Смазочно-охлаждающее технологическое средство для процессов поверхностного деформирования
LUBRICATING-COOLING TECHNOLOGICAL MEANS FOR SURFACE DEFORMATION PROCESSES

Изобретение относится к смазочно-охлаждающим технологическим средствам (СОТС) и может быть использовано в качестве СОТС при отделочной и упрочняющей обработке поверхностей стальных деталей методами поверхностно-пластического деформирования (ППД), в частности алмазным выглаживанием.
Известна смазочно-охлаждающая технологическая среда для обработки цветных металлов (патент на изобретение РФ №2441060, МПК С10М 173/02, С10М 129/08, С10М 129/32, С10М 129/74, С10М 133/08, С10М 137/04, C10N 40/20, 2012 г.), содержащая мас. %: моноалкиловые эфиры полиэтиленгликоля на основе первичных жирных кислот 2,5-3,0; бис-алкил (С8-С10) полиоксиэтилен фосфат калия с 6 молями окиси этилена 0,05-0,15; триэтаноламин 0,3-0,7; глицерин 5,5-6,0; уксусную кислоту 0,75-3,25; воду до 100, предназначенная для использования в преимущественно в ювелирной и часовой промышленности, где обработка изделий из цветных металлов часто производится с целью улучшения их внешнего вида свободными абразивами.
Недостатком указанной смазочно-охлаждающей технологической среды является необходимость осуществления ее подачи поливом в зону контакта инструмента и детали при обработке детали пластическим деформированием, что значительно увеличивает расход смазочно-охлаждающей технологической среды при постоянной ее подаче в зону обработки.
Известна смазочно-охлаждающая жидкость для алмазного выглаживания сталей (авторское свидетельство СССР №1171513, МПК С10М 141/06, С10М 141/06, С10М 125/02, С10М 125/14, С10М 125/18, С10М 129/40, С10М 133/16, С10М 133/20, C10N 20/06, C10N 30/06, C10N 40/20, 1985 г.), содержащая мас. %: хлорид меди 4-10, коллоидный графит 2-15, ацетамид 5-10, мочевину 0,5-1,0, стеариновую кислоту 0,5-1,0, воду 5-25, глицерин - остальное. Входящие в состав смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) глицерин, хлорид меди, коллоидный графит, ацетамид, мочевина, вода и стеариновая кислота сами по себе являются эффективными смазочно-диспергирующими веществами для пары трения алмаз-сталь, а применяемый в качестве СОЖ раствор этих веществ уменьшает поверхностную энергию и облегчает пластическое деформирование обрабатываемого металла, способствует удалению окисной пленки и осаждению плотного медного покрытия. Разделительная пленка компактной меди препятствует протеканию на рабочей поверхности выглаживателя процессов графитизации и растворения алмаза в обрабатываемом материале, который происходит при сравнительно небольших температурах в условиях трения.
Недостатком указанной СОЖ является то, что ее компоненты имеют недостаточную адгезию с омедненной поверхностью, что значительно повышает расход СОЖ при постоянной подаче в зону обработки, а также снижает ее работоспособность и эффективность использования СОЖ.
Известна смазочно-охлаждающая жидкость для процессов поверхностного деформирования (патент на изобретение РФ №2099396, МПК С10М 125/04, С10М 125/04, С10М 125/02, С10М 125/14, С10М 125/18, С10М 129/40, С10М 133/16, С10М 133/20, C10N4 0/24, 1997 г.), принятая за прототип, содержащая мас. %: хлорид меди 4-10; коллоидный графит 2-15; ацетамид 5-10; мочевину 0,5-1,0; стеариновую кислоту 0,5-1,0; воду 5-25; высокодисперсную медь 3-5; глицерин - остальное.
Недостатком указанной СОЖ является наличие глицерина и, в результате, необходимость осуществления подачи СОЖ поливом в зону контакта инструмента и детали, что значительно повышает расход СОЖ при постоянной ее подаче в зону обработки, а также снижает эффективность использования самого раствора СОЖ.
Технический результат заключается в создании эффективного СОТС обеспечивающего повышение износостойкости и противозадирной стойкости поверхности обрабатываемой детали при уменьшении расхода СОТС.
Технический результат достигается тем, что смазочно-охлаждающее технологическое средство для процессов поверхностного деформирования, содержащее хлорид меди и воду, дополнительно содержит триэтаноламин, полиэтиленгликоль, уксусную кислоту, моноалкиловые эфиры полиэтиленгликоля на основе первичных жирных кислот при следующем соотношении компонентов, мас. %:
хлорид меди
4-7;
триэтаноламин
8-13;
полиэтиленгликоль
35-45;
уксусная кислота
17-30;
вода
1-2;
моноалкиловые эфиры полиэтиленгликоля
на основе первичных жирных кислот
10-26
Для получения смазочно-охлаждающего технологического средства для процессов поверхностного деформирования необходимы следующие вещества:
- триэтаноламин (ТУ 2423-168-00203335-2007);
- полиэтиленгликоль-1500 (ТУ 2483-166-0570575587-2000);
- уксусная кислота (ГОСТ 55982-2014);
- моноалкиловые эфиры полиэтиленгликоля на основе первичных жирных кислот (ОС -20 ГОСТ 10730-82).
Триэтаноламин - это ингибитор коррозии. Полиэтиленгликоль-1500 снижает коэффициент трения. Уксусная кислота предназначена для растворения сложных эфиров при низких температурах (30-40°С). Сложные эфиры образуют граничные слои, разделяющие трущиеся тела (обрабатываемую деталь и алмазный выглаживатель).
Предлагаемое СОТС для процессов поверхностного деформирования готовится следующим образом: в необходимое количество полиэтиленгликоля вводят триэтаноламин и уксусную кислоту и перемешивают в течение 10 минут. В результате получают низкомолекулярные сложные эфиры, которые являются растворителем моноалкиловых эфиров полиэтиленгликоля на основе первичных жирных кислот. Затем вводят моноалкиловые эфиры полиэтиленгликоля на основе первичных жирных кислот и полученную смесь перемешивают до однородной массы. В результате получают пастообразную массу, в которую затем добавляют при перемешивании хлорид меди. СОТС в виде пасты затем может наноситься на поверхность обрабатываемой детали до ее обработки. В результате взаимодействия полиэтиленгликоля и триэтаноламина с уксусной кислотой выделяется вода, обладающая свойством электролита контактного меднения. Вода способствует осаждению медьсодержащего покрытия на обрабатываемую поверхность детали после нанесения СОТС.
Пластичные СОТС применяются однократно, но ввиду малого расхода на многих технологических операциях их применение экономически оправдано. Пасты применяются также на оборудовании, где отсутствует система охлаждения, когда применение жидких СОТС по санитарно-гигиеническим условиям невозможно. Методы нанесения пластичных СОТС различны: погружением инструмента в смазочный материал, нанесением вручную кистью или лопаточкой, подводом к зоне резания при помощи шприца и т.д.
Эффективность вводимых в состав СОТС триэтаноламина, полиэтиленгликоля, уксусной кислоты, моноалкиловых эфиров полиэтиленгликоля на основе первичных жирных кислот оценивалась на основе сравнительных испытаний на износостойкость по методике ускоренных испытаний.
Износостойкость определялась на машине трения при возвратно-поступательном движении. Исследования проводились при статических нагрузках: удельное давление составляло 20 МПа, при нормальной нагрузке 300 Н и числе двойных ходов 1400 в 1 мин. Образцы из стали устанавливались неподвижно, а контробразец из серого чугуна совершал возвратно-поступательное движение.
Величина износа определялась взвешиванием образцов из стали на весах до и после эксперимента по стандартной методике.
В таблице 1 приведено содержание компонентов СОЖ (прототип) и разных составов заявляемого СОТС, мас. %, в таблице 2 приведено изменение коэффициента трения и величины износа стальных деталей от времени наработки при использовании СОЖ (прототип) и разных составов заявляемого СОТС.
Из данных табл. 1 и 2 видно, что предлагаемые СОТС обеспечивают большую износостойкость стальных деталей на 22-25% по сравнению с прототипом (СОЖ), увеличивают их противозадирную стойкость почти в 2 раза, при этом работоспособность стальных деталей сохраняется до 180 мин (до начала задира).