PDF《高分 子润滑剂 在黑色金 属 冷挤 压 中的应 用》

高分子润滑剂在黑 色金属冷挤压 中的应用 徐嘻李惠林 邓继轩张肇熙成都科技大 学高分子研 究所摘要本文根据 国 内外 发表的有关 文献资朴 及作者的研究工作,介绍 了用 于黑色金属冷挤压 的高分子润滑剂.

文中列 举的个应 用 实例 表明 , 高分子润滑剂可以取代习用的磷化 一 皂化 润滑.与磷 化一皂化工艺相比,应用高分子润滑剂能大大简化 生 产工 序,革除酸洗,解决酸雾和 废酸对环境 的污染.冷挤压 是一种先进的 金 属加 工工 艺,它与切 削加 工相 比,具有 节 省材料 、 省工时并能 提 高产 品质量 和工效等优 点.由于在技 术上的先进性 和 在经济上的 显著效益,这一先进工艺 得到了迅速 的 发展 . 从最初 只能 挤压铅 和 锡等 几种软 金属,目前 已 发展 到挤压锌 、 铜、铝、碳钢、低碳钢 、 不锈钢和轴承钢 等.这一 技术的应用现 已 遍及汽车 、 拖拉机 、 仪表 、 电器 、 航空、军工和轻 工等工 业部 门.冷挤压是在一 定的 速度和压力下,使金 属在冷 挤压 模腔 内发 生塑 性变形,以获得 所需制 件 形状 . 在金 属冷挤压 过程 中,工件 同模具 之 间的 有 效润 滑作 用能 够 降低挤 压 时的 单位挤压 力,减少模具的 磨损 , 提高 工 件的 表面 质量.随着冷挤 压技 术的发展 , 作 为它 的重要组成部 分的冷 挤压润滑剂也在不 断地 发展 . 国 内外对 用于金 属冷加工的 润滑剂已进行了大量的 研究 工作 , 每年都有 很多 的研究报 告和 专利文 献发表 . 不 同金 属材料 的冷挤压应采用不 同的 表面处理方法 和润滑剂.黑色金 属 的冷 挤压 , 由于 单位挤压 力极高可高达公斤毫米 以上,一般皆采 用磷酸盐处理 , 在金 属表面上形成 一层不溶性 的 多孔金 属 磷酸盐薄 层,再辅 之润滑剂肥皂的润 滑 方法 . 高分子润滑 剂是一 种可 望超越磷化一皂化性能的 润滑剂,如果说 目前 高分 子润 滑剂还未能达到 完全取 代磷 化一皂化作 为黑 色金 属冷 挤压 润滑剂的 程度 , 但 至少 已经在一 些制件的 冷挤压中获得 了成功的 应用.本文根据 国 内外 近 年发表 的文 献资料 以及作 者 的研 究工作 , 就高分子润 滑剂在黑 色金 属冷 挤压中的 应 用作 一 简略 介绍 .

一、磷化一皂化润滑实践证 明磷化一皂化润 滑层具有 优 良的 润 滑效果 , 它具有比较低的摩擦系 数,高的 抗 压力强 度和较好的 稳定 性,能有效地 降低单位挤压 力,提高模具的使 用寿 命和工件表面质 量.磷化一皂化润滑层有 以下 一 些特 性 磷化膜 磷酸锌 . . '

能 均匀牢 固地 结合在金 属基体 的表面上 . 磷 化膜 具有 许多 孔隙,这些 细孔能够吸收和 贮藏润 滑剂 , 好 比是润 滑剂的 仓库 . 当金 属被挤压 时,贮藏 在磷化膜孔隙里的 润滑剂能够及时释 放 出来 , 降低变形金 属 与模具 之 间的 摩擦力 . 结合在金 属 基体表 面上的磷化膜 具有良好的 塑性 , 在挤压 过程中能 够 随基体金 属一 起 流动 , 起到在 高压 一「使挤压 毛 坯与 模具隔 离的 作用.・在挤压 过程 中磷 化膜 与钠皂 硬 脂酸钠 之 间将发 生 化学 反应 , 生成具 有 更好 润 滑性 的硬脂酸锌 '

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在金 属毛坯表面上的 润滑层 为具有 夹层 结构磷酸 锌一硬脂 酸锌 一 未作 用的硬 脂酸钠的膜层〕.磷化 一皂化工艺存在的弊 病 工序繁杂 , 毛坯 一 般要 经 过碱洗 除油 、 水洗 、 酸洗 除锈 、 水洗 、 磷化 、 水洗 、 皂 化等 七道工序 , 所用设 备庞大 , 生产 线长,原材料和能 源消耗大 , 劳动条 件差 . 毛坯 表面 上 的氧化层 锈层必须 去 除干净才能 进行 磷化处理 , 去 除氧化物一般 皆采 用化学酸洗 硫 酸或盐酸 的 方法 . 酸雾 严重,腐蚀厂房 和设 备,工作 条 件恶 劣,废酸液 的 排放造 成环境污染 . 挤压后残留在产 品上的 磷化膜较难去 掉.不能 满足 多工 位组 合机床冷挤 压提 出的 联动化的 要求 .

二、高分 子润滑剂应 用 实例 高分 子润 滑 剂是指 以高分子 化合物为基础 , 加有各种润滑 添加 剂和 分 散剂所 组 成的 润滑 剂.从己发表的 资料 可知 , 它已广泛用于金 属的 各种冷 加工 , 如冷 挤压、冷引伸 、 冷拉 、 冷车等.下面是高分子润 滑 剂的 一 些应 用实例 . 例一〔〕一般极 压润滑剂为含有活 泼的 氯、硫或磷的化 合物 . 在挤压 过程 中这 些化 合物 在高温下 能 和被 加工的金 属表面发 生化学作用 形成 牢 固的膜层 . 这 一膜层 可以保护工 件在 极压情况下 不被破 坏.从这一 概念 出发 , 可 用含 有 氯或 硫的 聚合物作 为金 属冷挤 压润 滑剂.试用的润 滑剂有 聚氯 乙 烯的 甲乙 酮溶液 , 亚含有的三 甲酚磷酸醋的 尼龙的甲醇溶液 , 氯 磺化 聚 乙烯的 甲苯 溶液 , 氯丁 橡 胶的 二 甲苯 溶液 , 聚硫 的 二氯 乙烷溶液 和 聚硫 的二氯 乙烷 溶液 , 聚硫一聚氯 乙 烯混 合物 . 试 验工 件为 中碳钢 圆柱 体,挤压 前在氢 气 中在 ℃下退 火小时,然后在炉内慢慢冷却 , 退火 后硬度为 , 工 件表 面的 氧化 皮可 用砂纸 磨去 . 喷 涂在工 件表 面上 的 高分 子润滑剂膜厚 为毫米,工件反 挤压 , 挤压率为或.分别以上 述的六 种 高分 子润滑剂进行 冷挤压试 验的 结果 , 以 聚硫 为最好 , 挤压 后工 件表 面接 近用 磷化一皂化润 滑的 表面,残留的 聚合物很容易 清除 . 例二 〔 、 〕 据美 国 专利报道 , 含有,的含氯聚 合物或共 聚 物以 及以聚合物 为荃 础的不稳定盐的 润滑剂可 用为黑 色金 属冷挤压的极 压润滑剂 . 含氯 聚合物 可采用氯 乙烯 、 偏 二氯 乙 烯或 一氯一工,一环氧丙烷 的 聚合物或共 聚物 . 盐 可选 用过 渡金 属的 盐,或采用水 溶性的 过 氧化物或 氢 过氧化 物 自由基催 化剂.例如,将由硝酸锌 和 含有氯乙 烯 共聚物的水 乳液 组成 的润 滑 剂涂 复到 中碳钢 工 件上 , 干 燥后反挤压 成内壁高与冲孔直径 比为 的环 形制件 , 产品表面没有 出现拉丝 和伤痕 . 例三 作 者等采 用含有 乙基纤维素 、 聚 乙烯醇缩丁醛和 聚醋酸 乙烯醋的 高分子润滑 剂作 黑 色金 属冷挤 压取 得了良好 效果 . 用这 一 高分 子润滑剂取 代 磷化 一皂化工 艺作 了下 列金 属冷 加工 试验用作 厘米 高射炮 弹钢药筒三 、 四 引伸连引工序 的润沿剂,引伸 比为 , 引伸压 力小 , 退料容 易,引伸时无异 常 声音 , 引伸后 工件的 质量 指 标符合要 求,与磷化一皂化工艺比较 , 简化了工 序,缩短了生产 线.用作式毫米口径钢弹壳冷 引伸的 润滑 剂,变形率 为,所得产 品的 尺 寸和表面 质量 均符合要求 . 用作火 花塞铁壳 号钢冷挤 压,钢弹 头的 冷挤压 变 形率 和汽轮发 电机 钢 护环 冷扩孔的润滑剂都 取得 了 一定成效 , 所需的 单位挤 压力 和产 品质量接 近磷化 一皂化工 艺.例四〔〕美国专利介 绍 了一 种用于金 属冷成 形的 含有 液、固两 相的 润滑剂.液相至少包含一 种油脂物质 如肥 皂、脂、脂肪酸或油 和水 . 固相 是多 孔的 无机填料,如二氧化 硅、白土或 氢氧 化铝 . 无机物质 孔 内至少部 分被注 入一 种热 塑性塑 料,如聚 乙烯 . 已发现这 一 润滑组 分 至少 与含有 石墨和二 硫化铂 固体 润滑 剂的润 滑组 分具有 同样效果 , 而 且在工 件成 形后 很容 易从 金 属表 面去 除掉 . 实例,将约克 聚 乙烯 滴点一℃放入捉合器 内加热 生 ℃使 其熔 融,然后 加入.克氢氧化铝粉末剧 烈 捏合 , 再加入 由 克甘 油三 油酸 醋,.克非离子型 乳化 剂和 克 水组 成的棍 合物,最后 加入 克脂肪酸二 聚体及 克三 乙醇胺 . 使用 时将 获得 的 浓膏状液 按加水稀释 . 用 这样的分 散液作 钢板 、 钢管材和 钢丝 冷成 形的 润 滑剂 , 效果 良好 , 成 形工 件表 面无 损伤 . 据 报道 , 用厚毫米的 冷条 钢通 过八 个工 序冷 挤成高毫米 , 一'

内径 毫米,上内径 毫 米的 锥 形工 件,如果 采用 一般的肥 皂一油乳液 作润 滑剂,并在 乳液中加 克升,挤压 次模具 即严 重 粘连 , 需要检 修.如果用 克 升上 述含 有聚乙烯的 氢氧化铝 代替所用润 滑 剂中的 , 挤压 , 个 工件 , 未 发现模具损坏 和工 件 损坏 . 如改用 聚 丙烯 、 聚异 丁烯、聚酞胺 、 聚 氨酝 、 聚 丙烯酞胺 、 聚脉代 替聚乙烯 , 润 滑效果 都是很好 的.例五 作 者等采用 以狡甲基 纤维 素为基础的 含有苯 甲基硅 油和聚氧化 乙烯的 高分子 润滑剂,作金 属冷挤 压试验取得 了满意的 结果 . 用作 解放牌汽 车一活塞销 冷挤压的 润滑剂反挤压 成杯形件 , 变 形率 . 对 于表 面只 有 薄氧化 皮的 毛坯 , 只需 经过 碱洗 除油 、 冷水冲洗 、 热水洗 、 浸涂 高分 子润滑剂和干燥 等五道工序后 即可 进行 加工 . 挤压过程的 单位挤 压 力接 近磷 化一皂化工艺,所得产 品的尺 寸和表面质量 均符合要求 . 用作解放 牌汽 车一横拉 杆球 头销 冷挤压的 润滑剂冷挤压分预成 形变形率 和成 形两 工序 . 采用 高分 子润 滑 剂作预 成 形加 工后 , 不 再浸涂 润滑剂,直接 进行 下一工序的 挤压加工 , 效果 良好 . 用作铁壳件 纯铁冷挤压润 滑剂经预成 形和两 次反挤压成杯 形件 最大 一 次的变 形率 为.毛坯 经无 氧退火后 , 表面带有薄氧化皮 , 可不 经 其它 表面 处理 , 直接浸涂 高 分子润 滑剂,干燥后 即可进行挤 压加工 . 挤压 后工件无拉丝 、 伤痕,残留的 润滑剂可用水洗 掉,大大地 简化 了工 序.例六 〔的 含有 聚 四氟 乙烯 份、粘合剂 份的 润滑剂可用 于不锈 钢管的 拉拔,拉拔进行 顺利 , 模具无拉伤 . 热 塑性 树脂 、 天然 或合成橡胶和水 溶性 聚合物皆可用作 粘合剂 . 例七〔 〕 将含有 碳酸钙 、 甲基纤维 素、聚乙二 醇、余量 为水的 润滑剂涂复在 不锈钢棒上 , 由直径 毫 米拉 拔至 毫米 , 工 件表 面 没有 出现伤痕 . 例八〔〕含有 溶于有 机溶剂的 合成 树脂和 一 分散石 墨的 润滑剂,可用在钢 或合金 钢的塑性 加工 . 例如 , 含有氯 乙烯树脂 、 氯 化橡胶 、 三氯 乙烯 和石 墨的润滑剂,可用作不锈钢的 拉丝.例九〔的 含有 聚 甲基丙烯酸十 二 醇醋 、 余量 为矿 物油 的润滑剂可用于毫米钢板的 冷轧 , 冷轧 负荷约 为公斤毫米 , 如用棕 桐油润 滑,负荷约为公斤毫米 .例十〔'

的 将用 月桂酸涂复的 低碳钢 板 涂复量 , 克米 用聚乙二醇水溶液作 润滑剂进行冷轧 , 冷轧 后的钢 板不经清洗便 进行退 火处理 , 可 获得表面 清洁的 钢板.

三、讨论用作 黑 色金 属 冷挤压的 高分 子润 滑 剂应 和 磷化 一皂化膜一 样有 良好的 成膜性 , 能牢固地粘附在金 属 工件的表 面上.在以上 列举的 例一 就是企 图用 含有 氯 和硫的 高 聚物作润 滑剂 , 希 望通过 与金 属的 作用 , 产 生牢 固的 粘 附薄膜 . 聚 乙烯是热 塑性树脂 , 具有 较低的摩擦系数,但是 聚 乙烯分子 中不 含有极性基 团,对金属的 附着力较差 . 为 了改 善聚 乙烯对金属的 粘 附力 并能 成 功地用作金 属冷 挤压 的润 滑剂,可将聚 乙烯在 ℃ 高温下进行热 氧化 降解 . 降解以后的 聚 乙烯分 子含有酮 、 醛和 醋 等各种 含氧基 团.在钢对 钢、钢对青铜的摩 擦中 , 可以用粉末 聚 乙烯进行润 滑,在高温高压 下该 聚合 物生 成的带有活 性基团的 降解产 物能 粘 附在金 属表面 上,形成一层 保护膜 〕 . 不 同高分子 材料 , 各 自可 以 起到不 同的作用 , 例三 用 了三 种 高分 子材料 , 其中聚醋酸 乙烯醋 和聚乙烯醇缩 丁 醛对 金属都有 很强的 粘着力 . 用作金属冷 挤压润滑 剂的 高聚 物除必须具 有 较低的摩 擦系数 外,尚应 具有良好的塑 性.线型 非 晶相聚 合 物在玻璃化 温度 和 粘流 温度之间呈 高弹态 , 在一 定作用力 下,聚合物能 产生一的高弹 形变 在大 于 粘流温度时 , 聚合物呈粘 流态,能产生塑性 流动 . 晶相聚合物在熔点以上 , 也能产........