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.
Реферат
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 (Из), нагрузка сваривания (Рк), 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 hз=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.