Мастило для гарячої деформації алюмінію та його сплавів - патент Україна 2368649 - Панін Валерій Георгійович
Використання: для пресування труб з алюмінію та його сплавів. Сутність: мастило містить мас.%: бітум нафтовий 30, графіт 15-20, стеарат кальцію 7, мінеральне масло марки ИГП-30 до 100. Технічний результат - зменшення токсичної дії мастила на людину, запобігання налипання металу на інструмент і зниження її вартості . 2 табл.
Винахід відноситься до мастильних складів, зокрема до мастила для гарячої деформації алюмінію та його сплавів.
Відомі мастила для гарячої обробки металів на основі мінеральної олії та графіту (Грудєв А.П. «Тертя і мастила при обробці металів тиском», 1982, стор.215). Відомо також, що при пресуванні алюмінієвих сплавів інструмент зазвичай не має примусового охолодження, тому при високих температурах обробки мастила повинні мати високі теплоізоляційні властивості. Особливо важливо забезпечити теплоізоляцію каналу матриці, а також голки прошивних пресів. Чим вище температура і довше цикл пресування, тим вище вимоги до теплоізоляційних властивостей мастила. Разом з тим одноразова порція мастила повинна забезпечити надійний поділ поверхонь, що труться, протягом усього процесу пресування. Цій вимогі найкраще задовольняють шаруваті мастила і речовини, що плавляться або розм'якшуються під впливом тиску та тепла деформації.
На ВАТ «СМЗ» при пресуванні труб як базове мастило використовують суміш високов'язкого мінерального масла - циліндрового 52 («вапор»), ГОСТ6411-76 та графіту лускатого, ГОСТ 10273-79. У таблиці наведено показники якості високов'язкої мінеральної олії - циліндрової 52 («вапор»). Нанесення мастила на інструмент роблять вручну за допомогою пензля. Відомо, що звичайнамасло-графітна суспензія, яка використовується як технологічне мастило при пресуванні труб з алюмінієвих сплавів, має ряд недоліків, наприклад, недостатня швидкість закінчення, що допускається умовами тріщиноутворення. Відоме мастило також недостатньо запобігає налипанню металу до інструменту, в результаті на внутрішній поверхні труб утворюються дефекти у вигляді надирів і рисок, відповідно зростають напруги, що розтягують, на голці, які призводять до «витягування» голки або її руйнування - обриву.
Відома мастило для гарячої обробки металів на основі мінеральної олії та графіту з використанням у її складі тальку та свинцевого сурика (а/с № 173869,1965 р.). Відомо також, що всі мастила, що містять свинець, токсичні (Грудєв А.П. «Тертя і мастила при обробці металів тиском», 1982, стор.223) і з цієї причини не можуть використовуватися у виробництві, так як не гарантуються безпечні умови роботи навіть за наявності потужної витяжної вентиляції. Можна припустити, що введення у відому мастило великої кількості тальку=10% не сприятиме збільшенню швидкості закінчення, так як тальк не є антифрикційним матеріалом і застосовується в мастилах як екрануюча добавка.
Введення у відому мастило загусника - бентоніту, 10-15% (мінеральна речовина шаруватої будови) підвищує термостійкість мастила, воно вище, ніж у графіту, але змащувальні властивості нижче (див. «Тертя і технологічне мастило при обробці металів тиском», Чертавських А.). К., Білосевич В.К., 1968, стор.222). Крім того, дуже важливе практичне значення має гідрофобність частинок загусника. Тонкодисперсні глини (бентоніти, аскангелі, аттапульгіт і т.д.) цілком придатні для загущення олій. За їх концентрації в маслі 10-15% можна отриматиТипові пластичні мастила. Однак практичне використання подібних мастил неможливе. При попаданні в мастило навіть невеликих кількостей вологи, що завжди може відбуватися при зберіганні та застосуванні, вода змочуватиме поверхню частинок значно краще, ніж масло, а це призведе до руйнування структури мастила (див. «Підбір та застосування пластичних мастил», Сініцин Ст. Ст, 1969 р. стор.40). При отриманні бентонітових мастил обов'язково використовують диспергуючі поверхнево-активні добавки (див. там же, стор.44). У відомому мастилі таких добавок немає.
Як поверхнево-активну речовину (ПАР) у відому мастило введена олеїнова кислота - 10-15%. Але граничні жирні кислоти (наприклад, стеаринова кислота) хімічно стійкіше, ніж ненасичені типу олеїнової кислоти. Наявність подвійних зв'язків у радикалі олеїнової кислоти зумовлює порівняно легку її змінність та нестійкість. З підвищенням ненасиченості кислоти ступінь змінюваності її властивостей збільшується (див. «Тертя і технологічне мастило при обробці металів тиском», Чертавських А.К., Білосевич В.К., 1968, стор.197). Відомо також, що налипання металу на інструмент при введенні деяких ПАР у мастило пов'язане з тим, що в умовах високих температур та тисків процесу пресування ПАР втрачають свої властивості. Це насамперед відноситься до жирних кислот типу олеїнової та стеаринової (див. «Пресування труб з алюмінієвих сплавів», Єрманок М.3. та ін, 1976, стор.154).
До недоліків відомого мастила слід віднести використання як наповнювач алюмінієвої пудри - 10-15%. Алюмінієва пудра у зваженому стані в атмосфері повітря (аерозоль) вибухонебезпечна, а в насипаному стані (аерогель) пожежонебезпечна. За наявності джерела ініціювання займання (гарячі аборозжарені тіла, іскріння від удару та тертя, теплові прояви хімічних реакцій та механічних впливів, електричні розряди тощо) аерозоль алюмінієвого пилу при концентрації вище за нижню концентраційну межу займання (НКПВ) вибухає. При цьому алюмінієвий пил, що осів у приміщенні, може перейти у зважений стан і викликати додатковий, сильніший вибух. НКПВ алюмінієвого пилу - 40 г/м 3 температура самозаймання аерозолю - 540°С, аерогелю - 470°С. При попаданні в пудру води можливе її самозаймання. Крім того, алюмінієвий пил потрапляє в організм при вдиханні та заковтуванні, вражає головним чином легені - захворювання називається алюмінієм легень, можливе подразнення слизових оболонок очей, носа, рота, статевих органів, ураження шкіри (див. ГОСТ5494-71 стор.2 і стор. 3).
Відомо, що антифрикційна ефективність мастила, тобто ступінь зниження сил тертя, залежить від двох основних факторів: хімічного складу мастила і товщини роздільного шару, що утворюється. З погляду хімічного складу особливо важлива присутність у мастилі ПАР, зокрема жирних кислот та їх похідних. Ці речовини сприяють утворенню на металевій поверхні мастильних шарів упорядкованої шаруватої структури з високим опором продавлюванню і малим опором зсуву. Що стосується товщини мастильного шару на контактних поверхнях, то вона залежить від фізичних властивостей мастила (Грудєв А.П. «Тертя і мастила при обробці металів тиском», 1982, стор.96).
Автори відомої мастила в порівнянні з прототипом, описаним в а/с № 1021172, фактично замість тальку ввели в неї бентоніт і додали мінеральну олію, причому не ясно малов'язке або високов'язке. При цьому стверджують, що отримане мастило збільшує швидкістьзакінчення при пресуванні профілів, підвищується продуктивність устаткування.
Частка антифрикційних наповнювачів у відомому мастилі може досягати майже третини від її складу – це дуже багато! Відоме мастило непридатне для пресування труб, так як при нанесенні його на голку (температура голки в момент нанесення мастила 330-380°С) і алюмінієва пудра, і бентоніт не плавляться, знаходяться у зваженому стані і, оскільки вони не є антифрикційними матеріалами - коефіцієнт тертя графіту набагато менше, процес пресування характеризуватиметься невисокою швидкістю закінчення та низькою продуктивністю обладнання. Багаторічний досвід пресування труб на ВАТ «СМЗ» показав, що олеїнова кислота (температура спалаху у відкритому тиглі - 200 ° С) як ПАР не ефективна при температурах інструменту - 330-380 ° С, так як вона втрачає свої властивості і просто вигоряє. Практично ПАР у відомому мастилі відсутня. Крім того, застосування алюмінієвої пудри у відомому мастилі робить її екологічно небезпечною для життя людей і тому непридатною для гарячого пресування.
Завданням винаходу є створення універсального мастила для гарячого пресування труб, екологічно чистішої, з високими антифрикційними властивостями, що в кінцевому рахунку зменшить токсичну дію її на людину і запобігтиме налипання металу на інструмент. Універсальність мастила полягає в тому, що вона застосовується для гарячого пресування труб як з твердих сплавів типу Д16, 1915 і т.д., так і м'яких сплавів типу АМг3, 4004 і т.д., при витяжках від 7 до 100 і швидкостях закінчення 0,5-8 м/хв. Поставлене завдання вирішено винаходом, що заявляється - складом мастила на основі мінеральної олії, графіту і бітуму, яка відрізняється тим, що вона додатково містить стеараткальцію в мас.%: