СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩАЯ ЖИДКОСТЬ ДЛЯ ЛИТЕЙНО-КОВОЧНЫХ МАШИН
FOUNDRY-FORGING MACHINE COOLANT

Изобретение относится к литейному производству, а именно к смазочно-охлаждающим жидкостям, используемым при горячей обработке давлением (ковке) отливок из латуни.
Известно применение различных смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) при литье преимущественно цветных металлов и сплавов в металлические формы. Большинство таких СОЖ, состоящих из значительного количества компонентов, предназначено для получения заготовок методом литья под давлением алюминиевых сплавов, имеющих невысокую температуру заливки (около 750°С). Например, многокомпонентные составы СОЖ по авторским свидетельствам (а/с) №1183277 (1985 г.), 466064 (1975 г.), 522893 (1976 г.), 557861 (1977 г.) включают растворители, стабилизаторы, наполнители и воду. Существенным недостатком всех перечисленных СОЖ является применение в качестве наполнителей твердых мелкодисперсных порошков, таких как графит, сажа, криолит, глина, дистенсиллиманит, колошниковая пыль, нефтяной кокс и ряда других нерастворимых в воде и органических растворителях продуктов, которые выводят из строя автоматические системы смазки оснастки. Перечисленные СОЖ имеют также недостаточную термостойкость, поэтому их применение для горячей обработки давлением более тугоплавких сплавов, чем алюминиевые, затруднительно.
Техпроцесс получения заготовок на литейно-ковочной машине (ЛКМ) совмещает операции свободной заливки сплава в металлическую форму, его первичную кристаллизацию с последующей обработкой давлением в ковочных штампах закристаллизовавшихся с поверхности и имеющих вязкую сердцевину отливок из латуни. Отливки в ковочных штампах испытывают значительно более высокие нагрузки, чем расплавы при литье под давлением, поэтому между рабочей поверхностью штампов и заготовкой возникает прочное сцепление, часто приводящее к привару последних к штампам. Вследствие узкого интервала кристаллизации латуни марки ЛЦ40С, из которой получают отливки, температурный интервал горячей обработки давлением отливок должен быть также узким, в пределах 910-915°С. При более низкой или более высокой температуре, выходящей за пределы указанного интервала, обработка невозможна из-за низкой пластичности сплава или привара. Повышает пластичность сплава и предупреждает привар заготовок к поверхности штампов использование специальных СОЖ на основе минеральных масел. Однако большинство составов СОЖ, предназначенных для горячей и холодной обработки металлов давлением (а/с №1097648, 1097649, 1097653, 1984 г.), испытанных в производстве при получении заготовок из латуни на ЛКМ, имеют недостаточную термостойкость, из-за чего привар отливок к поверхности штампов не предупреждается, а иногда и усиливается. Вследствие наличия в упомянутых СОЖ твердых мелкодисперсных наполнителей их использование для автоматических систем смазки на ЛКМ затруднительно.
Некоторые предприятия, внедрившие техпроцесе получения заготовок на ЛКМ (КАМАЗ, ГАЗ), в качестве смазки применяют жидкости типа «Графитол Э» [6], представляющие собой водно-масляные эмульсии с поверхностно-активными добавками и твердым наполнителем (мелкодисперсным графитом). Жидкость «Графитол Э» имеет удовлетворительные разделяющие свойства, облегчает удаление заготовок из ковочных штампов, предупреждает привар, однако наличие в ее составе твердых, хотя и мелкодисперсных частиц графита не только быстро засоряет трубопроводы и выводит из строя автоматическую систему смазки ЛКМ, но и ухудшает санитарно-гигиенические условия труда и культуру производства, хотя принято считать, что графит выполняет роль твердого смазочного материала [1].
Из всех известных составов СОЖ, рекомендуемых для покрытия рабочих поверхностей металлических пресс-форм и штампов, наиболее близкой к предлагаемой по сущности и достигаемым результатам является жидкость «Элитол Э» [5], выпускаемая отечественной промышленностью в соответствии с а/с №1542034 (1988 г.). В состав жидкости входят следующие компоненты: вода, минеральное (цилиндровое) масло, пеногасители (полиметилсилоксан и двуокись кремния), органическая жирная кислота (полиоксиэтилированная стеариновая), органический растворитель (керосин), коллоидная сера и карбамид. Технология приготовления жидкости достаточно сложная: составляющие неоднократно нагревают - минеральное масло сначала до 70-80, потом - до 125-130°С, стеариновую кислоту сначала растворяют в горячей воде, смешивают с карбамидом, который при 130°С разлагается на аммиак и углекислый газ, а при интенсивном и тщательном перемешивании и эмульгировании в высокоскоростных мешалках или коллоидных мельницах при повышенных температурах газы улетучиваются в атмосферу в процессе приготовления жидкости. Рекомендуемая область применения известной СОЖ, выбранной в качестве прототипа, - смазка рабочих поверхностей пресс-форм и плунжерных пар машин литья под давлением алюминиевых сплавов. Дополнительно вводимые в состав СОЖ вещества - коллоидная сера и двуокись кремния - являются токсичными и нерастворимыми ни в воде, ни в органических растворителях мелкодисперсными твердыми продуктами, использование которых в составе СОЖ нежелательно. Во время производственных испытаний выявилась недостаточная разделяющая способность известной жидкости, хотя она технологична в случае применения в автоматических системах смазки из-за отсутствия твердых наполнителей.
Целью настоящего изобретения является создание такой СОЖ, предназначенной для покрытия рабочей поверхности ковочных штампов ЛКМ, которая наряду с более высокими разделяющими свойствами при горячей обработке давлением отливок из латуни имела бы простой состав, несложную технологию приготовления (без подогрева составляющих и специального эмульгирования), не содержала бы твердых наполнителей типа графита, криолита и других компонентов, в том числе и токсичных. Эта цель достигатся тем, что в известный состав СОЖ на основе минерального масла, пеногасителя - полиметилсилоксана и воды дополнительно вводят бессульфонатную полусинтетическую жидкость «Караидель 2» при следующем соотношении компонентов (в мас.%):
Масло минеральное (трансмиссионное)
- 30-35
Полиметилсилоксан
- 0,2-0,5
«Караидель 2»
- 24-45
Вода
- остальное.
В применении дополнительных добавок коллоидной серы, карбамида, керосина и жирных кислот нет необходимости, поскольку все указанные компоненты в требуемых количествах присажены в трансмиссионное масло и жидкость «Караидель 2».
Трансмиссионные масла представляют собой смесь высококачественных дистиллятных и остаточных масел с присадками фосфористых, хлористых и серосодержащих соединений, имеющих противозадирные, противоизносные, антиокислительные и антипенные свойства.
В соответствии с техническими условиями [3] полусинтетическая жидкость «Караидель 2» является сбалансированной композицией из индустриальных, синтетических и растительных масел с добавками синтетических жирных кислот, гликолевых и аминных эфиров жирных кислот, содержит эмульгаторы, ингибиторы коррозии, при смешивании с водой образует мелкодисперсные эмульсии, в связи с чем специального эмульгирования не требуется. Кроме того, в состав жидкости «Караидель 2» входят синтерол, неонол, триэтаноламин, диэтаноламин, масло подсолнечное, масло рапсовое и другие вещества, улучшающие технологические свойства СОЖ.
Предлагаемую СОЖ готовят следующим образом. В металлическую или пластмассовую емкость заливают масло трансмиссионное марки SAE 85W-90, APIGL-5 [2], вводят кремнийорганическое соединение КЭ10-01, представляющее собой 70-процентную водную эмульсию кремнийорганической жидкости ПМС-400 (полиметилсилоксан) по ТУ 6-02-587-75, перемешивают в течение 2-х минут ручной деревянной мешалкой (можно применять и механическую мешалку), в полученную смесь добавляют полусинтетическую бессульфонатную жидкость «Караидель 2», перемешивают 5-7 минут, добавляют горячую воду (температура воды около 50-60°С), вновь перемешивают 3-5 минут, после чего жидкость можно применять в качестве разделительного покрытия (помещать в расходные емкости ЛКМ). Как видно из приведенной характеристики, состав жидкости и технология ее приготовления значительно проще и доступнее, СОЖ можно приготовить на любом предприятии, при этом не требуется специального оборудования: скоростных мешалок, мельниц, нагревателей.
Примеры конкретного выполнения.
Для оценки разделяющей способности предложенной СОЖ проводили сравнительные производственные испытания при получении заготовок из латуни ЛЦ 40С ГОСТ 17770-80 на литейно-ковочной машине модели 4167 конструкции НИИТАВТОПРОМ. Смазочно-охлаждающие жидкости готовили предварительно и испытывали поочередно на одной и той же ЛКМ. Перед нанесением на ковочные штампы концентрированные жидкости дополнительно разбавляли водой в соотношении 1:10 и полученные составы распыляли на рабочие поверхности штампов пульверизатором. После заливки латуни в медный заливочный кокиль и выдержки в кокиле в течение 5 секунд отливка вместе с литниковой системой (секция) с помощью транспортных захватов автоматически помещалась в ковочный штамп, после ковки секция транспортными захватами автоматически перемещалась в обрезной штамп, где отделялась литниковая система от отливки. Разделяющую способность жидкостей оценивали по количеству извлеченных из ковочных штампов секций при однократном нанесении СОЖ на поверхность штампа. В случае недостаточной разделяющей способности СОЖ секция приваривалась к поверхности и не удалялась из штампа, цикл нарушался, машина автоматически останавливалась.
Составы испытуемых СОЖ приведены в табл.1, а их разделяющая способность в табл.2.
Таблица 1Составы испытуемых СОЖ
Компоненты
Содержание в составах, мас.%
1
2
3
4
5
6
7
8
Масло трансмиссионное
24
25
30
34
35
36
-
-
Масло цилиндровое
"
-
-
-
-
-
35
-
Стеарокс
-
-
-
-
-
-
15
-
Керосин
-
-
-
-
-
-
12
-
Карбамид
-
-
-
-
-
-
13
-
КЭ 10-01 (ПМС-400)
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,5
-
Коллоидная сера
-
-
-
-
-
-
0,4
-
Двуокись кремния
-
-
-
-
-
-
0,01
«Караидель 2»
24
25
30
34
44
45
-
-
«Графитол Э»
-
-
-
-
-
-
100
Вода
51,9
49,8
39,7
35,6
20,5
18,4
24,09
-
Всего
100
100
100
100
100
100
100
100
Примечание: перед нанесением на рабочие поверхности штампов концентраты разбавляли водой в соотношении 1:10 соответственно.
Таблица 2Разделяющая способность жидкостей
№ состава из табл.1
1
2
3
4
5
6
7
8
Разделяющая
способность
(количество
15
19
28
38
39
24
18
15
съемов при
однократном
покрытии)
Анализ таблицы 2 показывает, что составы СОЖ с жидкостью «Караидель 2» (№2, 3, 4, 5, 6) имеют более высокую разделяющую способность по сравнению с ранее используемыми в производстве ближайшими аналогами (составы №7 и 8). Наиболее высокую разделяющую способность имеют составы №3, 4, 5, 6. Использование состава №2 тоже возможно, поскольку он по разделяющей способности не уступает прототипу, но более экономичен и прост по составу. Кроме того, практика показала, что состав №6 несмотря на сравнительно высокую разделяющую способность нетехнологичен, т.к. из-за большого количества масел в составе СОЖ, а также высокой температуры на рабочих поверхностях ковочных штампов образуется нагар вследствие термодеструкции жидкости «Караидель 2». Поэтому во время работы литейно-ковочных машин необходимо периодическое удаление нагара, приводящее к снижению производительности и ухудшению условий труда. Также повышается расход составляющих, что удорожает процесс. Следовательно, увеличение расхода жидкости «Караидель 2» более 44 мас.% технически и экономически нецелесообразно. Снижение концентрации жидкости «Караидель 2» менее 25% тоже нецелесообразно из-за недостаточной разделяющей способности СОЖ. Таким образом, предлагаемая СОЖ, дополнительно содержащая жидкость «Караидель 2» в количестве 25-44 мас.%, обеспечивает высокие технико-экономические показатели: повышается производительность труда и качество отливок за счет стабилизации работы ЛКМ.
Предлагаемое техническое решение имеет следующие общие признаки с прототипом:
- минеральное масло в качестве основы;
- многокомпонентный состав, включающий смачиватели, эмульгаторы, противозадирные, противоизносные, антифрикционные и прочие присадки;
- отсутствие в составе СОЖ твердых наполнителей;
- удовлетворительная разделяющая способность.
Существенные отличительные признаки предложенного состава и прототипа:
- более простой состав и технология приготовления;
- отсутствие токсичных компонентов, таких как коллоидная сера и двуокись кремния;
- применение высококачественного трансмиссионного масла;
- дополнительное включение в состав СОЖ жидкости «Караидель 2» - сбалансированной композиции из синтетических и растительных масел с добавками синтетических жирных кислот, их эфиров и аминов, синтерола, неонола, органических растворителей и других составляющих.
Смазочно-охлаждающая жидкость на основе минерального масла с добавкой полусинтетической бессульфонатной жидкости «Караидель 2» испытана в производственных условиях ОАО «Автомобильный завод «Урал», и принято решение о ее внедрении.
Предлагается следующий состав СОЖ (мас.%):
Минеральное масло
- 25-35
Полиметилсилоксан
- 0,2-0,5
Жидкость «Караидель 2»
- 25-44
Вода
- остальное.
ЛИТЕРАТУРА
1. Шебатинов М.П. и др. Высокопрочный чугун в машиностроении. - М.: Машиностроение, 1988, - c.87.
2. Масла для моторов и трансмиссии - журнал «За рулем» 2/93, с.14-15.
3. ТУ 0258-003-12783932-93.
4. ТУ 6-02-135487 - Смазочно-охлаждающая жидкость типа «Элитол Э».
5. ТУ 6-02-1121-77 - Смазочно-охлаждающая жидкость типа «Графитол Э».