Эксперт Ойл
Введите название продукта:



Эксперт-ойл / Статьи / Смазочные материалы при формировании из листа металла.
Защита от коррозии.
Главная страницаКарта сайтаe-mail

09.11.2012
Смазочные материалы при формировании из листа металла.
Защита от коррозии.

1. Смазочные материалы для формования из листа металла

Требования к качеству и полученные знания о процессах, происходящих в рабочей зоне, увеличили спрос на смазочные материалы для процессов формования из листа металла.
Выбор смазочного материала и его применение зависит от различных условий и должен рассматриваться под тремя разными углами:
   • состояние смазочного материала и заготовки до формования и ее практическое применение;
   • поведение в процессе формования;
   • защита от коррозии и возможность удаления смазочного материала после формования.
   В настоящее время большое значение приобретают также экономические, экологические, санитарно-гигиенические и токсикологические требования.

1.1. Подготовительные операции к процессу формования

На данных стадиях может применяться большое количество смазочных материалов, которые могут быть использованы в этом процессе. Их общая классификация без указания специфических эксплуатационных характеристик приведена в табл. 1.

 

 Таблипа 1. Смазочные материалы для процесса формования

 Смазочный материал  Вязкость или консистенция
 Масла для резьбовых соединений  2-8 мм2/с при 20 °С
 Масла (на лист металла) для фрезерования  10-50 мм2/с при 40 °С
 Низковязкие масла для процессов выдавливания  10-50 мм2/с при 40 °С
 Средневязкие масла для процессов выдавливания  50-150 мм2/с при 40 °С
 Высоковязкие масла для процессов выдавливания  150-2000 мм2/с при 10 °С
 Смазки для процессов выдавливания  Скорость истечения 30—60 с
 Смазки для процессов выдавливания  Скорость истечения 60—120 с
 Смазки для процессов выдавливания  Пенетрация 250—450 0,1 мм
 Граничные смазочные пленки  Твердые
 Пленочные покрытия (пластиковые) для процессов выдавливания  Твердые



В табл. 2 приведены различные типы смазочных материалов для процесса формовки и наиболее подходящие области их применения.

 

 Таблица 2. Различные типы смазочных материалов для процесса формования из листа металла

 Смазочный материал  Основное применение  Примечание
Чистые (без присадок) масла    
 Масла для фрезерования  Штамповка, выдавливание, прессование.
Глубокое выдавливание из листа металла.
Пробивание отверстий и калибровка
 Температура вспышки 40-65 °С
 Масла, содержащие полярные присадки:  Штамповка тонких пластин и дисковых заготовок.
Чеканка, штамповка, выдавливание, прессование. Производство кузовов автомобилей, глубокое выдавливание
 Применяются низковязкие масла, некоторые минеральные масла без присадок, биоразлагаемые, совместимые с предварительно используемой смазкой
 Масла, содержащие противозадирные присадки (без хлора):  Глубокая штамповка, прессование. Глубокое выдавливание. Точные заготовительные операции. Глубокое выдавливание и утонение листового материала при вытяжке  Смазочные материалы могут вызывать коррозию пятнами на меди
 Масла, содержащие противозадирные присадки (содержащие хлор):  Глубокое выдавливание Точные заготовительные операции. Глубокое выдавливание и утонение листового материала при вытяжке  Высокоуглеродистая сталь, нержавеющая сталь, некоторые смазочные материалы, не вызывающие коррозии меди
 Смазочные материалы для выдавливания, не содержащие твердых компонентов:  Наиболее трудное выдавливание  Низко- и высокоуглеродистая сталь
 Смазочные материалы для выдавливания, содержащие твердые компоненты и /или противозадирные присадки:  Глубокое выдавливание  В основном пастообразные смазочные материалы
 Смазочные материалы, смешивающиеся с водой    
 Масла  Эмульсии или растворы для выдавливания. Отработанные гидравлические жидкости для гидравлического выдавливания  Синтетические, полусинтетисческие или соответствующие композиции смазочных материалов
 Смазочные материалы для выдавливания, не содержащие твердых смазочных компонентов:  Глубокое выдавливание  Иногда пастообразные смазочные материалы
 Смазочные материалы для выдавливания, содержащие твердые смазочные компоненты:  Наиболее трудное выдавливание и глубокое выдавливание  Часто пастообразные смазочные материалы



   Как правило, стальные полосы или листы, используемые в автомобилестроении, защищают масляной пленкой или смазочным маслом для фрезерования или предварительным смазыванием.
   В случае глубокого выдавливания смазочный материал наносят на лист металла вручную, вращающимся валиком, погружением, разбрызгиванием или валиками, смазанными консистентной смазкой. Намазывание смазкой вручную используется, если при этом не требуется больших физических усилий. Мягкие пасты применяют, разжижая их при повышенной температуре. При использовании метода погружения, например в случае эмульсий, температура погружения зависит от оптимальных условий смачивания металла и способа предварительной обработки. Если метод горячего погружения применяется для эмульсий, то происходит испарение воды, а на металле создается тонкая пленка концентрата, которая во многих случаях не должна удаляться после выдавливания.
   Моющие жидкости и эмульсии, используемые для очистки крупных деталей автомобильных кузовов перед прессованием и формованием, должны быть совместимы с маслами для фрезерования и маслами для предварительной смазки, которые уже нанесены на лист металла — в идеале они должны иметь одинаковую химическую природу. В основном все смазочные материалы, приемлемые для метода нанесения погружением, могут также наносится валиком. Однако для большинства смазочных материалов нанесение фетровым валиком неприменимо, особенно в случаях, когда имеет место расслоение компонентов. Определенные проблемы возникают также при нанесении фетровым валиком эмульсий «вода в масле».
   Наиболее удобным способом нанесения является разбрызгивание, так как в этом случае, как и при ручном нанесении, возможно нанесение смазочного материала в необходимое место, оставляя другие места не смазанными. Данный метод, получивший название «местное смазывание», широко применяется при формовании деталей из листа металла. Преимущество такого смазывания состоит не только в экономном расходовании смазочного материала, но и в уменьшении возможности загрязнения маслом пресса и рабочего места. Кроме того, значительно упрощаются последующие операции по очистке. В принципе, все масла, эмульсии и смазочные материалы для выдавливания могут быть нанесены разбрызгиванием. Требования по разбрызгиваемости могут специально устанавливаться для смазочных материалов, чтобы обеспечить соответствие требованиям кузнечнопрессовых цехов.
Успешное формование из листа металла зависит от трех групп параметров:
   • свойств металла и его поверхности;
   • метода проведения процесса формования и используемых инструментов и оборудования;
   • типа и количества применяемого смазочного материала, его консистенции и его рабочих характеристик. Большое значение во всех процессах формования имеет формуемость металла. Выбор смазочного материала в основном определяется сложностью процесса формования. Смазочный материал должен улучшать скольжение заготовки при обработке за счет снижения трения и в то же самое время обеспечивать формирование эффективного разделительного слоя между заготовкой и инструментом. Поскольку гидродинамический режим трения в процессе формования возникает только в редких случаях, смазочный материал должен содержать присадки, которые обеспечат эффективный разделительный слой в течение всего процесса. Эти присадки могут быть либо полярными соединениями, либо соединениями, которые изменяют поверхность металла в результате химических реакций. Подобный разделительный эффект может быть достигнут введением в смазочный материал мелкодисперсных твердых веществ, выступающих либо в качестве инертного наполнителя, либо в качестве твердого смазочного компонента.

1.2. Операции после процесса формования

Как было указано выше, лист или полоса металла обычно покрыты пленкой, предотвращающей коррозию, или предварительно обработаны смазочным материалом на прокатных станах. Для этих целей используют такие материалы, которые не только предотвращают коррозию, но и обеспечивают нормальное формование в легких и средних условиях без дополнительного применения смазочных материалов. Пленка, остающаяся на деталях после выдавливания, обеспечивает хорошую защиту от коррозии. Если при формовании приходится добавлять смазочный продукт (местное смазывание), то он должен оставаться после формования на детали, чтобы защищать ее от коррозии во время промежуточного хранения или до последующих операций. Однако в большинстве случаев необходимо удалять смазочный материал сразу же после процесса или после промежуточного хранения. Это осуществляется либо промывкой, либо, в случае тепловой обработки, в процессе отжига без предварительной очистки. Для промывки обычно используют так называемые промышленные очистители, представляющие собой водные растворы щелочи. Как правило, различают два чистящих способа: погружением в очистительную ванну и очистку спреем. В состав моющих средств входят синтетические органические и неорганические компоненты в сочетании со смачивающими веществами, которые составляются в соответствии с условиями применения.
   Все смазочные материалы для формования из листа металла должны удаляться с помощью обычно используемых чистящих средств. Разработка как смазочных материалов для формования, так и промышленных очистителей чаще всего осуществляют в одном и том же подразделении. Это дает возможность обеспечить оптимальное обслуживание даже для сложных условий применения. Использование углеводородных и галогенсодержащих углеводородных растворителей в очистительных устройствах запрещено и поэтому не рассматривается в данном издании. Удаление заусенцев, шлифовка трением или вибрацией и другие способы обработки осуществляются с помощью функциональных рабочих жидкостей, подобно тем, что используются при очистке.
   Во многих случаях очистка производится после завершения других операций, особенно в автомобилестроении. Смазочные материалы для формования должны быть совместимы с клеями, уплотнителями и другими конструкционными материалами для обеспечения взаимного соответствия.
   Даже незначительное количество оставшегося смазочного материала в складках и подобных неоднородностях рельефа может влиять на качество электроокрашивания погружением (например, катафоретическое окрашивание), смазочные материалы должны быть совместимы с этими красками в широком диапазоне. Смазочные материалы для формования не должны препятствовать последующей сварке и образовывать легкоплавких осадков, которые не могут быть удалены на обычных очистительных линиях. Обычно допускаются тонкие слои масла и смазочных материалов для выдавливания. Синтетические смазочные материалы имеют ряд преимуществ для ряда специальных способов сварки.

1.3. Общие направления развития смазочных материалов для формования из листа металла

Потребление смазочных материалов в этой области в последнее время сокращается. Диапазон смазочных материалов, применяемых в автомобильной промышленности, также сократился. С другой стороны, одновременно повысилась сложность предъявляемых к ним требований. Решающими показателями при выборе смазочного материала являются:
   • снижение трения;
   • предотвращение коррозии;
   • совместимость с красками и клеями;
   • способы применения;
   • воздействие на покрытия типа CVD/PVD, нанесенные на поверхность инструмента.
   Основные усилия при разработке смазочных материалов направлены на улучшение их отдельных свойств, но предъявляются определенные требования к используемым присадкам и компонентам:
   • снижение применения хлорсодержащих присадок;
   • недопустимость применения нитритов и ароматических углеводородов;
   • уменьшение содержание летучих компонентов;
   • отсутствие пигментов, низкое содержание твердых смазочных материалов.

2. Защита от коррозии

2.1. Механизм коррозии

Одним из основных требований, предъявляемых к смазочным материалам для листовой металлообработки, является обеспечение защиты от коррозии. Эта характеристика часто рассматривается как вторичное требование, но иногда она является наиболее важным свойством, особенно для масел, используемых на прокатных станах для холодной прокатки листового металла. Поскольку защита от коррозии представляет огромную важность, этот вопрос требует детального рассмотрения.
   Коррозия как явление классифицируется по ряду критериев. С точки зрения механизма, коррозию различают по типу и визуальным характеристикам. Кислородная коррозия является наиболее важным физико-химическим процессом, приводящим к разрушению поверхности металла. В присутствии воды кислород воздуха взаимодействует с металлом на поверхности и образует гидратированный оксид металла (в случае железа — ржавчину).
   При атмосферной коррозии, являющейся наиболее распространенной формой коррозии, те же явления происходят в условиях окружающей среды. В присутствии конденсируемой или дождевой воды и кислорода воздуха в результате их взаимодействия на поверхности металла образуется тонкая пленка электролита. С увеличением толщины пленки электролита возрастает риск коррозии. Влажность до 60% является нормальной, в то время как ее рост до 75% и выше является критическим уровнем, вызывающим интенсивную коррозию.
   При контакте атмосферного воздуха с холодным металлом или при достижении температуры окружающей среды точки росы на поверхности металла идет конденсация влаги. Коррозия ускоряется в присутствии солей, особенно хлоридов. Пассивирующий слой не образуется из-за хорошей растворимости большинства солей металлов. Гигроскопические соли также адсорбируют атмосферную влагу, что приводит к местной (точечной) коррозии, называемой также питтингом.
   Другие виды коррозии, такие как кислотная коррозия, коррозия под напряжением и коррозия неблагородных металлов, вызываемые контактом металлов с различными электролитами, имеют меньшее значение в процессах металлообработки. При щелевой коррозии концентрация кислорода в щели невысока, и за счет влаги происходит электрохимическая коррозия (внутрищелевая поверхность — анод, открытая — катод). В случае сплавов, содержащих медь и цинк, на поверхности протекает химическая коррозия, обусловленная наличием серы из серосодержащих присадок или из атмосферы и вызывающая образование темных пятен.
   Коррозия классифицируется по следующим характеристикам: по типу агрессивных сред, в которых протекает процесс разрушения; по условиям протекания коррозионного процесса и по характеру разрушения. Примерами этого являются приведенные выше термины «щелевая коррозия», «питтинг» или «бурая ржавчина», характерная для сплавов железа. «Белая ржавчина» присуща также цинку и его сплавам, когда защитный пассивирующий слой карбоната цинка не может образовываться. Это происходит при взаимодействии металлов с солями, попадающими на поверхность металла из эмульсий при металлообработке.

2.2. Временная защита от коррозии

Чтобы приостановить коррозию, необходимо прекратить воздействие агрессивной среды. Слой смазочного материала действует как разделительный слой, создавая гидрофобный барьер, через который вода и соли очень медленно диффундируют к поверхности металла. Однако даже неполярные и гидрофобные минеральные масла не могут полностью препятствовать диффузии кислорода, воды и солей к поверхности металла. В этом случае необходимо добавлять ингибиторы коррозии. Последние адсорбируются на поверхности металла и образуют тонкий, но очень прочный молекулярный слой, который, несмотря на очень малую толщину, обеспечивает эффективную защиту. Эти взаимодействия проиллюстрированы на рис. 1, где адсорбционный слой значительно увеличен для графической наглядности.

Защита от коррозии с помощью тонкого органического слоя

Грубо говоря, защита от коррозии — это результат действия барьера (пассивный слой) и адсорбционного слоя (активный слой). Особым случаем является ингибирование поверхности веществами, которые адсорбируются из газовой среды и называются летучими ингибиторами коррозии (VCI) или ингибиторами, образующимися из паровой фазы (VPI). К таким ингибиторам относятся некоторые амины, большинство аминоспиртов, парциальное давление которых позволяет им легко адсорбироваться на поверхности металла, создавая активный защитный слой. Для обеспечения достаточной концентрации ингибитора в газовой фазе необходимо принимать меры по устранению возможных потерь. Во избежание нежелательных потерь VCI используются в виде солей аминов. Эти соединения сами не испаряются и создают резерв, из которого высвобождаются свободные амины по мере израсходования ингибитора. Когда металлические части не защищены от окружающей среды, ингибиторы десорбируются и поверхность металла оказывается незащищенной. Действие VCI-ингибиторов схематически показано на рис. 2.

Защита от коррозии с помощью летучих ингибиторов

В зависимости от применения летучие ингибиторы могут быть добавлены в разичные носители. Помимо хорошо известных видов защитной бумаги, новые технологические принципы получают широкое распространение. Значительно лучшая защита от коррозии достигается при совместном использовании полимерных пленок и VCI. Летучие ингибиторы добавляют во внутренний слой многослойной полиэтиленовой пленки, получаемой выдавливанием. Преимущество такого способа в том, что уменьшается водопроницаемость и обеспечивается хорошая защита от коррозии VCI-ингибиторами. Такая технология рекомендуется, в частности, для защиты от коррозии соленоидов автомобильного оборудования при транспортировке и хранении. В зависимости от типа используемой упаковки обычный тонкий слой эффективного антикоррозионного масла обеспечивает необходимую защиту от коррозии без дополнительной обработки маслом даже при морской транспортировке.
   Поскольку обычно смазочный материал должен быть удален после формования из листа металла, возникает вопрос относительно того, что делать с ингибиторами, которые физически и химически сорбировались на поверхности металла. Ингибиторы, которые вступают в химические реакции с металлом, применяют только в том случае, если они не оказывают вредного влияния на последующие операции. Примером этого может служить фосфатирование панелей автомобиля, в результате которого процесс формования даже улучшается. Жидкости, как и масла, стекают с поверхности металла, причем чем меньше вязкость, тем быстрее происходит стекание. Стекание усиливается, если панели имеют гальваническое покрытие, в результате чего ухудшаются условия для смазывания и защиты от коррозии, и могут возникать масляные пятна (вмятины) во время формования, а также видимая порча материала оседающими из воздуха загрязнениями. Если используют высоковязкое масло, то его удаление затрудняется, что является параметром, ограничивающим применение такого масла. Стекание замедляют, используя тиксотропные масла. Это масла относительно низковязкие и содержащие мельчайшие частицы, которые создают мутность. Если толщина пленки меньше размеров тиксотропного компонента, то стекание значительно замедляется. Если тиксотропные компоненты полностью растворимы в масле при температуре 40—80 °С (обычная температура для операций применения и удаления), то тиксотропные свойства ослабляются. Это позволяет избежать связанных с высокой вязкостью проблем при хранении и транспортировке панелей, а также оптимизировать замедление стекания.

2.3. Испытания на коррозию

Обеспечиваемая степень защиты от коррозии должна оцениваться стандартными лабораторными методами или испытаниями на практике. Результаты, получаемые при испытаниях в стандартных камерах, воспроизводимы и коррелируются с результатами, полученными при других аналогичных испытаниях. По очевидным причинам они лишь приблизительно воспроизводят реальные условия коррозии. Напротив, атмосферные или полевые испытания проводятся в тех же условиях и подвергаются тем же коррозионным влияниям, что и при промышленном производстве. Однако из-за их плохой воспроизводимости можно достоверно сравнивать только результаты, получаемые при одинаковых условиях испытания, но несмотря на это, удается добиться сравнительных результатов и с другими хорошо известными методами испытаний. В табл. 3 обобщен ряд наиболее используемых методов коррозионных испытаний для смазочных материалов, применяемых в процессе вылавливания.

 

 Таблица 3. Коррозионные испытания для смазочных материалов, применяемых в процессе выдавливания

 Условия коррозии  Метод  Стандарты испытаний
 Влажность

 

 

 Климатическая конденсация  DIN 50 017 KFW/KTW
 Коррозия на пачке (пластинок)  Различные испытания внутри помещения
 Испытания при постоянном климате  ASTM D 1748, DIN 50 017 КК
 Атмосфера  Практические испытания (снаружи и внутри помещения)  Различные испытания внутри помещения
 Соли  Солевое разбрызгивание  ASTM B 117, DIN 50 017 SS
 Активные медьсодержащие присадки  Испытания на медной пластинке  DIN EN ISO 2160




Роман Маслов.
По материалам зарубежных изданий.

Адрес: г. Москва, дер. Старосырово, Симферопольское шоссе д.20 стр. 1 (Щербинская нефтебаза 11 км. от МКАД)
Телефон: (495)77-11-093, E-mail: info@expert-oil.com