Концентрат водоэмульсионной смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки металлов

Изобретение относится к концентратам водоэмульсионных смазочно-охлаждающих жидкостей, применяемым при механической обработке металлов, в частности при лезвийной, абразивной, при резьбонарезании конструкционных и инструментальных материалов. Сущность: концентрат содержит, мас.%: минеральное масло 33-35, олеиновую кислоту 7-10, триэтаноламин 25-29, медьсодержащую органическую присадку 0,5-1, неионогенный эмульгатор 0,1-0,3, биоцид 0,1-0,8 и воду - остальное. Медьсодержащая присадка имеет следующий состав, мас.%: непредельная карбоновая кислота, выбранная из ряда фракций С₆-С₂₂ 10-45, смесь солей одновалентной и двухвалентной меди непредельной карбоновой кислоты, выбранной из ряда фракций С₆-С₂₂ 2-30, соль двухвалентного олова непредельной карбоновой кислоты, выбранной из ряда фракций С₆-С₂₂ 1-20, вода 0,001-0,05, минеральное масло до 100. Технический результат - повышение стойкости режущего инструмента и улучшение качества обработанной поверхности. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

 

Изобретение относится к смазочно-охлаждающим жидкостям (СОЖ), применяемым при механической обработки металлов, в частности при лезвийной, абразивной, при резьбонарезании конструкционных и инструментальных материалов, а именно к полусинтетическим водосмешиваемым СОЖ.

Известно большое количество полусинтетических водосмешиваемых СОЖ [1].

Известна также смазочно-охлаждающая жидкость массового использования на основе эмульсола ЭТ-2, состоящего из минерального масла и эмульгирующих присадок натриевых солей нафтеновых кислот, применяемая при механической обработке металлов резанием [2]. Однако эта СОЖ является недостаточно эффективной как по техническим, так и по сопутствующим свойствам, а именно в процессе эксплуатации наблюдается низкая стойкость режущего инструмента и коррозия.

Известен также концентрат водоэмульсионной смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки металлов [3], содержащий продукт взаимодействия в среде минерального масла и гликоля алканоламина с олеиновой кислотой или ее смесью с растительным маслом, полиоксиэтилированный алкилфенол с 4-6 оксиэтильными группами, фенилкарбинол или нефтяной сульфонат, борную кислоту и воду при следующем содержании компонентов, мас.%:

продукт взаимодействия в среде минерального масла и гликоля алканоламина с олеиновой кислотой или ее смесью с растительным маслом - 45-66;

полиоксиэтилированный алкилфенол с 4-6 оксиэтильными группами - 3-6;

фенилкарбинол - 3-6;

или

нефтяной сульфонат -6-12;

борная кислота - 5-9;

вода - остальное.

Недостатком известного концентрата является то, что концентрат имеет сложную технологию приготовления, требующую температуры до 70 или 120°С.

Известен также концентрат СОЖ для механической обработки металлов [4], содержащий триэтаноламин, триэтаноламиновое мыло жирной кислоты, моноалкиламиновые эфиры полиэтиленгликоля на основе первичных жирных спиртов, кальциевое и/или натриевое мыло кислот касторового масло, воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:

триэтаноламин - 4-10;

триэтаноламиновое мыло жирной кислоты - 8-20;

моноалкиловые эфиры полиэтиленгликоля на основе первичных жирных спиртов - 2-6;

кальциевое и/или натриевое мыло кислот касторового масла - 2-12;

минеральное масло - 1-7;

вода - до 100.

Недостатком известного концентрата является то, что он более чем на 50% состоит из воды, не универсален, так как содержит низкий процент масла, не экономичен для транспортировок.

Наиболее близкий по составу и назначению к предлагаемому изобретению является концентрат водоэмульсионной смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки металлов [5], содержащий олеиновую кислоту, триэтаноламин, минеральное масло и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:

олеиновая кислота - 4,5-21;

триэтаноламин - 3-11;

вода - 0,2-0,5;

минеральное масло - до 100,

при отношении олеиновой кислоты к триэтаноламину 1,50-1,90 и при отношении минерального масла к сумме олеиновой кислоты и триэтаноламина 2,2-8,9.

Недостатком прототипа является то, что он обладает недостаточным смазывающим действием, при его использовании, например при токарной обработке, не удается сохранить стойкость режущего инструмента в достаточной степени и получить поверхность обработки высокого качества.

Настоящее изобретение направлено на решение следующих задач: обеспечить достаточную стойкость режущего инструмента, улучшить смазывающее действие и, как следствие, повысить качество обрабатываемой поверхности и стойкость режущего инструмента, а также расширить ассортимент применяемых для механической обработки водных СОЖ.

Сущность изобретения заключается в том, что концентрат водоэмульсионной смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки металлов содержит непредельную карбоновую кислоту, выбранную из ряда фракций С₆-С₂₂, триэтаноламин, минеральное масло и воду, а также медьсодержащую органическую присадку, неионогенный эмульгатор и биоцид при следующем соотношении компонентов, мас.%:

масло минеральное - 33-35;

непредельная карбоновая кислота, выбранная из ряда фракций С₆-С₂₂ - 7-10;

медьсодержащая органическая присадка - 0,5-1;

триэтаноламин - 25-29;

неионогенный эмульгатор - 0,1-0,3;

биоцид-0,1-0,8;

вода - остальное,

при этом медьсодержащая присадка имеет следующий состав, мас.%:

непредельная карбоновая кислота, выбранная из ряда фракций С₆-С₂₂ - 10-45;

смесь солей одновалентной и двухвалентной меди непредельной карбоновой кислоты, выбранной из ряда фракций С₆-С₂₂ - 2-30;

соль двухвалентного олова непредельной карбоновой кислоты, выбранной из ряда фракций С₆-С₂₂ - 1-20;

вода - 0,001-0,05;

минеральное масло - до 100.

В частном случае исполнения концентрат водоэмульсионной смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки металлов в качестве биоцида содержит смесь нециклических ацеталей, алифатических азотных и гетероциклических серо-азотных соединений.

При изготовлении заявляемого концентрата водоэмульсионной смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки металлов могут быть использованы:

масло минеральное индустриальное И-12А по ГОСТ 20799-88;

олеиновая кислота техническая марки Б-115 по ТУ 9145-172473-1297-94,

представляющая собой смесь дистиллированных карбоновых непредельных кислот C₁₆-C₂₂ растительных масел;

триэтаноламин технический по ТУ 6-02-916-79 или ТУ 2423-061-05807977-2002;

неионогенный эмульгатор - продукт взаимодействия смеси моно- и диалкилфенолов с окисью этилена (ОП-10 или ОП-7) по ГОСТ 8433-81;

биоцид - нециклические ацетали, алифатические азотные и гетероциклические серо-азотные соединения, выпускаемые под торговым названием Rocima™ GT, производимые Компанией «ROHM AND HAAS (UK) Ltd» (Великобритания);

вода по ГОСТ 2874-82.

Роль минерального масла заключается в том, что его используют как смазочный компонент.

Роль олеиновой кислоты заключается в том, что ее используют как реагент для получения эмульгатора масла в воде при взаимодействии с триэтаноламином в отношении (1,5-1,9)/1.

Роль триэтаноламина заключается в том, что его используют для взаимодействия с олеиновой кислотой с образованием эмульгатора для получения устойчивых эмульсий масло/в воде с хорошими моющими свойствами. Триэтаноламин является диспергатором, формирует водородный показатель среды и антикоррозионные свойства эмульсий.

Медьсодержащая органическая присадка является антиизносной добавкой, повышающей ресурс режущего инструмента и качество обрабатываемых изделий.

Неионогенный эмульгатор (ОП-10 или ОП-7) повышает моющие свойства эмульсий и устойчивость концентрата к расслоению.

Биоцид придает составу дополнительную бактерицидную защиту.

Вода необходима для создания оптимальной реологической структуры концентрата и как растворитель компонентов состава.

Приготовление концентрата осуществляется простым механическим смешением компонентов при температуре окружающей среды. В реактор последовательно заливают из мерников минеральное масло, олеиновую кислоту и заранее приготовленную медьсодержащую органическую присадку. Включают мешалку реактора и гомогенизируют смесь. Дозируют в реактор часть триэтаноламина (соотношение олеиновой кислоты к введенному триэтаноламину (1,5-1,9)/1). Количество вводимого в реактор триэтаноламина составляет 15-25% от общего суммарного количества триэтаноламина по рецептуре.

Параллельно в отдельную емкость дозируют воду, остаток триэтаноламина (75-85% от общего суммарного количества по рецептуре), неионогенный эмульгатор и биоцид. Перемешивают содержимое емкости.

После этого в реактор с компонентами при постоянном перемешивании заливают содержимое емкости. Продолжают перемешивание в реакторе в течение около 60 мин. Полученный концентрат представляет собой однородную вязкую жидкость серого цвета с плотностью при 20±5°С 940-985 кг/м³.

Медьсодержащую органическую присадку получают следующим образом. В непредельную карбоновую кислоту, выбранную из ряда фракций С₆-С₂₂, например, техническую олеиновую марки Б-115, представляющую собой смесь карбоновых непредельных кислот C₁₆-C₂₂, вводят окись одновалентной меди и окись двухвалентного олова, проводят перемешивание, например, пропуская смесь через гидродинамический аппарат при критерии перемешивания Re=10000-60000 и диапазоне температур от 30 до 180°С. Диспергирование и растворение проводят в течение 30-60 мин, при этом образуются соли меди карбоновых непредельных кислот. После растворения оксидов в кислоте отделяют непрореагировавшие окислы фильтрованием.

В результате реакции самоокисления-самовосстановления (диспропорционирования) образуются одно- и двухвалентные соли меди карбоновых непредельных кислот, соотношение между которыми регулируется длительностью процесса и значением критерия Рейнольдса. Затем в очищенный раствор вводят минеральное масло. Контроль качества готового продукта осуществляют по процентному содержанию меди, которое определяют, растворяя навеску продукта в ледяной уксусной кислоте с последующем титрованием с использованием иодометрии.

Примеры составов предлагаемого концентрата приведены в табл.1.

Функциональные свойства смазочно-охлаждающих жидкостей - индекс задира (И_з), нагрузка сваривания (Р_к), которые характеризуют смазочную способность, определяли на четырехшариковой машине трения 4ШМ-32 по ГОСТ 9490-75.

Испытания проводили с использованием шаров диаметром 12,7 мм из стали ШХ-15 (НРС 60-52). Число оборотов - 1420, что соответствует скорости скольжения 32,4 м/мин. Длительность проведения каждого опыта 10 сек. Нагрузки повышали ступенями вплоть до нагрузки сваривания.

Результаты испытаний предлагаемого концентрата и прототипа приведены в табл.2. По результатам, приведенным в табл.2, видно, что предложенная композиция более эффективно повышает стойкость масляной пленки, что обуславливает хорошее смазывающее действие и более высокое качество обрабатываемой поверхности и стойкости режущего инструмента.

Для сравнительных испытаний были приготовлены 3%-ные эмульсии предлагаемых концентратов и прототипа. Эмульсии готовили на холодной воде. Они были испытаны при точении стали 20ХНЗА на токарном станке 16К20 инструментом Т15К6 при скорости резания 6 м/с, подаче 0,2 мм/об., глубине резания 1 мм. Оценивались стойкость инструмента и шероховатость обработанной поверхности. Стойкость режущего инструмента определялась при износе по задней поверхности h_з=0,6 мм. Шероховатость обработанной поверхности определялась на профилометре 296.

Результаты испытаний по оценке 3%-ных растворов концентратов, указанных в табл.1, приведены в табл.3, из которой следует, что предлагаемые составы и соотношения компонентов концентрата водоэмульсионной смазочно-охлаждающей жидкости позволяют повысить стойкость режущего инструмента и улучшить качество обрабатываемой поверхности по сравнению с прототипом, что доказывает высокие смазывающие свойства концентрата. Использование других процентных соотношений из диапазона состава концентрата, указанного в формуле изобретения, также обеспечивает достижение заявляемого технического результата.

Литература

[1] - Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки металлов резанием. Справочник. / Под ред. Энтелиса С.Г. - М.: Машиностроение. 1995. С.102.

[2] - Бердичевский Е.Г. // Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки металлов. М.: Машиностроение. 1984. С.78.

[3] - Описание изобретения к патенту РФ №2119534, МПК С 10 М 173/00.

[4] - Описание изобретения к патенту РФ №2148622, МПК С 10 М 173/00.

[5] - Описание изобретения к патенту РФ №2228950, МПК С 10 М 173/00.

Таблица 1
Компоненты	Количество в мас.%
Состав 1	Состав 2	Состав 3	Состав 4
1. Минеральное масло	35,0	34,5	34,2	33,4
2. Непредельная карбоновая кислота, выбранная из ряда фракций С6-С22 (олеиновая)	10,0	7,6	7,6	9,6
3. Медьсодержащая органическая присадка1	0,5	0,7	1,0	0,8
4. Триэтаноламин	28,5	27,3	27,3	25,3
5. Неионогенный эмульгатор	0,3	0,2	0,2	0,1
6.Биоцид	0,7	0,7	0,7	0,8
7. Вода	25,0	29,0	29,0	30,0
1 Была использована медьсодержащая присадка следующего состава: олеиновая кислота - 20,00; смесь солей одновалентной и двухвалентной меди олеиновой кислоты - 25,00; соль двухвалентного олова олеиновой кислоты - 5,00; вода -0,05; минеральное масло - 49,95.

Таблица 2
Состав	Нагрузка сваривания, Рк	Индекс задира, Из
1	971,1	40,2
2	947,3	42,8
3	1031,5	49,7
4	878,2	39,8
по прототипу	686,5	34,8
Таблица 3
Состав концентрата	Стойкость инструмента, мин	Шероховатость поверхности Ra, мкм
1	37	1.04
2	39	1.05
3	42	1.03
4	38	1.05
по прототипу	24	1.20

1. Концентрат водоэмульсионной смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки металлов, содержащий непредельную карбоновую кислоту, выбранную из ряда фракций С₆-С₂₂, триэтаноламин, минеральное масло и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит медьсодержащую органическую присадку, неионогенный эмульгатор и биоцид при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Масло минеральное	33-35
Непредельная карбоновая кислота, выбранная из
ряда фракций С6-С22	7-10
Медьсодержащая органическая присадка	0,5-1,0
Триэтаноламин	25-29
Неионогенный эмульгатор	0,1-0,3
Биоцид	0,1-0,8
Вода	Остальное

при этом медьсодержащая органическая присадка имеет следующий состав, мас.%:

Непредельная карбоновая кислота, выбранная из
ряда фракций С6-С22	10-45
Смесь солей одновалентной и двухвалентной
меди непредельной карбоновой кислоты, выбранной
из ряда фракций С6-С22	2-30
Соль двухвалентного олова непредельной карбоновой
кислоты, выбранной из ряда фракций С6-С22	1-20
Вода	0,001-0,05
Минеральное масло	До 100

2. Концентрат водоэмульсионной смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки металлов по п.1, отличающийся тем, что он в качестве биоцида содержит смесь нециклических ацеталей, алифатических азотных и гетероциклических сероазотных соединений.