RU2307866C2

RU2307866C2 - Greasing for drawing of the pipes made out of aluminum and its alloys

Info

Publication number: RU2307866C2
Application number: RU2004128284/04A
Authority: RU
Inventors: Валерий Георгиевич Панин (RU); Валерий Георгиевич Панин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Самарский металлургический завод"
Priority date: 2004-09-22
Filing date: 2004-09-22
Publication date: 2007-10-10
Also published as: RU2004128284A

Abstract

FIELD: petrochemical industry; non-ferrous metallurgy; mechanical engineering; production of the greasing for drawing of pipes made out of aluminum and its alloys.

SUBSTANCE: the invention is pertaining to the metal working at the cold working of the metals by pressure. The greasing contains (in the mass %): "P-20" grade polyisobutylene - 11-13.5, oleic acid - no more than 2, the aviation oil of MS grade - 20 to 100. The technical result of the invention is assurance of the drawing stability, improvement of the quality of the processed products.

EFFECT: the invention ensures improvement of the quality of the processed products.

Description

Изобретение относится к составам смазочных композиций для холодной обработки металлов давлением и может быть использовано для волочения труб из алюминия и его сплавов.The invention relates to compositions of lubricating compositions for cold metal forming and can be used for drawing pipes of aluminum and its alloys.

Известно, что важнейшей функцией смазки является уменьшение сил внешнего трения, повышение стойкости до налипания - количество изделий, протянутых через волочильный канал до появления на поверхности недопустимых царапин, задиров, рисок из-за налипания протягиваемого металла на поверхность волочильного канала, уменьшение обрывности - число обрывов на 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 смазка должна обладать повышенной адгезией с протягиваемым металлом и вязкостью. Известно, что металлы, обрабатываемые волочением, условно разделены на взаимодействующие со смазкой и не взаимодействующие. Алюминиевые сплавы относятся к первой группе. При волочении алюминия и его сплавов на металле образуется смазочная пленка, разделяющаяся на три слоя, два из которых воспринимают статическую 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.It is known that the most important function of a lubricant is to reduce the forces of external friction, increase the resistance to adhesion - the number of products stretched through the drawing channel until unacceptable scratches, scratches, scratches appear on the surface due to the adhesion of the drawn metal to the surface of the drawing channel, reducing breakage - the number of breaks per unit of time, in other words, an increase in the yield of wire products. The funnel-shaped shape of the drawing channel and high contact stresses contribute to the intensive extrusion of the lubricant in the opposite direction to the drawing, therefore, the lubricant must have increased adhesion with the drawn metal and viscosity. It is known that metals processed by drawing are conventionally divided into those interacting with the lubricant and not interacting. Aluminum alloys belong to the first group. When aluminum and its alloys are drawn on the metal, a lubricating film is formed, which is divided into three layers, two of which perceive the static load on the metal and tool being processed, and the third layer, dynamic, flows freely between them. The energy conversion that takes place in a lubricating film causes an increase in viscosity in the static layer, and an increase in temperature in the dynamic layer, that is, the physical properties of the lubricant change.

Известно, что при волочении металлов с пассивной пленкой необходимо создать условия гидродинамики в волоке.It is known that when drawing metals with a passive film, it is necessary to create hydrodynamic conditions in the die.

Известно также, существуют три основных режима трения: граничный (Ктрения=0,05), жидкостной (Ктрения=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. Наилучший смазочный эффект достигается при полном жидкостном трении. В этом случае толщина слоя смазки составляет 5-20 мкм и более (см. Грудев А.П. Трение и смазки при обработке металлов давлением. М.: Металлургия, 1982, стр.15).It is also known that there are three main modes of friction: boundary (Ktreniya = 0.05), fluid (Ktreniya = 0.001-0.05) and mixed, which is intermediate between the boundary and fluid friction. In addition, when drawing aluminum alloys, the lubricant must be operable in the temperature range of 80-120 ° C. The best lubricating effect is achieved with full fluid friction. In this case, the thickness of the lubricant layer is 5-20 μm or more (see A. Grudev, Friction and lubrication in metal forming. M: Metallurgy, 1982, p. 15).

Известно, что возможность получения жидкостного или смешанного режима трения для известных условий ведения процесса (скорость, деформация, наличие промежуточной термообработки, марка материала) зависит от вязкости смазки и ее адгезии. Этот тезис подтверждается многолетней практикой обработки производственных партий мерных изделий.It is known that the possibility of obtaining a fluid or mixed friction mode for known process conditions (speed, deformation, the presence of intermediate heat treatment, grade of material) depends on the viscosity of the lubricant and its adhesion. This thesis is confirmed by many years of practice in processing production batches of measured products.

Известна смазка для волочения сплошных и полых профилей - минеральное масло марки Ц-52 со следующими показателями: вязкость кинематическая при 100°С равна 50-70 сСт, при 40°С равна 1100 сСт (данные заводской лаборатории).A lubricant for drawing solid and hollow profiles is known - mineral oil of the grade C-52 with the following indicators: kinematic viscosity at 100 ° C is 50-70 cSt, at 40 ° C it is 1100 cSt (data from the factory laboratory).

Недостатками известной смазки является то, что она имеет низкую кинематическую вязкость и недостаточную адгезию и поэтому не обеспечивает надежную границу раздела между инструментом и деформируемым металлом, поэтому на поверхности проволоченной продукции имеются дефекты в виде складок, рисок и задиров, что является причиной отбраковки готовой продукции.The disadvantages of the known lubricant is that it has a low kinematic viscosity and insufficient adhesion and therefore does not provide a reliable interface between the tool and the deformable metal, therefore, on the surface of the wire product there are defects in the form of folds, scratches and scoring, which causes rejection of the finished product.

Известны также смазки ВМ-17 и ВМ-25, содержащие 70-95% индустриального масла с загустителем (полиизобутиленом П-20 или П-100), которые при сгорании не дают коксового остатка» (см. Грудев А.П. Трение и смазки при обработке металлов давлением. М.: Металлургия, 1982, с.211).Also known are lubricants VM-17 and VM-25, containing 70-95% of industrial oil with a thickener (polyisobutylene P-20 or P-100), which, when burned, do not give a coke residue "(see A. Grudev, Friction and lubricants in the processing of metals by pressure. M: Metallurgy, 1982, p. 211).

К недостаткам этих смазок относится то, что они применяются преимущественно при бухтовом волочении алюминиевой проволоки на барабанных станах, при скоростях волочения выше 4 м/сек, а также то, что они имеют низкую адгезию, так как в них отсутствуют поверхностно-активные вещества и они не полярны. При использовании известных смазок для волочения сплошных и полых профилей из алюминия и его сплавов происходит продавливание слоя смазки, что приводит к налипанию металла на инструмент, повышается обрывность, в связи с чем снижается выход годных проволоченных изделий.The disadvantages of these lubricants include the fact that they are mainly used for coiled drawing of aluminum wire on drum mills, at drawing speeds above 4 m / s, and also that they have low adhesion, since they do not have surfactants and they not polar. When using known lubricants for drawing solid and hollow profiles of aluminum and its alloys, a lubricant layer is forced through, which leads to metal sticking to the tool, breakage increases, and therefore the yield of wired products decreases.

Технической задачей изобретения является обеспечение стабильности процесса волочения, предотвращение налипания металла на инструмент, повышение качества продукции при мелкосерийном производстве.An object of the invention is to ensure the stability of the drawing process, to prevent the buildup of metal on the tool, improving product quality in small-scale production.

Поставленная задача решается тем, что смазка для волочения труб из алюминия и его сплавов, содержащая минеральное масло и полиизобутилен, дополнительно содержит олеиновую кислоту и в качестве минерального масла содержит авиационное масло МС-20 при следующем соотношении компонентов, мас.%: полиизобутилен марки П-20 11-13,5, олеиновая кислота не более 2, авиационное масло МС-20 до 100. Содержание олеиновой кислоты способствует, благодаря наличию в ней карбоксильной группы СООН, образованию на металлических поверхностях тонких и прочных смазочных слоев упорядоченной слоистой структуры, с высоким сопротивлением продавливанию и малым сопротивлением сдвигу. За счет понижения поверхностного натяжения снижается вязкость смазки, улучшается смачиваемость поверхности изделий. Оптимальное количество олеиновой кислоты, начиная с 1,5 мас.% почти не изменяет вязкости исходной смазки, но уже действует как поверхностно-активное вещество и делает смазку полярной, что обеспечивает надежную границу раздела между инструментом и деформируемым металлом и дает возможность получения высокого качества продукции при мелкосерийном производстве. При содержании олеиновой кислоты 2 мас.% исключается дефект появления рисок, дальнейшее увеличение олеиновой кислоты в смазке не имеет смысла, так как будет способствовать лишь понижению ее вязкости.The problem is solved in that the lubricant for drawing pipes from aluminum and its alloys, containing mineral oil and polyisobutylene, additionally contains oleic acid and as a mineral oil contains aviation oil MS-20 in the following ratio, wt.%: Polyisobutylene grade P- 20 11-13.5, oleic acid no more than 2, aviation oil MS-20 up to 100. The content of oleic acid contributes, due to the presence of a COOH carboxyl group in it, to the formation on the metal surfaces of thin and strong lubricants with loys of an ordered layered structure, with high resistance to bursting and low shear resistance. By lowering the surface tension, the viscosity of the lubricant decreases, the wettability of the surface of the products improves. The optimal amount of oleic acid, starting from 1.5 wt.% Almost does not change the viscosity of the initial lubricant, but already acts as a surfactant and makes the lubricant polar, which provides a reliable interface between the tool and the deformable metal and makes it possible to obtain high quality products in small batch production. When the content of oleic acid is 2 wt.%, The risk of the appearance of scratches is excluded, a further increase in oleic acid in the lubricant does not make sense, since it will only contribute to a decrease in its viscosity.

Содержание в качестве минерального масла авиационного масла МС-20, обладающего по сравнению с индустриальным маслом более высокой вязкостью, термостабильностью и малой летучестью, обеспечивает предотвращение налипания металла на инструмент, что увеличивает стабильность процесса волочения. Получение стабильного процесса волочения с низким коэффициентом трения достигается за счет создания гидродинамического эффекта «масляный клин», то есть состояния, когда масляная пленка на входе волоки толще, чем на выходе. При этом смазка, увлекаемая движущейся поверхностью заготовки в уменьшающийся зазор, создает все возрастающее давление при непрерывности смазочной пленки. Движение смазки в направлении сужения «клина» создает силы настолько значительные, что наступает полное разделение поверхностей инструмента и изделия и тем самым исключается налипание металла на инструмент.The content of MC-20 aviation oil as a mineral oil, which, in comparison with industrial oil, has a higher viscosity, thermal stability and low volatility, prevents metal from sticking to the tool, which increases the stability of the drawing process. Obtaining a stable drawing process with a low coefficient of friction is achieved by creating the hydrodynamic effect of the "oil wedge", that is, the state when the oil film at the inlet of the die is thicker than at the outlet. In this case, the lubricant, carried away by the moving surface of the workpiece into a decreasing gap, creates an increasing pressure with the continuity of the lubricating film. The movement of the lubricant in the direction of the narrowing of the "wedge" creates forces so significant that there is a complete separation of the surfaces of the tool and the product and thereby eliminates the buildup of metal on the tool.

Содержание полиизобутилена в количестве 11-13,5 мас.% дает возможность получения смазки с вязкостью, не ухудшающей ее адгезию, ограничение количества достаточно дорогого полиизобутилена дает возможность получения экономичной смазки.The content of polyisobutylene in an amount of 11-13.5 wt.% Makes it possible to obtain a lubricant with a viscosity that does not impair its adhesion; limiting the amount of sufficiently expensive polyisobutylene makes it possible to obtain an economical lubricant.

Известно, что при выборе смазки необходимо устанавливать и оценивать ее смазочный эффект. Непосредственное установление этого эффекта весьма трудоемко, поэтому при определении смазочного эффекта используют следующие косвенные показатели: возникающее напряжение волочения, степень неравномерности и среднюю толщину оставшегося смазочного слоя, стойкость волочильного канала, а также чистоту заполировки его от налипшего металла (см. Перлин И.Л. и др. Теория волочения. М.: Металлургия, 1971, стр.101).It is known that when choosing a lubricant, it is necessary to establish and evaluate its lubricating effect. The direct establishment of this effect is very time-consuming, therefore, when determining the lubricating effect, the following indirect indicators are used: the resulting drawing voltage, the degree of unevenness and the average thickness of the remaining lubricating layer, the resistance of the drawing channel, as well as the purity of polishing it from adhering metal (see I. Perlin and other Theory of drawing. M: Metallurgy, 1971, p. 101).

Так как в настоящее время методика по определению влияния качественного и количественного состава смазки на качество наружной поверхности полуфабрикатов из алюминия и его сплавов отсутствует, ввели условный количественный показатель качества Р, который определили как отношение массы отбракованной продукции к массе годной продукции:

где G - масса отбракованных изделий; Σ - масса годных изделий.Since at present there is no methodology for determining the influence of the qualitative and quantitative composition of the lubricant on the quality of the outer surface of semi-finished products from aluminum and its alloys, we introduced a conditional quantitative quality indicator P, which was defined as the ratio of the mass of rejected products to the mass of suitable products:

where G is the mass of rejected products; Σ is the mass of good products.

Оптимальную смазочную композицию получили экспериментальным методом путем смешения полиизобутилена марки П-20 ТУ 38.303-02-99-99 (молекулярная масса по Штаудингеру 23000≥М≥17500), авиационного масла марки МС-20 ГОСТ 21743-76 и олеиновой кислоты ГОСТ 7580-91.The optimal lubricating composition was obtained experimentally by mixing polyisobutylene grade P-20 TU 38.303-02-99-99 (molecular weight according to Staudinger 23000≥М≥17500), aviation oil grade MS-20 GOST 21743-76 and oleic acid GOST 7580-91 .

Готовая смазка представляет собой однородную маслянистую вязкую массу от светло-коричневого до коричневого цвета. Оптимальный интервал вязкости смазки составляет 4700-5200 сСт при 40°С.Ready grease is a homogeneous oily viscous mass from light brown to brown. The optimal range of lubricant viscosity is 4700-5200 cSt at 40 ° C.

Изделия, получаемые волочением на станах усилием 2, 5 и 12,5 тс, условно разбили на три группы:Products obtained by drawing on mills with a force of 2, 5 and 12.5 tf were conditionally divided into three groups:

- полые профили трубы из сплава Д16,- hollow pipe profiles made of alloy D16,

- сплошные профили: пруток (круг, квадрат, шестигранник) из сплава 2007, 2011, 2017, 6061 и 7075,- solid profiles: bar (circle, square, hexagon) from alloy 2007, 2011, 2017, 6061 and 7075,

- сплошные профили пруток диаметром 25-60 мм из сплава 7075.- solid bar profiles with a diameter of 25-60 mm from alloy 7075.

Качество поверхности оценивали визуально, температуру разогрева материала труб оценивали с помощью контактной термопары.The surface quality was evaluated visually, the heating temperature of the pipe material was evaluated using a contact thermocouple.

Смазка легко наносится шпателем или кистью на поверхность деформируемых изделий. После деформации остаточный смазочный слой представлял собой сплошную тонкую пленку, равномерно распределенную по поверхности труб. Предложенный состав смазки обладал высоким смазочным эффектом, повышенной адгезией и смачиваемостью. Качество поверхности труб соответствовало требованиям ГОСТ 18475-82.Lubrication is easily applied with a spatula or brush on the surface of deformable products. After deformation, the residual lubricating layer was a continuous thin film uniformly distributed over the surface of the pipes. The proposed composition of the lubricant had a high lubricating effect, increased adhesion and wettability. The surface quality of the pipes met the requirements of GOST 18475-82.

Всего проволочено на новой смазке 163 производственных партий изделий. Фактическая сдача продукции составила Σ=81095 кг, сдано 163 производственных партий в том числе:A total of 163 production batches of products were wired on the new lubricant. Actual production delivery amounted to Σ = 81095 kg, 163 production lots delivered including:

Трубы - 61 партияPipes - 61 lots

Σ=19334 кг, G=113 кг; Р=0,58%.Σ = 19334 kg, G = 113 kg; P = 0.58%.

Пруток (круг, квадрат, шестигранник) - 48 партийBar (circle, square, hexagon) - 48 lots

Σ=24608 кг, G=12 кг; Р=0,049%.Σ = 24608 kg, G = 12 kg; P = 0.049%.

Пруток диаметром 25-60 мм из сплава 7075 - 54 партииBar with a diameter of 25-60 mm from alloy 7075 - 54 lots

Σ=37153 кг, G=0 кг; Р=0%.Σ = 37153 kg, G = 0 kg; P = 0%.

Испытания смазки, состоящей из 85% авиационного масла МС-20 и 15% полиизобутилена (низкомолекулярного марки П-20) и имеющей вязкость 8500 сСт при 40°С, показали: смазка нетехнологична из-за трудности перекачивания, медленно растекается по поверхности деформируемого изделия, увеличивается работа трения, соответственно возрастает напряжение волочения, наблюдается искажение геометрии тонкостенных труб, особенно малого диаметра.Tests of a lubricant consisting of 85% aviation oil MS-20 and 15% polyisobutylene (low molecular weight grade P-20) and having a viscosity of 8500 cSt at 40 ° C showed that the lubricant is not technologically advanced because of the difficulty of pumping, it slowly spreads over the surface of the deformable product, the friction work increases, the drawing stress increases accordingly, a distortion of the geometry of thin-walled pipes, especially of small diameter, is observed.

Применение предложенной смазки в серийном производстве позволило увеличить выпуск годной проволоченной продукции на 3,5%, уменьшить отбраковку по рискам и надирам на 15,2%. Отсутствие дорогостоящих и малодоступных компонентов позволяет снизить себестоимость предлагаемой смазки по сравнению с известными.The use of the proposed grease in serial production allowed us to increase the output of suitable wire products by 3.5%, and to reduce rejection by risks and nadir by 15.2%. The absence of expensive and inaccessible components can reduce the cost of the proposed lubricant in comparison with the known.

Claims

A lubricant for drawing pipes from aluminum and its alloys containing mineral oil and P-20 polyisobutylene, characterized in that the lubricant additionally contains oleic acid and contains MC-20 aviation oil as a mineral oil in the following ratio, wt.%:

polyisobutylene grade P-20 11-13.5 oleic acid no more than 2 aviation oil brand MS-20 up to 100