КОНЦЕНТРАТ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ ДЛЯ МАГНИТНО-АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ
LUBRICANT-COOLING LIQUID CONCENTRATE FOR MAGNETIC-ABRASIVE PROCESSING OF METALS

Изобретение относится к смазочно-охлаждающим жидкостям (СОЖ) и их концентратам, используемых при механической обработке металлов, а именно для магнитно-абразивной обработки (МАО), и может быть использовано в машиностроительной, автомобильной и других отраслях промышленности.
В настоящее время СОЖ, применяемые при МАО металлов, представляют собой эмульсии и водные растворы поверхностно-активных компонентов. Однако такие СОЖ имеют недостаточные смазывающие и охлаждающие свойства, недостаточно стабильны при эксплуатации и не обеспечивают технологические показатели качества обработанных поверхностей и усталостной прочности деталей.
Известен концентрат СОЖ для механической обработки металлов, содержащий, мас. %: гидроокись натрия 4,14-4,16; гидроокись калия 1,15-1,17; фосфорноватистокислый кальций 0,16-0,18; канифоль сосновая 0,87-0,89 и воду (см. патент РФ №2440407, С10М 173/02, 2012 г.). Недостатком известного концентрата СОЖ является то, что состав не обеспечивает достаточную производительность при МАО металлов.
1
9
10
16
Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является концентрат СОЖ, использующийся для механической обработки металлов, в частности на операциях точения, сверления, фрезерования, шлифования и т.д. в виде водных растворов различной концентрации, мас. %: эфиры блоксополимера окисей этилена и пропилена 4-10%; триэтаноламиновое мыло синтетических жирных кислот фракций С-С 10-20%; триэтаноламиновое мыло синтетических жирных кислот фракции С-С 0,2-1,0%; триэтаноламиновое мыло олеиновой кислоты 1-3%; триэтаноламин 9-15%; полиэтиленгликоль 10-25%; алкиленгликоль 3-10% нитрит натрия 0,5-3,5%) и воду (см. патент РФ №1822197, С10М 173/02, 1995 г.). Недостатком данного концентрата СОЖ является то, что при введении в процессе приготовлении концентрата триэтаноламина, приводит при МАО к образованию твердой пленки шлама на поверхности металла и тем самым снижает моющие способности СОЖ, а также производительность процесса в целом. Такой состав СОЖ недолговечен при хранении, т.к. выпадает в осадок на стенках резервуаров станков для МАО. Кроме того, концентрат имеет сложный состав, который приводит к большому разбросу его физико-химических свойств.
Техническая проблема состоит в том, что существующие концентраты СОЖ не позволяют обеспечить высокую производительность МАО труднообрабатываемых сталей, снижение шероховатости обрабатываемых поверхностей и характер распределения остаточных напряжений, позволяющий управлять качеством поверхностного слоя обрабатываемой детали.
Задачей настоящего изобретения является повышение производительности и качества обрабатываемых поверхностей методом МАО деталей, изготовленных из труднообрабатываемых сталей.
Большинство концентратов обладают хорошими смазочными свойствами, но и имеют ряд недостатков, начиная от расслоения на отдельные компоненты при длительном хранении, заканчивая контролем за состоянием окружающей среды, которые связаны с утилизацией большого количества отработанных СОЖ. Поэтому разработка водорастворимых СОЖ повышенной эффективности, а именно использование в рецептурах приготовления лесохимических продуктов приводит к увеличению смазочных, охлаждающих и моющих свойств.
7
9
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что концентрат СОЖ для МАО металлов, содержит триэтаноламиновое мыло синтетических жирных кислот фракции С-С, олеиновую кислоту, нитрит натрия, гидроокись калия, канифоль сосновую и воду, мас. %:
триэтаноламиновое мыло
синтетических жирных кислот фракции С<sub>7</sub>-С<sub>9</sub>
40,0-45,0
олеиновая кислота
3,0-5,0
нитрит натрия
2,0-3,0
гидроокись калия
2,0-3,0
канифоль сосновая
5,0-7,0
вода
37,0-48,0
Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, заключается в повышении производительности при МАО при одновременном снижении шероховатости обрабатываемых поверхностей путем улучшения эксплуатационных характеристик заявляемого концентрата.
7
9
1
9
В состав для получения концентрата СОЖ вводится триэтаноламиновое мыло фракции С-С (ТУ 2423-061-05807977-2002), которое приводит к улучшению смачивающих, моющих и эмульгирующих свойств, а также способствует образованию стабильной эмульсии и при хранении в течение длительного времени не расслаивается. В качестве вещества улучшающего эмульгируемость масел и смазывающих свойств является олеиновая кислота (ГОСТ 7580-91). Роль триэтаноламинового мыла синтетических жирных кислот фракции С-С заключается в том, что его используют в сочетании с олеиновой кислотой как эмульгатор, обеспечивающий образование высокодисперсных и высокоустойчивых эмульсий масла в воде с хорошими моющими свойствами, бактерицидную и антикоррозионную защиту эмульсий при длительной эксплуатации. Роль гидроксида калия (ГОСТ 24363-80) состоит в том, что его используют как смазочный материал. Нитрит натрия (ГОСТ 19906-74) используют соответственно для снижения трения в зоне обработки. Введение при приготовлении концентрата канифоли сосновой (ГОСТ 19113-84) позволяет повысить термостабильность компонентов СОЖ готового раствора.
Предложенное соотношение компонентов позволяет получить материал с высокими эксплуатационными свойствами и наименьшими затратами.
Приготовление состава для получения композиции СОЖ осуществляли механическим перемешиванием компонентов и паровым обогревом при температуре 80-130°С в течение 3 часов.
Заявляемые концентраты СОЖ представляют собой маслянистые жидкости темно-коричневого цвета, легко разбавляются как технической, так и водопроводной водой при температуры 10-20°С с образованием полупрозрачных растворов. Для МАО металлов использовали 3%-ный раствор концентрата в воде. Данные рабочие растворы обладают достаточными антикоррозионными свойствами, а рН находится в пределах 8-10. При хранении в течение длительного времени не расслаивается.
Для сравнительных испытаний приготовили составы концентратов СОЖ, химические составы и физико-механические свойства которых представлены в таблицах 1 и 2.
Испытания на производительность при МАО и шероховатость обрабатываемых поверхностей для известного и заявляемых концентратов СОЖ проводились на установке, оснащенной специальной наладкой и полюсными наконечниками, созданной на базе токарного станка ТВ-4. В качестве образцов использовались втулки D×d×L=36×29×32 мм. Материалы образцов - сталь ШХ15 ГОСТ 801-78, твердость 58-62 HRC. Режимы и параметры процесса МАО: величина магнитной индукции в рабочем зазоре 1,0 Тл, скорость вращения детали 30 м/мин, амплитуда осцилляции 2,0 мм, величина рабочего зазора 1,0 мм, время обработки 45 с. В качестве ферроабразивного порошка применялся Ж15КТ ТУ 6-09-03-483-81, зернистость которого 160-200 мкм. Исходная шероховатость поверхностей образцов составляет 0,9-1,0 мкм.
2
2
В процессе испытаний оценивали удельный массовый съем металла (ΔG), мг/(см⋅мин) и шероховатость поверхности (Ra), мкм. Изменение шероховатости поверхности осуществлялось на цифровом измерителе шероховатости поверхности TR-200, взвешивание образцов - на весах лабораторных ВЛТ-1, производительность процесса - по величине удельного массового съема, мг/(см⋅мин). Значения показателей для данных условий МАО определялись как среднее арифметическое результатов замеров на пяти образцах. Результаты испытаний образцов СОЖ приведены в таблице 3.
В результате испытаний установлено, что оптимальным является исследуемый состав 1, который обладает наибольшей устойчивостью и хорошими технологическими свойствами, повышающими производительность МАО и снижающими шероховатость обрабатываемых поверхностей. Анализ показал, что заявляемый состав 1 по сравнению с 2, 3 и прототипом для стали ШХ15 повышает производительность МАО в 1,07-1,20 раза, а также снижает шероховатость обрабатываемой поверхности в 1,23-1,41 раза.
Испытания по определению величины остаточных напряжений и характеру их распределения по сечению детали при МАО для оптимального концентрата СОЖ (исследуемый состав 1) проводились путем сравнения с процессом полирования. Использовались консольные образцы с рабочей частью диаметром 5 мм на изгиб с вращением при частоте 3000 об/мин. Материал образцов - титановый сплав ВТ5 ГОСТ 19807-91. Режимы и параметры процесса МАО: величина магнитной индукции в рабочем зазоре 1,2 Тл, скорость вращения детали 40 м/мин, амплитуда осцилляции 1,0 мм, величина рабочего зазора 1,0 мм, время обработки 60 с. В качестве ферроабразивного порошка применялся Ж15КТ ТУ 6-09-03-483-81, зернистость которого 160-200 мкм.
ост
В процессе испытаний оценивали величину остаточных напряжений (σ), МПа и характер их распределения по сечению образца по методу Н.Н. Давиденкова. Результаты распределения остаточных напряжений в остаточном слое деталей из сплава ВТ5 приведены на таблице 4.
Из полученных результатов можно сделать выводы о том, что исследуемый состав заявленного концентрата СОЖ для МАО соответствует всем требованиям, предъявляемым к концентратам СОЖ по внешнему виду, запаху, плотности, кинематической вязкости, пенообразованию и стабильности при хранении.
К преимуществам предлагаемых составов СОЖ следует отнести использование основного вещества в виде вторичной продукции лесохимического производства, высокую бактериологическую устойчивость, позволяющую сохранять высокие технологические, антикоррозионные и санитарно-гигиенические свойства при длительной эксплуатации, а также процесс утилизации не требующий специальных методов разложения.
Таким образом, ряд лабораторных испытаний показал, что заявляемый концентрат СОЖ предлагается к использованию при концентрации 3% в воде на предприятиях машиностроительного комплекса, что приводит снизить экологические риски воздействия СОЖ как загрязнителей окружающей среды.