CC BY
90
/тггттг^ rr mtjjwrr.fi / дт
- 2 (46). 20081 HI
ИТЕЙНОЕД W ПРОИЗВОДСТВО
In work studied influence of technological modes of moulding under pressure on an erosion resistance of lubricant courses most frequently used dividing mattings on various sites of foundry fitting-out at manufacture of casts from aluminum alloys.
А. М. МИХАЛЬЦОВ, А. А. ПИВОВАРЧИК, БИТУ
УДК 621.74.043:669.746.012
ЭРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ СМАЗОК ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ОТЛИВОК ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ МЕТОДОМ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Использование смазок (разделительных покрытий) в технологическом процессе изготовления отливок литьем под давлением является непременным условием [1, 2]. Удовлетворительная работа смазки, прежде всего, связана с эрозионной стойкостью смазочных слоев, образующихся на поверхности пресс-формы после нанесения разделительных покрытий.
Эрозионная стойкость смазок — одно из важнейших свойств разделительных покрытий: она определяет вероятность приваривания заливаемого металла к литейной оснастке, уменьшение теплового удара; от нее зависит и качество отливки, так как смываемая смазка, попадая в «тело» отливки, ведет к ухудшению внешнего вида и увеличению пористости [3, 4].
На поверхность пресс-формы разделительные покрытия наносят вручную либо с использованием распылителей различных конструкций. При этом толщина слоя смазки зависит от способа нанесения, времени распыления смазки, скорости ее перемеще-
ния, состава и свойств смазочного материала и может варьировать от нескольких до 400—500 молекулярных слоев, а в зависимости от размера молекул может составлять 0,5—0,8 мкм [1]. Предпочтение следует отдавать распылителям эжекционного типа, которые обеспечивают требуемое качество распыления и получение слоя оптимальной толщины.
Цель данной работы — исследование влияния технологических режимов литья под давлением на эрозионную стойкость смазок.
Для сравнительной оценки использовали смазку фирмы «Петрофер» (Германия), составы водоэмульсионных смазок, приготовленные на основе нефтепродуктов (минерального масла Вапор и гидрофобизатора ГФК-1), горного воска, смазку на основе кремнийорганических соединений и смазки на жировой основе, содержащие в своем составе порошкообразные наполнители — графит и алюминиевую пудру.
Состав и физические свойства испытываемых смазок приведены в таблице.
Состав и физические свойства испытываемых смазок
Смазка Основа, % ПАВ, % Наполнитель, % Вода, % Плотность смазки, кг/м3 Вязкость по вискозиметру ВЗ-4 при температуре 20°С, с
На основе масла Вапор 20 2,5 - Остальное 982 14
На основе гидрофобизатора ГФК-1 20 2,5 — Остальное 950 13
На основе горного воска 20 2,5 - Остальное 915 12
Фирмы «Петрофер» (Германия) — — — 925 12
На основе кремнийорганических соединений 20 2,5 Остальное 915 12
На основе минерального масла с добавкой графита 82 10 8 - 985 -
На основе минерального масла с добавкой алюминиевой пудры 80 10 10 1120
до / ЛГГТТг^ г готштгпш
ЧО / 2 (46), 2008 -
Исследования по определению эрозионной стойкости смазок проводили на машине литья под давлением мод. СШО 250/25-В2 с холодной горизонтальной камерой прессования с использованием сплава АК12. Сплав приготавливали из силумина марки АК12ч и возврата собственного производства (до 50%) в индукционной тигельной печи с графито-шамотным тиглем емкостью 0,4 м3. Перегретый до температуры 720 °С расплав обрабатывали покровно-рафинирующим флюсом производства ОДО «Эвтектика» (Республика Беларусь) в количестве 0,10% от объема расплава, после чего охлаждали вместе с печью до температуры заливки.
Контроль и поддержание температуры заливки металла производили с помощью хромель-алюмелевой термопары погружения и регулирующего потенциометра КСП-3. Температура заливаемого металла составляла 620±10 °С. Указанное колебание температуры заливаемого сплава связано с тепловой инертностью печи.
Контроль температуры поверхности пресс-формы осуществляли посредством хромель-алю-мелевых термопар с диаметром электродов 0,2 мм и специального прибора, погрешность измерения которого составляет ±0,1 °С.
Разогрев пресс-формы !ао рабочей температуры, составлявшей 150-165 °С, производили по средствам 15—20 запрессовок.
Шероховатость поверхности формообразующей вставки в пресс-форме составляла 0,4 Яа.
Время выдержки запрессованного расплава до извлечения отливки из полости пресс-формы во всех случаях контролировали с помощью реле времени.
Перед нанесением исследуемые водоэмульсионные смазки разбавляли технической водой в соотношении 1:20 и наносили при помощи пистолета-распылителя на поверхность пресс-формы с расстояния 0,2 м при давлении воздуха в сети 2,5 • 105 Па в течение 5 с. Смазки на жировой основе перед использованием подогревали в специальной таре на раздаточной печи и наносили на поверхность оснастки с помощью квача.
Прессующий поршень смазывали минимально необходимым количеством жировой смазки на основе гидрофобизатора ГФК-1 с добавкой горного воска в соотношении 4:1.
При проведении экспериментов исследовали влияние времени выдержки отливки в пресс-форме и скорости впуска металла в полость формы на эрозионную стойкость смазочного слоя на различных участках литейной оснастки.
Измерение толщины образовавшегося слоя смазки до и после запрессовки жидкого металла осуществляли с помощью радиоволнового толщиномера марки ТМ-300, изготовленного в Институте прикладной физики НАЛ Беларуси. Принцип действия прибора основан на измерении фазы электромагнитной волны сверхвысокой частоты, отраженной от тонкой диэлектрической пленки на поверхности пресс-формы. Он предназначен для измерения толщины лакокрасочных, оксидных, теплозащитных и иных неметаллических покрытий в лабораторных и
промышленных условиях. Толщиномер ТМ-300 обеспечивает измерение толщины покрытий от 1 до 300 мкм. Индикация результатов измерений — цифровая. Предел допускаемой основной погрешности измерения толщины покрытия равен ±0,03 Г, где Т — измеряемая величина. Прибор обеспечивает сохранение во встроенном энергонезависимом запоминающем устройстве до 500 значений результатов измерений в виде 10 блоков (файлов) по 50 результатов в каждом и выдачу сохраненных результатов на цифровое табло по команде оператора. На рис. 1 показан общий вид данного прибора.
Рис. 1. Общий вид прибора для измерения толщины разделительных покрытий
Замеры толщины слоя разделительного покрытия, образовавшегося в результате смазывания литейной оснастки, а также после раскрытия пресс-формы и удаления отливки, производили в районе литника (зона 4, рис. 2) и на формообразующей
Рис. 2. Схема измерения толщины смазки в рабочих зонах пресс-формы /, 2, 3 и в зоне 4 (вблизи питателя)
2 (46). 2008
/49
поверхности в трех точках 7, 2, 3. Для каждой смазки выполнили пять экспериментов с замером толщины образующихся слоев. В районе литника (зона 4) толщину смазочного слоя измеряли в одной точке.
Результаты измерений в виде диаграмм приведены на рис. 3-6.
Из рисунков видно, что после смазывания пресс-формы водоэмульсионными разделительными покрытиями на основе нефтепродуктов толщина слоя смазки минимальна по сравнению со слоями, образованными остальными разделительными покрытиями. Очевидно, это связано с низкой адгезионной способностью смазочных веществ, входящих в состав названных выше смазок [5]. Кроме того, термическая стойкость используемых материалов для приготовления данной смазки невысокая и, как следствие, возможна существенная термическая деструкция смазки при заливке жидкого металла [6].
Промежуточные значения показали водоэмульсионные смазки на основе горного воска, зарубежная смазка фирмы «Петрофер», а также на основе кремнийорганических соединений. Использование указанных разделительных покрытий позволяет получать более толстый смазочный слой. Это происходит благодаря высокой термической стойкости материалов, входящих в состав смазок, и большей адгезионной способности по сравнению со смазками на основе нефтепродуктов [5].
Максимальные значения толщины смазочного слоя получены при использовании жировых смазок, содержащих в своем составе порошкообразные добавки графита и алюминиевой пудры. Полученный результат прежде всего можно объяснить тем, что данные смазки наносили на литейную оснастку с помощью квача. Кроме того, в состав смазок входят порошкообразные наполни-
С мазка
Рис. 3. Толщина слоя, образовавшегося после нанесения смазок на поверхность пресс-
формы
Щ Время выдержки 5с
Щ Время выдержки Юс II Время выдержки 15с
Смазка
Рис. 4. Изменение толщины слоя смазок после различной выдержки отливок в форме
Н Скорость впуска гшп
Скорость впуска medium
>s
ъ. 1 X »s а> 1 3 CL
-е- 1 0) с: II ST О и Q. >з: о bi * »S Ш О га со ю а> о s
2 5 а. s 0 11 ч о са lO о et О et I oi 2 с; го
Смазка
Рис. 5. Изменение толщины слоя смазок при различных скоростях впуска сплава в пресс-форму (после извлечения отливки)
тели, которые после нанесения на поверхность пресс-формы формируют достаточно толстый разделительный слой.
Установлено, что после удаления отливки толщина слоя, образованного после нанесения разделительных покрытий, уменьшается на 40—60% при использовании всех исследуемых составов как водоэмульсионных, так и жировых.
ЛГГТТгГ^ГГ Г^^ГГГ^/чТРГТГГГ
2 (46), 2008 -
а. <0 »S S
1 о о Ъ. • X >s <в п 3
2 ф (2 <а 5 го 25 о о X а. Ф -е- a & з: х X s ^ % о X £-8 S. -8-ш е- ш о
ш о 5 2 £ £ с 3 g й О S 'о ш Ю 4) О S er X
о (О X о X о о го X о X о о <0 X 2 CL X 0 Смазка о £ о I ГО X X «J CL о ю о er О Ol 2 п; го
Рис. 6. Толщина слоя исследуемых смазок в зоне литника после изготовления отливки
Увеличение толщины смазочного слоя при последующих нанесениях разделительного покрытия на пресс-форму за счет накопления смазки отмечено лишь при использовании разделительных покрытий на основе горного воска (20%), смазки фирмы «Петрофер» (10%), а также смазки на основе кремнийорганических соединений (15%). Дальнейший рост толщины смазочного слоя, по-видимому, ограничен невысокой когезионной прочностью веществ, входящих в состав смазок.
Необходимо отметить, что трехкратное увеличение времени выдержки отливки в пресс-форме перед извлечением от 5 до 15 с ведет к незначительному уменьшению толщины смазочного покрытия в среднем на 15—20%. Это связано с тем, что время заполнения формы расплавом невелико и происходит за считанные доли секунды, при этом температура расплава быстро снижается вследствие высокой теплопроводности пресс-формы и, как следствие, деструкция смазки тормозится. Кроме того, в полости пресс-формы нет достаточного количества кислорода, необходимого для выгорания смазки. Дефицит кислорода обусловлен вытеснением последнего через вентиляционные каналы при заполнении полости пресс-формы расплавом и протеканием реакции с жидким алюминием.
Наиболее высокую устойчивость при изменении времени выдержки отливки в пресс-форме показала смазка на основе кремнийорганических соединений. Полученный результат объясняется высокой термической стойкостью веществ, входящих в состав данного разделительного покрытия [7]. Худший показатель у покрытия на основе гидрофобизатора и масла Вапор вследствие отно-
сительно низкой термической стойкости нефтепродуктов.
Установлено, что существенное влияние на эрозионную стойкость смазочных слоев исследуемых разделительных покрытий оказывает скорость впуска расплава в полость пресс-формы. Так, при минимальной скорости впуска металла толщина смазочного слоя снижается на 30—50%, при средней — на 50—60%, максимальной — 75—85% от толщины слоя разделительного покрытия, полученного после нанесения смазки. Полученный результат объясняется тем, что с увеличением скорости впуска струя жидкого металла более интенсивно смывает смазочный слой с поверхности пресс-формы.
Установлено также, что максимальный смыв смазки происходит в зоне литника. Независимо от скорости впуска и используемых составов смазок толщина слоя разделительного покрытия в зоне литника снижается на 90—95%. Это связано с тем, что в данной зоне затвердевание металла происходит в последнюю очередь и пресс-форма на данном участке испытывает наиболее сильное и длительное тепловое воздействие со стороны расплава.
Литература
1. Белопухов А.К. Технологические режимы литья под давлением. М.: Машиностроение, 1985.
2. Зеле но в В.Н., Кисиленко Л.Е. Смазка пресс-форм литья под давлением. М.: Машиностроение, 1983.
3. Рыжиков A.A., X р а м о в С.С. О смываемости смазочных покрытий форм литья под давлением // Литейное производство. 1982. №7. С. 26-27.
4. Архипенков Ю.В., Тимофеев Г.И. Смывае-мость разделительных смазок форм литья под давлением // Литейное производство. 1984. №3. С. 22—23.
5. Михальцов A.M., Пивоварчик A.A. Исследование адгезионной способности смазок на основе кремнийорганических полимеров для литья под давлением алюминиевых сплавов // Литье и металлургия. 2007. №1. С. 131134.
6. Матвеевский P.M. Температурная стойкость граничных смазочных слоев и твердых смазочных покрытий при трении металлов и сплавов. М.: Машиностроение, 1971.
7. Матвеевский P.M., Лашхи В.Л., Буяновс-кий И.А., Фукс И.Г., Бадыштова K.M. Смазочные материалы: Антифрикционные и противоизносные свойства. Методы испытаний. М.: Машиностроение, 1989. С. 12-14.
