نکات موثر جهت انتخاب روانکار مناسب برای عملیات کششی عمیق

مقدمه

شرکت بهران در مقالات قبلي به موضوع اهميت حفظ محيط زيست و نقش مخرب فعاليت هاي صنعتي بشر پرداخت. به ويژه فراورده هاي نفتي بر محيط زيست. اشاره اي نيز به الودگي هاي ناشي از سوخت ها كه پرمصرف ترين جزء حاصل از فراورده هاي نفتي هستند، کرد. فراورده هاي نفتي تأثير مخربی بر اكوسيستم و به هم زدن سيستم گلخانه اي زمين دارند. این امر ناشي از انتشار گاز CO2 مي باشد. همچنین طيف وسيعي از ساير آلاينده ها را نيز وارد محيط زندگي ما مي كنند. اين آلاينده ها تاثير زيادي بر سلامت جسمي و روحي مردم به ويژه ساكنين كلان شهرهايی مانند تهران دارند. بعلاوه ديدن آسمان آبي و هواي عاري از آلودگي ديگر براي ساكنين اين شهرها يك روياي دست نيافتنی به نظر مي رسد.

توضیحات کارشناس مربوط

آقاي رشيدی مدیرعامل شرکت، طبق مقاله کنترل کیفیت هوای تهران كه اخيراً منتشر شده است،مطالبی را اظهار داشت. او گفت: از ابتدای سال تاکنون تنها دو روز هوای پاک در تهران داشته ايم و در بيش از نيمي از روزهاي سال هوای تهران درشرايط ناسالم قرار داشته است. اين وضع كمابيش براي ساير شهرهاي بزرگ كشور نيز برقرار است. عمده اين آلودگي مربوط به دود خروجي از خودروها مي باشد. بنا به آمار، سهم خودروهای سبک در آلودگی هوا 60درصد، خودروهاي سنگين 15 درصد وموتورسیکلت ها25  درصد است. توجه به دو عامل سوخت و خودرو مي تواند تا حد زيادي اين مشكل را حل كند.

متأسفانه دركشور ما سال هاست كه چالشي بين وزارت نفت و خودروسازان وجود دارد. هر يك آمادگي خود را براي مشاركت در كاهش آلودگي اعلام مي كنند. اما نبود بستر لازم (سوخت مناسب يا خودروي مناسب و باتكنولوژي روز) را مانع پيشبرد اقدامات خود مي دانند. خوشبختانه در هفته های اخير خبرهای خوب و اميدوار كننده ای منتشر شده است. در آينده بنزين و گازوئيل با استاندارد يورو 4 در كلان شهرها توزيع می شود. خودروسازان بزرگ كشور نيز اعلام كرده اند، خودروهای توليدي خود را مطابق با استاندارد يورو4  توليد و روانه بازار خواهند كرد. مصرف سوخت استاندارد می تواند تأثير شگرفي بر به سوزي موتور خودروها و كاهش آلودگي داشته باشد.

چه مواردی غیر از سوخت بر آلودگی هوا تاثیر می گذارد؟

در كنار سوخت ها، ساير فراورده هاي نفتي و ازجمله روانكارها نيز آلودگي هاي خاص خود را دارند. هرچند از نظر حجم و تأثير، قابل مقايسه نيستند. به طور مثال مصرف سالانة روانكارها در ايران حدود 700 ميليون ليتر برآورد مي گردد. این در مقايسه با مصرف روزانه 160 ميليون ليتر بنزين و گازوئيل در كشور بسيار ناچيز است. اما در مورد روانكارها دو نكته با اهميت وجود دارد:

• نكته اول اينكه: سوخت ها به طور كامل مي سوزند و آلودگي هاي ناشي از احتراق آنها تهديد كننده است. اما بيش از 40 درصد روانكار هاي مصرفي به صورت مستقيم و غيرمستقيم وارد محيط زيست شده و خسارات قابل توجهي به آن وارد مي كنند. تخلية روغن هاي كاركرده به محيط زيست نمونة بارزي از اين موضوع است. گفته شده يك ليتر روغن سوخته مي تواند يك ميليون ليتر آب را آلوده كند. پيچيدگي فرمولاسيون روغن هاي امروزي و وجود انواع تركیبات شيميايي در روغن ها بسیار قابل تامل است. ايجاد ترکیبات خطرناك و سمي در آنها پس از كاركرد در موتور و تجهيزات صنعتي، لزوم توجه به اين موضوع را با اهميت مي كند. استفاده از روغن های با طول عمر طولانی به کاهش این نوع آلودگی کمک می کند.
• نكته دوم و مهم تر: نقشي است كه روانكارهاي مناسب مي توانند به طور غير مستقيم بر كاهش آلودگي ها داشته باشند. به طور مثال يك روغن موتور مرغوب و با درجة گرانروي سبك مانند 10W یا 5W مي تواند موجب كاهش 3  تا 6 درصدي مصرف سوخت خودرو گردد. اگر به صورت كلان و ملي به آن نگاه كنيم، يعني كاهش سالانه حدود دو ميليارد ليتر مصرف سوخت كشور.

روانکارهای مورد استفاده در عملیات کشش در فلزکاری

عملیات فلزکاری، عملیات کشش عمیق

یکی از مرسوم ترین روش ها در عملیات فلزکاری، عملیات کشش است. این روش شامل شکل دادن ورقه های تخت و صاف فلزی به قطعات فنجانی شکل و دارای عمق است. اگر عمق قسمت عمیق شکل گرفته بیشتر از شعاع آن باشد، پروسه انجام یافته را فرایند کشش عمیق می نامند. فرایند کشش عمیق شامل قرار دادن یک صفحة فلزی صاف بالای یک قالب با طرح و شکل مشخص و فشار دادن آن صفحه به قالب توسط سنبه است.

قطعة تولید شده می تواند به شکل استوانه، زاویه دار با سطوح صاف و یا مخروطی شکل و یا ترکیبی از سطوح صاف، مخروطی و یا دارای انحنا باشد. سنبه باید نیروی کافی را (در حدی که فلز بر روی لبة قالب کشیده شده و به داخل قالب جریان پیدا کند) فراهم نماید. ورقة فلزی تخت اولیه باید به اندازة کافی قوی و قالب پذیر باشد تا از شکستن در نواحی که فلز از سطح به کناره ها جریان می یابد جلوگیری کند. مشخصه های اصلی فرایند کشش عمیق شامل فشار بالا در حدود 100000 پوند بر اینچ مربع (PSI) طی مراحل عملیات است. برای تحمل چنین نیرو و فشاری انتخاب روانکار مناسب برای موفقیت عملیات، حیاتی است. تحت چنین فشاری روانکار عملیات کشش باید:

1. قالب و قطعه کار را خنک کند.
2. لایة روانکار مرزی بین قالب و قطعه کار فراهم کند.
3. از چسبیدن و یا جوش خوردن فلز به فلز جلوگیری کند.
4. قالب را در طول فرایند کشش، روانکاری و چرب نماید.

شکل 1) در فرایند کشش عمیق، کی صفحه فلزی ابتدا محصور شده و سپس بر روی کی قالب با شکل و طرح مشخص فشرده می شود تا قطعه ای فنجانی شکل تولید شود.

روانکارهای مورد استفاده

روانکارهای مورد استفاده در فرایند کشش عمیق به عنوان روانکارهای مرزی شناخته می شوند. در این فرایند سطوح ابزار و ورقه ها به سختی و به شدت به هم فشرده می شوند. به گونه ای که روانکار تحت فشار به بیرون تراوش می کند و فقط کی فیلم نازک بین سطوح باقی می ماند. فرایند یاد شده تشکیل مرزی را می دهد که از تماس مستقیم فلز به فلز تحت شرایط فشار و دمای بالای تولید شده در طول فرایند جلوگیری خواهد نمود.

روانکاری مناسب همچنین از ایجاد سایش که موجب گرم شدن محیط عمل و در نهایت شکست روانکار خواهد شد نیز جلوگیری می کند. در عملیات کشش، بسته به عمق کشش، روانکارهای متفاوتی استفاده می شوند. به طور کلی، میزان اثربخشی یک روانکار عملیات کشش عمیق، به توانایی آن در تشکیل یک فرآیند روغن بر روی قطعه کار است. این فرآیند روغن باید به اندازة کافی تحت عملیات مذکور کشیده شود. همچنین در عین حال سطح فلز را دربر گیرد.

سه نوع از روانکارهای عملیات کشش مرسوم شامل موارد زیر است:

1. روغن های کشش: این گروه کی فیلم جذب شده بر روی قطعات را تشکیل می دهند. از نظر ساختار شبیه روغن های سبک یا روغن های حل شونده نظیر روغن های معدنی هستند. همچنین شبیه امولسیون هایی از روغن های حل شونده و صابون و یا روغن های سنگین، چربی ها و یا روانکارهای گریس مانند (از قبیل روغن تالو و یا چربی خوک) هستند.
2. امولسیون ها: محلول های آبی از نوع روانکارهای غیر روغنی محتوی برخی ترکیبات جامد معلق است. این محلول امولسیون نامیده می شوند. این روانکارها به طور گسترده در عملیات کششی عمیق استفاده نمی شوند. زیرا این گروه حاوی مقادیر کم روغن و یا فاقد روغن هستند.
3. روانکارهای حاوی روغن و مواد جامد: این گروه در کاربردهایی که شامل عملیات کشش با شدت بالا هستند کاربرد دارند. این روانکارها شامل اجزای روغنی هستند که سایش و حرارت را کاهش می دهند. ترکیب روغن و ذرات جامد با هم تولید روانکاری مناسب برای شرایط کشش شدید در کاربردهایی از قبیل کشش عمیق می نمایند. یک نوع از روانکار مورد استفاده در عملیات کشش شامل مواد صابونی چربی خمیر مانند است. دارای فرمولاسیون 5%صابون، 25%روغن، 25% آب و 45% مواد جامد است.
4. وظیفة صابون و روغن شکل دادن فیلم جذب شده بین سطح فلز و قالب است. مواد جامد که موادی نظیر گرافیت، آهک، اکسید روی، کربنات ها و بورات ها هستند، به تشکیل کی فیلم روانکار مرزی بین سطح فلز و قالب کمک می کنند. ترکیب روغن، آب و صابون به تشکیل امولسیون و جلوگیری از جدا شدن (دو فاز شدن) روانکار کمک می کنند. فرمولاسیون روانکارها همچنین می تواند شامل مواد افزودنی از قبیل آنتی فوم ها و مواد ضد باکتری هم باشد.

نحوه استفاده صحیح از روانکار

روانکارهای مورد استفاده به شکل خمیر و یا پس از رقیق شدن با آب به صورت مایع قابل کاربرد هستند. بسته به غلظت مورد نیاز و شدت عملیات کشش، روش هایی برای کاربرد استفاده می شوند. روانکار بر روی صفحات فلزی از قبیل غوطه ورسازی، آغشته سازی، استفاده از برس و فرچه، غلتک و یا گردش روانکار را می توان استفاده کرد. از میان روش های اشاره شده، سه گروه زیر کاربرد بیشتری دارند:

1. آغشته سازی روانکار بر روی سطوح به وسیلة پارچه و توسط دست.
2. پوشش دهی (غلتکی) که طی آن ورقه های فلزی از میان غلتک هایی که آغشته به روانکار هستند عبور کرده و روی سطوح آنها با روانکار پوشیده می شود.
3. غوطه ورسازی: طی این روش ابزار و ورقه های فلزی با روانکار خیسانده شده و مقادیر اضافی روانکار باقی مانده روی قطعات و ورقه های فلزی از طریق سیستم فیلتراسیون و چرخش مجدد روانکار بازیابی می شود.

زدودن روانکار

روغن های حیوانی و روغن های معدنی به طور سنتی به صورت روانکارهای خمیر مانند در عملیات کشش عمیق استفاده می شوند. چربی های حیوانی ارزان قیمت هستند. حذف و زدودن آن ها از روی قطعات، حتی زمانی که قطعات قالب زده شده و بلافاصله وارد مرحلة تمیزکاری می شوند کار سختی خواهد بود. این گروه همچنین می توانند حجم بالایی از تمیز کننده ها را سریع مصرف کنند. در چنین حالتی از بین بردن و انهدام کف های صابونی حاصل از استفاده مقادیر زیادی تمیز کنندة صابونی نیز بسیار مشکل خواهد بود. حذف روانکار از روی قطعات قالب گیری شده در عملیات کشش عمیق، مهم است. زیرا هرگونه روانکار باقی مانده بر روی قطعات می تواند با مراحل بعدی عملیات ساخت و تکمیل قطعه تداخل ایجاد کند.

روغن های معدنی، چربی های حیوانی و روغن های گیاهی را می توان به وسیلة یک حلال آلی و از طریق امولسیون سازی تمیز نمود. همچنین می توان از روش صابونی کردن و یا یک تمیز کننده قلیایی مایع از سطح قطعات استفاده نمود. گریس ها را نیز می توان به وسیله کی حلال آلی و یا کی تمیز کننده قلیایی از سطوح ورقه های فلزی زدود. یک تمیز کنندة قلیایی با سرعت کمتری در زدودن روانکارهای فرایند کششی از سطوح عمل می کند.

زدودن روانکار جامد

زدودن روانکارهای جامد سخت تر می شوند. پاک کردن مواد روانکار جامد معمولاً نیازمند اعمال مراحل تمیز کاری اضافه نسبت به دیگر روانکارها می باشد. پاک کردن روغن های معدنی از روی قطعات نیز مشکلات خاص خود را دارد. زدودن این روغن ها نیازمند استفاده از تمیز کننده های قلیایی است. می تواند موجب آلوده شدن مخازن مواد تمیز کننده با روغن شده و در نهایت به این مخازن منجر شود. در مورد روغن های گیاهی نیز چنانچه عملیات تمیزکاری بلافاصله پس از اتمام فرایند انجام شود، می توان از آب داغ استفاده نمود. چنانچه عملیات تمیزکاری چند روز پس از اتمام فرایند انجام شود استفاده از تمیز کننده های قلیایی با قلیائیت متوسط چاره ساز خواهد بود.

مشکلات فرایند

بخش اول

یک تولید کننده برای انتخاب روانکار مناسب فرایند عملیات کشش عمیق مواردی را در نظر می گیرد. این موارد از قبیل شدت فرایند و میزان سهولت و یا سختی زدودن روانکار از سطوح قطعات است. در نهایت به انتخاب مناسب ترین روانکار برای آن عملیات خاص اقدام می نماید. به عنوان مثال تولیدکننده ای در زمینه تولید لگن های ظرفشویی و وان حمام را در نظر بگیرید. خطوط تولید یاد شده با شدت بالا و پرس های متنوع به طور متوسط 18 ساعت از شبانه روز را کار می کنند.

بخش قابل توجهی از فرایندهای در حال انجام شامل فرایند کشش عمیق است. در یک مرحله به ایجاد لگن و یا وان منتهی می شود. پس از آن انجام برخی کارهای تکمیلی از قبیل سوراخ کردن برای شکل دادن قسمت های مربوط به خالی کردن و یا سرریز لگن ها، برخی برشکاری ها و… انجام می شود. وان های یاد شده در این واحد تولیدی از ورقه فولادی ضدزنگ آبکاری شده با ابعاد 54 * 74 اینچ و تحت پرس 700تن تولید می شوند. قطعة نهایی شکل گرفته قطع های با عمق 13 اینچ، عرض 22 اینچ و طول 51 اینچ خواهد بود. در گذشته برای این واحد مشکلات اصلی پس از اتمام فرایند کشش عمیق و در مرحلة زدودن روانکار به کار رفته وجود داشت.

چه کاری باید انجام شود؟

به عنوان مثال در حدود %45 برگشت قطعات روانکاری شده در طول عملیات روکش سازی (از جنس چینی). همچنین مراحل رنگ کاری در داخل کوره ها رخ می داد و موجب دوباره کاری های پر هزینه و وقت گیر می شد. تولیدکنندة یاد شده تصمیم به جایگزینی روانکار مصرفی با یک روانکار سنتزی گرفت. مخلوطی از روغن های گیاهی، مواد قلیایی، روانکارهای پلیمری ثانویه و دیگر مواد افزودنی از قبیل آنتی فوم، ترکیبات ضد باکتری، بافرهای معدنی و کی غیر فعال کنندة سطوح فلزی غیرآهنی بود. روغن های گیاهی مورد استفاده مخلوطی از هیدروکربن های 18 تا 24 کربنه با درجات مختلفی از اشباعیت هستند.

روانکار ثانویه نیز شامل یک نوع ماده پلیمری است. در واقع این ب افزای شدهندة خواص روانکاری محصول است. روانکار جدید در ابتدا به وسیله روش پوشش با غلتک و با غلظت 100 % استفاده می شد. پس از مدتی مشخص شد که سطوح قطعات تولید شده موج دار می شود. بنابراین روانکار یاد شده مرحله به مرحله رقیق سازی شد تا در نهایت به غلظت مطلوب 30 %برای این فرایند رسید. موج دار شدن قطعات نیز از بین رفت و لگن هایی با کیفیت قابل قبول تولید شد. لگن های تولید شده در یک سیستم شستشوی سه مرحل های قرار داده شدند، به گونه ای که روانکار موجود در سطوح آنها به طور کامل شستشو و حذف شدند. بدین ترتیب درصد قطعات برگشتی در طول مرحلة روکش سازی به صفر رسید.

بخش دوم

تولیدکنندة دیگری نیز در زمینة تولید وان ها و لگن های ظرف شویی فعالیت می کرد. با درصد بالای قطعات برگشتی به دلیل مشکلات اولیه در زدودن روانکار مورد استفاده در مراحل قبلی مواجه بود. این امر موجب بروز مشکلاتی در جوش خوردن و یا روکش چینی محصولات ایجاد می نمود. وان های یاد شده در این واحد در کی چرخة تک مرحله ای و به طور همزمان تکمیل و تولید می شوند. تولید کاسه لگن و قسمت انحنادار جلو، فرایند سختی محسوب می شود. زیرا سه وجه قطعه صاف بوده، وجه چهارم زاویة 10درجه دارد.

در واقع وجه خمیدة لگن ها میزان شدت و سختی فرایند را تعیین می کنند. در این واحد وان ها از فولاد کربونیزه شده 65 * 52 اینچ که ضخامت 0/056 اینچ دارند تولید می شوند. لگن ها نیز از ورقه های 32 * 38 اینچ و یا ضخامت مشابه ورقه های یاد شده فوق تولید می شوند. همچنین باید به اندازة 9/5 اینچ کشیده شوند. در این مورد نیز تولید کننده، روانکار سنتزی را به وسیلة پوشش دهی غلتکی و با غلظت 60 % به کار برد. در این حالت ویسکوزیتة مناسب روغن مانع از دباقی ماندن روانکار بر روی غلتک شده و سطح رضای تبخشی از روانکاری بر روی قطعات را به دنبال داشت. پس از کاربرد این روانکار به جای روانکار قبلی این شرکت نیز شاهد کاهش میزان چین خوردگی و جمع شدن قطعات در طول مراحل بعدی و در نتیجه کاهش تعداد قطعات برگشتی بود.

نتیجه

فرایند کشش عمیق می تواند با کاربرد یک روانکار سنتزی بر پایة روغن های گیاهی به طور موفقیت آمیزی انجام شود. از این طریق نه تنها روانکاری مورد نیاز فراهم می شود، بلکه زدودن روانکار به کار رفته پس از اتمام فرایند نیز راحت و آسان خواهد بود. در نتیجه سطحی تمیز برای انجام مراحل بعدی بر روی قطعات تولید شده خواهیم داشت. چرخ دنده هاي مارپيچي براي كاهش سرعت كمپرسورهاي سانتريفيوژي استفاده می شود. همچنین توربي آن ها برای رسیدن به سرعت های تعریف شده در موتور و ژنراتور استفاده مي شوند. روانكاري و خنك كاري مناسب براي انجام موفقیت آمیز عملکرد در اين گونه از چرخ دنده ها مهم هستند. هنگامی که چرخ دنده ها با یکدیگر درگير مي شوند، لغزش و چرخش سطوح دندانه ها برخلاف يكديگر مي باشند. اين درگيري چرخ دنده ها باعث افزایش تماس و ايجاد تنش هاي برشي مي شود.

منبع: شرکت نفت بهران