Исследование эффективности технологических смазок при обжиме труб

В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2004 р. Вип. № 14

УДК 621,73

Ткачев Р.О.1, Каргин Б.С.2, Кирицев А.Д.3

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СМАЗОК ПРИ ОБЖИМЕ ТРУБ

Рассматривается вопрос трения между керамическим инструментом и алюминиевой заготовкой. Спроектирована, изготовлена и испытана установка для определения величины коэффициента трения между керамикой и алюминием.

Благодаря работам отечественных и зарубежных ученых [1, 2, 3, 4, 5 и др.], созданы научные основы контактного трения и смазки, разработаны и используются в качестве научного базиса теории внешнего трения твердых тел. Вместе с тем сложность происходящих в очаге трения явлений, изменяющихся под влиянием огромного числа факторов, создает исключительно большие трудности для исследователей и практиков в выяснении механизма контактного трения, как сложного многопараметрического процесса. В результате созданы и функционируют теории и гипотезы внешнего трения, каждая из которых, очевидно, в наибольшей степени достоверна для условий, при которых происходило изучение тех или иных закономерностей контактного трения. Ученые и производственники, занятые в области обработки металлов давлением, при оценке положительного и отрицательного влияний внешнего трения, естественно, опираются на эти теоретические основы. Вместе с тем, очевидно, что проблема контактного трения при пластической деформации усложняется в связи с постоянным обновлением и изменением поверхности трения деформируемого материала и контактной нагрузки, достигающей или превышающей сопротивление деформированию обрабатываемого материала.

А.К. Чертавских [6] сгруппировал в результате практического опыта и исследований рецептуры смазок для различных металлов. Анализ его работ показывает, что в группировке отсутствует сколько-нибудь определенная система. Рекомендации для одного и того же сорта смазки носят сугубо индивидуальный характер, и, как подчеркивает сам автор [6], смазки не отличаются постоянным химическим составом.

Не имея четко сформулированных основ для выбора смазок, исследователям приходится, отвечая на практические вопросы, идти эмпирическим путем, подбирая на основе опытов эффективные смазки для заданных конкретных условий штамповки.

В качестве примера можно привести трудоемкие работы И.Г. Ковалева по подбору наиболее совершенной смазки для дюралюминия и работы Л.А. Шофмана [7] для стали.

И.Г. Ковалевым взято 26 компонентов, в число которых входят вода, графит, тальк, сера, веретенное масло, спирт, солидол, технический вазелин, медицинский вазелин, воск, скипидар, керосин, канифоль, мыло, подсолнечное масло, аквадаг (25 % коллоидного графита + вода), ойлдаг (25 % коллоидного графита +20 % полугудрона + авиамасло Д-17), едкий натр, глицерин, вазелиновое медицинское масло, окисленный петролатум, авиационное масло, касторовое масло, мазут, среднее машинное масло и мел.

Из этих компонентов составлено и опробовано 48 комбинаций смазок, из которых наиболее удовлетворительными с точки зрения снижения усилия деформирования оказалось шесть.

Л.А. Шофман исследовал 11 комбинаций из спирта, воды, талька, мела, графита, веретенного масла, солидола, сульфофрезола, рыбьего жира, сульфированного касторового масла, машинного масла, олеиновой кислоты, серы, зеленого мыла и едкого натра. Ниже приведены некоторые из комбинаций, оказавшиеся лучшими:

№ 5: 43 % веретенного масла, 8 % рыбьего жира, 15 % графита, 8 % олеиновой кислоты, 5 % серы, 6 % зеленого мыла, 15 % воды;

1 ПГТУ, ассистент

2 ПГТУ, канд. техн. наук, профессор

3 ПГТУ, канд. техн. наук, доцент

№ 9: 20 % веретенного масла, 40 % солидола, 20 % графита, 70 % серы, 1 % спирта, 12 %

воды;

№ 10: 33 % веретенного масла, 1,5 % сульфированного касторового масла, 1,2 % рыбьего жира, 25 % мыла, 2,5 % олеиновой кислоты, 0,7 % едкого натра, 13 % воды.

Отсутствие критериев оценки влияния каждого из приведенных многочисленных компонентов и изменения их влияния в зависимости от геометрии штампа, рода штампуемого материала и скорости штамповки создает большие трудности в определении эффективных смазок.

Таким образом, ответа на вопрос о влиянии рода смазочных веществ на величину силы трения при пластической деформации теория граничного трения не дает.

Отсутствие четких количественных, а часто и качественных характеристик различных смазочных веществ, рассматриваемых с позиций граничного трения, привело к обширной номенклатуре рекомендуемых смазок для обработки металлов давлением без единого критерия их оценки.

Трение при обжиме играет очень важную роль. Ранее было установлено [8], что снижение трения позволяет увеличить предельную степень деформации при обжиме. Уменьшение коэффициента трения снижает также усилие деформирования и износ инструмента.

Нами было предложено изготавливать матрицу для обжима труб из керамики. Однако вопрос трения между керамикой алюминием в литературе не освещен. Поэтому прежде чем остановить выбор на той или иной смазке необходимо провести лабораторные испытания.

В технической литературе отсутствуют сведения о трении между керамикой и алюминиевыми сплавами. Поэтому возникла необходимость провести определение коэффициента трения между этой парой, что и явилось цел ью данной работы.

Для этого была разработана и изготовлена установка (см. рис.), которая закреплялась на испытательной машине типа Н-20.

Нагрев осуществлялся электрическими спиралями и регулировался. Керамические образцы 1 размером 20x20 вставлялись в прямоугольное окно в пластине, на них наносилась смазка. Пластины 2 прижимались пружиной 8 к нагревателям 3. Температура фиксировалась термопарами, соединенными с милливольтметрами. Усилие прижима создавалось винтом 6 и его величина определялась показанием индикатора динамометрического ключа.

Были проведены опыты по определению коэффициента трения между керамикой и сплавом Д16 при температурах в интервале 200 - 400 "С. Усилие создаваемое винтом 6 составляло в пересчете на 1 мм2 поверхности образца около 30 Н.

Испытывались смазки: водно-графитовая (ГФП - концентрированная), Укринол-7. Выбор указанных смазок был обоснован тем, что смазки Г на основе графита считаются наиболее эффектив-

Рис. - Установка для определения ными, т.к. они создают гидродинамическую про-

коэффициента трения слойку.

При гидродинамическом трении смазка проникает в зону деформации либо принудительным путем, либо затягивается за счёт собственной вязкости, либо заранее наносится на обрабатываемую поверхность и как бы "запирается" там.

В качестве разделительного слоя могут быть и образующиеся в момент деформации газы. Основные требования к веществу, создающему гидродинамическую прослойку, это то, что бы его сопротивление сдвигу было меньше, чем у обрабатываемого металла и инструмента при температуре зоны деформации. Важна его "маслянистость" или "скользкость". Идеальным в этом

отношении является графит. Он и при низких температурах и при высоких сохраняет свою скользкость. Кроме того, была предложена смазка КОС - 2А-5, состав которой приведен ниже. Состав полученной смазки КОС - 2А - 5

1. Натровые мыла кубовых остатков -55%

2. Гидроокись алюминия - 3,25 %

3. Вода -остальное. Содержание гидроокиси алюминия в сухом веществе составляет 5 %.

Результаты испытаний приведены в таблице. Таблица - Коэффициент трения керамика-Д16 при температурах деформации

Тип Коэффициент трения

смазки 200 °С 300 °С 400 °С

ГФП 0,30 0,36 0,39

КОС -2А- 5 0,34 0,38 0,39

Укринол-7 0,31 0,36 0,37

Из таблицы видно, что испытанные смазки имеют значение коэффициента трения довольно близкое, и все они могут быть использованы в процессе обжима с дифференцированным нагревом. Выбор смазки будет определен с учетом их служебных свойств, гигиенических условий, стоимости и, что очень важно, способа нанесения осуществляемого в автоматическом режиме и обеспечивающего наилучшее прилипание смазки к поверхности заготовки или штампа.

Направление по применение керамического инструмента в комплексе с эффективной технологической смазкой является перспективным, так как позволяет значительно повысить стойкость инструмента и качество получаемой продукции.

Выводы

1. Спроектирована, изготовлена и испытана установка для определения величины коэффициента трения между керамикой и алюминием (Д16) при температурах 200 - 400 °С.

2. В результате лабораторных испытаний установлено, что величина коэффициента трения между керамикой и алюминием имеет значительную величину и возрастает с ростом температуры от 200 до 400 °С.

3. Разработанная на кафедре смазка ГФП может быть рекомендована для обжима алюминиевых труб керамической матрицы.

4. Установлена работоспособность керамического инструмента для обжима алюминиевых заготовок с применением дифференцированного индукционного нагрева очага деформации.

Перечень ссылок

1. Исаченков Е.И. Комбинированное трение и смазки при обработке металлов давлением,/Е.И. Исаченков. - М.: Машиностроение, 1978. - 208 с.

2. Грудев А.П. Трение и смазки при обработке металлов давлением: С правоч н и к ,/Л П. Грудев. - М.: Металлургия, 1982. - 3-9 с.

3. Боуден Ф. Трение и смазка твердых тел./ Ф.Боуден., Д. Гейбор. - М.: Машиностроение, 1968.- 543 с.

4. Бриджмен П. Исследования больших пластических деформаций и разрыва.//7. Бриджмен. -М.: Из-во иностр. лит-ры , 1955. - 444 с.

5. Крамелъский И.В. Коэффициенты трения./Я./]. Крамелъский . И.Э. Виноградова. - М.: Маш-гиз, 1962. -220 с.

6. Чертавских А.К. Трение и смазка при обработке металлов./А.К. Чертавских. - М.: Метал-лургиздат, 1976. - 210 с.

7. Шофман Л.А. Элементы теории холодной штамповки././7.А Шофман. - М.: Оборонгиз, 1952.- 335 с.

8. Горбунов М.А. Штамповка деталей из трубчатых заготовок./МЛ Горбунов. - М.: Машиностроение, 1960. - 280 с.

Статья поступила 15.03.2004