RU2177983C1

RU2177983C1 - Смазочно-охлаждающая жидкость для обработки металлов резанием

Info

Publication number: RU2177983C1
Application number: RU2000110427A
Authority: RU
Inventors: Юрий Дмитриевич Читаев; Юрий Федорович Малыхин; Игорь Иванович Злотников; Владимир Харитонович Русый; Владимир Алексеевич Смуругов; Татьяна Ивановна Халапсина
Original assignee: Гомельский жировой комбинат
Priority date: 2000-04-21
Filing date: 2000-04-21
Publication date: 2002-01-10

Abstract

Изобретение относится к смазочно-охлаждающим технологическим средам, применяемым при обработке металлов резанием на операциях точения, сверления, фрезерования и шлифования. Смазочно-охлаждающая жидкость содержит, мас. ч. : жировые гудроны, выделенные из соапстоков растительных масел и/или технического жира - 100, гидроксид натрия 2,0-3,8, олеат натрия 4,0-6,5, моноглицерид жирных кислот 1,5-2,6, триполифосфат натрия 3,7-4,5, жидкое стекло 0,6-4,4 и воду 2250-2400. Технический результат - высокая стабильность, хорошая удаляемость с обработанной детали, низкое пенообразование и высокие антифрикционные свойства. 2 табл.

Description

Изобретение относится к смазочно-охлаждающим технологическим средам и может использоваться для обработки металлов резанием на операциях точения, сверления, фрезерования и шлифования.

Известна смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ) для обработки металлов, содержащая гудрон от дистилляции жирных кислот, выделенных из соапстоков растительных масел или технического жира, триэтаноламин (15-20 мас. % от гудрона), минеральное масло в соотношении 1: 1-1: 2,5 от массы омыленного триэтаноламином гудрона, гидроксид натрия, взятый в количестве 0,5-1,0 мас. % от вышеуказанной смеси и воду до получения 5% эмульсии СОЖ [1] . Недостатком этой СОЖ является сложный способ ее приготовления и недостаточные антифрикционные свойства.

Известна также СОЖ для механической обработки металлов, включающая (мас. %) олеиновую кислоту 0,4-0,8, триэтаноламин 0,3-0,5, иодистый калий 0,1-0,2, поливиниловый спирт 0,3-0,6, полидиеновую олифу 4,9-7,9 и воду [2] . СОЖ обладает недостаточной стабильностью и антифрикционными свойствами.

Кроме того, известен концентрат СОЖ для холодной обработки металлов, содержащий (мас. %) продукт частичного омыления гудрона от дистилляции жирных кислот, выделенных из соапстоков растительных масел или технического жира 35,5-45,5, щелочные соли гуминовых кислот 3-6 и воду [3] . Недостатком данной технологической среды является ее повышенная вязкость, ограниченность ее использования для обработки металлов резанием и невысокие антифрикционные свойства.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является смазочно-охлаждающая жидкость для обработки металлов резанием, включающая жировые гудроны, а именно смесь гудронов от дистилляции жирных кислот, выделенных из соапстоков растительных масел при получении олеиновой кислоты с головной фракцией тех же кислот в их массовом отношении (4-19): 1, щелочной агент - триэтаноламин 20-25 мас. % от вышеуказанной смеси, смазку - минеральное масло в массовом отношении 1: (0,5-2,5) к омыленной триэтаноламином вышеуказанной смеси и воду до получения эмульсии СОЖ с концентрацией 5 мас. % [4] . Недостатком этой СОЖ являются невысокие антифрикционные свойства, склонность к пенообразованию, большое содержание триэтаноламина - токсичного вещества и высокое содержание минерального масла, которое при жестких режимах механической обработки вызывает дымление и трудно смывается с поверхности обработанной детали. Кроме того, недостатком известной СОЖ является необходимость использования только специального гудрона, образующегося при получении олеиновой кислоты из растительных масел, что усложняет процесс изготовления СОЖ.

Задача изобретения - повышение антифрикционных и экологических свойств, снижение пенообразования, а также улучшение удаляемости смазочно-охлаждающей жидкости и упрощение ее изготовления.

Поставленная задача решается за счет того, что смазочно-охлаждающая жидкость для обработки металлов резанием, содержащая жировые гудроны, щелочной агент, смазку и воду, содержит в качестве жировых гудронов гудроны, выделенные из соапстоков растительных масел и/или технического жира, в качестве щелочного агента - гидроксид натрия, в качестве смазки - олеат натрия и дополнительно триполифосфат натрия, моноглицерид жирных кислот и жидкое стекло при следующем соотношении компонентов, мас. ч. :
Жировые гудроны - 100
Гидроксид натрия - 2,0 - 3,8
Олеат натрия - 4,0 - 6,5
Моноглицерид жирных кислот - 1,5 - 2,6
Триполифосфат натрия - 3,7 - 4,5
Жидкое стекло (по сухому остатку) - 0,6 - 2,4
Сущность изобретения и предполагаемый механизм действия компонентов заключается в следующем. Применяемый для изготовления СОЖ жировой гудрон представляет собой кубовый остаток дистилляции жирных кислот соапстоков растительных масел и технического жира и имеет следующий химический состав, мас. %:
Миристиновая кислота - 0,5 - 1,0
Пальмитиновая кислота - 15 - 20
Стеариновая кислота - 1 - 2
Олеиновая кислота - 20 - 30
Линолевая кислота - 30 - 40
Продукты полимеризации и конденсации углеводородов - Остальное
Гудрон содержит целый комплекс предельных и непредельных жирных кислот, обеспечивающих его высокую смазочную способность, а получаемые при омылении гудрона мыла имеют достаточно высокую моющую, смазывающую, эмульгирующую и экранирующую способность. Использование в предлагаемой СОЖ для омыления гудрона не триэтаноламина, а гидроксида натрия позволяет добиться более быстрого омыления и избежать токсичного действия триэтаноламина. При содержании гидроксида натрия менее 2,0 мас. ч. эмульсия СОЖ нестабильна, а при содержании более 3,8 мас. ч. повышается ее коррозионная агрессивность по отношению к обрабатываемому металлу. При содержании олеата натрия менее 4,0 мас. ч. значительно снижаются смазочные свойства СОЖ, а содержание сверх 6,5 мас. ч. не приводит к дополнительному положительному эффекту. Моноглицерид жирных кислот играет роль эмульгатора неомыленных жиров и неомыляемых продуктов, содержащихся в гудроне. Содержание моноглицерида менее 1,5 мас. ч. приводит к нестабильности и быстрому расслаиванию эмульсии СОЖ, а содержание сверх 2,6 мас. ч. приводит к неоправданному расходу дорогостоящего компонента. Триполифосфат натрия выполняет роль антифрикционной присадки. В процессе резания триполифосфат способствует экранированию вновь образующихся поверхностей металла за счет образования на поверхности нерастворимых фосфатов. Содержание триполифосфата менее 3,7 мас. ч. приводит к увеличению коэффициента трения, а содержание сверх 4,5 мас. ч. увеличивает коррозионную активность СОЖ. Жидкое стекло снижает поверхностное натяжение СОЖ, увеличивая ее моющую и проникающую способность, а также образует на поверхности трения силоксановые пленки, снижающие коэффициент трения. Снижение содержания жидкого стекла менее 0,6 мас. ч. (по сухому остатку) приводит к увеличению коэффициента трения и снижению стойкости режущего инструмента. Повышение содержания сверх 4,4 мас. ч. снижает устойчивость эмульсии СОЖ к расслаиванию. Вода, введенная в количестве 2250-2400 мас. ч. , позволяет получать эмульсию СОЖ с концентрацией близкой 5%. Повышение содержания воды сверх 2400 мас. ч. ухудшает эксплуатационные свойства СОЖ, а снижение менее 2250 мас. ч. увеличивает концентрацию СОЖ и приводит к ее перерасходу без улучшения свойств.

СОЖ готовят следующим образом. Жировой гудрон, указанного выше состава, помещают в обогреваемый смеситель и подогревают до температуры размягчения 55-75^oС. После этого в гудрон при непрерывном перемешивании небольшими порциями добавляют 10%-ный водный раствор гидроксида натрия. Процесс ведут в течение 30-40 мин, в результате чего получают гудрон, омыленный на 40-60% (в зависимости от исходного кислотного числа). В омыленный гудрон при непрерывном перемешивании добавляют олеат натрия и моноглицерид жирных кислот при указанной выше температуре и перемешивают в течение 10-15 мин. Далее к смеси добавляют триполифосфат натрия в виде 10-20%-ного водного раствора. В последнюю очередь вводят жидкое стекло в виде стандартного 40-60%-ного раствора. После этого смесь перемешивают в течение 5-10 мин. Полученный концентрат разбавляют водой до содержания в нем воды 50 мас. %. Последующее разбавление водой до рабочей концентрации 5% можно производить как сразу же после изготовления концентрата, так и после его транспортировки к месту потребления. В готовый продукт можно вводить стандартные добавки функционального назначения: бактерицидную добавку, ингибиторы коррозии.

Составы СОЖ конкретного выполнения приведены в таблице 1. Сравнительные свойства предлагаемой СОЖ и прототипа приведены в таблице 2. СОЖ по прототипу готовили следующим образом (пример 4 прототипа). Гудрон от дистилляции жирных кислот, выделенных из соапстоков растительных масел при получении олеиновой кислоты, смешивали с головной фракцией тех же кислот в массовом соотношении 8: 1 при температуре 80^oС, добавляли триэтаноламин в количестве 23 мас. % и перемешивали в течение 1,5 ч. Затем в смесь добавляли минеральное масло марки И-20А в массовом соотношении к продукту нейтрализации 1: 1 и тщательно перемешивали. Полученный концентрат разбавляли горячей водой до концентрации 50%, а затем холодной водой до концентрации 5%.

Как видно из представленных в таблице 2 данных предлагаемая СОЖ обладает более высокими показателями, чем СОЖ по прототипу. Коэффициент трения при использовании предлагаемой СОЖ на 35-45% ниже, чем у СОЖ по прототипу. Удаляемость предлагаемой СОЖ с обработанной детали в 2,5 раза выше, чем у известной. Склонность к пенообразованию СОЖ по изобретению в 2,3-3,5 раза ниже, чем у прототипа. Стабильность разработанной СОЖ на 3,2% выше, чем у известной. Кроме того, предлагаемая СОЖ обладает улучшенными экологическими свойствами, так как не содержит токсичного триэтаноламина и минерального масла, которое вызывает дымление при жестких режимах резания. Для изготовления разработанной СОЖ нет необходимости применять гудрон специального состава, а можно использовать гудроны любого происхождения, что упрощает процесс изготовления.

Примеры IV и V показывают, что свойства СОЖ не изменяются при замене гудрона растительного масла на гудрон технического жира или их смесь. Контрольные примеры I и VII показывают, что выход за заявляемые пределы содержания компонентов приводит к ухудшению характеристик смазки. Контрольный пример VIII показывает, что замена гидроксида натрия на триэтаноламин для омыления гудрона приводит к резкому снижению технологических свойств СОЖ. Контрольный пример IX показывает, что использование в смазке минерального масла вместо олеата натрия приводит к ухудшению всех показателей СОЖ. Таким образом только полное сочетание отличительных признаков приводит к достижению положительного результата. Коэффициент трения определяли на машине трения СМТ-1 по схеме "вал-плоский образец" при непрерывной подаче СОЖ в зону трения. Скорость скольжения составляла 0,5 м/с, а нагрузка 40-100 МПа. Эта схема наиболее полно реализует режим обработки металлов резанием. Кроме того, коэффициент трения контролировали методом осадки кольцевых образцов из алюминия. Наружный диаметр кольцевых заготовок - 48 мм, внутренний - 24 мм, высота - 10 мм. Образцы осаживались до высоты 6,5-7 мм. Коэффициент трения определяли по номограмме.

Стабильность эмульсии СОЖ определяли по ГОСТ 6243-75. О стабильности судили по процентному соотношению отслоившейся части к исходной. Удаляемость СОЖ с поверхности детали определяли по времени удаления СОЖ при промывке детали в растворе CMC "Лабомид 101" с концентрацией 15-20 г/л и температуре 80±5^oС. Отсутствие остатков СОЖ на детали определяли визуально, время удаления фиксировали по секундомеру. Склонность эмульсии СОЖ к пенообразованию определяли методом встряхивания цилиндра. В стеклянный цилиндр наливали 100 мл СОЖ и измеряли высоту уровня эмульсии. Затем цилиндр закрывали пробкой, переворачивали в горизонтальное положение и производили 200 качающих движений в горизонтальной плоскости с амплитудой 35 см в течение 1 минуты. После этого цилиндр возвращали в вертикальное положение и определяли отношение высоты слоя образовавшейся пены к высоте уровня исходной СОЖ.

СОЖ, изготовленная по предлагаемому способу, испытана на ПО "Гомсельмаш" на операциях точения и шлифования и показала высокую эффективность, что подтверждает соответствие заявляемого технического решения критерию "промышленная применимость".

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 1089110, С 10 М 5/14; 5/20, 1984 - опубл.

2. Авторское свидетельство СССР 709668, С 10 М 3/02, С 10 М 3/18, С 10 М 3/26, 1980 - опубл.

3. Авторское свидетельство СССР 1421764, С 10 М 173/00, 1987 - опубл.

4. Авторское свидетельство СССР 1634699, С 10 М 177/00, С 10 N 40/24, 1991 - опубл. (прототип).

Claims

Смазочно-охлаждающая жидкость для обработки металлов резанием, содержащая жировые гудроны, щелочной агент, смазку и воду, отличающаяся тем, что она содержит в качестве жировых гудронов гудроны, выделенные из соапстоков растительных масел и/или технического жира, в качестве щелочного агента - гидроксид натрия, в качестве смазки - олеат натрия и дополнительно триполифосфат натрия, моноглицерид жирных кислот и жидкое стекло при следующем соотношении компонентов, мас. ч. :
Жировые гудроны - 100
Гидроксид натрия - 2,0-3,8
Олеат натрия - 4,0-6,5
Моноглицерид жирных кислот - 1,5-2,6
Триполифосфат натрия - 3,7-4,5
Жидкое стекло (по сухому остатку) - 0,6-4,4
Вода - 2250-2400