Технологическая смазка для холодной объемной штамповки металла
Изобретение относится к технологическим смазкам для холодной объемной штамповки металла. Сущность: смазка содержит в мас.%: сульфидированные α-олефины фракции C16-C18 5-15, рапсовое масло 10-30, смесь 2-фенил-3,4-фуллеро[60]тетрагидротиофенов формулы (1) 0,003-0,007, индустриальное масло - остальное. Технический результат - улучшение экологических свойств, повышение противоизносных и противозадирных свойств при снижение концентрации серусодержащей присадки. 4 табл.
Изобретение относится к смазочным композициям для технологических целей, в частности к технологическим смазкам для операций холодной объемной штамповки металлов.
Известна смазочная композиция для холодной обработки металлов давлением, содержащая в качестве основы хлорированные углеводороды или хлорированные эфиры с антикоррозионными присадками [Квятковская Г.А. и др. Влияние вязкости нефтяной основы на технологические свойства масляных СОЖ. «Повышение качества смазочных материалов и эффективности их применения». - М., 1977, с.105-108]. Недостатком данной композиции является то, что при глубокой вытяжке деталей с деформацией 12-20% за один проход она дает риски на деталях.
Известна смазочная композиция для холодной обработки металлов давлением [Патент РФ №2024602, Бюл. №35 (1994)] содержащая, мас.%: полиметакрилат 5-8; антикоррозионную добавку 0,5-6; хлорированный парафин 35-45; осерненные тетрамеры пропилена 5-7; минеральное масло - остальное. Недостатком данной композиции является плохая совместимость полиметакрилата с минеральными маслами, что вызывает нарушение ее однородности. Кроме того, полиметакрилат при повышенных температурах (выше 250°С) подвергается деполимеризации, что приводит к образованию метакрилата, обладающего наркотическим, общетоксичным и резко раздражающим действием.
Известна смазочная композиция для холодной обработки металла давлением [Авт. с. СССР 702071, Бюл. №45 (1979)], имеющая следующий состав, мас.%: жирные кислоты фракции C5-C19 2-5; триэтаноламин 4-12; окись цинка 0.1-5; гидроокись бария 0.1-1.5 и хлорированный парафин до 100%.
Существенным недостатком композиции является то, что окись цинка, содержащаяся в смазке, спрессовывается между пуансоном и частью детали и при дальнейшей обработке моющими средствами не обеспечивается полностью ее удаление с обрабатываемой поверхности.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является смазочная композиция для холодной обработки металла давлением [Патент РФ №2118983, Бюл. №26 (1997)], имеющая следующий состав, мас.%: серусодержащая присадка - осерненные α-олефины фракции C18-C28 40-50; синтетическое масло Б-3В 5-30; масло индустриальное - остальное.
Усиление охраны окружающей среды и техники безопасности на производстве обусловило новые требования к индустриальным маслам и технологическим жидкостям, применяемым при обработке металла.
Недостатками известной композиции являются.
1. Применение довольно токсичного и дорогостоящего синтетического масла Б-3В - эфиры пентаэритрита и синтетических жирных кислот фракции С5-С9 (предельно допустимая концентрация - 0,5 мг/м3).
2. Большой расход противоизносной и противозадирной серусодержащей присадки, достигающий 40-50%.
Сущность предлагаемого изобретения.
Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что технологическая смазка для холодной объемной штамповки содержит 0,003-0,007 мас.% смеси 2-фенил-3,4-фуллеро[60]тетрагидротиофенов общей формулы (1), что позволяет значительно снизить расход противоизносной и противозадирной присадки сульфидированных α-олефинов фракции C16-C18 при сохранении высоких реологических свойств смазки в предлагаемом способе.
Смесь 2-фенил-3,4-фуллеро[60]тетрагидротиофенов общей формулы (1) получают каталитическим циклоприсоединением избытка бензилме-тилсульфида к фуллерену[60] [А.Р.Туктаров, А.Р.Ахметов, M.Pudas, А.Г.Ибрагимов, У.М.Джемилев. ЖОрХ, 43 (12), 2007, 1870-1871].
Замена довольно токсичного синтетического масла Б-3В на экологически чистое рапсовое масло обеспечила высокую чистоту обрабатываемой поверхности металлических изделий и низкую токсичность технологической смазки.
Существенное отличие предлагаемого способа.
Известные серусодержащие присадки обеспечивают повышенные противоизносные и противозадирные свойства при добавлении к маслам в количестве 40-50% (см. табл.2, 4, композиция №8). Предлагаемые присадки, в отличии от известных, обеспечивают повышенные противоизносные и противозадирные свойства при добавлении к маслам в количестве 10-15% (см. табл.2, 4).
В технологической смазке довольно токсичное синтетическое масло Б-3В заменено на экологически чистое рапсовое масло, обеспечивающее высокую чистоту обрабатываемой поверхности металлических изделий.
С целью значительного снижения расхода противоизносной и противозадирной серусодержащей присадки технологическая смазка содержит в качестве наноприсадки смесь 2-фенил-3,4-фуллеро[60]-тетрагидротиофенов (1) в количестве 0,003-0,007%.
Применение смеси 2-фенил-3,4-фуллеро[60]тетрагидротиофенов (1) в количестве, большем 0,007 мас.%, не приводит к существенному улучшению реологических свойств технологической смазки. Применение смеси 2-фенил-3,4-фуллеро[60]тетрагидротиофенов (1) в количестве менее 0,003 мас.% снижает реологические свойства технологической смазки.
Испытание смазочных композиций, где рапсовое масло взято в соотношениях, выходящих за пределы предлагаемых, показали, что уменьшение его количества ухудшает качество обрабатываемой поверхности, появляются задиры и налипание.
Предлагаемый состав технологической смазки получают следующим образом.
В реактор с механической мешалкой и обогревом загружают минеральное и рапсовое масла, температуру в реакторе повышают до 60-70°С и при непрерывном перемешивании вводят сульфидированные α-олефины фракции C16-C18 и смесь 2-фенил-3,4-фуллеро[60]тетрагидротиофенов (1). После охлаждения получено прозрачное масло красно-коричневого цвета.
В табл.2 представлены составы изготовленных технологических смазок. Степень эффективности каждого состава оценивают на испытательном стенде - четырехшариковой машине трения. Результаты испытаний приведены в табл.4. Физико-химические свойства изготовленных технологических смазок приведены в табл.3. Испытания технологических смазок проводили в сравнении с известной смазкой (композиция 8, табл.2,4), содержащей, мас.%:
| Серусодержащая присадка, осерненные | |
| α-олефины фракции С18-С28 | 50 |
| Синтетическое масло Б-3В | 25 |
| Масло индустриальное | Остальное |
Таким образом, испытуемая технологическая смазка обеспечивает хорошее качество штамповочных деталей благодаря высоким противоизносным и противозадирным свойствам. Смазка обладает хорошими адгезионными и санитарно-гигиеническими свойствами, стабильна при хранении и применении.
| Таблица 1 | |||
| Физико-химические показатели сульфидированной присадки | |||
| №№ п/п | Наименование показателей | Показатель | Метод определения |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| 1 | Внешний вид и цвет | Жидкость красно-коричневого цвета | Визуально |
| 2 | Вязкость при 50°С, сСт, в пределах | 25-50 | ГОСТ 33-82 |
| 3 | Плотность при 20°С, г/см3, не менее | 0,930 | ГОСТ 3900-85 |
| 4 | Температура вспышки в открытом тигле, °С, не менее | 190 | ГОСТ 4333-87 |
| 5 | Кислотное число, мг КОН/г, не более | 6,0 | ГОСТ 5985-79 |
| 6 | Содержание серы, %, не менее | 30,0 | ГОСТ 1431-85 |
| 7 | Содержание механических примесей, % не более | 0,05 | ГОСТ 6370-83 |
| 8 | Зольность, %, не более | 0,01 | ГОСТ 1461-85 |
| 9 | Содержание воды, % | Следы | ГОСТ 2477-85 |
| 10 | Коррозионное воздействие на металл | Выдерживает | ГОСТ 9.080-77 |
| Таблица 2 | ||||
| Состав технологических смазок | ||||
| № композиции | Компонентный состав технологической смазки, мас.% | |||
| Сульфидированные α-олефины фракции C16-C18 | Смесь 2-фенил-3,4-фуллеро [60]тетрагидротиофенов (1) | Рапсовое масло | И-20А | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 1 | 10 | 0,005 | 20,0 | Остальное |
| 2 | 15 | 0,005 | 20,0 | Остальное |
| 3 | 10 | 0,005 | 30,0 | Остальное |
| 4 | 10 | 0,007 | 30,0 | Остальное |
| 5 | 10 | 0,003 | 30,0 | Остальное |
| 6 | 15 | 0,005 | 10,0 | Остальное |
| 7 | 5 | 0,003 | 20,0 | Остальное |
| 8 (прототип) | 50 осерненные α-олефины фракции С18-С28 | - | 25 Б-3В | Остальное |
| Таблица 3 | |||||||||
| Физико-химические показатели полученных технологических смазок | |||||||||
| №№ п/п | Показатели | № композиции | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 (прототип) | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 1 | Вязкость при 50°С | 25,6 | 29,4 | 26,8 | 26,8 | 26,8 | 26,8 | 24,7 | 25,4 |
| 2 | Кислотное число, мг КОН/г | 0,75 | 0,75 | 1,12 | 1,12 | 1,12 | 1,12 | 0,75 | 0,005 |
| 3 | Содержание серы, % | 3,33 | 5,00 | 3,33 | 3,33 | 3,33 | 5,00 | 1,67 | 9,1 |
| 4 | Температура вспышки в открытом тигле, °С | 195 | 196 | 195 | 195 | 195 | 196 | 194 | 195 |
| 5 | Плотность при 20°С, г/см3 | 0,899 | 0,905 | 0,903 | 0,904 | 0,903 | 0,902 | 0,893 | 0,94 |
| 6 | Коррозионное воздействие на металл | Выдерживает | |||||||
| 7 | Содержание механических примесей, % | 0,002 | 0,002 | 0,002 | 0,002 | 0,002 | 0,002 | 0,002 | 0,002 |
| 8 | Зольность, % | 0,005 | 0,007 | 0,005 | 0,005 | 0,005 | 0,007 | 0,002 | 0,01 |
| Таблица 4 | ||||
| Результаты испытаний технологических смазок | ||||
| №№ п/п | Критическая нагрузка, кгс | Нагрузка сваривания, кгс | Индекс задира | Диаметр пятна износа, мм |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 1 | 141 | 950 | 129,1 | 0,65 |
| 2 | 150 | 1000 | 131 | 0,64 |
| 3 | 141 | 950 | 129,4 | 0,64 |
| 4 | 150 | 1000 | 131,2 | 0,65 |
| 5 | 138 | 940 | 123,9 | 0,81 |
| 6 | 141 | 950 | 129,1 | 0,71 |
| 7 | 135 | 900 | 120,4 | 0,84 |
| 8 (прототип) | 150 | 1000 | 131,2 | 0,64 |
Технологическая смазка для холодной объемной штамповки металлов на основе сульфидированных α-олефинов, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит смесь 2-фенил-3,4-фуллеро[60]тетра-гидротиофенов общей формулы (1), сульфидированные α-олефины фракции C16-C18, рапсовое и минеральное масла при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Сульфидированные α-олефины фракции C16-C18 | 5-15 |
| Смесь 2-фенил-3,4-фуллеро[60]тетрагидротиофенов (1) | 0,003-0,007 |
| Рапсовое масло | 10-30 |
| Индустриальное масло | остальное. |
