Способ получения технологического двухслойного антифрикционного покрытия для обработки материалов давлением

 

Сущность: способ получения технологического двухслойного антифрикционного покрытия для обработки материалов давлением заключается в получении подсмазочного покрытия в виде водорастворимой дисперсии, высушиваемой при заданной температуре в течение заданного времени, и нанесении на него затем второго слоя покрытия, представляющего собой водный раствор мыла заданной концентрации. Полученное двухслойное покрытие подвергают сушке по заданному режиму. 2 табл.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением с использованием технологических покрытий, в частности, в штамповочном производстве при многопереходной штамповке, глубокой вытяжке, пробивке, вырубке, гибке листовых труднообрабатываемых материалов и сплавов на универсальных прессах, а также в гибких производственных системах (ГПС). Изобретение может быть также использовано при волочении, дорновании изделий из этих материалов.

Известны способы получения покрытий, используемых при глубокой вытяжке, вытяжке с утонением на основе полимеров; поливинилхлорида (ПВХ), найлона, хлорсульфированного полиэтилена, полихлоропрена и полисульфидов, растворенных в органических растворителях метилэтилкетоне, толуоле, ксилене, дихлорэтане, наносимых на деформируемую поверхность и высушиваемых на воздухе.

Известно также использование пленок полиэтилена низкого и высокого давления, политетрафторэтилена (ПТФЭ) в качестве разделительных покрытий между деформируемым изделием и штамповым инструментом (1).

Недостатками технологических покрытий, получаемых из растворов полимеров, являются использование токсичных пожароопасных растворителей, трудности удаления и утилизации пленок полимеров после проведения технологических операций.

Недостатками разделительных покрытий на основе полиэтилена и ПТФЭ являются следующие: физико-механические свойства не обеспечивают надежного разделения во время технологического процесса, что приводит к их разрыву и схватыванию между деформируемым изделием и штамповым инструментом, образованию рисок на деформируемом изделии; трудности утилизации отработанных пленок, неэкономичность использования пленок вследствие их большого расхода.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения двухслойного покрытия, при котором на изделия в качестве подсмазочного слоя наносится лак ХВ 5179 на основе перхлорвиниловой смолы с добавкой трикрезилфосфата, растворенных в смеси летучих компонентов (40% ацетона, 20% бутилацетона, 40% толуола), а в качестве второго слоя используют индустриальное (машинное) масло И-40, И-50 (2).

Недостатками данного двухслойного покрытия являются: слабое влияние на характеристики штампуемости вследствие недостаточно высоких физико-механических, антифрикционных свойств; нестабильность дисперсии покрытия во времени; токсичность, взрывоопасность и пожароопасность вследствие наличия в их составе органических растворителей; трудности удаления подсмазочного покрытия и индустриального машинного масла после проведения технологических операций; использование органических растворителей.

Технический результат, достигаемый изобретением, состоит в улучшении характеристик штампуемости листового труднообрабатываемого материала, физико-механических и антифрикционных свойств покрытия, стабильности дисперсии покрытия во времени, устранении пожаровзрывоопасности покрытия заменой на водорастворимые составы, улучшении экологической чистоты покрытия.

Это достигается применением двухслойного водорастворимого покрытия, получаемого нанесением на обезжиренную деформируемую поверхность дисперсии подсмазочного покрытия, ее сушкой при температуре 18 80^oC в течение 0,25 2,5 часов и последующим нанесением водного раствора мыла концентрации 100 - 200 г/л при температуре 40 50^oС, сушкой полученного двухслойного покрытия при температуре 18 80^oC в течение 0,25 2,5 часов.

При этом для получения первого подсмазочного слоя используют водорастворимую дисперсию при следующем соотношении компонентов, мас.

Поливиниловый спирт 2 10 Поливинилацетатная дисперсия 2 10 Жидкое стекло 2 12 Мыло на основе отходов производства себациновой кислоты (ОПСК), триэтаноламина и жидкого стекла 0,1 1,0 Вода Остальное Физико-химические характеристики ОПСК: Вязкость при 100^oC, сСт 54,5 70 Поверхностное натяжение, дин/см 34,2 34,9 Кислотное число, мг КОН/г 160 170 Число омыления, мг КОН/г 160 185
Иодное число, I г 36 45
Состав кислот и других продуктов в ОПСК, мас.

Стеариновая 5 10
Диоксистеариновая 5 10
Линолевая 15 20
Продукты полимеризации, сложные эфиры, в том числе триглицириды - Остальное
Дисперсию покрытия наносят на металлическую деформируемую поверхность известными способами: окунанием, кистью, распылением и другими способами. Высушивают изделия с нанесенной дисперсией покрытия на воздухе или при обдуве горячим воздухом при температуре 18 80^oС в течение 0,25 2,5 часов.

Для получения второго слоя покрытия, наносимого на подсмазочное покрытие окунанием, используют водный раствор мыла концентрации 100 200 г/л при температуре 40 50^oC при времени выдержки в водном растворе в течение 3 - 12 сек. Сушку двухслойного покрытия производят при температуре 18 80^oC в течение 0,25 2,5 часов. В качестве мыла, наносимого на подсмазочное покрытие, используют следующий состав, мас.

Масло кокосовое 21,7 21,9
Сало говяжье 29,1 29,4
Саломас из подсолнечного масла 4,8 5,3
Борная кислота ГОСТ 18704 78 Е 0,001 0,02
Ланолин 0,12 0,14
Сало говяжье топленое Остальное
Физико-химические показатели сала говяжьего:
Плотность при температуре 15^oC, кг/м³ 937 953
Температура плавления, ^oC 42 52
Температура застывания, ^oC 34 38
Число омыления, мг КОН 193 200
Число Генера 95 96
Число Поленске 0,9 4
Ацетальное число, мг КОН 2,7 3,6
Иодное число, г I 32 47
Родановое число 29 40
Физико-химические показатели сала говяжьего топленого:
Консистенция при температуре 15 20^oC Плотная или твердая
Содержание влаги, не более 0,2 0,3
Кислотное число, мг КОН, не более 1,2 2,2
Физико-химические показатели саломаса из подсолнечного масла:
Содержание влаги и летучих веществ, не более 0,3
Титр, ^oC 39 43
Кислотное число мг КОН, не более 3,5
Иодное число, г I, не более 65
Физико-химические показатели ланолина:
Плотность, г/см³ 0,940 0,970
Температура плавления, ^oC 35 37
Кислотное число, мг КОН 1 2
Иодное число, г I 15 18
Введение в композицию подсмазочного покрытия мыла на основе ОПСК и нанесение в качестве второго слоя мыла на основе кокосового масла, говяжьего жира с добавками обеспечивают синергизм смазочного действия двухслойного покрытия и улучшение его антифрикционных свойств, характеристик штампуемости листового труднообрабатываемого материала, что подтверждается проведенными сравнительными испытаниями (см. табл. 2).

Исключение из состава дисперсии подсмазочного покрытия органических растворителей и использование в качестве основы покрытия поливинилового спирта и других водорастворимых нетоксичных компонентов обеспечивают стабильность дисперсии покрытия во времени, устраняют его пожаровзрывоопасность, токсичность, улучшают физико-механические свойства, обеспечивают экологическую чистоту вследствие возможности биодеградации компонентов при попадании в окружающую среду.

Технология получения двухслойного покрытия включает приготовление водного раствора поливинилового спирта, растворением порошка поливинилового спирта в горячей воде при температуре 80 90^oC. После остывания водного раствора до температуры 30 40^oC производится смешивание поливинилацетатной дисперсии, жидкого стекла, мыла на основе ОПСК с водным раствором поливинилового спирта, в течение 10 15 мин в мешалке при 35 60 1/мин^-1.

Нанесение дисперсии покрытия на заготовки производят в ваннах для окунания или кистью, или распылением. Заготовки предварительно обезжиривают известными способами.

Высушивание дисперсного слоя осуществляют на воздухе или в сушильных камерах при температуре 18 80^oC в течение 0,2 2,0 часов.

Нанесение на подсмазочное покрытие водного раствора мыла концентрации 100 200 г/л производят окунанием в ванну при температуре 40 50^oC в течение 3 12 сек.

Испытания листового материала из стали 12Х18Н10Т толщиной 1,0 1,5 мм, диаметром 47 мм с нанесенным двухслойным покрытием проводили на машине выдавливания листового материала МТЛ-10Г-1 по разработанной методике.

Критериями оценки улучшения деформируемости металла являются увеличение глубины выдавливания образцов, уменьшение наружного диаметра заготовки.

Определяли также твердость покрытий в условных единицах, адгезию в баллах, время сохранения свойств покрытия. Составы дисперсий покрытий приведены в табл. 1. Результаты испытаний влияния предложенного двухслойного покрытия на деформируемость листовой стали 12Х18Н10Т при холодной штамповке в сравнении с прототипом перхлорвинильным лаком ХВ 5179 с нанесенным машинным маслом И-50, а также подсмазочным покрытием цапон-лаком НЦ-62 ОСТ 6-10-391-84 и наружным слоем натриевым мылом приведены в табл. 2.

Использование предложенного двухслойного покрытия облегчает деформируемость листовой стали при холодной обработке: листовой штамповке, глубокой вытяжке. Изделия получаются без рисок и царапин. Данная технология позволяет использовать двухслойное покрытие в роботизированных комплексах. По окончании технологического процесса деформации листовой стали покрытие удаляется с металлической поверхности в горячей воде при температуре 60 - 90^oC.

На Харьковском заводе транспортного оборудования проведены испытания предложенного двухслойного антифрикционного покрытия при глубокой вытяжке деталей термосов типа ТНП-3: горловины, кольца, внутренней и наружней колбы. Двухслойное покрытие обеспечивало процесс вытяжки. На отштампованных изделиях отсутствовали задиры и другие дефекты на поверхности изделий. Подсмазочное покрытие наносилось из водной дисперсии покрытия окунанием с последующей сушкой при температуре 50 60^oC в течение 14 16 мин. Раствор мыла наносился на подсмазочное покрытие также окунанием с последующей сушкой при температуре 50 -60^oC в течение 14 16 мин. После проведения операций остатки двухслойного покрытия удаляли с поверхности деталей в горячей воде при температуре 60 80^oC.

Применение предложенного водорастворимого двухслойного покрытия позволяет получить изделия высокого качества, отказаться от токсичных пожаровзрывоопасных растворителей, применяемых при использовании в производственных условиях подсмазочного покрытия на основе цапонлака НЦ-62, улучшить условия труда рабочих, уменьшить загрязнение окружающей среды.

Предлагаемое изобретение имеет изобретательский уровень, применимо в промышленности. Проведенный информационный и патентный поиск показал, что изобретение отвечает критерию "Новизна".

Формула изобретения

Способ получения технологического двухслойного антифрикционного покрытия для обработки материалов давлением, заключающийся в получении подсмазочного покрытия путем нанесения растворов полимерных композиций на деформируемую поверхность, высушивании и последующем нанесении на подсмазочное покрытие смазочного слоя, отличающийся тем, что для получения первого подсмазочного слоя покрытия используют водорастворимую дисперсию следующего состава, мас.

Поливиниловый спирт 2 10
Поливинилацетатная дисперсия 2 10
Жидкое стекло 2 12
Мыло на основе отходов производства себациновой кислоты, триэтаноламина и жидкого стекла 0,1 1,0
Вода Остальное,
которую после нанесения высушивают при температуре 18 80^oС в течение 0,25 2,5 ч, а для получения второго слоя покрытия используют водный раствор мыла концентрации 100 200 г/л при температуре 40 50^oС, который наносят окунанием с выдержкой в водном растворе мыла в течение 3 12 с и последующей сушкой двухслойного покрытия при температуре 18 80^oС в течение 0,25 2,5 ч, при этом мыло имеет следующий состав, мас.

Масло кокосовое 21,7 21,9
Сало говяжье 29,1 29,4
Сало говяжье топленое 44,279 43,24
Саломас из подсолнечного масла 4,8 5,3
Борная кислота 0,001 0,02
Ланолин 0,12 0,14