СМАЗКА ДЛЯ ХОЛОДНОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
LUBRICANT FOR COLD METAL TREATMENT UNDER PRESSURE

Изобретение относится к технологическим смазкам для обработки металлов давлением и может быть использовано в процессах холодной штамповки, прокатки и волочения цветных металлов и сплавов.
В процессах холодной деформации металлов применяют смазки на основе растительных масел, жирных кислот и их производных.
Известна смазка (А.С. СССР №722943, С10М 5/12, 5/14, 1980 г.) на основе жирных кислот процесса пиролиза касторового масла и циклогексанола. Циклогексанол легко смешивается с жирными кислотами, что позволяет регулировать вязкость и проникающую способность смазки, оптимальная дозировка которой обеспечивает высокое качество поверхности при деформации изделий из цветных металлов.
Недостатком приведенной выше смазки является разбавление жирнокислотной основы циклогексанолом, который снижает экранирующие свойства этой смазки, что не компенсируется добавкой кетокислот.
Известна смазочная композиция (Патент РФ №2326160, С10М 163/00, 2008 г.), содержащая до 65 мас.% олеиновой кислоты с небольшой добавкой свиного жира, экранирующие свойства которой улучшаются металлосодержащими компонентами - медной и бронзовой пудрой.
Существенными недостатками приведенной выше смазки является:
- ограничение применения смазочной композиции только в стационарных режимах трения;
- в процессах же обработки металлов давлением высокая вязкость ухудшает проникающую способность смазки, а добавка металлической пудры не позволяет получить высокое качество поверхности готовых изделий.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является смазочная композиция на основе олеиновой кислоты (Патент РФ №2044761, С10М 129/08, 1995 г.), содержащая глицерин, олеат меди и глицерат меди при следующем соотношении компонентов, мас.%:
олеат меди
3-5
глицерат меди
1-3
глицерин
5-10
олеиновая кислота
91-82
Смазка эффективна в процессах деформации профилей из углеродистых и низколегированных сталей, когда экранирующие свойства создаются за счет реакции олеата и глицерата меди с поверхностью деформируемого металла, в ряде случаев заменяя нанесение медного подсмазочного покрытия.
Существенным недостатком данной смазки является то, что:
- при деформации пластичных цветных металлов, особенно медных сплавов, когда экранирующие свойства смазки не так важны, эти добавки работают только как загустители, увеличивая вязкость смазки и снижая ее антифрикционные свойства, при этом на готовых изделиях остается значительный слой смазки, что снижает качество поверхности;
- основу смазки составляют дорогие и дефицитные компоненты - олеиновая кислота и глицерин.
Задачей заявляемого технического решения является создание смазки, в которой отсутствуют приведенные выше недостатки, повышаются антифрикционные и экранирующие свойства смазки, улучшается качество поверхности изделий после деформации, расширяется сырьевая база для производства технологических смазок, заменяются дорогие и дефицитные компоненты побочными продуктами производства масложировой и химической промышленности.
Поставленная задача достигается тем, что в смазку, содержащую олеиновую кислоту и глицерин, олеиновую кислоту вводят в составе дистиллята, получаемого в качестве отходов в процессе физической рафинации подсолнечного масла, а глицерин вводят в составе безводного мыльно-глицеринового концентрата, получаемого при обработке подсолнечного масла раствором щелочи в метиловом спирте, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Дистиллят, получаемый в качестве отходов
в процессе физической рафинации подсолнечного масла
50-70
Безводный мыльно-глицериновый
концентрат, получаемый при обработке
подсолнечного масла раствором щелочи
в метиловом спирте
50-30
Дистиллят из подсолнечного масла выделяют в процессе его физической рафинации, для чего подсолнечное масло подвергают совмещенному процессу дистилляции и дезодорации при остаточном давлении 0,13-0,8 кПа и температуре 230-260°С.
При такой обработке из подсолнечного масла выделяются свободные жирные кислоты и другие летучие с острым паром побочные продукты, а также масло, уносимое с жирными кислотами.
Таким образом, получаемый дистиллят представляет собой смесь преимущественно свободных жирных кислот и нейтрального масла с массовой долей жирных кислот 70-80% (Арутюнян Н.С., Корнена Е.П., и др. Технология переработки жиров. М., Промиздат, 1999 г.).
При этом подсолнечное масло, из которого выделяют дистиллят, приобретает дополнительную пищевую ценность, а сам дистиллят является высококислотным жировым отходом процесса физической рафинации подсолнечного масла и характеризуется следующими показателями:
Цвет
светло-желтый
Консистенция
жидкая
Кислотное число, мг/г
130-175
Число омыления, мг КОН/г
180-185
Температура застывания жирных кислот, °С
18-20
Массовая доля неомыляемых веществ, мас.%
9-15
Массовая доля веществ нерастворимых в эфире, мас.%
1,5-1,3
Массовая доля влаги и летучих веществ, мас.%
0,1-0,5
Безводный мыльно-глицериновый концентрат (МГК) получают следующим образом: подсолнечное масло обрабатывают 2-4% раствором NaOH в метиловом спирте при температуре 65-75°С в течение 3-6 часов при соотношении метанол-масло 1:3-1:4.
В процессе переэтерификации получают смесь сложных эфиров, солей жирных кислот (мыла), глицерина и метанола.
Полученную смесь отстаивают, всплывшие сложные эфиры отделяют, а метанол отгоняют под вакуумом. В результате в реакторе получают смесь солей жирных кислот (мыла) и глицерина - мыльно-глицериновый концентрат (МГК) (Патент РФ №2184139, С11D 13/00, 2002 г.).
Необходимо отметить, что целевым продуктом являются сложные эфиры жирных кислот, используемые в дальнейшем, например, в производстве полиамидных смол и биотоплива, а мыльно-глицериновый концентрат является отходом процесса переэтерификации подсолнечного масла, характеризуется следующими показателями:
Цвет и внешний вид при 20°С
Мазеобразная или твердая масса от желтого до коричневого цвета.
Концентрация при 50°С
Однородная вязкотекучая масса
Массовая доля глицерина, %
40-60
Массовая доля мыла, %
60-40
Температура застывания выделенных жирных кислот, °С
18-20
Массовая доля влаги, %, не более
2,0
Содержание метилового спирта (качественная реакция)
Отсутствие
При проведении анализа уровня техники заявителем не обнаружен аналог, идентичный всем существенным признакам заявляемого изобретения, а сравнительный анализ смазки, принятой за прототип, и заявляемой смазки позволил выявить совокупность отличительных признаков в заявляемом объекте, изложенных в формуле изобретения.
Предлагаемую смазку готовят простым смешением компонентов при температуре 80-150°С и интенсивном перемешивании.
Испытания смазок проводились при осадке колец из меди. Материал штампов пресса - закаленная сталь (ШХ-15), высота колец 50 мм, наружный диаметр 25 мм, толщина стенки 2 мм. Величина разовой деформации - 50%. Исходная температура заготовки и штампа 20°С.
Методика осадки колец в этих условиях моделирует условия работы смазки в процессах холодной штамповки и волочения цветных металлов.
В процессе испытаний определяли антифрикционные, экранирующие свойства смазок и качество поверхности образцов после осадки.
Антифрикционные свойства смазок характеризуются коэффициентом трения (f), а экранирующие (противозадирные) свойства - коэффициентом налипания (Кн).
Коэффициент налипания определяется как отношение площади налипания (Fн) к общей площади контактной поверхности продеформированного металла с инструментом (Fк).
Чем меньше площадь налипания (Fн), тем меньше коэффициент налипания (Кн) и тем лучше экранирующие свойства смазки.
Качество поверхности после деформации определялось как среднее арифметическое отклонение профиля (Ra).
Результаты испытаний смазок приведены в таблице.
Как видно из таблицы, предлагаемая смазка обладает более высокими свойствами, снижая коэффициент трения (f=0,34 у прототипа, при f=0,28-0,32 на предлагаемой смазке).
При этом антифрикционные свойства снижаются по мере увеличения в составе предлагаемой смазки содержания мыльно-глицеринового концентрата.
Экранирующие (противозадирные) свойства предлагаемой смазки также лучше, чем у смазки, принятой за прототип (Кн=0,41 у прототипа, при Кн=0,30-0,40 на предлагаемой смазке).
При этом экранирующие (противозадирные) свойства снижаются по мере уменьшения в составе предлагаемой смазки содержания мыльно-глицеринового концентрата.
Оптимальным сочетанием антифрикционных и экранирующих (противозадирных) свойств обладают составы предлагаемой смазки, которые и обеспечивают наиболее высокое качество поверхности колец после деформации (Ra=2,2-2,5 мкм).
Увеличение содержания в предлагаемой смазке мыльно-глицеринового концентрата более 50 мас.% снижает антифрикционные свойства смазки до уровня прототипа.
Снижение содержания в предлагаемой смазке мыльно-глицеринового концентрата ниже 30 мас.% снижает экранирующие (противозадирные) свойства смазки до уровня прототипа и ухудшает качество поверхности колец после деформации.
Использование предлагаемой смазки для холодной обработки металлов давлением по сравнению с прототипом позволяет:
- повысить антифрикционные и экранирующие свойства смазки;
- повысить качество поверхности изделий после деформации;
- заменить дорогие и дефицитные компоненты (олеиновую кислоту, олеат и глицерат меди, глицерин) побочными продуктами производств масложировой и химической отраслей промышленности.