Способ подготовки оптической поверхности металлических заготовок под глубокую вытяжку

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к покрытиям, применяемым для вытяжки металлических изделий из листовых заготовок, и может быть использовано для защиты оптической поверхности заготовок из меди, алюминия и их сплавов, молибдена, стали, цинка, серебра и т.д. в процессе деформации, а также для временной защиты оптической поверхности готовых изделий при их транспортировке и хранении. Сущность изобретения: способ включает нанесение на оптическую поверхность заготовки пленки на основе водного раствора поливинилового спирта и ее сушку, при этом в раствор введены этанол, многоатомный спирт, выбранный из группы этиленгликоль, пропиленгликоль, глицерин, 1,2,3-бензотриазол или его метил- или карбоксил-производные и синтанол при следующем соотношении компонентов, мас. поливиниловый спирт 9,9 15,1; этанол 1,9 3,1; многоатомный спирт, выбранный из группы этиленгликоль, пропиленгликоль, глицерин 1,9 12,1; 1,2,3-бензотриазол или его метил- или карбоксил-производные 0,5 2,0; синтанол 0 1,1; вода остальное, а сушку осуществляют при температуре, не превышающей 30°С. Техническим результатом изобретения является повышение качества оптической поверхности изделий, а также расширение функциональных возможностей использования покрытия.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к покрытиям, применяемым для вытяжки металлических изделий из листовых заготовок.

В настоящее время проблема формообразования изделий с оптической поверхностью встала достаточно остро в связи с необходимостью совершенствования технологических процессов изготовления таких деталей. Связано это, прежде всего, с переходом в технологическом процессе от этапов, включающих формообразование заготовки давлением и последующую, крайне трудоемкую, оптическую обработку поверхности криволинейной формы, к этапам, включающим сравнительно простую оптическую обработку, плоской поверхности заготовки с последующим ее формообразованием. Для реализации нового технологического процесса требуются, по крайней мере, два условия. Во-первых, использование при вытяжке инструмента, например, пуансона и матрицы, качество рабочих поверхностей которых по оптической чистоте и шероховатости не уступает качеству формообразуемой оптической поверхности детали. Во-вторых, наличие покрытия, обеспечивающего сохранность оптической поверхности в процессе формообразования и при последующем хранении детали, не взаимодействующего с химически активной поверхностью в течение всего времени использования покрытия и, при необходимости, легко удаляемого. Условие сохранности оптической поверхности детали при хранении является чрезвычайно важным в связи с постоянно ухудшающейся экологической обстановкой и, как следствие, с воздействием неблагоприятных факторов: воздушной среды с примесями типа серы, азота, хлора, воды, температурных скачков и т.п.

В этих условиях встает проблема использования покрытия, защищающего оптическую поверхность как в процессе формообразования, так и при хранении изделий.

Известен способ подготовки поверхности металлических заготовок под глубокую вытяжку путем нанесения на заготовку пленки из водного раствора поливинилового спирта, выдержки заготовки, покрытой пленкой поливинилового спирта, в водном растворе стеаратов или олеатов натрия или калия с концентрацией 20-35% и температурой 40-60^оС в течение 5-60 с и сушки при 60-150^оС.

Этот способ является аналогом изобретения.

Однако известный способ не позволяет получать химически инертное к оптической поверхности покрытие. Использование указанного покрытия приводит к коррозии оптической поверхности и, как следствие, выходу из строя изделия. Это покрытие также является недостаточно эластичным, что проявляется в его растрескивании и частичном отслаивании с течением времени.

Цель изобретения повышение качества оптической поверхности изделий путем повышения химической инертности раствора, образующего защитное покрытие заготовки, и расширение функциональных возможностей использования защитного покрытия.

Цель достигается тем, что в способе подготовки оптической поверхности металлических заготовок под глубокую вытяжку, включающем нанесение на оптическую поверхность покрытия в виде пленки на основе водного раствора поливинилового спирта и ее сушку, в раствор введены этиловый спирт, многоатомный спирт, выбранный из ряда этиленгликоль, пропиленгликоль и глицерин, 1,2,3-бензотриазол, или его метил- или карбоксил-производные и синтанол при следующем соотношении компонентов, мас.

Поливиниловый спирт 9,9-15,1 Этанол 1,9-3,1 Многоатомный спирт 1,9-12,1 1,2,3-Бензотриазол или его метил- или карбоксил- производные 0,5-2,0 Синтанол 0-1,1 Вода Остальное а сушку осуществляют при температуре, не превышающей 30^оС.

Приведенная совокупность компонентов пленки обеспечивает улучшение по сравнению с ближайшим аналогом качества защиты оптической поверхности за счет повышения химической инертности пленки по отношению к оптической поверхности, а также за счет отсутствия растрескивания и частичного отслаивания покрытия с течением времени.

Использование покрытия обеспечивает возможность как вытяжки изделий с оптической поверхностью без ухудшения их оптических параметров, так и последующего длительного хранения изделий с пленкой, использованной при формообразовании в течение длительного времени также без ухудшения оптических параметров под воздействием неблагоприятных факторов.

Способ подготовки оптической поверхности металлических заготовок под глубокую вытяжку осуществляют следующим образом.

Взвешивают необходимые количества поливинилового спирта и многоатомного спирта, например, 9,9-15,1 г и 1,9-12,1 г, соответственно, помещают в емкость, заливают водой, преимущественно бидистиллированной, в количестве, например, 66,6-85,9 г и оставляют набухать. После набухания смесь растворяют в воде при нагревании.

Готовят раствор 1,2,3-бензотриазола в этаноле, например, 0,5-2,0 г и 1,9-3,1 г, соответственно, и смешивают со смесью поливинилового спирта и многоатомного спирта в воде. После чего в образовавшемся растворе растворяют синтанол в количестве, например, 0-1,1 г.

Наносят приготовленный состав на плоскую поверхность металлической заготовки, оптически обработанную стандартным способом, например, методом алмазного точения и высушивают ее на воздухе в течение 4 ч при температуре, не превышающей 30^оС. Формообразуют необходимую криволинейную поверхность с защитной пленкой, для чего плоскую заготовку, например, в виде диска диаметром 250 мм из алюминиевого сплава АМГ-6 с оптической чистотой поверхности РV и толщиной 5 мм помещают в формообразующее устройство, например, между пуансоном и матрицей с формой их рабочих поверхностей, соответствующей форме заданной криволинейной поверхности заготовки, например, параболической поверхности Z .

Затем изделие извлекают из формообразующего устройства, отправляют на хранение (транспортировку и т. п.) без удаления защитной пленки. Защитную пленку удаляют при необходимости, например, перед эксплуатацией, посредством нарушения ее адгезии на краю заготовки с помощью острого предмета, например, лезвия ножа или бритвы, и последующего отслаивания пленки.

Результаты исследований показывают, что оптическая чистота Р поверхности после проведения процесса формообразования и последующего хранения в течение 2 мес. не меняется. При этом в процессе сушки, формообразования и старения увеличения твердости, охрупчивания, отслаивания и растрескивания защитной пленки на металлической оптической поверхности не происходит и потери защитных свойств не наблюдается. Исследования покрытия, известного из ближайшего аналога, показали, что в результате взаимодействия компонентов защитной пленки с оптической поверхностью при повышенной температуре происходит коррозия поверхности, ухудшение оптических параметров, и, как следствие, выход заготовки из строя. Кроме этого, защитные свойства этой пленки от воздействия неблагоприятных факторов невысоки из-за отслаивания пленки при старении и отсутствия в ней ингибирующих веществ, предотвращающих коррозию поверхности при старении. Применяемые многоатомные спирты должны содержать не более 3 атомов углерода (этиленгликоль С₂Н₆О₂, пропиленгликоль -С₃Н₈О₂, а также трехатомный спирт глицерин -С₃Н₈О₃). Это связано с тем, что применение многоатомных спиртов с содержанием атомов углерода свыше 3 приводит к снижению технических характеристик защищаемых оптических поверхностей. Так, применение диэтиленгликоля (С₄Н₁₀О₃), триэтиленгликоля (С₆Н₁₄О₄) и т.д. приводило к снижению коэффициента отражения для заготовки из меди МОб на 2,5% при ухудшении оптической чистоты. Применение смесей указанных многоатомных спиртов, а не использование их в отдельности, отвечает поставленной цели, но является менее технологичным. Наиболее целесообразно в качестве многоатомного спирта использовать глицерин, так как в этом случае обеспечивается более длительный гарантийный срок сохранения (до 3 мес) оптической поверхности по сравнению с другими используемыми многоатомными спиртами.

Использование 1,2,3-бензотриазола или метилированного бензотриазола или карбоксилированного бензотриазола привело к аналогичным результатам по приданию защитной пленки ингибирующих свойств при воздействии неблагоприятных климатических факторов в процессе хранения оптической металлической заготовки.

Применение синтанола, например, полиоксиэтилированного синтетического жирного спирта фракции С₁₀-С₁₈ позволяет обеспечить легкое удаление защитного покрытия, при необходимости с оптической поверхности заготовок значительного размера (свыше 100 мм в диаметре), особенно в случае алюминия и его сплавов, когда адгезия покрытия к оптической поверхности настолько велика, что его удаление требует длительного времени и высокой техники, а вероятность ухудшения оптических параметров при снятии пленки чрезвычайно велика. При содержании синтанола свыше 1,1% происходит ухудшение оптических параметров поверхности из-за взаимодействия синтанола такой концентрации с оптической поверхностью и, как следствие, ее коррозии.

Наличие этанола наряду с многоатомными спиртами в защитном покрытии позволяет повысить эластичность защитной пленки, предотвратить ее охрупчивание и отслаивание при старении.

При выходе содержания компонентов за граничные условия, соответствующие следующим значениям, мас. поливиниловый спирт 9,9-15,1; этанол 1,9-3,1; многоатомный спирт 1,9-12,1; 1,2,3-бензотриазол или его метил или карбоксилпроизводные 0,5-2,0 и синтанол 0,1-1,1, происходит ухудшение оптических параметров металлической заготовки как при формообразовании, так и при хранении заготовки. В случае более низкого содержания компонентов, которые оказывают полезный эффект лишь в совокупности, происходит повышение адгезии пленки к оптической поверхности при одновременном снижении ее защитных свойств при воздействии неблагоприятных климатических факторов в процессе хранения, снижается эластичность защитной пленки, повышается ее твердость и охрупчивость. Все это приводит к ухудшению оптических параметров (оптической чистоты Р) не менее, чем на 20% в процессе формообразования и хранения оптической металлической заготовки.

В случае, если содержание компонентов выходит за верхние граничные значения, происходит частичное или полное отслаивание защитного покрытия из-за его низкой адгезии к оптической поверхности и химическое воздействие с активной оптической поверхностью, вызывающее коррозию и, как следствие, ухудшение оптических параметров (оптической чистоты Р) поверхности не менее, чем на 20% Оптимальными являются средние значения содержания компонентов в заявляемом растворе.

Температура сушки, не превышающая 30^оС, обусловлена тем, что при ее превышении происходит безвозвратное искажение геометрической формы оптической поверхности, что приводит к выходу изделия из строя, повышается также реакционная способность защитной пленки, приводящая к химическому взаимодействию с активной оптической поверхностью. При пониженной температуре значительно увеличивается время сушки. Оптимальная температура сушки 25-28^оС.

Таким образом, техническим результатом изобретения является повышение качества оптической поверхности изделий путем повышения химической инертности раствора, образующего защитное покрытие, не менее, чем на 20% расширение функциональных возможностей использования способа за счет получения пленки, применяемой для формообразования оптической поверхности изделия и ее защиты в процессе хранения, транспортировки и т.п.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ОПТИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК ПОД ГЛУБОКУЮ ВЫТЯЖКУ, включающий нанесение на оптическую поверхность пленки на основе водного раствора поливинилового спирта и ее сушку, отличающийся тем, что в раствор вводят этанол, многоатомный спирт, выбранный из группы: этиленгликоль, пропиленгликоль, глицерин, 1,2,3-бензотриазол или его метил- или карбоксилпроизводные и синтанол при следующем соотношении компонентов, мас.

Поливиниловый спирт 9,9 15,1 Этанол 1,9 3,1 Многоатомный спирт,выбранный из группы: этиленгликоль, пропиленгликоль, глицерин 1,9 12,1 1,2,3-бензотриазол или его метил- или карбоксилпроизводные 0,5 2,0 Синтанол 0 1,1 Вода Остальное а сушку осуществляют при температуре, не превышающей 30^oС.