смазка для волочения сплошных и полых профилей из алюминия и его сплавов

Формула изобретения

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

Описание изобретения к патенту

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, µ 40, 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