新型鋁管拉伸潤滑劑研制

1、第 28卷第 1期 1997年 2月中南工業(yè)大學學報J. CEN T. SOU TH UN I V. T ECHNOL.V o l . 28 N o. 1 Feb . 1997新型鋁管拉伸潤滑劑研制 0黃偉九譚建平譚援強鐘掘(中南工業(yè)大學機電工程學院 , 長沙 , 410083摘要 研究了鋁管拉伸摩擦潤滑狀態(tài) 、 鋁管拉伸工藝潤滑的特點及其對潤滑劑的要求 、 配方和實驗過程 . 作 者研制的新型拉伸潤滑劑解決了優(yōu)良的潤滑性能與拉伸鋁管表面無光澤和污染的矛盾 , 在滿足大變形拉伸 過程工藝潤滑的同時 , 可使所拉鋁管獲得光亮的退火表面 .關鍵詞 潤滑劑 ; 潤滑性 ; 光亮退火中圖法分類號 TH

2、 11712現(xiàn)代制造工業(yè)對金屬材料表面質(zhì)量 、 材料性 質(zhì)提出了愈來愈高的要求 , 必須有高品質(zhì) 、 多功能 的工藝潤滑劑與強化的金屬材料加工過程相適 應 . 目前 , 我國鋁管材生產(chǎn)企業(yè)使用的拉伸潤滑 劑 , 大多屬于經(jīng)驗配方型 , 這類潤滑劑缺乏良好的 綜合性能 , 難以滿足鋁管拉伸過程的全面要求 . 作 者針對潤滑劑落后的現(xiàn)狀 , 研制出新型鋁管拉伸 潤滑劑 .1研制過程及討論1. 1鋁管拉伸潤滑狀態(tài)分析鋁管拉伸潤滑狀態(tài)是拉伸潤滑機理研究的基 礎及高效潤滑劑研制的前提 . 潤滑狀態(tài)對拉伸力 、 摩擦因數(shù)以及產(chǎn)品表面溫度 、 內(nèi)應力分布 、 表面質(zhì) 量都有不同程度的影響 . 表征潤滑狀態(tài)的

3、參數(shù)主 要是塑變區(qū)的油膜厚度 .作者從理論計算和實驗測定兩個方面分析鋁 管低速拉伸變形區(qū)的油膜厚度 , 并以此推斷出鋁 管拉伸潤滑狀態(tài) .1. 1. 1實驗方法及條件測定塑變區(qū)油膜厚度的方法很多 , 簡便而常 用的方法是稱重法 .實驗條件為 :拉拔工件材料 L Y 11R P , 0= 360M Pa , 拉拔速度 015m s , 塑變區(qū)出口與入口 直徑比 D b D a =01929, 模角 2=10°, 后拉應力 xa =0, 潤滑劑壓粘系數(shù) =215×10-8m 2 N -1, 模具表面粗糙度 R 1=016m , 工件表面粗糙度 R 2=016m , 綜合表面粗糙

4、度 R =0184m , 使用 不同粘度的潤滑劑進行實驗 .1. 1. 2實驗數(shù)據(jù)及分析實驗測試與理論公式計算的膜厚及膜厚比如 表 1所示 1.表 1 測試膜厚 、 計算膜厚及膜厚比從表 1可知 , 實驗值稍大于理論值 , 這可能是 清洗試件表面時 , 將金屬微粒帶入的緣故 , 但兩結 果之間吻合性較好 . 劃分潤滑狀態(tài)的膜厚比判據(jù) 為 2:膜厚比為 12時 , 是混合潤滑狀態(tài) . 由表 1可知 , 由實驗和理論計算所得的膜厚比值均在此 范圍內(nèi) , 說明鋁管低速拉伸過程變形區(qū)為混合潤 滑狀態(tài) . 上述結果也說明 :即使使用粘度較大的油 品也不足以在變形區(qū)形成流體動力潤滑狀態(tài) , 而 用粘度較大

5、的油品拉伸的管材表面 , 殘留油膜較 厚 , 易在退火中形成油斑 . 因此 , 可考慮開發(fā)粘度 較低的油品 , 通過增強其邊界潤滑能力來滿足工 藝潤滑和光亮退火的要求 .1. 2鋁管拉伸潤滑劑的特點及配方研究鋁合金的相對低熔點 、 低屈服強度 、 易于粘附 等特性 , 要求拉伸潤滑劑除了具有優(yōu)良的潤滑性 、 足夠的油膜強度外 , 還應具備 :(1 適當?shù)恼扯?;收稿日期 1996206213第一作者黃偉九 , 男 , 27歲 , 博士研究生 0國家自然科學基金和國家教委高校博士點基金資助項目(2 良好的粘溫性 ; (3 良好的冷卻性和揮發(fā)性 . 針對鋁管拉伸潤滑劑的特點 , 作者通過試驗 對潤

6、滑劑配方進行了研究 .拉伸潤滑劑由基礎油和不同功能的添加劑組 成 . 作者選擇的基礎油是一種常用的石蠟基礦物 油 , 其運動粘度為 40 =916mm 2 s .因基礎油是非極性的烴類物質(zhì) , 它與金屬表 面的作用主要是靠范德華引力的物理吸附 , 強度 有限 , 不能滿足拉伸潤滑的要求 , 故常添加不同功 能的添加劑如增粘劑 、 油性劑 、 極壓劑等 , 以滿足 工藝潤滑的需要 . 作者著重討論增粘劑和油性劑 的選擇 .1. 2. 1增粘劑的選擇增粘劑是一些油溶性的鏈狀高分子化合物 , 它不但能顯著提高油品的粘度 , 還能改善油品的 粘溫性能 . 我國目前比較常用的增粘劑主要有 : (1 聚甲

7、基丙烯酸酯 ; (2 聚異丁烯 ; (3 聚乙烯 基正丁基醚 . 其中 , 聚乙烯基正丁基醚因原料價格 貴 , 性能不突出 , 使用漸趨減少 . 聚甲基丙烯酸酯 和聚異丁烯在性能上各有特點 . 據(jù)文獻 3介紹 :聚甲基丙烯酸酯粘溫性能好 , 可獲得高粘度指數(shù) 的潤滑油 , 而聚丁烯雖然粘溫性能較差 , 但其在機 械力和熱的作用下抗拒破裂的穩(wěn)定性都比較好 . 作者對上述兩種增粘劑在基礎油中的增粘效 果進行了考察 (如表 2所示 . 從增粘效果可知 , 聚 甲基丙烯酸酯的增粘效果明顯好于聚異丁烯 , 綜 合考慮兩種增粘劑的其他性能 , 作者選用聚甲基 丙烯酸酯作增粘劑 .表 2 增粘劑的增粘效果(

8、40 mm 2 s -1 w 添加劑 %聚異丁烯 聚甲基丙烯酸酯204813120318630671534411001. 2. 2油性劑的選擇油性劑由極性分子組成 , 利用其極性與金屬 表面極性的偶極 2偶極作用 、 靜電力作用及與金屬 之間的化學反應等 , 在金屬表面形成牢固的吸附 膜 , 降低了邊界潤滑條件下的摩擦因數(shù) , 有效地防 止了加工金屬與模具間的直接接觸 . 常用的油性 劑有脂肪酸類 、 脂肪醇類 、 脂肪酸酯類和合成酯類 等 . 不同極性基團在金屬表面的吸附強度不同 , 吸 附強度高的油性劑 , 潤滑性較好 , 但脫附時所需溫 度也高 , 容易形成退火油斑 . 因此 , 為解決

9、潤滑與 表面質(zhì)量的矛盾 , 在實際應用中 , 常常采用添加劑 復合的方法 , 以滿足其綜合要求 . 本文對脂肪醇 、 脂肪酸酯 、 合成酯及復合添加劑進行了大量的實 驗考察 , 其結果如表 3所示 . 在實驗中 , 基礎油用 聚甲基丙烯酸酯增粘 , 粘度為 203186mm 2 s , 油 性劑的質(zhì)量分數(shù)均為 10%.表 3 油性劑性能考察 0油性劑種類 摩擦因數(shù) 拉伸力 N 0(1 摩擦因數(shù)測試在 M PX 22000型銷 2環(huán)式摩擦實驗機上 進行 , 銷的材質(zhì)為 45號鋼 , 環(huán)的材質(zhì)為 L 2(純鋁 , 速度調(diào) 在低速檔 , 載荷為 500N ;(2 拉伸力在萬能拉伸實驗機上測得 , 拉

10、伸 A l 棒直徑為 712819mm , 材質(zhì)為 L Y 12合金 , 拉伸速度為 500mm m in .從表 3可知 , 復合添加劑 I 和 J 所配制的油 品 , 無論是潤滑性還是退火清凈性方面都具有良 好的性能 , 其中 , 復合添加劑 J 是最佳組合 .由以上實驗研究 , 得到一種新型鋁管拉伸潤 滑劑配方 , 其性能與常用鋁管拉伸油比較如表 4所示 .1. 3工業(yè)試驗情況作者在某大型鋁加工廠對所研制的新型潤滑 劑進行了工業(yè)生產(chǎn)實驗 , 獲得了滿意的效果 , 使用 研制油有如下特點 :(1 能同時滿足工藝潤滑和 光亮退火的要求 , 所拉管表面光亮 , 殘留油膜少 , 退火后無退火油斑

11、 , 表面質(zhì)量也好于原用油 ; (2 適用于各種鋁合金的各道次工序加工 ; (3 粘度 適中 , 適應于泵送 , 循環(huán)使用 , 可減少不必要損耗 . 使用情況如表 5、 表 6所示 . 表 5中 , 試驗條 件 為 :10t 雙 鏈 拉 伸 機 , L Y 12管 材 , 變 形 率 2416%, 第一道次 .96第 1期 黃偉九等 :新型鋁管拉伸潤滑劑研制表 4 潤滑劑性能比較表 5 研制油工業(yè)試驗數(shù)據(jù)油品種類根數(shù)123456平均值表 6 拉后管材表面粗糙度比較 R a m原用油 內(nèi) 外研制油 內(nèi) 外0340390260322結論(1 通過對拉伸塑變區(qū)油膜厚度的理論計算 和實驗測定 , 得出

12、鋁管低速拉伸過程變形區(qū)為混 合潤滑狀態(tài) .(2 通過研究拉伸潤滑劑配方以及潤滑劑中 各添加組分對潤滑性能的影響 , 確定了具有優(yōu)良 潤滑性和光亮退火性能的各組分及最佳配比 .(3 作者所研制的鋁管拉伸潤滑性能在加工 管材表面形成可靠的表面保護膜 , 有效地降低了 拉伸力能參數(shù) , 很好地滿足鋁材拉伸工藝潤滑的 各項要求 , 獲得了高質(zhì)量的產(chǎn)品 .參考文獻1孫大成 . 潤滑力學講義 . 北京 :中國友誼出版社 , 1991. 407 4142嚴珩志 . 金屬拉拔摩擦與潤滑研究 :學位論文 . 長沙 :中南工 業(yè)大學機械工程系 , 19943耿英杰 . 石油產(chǎn)品添加劑基本知識 . 北京 :中國石化

13、出版社 , 1986. 4953THE I N V ES T I GA T I O N ON NE W LUBR I CANTO F ALUM I N I U M TUB E DRAW I N GH uang W eij iu T an J ianp ing T an Y uanqiang Z hong J ue(Co llege of M echan ical and E lectrical Engineering , Cen tral Sou th U n iversityof T echno logy , Changsha , 410083, Ch ina AB STRA CTT h i

14、s p ap er has researched in to the state of fricti on and lub ricati on du ring the draw ing p rocess of A lum in ium tube , discu ssed the characteristics of A lum in ium tube draw ing and the requ irem en t on lu 2b rican ts , and p resen ted the research and exp eri m en t of the lub rican t . T he new lub rican t so lves thecon tradicti on s betw een no lu stre , po llu ti on on the su rface of draw ing alum in ium tube and the good lu 2 b ricity of lub rican t . In additi o