CC BY
59
УДК 621.833
А.Н. Петров, канд. техн. наук., доц., 89165050754, alexander [email protected] (Россия, Москва, МГТУ «МАМИ»)
ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ КОЛЛОИДНО-ГРАФИТОВЫХ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ШТАМПОВ ГОРЯЧЕГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ
Приведен пример выбора оптимального коллоидно-графитового смазочного материала на водной основе. Использован комплексный метод оценки свойств смазочных материалов. При прогнозировании стойкости штампа учитываются масса поковки, коэффициент формы и коэффициент (показатель) трения. Использованы результаты осадки кольцевых образцов с коллоидно-графитовыми смазочными материалами. Коэффициент (показатель) трения определяли по расчетным номограммам для температуры штампов в диапазоне 200...300 С. Результаты расчета подтверждены производственными испытаниями.
Ключевые слова: контактное трение, стойкость, штамп, температура контактной зоны, коллоидно-графитовые смазочные материалы, горячая объемная штамповка, коэффициент (показатель) трения, эмпирическая формула.
Изучение поведения смазочных материалов при повышенных температурах показало, что состав коллоидно-графитовой суспензии влияет в конечном итоге на качество изделия, стойкость инструмента и себестоимость продукции. Температура нагрева заготовки и подогрева штампов, а также время контакта заготовки со штампом в процессе деформирования меняют свойства смазочного материала на контакте. При этом меняется и сопротивление деформированию. На основе комплексной оценки свойств коллоидно-графитовых смазочных материалов разработан метод прогнозирования стойкости штампов с учетом выбора оптимального смазочного материала. На примере поковки «цапфа» (рис. 1), приведен вариант выбора оптимальных коллоидно-графитовых смазочных материалов (табл. 1). Поковка изготавливается на универсальном прессе. Существенные недостатки - это невысокая стойкость штампов, плохие экологические условия работы, отсутствие механизированных (автоматизированных) средств нанесения смазочных материалов.
Для оптимального коллоидно-графитового смазывающего матер иа-ла выбираем по физико-химическим свойствам существующие коллоиднографитовые смазочные материалы на водной основе, выпускаемые ООО «Коллоидно-графитовые препараты» (рис. 2). Далее выбираем смазочный материал по технологическим свойствам.
Из экспериментальных результатов осадки стального кольцевого образца по номограмме (рис. 3), определяем коэффициент (показатель) трения в диапазоне температур штампов от 200 до 300 0С.
Рис. 1. Цапфа
Таблица 1
Параметры технологического процесса штамповки поворотного кулака
Деталь Цапфа
Оборудование КГШП 25МН
Материал заготовки 40Х
Масса заготовки, кг 1,82
Материал штампа 40ХСМФ
Т заготовки,0С 1240
Т штампа,0С 300
Смазочный материал Мазут
Способ нанесения Вручную
Стойкость штампов, шт. 2500...3000
По графику и по номограмме выбираем смазочный материал с наилучшими показателями.
Температура О С
Рис .2. Потеря массы при нагреве до 650 0С
Рис.3. Номограмма определения коэффициента (показателя) трения
для Тшт = 100, 200, 300 0С
Расчет ожидаемой (прогнозируемой) стойкости штампов выполняем по эмпирической формуле для п > 0,8:
С = т-0,0536(-10114,3+63890^ + 22996п- 94800^п ), где масса т = 1,82 кг; коэффициент формы п = 1,032; коэффициент (показатель) трения ц = 0,22.0,26.
В табл.2 приведены результаты расчета ожидаемой (прогнозируемой) стойкости штампов. Видно, что можно повысить стойкость штампов, если оптимизировать режимы нанесения смазочного материала на штампы в диапазоне температур 200.300 0С.
211
12 3 4 5
Рис. 4. Распылительные устройства (пистолеты) для нанесения коллоидно-графитовых смазочных материалов на штампы:
1- насадка; 2- трубка подачи смазочного материала;
3- трубка подачи воздуха; 4- ручка; 5 - штуцер
Коллоидно-графитовые смазочные материалы наносят на штампы методом распыления. Время нанесения и степень разбавления концентрата
смазочного материала - это варьируемые параметры, которые позволяют оптимизировать температурный режим работы штампа.
Таблица 2
Расчет стойкости по эмпирической формуле
Деталь Смазка /разбавление концентрата Коэф. трения при Т шт = 200...300 0С Стойкость, шт.
ожидаемая при Тшт = 200.300 0С базовая
Цапфа АГ-4 /1:5 0,22...0,26 4736.3284 2500.3000
На рис. 4 изображены различные конструкции распылительных устройств (пистолетов) для ручного нанесения коллоидно-графитовых смазочных материалов на штампы.
В зависимости от расхода смазочного материала в течение рабочей смены емкости для смазочного материала (навесные бачки, резервуары) могут быть от 5 до 25 литров. На рис. 5 показан бак (резервуар) емкостью 180 литров.
Учитывая результаты выбора коллоидно-графитового смазочного материала, можно заказывать необходимое количество смазочного материала у поставщика для проведения производственных испытаний.
Рис. 5. Бак (резервуар) фирмы «Acheson» (Англия)
Метод выбора оптимального коллоидно-графитового смазочного материала апробирован на автоматизированных горячештамповочных линиях штамповки автомобильных деталей. Данный метод позволяет повысить стойкость штампов, сократить материальные затраты на смазочные материалы, снизить себестоимость продукции и улучшить экологию в кузнечных цехах.
Список литературы
1. Петров А.Н. Комплексное исследование коллоидно-графитовых смазочных материалов на водной основе // Кузнечно-штамповочное производство и Обработка металлов давлением. 2011. №10.С. 45-48.
A.N. Petrov
SELECTION OF OPTIMAL COLLOIDAL-GRAPHITE LUBRICANTS DIE FOR HOT FORMING
An example of selecting the optimal colloidal graphite lubricant is water based. A complex method of evaluating the properties of lubricants is used. In calculating the prediction takes into account the mass resistance of the die forging, form factor and the ratio (index) offriction. The calculation uses the results of ring precipitation samples with colloidal graphite lubricants. Ratio (index) was determined by the friction of nomograms for the calculation of temperature in the range of 200...300 0С. The calculation results confirmed the production tests.
Key words: contact friction, resistance, a stamp, the temperature of the surface area, colloidal graphite lubricants, hot forging, the coefficient (a measure) offriction, the empirical formula.
Получено 20.01.12
