СМАЗКА ДЛЯ ВОЛОЧЕНИЯ СПЛОШНЫХ И ПОЛЫХ ПРОФИЛЕЙ ИЗ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ
LUBRICATION FOR DRAWING OF SOLID AND HOLLOW PROFILES FROM ALUMINIUM AND ITS ALLOYS

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.
другие важные свойства
адгезию
снижается выход годного проволоченной продукции.
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  смазок и, прежде всего,  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 -
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, мм<sup>2</sup>/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/м<sup>3</sup>, не более
885
3
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/дм.
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<sub>40</sub>, 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