимодействующие. Алюминиевые сплавы образуют на своей поверхности пассивную пленку и относятся к первой группе. При волочении алюминия и его сплавов на металле образуется смазочная пленка, разделяющаяся на три слоя, два из которых воспринимают статистическую 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, что существуют три основных режима трения: граничный (коэффициент трения к=0,05), жидкостной (коэффициент трения к=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.

Известно также, что антифрикционная эффективность смазки, то есть степень снижения сил трения, зависит от двух основных факторов: химического состава смазки и толщины образующегося разделительного слоя. С точки зрения химического состава особенно важно присутствие в смазке ПАВ, в частности жирных кислот и их производных. Эти вещества способствуют образованию на металлической поверхности смазочных слоев упорядоченной слоистой структуры с высоким сопротивлением продавливанию и малым сопротивлением сдвигу. Что касается толщины смазочного слоя на контактных поверхностях, то она зависит от физических свойств смазки (вязкости и пьезокоэффициента вязкости). С увеличением вязкости толщина разделительного смазочного слоя растет. Естественно, при этом уменьшается величина коэффициента трения (Грудев А.П. «Трение и смазки при обработке металлов давлением». М.: Металлургия, 1982, стр.96).

Экспериментальным методом получили оптимальную смазочную композицию путем смешения полиизобутилена марки П-20, ТУ 38.303-02-99-99, индустриального масла марки ИГП-30, ТУ 38.101413-90 и олеиновой кислоты, ГОСТ7580-91. Качественный состав предлагаемой смазки подбирался опытным путем. Известно, что все жирные кислоты (олеиновая кислота относится к непредельным жирным кислотам) являются поверхностно-активными веществами. Благодаря наличию карбоксильной группы СООН, молекулы жирных кислот полярны. Попадая на металлическую поверхность, молекулы примыкают к ней активными группами СООН, образуя упорядоченные прочные граничные слои. Введение в технологическое масло олеиновой кислоты делает смазку полярной - с повышенной адгезией к деформируемому металлу, улучшает смачиваемость изделий смазкой, так как введение ПАВ всегда понижает поверхностное натяжение.

Олеиновая кислота повышает адгезию смазки, улучшает смачиваемость, но при этом снижает ее вязкость, поэтому оптимальное количество ее в смазке устанавливали опытным путем, начиная с 1,5%, то есть такое ее количество, которое почти не изменяет вязкости исходной смазки, но уже действует как ПАВ. Проведенные эксперименты показали, что на отдельных позициях на наружной поверхности изделий появляются вертикальные риски. Введение в состав количества 1,5-2% позволило исключить дефект, дальнейшее увеличение олеиновой кислоты в смазке не имеет смысла, так как известно, что олеиновая кислота не улучшает антифрикционные свойства смазки и будет способствовать лишь понижению ее вязкости и повышению стоимости.

Далее поступали следующим образом. Приготовили 10 составов смазки 3,5 кг каждого, определили вязкость полученных составов в соответствии с ГОСТЗ3-2000 (погрешность измерений составляет 5%). Данные представлены в таблице 2.

Таблица 2 № п/п П-20,% Олеиновая кислота, % Масло ИГП-30, % Вязкость, µ₄₀, сСт 1 4,5 2 93,5 200 2 10 2 88 970 3 10,5 2 87,5 1490 4* 11,5 2 86,5 2400 5 12,5 2 85,5 3310 6 13,5 2 84,5 3900 7* 14,5 2 83,5 4580 8 15,5 2 82,5 5200 9 16.5 2 81,5 5780 10* 17,5 2 80,5 6500

Отобрали типовые представители изделий из алюминиевых сплавов, которые представляют наибольшие затруднения при их деформировании с точки зрения получения качества наружной поверхности. Эффективность приготовленных составов оценивали визуально с помощью косвенных показателей - степенью неравномерности и средней толщиной остаточного слоя, количеством изделий, проволоченных до первого налипаняя металла на волоку и частотой заполировки волочильного канала от налипшего металла, что является вполне корректным (см. Перлин И.Л., Ерманок М.З. «Теория волочения», 1971 г., стр.101). Перечисленные составы смазок опробовали на экспортных прутках круглого, квадратного и шестигранного сечений сплавов марок 2007, 2011, 2017, 2030, 6061, 7075, экспортных трубах сплава марки 6063, а также на трубах сплавов Д1, АВ, В95, Д16, АМг2, АМг6. Испытания по определению эффективности составов было проведено при волочении отожженных труб: материал Д16, степень деформации 20, 30 и 40%, размеры труб 18×3,6; 16×3,64 и 14×3,7. Испытания проводили на цепных волочильных станах усилием 2 тс, 5 тс и 12,5 тс.

Проведенными исследованиями установлено: в качестве смазки при волочении сплошных и полых профилей следует применять разделительную технологическую смазку следующих составов:

состав №4 - полиизобутален марки П-20=11,5%; олеиновая кислота = 2% - масло марки ИГП-30=36,5%; кинематическая вязкость при 40°С, µ=2400 cCт;

состав №7 - полиизобутален марки П-20=14,5%; олеиновая кислота = 2%; масло марки ИГИ-30=83,5%, кинематическая вязкость при 40°С, µ=4580 сСт;

состав №10 - полиизобутилен марки П-20=17,5%; олеиновая кислота = 2%; масло марки ИГП-30=80,5%; кинематическая вязкость при 40°С, µ=6500 сСт;

- при волочении труб с толщиной стенки от 0,5 до 0,8 мм для всех сплавов применять состав №4;

- при волочении труб с толщиной стенки от 1 до 5 мм из сплавов АД1, АВ, АД31 к группы сплавов 6000; прутков, квадратов, шестигранников диаметром от 8 до 63 мм из группы сплавов 5000 и 6000 применять состав №7;

- при волочении труб, поступающих после предварительного отжига из сплавов АМг3 АМг5, АМг6, Д1, Д16, В95, 1915, 2007, 2024, 5086, 7075, а также прутков т группы твердых сплавов 2000 и 7000 применять состав №10.

Номера контрольных производственных партий, сортамент изделий, фактическая сдача продукции (доказательная база) представлены ниже в таблицах 3, 4 и 5.

Таблица 3 № п/п Партия, №1 Марка сплава Геомет. размеры, мм Факт. сдача/брак, кг № п/п Партия, № Марка сплава Геомет. размеры, мм Факт.
сдача/брак, кг 1 26087 Д16 16×1,5 134/0 32 28174 Д16 45,5×6,5 273/0 2 97351 Д16 70×5 76/0 33 34112 АМг5 40×40×4 395/0 3 34113 АМг5 40×40×4 455/0 34 24244 Д16 20×1,5 361/0 4 42665 АМг6 26×2 127/0 35 37241 Д16 14×1 98/0 5 10584 Д16 14×3,7 457/0 36 34113 АМг5 40×40×4 455/0 6 24243 Д16 20×1,5 283/0 37 24245 Д16 20×1,5 451/0 7 31581 АД1 26×4 270/0 38 27549 Д16 12×1 143/0 8 10585 Д16 14×3,7 445/0 39 27636 АМг6 30×2 310/0 9 38737 Д16 30×2 380/0 40 10573 Д16 10×1 110/0 10 43046 Д16 40×1,5 201/0 41 30319 Д16 75×2 201/0 11 34111 АМг5 40×40×4 479/0 42 12476 Д16 32×2 326/0 12 26165 Д16 20×1,5 175/0 43 27550 Д16 12×1,5 75/0 13 29859 АМц 20×3,5 509/0 44 6237 Д16 16×1,5 160/0 14 38736 Д16 30×2 355/0 45 5429 Д16 22×1,5 83/0 25 5428 Д16 22×3,5 142/0 46 28168 Д16 18,2×1,9 545/0 16 24288 Д16 36×3,5 158/0 47 28171 Д16 30,2×2,2 500/0 17 43264 АМг2 42×1,5 450/0 48 27204 АМг3 80×1 274/0 18 82723 Д16 32×2 128/0 49 27203 АМг3 80×1 175/0 19 2923 Д16 30×2 119/0 50 43776 Д16 30×2 198/0 20 25437 Д16 51,5×1,5 111/0 51 26094 Д16 40×1,5 73/0 21 44547 Д16 40×1,5 109/0 52 24034 Д16 6×1 111/0 22 42686 Д16 28×1,5 102/0 53 23496 Д16 45×30×5 424/0 23 42691 Д16 51,5×1,5 255/0 54 6239 Д16 36×2 161/0 24 23497 Д16 60×40×4 550/0 55 40447 Д16 12×2,5 154/0 25 26091 Д16 28×1,5 137/0 56 6240 Д16 40×1,5 306/0 26 6241 Д16 40×2 103/0 57 42680 Д16 70×1,5 157/0 27 27202 АМг3 80×1 118/0 58 28636 АМг2 42×1,5 239/0 28 33692 Д16 14×3,7 346/0 59 22786 Д16 60×1 68/10 29 43263 Д16 50×3 139/0 60 28637 АМг2 42×1,5 484/0 30 44282 Д16 22×1,5 46/0 61 33691 Д16 14×3,7 320/0 31 40913 АМг5 40×40×4 445/0          

Таблица 4 № п/п Партия, №1 Марка сплава Геомет. размеры, мм Факт. сдача/брак, кг № п/п Партия, № Марка сплава Геомет. размеры, мм Факт. сдача/брак, кг 1 21986 2011 кр.8 357/0 25 42694 2011 кв.15×15 138/0 2 27481 6061 кр.7,94 458/0 26 35255 2007 кр.30 571/0 3 25808 2007 кр.35 836/0 27 25809 2007 кр.35 863/0 4 27499 2011 кр.9,53 492/0 28 27498 2011 кр.9,53 425/0 5 21992 2007 кр.16 506/0 29 21993 2007 кр.16 507/0 6 33076 2011 кр.60 580/0 30 32728 2007 кр.22 515/0 7 31935 6012 кр.50 372/0 31 30223 2007 кв.35×35 572/0 8 21067 6061 ш-к 20,63 278/0 32 21064 6061 ш.17,46 294/0 9 21061 6061 ш-к 15,87 518/0 33 28321 2007 кр.35 731/0 10 22692 АД1 кр.8 121/0 34 21070 6061 ш.23,81 509/0 11 21071 6061 ш-к 23,81 524/0 35 35256 2007 кр.32 548/0 12 30124 2007 кв.30×30 513/0 36 36212 2007 кр.18 793/0 13 31727 2007 кр.16 504/0 37 26019 6082 кр.14 534/0 14 26023 6082 кр.14 535/0 38 26024 6082 кр.14 444/0 15 26020 6082 кр.14 512/0 39 26021 6082 кр.14 515/0 16 26022 6082 кр.14 586/0 40 19901 2011 кр.27 529/0 17 19900 2011 кр.27 525/0 41 19902 2011 кр.27 528/0 18 24587 2007 кв.10×10 194/0 42 27502 2011 кр.14,29 478/0 19 27503 2011 кр.14,29 478/0 43 21080 6061 ш.38,10 529/0 20 21072 6061 ш-к 25,40 508/0 44 15932 2017 кр.50 1037/0 21 45654 2017 кр.50 422/0 45 24586 2007 кв.10×10 362/0 22 39056 2011 кр.25 553/0 46 27863 2011 кр.52,39 785/0 23 30123 2007 кв.20×20 513/0 47 45658 2024 кр.40 497/0 24 35627 2007 кв.45×45 515/0 48 15942 2017 кв.35×35 504/0

Таблица 5 № п/п Партия, № Сортамент, мм Факт. сдача/ брак, кг № п/п Партия, № Сортамент, мм Факт. сдача/ брак, кг 1 22006 кр.25 543/0 28 26841 кр.47,63 737,0 2 22007 кр.25 550/0 29 26839 кр.47,63 733/0 3 30420 кр.50 1048/0 30 26843 кр.47,63 700/0 4 26842 кр.47,63 700/0 31 26844 кр.47,63 736/0 5 26845 кр.47,63 738/0 32 26848 кр.47,63 721/0 6 26837 кр.47,63 665/0 33 26836 кр.47,63 737/0 7 26698 кр.47,63 701/0 34 26846 кр.47,63 664/0 8 26847 кр.47,63 683/0 35 26702 кр.47,63 738/0 9 26701 кр.47,63 719/0 36 26697 кр.47,63 757/0 10 26696 кр.47,63 590/0 37 26695 кр.47,63 643/0 11 26694 кр.47,63 736/0 38 26707 кр.47,63 681/0 12 26708 кр.47,63 669/0 39 26704 кр.47,63 810/0 13 26709 кр.47,63 681/0 40 26703 кр.47,63 735/0 14 30970 кр.30 527/0 41 26833 кр.47,63 646/0 15 26834 кр.47,63 738/0 42 44035 кр.47,63 628/0 16 43765 кр.35 405/0 43 26835 кр.47,63 627/0 17 44032 кр.47,63 739/0 44 28719 кр.44,45 1073/0 18 21994 кр.16 507/0 45 44038 кр.47,63 627/0 19 44037 кр.47,63 719/0 46 44039 кр.47,63 717/0 20 44273 кр.47,63 722/0 47 44268 кр.47,63 663/0 21 26711 кр.47,63 742/0 48 30421 кр.50 467/0 22 26706 кр.47,63 776/0 49 29255 кр.60 1056/0 23 26705 кр.47,63 740/0 50 44275 кр.47,63 736/0 24 44269 кр.47,63 570/0 51 44041 кр.47,63 552/0 25 44271 кр.47,63 737/0 52 26710 кр.47,63 739/0 26 44277 кр.47,63 666/0 53 44040 кр.47,63 629/0 27 44930 кр.38,10 425/0 54 44932 кр.38,10 565/0

Изобретение относится к эксплуатационным смазкам, в частности к смазке для волочения сплошных и полых профилей из алюминия и его сплавов. Смазка содержит, мас.%: полиизобутилен П-20 - 11,5-17,5, олеиновую кислоту - 1,5-2,0 и остальное - индустриальное масло ИГП-30. Использование предложенной смазки позволяет устранить налипание протягиваемого металла на поверхность волочильного канала, что позволяет повысить качество проволочной продукции. 5 табл.

Смазка для волочения сплошных и полых профилей из алюминия и его сплавов, обладающая кинематической вязкостью при 40°С от 2400-6500 сСт, характеризующаяся тем, что она содержит индустриальное масло ИГП-30, полиизобутилен П-20 и олеиновую кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%:
полиизобутилен П-20 11,5-17,5 олеиновая кислота 1,5-2,0 масло индустриальное ИГП-30 остальное