Технологическая смазка для холодной объемной штамповки металла

Технологическая смазка для холодной объемной штамповки металла

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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.св. 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.%: серосодержащая 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 следующие.

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 серосодержащей 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 этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов 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.

В состав технологической смазки для холодной объемной штамповки металла входят следующие компоненты, мас.%:

Сульфидированные α-олефины фракции C16-C18	5-15
Смесь этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-
фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов (1)	0.003-0.007
Рапсовое масло	10-30
Индустриальное масло	Остальное

,

где n=1 (8%), n=2 (24%), n=3 (44%), n=4 (24%).

Смесь этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов общей формулы (1) получают взаимодействием фуллерена (С₆₀) (2) с 1-[2-(метилсульфанил)этил]диазоуксусным эфиром (3) в о-дихлорбензоле (о-ДХБ) в присутствии трехкомпонентного катализатора {Pd(acac)₂: 4PPh₃ : 4Et₃Al}, взятыми в мольном соотношении С₆₀ : диазосоединение : Pd(acac)₂: PPh₃ : Et_sAl = 0.01:(0.25-0.35):(0.0015-0.0025):(0.006-0.01):(0.006-0.01), предпочтительно 0.01:0.30:0.002:0.008:0.008, при температуре 80°С в течение 0.2-1.0 ч. Получают смесь этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов общей формулы (1) с выходом ~100%. Реакция протекает по схеме:

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 серосодержащие присадки обеспечивают повышенные противоизносные и противозадирные свойства при добавлении к маслам в количестве 40-50% (см. табл.2, 4, композиция №8). Предлагаемые присадки, в отличие 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 серосодержащей присадки технологическая смазка содержит в качестве наноприсадки смесь этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов (1) в количестве 0,003-0,007%.

Применение смеси этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов (1) в количестве, большем 0,007 мас.%, не приводит к существенному улучшению реологических свойств технологической смазки. Применение смеси этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов (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.

Изобретение поясняется следующими примерами.

1. К раствору 0.002 ммолей Pd(acac)₂ в 0.1 мл о-ДХБ в токе сухого аргона при температуре -5°С и перемешивании добавляют 0.008 ммолей PPh₃, 0.008 ммолей Et₃Al и 0.01 ммолей С₆₀-фуллерена в 1 мл о-ДХБ. Реакционную массу нагревают до 80°С и по каплям добавляют 0.30 ммолей 1-[2-(метилсульфанил)этил]диазоуксусного эфира в 0.5 мл о-ДХБ. Через 0.5 ч реакционную массу охлаждают и пропускают через колонку с небольшим слоем силикагеля. Получают смесь этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов (1) с выходом ~100% (по данным ВЭЖХ).

Спектральные характеристики (I)

ИК-спектр, см-1: 520, 1180, 1440, 1670, 1730. УФ-спектр (CHCl3), λmax, нм: 260, 330, 429. Спектр ЯМР 1Н, δ, м.д.: 1.1-1.5 м, 1.9-2.4 м, 2.5-3.1 м, 4.0-4.5 м. Масс-спектр (MALDI-TOF), m/z: 880.670 (8%) n=1, 1040.769 (24%) n=2, 1200.356 (44%) n=3, 1361.175 (24%) n=4.

2. 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 этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов (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.%:

Серосодержащая присадка, осерненные
α-олефины фракции C16-C18	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 этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов (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 C16-C18	-	25 Б-3В	Остальное

Таблица 3
Физико-химические показатели полученных технологических смазок
№ п/п	Показатели	№ композиции
1	2	3	4	5	6	7	6 (прототип)
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	Вязкость при 50°С, сСт	25,6	29,4	26,8	26,8	26,8	27,9	24,7	25,4
2	Кислотное число, мг КОН/г	0,70	0,70	1,05	1,05	1,05	0,35	0,70	0,05
3	Содержание серы, %	3,00	4,5	3,00	3,00	3,00	4.5	1,5	9,1
4	Температура вспышки в открытом тигле, °С	195	196	195	195	195	196	194	195
5	Плотность при 20°С, г/см3	0,914	0,925	0,918	0,918	0,918	0,921	0,905	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	942	129,1	0,67
2	150	1000	131	0,66
3	141	942	129,4	0,66
4	150	1000	131,2	0,67
5	133	942	123,9	0,74
6	150	1000	131	0,68
7	133	840	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 в качестве серусодержащих присадок она содержит сульфидированные α-олефины фракции C₁₆-C₁₈ и смесь этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов общей формулы где n=1(8%), n=2(24%), n=3(44%), n=4(24%),рапсовое и минеральное масла при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Сульфидированные α-олефины фракции C16-C18	5-15
Смесь этил{1-[2-(метилсульфанил)-
этил]-2,3-фуллеро-[60]циклопропан}карбоксилатов (1)	0,003-0,007
Рапсовое масло	10-30
Индустриальное масло	Остальное