Патент на изобретение №2293759

(54) КОНЦЕНТРАТ ВОДОЭМУЛЬСИОННОЙ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ

(57) Реферат:

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.

[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.

Формула изобретения

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.%:

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

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.