30 / 2 (70), 2013 УДК 621.74.043.2 + 621.7.079 Поступила 25.02.2013 А. А. ПиВоВАРчиК, Я. С. чАйКоВСКий, А. м. миХАльцоВ, БНТУ разделительные поКрытиЯ длЯ литьЯ алюминиевых сплавов под давлением Приведены результаты патентного поиска, касающиеся истории использования в промышленности разделительных покрытий для литья под давлением алюминиевых сплавов за последние 75 лет. The results of a patent search on the history of use in industrial coatings for dividing casting of aluminum alloys in the last 75 yearsare presented. Введение. Литье под давлением (ЛПД) – это способ получения отливок из сплавов различных ме- таллов в пресс-формах, которые расплав заполняет с большой скоростью под высоким давлением, при- обретая очертания отливки. ЛПД возникло еще в се- редине XIX в. и с тех пор непрерывно развивается. Неотъемлемой частью процесса ЛПД является нане- сение на рабочую поверхность пресс-формы разде- лительных покрытий (смазок). Смазывание литей- ной оснастки производят с целью уменьшения уси- лий, необходимых для удаления отливки из полости пресс-формы и стержней из отливки. Кроме того, разделительные покрытия препятствуют образова- нию задиров и привара материала отливки к поверх- ности пресс-формы. Неудовлетворительная смазка приводит к поломке отливки, прошивке отливки тол- кателями, выходу из строя пресс-формы. С другой стороны, обильное, избыточное смазывание пресс- формы способствует образованию спаев, «мороза» и следов «пятен» на поверхности отливки, а также увеличению газовой пористости в отливках. Главным направлением развития современной технологии литья под давлением является повы- шение качества получаемых отливок. Качество отливок, получаемых ЛПД, производительность труда, стойкость пресс-форм, санитарно-гигиени- ческие условия труда в цехе и, в конечном итоге, эффективность производства в значительной мере зависят от используемых составов смазочных ма- териалов, технологии и режимов нанесения, на- дежности механизированных и автоматизирован- ных систем смазывания. С повышением требований к качеству отливок, усложнением их конфигурации, увеличением объ- емов производства и созданием автоматических комплексов ЛПД возникла проблема разработки смазочных материалов, обеспечивающих надеж- ное осуществление технологического процесса и получение отливок заданного качества. Наряду с этим с увеличением объемов потребления сма- зочных материалов возникла другая проблема – сокращение выделения вредных паров и газов в область рабочей зоны литейщиков [1, 2]. Цель данной работы – изучение истории раз- вития и использования разделительных покрытий при литье алюминиевых сплавов под высоким дав- лением. Первоначально в качестве смазывающих мате- риалов для ЛПД использовали натуральные при- родные компоненты, а именно животные жиры и растительные масла. Нанесение данных матери- алов на поверхность литейной оснастки осущест- вляли с помощью «квача» или «щетки-сметки». В период с 30-х по 60-е годы прошлого века в подавляющем большинстве продолжали исполь- зование смазок на основе натуральных жиров, рас- тительных масел. В это же время появляются смаз- ки на основе нефтепродуктов (минеральные масла, побочные продукты переработки нефти). Нанесе- ние данных смазок на поверхность пресс-форм производили при помощи «квача». С 70-х годов началось широкое использование в ЛПД водных растворов водоэмульсионных раз- делительных покрытий. Данные смазки состояли из основы, наполнителя, ПАВ и разбавителя. Их применение обусловлено более высокими техно- логическими свойствами, такими, как разделяющая, смазывающая и адгезионная способность, эрози- онная стойкость. Кроме того, использование водо- эмульсионных смазок позволило механизировать процесс их нанесения на литейную оснастку (пис- толеты-распылители, блоки форсунок). / 31 2 (70), 2013 Исследования, выполненные рядом ученых, показали, что применение водоэмульсионных сма- зок позволяет значительно снизить количество вредных выбросов в рабочую зону и способствует улучшению санитарно-гигиенических условий ра- боты заливщика. Начиная с 80-х годов и до настоящего времени разделительные покрытия представляют собой многокомпонентные системы, состоящие из осно- вы, наполнителя, растворителя (разбавителя), тех- нологических (антифрикционных, противоизнос- ных, противозадирных), а также эксплуатацион- ных (стабилизаторов эмульсий, бактерицидных, пеногасительных, антивоспламенительных) при- садок. Удовлетворительную работу разделительных покрытий главным образом определяет ее основа. В качестве основы водоэмульсионных раздели- тельных покрытий могут выступать растительные масла, животные жиры, продукты переработки нефти, кремнийорганические соединения, галоге- ниды углерода и др. Результаты исследований и их обсуждение В результате проведенного патентного поиска и анализа полученных данных построены диаграм- мы, показывающие количественное использование разделительных покрытий в период с 1970 по 2012 г. [3, 4]. Диаграммы представлены на рисунке. Из рисунка, а видно, что в период с 1970 по 1980 г. основную часть среди разделительных по- крытий занимали жировые покрытия. В 80-х годах основную долю выпускаемых покрытий для пресс- форм занимали водоэмульсионные смазки (см. ри- сунок, б). В 90-х годах водоэмульсионные разделитель- ные покрытия составляли почти 2/3 всех смазок для ЛПД (см. рисунок, в), постепенно вытесняя жировые смазки. Кроме того, появляются новые разделительные покрытия – это сухие разделитель- ные покрытия на основе порошкообразных напол- нителей. Однако такие разделительные покрытия не получили широкого распространения ввиду до- рогостоящего и сложного оборудования, необходи- мого для их нанесения на рабочую поверхность технологической оснастки. С 2000 г. и до настоящего времени наиболее широкое распространение получили водоэмульси- онные разделительные покрытия (см. рисунок, г). При этом на первое место выходят водоэмульсион- ные покрытия на основе кремнийорганических со- единений (силиконы). Это объясняется высокими технологическими свойствами данных покрытий и их экологической безопасностью. Промежуточ- ное место занимают водоэмульсионные покрытия на основе нефтепродуктов (19%), сухие с порош- кообразным наполнителем (14%) и растительных Диаграммы эволюции составов разделительных покрытий: а – с 1970 по 1980 г.; б – с 1980 по 1990 г.; в – с 1990 по 2000 г.; г – с 2000 по 2012 г. 32 / 2 (70), 2013 масел (14%). Менее всего используются раздели- тельные покрытия на основе животных жиров (1%) и жировые покрытия (5%). Первые – вслед- ствие сложности получения однородной эмуль- сии с высокой седиментационной устойчивостью, вторые – по причине повышенного брака, свя- занного с качеством поверхности изготавливае- мых отливок. Выводы На основе проведенного патентного поиска и анализа полученной информации установлено, что универсальных смазок пока не существует. Использование тех или иных разделительных покрытий объясняется, прежде всего, сложно- стью изготавливаемых отливок, технологиче- ским оборудованием и возможностью механизи- рованного нанесения смазок на пресс-форму, их стоимостью, технологичностью и экологично- стью. Однако с развитием науки и техники, появле- нием более технологичных и менее вредных мате- риалов использование в технологическом процессе ЛПД жировых смазок следует сокращать, вместо их целесообразно применять водоэмульсионные разделительные покрытия на основе кремнийорга- нических соединений. Литература 1. З е л е н о в В. Н., К и с и л е н к о Л. Е. Смазка пресс-форм литья под давлением. М.: Машиностроение, 1983. 2. М и х а л ь ц о в, А. М. Разделительные покрытия на основе кремнийорганических полимеров для литья под давлением алюминиевых сплавов / А. М. Михальцов, А. А. Пивоварчик // Респ. межвед. сб. науч. тр. «Металлургия». 2006. № 30. С. 130–140. 3. Пат. России. Рос. агентство по пат. и товар. знакам (Роспатент). Полные тексты описаний изобретений к заявкам и патен- там Российской Федерации. М.: Федер. ин-т пром. собственности, 1994. 4. Пат. России: описания изобретений (ретрофонд). Рос. агентство по пат. и товар. знакам (Роспатент). М.: Федер. ин-т пром. собственности, 1924−1993 (2004 г.).