ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СМАЗКА ДЛЯ ХОЛОДНОЙ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ МЕТАЛЛА
PROCESS LUBRICANT FOR METAL COLD MASSIVE FORMING

Изобретение относится к смазочным композициям для технологических целей, в частности к технологическим смазкам для операций холодной объемной штамповки металлов.
Известна смазочная композиция для холодной обработки металлов давлением, содержащая в качестве основы хлорированные углеводороды или хлорированные эфиры с антикоррозионными присадками [Квятковская Г.А. и др. Влияние вязкости нефтяной основы на технологические свойства масляных СОЖ. «Повышение качества смазочных материалов и эффективности их применения». М., 1977, с.105-108]. Недостатком данной композиции является то, что при глубокой вытяжке деталей с деформацией 12-20% за один проход она дает риски на деталях.
Известна смазочная композиция для холодной обработки металлов давлением [Патент РФ №2024602. Бюл. №35 (1994)] содержащая, мас.%: полиметакрилат 5-8; антикоррозионную добавку 0,5-6; хлорированный парафин 35-45; осерненные тетрамеры пропилена 5-7; минеральное масло - остальное. Недостатком данной композиции является плохая совместимость полиметакрилата с минеральными маслами, что вызывает нарушение ее однородности. Кроме того, полиметакрилат при повышенных температурах (выше 250°С) подвергается деполимеризации, что приводит к образованию метакрилата, обладающего наркотическим, общетоксичным и резко раздражающим действием.
5
19
Известна смазочная композиция для холодной обработки металла давлением [Авт.св. СССР 702071. Бюл. №45 (1979)], имеющая следующий состав, мас.%: жирные кислоты фракции C-C 2-5; триэтаноламин 4-12; окись цинка 0.1-5; гидроокись бария 0.1-1.5 и хлорированный парафин до 100%.
Существенным недостатком композиции является то, что окись цинка, содержащаяся в смазке, спрессовывается между пуансоном и частью детали и при дальнейшей обработке моющими средствами не обеспечивается полностью ее удаление с обрабатываемой поверхности.
18
28
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является смазочная композиция для холодной обработки металла давлением [Патент РФ №2118983. Бюл. №26 (1997)], имеющая следующий состав, мас.%: серосодержащая присадка - осерненные α-олефины фракции C-C 40-50; синтетическое масло Б-3В 5-30; масло индустриальное - остальное.
Усиление охраны окружающей среды и техники безопасности на производстве обусловило новые требования к индустриальным маслам и технологическим жидкостям, применяемым при обработке металла.
Недостатками известной композиции являются следующие.
5
9
3
1. Применение довольно токсичного и дорогостоящего синтетического масла Б-3В - эфиры пентаэритрита и синтетических жирных кислот фракции С-С (предельно-допустимая концентрация 0,5 мг/м).
2. Большой расход противоизносной и противозадирной серосодержащей присадки, достигающий 40-50%.
Сущность предлагаемого изобретения
16
18
Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что технологическая смазка для холодной объемной штамповки содержит 0,003-0,007 мас.% смеси этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов общей формулы (1), что позволяет значительно снизить расход противоизносной и противозадирной присадки сульфидированных α-олефинов фракции C-C при сохранении высоких реологических свойств смазки в предлагаемом способе.
В состав технологической смазки для холодной объемной штамповки металла входят следующие компоненты, мас.%:
Сульфидированные α-олефины фракции C<sub>16</sub>-C<sub>18</sub>
5-15
Смесь этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-
фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов (1)
0.003-0.007
Рапсовое масло
10-30
Индустриальное масло
Остальное
,
где n=1 (8%), n=2 (24%), n=3 (44%), n=4 (24%).
60
2
3
3
60
2
3
s
Смесь этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов общей формулы (1) получают взаимодействием фуллерена (С) (2) с 1-[2-(метилсульфанил)этил]диазоуксусным эфиром (3) в о-дихлорбензоле (о-ДХБ) в присутствии трехкомпонентного катализатора {Pd(acac): 4PPh : 4EtAl}, взятыми в мольном соотношении С: диазосоединение : Pd(acac): PPh : EtAl = 0.01:(0.25-0.35):(0.0015-0.0025):(0.006-0.01):(0.006-0.01), предпочтительно 0.01:0.30:0.002:0.008:0.008, при температуре 80°С в течение 0.2-1.0 ч. Получают смесь этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов общей формулы (1) с выходом ~100%. Реакция протекает по схеме:
Замена довольно токсичного синтетического масла Б-3В на экологически чистое рапсовое масло обеспечила высокую чистоту обрабатываемой поверхности металлических изделий и низкую токсичность технологической смазки.
Существенное отличие предлагаемого способа
Известные серосодержащие присадки обеспечивают повышенные противоизносные и противозадирные свойства при добавлении к маслам в количестве 40-50% (см. табл.2, 4, композиция №8). Предлагаемые присадки, в отличие от известных, обеспечивают повышенные противоизносные и противозадирные свойства при добавлении к маслам в количестве 10-15% (см. табл.2, 4).
В технологической смазке довольно токсичное синтетическое масло Б-3В заменено на экологически чистое рапсовое масло, обеспечивающее высокую чистоту обрабатываемой поверхности металлических изделий.
С целью значительного снижения расхода противоизносной и противозадирной серосодержащей присадки технологическая смазка содержит в качестве наноприсадки смесь этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов (1) в количестве 0,003-0,007%.
Применение смеси этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов (1) в количестве, большем 0,007 мас.%, не приводит к существенному улучшению реологических свойств технологической смазки. Применение смеси этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов (1) в количестве менее 0,003 мас.% снижает реологические свойства технологической смазки.
Испытание смазочных композиций, где рапсовое масло взято в соотношениях, выходящих за пределы предлагаемых, показали, что уменьшение его количества ухудшает качество обрабатываемой поверхности, появляются задиры и налипание.
Изобретение поясняется следующими примерами.
2
3
3
60
1. К раствору 0.002 ммолей Pd(acac) в 0.1 мл о-ДХБ в токе сухого аргона при температуре -5°С и перемешивании добавляют 0.008 ммолей PPh, 0.008 ммолей EtAl и 0.01 ммолей С-фуллерена в 1 мл о-ДХБ. Реакционную массу нагревают до 80°С и по каплям добавляют 0.30 ммолей 1-[2-(метилсульфанил)этил]диазоуксусного эфира в 0.5 мл о-ДХБ. Через 0.5 ч реакционную массу охлаждают и пропускают через колонку с небольшим слоем силикагеля. Получают смесь этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов (1) с выходом ~100% (по данным ВЭЖХ).
Спектральные характеристики (I)
<img file="00000003.tif" he="41" wi="32" img-content="undefined" img-format="tif" />
ИК-спектр, см<sup>-1</sup>: 520, 1180, 1440, 1670, 1730. УФ-спектр (CHCl<sub>3</sub>), λ<sub>max</sub>, нм: 260, 330, 429. Спектр ЯМР <sup>1</sup>Н, δ, м.д.: 1.1-1.5 м, 1.9-2.4 м, 2.5-3.1 м, 4.0-4.5 м. Масс-спектр (MALDI-TOF), m/z: 880.670 (8%) n=1, 1040.769 (24%) n=2, 1200.356 (44%) n=3, 1361.175 (24%) n=4.
16
18
2. В реактор с механической мешалкой и обогревом загружают минеральное и рапсовое масла, температуру в реакторе повышают до 60-70°С и при непрерывном перемешивании вводят сульфидированные α-олефины фракции C-C и смесь этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов (1). После охлаждения получено прозрачное масло красно-коричневого цвета.
В табл.2 представлены составы изготовленных технологических смазок. Степень эффективности каждого состава оценивают на испытательном стенде - четырехшариковой машине трения. Результаты испытаний приведены в табл.4. Физико-химические свойства изготовленных технологических смазок приведены в табл.3. Испытания технологических смазок проводили в сравнении с известной смазкой (композиция 8, табл.2, 4), содержащей, мас.%:
Серосодержащая присадка, осерненные
α-олефины фракции C<sub>16</sub>-C<sub>18</sub>
50
Синтетическое масло Б-3В
25
Масло индустриальное
Остальное
Таким образом, испытуемая технологическая смазка обеспечивает хорошее качество штамповочных деталей благодаря высоким противоизносным и противозадирным свойствам. Смазка обладает хорошими адгезионными и санитарно-гигиеническими свойствами, стабильна при хранении и применении.
Таблица 1
Физико-химические показатели сульфидированной присадки
№ п/п
Наименование показателей
Показатель
Метод определения
1
2
3
4
1
Внешний вид и цвет
Жидкость красно-коричневого цвета
Визуально
2
Вязкость при 50°С, сСт, в пределах
25-50
ГОСТ 33-82
3
Плотность при 20°С, г/см<sup>3</sup>, не менее
0,930
ГОСТ 3900-85
4
Температура вспышки в открытом тигле, °С, не менее
190
ГОСТ 4333-87
5
Кислотное число, мг КОН/г, не более
6,0
ГОСТ 5985-79
6
Содержание серы, %, не менее
30,0
ГОСТ 1431-85
7
Содержание механических примесей, % не более
0,05
ГОСТ 6370-83
8
Зольность, %, не более
0,01
ГОСТ 1461-85
9
Содержание воды, %
Следы
ГОСТ 2477-85
10
Коррозионное воздействие на металл
Выдерживает
ГОСТ 9.080-77
Таблица 2
Состав технологических смазок
№ композиции
Компонентный состав технологической смазки, мас.%
Сульфидированные α-олефины фракции C<sub>16</sub>-C<sub>18</sub>
Смесь этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов (1)
Рапсовое масло
И-20А
1
2
3
4
5
1
10
0,005
20,0
Остальное
2
15
0,005
20,0
Остальное
3
10
0,005
30,0
Остальное
4
10
0,007
30,0
Остальное
5
10
0,003
30,0
Остальное
6
15
0,005
10,0
Остальное
7
5
0,003
20,0
Остальное
8 (прототип)
50 осерненные α-олефины фракции C<sub>16</sub>-C<sub>18</sub>
-
25 Б-3В
Остальное
Таблица 3
Физико-химические показатели полученных технологических смазок
№ п/п
Показатели
№ композиции
1
2
3
4
5
6
7
6 (прототип)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
Вязкость при 50°С, сСт
25,6
29,4
26,8
26,8
26,8
27,9
24,7
25,4
2
Кислотное число, мг КОН/г
0,70
0,70
1,05
1,05
1,05
0,35
0,70
0,05
3
Содержание серы, %
3,00
4,5
3,00
3,00
3,00
4.5
1,5
9,1
4
Температура вспышки в открытом тигле, °С
195
196
195
195
195
196
194
195
5
Плотность при 20°С, г/см<sup>3</sup>
0,914
0,925
0,918
0,918
0,918
0,921
0,905
0,94
6
Коррозионное воздействие на металл
Выдерживает
7
Содержание механических примесей, %
0,002
0,002
0,002
0,002
0,002
0,002
0,002
0,002
8
Зольность, %
0,005
0,007
0,005
0,005
0,005
0,007
0,002
0,01
Таблица 4
Результаты испытаний технологических смазок
№ п/п
Критическая нагрузка, кгс
Нагрузка сваривания, кгс
Индекс задира
Диаметр пятна износа, мм
1
2
3
4
5
1
141
942
129,1
0,67
2
150
1000
131
0,66
3
141
942
129,4
0,66
4
150
1000
131,2
0,67
5
133
942
123,9
0,74
6
150
1000
131
0,68
7
133
840
120,4
0,84
8 (прототип)
150
1000
131,2
0,64