СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩАЯ ЖИДКОСТЬ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ
LIQUID LUBRICANT-COOLANT FOR MACHINING OF METALS

Изобретение относится к области механической обработки металлов резанием, шлифованием и давлением конструкционных сталей, а также очистки цеховых, складских помещений и мытья рук цеховых рабочих, обслуживающего персонала.
К настоящему времени известно достаточно большое количество смазывающих, охлаждающих жидкостей для механической обработки металлов.
Наиболее близким решением из уровня техники по технической сути к заявленному является состав смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для механической обработки, содержащий следующие компоненты, (мас.%): продукт термической обработки канифоли при 130-135°С моноэтаноламином 1-1,5; вода 98,5-99 (авторское свидетельство СССР №1384609, C10N 30/06, 1988 г.).
Водный раствор на основе термически обработанной канифоли при 130-135°С моноэтаноламином при данном соотношении, повышает стойкость инструмента и улучшает качество обработки металлов.
Однако недостатком данного состава СОЖ является применение экологически вредных веществ (моноэтаноламин - 2-ой класс опасности), переходящих в газовую фазу в процессе резания, что вызывает заболевание кожи рук и дыхательных путей рабочих, а также требует сложных способов утилизации, что резко увеличивает стоимость СОЖ.
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является получение более эффективного и экологически чистого состава СОЖ при сохранении ее качественных характеристик в процессе механической обработки.
Поставленная задача решается за счет того, что смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки металлов, согласно изобретению, дополнительно содержит гидроокись натрия, гидроокись калия, фосфорноватистокислый кальций, канифоль сосновую и воду в следующем соотношении, 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
- вода до 100
Рассмотренный экологически чистый состав растворов критических и эффективных масс фаз, каждый химический элемент состава стремится к 0, образуя при этом ионную атмосферу, плотность которой формируют короткоживущий ион гидроаксония, данного рода физический эффект необходим затем для того, чтобы со скоростью, близкой к скорости звука, растворять высокомолекулярную массу, которая затем могла бы образовывать устойчивые экологически чистые комплексы критического состава. Предоставленное в формуле изобретения соотношение компонентов (мас.%) необходимо для создания критического состояния, при котором взаимная растворимость компонентов становится неограниченной.
Был проведен ряд экспериментов для определения соотношения компонентов (мас.%), при котором наблюдается полная растворимость компонентов раствора, что свидетельствует о достижении раствором критического состояния. Результаты экспериментов приведены в табл.1.
Таблица 1
№ п/п опыта
Состав раствора, мас.%
Результат
1
- гидроокись натрия - 4,10-4,11
Химическая реакция с выпадением осадка. Не достигнуто критическое состояние.
- гидроокись калия - 1,10-1,12
- фосфорноватистокислый кальций - 0,12-0,13
- канифоль сосновая - 0,85-0,86
- вода - до 100.
2
- гидроокись натрия - 4,12-4,13
Химическая реакция с выпадением осадка. Не достигнуто критическое состояние.
- гидроокись калия - 1,13-1,14
- фосфорноватистокислый кальций - 0,14-0,15
- канифоль сосновая - 0,86-0,865
- вода - до 100.
3
- гидроокись натрия - 4,14-4,16
Полная растворимость компонентов раствора. Критическое состояние р-ра.
- гидроокись калия - 1,15-1,17
- фосфорноватистокислый кальций - 0,16-0,18
- канифоль сосновая - 0,87-0,89
- вода - до 100.
4
- гидроокись натрия - 4,17-4,18
Химическая реакция с выпадением осадка. Не достигнуто критическое состояние.
- гидроокись калия - 1,18-1,19
- фосфорноватистокислый кальций - 0,19-0,20
- канифоль сосновая - 0,87-0,89
- вода - до 100.
5
- гидроокись натрия - 4,19-4,22
Химическая реакция с выпадением осадка. Не достигнуто критическое состояние.
- гидроокись калия - 1,20-1,22
- фосфорноватистокислый кальций - 0,21-0,22
- канифоль сосновая - 0,9-0,91
- вода - до 100.
Эксперимент №3 из табл.1 наглядно демонстрирует, что заявленный состав химических реагентов находится в так называемой критической точке растворимости, где взаимная растворимость компонентов раствора становится неограниченной. Причем, как показали эксперименты, критическая точка максимальной растворимости компонентов находится в достаточно узком диапазоне.
Заявленная СОЖ может быть получена различными известными способами, например нижеуказанным. В качестве исходных веществ применяются:
- натрия гидроокись по ГОСТ 4328-77 (техническая);
- калия гидроокись по ГОСТ 24363-80 (техническая);
- кальций фосфорноватистокислый по ГОСТ 11678-75 (технический);
- вода питьевая холодная по ГОСТ 6709-72
- канифоль сосновая (техническая)
Изначально необходимо приготовить навески исходных веществ, г
- натрия гидроокись 41,5±0,1
- калия гидроокись 11,6±0,1
- кальция фосфорноватистокислого 2,7±0,1
- канифоль сосновая 8,8±0,1.
Указанные количества веществ приведены ориентировочно для синтеза 10 л состава.
Затем в стеклянную емкость вместимостью 2 л высыпать навеску гидроокиси натрия, влить мерным цилиндром 1 л воды и перемешать до полного растворения навески. В полученный раствор высыпать навеску гидроокиси калия, перемешать до полного растворения навески, вылить раствор в канистру вместимостью 10-20 л и разбавить раствор водой до 8 л.
Далее в стеклянную емкость вместимостью 2 л высыпать навеску фосфорноватистокислого кальция, влить мерным цилиндром 1 л воды, перемешать и вылить полученный раствор в канистру с раствором гидроокисей натрия и калия. Довести объем раствора водой до 10 л в данной таре.
Из канистры по п.2. взять 50 мл состава и поместить в него 0.5 г канифоли, которая должна мгновенно раствориться, а раствор окраситься в желтый цвет. Если такого быстрого растворения канифоли не произошло, то необходимо проверить вес реактивов по п.2 на соответствие ГОСТам, а переходы 1 и 2 повторить, контролируемый состав утилизировать.
Состав в количестве 50 мл, прошедший испытание на скорость растворения, вылить в канистру по п.2., а канистру закрыть.
В канистру по п.2. высыпать навеску канифоли по пункту 2 и перемешать.
Из канистры по п.5. налить 10-15 мл состава и замерить показатель преломления, который должен находиться в пределах 1.3345-1,3450, что соответствует критическому составу 35 г/л с.
На инструментальном заводе проводились испытания СОЖ с заявленным составом на различных технологических операциях, например таких, как обработка металлов резанием и шлифование. Проведенные испытания показали высокую эффективность СОЖ и отсутствие вредных испарений в процессе обработки.
Смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки металлов, мас.(%) (заявленная)
Смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки металлов, мас.(%) (по прототипу)
гидроокись натрия 4,14-4,16
продукт термической обработки канифоли при 130-135°С
моноэтаноламином 1-1,5
гидроокись калия 1,15-1,17
вода 98,5-99
фосфорноватистокислый кальций 0,16-0,18
канифоль сосновая 0,87-0,89
вода до 100
Результаты экспериментов по обработке металлов, приведенные в таблице 2, свидетельствуют, что предлагаемый способ дезактивации образцов в сравнении с прототипом обладает существенными преимуществами:
- позволяет эффективно обрабатывать металл, при этом улучшая экологичность процесса обработки;
- значения показателя шероховатости поверхности по данным табл.2 показывают, что эффективность обработки металлов СОЖ с заявленным составом выше.
В таблице 2 приведены результаты обработки
Таблица 2
№ п/п
Шероховатость, мкм
Обработка металла с применением патентуемой СОЖ
Обработка металла с применением СОЖ-прототипа
1
1,75
1,20
1,25
2
1,77
1,22
1,26
3
1,73
1,19
1,23
4
1,7
1,19
1,24
5
1,8
1,23
1,28
Таким образом, полученная смазочно-охлаждающая жидкость более эффективна и ее состав экологически чист при сохранении качественных характеристик в процессе механической обработки изделий