Смазка для применения при горячей штамповке

Смазка для применения при горячей штамповке

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Штампованные металлические изделия часто используются для разных частей деталей, включая самолеты, автомобили, электронные компоненты и т.д. Железо традиционно являлось металлом, выбираемым для большинства применений штампованного металла, однако предпочтительный материал для многих современных назначений изменился с железа на легкие сплавы, такие как алюминиевые сплавы, для того, чтобы отвечать требованиям уменьшения общего веса материала. В последние годы требование к легковесным изделиям высокого качества с хорошими технологическими свойствами возросло и привело к соответствующему возрастанию в применении технологии горячей штамповки алюминиевого сплава.

В работе или операции штамповки металла смазка или смазочное масло располагается между металлической формой и заготовкой, которая должна формоваться, для того, чтобы устранять адгезию между ними и улучшать способность отделяться штампованного изделия от металлической формы. Подходящая смазка является крайне необходимой для того, чтобы допускать соответствующее перемещение в полостях штампа и позволять процессу ковки повторяться подряд столько раз, насколько это возможно без повторного применения смазки. Обычные смазки, которые включают маслорастворимые смазки с добавлением графита и водорастворимые смазки, состоящие из синтетических сложных эфиров, силиконовых масел, графита, противозадирных добавок и поверхностно-активных веществ, обычно использовали в качестве смазок в штамповке алюминиевых сплавов.

Сложно соответствовать требованиям горячей алюминиевой штамповки с использованием обычных смазок. В случае горячей штамповки алюминия существующие маслорастворимые смазки имеют недостатки, такие как воспламеняемость, вызывающая задымление и/или цеховое загрязнение, и т.д. В частности, многие маслорастворимые смазки, которые содержат графит, горят, когда применяемая температура выше 300°С, как то требуется для горячей штамповки алюминия, являясь причиной небезопасных рабочих условий и увеличивая вероятность аварийных ситуаций. Кроме того, существующие водорастворимые смазки имеют недостатки, включающие требования к переработке сточных вод для контроля за загрязнением воды, использование которых приводит к возрастанию стоимости, затратам на оборудование и производственной неэффективности.

Многие невоспламеняющиеся добавки безуспешно пробовались для использования в горячей штамповке. Например, испытывались галогенированные продукты, но они производили галогенированные остатки, которые нежелательны для безопасности и для целей охраны окружающей среды. Испытывались ингибиторы горения на магний- и борат-основе, однако они генерировали остатки, которые негативно влияли на смазочные свойства. Органические ингибиторы горения неэффективны, потому что они не рассчитаны для работы при температурах свыше 300°С. Далее, продукты на основе сурьмы и бария, главным образом, неэффективны в применении к горячей штамповке.

Обычные смазки горячей штамповки алюминия, которые лучше всего способствуют штамповочному перемещению, обычно включают одно или более свинецорганических соединений, таких как нафтенат свинца и стеарат свинца. Использование свинца в смазочных композициях вызвало неодобрение из-за вредности для здоровья, вызываемой выделением свинца в атмосферу. В течение горячей штамповки алюминия некоторые свинецорганические соединения, присутствующие в смазке, рассеиваются в атмосферу в количествах, которые неприемлемы для большинства местных и национальных агентств правительственных органов управления. Такие агентства запретили использование свинца во многих отраслях промышленности, а где это все еще допускается, строго ограничены концентрации, которые могут выбрасываться в атмосферу. Для того, чтобы продолжать использование свинецсодержащих смазок, производство горячей штамповки требовало бы установления дорогостоящих систем фильтрации загрязнений и воздуха для снижения концентрации свинца в атмосфере до приемлемых пределов. Такие системы фильтрации выбросов и воздуха не были бы экономически целесообразными для многих производственных объектов горячей штамповки.

Следовательно, было бы выгодно обеспечить смазку, практически не содержащую свинец, для использования в промышленности штамповки алюминия и алюминиевых сплавов. Такие смазки обеспечивают превосходные смазывающие свойства и не должны вызывать задымление или быть воспламеняемыми при температуре 300°С или выше.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение раскрывает смазку для использования в горячей штамповке или металлической деформации металлов, особенно компонентов из алюминия и алюминиевых сплавов, титана и суперсплавов. Смазка содержит одно или более масел, графит и одну или более добавок на основе фосфора. Могут также включаться дополнительные добавки, такие как металлические смазки, диспергаторы, загустители и смачивающие добавки. Смазка настоящего изобретения является практически не содержащей свинца и не горит, когда подвергается воздействию температур свыше 300°С.

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение раскрывает смазку для использования в применении горячей штамповки, такую, которая используется в штамповке заготовок из алюминия и алюминиевых сплавов в желаемые изделия. Такое применение в горячей штамповке требует смазочных материалов, которые не производят дым и пламя в основном температурном диапазоне от примерно 300°С до примерно 600°С. Для того чтобы соответствовать нормам безопасности и охраны здоровья, такие смазки практически не содержат свинца.

Смазка настоящего изобретения является смазкой на основе масла. Используемое масло может быть практически любой композицией, известной из уровня техники, включающей, но без ограничения, минеральное масло, такое как нафтеновое, алифатическое, парафиновое масло или масло для паровых цилиндров, растительное масло, такое как подсолнечное масло, оливковое масло или рапсовое масло, животный жир, такой как лярдовое масло, синтетическое масло, такое как поли-альфа-олефиновое и силиконовое масло, полусинтетическое масло, такое как триолеат глицерина и их смеси. Предпочтительные масла включают растительные, минеральные и животные масла. Такие масла имеются в наличии в виде Process Oil 1000 от Texaco (UK), Lard oil от Welch, Holm и Clark Co. (USA), Soybean oil от BG International (USA).

Второй компонент смазки является графитовой добавкой. Графит может быть в любой форме, известной из уровня техники, включающей, но без ограничения, грубодисперсную, тонкодисперсную, размолотую, неразмолотую, природную, синтетическую или их смеси. Графитовый компонент смазки обеспечивает физическое разделение между заготовкой и штампом в течение операции штамповки. Тонкоизмельченный графит, имеющий гранулометрический состав примерно 90% частиц ниже 15 микрон по размеру, особенно предпочтителен. Такой графит имеется в наличии от Acheson Industries, Inc.

В смазку включаются одна или более добавок на основе фосфора. Фосфорная добавка уменьшает и предотвращает горение смазки при высоких температурах. Фосфор может быть в любой желаемой форме, такой как фосфат, эфир фосфорной кислоты, аминофосфат, фосфат аммония или их смеси. Одним из предпочтительных веществ на основе фосфора является эфир фосфорной кислоты. Такой фосфор имеется в наличии от Connect Chemical (F), Ferro (USA).

Смазочная композиция горячей штамповки при необходимости содержит одну или более металлических смазывающих добавок. Металлические добавки могут выбираться из одного или более металлических элементов, включающих олово, висмут, цинк, алюминий или любые их сплавы.

Состав смазки может при необходимости содержать дополнительные ингредиенты, такие как диспергаторы, реологические модификаторы, биоциды, ингибиторы коррозии, противозадирные добавки, пеногасители, смачивающие добавки, металлические мыла и их смеси.

Смазка настоящего изобретения содержит в диапазоне от примерно 1 до примерно 99% вес. масла, предпочтительно в диапазоне от примерно 1 до примерно 70% масла и наиболее предпочтительно в диапазоне от примерно 15 до примерно 40% вес. масла. Смазка содержит в диапазоне от примерно 1 до примерно 99% вес. графита, предпочтительно в диапазоне от примерно 1 до примерно 30% вес. графита и наиболее предпочтительно в диапазоне от примерно 3 до примерно 20% вес. графита. Смазка содержит в диапазоне от примерно 1 до 99% вес. фосфорной добавки, предпочтительно в диапазоне от примерно 1 до примерно 80% вес. фосфорной добавки и наиболее предпочтительно в диапазоне от примерно 30 до примерно 80% вес. фосфорной добавки.

Следующий вариант осуществления изобретения включает способ штамповки изделий. Способ включает этапы применения не содержащей свинца смазки или к штамповочному аппарату, или к заготовке, которая должна штамповаться, или к ним обоим. Заготовка помещается внутрь штамповочного устройства и штампуется в желаемое изделие. Штамповочное устройство открывается и изделие легко вынимается благодаря присутствию смазки. В альтернативном варианте осуществления заготовка помещается перед нанесением смазки и поверхность заготовки и поверхность штампа затем одновременно смазываются.

Изобретение далее иллюстрируется следующим не ограничивающим изобретение примером:

Пример. Смазочная композиция может получаться соответствующим перемешиванием исходных веществ посредством стандартных перемешивающих технологий, таких как пластификация перемешиванием. Состав образца показан в таблице 1.

Таблица 1
Образец смазочной композиции
Ингредиент	% вес.
Растительное/животное масло	15%
Тонкодисперсный графит	4,4%
Минеральное масло	3,2%
Производные жирных кислот, содержащие металл	3,2%
Эфир фосфорной кислоты	73%
Диспергатор	0,2%

Смазочную композицию таблицы 1 применяли в штампах горячей штамповки при температурах 440±40єС. Штампы использовали для серии применений горячей штамповки алюминия, и смазка не производила пламя в течение процесса. В дополнение, смазывающие свойства относительно штампа и алюминиевой части, подвергавшейся штамповке, были превосходными.

Множество модификаций и изменений данного изобретения может быть сделано без отклонения от его сущности и объема, как станет очевидным специалисту в данной области техники. Специфические варианты осуществления, описанные в настоящем описании, предлагаются только в качестве примера, и изобретение должно ограничиваться только исходя из предлагаемой формулы, наряду с полным объемом эквивалентов, к которым такая формула применима.

1. Не содержащая свинца смазка для горячей штамповки, содержащая от 15 до 40 вес.% одного или более масел, от 3 до 20 вес.% графита, имеющего распределение частиц по размерам для 90% частиц размером менее 15 мкм, и от 30 до 80 вес.% одного или более эфира фосфорной кислоты.

2. Смазка по п.1, дополнительно содержащая одну или более металлических смазывающих добавок.

3. Смазка по п.1, в которой одно или более масел выбраны из группы, состоящей из минерального масла, растительного масла, животного жира, синтетического масла, полусинтетического масла или их смесей.

4. Смазка по п.1, в которой графит выбран из группы, состоящей из грубодисперсного, тонкодисперсного, размолотого, неразмолотого, природного, синтетического или их смесей.

5. Смазка по п.2, в которой одна или более металлических добавок выбраны из группы, состоящей из висмута, цинка, олова, алюминия или любого их сплава.

6. Смазка по п.1, дополнительно содержащая одно или более веществ из группы, состоящей из диспергаторов, реологических модификаторов, биоцидов, ингибиторов коррозии, противозадирных добавок, пеногасителей, смачивающих добавок, металлических мыл или их смесей.

7. Смазка по п.1, содержащая диспергатор и производные металлосодержащих жирных кислот.

8. Смазка по п.1, которая не горит при температурах выше чем примерно 300°C.

9. Смазка по п.1, которая не горит при температуре в диапазоне от примерно 300°C до примерно 600°C.

10. Способ горячей штамповки алюминия или алюминиевого сплава, включающий этапы нанесения покрытия не содержащей свинца смазки по любому пп.1-9 на устройство горячей штамповки, помещение заготовки внутри устройства и штамповки изделия из заготовки.

11. Способ по п.10, дополнительно включающий этап покрытия заготовки смазкой.