Концентрат смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки металлов

Изобретение относится к концентратам экологически чистых водорастворимых смазочно-охлаждающих жидкостей, предназначенных для механической обработки металлов. Сущность: концентрат содержит в вес.%: глицерин 77, изопропанол 5, медный комплекс трилона Б и трилон Б2, кальцинированная сода 0,5, борная кислота 0,25, вода 15,25. Предпочтительно, медный комплекс трилона Б и трилон Б содержится в весовом соотношении 1:1. Технический результат - повышение стойкости режущего инструмента, возможность разбавления концентрата водой любой жесткости, отсутствие специальной утилизации при сливе отработанной смазочно-охлаждающей жидкости в канализацию. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к концентратам смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) и может быть использовано в различных отраслях металлообрабатывающей промышленности для повышения стойкости металлорежущих инструментов.

Известны различные концентраты для приготовления водных эмульсий и растворов, состоящие из масел, неорганических и органических соединений, поверхностно-активных веществ (ПАВ) и др. [1-3].

Наиболее экологичными представляются безмасляные водорастворимые СОЖ. К ним можно отнести смазочно-охлаждаюшие жидкости «Модос» (ТУ 2422-003-76664814-2005) (на основе этиленгликоля и триэтаноламина); «К-1» (ТУ 0258-001-53511781-2001) (на основе солей жирных кислот); «МГД-11» (ТУ 10РФ561-90) (на основе омыленного гудрона от дистилляции жирных кислот) и др.

Однако стойкость металлорежущих инструментов при использовании подобных СОТС остается недостаточно высокой. Кроме того, для разбавления их концентратов необходимо использовать воду общей жесткости 2-7 мг-экв./л при значении рН 5,2-7,0, что существенно снижает экономичность их использования (в связи с подготовкой воды) или широту применения.

Более перспективными представляются концентраты СОЖ, реализующие в зоне резания режим избирательного переноса.

К подобным высокоэффективным СОЖ относится водоэмульсионная СОЖ, приготавливаемая на основе концентрата, содержащего ПАВ (омыленный гудрон), а также салицилальанилинат или ацетат меди (доноры ионов Cu²⁺) и салицилальанилин (лиганд поверхностных комплексов) в весовом соотношении 1:1 и 1,5:1 для ацетата меди [4].

Однако стойкость инструментов при использовании этой жидкости все же остается недостаточно высокой. При этом сохраняются высокие требования к воде при разбавлении концентрата, имеет место недостаточная экологическая чистота отработанной эмульсии (производные анилина и ПАВ) и нестабильность рабочего раствора при хранении (гидролиз соединений меди с образованием осадков).

Целью настоящего изобретения являются повышение стойкости металлорежущего инструмента, полное обеспечение экологической чистоты и стабильности при хранении СОЖ и ее концентрата, а также возможность разбавления концентрата водой любой жесткости.

Поставленная цель достигается тем, что концентрат смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки металлов включает:

а) глицерин CH₂OH-CHOH-CH₂OH в смеси с изопропанолом СН₃-СНОН-СН₃, обеспечивающие требуемую вязкость жидкости и хорошее смазочное действие, обладающие достаточно высокой адгезией к металлу, имеющие сопоставимые триботехнические свойства, хорошо растворимые в воде и хорошо смываемые с поверхности деталей и станка; не токсичные, не летучие, не имеющие неприятного запаха и вредного воздействия на кожу и слизистые оболочки человеческого организма;

б) растворимый в воде комплекс меди (II) с трилоном Б Cu[Na(OOCH₂C)₂N(CH₂)₂N(CCH₂COO)₂Na], обеспечивающий за счет термической диссоциации наличие ионов меди (II) в зоне резания;

в) трилон Б Na,H(OOCH₂C)₂N(CH₂)₂N(CCH₂COO)₂H,Na, не связанный в комплекс, для умягчения водопроводной воды;

г) борную кислоту Н₃ВО₃, обеспечивающую бактерицидные свойства, которая растворима в воде (таблица) и спиртах, в частности, это относится к глицерину, с которым она способна образовывать соединение в водной среде;

д) кальцинированную соду Na₂CO₃·10H₂O, которая обеспечивает антикоррозионное действие, является экологически безопасным, разрешена к использованию в быту для умягчения воды, удаления накипи и в качестве ингибитора коррозии в системах отопления, при этом не обладает неприятным запахом, раздражающим кожу и токсическим действием, неаллерген, хорошо растворима в воде, легко смывается с поверхностей и препятствует развитию гнилостной микрофлоры за счет создания слабощелочной среды;

е) воду - для интенсификации охлаждения, так как она имеет высокую теплоемкость (удельная теплоемкость воды 4,2 кДж/кг×К) и теплоту испарения (удельная теплота испарения воды при 100°С равна 2258 кДж/кг),

при следующем содержании компонентов, вес %:

1) глицерин - 77

2) изопропанол - 5

3) медный комплекс трилона Б и трилон Б - 2

4) кальцинированная сода - 0:5

5) борная кислота- 0,25

6) вода - 15,25

Технология приготовления концентрата СОЖ в расчете на 1 кг заключается в следующем: растворяют при небольшом нагревании медный купорос 5 г в 50 г 50 мл воды, добавляют этот раствор в 770 г (610 мл) глицерина и добавляют туда же трилон Б* (*Половина трилона Б в концентрате остается не связанной в медный комплекс) (10 г), хорошо размешивают до полного растворения, растворяют в 50 г (63 мл) изопропанола борную кислоту (2,5 г) и кальцинированную соду (5 г), затем прибавляют полученную смесь к глицериновому раствору, перемешивают, и небольшими порциями прибавляют концентрированный раствор NaOH до достижения рН 9-9,5 (контроль по универсальной индикаторной бумаге).

При промышленном применении концентрат поставляется готовым, обязательно в пластиковой таре, так как наличие солей меди не допускает хранения концентрата в железных бочках. Концентрат разбавляется водопроводной водой 1:9.

Испытание СОЖ на основе предлагаемого концентрата проводилось при точении стали 45 резцами, оснащенными неперетачиваемыми трехгранными пластинами из твердого сплава Т15К6, на токарно-винторезном станке модели 1К625 при следующих режимах: глубина резания t=0,5 мм, подача S=0,43 ^мм/_об, скорость резания

V=204,6 ^м/_мин). Время работы резцов составляло 20 минут. СОЖ подавалась в зону резания при расходе 5 л/мин. Концентрат разбавлялся водопроводной водой с жесткостью 11 мг-экв.л. Отработанная СОЖ экологически безопасна, так как содержит вещества, допустимые для слива в канализацию, и не требует дополнительной очистки. Результаты стойкостных испытаний приведены в таблице 1. Величина износа измерялась на большом инструментальном микроскопе БИМ-21.

Источники информации

1. Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки металлов резанием. Справочник. / Под общ. ред. Энтелиса С.Г. - М.: Машиностроение, 1995. - 496 с.

2. Handbook. An Engineering Journal №6 (111). - M., 2006. - 64 c. - Современные СОЖ и их прменение при обработке металлических заготовок резанием. / Л.В.Худобин. - 111-16.

3. Злотников И.И. Водорастворимые СОЖ на мыльно-силикатной основе. / И.И.Злотников, М.И.Зубрицкий, С.Ф.Силицкий, Н.Ф.Соловей, А.Б.Козлов // Трение и износ. - 2006. - Т.27, №4. - С.417-421.

4. Концентрат смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки металлов. / А.С.Кужаров, В.А.Кохановский, Г.П.Барчан и др. // а.с. СССР №727674, С10М 3/28, С10М 3/188, 15.04.80, Б.И. №14.

Испытание 10% СОЖ на основе предлагаемого концентрата (t=0,5 мм, S=0,43 мм/об, V=204,6 м/мин)
№ п/п	Состав концентрата, вес.%	Средний износ по задней грани, мм	Примечание
	Глицерин	Медный комплекс трилона Б и трилон Б	Изопропанол
1	40	2	5	0,642
2	77	2	5	0,579
3	90	2	5	0,716	ухудшается охлаждение
4	77	1	5	0,670	неприменима жесткая вода, осадок
5	77	3	5	0,580	увеличивается расход
6	77	2	2	0,620	снижается растворимость компонентов
7	77	2	8	0,692	ухудшается охлаждение
8	Прототип	0,643

1. Концентрат смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки металлов, отличающийся тем, что содержит, вес.%:

глицерин	77
изопропанол	5
медный комплекс трилона Б и трилон Б	2
кальцинированная сода	0,5
борная кислота	0,25
вода	15,25

2. Концентрат по п.1, отличающийся тем, что он содержит медный комплекс трилона Б и трилон Б в весовом соотношении 1:1.