CC BY
180
УДК 621.833
А.Н. Петров, канд.техн.наук., доц., 89165050754, аЬха^ег [email protected] (Россия, Москва, МГТУ «МАМИ»)
ИССЛЕДОВАНИЕ КОЛЛОИДНО-ГРАФИТОВЫХ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ВОДНОЙ ОСНОВЕ
Представлены исследования и методика выбора коллоидно-графитовых смазочных материалов. Приведено комплексное исследование коллоидно-графитовых смазочных материалов на водной основе. Методика оптимального выбора коллоиднографитовых смазочных материалов учитывает физико-химические и технологические свойства состава материала. Выбранные коллоидно-графитовые смазочные материалы по предлагаемой методике нашли применение в процессах горячей штамповки компрессорных лопаток газотурбинного двигателя.
Ключевые слова: коллоидно-графитовые смазочные материалы, горячая объемная штамповка, методика, потеря массы при нагреве, размеры частиц графита, коэффициент (показатель) трения, смазка штампов, никелевые сплавы.
Коллоидно-графитовые смазочные материалы на водной основе приобрели в настоящее время широкое распространение за рубежом и в России на автомобильных и авиационных заводах. Это сравнительно новый вид смазочных материалов. Они представляют собой сложную композицию, свойства которой в значительной степени определяются главной ее составляющей -графитом.
Известно, что оптимальный температурный режим работы инструмента (штампов) горячего деформирования, при котором достигается наибольшая стойкость, находится, в пределах 200...250 0С. Комбинируя смазочные материалы с различной дисперсностью графита и различными присадками, можно создать смазочную композицию, которая позволит снизить коэффициент (показатель) трения, уменьшить силу деформирования и теплопередачу от заготовки к штампу.
Чтобы выбрать такую композицию, которая бы удовлетворяла условиям технологического процесса, необходимо знать ее физикохимические и технологические свойства.
В основу методики исследования смазочных материалов и выбора оптимального его состава заложено следующее:
1) параметры деформирования: температура заготовки и штампа, теплофизические свойства заготовки и штампа, скорость деформирования;
2) состав смазочного материала;
3) параметры заготовки: размеры, форма и масса.
Исходя из этой концепции, чтобы выбрать оптимальный состав смазочного материала, необходимо знать, как ведет себя этот материал при повышенных температурах и как при этом меняется коэффициент трения.
Поэтому последовательность исследования свойств коллоиднографитовых суспензий на водной основе выглядит следующим образом:
1) определение потери массы смазочного материала при температурах нагрева до 500 °С;
2) определение коэффициента (показателя) трения по расчетным номограммам.
Для исследования выбрали три композиции на водной основе с различным процентным содержанием графита и различной его дисперсностью (таблица). На рис. 1 изображено графически распределение частиц графита вышеназванных смазочных материалов.
Распределение частиц графита
№ п/п Наименование Распределени графита (мкм) е частиц , % Примечание
до 5 до 10 до 20
1 ТВ 6* 38 72 100 Крупнодисперсная
2 АГ-5 72 93 100 Среднедисперсная
3 АГ-4 97 98 100 Мелкодисперсная
*ТВ 6 содержит графит и дисульфид молибдена.
й
5
-е-
га
о.
і—
?
и
га
з-
V
3
X
и
га
о.
Исследование влияния температуры на свойства смазочного материала проводили в лабораторных условиях. Образец смазочного материала нагревали до 500 0С и на приборе «Дериватограф» наблюдали экзо - и эндоэффекты, проявляющиеся в процессе нагрева.
На рис. 2 изображены экспоненциальные кривые влияния темпера-
216
Размеры частиц графита, мкм Рис. 1. Распределение частиц графита
туры на потерю массы смазочного материала. ТВ-6 с содержанием графита 5 % и дисульфид молибдена 20 % имеет невысокую стабильность дисперсии, но при нагреве до 500 °С, потеря массы смазочного материала ниже по сравнению с АГ-4 и АГ-5 (рис. 3).
100
90
250 300 350 400 450 500
Температура, С
Рис. 2. Влияние температуры на потерю массы смазочного материала
Рис. 3. Потеря массы образца при нагреве
Процентное содержание сухого остатка влияет в основном на экономические показатели. Чем больше сухого остатка, тем больше возможность разбавления концентрата смазочного материала применительно к штампуемой заготовке и тем меньше материальные затраты на смазочный материал. Как следствие, большое процентное содержание сухого остатка вызывает увеличение зольности в процессе приготовления смазочной ком-
позиции. Процент золы мало влияет на стойкость штампов, главное, чтобы зола не была абразивная. Из трех исследованных композиций ТВ 6 - наиболее подходящий смазочный материал по физико-химическим свойствам для горячего деформирования.
Для исследования технологических свойств использовали метод осадки кольцевого образца с соотношением размеров 6:3:2 из никелевого сплава ЭП718. Условия исследования были максимально приближены к реальным условиям деформирования вышеназванных материалов.
Для осадки никелевых образцов использовали электровинтовой пресс силой 10,0 МН. Нагрев образцов осуществляли в электропечи до температуры пластической деформации 1110 °С. Смазочный материал наносили на штамп с помощью распылительного устройства в течение 2...3 с. Смазочный материал разбавляли водой в соотношении 1:4. Температуру штампа поддерживали в пределах 100.150 °С. Внутренний диаметр осаженных образцов измеряли в трех взаимно перпендикулярных сечениях и далее по среднему значению dсp и определяли численное значение коэффициента (показателя) трения по номограмме А. Мэйла (рис. 4).
Рис. 4. Номограмма определения коэффициента (показателя) трения
по А. Мэйлу
На рис. 5 приведены значения коэффициента трения для вышеназванных смазочных материалов. Смазочный материал ТВ-6 имеет наименьший коэффициент (показатель) трения.
ТВ 6 АГ-5 АГ-4
Рис. 5. Исследование коэффициента трения
Полученные результаты исследований проверяли в производственных условиях. Коллоидно-графитовые смазочные материалы АГ-4 и ТВ-6 сравнивали между собой при штамповке компрессорных лопаток на универсальном электровинтовом прессе. Нагрев заготовок лопаток осуществлялся с коллоидно-графитовым теплозащитным покрытием ОВТ-1 в электропечи карусельного типа. Смазку штампов выполняли с помощью ручного распылительного устройства, показанного на рис. 6.
1 2 3 4 5
Рис. 6. Распылительное устройство фирмы «Acheson» (Англия): 1 - насадка, 2 - трубка подачи смазки, 3 - трубка подачи воздуха, 4 - рукоятка, 5 - штуцера подачи воздуха и смазки
При штамповке с АГ-4 наблюдались «залипание» заготовок в штампе и невысокая стойкость штампов. Использование ТВ-6 повысило стойкость штампов на 20 % и улучшило качество отштампованных лопаток. Сократился процент брака и улучшились условия труда.
На рис. 7 показан фрагмент штампового пространства электровин-тового пресса в момент штамповки компрессорной лопатки.
Рис. 7. Штамповка компрессорной лопатки
Выводы
1. Состав водной коллоидно-графитовой суспензии, процентное содержание и дисперсность графита, его концентрация в рабочей суспензии, а также способ ее нанесения влияют на стабильность технологического процесса, качество поковок, износ и стойкость штампов.
2. Численные значения коэффициента трения получены по номограмме А. Мэйла без учета реальных условий горячего деформирования: температуры заготовки и штампов, а также их теплофизических свойств.
3. Выбранный на основе вышеприведенных исследований коллоидно-графитовый смазочный материал ТВ-6 применяется в комплексе с теплозащитным коллоидно-графитовым покрытием ОВТ-1 для штамповки компрессорных лопаток газотурбинного двигателя.
Список литературы
1.Петров А.Н., Андрейченко Т.П. Применение коллоиднографитовых смазочных материалов при горячей обработке металлов давлением // Кузнечно-штамповочное производство и обработка металлов давлением. 2008. №6. С. 39-41.
2.Петров А.Н. Комплексное исследование коллоидно-графитовых смазочных материалов на водной основе // Кузнечно-штамповочное 7производство и обработка металлов давлением. 2011. №10. С. 45-48.
A.N. Petrov
INVESTIGATION OF COLLOIDAL-GRAPHITE LUBRICANTS FOR
WATER-BASED
We present the research methodology and choice of colloidal graphite lubricants. We give a complex research colloidal graphite lubricants, water-based. The method of optimal choice of colloid-graphite lubricant into account the physico-chemical and technological properties of the material. Selected colloidal graphite lubricant on the proposed methods have been used in the process of hot forging of compressor blades of gas turbine engine.
Key words: colloidal graphite lubricants, hot forging, technique, weight loss during heating, the size of graphite particles, the coefficient (a measure) of friction, lubrication of dies, nickel alloys.
Получено 20.01.12
УДК 539.374:539.52
Г. М. Журавлев, д-р техн. наук, проф.,
(Россия, Тула, ТулГУ), 40-16-74, [email protected].
Дао Тиен Той, асп.,(953) 433-94-92, [email protected],
(Россия, Тула, ТулГУ)
РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ В ЗОНЕ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ
Приведен расчет распределения температуры в зоне пластической деформации полугорячего прессования с раздачей с учетом изменения температуры при транспортировке от нагревательного устройства на позицию обработки и тепловыделения при обработке давлением с использованием теории теплопроводности.
Ключевые слова: температурное поле, теплопроводность, охлаждение нагретой заготовки.
Рассмотрим расчет температурного поля заготовки с использованием классических теорий теплопроводности [1, 2, 3]. При транспортировке нагретых заготовок от нагревательного устройства на позицию обработки они охлаждаются за счет излучения и конвекции. Для практических расчетов тепловой поток, отводимый от твердой поверхности в окружающую
221
