CC BY
71
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2005 р. Вип. № 15
УДК 621.73
Каргин Б.С.1, Диамантопуло К.К.2, Ткачев P.O.3
ЭФФЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СМАЗКИ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИХ НАНЕСЕНИЯ ПРИ ШТАМПОВКЕ
Направление научных разработок, описанных в статье, отличается новизной, оригинальностью решений и позволяет повысить эффективность производства, качество продукции при соблюдении режима экономии, снижении энергоемкости, улучшении культуры производства и санитарно-гигиенических условий труда.
Интенсификация машиностроительного производства за счет повышения эффективности технологических процессов, в том числе обработки металлов давлением - важнейшая задача развития промышленности Украины. Это обеспечит рост производительности труда и максимальную экономию сырьевых и топливных ресурсов.
Большую роль в повышении эффективности процессов горячей объемной штамповки играет контактное трение, определяемое технологическими смазками (ТС). Без разработки новых составов ТС и совершенствование техники нанесения их, нельзя обеспечить получение методом горячей объемной штамповки поковок высокого качества, близких по конфигурации к готовой детали.
Применение ТС на основе масел и мазута (графито-масляные смеси, Укринол-7, мазут 100 и др.) на кривошипных горячештамповочных прессах (КГШП), приводят к загрязнению воздушной среды масляным аэрозолем, продуктами термоокислительного разрушения, окисью углерода и канцерогенными веществами, среди которых большая часть приходится на бензапи-рен. При отсутствии индивидуальной вентиляции на прессе, использующем мазут 100, содержание в воздухе бензапирена в 3 раза превышает ПДК, а при использовании Укринола-7 содержание в воздухе нитридов ПДК в 2 раза. Таким образом, использование таких смазок недопустимо.
К сожалению, применяемые в мире и на Украине водно-графитовые смазки имеют высокую стоимость, а устройства для их нанесения на штамп несовершенны. Процесс измельчения графита для производства смазок в мельницах весьма трудоемкий, малопроизводительный, энергоемкий и экологически вредный. Однако, именно он сейчас применяется в мире для производства смазок, так как до настоящего времени не создано оборудования для этой операции. Например, на Мариупольском графитовом комбинате для тонкого измельчения графита применяют шаровые вибрационные и струйные мельницы. Применяемый способ измельчения графита для производства ТС типа ОГВ-75, Укринол-7 и др. является сложным технологическим процессом с использованием токсичных компонентов, т.е. с добавлением сильнодействующего окислителя (бихромата калия). Измельченный графит проходит обработку серной кислотой, отмывку от солей и кислоты и нейтрализацию. [1] Иностранные фирмы, выпускающие графи-
1 ПГТУ, канд. техн. наук, проф.
2 ПГТУ, канд. техн. наук, доц.
3 ПГТУ, ст. преподаватель
товые смазки, держат в секрете процессы измельчения и обработки графита, применяемого в них.
Была поставлена цель разработать новую эффективную смазку и новую технологию измельчения графита. Нами предложен, разработан, исследован и внедрен принципиально новый способ гидродинамического измельчения графита на специальной установке. По предлагаемой технологии [2] изготовления смазок используется энергия микроструй, когда при схлопывании кавитационные пузырьки разрушают прилипшие к ним твердые частицы графита. В результате проведенной работы была выпущена опытная партия технологической смазки, анализ которой, проведенный на лазерном счетчике, показал перспективность измельчения графита разработанным способом. [3]
Подача смазок распылением в настоящее время осуществляется при помощи сложных и небезопасных устройств, имеющих жесткие ограничения по дисперсности помола нерастворимых компонентов, и потому малонадежных.
В основе новой технологии нанесения жидких смазок использован эффект скачкообразо-ного перехода с режима подачи смазки на режим продувки сопел, что позволяет отказаться от сложных синусных систем управления потоками.
Смещение друг относительно друга корпуса и гильзы позволяет использовать в качестве механической преграды потоку несовпадение осей сопла и отверстия и таким образом, искривление пути перетекания потока из отверстия в гильзе в камеру распыления. При этом меняется режим работы устройства: с режима всасывания за счет разряжения, возникающего при совпадении осей сопла и отверстия гильзы, и подачи смазки, на режим продувки и барботажа за счет давления в камере разрежения выше атмосферного при несовпадении осей сопла и отверстия гильзы.
В результате многолетних поисков нами были разработаны, испытаны и внедрены на ряде крупнейших машиностроительных предприятий Украины и России высокоэффективные технологические смазки В1; ГФП; ГФПО и устройства нанесения их на штамп распылением для операций выдавливания и горячей объемной штамповки. В частности, в цехе № 64 ПО «Таганрогский комбайновый завод» производится штамповка методом горячего выдавливания поковки «Ось колеса» на комплексной автоматической линии «Хазенклевер» германского производства на базе ТСГТТТП усилием 63 МН. Годовая программа выпуска - 40 тыс. штук; материал поковки - ст. 40Х, масса - 41 кг. Штамповка осуществляется за 4 перехода при 2-х ходах пресса. Связки штанг D 150 мм и длиной 6000 мм укладываются на приемный магазин и затем подаются в индукционную нагревательную установку для нагрева металла до 1250 - 1280°С. После нагрева штанги режут на гидравлических ножницах усилием 2,5 МН, а затем поступают на установку гидравлического удаления окалины. После очистки от окалины заготовки механизмом загрузки пресса подаются на штамп первого перехода. Перемещение поковки по позициям штамповки производится при помощи клещевого перекладчика. Очистка и смазка штампов осуществляется автоматической станцией. Поковки извлекаются из штампового пространства пресса роботом и перемещаются на установку термической обработки поковок, а затем на установку дробеструйной очистки. Очищенные поковки роботом подаются на дефектоскопический участок, а затем укладываются в тару.
При штамповке применяется маслографитовая смазка «Сумидера» германского производства. Смазка наносится на штамп при давлении 3,6 МПа распылением. Расход смазки составляет 0,35 кг на 1 поковку. Штампы изготовлены из стали 5ХНМ. Стойкость штампов составляет: 1-й переход - 200 штук; 2-й переход - 350 штук; 3-й переход - до 500 штук; 4-й переход - 2000 штук.
Основные причины выхода из строя штампов: истирание; смятие и пластическая деформация гравюры; появление сетки разгара и крупных трещин. Температура штамповки составляет 1150-1100 °С. Темп штамповки - 140 шт./ч. Смазка подается через форсунки в каждый из 4-х ручьев штампа.
Проблема состояла в том, что при использовании германской смазки «Сумидера» образуется пламя, дым, неблагоприятные санитарно-гигиенические условия. Кроме того, смазка «Сумидера» достаточно дорогая (1 кг ее стоит 4 ДМ).
Была поставлена задача создать бездымную смазку, которая по эффективности не уступала бы смазке «Сумидера». Нами разработана, изготовлена и внедрена в производство новая бездымная водно-графитовая смазка В1, состав которой приведен в таблице 1.
Таблица 1 - Состав технологической смазки типа В1
Наименование компонента Содержание компонента, %
1. Графит 10-12
2. Триполифосфат натрия 1-2
3. Триэтаноламин 0,2-0,3
4. Этнос 3-4
5. Сульфитно-спиртовая барда 6-8
6. Канифоль сосновая 0,8-1,5
7. Вода до 100
Было изготовлено на «Маркографе» 3 т смазки В1. Анализ производственных испытаний поковок показал, что стойкость штампов при этом повышается, в среднем, на 15 %. Улучшаются санитарно-гигиенические условия. Пламя, дым, копоть полностью отсутствуют. Смазка В1 полностью заменила смазку «Сумидера», которая применялась ранее при выдавливании поковок «Ось колеса» и позволила Таганрогскому комбайновому заводу получить значительный экономический эффект.
На том же комбайновом заводе в цехе № 12 была испытана и внедрена водно-графитовая смазка ГФП при горячей объемной штамповке поковки «Вилка». Эта поковка изготавливается на К ПИП усилием 25 МН в спаренном варианте. Материал поковки - Сталь 40, масса заготовки - 4,4 кг. Из одной заготовки штампуется две поковки массой по 1,7 кг каждая. Штамповка ведется в 2 перехода: переход 1 - предварительная вдоль оси. Переход 2 - окончательная в открытом штампе. Нагрев индукционный. Производство массовое. Плановая стойкость штампов - 3500 штук. Применяют смазку «Барда», которую подают квачом.
Состав разработанной водно-графитовой смазки ГФП для объемной штамповки приведен в таблице 2.
Таблица 2 - Состав технологической смазки типа ГФП
Наименование компонента Содержание компонента, %
1. Графит 18
2. Триполифосфат натрия 8
3. Лигносульфонат аммония 8
4. Триэтоноламин 0,3
5. Фурацилин 0,01
6. Вода до 100
Смазка ГФП нетоксична, непожароопасна. Перед употреблением она должна быть разбавлена мягкой водой в соотношении 1:10 для простых поковок и 1:5 для сложных поковок. Производственные испытания показали, что стойкость штампов при использовании смазки ГФП повышается, в среднем, на 25 %, поковка легко извлекается из полости штампа. Эта смазка полностью заменила ТС «Барда», которая применялась ранее.
На Луганском заводе автомобильных клапанов использовали маслографитовую смазку «Ук-ринол-7». Для изготовления клапанов применяли стали 40Х9С2; 40Х; 40ХЮС2М. Температура нагрева заготовок составляла 1110-1150 °С. Размеры заготовок h х d = 35 х 25 мм. Диаметр стержня клапана - 8,8 мм. Средняя стойкость матриц - 900 шт., а пуансонов - 400 шт. Здесь была предложена смазка ГФПО. Отличие ее от смазки ГФП заключается в том, что она в своем составе содержит 3-4 % древесных опилок и 25 % графита. Испытания смазки ГФПО при выдавливании клапанов показали ее работоспособность и перспективу применения, несмотря на то, что стабильных результатов достичь пока не удалось.
На ПО «Южмаш» проведены производственные испытания смазок ГФП и ГФПО при штамповке широкой номенклатуры поковок на молоте с МПЧ 1 т и при штамповке болтов на высадочном автомате. Результаты испытаний показали значительную эффективность указанных смазок.
На ПО «ГАЗ» в кузнечно-рессорном производстве провели производственные испытания смазки ГФП при штамповке различных поковок (шестерня коническая, фланец кардана, вал-сошка, кулак поворотный, цапфа, шатун и г. д.). Результаты испытаний показали, что стойкость штампов при этом повышается в среднем на 20 %. Аналогичные результаты были получены наТокмакском кузнечно-штамповочном заводе, ПО «Азовмаш», на Севастопольском морском заводе, на ЗИЛе и других предприятиях.
Выводы
1. Разработан, исследован и внедрён принципиально новый способ гидродинамического измельчения графита.
2. Разработаны, исследованы и внедрены в производство высокоэффективные воднографито-вые ТС типа В1, ГФП и ГФПО.
3. Предложены и внедрены оригинальные устройства для нанесения ТС, в которых использован эффект скачкообразного перехода с режима подачи смазки на режим продувки.
4. Проведенные производственные испытания показали, что применение разработанных ТС позволяет повысить стойкость штампов на 20 %, улучшить культуру и экологию производства.
Перечень ссылок
1. Пат. 2043966. РФ, МПК 6 С 01 В 31/02. Способ производства водно-графитовой смазки /Н.В. Кабанов, К.К. Диамантопуло, Б.С. Каргин. - № 4880122/26; Заявл. 02.10.1990, Опубл. 20.09.1995, Бюл. № 26. - 4с.ил.
2. АС. 1660330. СССР, МПК 7 С 01 В 31/04. Способ обработки графита /К.К. Диамантопуло, Б.С. Каргин, А.Ф. Немчин, В.И. Паук. - № 4622798/26 (139189); Заявл. 26.09.1998, Опубл.
01.03.1991, Бюл. № 6 - 4с.ил.
3. Пат.2048508. РФ. МПК 7 С 01 В 31/02. Бездымная основа технологических смазок для горячей ОМД /КК Диамантопуло, Б.С. Каргин.-5014742(04/0787121); Заявл. 04.12.1991, Опубл.
12.10.1992, Бюл. № 10 - Зс.
Статья поступила 23.03. 2005
