Состав и способ приготовления смазочно-охлаждающей жидкости
COMPOSITION AND METHOD FOR PRODUCING CUTTING FLUID

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению (металлообработке), в частности к составу и способу приготовления масляной СОЖ (смазочно-охлаждающей жидкости), позволяющее увеличить стойкость режущего инструмента, улучшить качество обрабатываемой поверхности, повысить производительность труда и снизить себестоимость обрабатываемых деталей.
Значение масляной СОЖ все более возрастает в связи с расширением номенклатуры обрабатываемых материалов, имеющих чисто специфические свойства: повышение требований к качеству и точности обработки внедрением методов высокоскоростной обработки и
высокопроизводительных автоматических линий.
Для отдельных видов металлообработки от технологов требуется тщательный подбор нужных жидкостей из огромного ассортимента СОЖ, выпускаемых производителями нефтехимии.
Современная промышленность выпускает большое количество СОЖ, отличающихся содержанием в них присадок. К их основным функциям относят:
• снижение трения и охлаждение металла. С целью уменьшения трения применяются животный жир, техническое рапсовое масло и производные жирных кислот;
• замедление износа режущей кромки инструмента. Для этого используются осерненные жиры и диалкилфосфиты (до 5% СОЖ);
• снижение испаряемости и препятствование образованию тумана. Для этого в СОЖ добавляют полиолефины и аттактический полипропилен (до 3% СОЖ);
• препятствование образованию задиров и заклиниванию инструмента. Этого удается достичь с помощью осерненных жиров, сульфидов и хлорированного парафина;
• антиокислительное действие. Чтобы воспрепятствовать образованию ржавчины, в масляной СОЖ добавляют аминофосфаты, ненасыщенные полимерные кислоты и дисульфиды;
• препятствование вспениванию. Этому способствует применение диметилсиликоновых полимеров
Однако выпускаемый в настоящее время ассортимент СОЖ не всегда удовлетворяет современным требованиям машиностроения и металлообработки. Оценка эксплуатационных свойств СОЖ для некоторых специфических материалов, например для электротехнической стали после ее обработки давлением и термообработки требует особого подхода, как в выборе состава, так и в способе подготовки.
Известен состав СОЖ, содержащий %: олеиновую кислоту 6-10, минеральное масло 1-3 и керосин 87-93, который используется для хонингования металлов. Недостатком известного состава СОЖ является его узкая область применения и использование в качестве основного компонента - керосина, относящегося к пожароопасным веществам. (Авт. Св. СССР 1766952, С10М 169/04, 1992, опубл. 7.10.92, бюл. 37).
Известен состав смазочно-охлаждающей жидкости, содержащей базовую масляную основу и пакет присадок (патент RU №2702353 С1, МПК С10М 69/04, опубл. 08.10.2019). В качестве масляной основы СОЖ содержит композицию нефтяного масла или смеси нефтяных масел различной вязкости, а в качестве присадок содержится от 0,5% до 2% мае. многофункционального пакета присадок следующего состава, % мас.: ди-трет-бутилполисульфид - 35-40, трибутилфосфат - 1-5, углеводородный растворитель - остальное. Предложенная смазочно-охлаждающая жидкость имеет высокие противозадирные свойства. Тем не менее, данный состав достаточно сложно приготовить в обычных условиях из-за дефицита присадок и их высокой стоимости. Кроме этого он мало приемлем для обработки мягких сплавов, а также для электротехнических сталей по причине низкого качества обрабатываемой поверхности и низкой стойкости инструмента.
Известна также масляная смазочно-охлаждающая жидкость, содержащая базовую масляную основу и пакет присадок в зависимости от режима обработки металла (патент RU №26353290, МПК С10М 17/02, опубл. 16.11.2017 г.).
В качестве масляной основы содержит индустриальные масла с большим диапазоном кинематической вязкости при 50°С, в качестве пакета присадок - присадку, представляющую собой смесь смазывающих, серосодержащих и антиокислительных компонентов, представляющую собой специально обработанную смесь противозадирных серо-фосфат-азот-компонентов, загустителей и гомогенизаторов, при следующих компонентах, мас. %: смесь смазывающих, серосодержащих и антиокислительных компонентов 5-15 или противозадирных серо-фосфат-азот-смесью компонентов, загустителей и гомогенизаторов до 20 индустриальные масла до 100. При этом используется индустриальное масло И-15А или смесь индустриальных масел И-8А и И-12А или И-12А и И-40А или И-12А и И-50А, позволяющих получить необходимую кинематическую вязкость СОЖ для различных режимов обработки металлов. Предложенная масляной СОЖ используется для стандартных и тяжелых операций металлообработки преимущественно для углеродистых сталей, а для мягких материалов, в том числе для электротехнических сталей она малоэффективна. Наряду с этим, наблюдается наслаивание металла на инструмент особенно при сверлении.
Существует также большое разнообразие способов приготовления СОЖ. Известен способ приготовление масляной СОЖ (RU 2635329 C, МПК С10М 17/02, опубл. 16.11.2017 г.), который осуществляется следующим образом: смесь индустриального масла с помощью вязкости, пакеты присадок, смесь при перемешивании нагревается до 120°С, после чего выдерживается в течение 2-х часов, охлаждается, фильтруется.
Наиболее близким по технической сущности является способ получения смазочно-охлаждающей жидкости путем смешения воды с компонентами жидкости с последующей обработкой смеси в магнитном поле, при этом воду предварительно подвергают электромагнитной инфранизкочастотной обработке с отбором воды с рН 5-6, которую затем подают на смешение и полученную смесь предварительно подвергают обработке с помощью генератора ультразвуковой частоты (патент RU №2106399 МПК 177/60 опубл. 10.03.1990 г). Недостатком описанного способа являются недостаточно хорошие смазочные свойства СОЖ, что обусловливает недостаточный срок службы режущего инструмента, а также высокая вероятность налипания металла на режущую кромку инструмента, в частности при сверлении отверстий в электротехнической стали.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка состава масляной СОЖ и способа ее приготовления для операции сверления деталей из электротехнических сталей, в том числе, при использовании мелкоразмерного сверла.
Поставленная задача решается путем использования предлагаемого состава и способа приготовления масляной смазочно-охлаждающей жидкости, которая содержит базовую масляную основу и присадку, в диспергированном состоянии, причем в качестве масляной основы взято индустриальное масло, а в качестве присадки технический мел в объемном соотношении 4:1.
Способ приготовления масляной СОЖ включает обработку масляной смеси с добавлением в ее состав технического мела и последующего возбуждения в объеме смеси ультразвуковых колебаний в герметичной рабочей камере. Обработку смеси ведут при избыточном гидростатическом давлении 0,25 МПа, при этом повышают интенсивность ультразвуковых колебаний, направленных снизу вверх, до возникновения кавитации и перехода частиц мела во взвешенное состояние, обеспечивают их измельчение благодаря энергии, образующейся при схлопывании кавитационных пузырьков, образующихся в результате воздействия магнитострикционного излучателя. Интенсивность и время воздействия ультразвуковых колебаний устанавливается экспериментально в зависимости от объема смеси.
Состав и способ приготовления масляной СОЖ поясняется Фиг. 1, 2, 3. На Фиг. 1 показана ультразвуковая экспериментальная установка, на которой проводились исследования по приготовлению маслянной СОЖ. На Фиг. 2 показан сверлильный полуавтомат для отработки и оптимизации режимов сверления заводского исполнения. На Фиг. 3 показан чертеж реальной детали (якорь реле РЭС-48), изготовленного из электротехнической стали.
Конструкция ультразвуковой экспериментальной установки.
Исследования проводились с использованием ультразвукового диспергатора УЗДН-1. На Фиг. 1 представлена конструкция экспериментальной установки, в состав которой входят следующие узлы и детали: 1 - штуцер нагнетания избыточного давления; 2 - накидная гайка; 3 - крышка рабочей камеры; 4 - корпус рабочей камеры; 5 - рабочая камера; 6 - фланец; 7 - уплотнительное устройство; 8 - ультразвуковой излучатель; 9 - подвод кабеля от источника питания.
Последовательность работы.
Пример:
Состав и способ приготовления масляной СОЖ осуществляют следующим образом: в рабочую камеру 5, загружают компоненты смеси, а именно индустриальное масло и технический мел в объемном соотношении 4:1.
Далее, закрывают крышкой 3 и герметизируют накидной гайкой 2. Подача избыточного гидростатического давления осуществлялась от баллона со сжатым газом (азотом) через редуктор и гибкий шланг, закрепленный на штуцере 1. Рабочее давление устанавливалось 0,25 МПа. Данная величина давления в ходе экспериментальных исследований нами была определена как оптимальная для данной цели, обеспечивающая наилучший результат обработки при минимальном времени обработки. Оптимальный режим обработки оценивался по уровню полного перехода частиц мела во взвешенное состояние и их измельчение. Переход во взвешенное состояние и измельчение частиц оценивались отсутствием осадка по истечении 48 часов выдержки масляной СОЖ. Кроме этого уровень измельчения частиц мела контролировался с помощью микроскопа в проходящем свете. Температура в рабочей камере поддерживалась постоянной путем подачи в систему охлаждения проточной воды из водопроводной сети. Оптимальное время обработки составило 10-15 мин.
Эффективность масляной СОЖ оценивалась с использованием полуавтомата заводского исполнения Фиг. 2 при постоянном режиме сверления отверстия в якоре реле РЭС-48 Фиг. 3 изготовленного из электротехнической стали 29НК. Приготовленная масляной СОЖ подавалась в зону сверления капельным способом. Основываясь на результатах сравнительного анализа при сверлении отверстий, используя в первом случае индустриальное масло без добавок, во втором заявляемый состав СОЖ было установлено:
1. Почти в 2 раза увеличился период нормальной работы до очередной заточки сверла.
2. Повысилось качество поверхности сверла (по показаниям портативного измерителя шероховатости TR 200).
3. Во втором случае практически отсутствует наслоение металла на рабочую поверхность инструмента по отношению к первому.
4. Установлено изменение стружкообразования. В первом случае стружка имела сливную форму и наматывалась на сверло, а при затуплении режущей кромки элементную, после чего сверло часто разрушалось. Во втором случае стружка принимала элементно-сливную форму без наматывания на сверло.
Таким образом, благодаря использованию предлагаемого состава масляной СОЖ и способа приготовления повысилось качество поверхности отверстия и снизился процент отбраковки деталей.