Transcript Technologia metali II Smary w obróbce plastycznej

Technologia metali II
Smary w obróbce plastycznej
dr inż. Robert Skoblik
Politechnika Gdańska
Wydział Mechaniczny
Literatura
[1] Dobrucki W.: Zarys obróbki plastycznej metali. Katowice: Śląsk 1975.
[2] Erbel S., Kuczyński K., Marciniak Z.: Obróbka plastyczna. Warszawa: PWN 1986.
[3] Gierzyńska M.: Tarcie, zużycie i smarowanie w obróbce plastycznej metali. Warszawa:
WNT 1983.
[4] Łuksza J.: Elementy ciągarstwa. Kraków: Wyd. AGH 2001
[5] Marciniak Z., Kołodziejski J.: Teoria procesów obróbki plastycznej. cz.II. Tłoczenie
blach. Warszawa: Wyd. Politechniki Warszawskiej 1983.
[6] Praca zbiorowa. Materiały do ćwiczeń laboratoryjnych z technik wytwarzania.
Odlewnictwo i obróbka plastyczna. Gdańsk: Wyd. Politechniki Gdańskiej 1984.
[7] Praca zbiorowa pod redakcją Sińczaka J.: Procesy przeróbki plastycznej – ćwiczenia
laboratoryjne. Podstawy teoretyczne i wykonawstwo ćwiczeń. Kraków: Wydawnictwa
Naukowe AKAPIT 2001
[8] Romanowski W.P.: Poradnik obróbki plastycznej na zimno. Warszawa: WNT 1976.
[9] Skoblik R., Wilczewski L.: Odlewnictwo i obróbka plastyczna. Laboratorium. Gdańsk:
Wyd. Politechniki Gdańskiej 1997
[
Rola i zdanie smarów w procesach obróbki plastycznej
Zasadniczym celem zabiegu smarowania jest zmniejszenie oporów tarcia, a przez to zmniejszenie
strat energii niezbędnej do pokonania tarcia oraz zmniejszenie intensywności zużycia elementów
pary trącej, w wyniku czego możliwe jest zwiększenie trwałości i niezawodności urządzeń
technologicznych.
Smarowanie polega na wprowadzeniu między powierzchnie trące ( elementy pary trącej ) ciała
trzeciego, czyli smaru.
Smarami przyjęto nazywać wszystkie substancje płynne, maziste, stałe i gazowe, które wprowadzone
między elementy pary trącej zmniejszają opory tarcia i pozwalają na zmianę tarcia zewnętrznego
elementów pary trącej na tarcie wewnętrzne smaru lub też na inny rodzaj tarcia, bardziej korzystny
od tarcia technicznie suchego.
Wymagania stawiane smarom stosowanym w technice
•dobre własności smarne,
•dobra zwilżalność powierzchni trących,
•stabilność własności,
•zapobieganie procesom korozji lub znaczne ich ograniczenie ( spowolnienie ),
•wystarczająco dużą stabilność własności w czasie.
Ponadto od smarów płynnych wymaga się, aby:
•skutecznie doprowadzały ciepło wydzielające się w wyniku tarcia lub powstające w
wyniku procesów spalania,
•doprowadzały do trących i zużywających się części maszyn produkty zużycia w
postaci opiłków metalicznych,
•ułatwiały wprowadzenie substancji stałych lub płynnych, stanowiących wypełniacze
do smaru, które zapewniałyby powstawanie tarcia granicznego wówczas, gdy film
smaru zostanie przerwany.
Smar powinien być tani, łatwo dostępny, nie toksyczny.
Smary stosowane w procesach obróbki plastycznej na zimno takich, jak
tłoczenie, ciągnienie, walcowanie powinny spełniać następujące wymagania:
•skutecznie rozdzielać powierzchnie trące,
•zabezpieczać przed przywieraniem odkształconego metalu do narzędzia i
tworzeniem się narostów na narzędziu,
•chronić narzędzie przed nadmiernym zużyciem,
•być łatwe do rozprowadzenia,
•dawać się łatwo usuwać z powierzchni wyrobu, zwłaszcza gdy wyrób podlega
dalszej obróbce powierzchniowej (malowanie, nanoszenie powłok metodą
galwaniczną itp.),
•mieć dużą wytrzymałość na obciążenia normalne i wykazywać łatwość płynięcia w
kierunku stycznym.
Od smarów do procesu obróbki plastycznej na gorąco, takich jak kucie,
prasowanie czy też wyciskanie tych wymaga się aby:
•były odporne na działanie wysokich temperatur (od 1100°C) i nie traciły
własności smarnych w tych temperaturach,
•spełniały rolę izolatora i nie dopuszczały do nadmiernego nagrzewania się
warstwy wierzchniej narzędzi,
•ułatwiały wyjmowanie wyrobu ( np. okuwek ) z narzędzia.
Z uwagi na różne warunki realizacji procesów obróbki plastycznej jak też bardzo
szeroką gamę odkształcanych plastycznie materiałów przy doborze smarów
technologicznych dla danego procesu należy uwzględniać takie czynniki, jak:
•rodzaj ( gatunek ) odkształconego materiału,
•szybkość odkształcenia,
•zakres występujących nacisków,
•temperaturę odkształconego metalu,
•konstrukcję narzędzia,
•stopień złożoności wyrobu.
Klasyfikacja i ogólna charakterystyka podstawowych substancji smarnych
stosowanych w obróbce plastycznej
Duża liczba procesów obróbki plastycznej oraz bardzo różnorodne parametry ich
realizacji sprawiają, że asortyment stosowanych smarów technologicznych jest
również bardzo duży.
Smary stosowane w procesach obróbki plastycznej można podzielić z uwagi na takie
kryteria jak:
- konsystencja smaru,
- pochodzenie (organiczne, mineralne ),
-przeznaczenie.
Pod kątem konsystencji można wyróżnić następujące grupy smarów:
- smary płynne (oleje ),
- emulsyjne (mgły olejowe ),
- smary maziste i plastyczne,
- smary stałe.
Ze względu na przeznaczenie smary dzieli się na:
•do pracy w temperaturach otoczenia,
•do pracy w temperaturze podwyższonej.
Bardziej subtelny podział rozróżnia smary:
•do procesów tłoczenia,
•do procesów ciągnienia ( drutów, prętów, rur ),
•do procesów walcowania ,
•do procesów wyciskania,
•do procesów kucia itd.
W procesach obróbki plastycznej realizowanych w temperaturze otoczenia
chętnie stosowano można oleje i tłuszcze pochodzenia organicznego, oraz
oleje roślinne i tłuszcze zwierzęce.
Obecnie stosuje się prawie wyłącznie oleje pochodzenia mineralnego,
a zwłaszcza pochodne ropy naftowej.
Do najczęściej stosowanych olejów należą:
- oleje wrzecionowe lekkie i średnie o małej lepkości, mieszczącej się w
granicach 1,2-5,0° E/50°C,
- oleje maszynowe o lepkości 1,5-7,8 E/50°C,
- oleje silnikowe o lepkości 5-17°C E/50°C,
-oleje przekładniowe o lepkości do 20°E/5°C typu Hipol.
Warstewka oleju mineralnego jest trzykrotnie mniej wytrzymała na naciski
niż olejów roślinnych dlatego znaczne poprawienie własności smarnych
oleju można uzyskać przez wprowadzenie odpowiednich dodatków
uszlachetniających.
Przez zastosowanie dodatków można:
- zwiększyć lepkość i wskaźnik lepkości,
- polepszyć własności smarne i odporność na działanie nacisków,
- zmniejszyć korozyjne działanie na metal.
Do najczęściej stosowanych dodatków poprawiających lepkość należą:
poliakrylany, polimetakrylany, poliizobutyleny.
Stosowane obecnie dodatki zwiększające smarność można podzielić na cztery
zasadnicze grupy:
•związki tlenowe,
•związki siarkowe,
•związki chlorowe,
•związki fosforowe .
Spotykane są również związki siarkowo- chlorowe, chlorowo- fosforowe oraz
siarkowo- fosforowe.
Odmianę smarów płynnych ( olejów ) stanowią emulsje. Emulsją nazywa się układ
dwóch nie mieszających się ze sobą cieczy, z których jedna jest rozproszona w
postaci kropelek w drugiej. Emulsja smarowa jest to więc układ dwóch faz
płynnych, w sobie nie rozpuszczalnych, z których jedną jest zazwyczaj olej, a drugą
woda. Znane są dwa zasadnicze typy emulsji:
- emulsja oleju w wodzie,
- emulsja wody w oleju.
Odrębną grupę smarów stanowią smary maziste. Różnią się od olejów przede
wszystkim gęstością (w temperaturze pokojowej mają konsystencję półpłynna).
Smary maziste są układami koloidalnymi, w których fazą rozpraszającą jest olej,
a fazą rozproszoną - zagęszczacz.
Do produkcji smarów mazistych stosuje się najczęściej oleje mineralne a jako
zagęszczaczy stosuje się sole kwasów tłuszczowych (czyli mydła), żywicznych
lub naftenowych takich metali jak wapń, sód, potas, lit, ołów, glin, oraz stałe
węglowodory, np. cerezynę, parafinę, petrolatum lub asfalt.
W zależności od rodzaju zagęszczacza smary maziste dzieli się na:
•wapniowe,
•sodowe i sodowo- potasowe,
•glinowe,
•ołowiowe,
•barowe,
•strontowe,
•zagęszczane stałymi węglowodorami,
•zagęszczone substancjami nieorganicznymi.
Szybki rozwój tworzyw sztucznych spowodował zainteresowanie techniki tą grupą
materiałów jako środków smarnych.
Smary plastyczne, cechują się tym, iż w temperaturze, która występuje w obszarze
styku odkształcany plastycznie metal - narzędzie, przechodzą ze stanu stałego w stan
zmiękczony i w tym zakresie temperatur są wykorzystywane jako środki smarne.
Do tej grupy smarów można zaliczyć:
•smary na bazie żywic syntetycznych,
•smary na bazie szkieł.
Najszersze zastosowanie zwłaszcza w tłocznictwie znalazły folie z polichlorku winylu
i polietylenu. Poza foliami czystymi, stosuje się również folie z dodatkami takimi jak:
grafit, MoS2 itp.
Poza foliami można także stosować powłoki z żywic metakrylowych, otrzymywanych
metodą zanurzeniową. Żywice metakrylowe w kompozycji z chlorowanymi
węglowodorami produkcji angielskiej znane są pod nazwą Trilac. Z innych tworzyw
stosowane są także lakiery na bazie żywicy polichlorowinylowej, żywicy
mocznikowej, poliestry, polioctan winylu, polipropylen.
Do smarów technologicznych, które w ostatnim okresie znajdują coraz szersze
zastosowanie, zwłaszcza w procesach obróbki plastycznej na gorąco ( prasowanie,
kucie, wyciskanie ), należą smary szklane.
Substancje szklane charakteryzują się następującymi własnościami:
•izotropowością,
•stopniowym przechodzeniem ze stanu stałego w stan pięknienia,
•skłonnością do krystalizacji w sprzyjających warunkach cieplnych.
Dla szkieł charakterystyczne są ponadto dwie temperatury:
-Tc - temperatura przejścia ze stanu stałego w stan ciastowaty
- Tm - temperatura mięknienia, powyżej której występuje stan płynny.
W zakresie temperatur Tc ÷ Tm szkło zachowuje się jak ciało plastyczne i ten zakres
jest wykorzystywany w obróbce plastycznej metali. Zakres temperatur Tm ÷ Tc zależy
głównie od składu chemicznego szkła i wynosi od kilkudziesięciu do kilkuset stopni
Celsjusza.
Szkła można podzielić na kilka grup, przy czym jako główne kryterium przy
klasyfikacji szkieł przyjmuje się rodzaj tlenku szkłotwórczego, np. krzemianowe,
boranowe, fosforanowe. Grupy szkieł dzielą się z kolei na podgrupy w zależności od
zawartości innych tlenków.
Omówiona grupa smarów płynnych i mazistych, nie spełnia w pełni wszystkich
wymagań, jakie stawia się w technice smarom, a zwłaszcza smarom
technologicznym. Dlatego bardzo często stosowaną grupą są smary stałe.
Ta grupa smarów stosowana jest szczególnie wówczas, gdy:
•elementy pary trącej pracują w wysokiej temperaturze (wyżej od temperatury
zapłonu, tzn. palenia olejów),
•w strefie tarcia występują bardzo duże naciski jednostkowe (np. w procesach
wyciskania),
•wymaga się, aby środek smarny miał zdolność przewodzenia prądu,
•zachodzi konieczność przeciwdziałania korozji tarciowej.
Najbardziej rozpowszechnionymi smarami w grupie smarów stałych są ciała o
budowie krystalicznej lub bezpostaciowej, takie jak: grafit, dwusiarczek
molibdenu, dwusiarczek wolframu, azotek boru, jodek kadmu, lub tez powłoki
fosforanowe, szczawianowe itd.
Odmianą smaru o własnościach zbliżonych do grafitu jest fluorografit.
Duże zastosowanie w technice jako smar technologiczny ma dwusiarczek
molibdenu. Smary molibdenowe produkowane są w kilku odmianach:
- w postaci proszku, o wielkości ziarna ok. 10µm, używany najczęściej przy
docieraniu elementów maszyn, bądź w urządzeniach hutniczych, gdzie stosowanie
smarów olejowych jest utrudnione,
- w postaci ołówków, w których lepiszczem jest wosk; zastosowanie przy montażu
części i skrawaniu,
- w postaci past, stanowiących kompozycję MoS2 z olejami silikonowymi,
poliglikolami; stosowane przy pracach montażowych,
- zawiesin MoS2 w oleju ( o różnym stężeniu MoS2 ),
- aerosoli (zawiesina drobnych kryształów MoS2 o wymiarach 5- 15µm w lotnej
cieczy organicznej, która odparowując drobne kryształki MoS2 na powierzchni
metalu),
- stosowanych przy smarowaniu powierzchni o skomplikowanych kształtach,
- jako wypełniacz do tworzyw termoplastycznych, przeznaczonych na panewki
łożysk.
W obróbce plastycznej MoS2 jest stosowany najczęściej w postaci zawiesin oleju.
Dwusiarczek wolframu (WS2) jest pod względem budowy krystalograficznej oraz
własności smarnych bardzo podobny do dwusiarczku molibdenu. W powietrzu
utlenia się wolniej od MoS2. Wyraźny wzrost współczynnika tarcia WS2 występuje
w temperaturze około 600°C. Obecność trójtlenku wolframu nie wpływa
niekorzystnie na własności tarciowe.
Dobre własności smarne wykazują również fluorki metali. Są to związki o dużej
trwałości cieplnej. Najdokładniej zbadano dotychczas własności tarciowe fluorku
wapnia CaF2, przy czym stwierdzono bardzo silną adhezję tego związku do stali.
Jakkolwiek wymienione substancje smarowe mają dobre własności
przeciwtarciowe, to jednak ich szersze zastosowanie jako smarów technologicznych
w procesach obróbki plastycznej ograniczają względy ekonomiczne.
W grupie smarów stałych należy również wymienić powłoki podsmarowe,
uzyskiwane w procesach fosforanowania, czy też szczawianowania.
Smarowanie w procesach tłoczenia
W procesach tłoczenia blach stosowane są najczęściej takie smary jak oleje mineralne
(z grafitem lub bez), emulsje mydlane i mydła oraz powłoki fosforanowe.
W nielicznych przypadkach stosowane są smary o bardziej złożonej recepturze oraz
folie z tworzyw sztucznych.
Smar stosowany w operacjach tłoczenia powinien spełniać następujące wymagania:
•skutecznie rozdzielać powierzchnie trące (wytłoczkę i narzędzia) i zmniejszać opory
tarcia,
•chronić narzędzie przed zbyt intensywnym zużyciem i nie dopuszczać do
powstawania
narostów na części roboczej narzędzia,
•zabezpieczać wytłoczkę przed rysowaniem i wszelkimi innymi uszkodzeniami
powierzchni,
•ułatwiać płynięcie materiału i uzyskiwanie możliwie dużych odkształceń bez obawy
występowania pęknięć,
•nie działać korodująco na wytłoczkę.
Ponadto smar powinien być: tani, łatwy do nanoszenia i usuwania z powierzchni
wytłoczki, nietoksyczny.
Smarowanie w procesach ciągnienia
Od smaru stosowanego w ciągarstwie wymaga się, aby:
•zmniejszał opory tarcia między ciągnionym metalem, a ciągadłem i przez to wpływał
na zmniejszenie siły ciągnienia,
•rozdzielał powierzchnie trące i zapobiegał powstawaniu narostów na ciągadle,
•zmniejszał intensywność zużycia ciągadeł,
•ułatwiał plastyczne odkształcenie drutu w oczku ciągadła,
•obniżał temperaturę w strefie styku i przez to nie dopuszczał do nadmiernego
nagrzewania się zarówno ciągadła, jak też ciągnionych wyrobów,
•umożliwiał otrzymanie wymaganej jakości powierzchni ciągnionego wyrobu,
•nie wpływał ujemnie na zmianę własności mechanicznych wyrobów otrzymywanych
w procesach ciągnienia,
•miał odpowiednie własności antykorozyjne,
•był trwały, łatwy do nanoszenia i usuwania.
W procesach ciągnienia drutów, prętów i rur stosowane są w zasadzie dwie podstawowe
grupy smarów: smary stałe i płynne.
Smary stałe w postaci proszków stosowane są głównie przy ciągnieniu drutów i prętów
na zimno. W tej grupie smarów największe zastosowanie znalazły smary typu mydeł,
jak np. wszelkie mydła kwasu stearynowego, powstające przez działanie
wodorotlenków alkalicznych na kwas stearynowy. Do smarów mydlanych dodawane są
czasami inne dodatki takie jak wapno, baroks, soda.
W grupie smarów stałych wymienić należy także powłoki podsmarowe takie jak
fosforanowe, które po nasyceniu roztworem mydła w wodzie stanowią jeden z bardziej
skutecznych środków smarujących. Przy ciągnieniu drutów stosuje się także powłoki
miedziane, jako warstwy podsmarowe.
W ciągarstwie stosowane są następujące smary płynne:
•emulsje olejowo - wodne,
•emulsje olejowo - wodno - mydlane o składzie: 1% oleju, 1 ÷ 3% mydła ( sodowe lub
potasowe ), 96 ÷ 98% wody destylowanej,
•emulsje mydlano - wodne o składzie: 2,5 kg mydła, 0,3 kg węglanu sodu, 100 l wody,
0,25 l substancji powierzchniowo - czynnej.
Skład chemiczny i rodzaj smaru powinien być dobrany w zależności od prędkości
ciągnienia i gatunku materiału.
Zalecane jest stosowanie następujących smarów:
1. Smary do ciągnienia na sucho w zakresie prędkości 12 ÷ 15m/s:
•mydła wapniowe do ciągnienia drutów ze stali wysokowęglowych,
•mydła wapniowo - sodowe do ciągnienia drutów ze stali wysokowęglowych,
ocynkowanych,
2. Smary zalecane do ciągnienia na mokro, w zakresie prędkości 15 ÷ 18m/s:
•oleje CE - do drutów gołych,
•olej Presol IW - do ciągnienia drutów gołych i ocynkowanych,
•Presol IW z mydłem sodowym - do ciągnienia drutów gołych i ocynkowanych,
•Pasta na bazie Presolu IW - do ciągnienia drutów gołych i ocynkowanych,
•Emulsja mydlano- woskowa - do ciągnienia drutów gołych i ocynkowanych,
•sulfoenkol G - do pracy w obiegu zamkniętym emulsji,
•lakier K - do pracy w obiegu zamkniętym emulsji.
Dobór właściwego smaru ma także istotne znaczenie w procesach ciągnienia rur.
W dążeniu do uzyskania jak największej efektywności procesów ciągnienia
wyrażającej się:
•dużą sprawnością energetyczną procesu,
•małym zużyciem ciągadeł,
•dobrą jakością wyrobów,
doskonalono nie tylko środki smarujące, ale również konstrukcje ciągadeł, dążąc do
uzyskania warunków smarowania hydrodynamicznego lub hydrostatycznego.
Smarowanie hydrostatyczne uzyskuje się w ciągadłach, do których smar jest
doprowadzany za pomocą pompy wysokociśnieniowej. Natomiast smarowanie
hydrodynamiczne uzyskiwane jest przez wciąganie smaru do ciągadła roboczego przez
ciągniony drut, dzięki zastosowaniu specjalnych dysz prowadzących o średnicy nieco
większej niż średnica wlotowa drutu i odpowiedniego układu ciągadeł. Jednym z
istotnych warunków do uzyskania smarowania płynnego w strefie odkształcenia jest
wytworzenie w smarze ciśnienia o wartości równej lub większej niż granica
plastyczności ciągnionego materiału.
Smarowanie w procesach kucia
Przy doborze smarów należy mieć na uwadze pracę w temperaturach 900 -1200oC a
narzędzie w czasie pracy winno mieć temperaturę nie niższą niż 250°C oraz względy bhp.
Dąży się do tego, aby smary kuźnicze były bezdymne i bezwonne oraz nieszkodliwe dla
zdrowia.
Smar technologiczny, przeznaczony do procesów kucia (na młotach i prasach), powinien
mieć następujące własności:
•skutecznie rozdzielać powierzchnie trące (odkształcany metal - narzędzie) i nie
dopuszczać do przywierania odkuwek do narzędzia,
•zmniejszać opory tarcia i ułatwiać ( w tych obszarach, gdzie to jest potrzebne ) poślizg
materiału oraz zapewnić właściwe wypełnienie wykroju,
•zmniejszać intensywność zużycia narzędzia,
•przeciwdziałać nadmiernemu nagrzewaniu warstwy wierzchniej narzędzia,
•ułatwiać wyjmowanie odkuwek z narzędzia,
•działać jako substancja chłodząco - smarująca,
•nie zmniejszać swoich własności w wysokich temperaturach,
•nie zanieczyszczać pomieszczeń ( smar powinien być bezdymny ),
•zabezpieczać odkuwki przed utlenianiem,
•nie działać korodująco na odkształcany przedmiot i narzędzie.
Ponadto smar technologiczny powinien być tani, łatwy do nanoszenia na matryce i
dostatecznie trwały.
Dotychczas prowadzone w licznych krajach badania w tym zakresie wykazały, że
najlepsze własności ochronno - smarujące wykazały szkła. Stwierdzono jednak, iż
skład chemiczny szkła należy dobierać w zależności od:
•składu chemicznego odkształcanej stali,
•dokładności wykonanej odkuwki,
•rodzaju procesu.
Szkło jako środek ochronno - smarujący można nanosić na odkuwkę kilkoma
metodami:
•przez nagrzewanie materiału w wannach z roztopionym szkłem,
•przez nagrzewanie materiału pokrytego ochronną warstwą szkła w postaci pasty,
•przez natryskiwanie.
W celu polepszenia własności ślizgowych substancji ochronno smarujących można
dodawać do sporządzonych past np. grafit.
Ogólnie smary stosowane w kuźnictwie można podzielić na następujące
grupy:
•olejowe,
•wodno - grafitowe,
•fosforanowe,
•stałe ( głównie tlenkowe ),
•na bazie szkieł,
•na bazie związków litu.
Smarowanie w procesach wyciskania
Warunki tarcia występujące w procesach wyciskania są szczególnie niekorzystne
ze względu na takie czynniki, jak:
•bardzo duże naciski jednostkowe ( 2000 - 3000 MPa ),
•znaczne odkształcenia, dochodzące do 80 %,
•dużą ilość wydzielającego się ciepła tarcia,
•specyficzną konstrukcję narzędzi ( narzędzia nie są dzielone tak, jak np. przy
kuciu ),
•bardzo dużą powierzchnię styku narzędzia z odkształcanym metalem.
Od smaru stosowanego w procesach wyciskania wymaga się, aby:
•tworzył trwałą, dostatecznie grubą warstewkę rozdzielającą skutecznie powierzchnie
trące i ograniczał szczególnie niekorzystne w tym procesie zjawiska przywierania
odkształcanego metalu do narzędzia,
•przenosił bardzo duże naciski, wykazywał dużą plastyczność i zdolność do dużych
odkształceń wraz z metalem wypraski,
•wykazywał bardzo dużą przyczepność do powierzchni wyciskanego metalu,
•miał dużą pojemność cieplną ( aby pochłaniać ciepło powstające w strefie tarcia ).
Ponadto od smarów, stosowanych w procesach wyciskania na gorąco, wymaga się
takich cech jak w przypadku smarów przeznaczonych do procesów kucia.
Z uwagi na duże wartości nacisków jednostkowych oraz bardzo duże odkształcenia w
procesach wyciskania poza tradycyjnymi smarami stosuje się na ogół warstwy
podsmarowe, spełniające rolę warstwy smaru.
W zależności od rodzaju wyciskanego metalu stosowane są różne rodzaje warstw
podsmarowych, i tak:
-stopy aluminiowe poddaje się anodowaniu,
- stopy miedzi- pasywacji,
- stale węglowe- fosforanowaniu,
- Stale stopowe, nikiel i stopy niklu, które nie nadają się do fosforanowania lub
pasywowania poddaje się szczawianowaniu.
Uzyskane w wyniku procesów anodowania, fosforanowania, szczawiowania, czy też
pasywacji warstwy podsmarowane są następnie nasycane tłuszczami zwierzęcymi,
olejami mineralnymi lub mydłami.
Stopy aluminium po anodowaniu nasycane są tłuszczami zwierzęcymi, a przy
wyciskaniu stopów miedzi stosuje się bębnowanie w gorącym roztworze mydła, przy
czym stwierdzono, że najlepsze własności mają powłoki otrzymane na bazie fosforanu
cynku, nasycone 60 ÷ 70% roztworem mydła szarego.
Dobre efekty uzyskuje się także przy stosowaniu stearynianiu cynku. Zasadniczą wadą
stosowanych powłok podsmarowych jest jednak konieczność wprowadzania
dodatkowych operacji, co podnosi koszty produkcji.
Poza stosowaniem warstw podsmarowych nasyconych smarem płynnym, dobre wyniki
daje również dwusiarczek molibdenu. Może on być stosowany w różnych postaciach,
bez konieczności wytwarzania warstwy podsmarowej (co znacznie upraszcza
technologię smarowania ), jednak górny zakres temperatur, w których MoS2 daje dobre
efekty wynosi ok. 400°C. Zastosowanie MoS2 jako dodatku do smarów mydlanych
nakładanych na powierzchnię uprzednio fosforanowane zmniejsza siłę wyciskania o 10
÷ 15%.
Przy wyciskaniu niklu i stopów niklu, których
nie udaje się fosforanować, mogą być
stosowane powłoki lakiernicze na bazie
polichlorku
winylu
nanoszone
metodą
natryskiwania, zanurzania lub przez malowanie
pędzlem. Powłoki te muszą być jednak
usuwane z powierzchni gotowych wyrobów za
pomocą rozpuszczalników, co jest niezbyt
korzystne z uwagi na warunki bhp.
Zastosowanie smarów szklanych w procesach wyciskania na gorąco
Do grupy najbardziej efektywnych smarów w procesie wyciskania na gorąco należą
smary szklane.
Uwzględniając specyfikację procesu wyciskania, a zwłaszcza dużą powierzchnię
kontaktu odkształcanego metalu z narzędziem, należy tak doprowadzić smar w
przestrzeń roboczą narzędzia, aby wszystkie powierzchnie robocze były odpowiednio
smarowane. Dobór właściwego smaru ma szczególne znaczenie w procesie wyciskania
rur, gdzie dodatkowo powstaje problem smarowania powierzchni wewnętrznych.
W celu uzyskania właściwego efektu smarowania w procesie wyciskania stosuje się
różne sposoby nanoszenia smarów, takie jak:
•nanoszenie smaru na materiał ( wstępniaki ) przed wyciskaniem,
•nanoszenie smaru na matrycę kształtującą w postaci suspensji szklanych,
•smarowanie matrycy za pomocą sprasowanych pierścieni smarnych.
Smarowanie w procesach walcowania
Stosowanie smarów technologicznych ma na celu zapewnienie optymalnej wartości
współczynnika tarcia i uzyskanie pożądanego zgniotu przy możliwie małych naciskach
na walce. Dlatego w procesach walcowania, a zwłaszcza przy walcowaniu cienkich
blach, należy zwracać dużą uwagę na poprawny dobór smarów.
Smar technologiczny stosowany w procesach walcowania powinien spełniać
następujące zadania:
•zmniejszać opory tarcia w szerokim zakresie nacisków,
•zmniejszać zużycie walców i zapobiegać tworzeniu się narostów na walcach,
•mieć dobre własności chłodząco - smarujące,
•mieć stałe własności w szerokim przedziale temperatur,
•nie oddziaływać korozyjnie na walce i na odkształcany materiał.
Ponadto smar powinien być łatwy do sporządzenia, nanoszenia na walce i usuwania z
wyrobu. Z drugiej strony należy pamiętać o tym, iż dla danych parametrów walcowania
opory tarcia muszą być tak dobrane, aby był możliwy uchwyt materiału przez walce.
Tak więc zmniejszanie współczynnika tarcia jest ograniczone kątem uchwytu .
Smary stosowane w procesach walcowania można podzielić na następujące grupy:
•oleje ( mineralne, roślinne ),
•emulsje,
•smary stałe.
Z pierwszej grupy smarów w walcownictwie znalazły zastosowanie: oleje mineralne,
takie jak: olej wrzecionowy, transformatorowy, cylindrowy, itp. Oleje te mogą być także
stosowane z różnymi dodatkami .
Drugą grupę smarów stosowanych w walcownictwie, stanowią emulsje. Główną zaletą
emulsji w porównaniu z olejami są ich dobre własności chłodząco - smarujące oraz
możliwość stosowania w obiegach zamkniętych, co daje bardzo małe zużycie smaru.
Uzyskanie trwałych emulsji olejowo - wodnych jest możliwe jedynie w obecności
odpowiednich emulgatorów. W tym celu stosuje się dodatki takich substancji jak: mydła
sodowe i potasowe, sole kwasów tłuszczowych itp. Dodatek mydła zmniejsza napięcie
powierzchniowe kropli wody, a na powierzchni kropli oleju powstaje koloidalno adsorpcyjna warstwa mydła o dostatecznie dużej lepkości i wytrzymałości dużą
stabilność.
Emulsje stosowane w walcownictwie w zależności od rodzaju
zastosowanego oleju ( fazy dyspersyjnej ) można podzielić na następujące grupy:
•emulsje otrzymywane na bazie oleju mineralnego,
•emulsje otrzymywane na bazie tłuszczów roślinnych i zwierzęcych,
•oleje otrzymywane na bazie mieszaniny oleju mineralnego i roślinnego ( różnych
proporcjach).
Szerokie zastosowanie znalazły emulsje o składzie 80% oleju maszynowego, z
dodatkiem mydła i kwasu naftowego. Emulsje walcownicze mogą także zawierać
dodatki antykorozyjne, jak np. sodę kalcynową ( Na2CO3 ), które jednocześnie
zwiększają stabilność emulsji. W celu zwiększenia własności smarnych, do emulsji
wprowadza się dodatki smarów stałych, takich jak grafit.
Trzecią grupę smarów technologicznych
stosowanych w walcownictwie stanowią smary
stałe, do których należą m.in. smary szklane,
smary na osnowie grafitu, wosku. Ta grupa
smarów znalazła zastosowanie głównie przy
walcowaniu na gorąco.
Metody badania i oceny własności technologicznych smarów
Metody badania i kryteria oceny przydatności smarów do tłoczenia
2
3
2D
4
2D
3
1
4
b
55
5
2
3
Aparat Erichsena : a - schemat aparatu, b - schemat pomiaru,
1- próbka, 2- matryca, 3- pierścień dociskający, 4- stempel, 5- lustro
Przyrząd Schlossera do przeciągania pasa blachy: 1,3- obudowa, 2,5- szczęki,
4- próbka, 6- płytka dystansowa, 7- łożysko igłowe.
Schemat przyrządu do próby zacierania: 1 - korpus, 2 - stempel,
3 - przeciwpróbka, 4 - płyta stemplowa, 5 - płyta podstawy,
6 - płytka boczna, 7, 13 - podkładki, 8,9,12 - śruby, 10 - zawleczka,
11 – tulejka
Metody badania i oceny własności technologicznych smarów
stosowanych w ciągarstwie
Skuteczność działania smarów w procesie ciągnienia można ocenić metodą
pośrednią przez:
•pomiar siły ciągnienia ( lub poboru mocy ),
•pomiar grubości warstwy smaru pozostałej na wyrobie po procesie
ciągnienia,
•pomiar ciśnienia smaru w szczelinie ciągadła w czasie ciągnienia,
•badanie i ocenę własności wyrobów ciągnionych w różnych warunkach
smarowania,
•ocenę innych wskaźników technologicznych świadczących o dobrych
własnościach smaru, np. stopień wykorzystania zapasu plastyczności.
Ciągadło doświadczalne do wyznaczania oporów tarcia w procesie
ciągnienia rur:
1 - trzpień, 2- oprawka, 3- tulejka centrująca,
4 - ciągadło robocze ( korek ), 5,6- tensometry,
7- przewody
Metody badania własności technologicznych smarów kuźniczych
Badając przydatność smarów do kucia należy wyznaczyć takie główne cechy
smarów, jak:
•własności chłodzące,
•własności rozdzielcze ( siłę przywierania ),
•działania korodujące na odkuwki,
•zdolność zabezpieczenia przedkuwki przed utlenianiem.
Schemat przyrządu do badania własności izolacyjnych smaru:
1- płyta mocująca, 2- matryca, 3- termoelement
.