Способ охлаждения инструмента

 

Изобретение относится к области механической обработки металлов и сплавов и может быть использовано в различных процессах обработки резанием и шлифованием. Способ охлаждения инструмента включает подачу в зону резания смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в виде смеси эмульсола, содержащего минеральное масло, триэтаноламин и олеиновую кислоту с водой, сбор отработанной СОЖ и возврат в зону резания. Концентрацию эмульсола поддерживают, равной 2-4 мас. %. Эмульсол дополнительно содержит эмультал, этаноламиды ТР, олеокс-5, оксифос Б-1, бактерицидный препарат "Бакцид", сернокислую медь и воду при следующем соотношении содержания компонентов, мас.%: 30,0-40,0 масла минерального; 9,0-16,0 триэтаноламина; 5,0-12,0 эмультала; 5,0-10,0 этаноламидов ТР; 8,0-15,0 олеокса-5; 3,0-10,0 кислоты олеиновой; 2,0-6,0 оксифоса Б-1; 3,0-5,0 бактерицидного препарата "Бакцид"; 0,1-0,2 сернокислой меди; остальное - вода. Такие действия повышают стойкость инструмента, стабильность СОЖ и защиту обрабатываемого изделия от коррозии. 2 табл.

Изобретение относится к области механической обработки металлов и сплавов, может быть использовано в различных процессах обработки резанием и шлифованием.

Известен способ охлаждения и смазки инструмента для механической обработки, согласно которому смазочно-охлаждающее средство подают в виде микрокапсул в жидком носителе свободно падающей струей, при этом в состав микрокапсул дополнительно введены ферромагнитные присадки, а в состав жидкого носителя - поверхностно-активное вещество [1].

Данный способ охлаждения трудно реализуем и имеет недостаточную эффективность, вследствие чего не нашел широкого практического использования.

Известен также способ охлаждения инструмента путем подачи в зону резания смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в виде водного раствора 0,5-70% полиаспарагинового полимера, выбранного из группы, состоящей из кислоты, ее соли и амида. Способ охлаждения инструмента применим для обработки резанием черных металлов. В состав смазочно-охлаждающей жидкости может входить ингибитор коррозии, в качестве которого используют соль бензойной кислоты (бензонат натрия и бензонат аммония) [2].

Недостатками известного способа охлаждения являются высокая стоимость СОЖ и ее нестабильность в процессе эксплуатации из-за расслоения и биоповреждений.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ охлаждения инструмента при обработке металлов и сплавов резанием, включающий подачу в зону резания СОЖ в виде смеси эмульсола Т, содержащего минеральное масло, триэтаноламин и олеиновую кислоту, с водой, сбор отработанной СОЖ и возврат в зону резания. Концентрацию эмульсола в СОЖ поддерживают, равной 3-10% по массе [3] - прототип.

Известному способу охлаждения присущи следующие недостатки. Согласно техническим условиям ТУ 6-14-254 эмульсол марки Т содержит, мас.%: Кислота олеиновая - 8,14-12,0 Триэтаноламин - 3,8-4,5 Масло минеральное "Индустриальное" И-12А - 83,5-88,06 СОЖ на основе эмульсола Т имеет низкую смазочную и охлаждающую способность, нестабильные свойства (расслаивается при хранении и эксплуатации, подвержен биоповреждениям). В результате снижается стойкость режущего инструмента. Кроме того, при известном способе охлаждения обрабатываемые резанием детали из металлов и сплавов в межоперационных периодах интенсивно корродируют.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении стойкости инструмента, стабильности СОЖ и защите обрабатываемого изделия от коррозии.

Для решения поставленной технической задачи в известном способе охлаждения инструмента при обработке металлов и сплавов резанием, включающем подачу в зону резания СОЖ в виде смеси эмульсола, содержащего минеральное масло, триэтаноламин и олеиновую кислоту, с водой, сбор отработанной СОЖ и возврат в зону резания, согласно предложению концентрацию эмульсола поддерживают, равной 2-4 мас.%, а эмульсол дополнительно содержит эмультал, этаноламиды ТР, олеокс-5, оксифос Б-1, бактерицидный препарат "Бакцид", сернокислую медь и воду при следующем соотношении содержания компонентов, мас.%: Масло минеральное - 30,0-40,0 Триэтаноламин - 9,0-16,0 Эмультал - 5,0-12,0 Этаноламиды ТР - 5,0-10,0 Олеокс-5 - 8,0-15,0
Кислота олеиновая - 3,0-10,0
Оксифос Б-1 - 2,0-6,0
Бактерицидный препарат "Бакцид" - 3,0-5,0
Сернокислая медь - 0,1-0,2
Вода - Остальное
Сущность изобретения состоит в следующем. Предложенная композиция эмульсола на основе минерального масла при высокой охлаждающей и смазывающей способности должна обладать хорошей совместимостью компонентов, стабильностью, гомогенностью, хорошо противостоять повреждению от бактерий, защищать обрабатываемые изделия от коррозии. Это достигается при оптимальном сочетании компонентов эмульсола и его концентрации в СОЖ в пределах 2-4% по массе.

Экспериментально установлено, что при концентрации эмульсола менее 2% происходит резкое снижение смазочной эффективности, возрастают нагрузки на инструмент, ухудшается качество поверхности изделий, снижается стойкость инструмента. Увеличение концентрации эмульсола более 4% приводит к снижению охлаждающих свойств эмульсии и перерасходу эмульсола, что нецелесообразно.

Масло минеральное в мелкодиспергированном состоянии в предложенной СОЖ является основным смазывающим компонентом, который эффективно снижает силы трения, уменьшает наклеп металла, увеличивает стойкость инструмента при сохранении устойчивости смеси. При снижении концентрации масла минерального в эмульсоле менее 30% из-за ухудшения смазочного действия СОЖ снижается стойкость инструмента. Увеличение концентрации масла минерального более 40% ухудшает охлаждающее действие СОЖ, нарушает баланс компонентов, что также неблагоприятно сказывается на устойчивости СОЖ и стойкости инструмента.

Кислота олеиновая с триэтаноламином является в данной композиции поверхностно-активным веществом, выполняющим роль эмульгатора масла в воде. Эти компоненты стабилизируют эмульсию.

Уменьшение концентрации кислоты олеиновой менее 3% и триэтаноламина менее 9% приводит к ухудшению смазочной эффективности СОЖ, снижению ее стабильности, интенсификации износа инструмента. Увеличение концентрации кислоты олеиновой более 10% и триэтаноламина более 16% приводит к их переизбытку в композиции, ухудшению охлаждающих свойств СОЖ, что снижает стойкость инструмента.

Для улучшения смазочных характеристик и защиты от коррозии изделий в эмульсол введен эмультал. Увеличение количества эмультала более 12% повышает склонность СОЖ к биоповреждению и ухудшает ее стабильность, что отрицательно сказывается на стойкости инструмента. Уменьшение содержания эмультала менее 5% ухудшает смазочные свойства СОЖ и защиту изделий от коррозии.

Этаноламиды ТР (на основе рапсового масла) придают СОЖ противоизносные и противозадирные свойства, улучшая условия резания металлов и сплавов при многоцикловой подаче в зону резания. Увеличение концентрации этаноламидов ТР более 10% приводит к дестабилизации СОЖ. Снижение концентрации этаноламидов ТР менее 5% сопровождается повышением износа режущего инструмента, вследствие чего нецелесообразно.

Олеокс-5 (смесь полиоксилэтиленовых эфиров олеиновой кислоты) обеспечивает стабильность свойств СОЖ в замкнутом контуре системы охлаждения инструмента. При концентрации олеокса-5 менее 8% в процессе многоцикловой эксплуатации СОЖ происходит непрерывное изменение ее концентрации и состава, ухудшается стабильность обработки резанием и стойкость инструмента. Увеличение концентрации олеокса-5 сверх 15% не улучшает свойств СОЖ, а лишь приводит к перерасходу этого компонента.

Оксифос Б-1 (калиевая соль ди-алкилполиэтиленгликолевого эфира фосфорной кислоты) введен в СОЖ для повышения эмульгируемости неполярной фазы компонентов в воде и способствует получению более тонкой эмульсии минерального масла. Этим достигается повышение стабильности СОЖ, улучшение ее смазочных и охлаждающих свойств при работе в замкнутом контуре системы охлаждения. При концентрации оксифоса Б-1 в эмульсоле менее 2% эмульсия минерального масла в СОЖ приобретает полидисперсный характер и не обладает устойчивостью, смазывающие свойства СОЖ ухудшаются, увеличивается износ инструмента. Увеличение концентрации этого компонента более 6% приводит к нарушению равновесия в системе и перерасходу компонента, поэтому нецелесообразно.

Введение 3-5% бактерицидного препарата "Бакцид" в присутствии сернокислой меди (0,1-0,2%) исключает потерю стабильности СОЖ за счет повышения ее устойчивости к биоповреждению без ухудшения остальных показателей свойств СОЖ. Увеличение содержания бактерицидного препарата "Бакцид" более 5% и сернокислой меди более 0,2% нецелесообразно, так как ухудшает смазочные свойства СОЖ. Уменьшение концентрации бактерицидного препарата "Бакцид" менее 3% и сернокислой меди менее 0,2% не исключает возможности биоповреждения СОЖ, что сопровождается ухудшением ее стабильности и снижением стойкости инструмента.

В состав эмульсола входит также вода, которая растворяет сернокислую медь и обеспечивает получение сбалансированной композиции.

Примеры осуществления способа
В бак-реактор с пропеллерной мешалкой заливают 194 кг питьевой воды, подогретой до 60^oС, затем добавляют эмульсол в количестве 6 кг и производят перемешивание смеси в течение 20 мин. Используемый для приготовления СОЖ эмульсол содержит по массе: 35% масла минерального "Индустриальное" И-12А; 12,5% триэтаноламина; 8,5% эмультала; 7,5% этаноламидов ТР; 11,5% олеокса-5; 6,5% кислоты олеиновой; 4% оксифоса Б-1; 4% бактерицидного препарата "Бакцид"; 0,15% сернокислой меди; остальное - вода.

Полученную по завершению перемешивания СОЖ с концентрацией эмульсола С= 3% заливают в циркуляционную систему охлаждения резца токарного станка модели IK62б. На токарном станке устанавливают цилиндрическую заготовку из жаропрочного сплава марки ХН65КВЮТБ-ВД на никелевой основе. В суппорте станка закрепляют резец с режущей пластиной из твердого сплава ВК8.

С помощью циркуляционной системы охлаждения на режущую пластину и заготовку в зону резания подают СОЖ и осуществляют непрерывное точение заготовки при скорости резания 50 м/мин, поперечной подаче 0,2 мм/об, глубине резания 0,5 мм. Непрерывное точение ведут до износа задней грани режущей пластины на величину 0,45 мм. Стекающую в картер станка СОЖ собирают и после очистки вновь непрерывно подают в зону резания с помощью насоса.

Образцы СОЖ, используемой для точения, подвергают испытаниям на стабильность, защиту от коррозии и стойкость к биоповреждению.

Испытания показали следующее. Стойкость инструмента при предложенном способе охлаждения составила 12 мин непрерывного точения. Стабильность СОЖ (по ГОСТ 6243, п.3.1) достигла 46 суток, защита металла от коррозии (по ГОСТ 6243, п. 2.2) составила 32 суток, стойкость СОЖ к биоповреждению, определенная с помощью индикатора ТТХ, составила 38 суток.

В табл. 1 приведены варианты реализации способа охлаждения инструмента, а в табл. 2 - показатели их эффективности.

Как следует из табл. 2, при реализации предложенного способа охлаждения инструмента (варианты 2-4) достигается максимальная стойкость инструмента; стабильность СОЖ и стойкость к биоповреждению, защита от коррозии также максимальны. В случаях запредельных значений заявленных параметров охлаждения (варианты 1 и 5) и при охлаждении согласно способу-прототипу (вариант 6) имеет место снижение стойкости инструмента, ухудшение стабильности СОЖ, ее стойкости к биоповреждению и защитных свойств против коррозии.

Технико-экономические преимущества предложенного способа заключаются в том, что подача в зону резания СОЖ с концентрацией эмульсола регламентированного состава 2-4% по массе, сбор отработанной СОЖ и возврат в зону резания обеспечивают повышение стойкости инструмента, стабильности СОЖ и ее защитных свойств от коррозии обрабатываемого изделия.

В качестве базового объекта принят способ-прототип. Использование предложенного способа охлаждения позволит повысить рентабельность лезвийной обработки металлов и сплавов на 6-8%.

Литература
1. Патент Российской Федерации 2072291, МПК B 23 Q 11/10, 1997 г.

2. Патент Российской Федерации 2133666, МПК B 23 Q 11/10, В 24 В 55/02, 1999 г.

3. С.Г. Энтелис и др. Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки металлов резанием. Справочник. - М.: Машиностроение, 1986 г., с. 75, 296-300 - прототип.

Формула изобретения

Способ охлаждения инструмента при обработке металлов и сплавов резанием, включающий подачу в зону резания смазочно-охлаждающей жидкости в виде смеси эмульсола, содержащего минеральное масло, триэтаноламин и олеиновую кислоту, с водой, сбор отработанной смазочно-охлаждающей жидкости и возврат в зону резания, отличающийся тем, что концентрацию эмульсола поддерживают равной 2-4 мас. %, а эмульсол дополнительно содержит эмультал, этаноламиды ТР, олеокс-5, оксифос Б-1, бактерицидный препарат "Бакцид", сернокислую медь и воду при следующем соотношении содержания компонентов, мас. %:
Масло минеральное - 30,0-40,0
Триэтаноламин - 9,0-16,0
Эмультал - 5,0-12,0
Этаноламиды ТР - 5,0-10,0
Олеокс-5 - 8,0-15,0
Кислота олеиновая - 3,0-10,0
Оксифос Б-1 - 2,0-6,0
Бактерицидный препарат "Бакцид" - 3,0-5,0
Сернокислая медь - 0,1-0,2
Вода - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2