СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩЕЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ СРЕДСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ И АЛМАЗНЫМ ВЫГЛАЖИВАНИЕМ
LUBRICANT AND COOLING TECHNOLOGICAL MEANS FOR TREATMENT OF METALS BY CUTTING AND DIAMOND GRINDING

Изобретение относится к химической промышленности, а именно - к смазочно-охлаждающим технологическим средствам (СОТС) и может быть использовано при обработке металлов резанием и отделочно-упрочняющей обработке поверхностей деталей из сталей и цветных металлов резанием и алмазным выглаживанием.
В настоящее время для этих целей применяют смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ): водные эмульсии из 5 эмульсолов или растворы неорганических электролитов и поверхностно-активных веществ [Курчик Н.Н. и др., Смазочные материалы для обработки металлов резанием, изд. "Химия", М., 1972, с. 130-155]. Примерами таких продуктов могут служить эмульсолы Э, ЭГТ, НГЛ-205, Укринол-1, ЭМУС и др., состоящие из нафтеновых, смоляных (канифольных), жирных сульфокислот (например, от очистки нефтяных дистиллятов) в виде солей с едким натрием (калием), минерального масла и стабилизатора - спирта и воды. В частности, эмульсолы Э (Э-1, Э-2, Э-3) содержат нафтеновые кислоты масляного асидола - 7÷12%, едкий натрий - 0,7÷1,3%, этиловый спирт или этиленгликоль - 1,5÷2,0%, воду - 4÷6%, минеральное масло - до 100% [Товарные нефтепродукты: Свойства и применение. Справочник, изд. "Химия", М., 1972. С. 346-354]. Аналогично ЭМУС: минеральное масло с добавками нефтяных сульфонатов и противоизносных присадок [Поверхностные явления и поверхностно-активные вещества (справочник), под ред. А.А. Абрамзона и Е.Д. Щукина, Л., «Химия», 1984]. Далее на месте применения такие концентраты разбавляют водой (обычно в соотношении от 1:50 до 1:10) с образованием эмульсий молочного цвета, используемых для смазки и охлаждения режущего (штампового) инструмента и обрабатываемых изделий.
Указанные эмульсии имеют существенный недостаток - низкое качество обработки поверхности деталей и недостаточную стойкость инструмента.
Известен концентрат смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) [Пат. №2597599 РФ, МПК С10М 173/00, 109/02, 105/66; C10N 30/04, 30/06, 30/12, 40/20. Концентрат смазочно-охлаждающей жидкости / Трошин В.Ю., Ульяненко В.И.; заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью "ПРОФМАСЛО". - №2015133002/04, заявл. 07.08.2015; опубл. 10.09.2016, Бюл. №25. - 10 с.], содержащий продукты взаимодействия триэтаноламина с олеиновой кислотой, борной кислотой, моноалкилфосфорной кислотой, целевые добавки - пеногаситель, отдушку и воду. В качестве продукта взаимодействия триэтаноламина с олеиновой кислотой используют триэтаноламиновые мыла олеиновой кислоты и триэтаноламиновые мыла оксиэтилированной олеиновой кислоты на 7 молей окиси этилена; в качестве продукта взаимодействия триэтаноламина с борной кислотой используют продукт взаимодействия триэтаноламина с модифицированной борной кислотой; в качестве продукта взаимодействия триэтаноламина с моноалкилфосфорной кислотой используют продукт, где в качестве спиртового агента служит полиэтиленгликоль 400, концентрат дополнительно содержит водный раствор полиэтиленгликоля 1500 в концентрации 30-35% масс, и ингибитор меди, в качестве которого используют продукт взаимодействия бензотриазола с триэтаноламином в массовом соотношении 1:5, при следующем соотношении компонентов, мас. %: триэтаноламиновые мыла олеиновой кислоты - 10,0÷20,0; триэтаноламиновые мыла оксиэтилированной олеиновой кислоты на 7 молей окиси этилена - 10,0÷12,0; продукт взаимодействия триэтаноламина с модифицированной борной кислотой - 25,0÷28,0; продукт взаимодействия триэтаноламина с моноалкилфосфорной кислотой, где в качестве спиртового агента служит полиэтиленгликоль 400 - 25,0÷30,0; водный раствор 30-35% полиэтиленгликоля 1500 - 10,0÷12,0; продукт взаимодействия бензотриазола с триэтаноламином в массовом соотношении 1:5 - 0,3÷0,5; пеногаситель - 0,05÷0,07; отдушка - 0,003÷0,005; вода - до 100%.
Недостатком аналога является повышенная интенсивность изнашивания инструмента при механической обработке детали, так и при пластическом деформировании.
Наиболее близким к предлагаемому составу смазочно-охлаждающего технологического средства (СОТС) является концентрат смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для механической обработки металлов [Патент РФ №2299235, МПК С10М 173/02, С10М 135/10, С10М 129/56, С10М 133/08, C10N 40/20. Концентрат смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки металлов / Серов В.А.; заявитель и патентообладатель Серов В.А. - №2005106014/04; заявл. 03.03.2005; опубл. 20.05.2007, Бюл. №14. - 5 с.], включающий талловое масло или кислоты таллового масла, алканоламин, воду, спирт или гликоль или их эфиры, алкилсульфонат или алкилбензолсульфонат при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Талловое масло или кислоты таллового масла
22-50
Алканоламин, в частности ди- или триэтаноламин
8-30
Вода
10-52
Спирт или гликоль или их эфиры
5-10
Алкилсульфонат или алкилбензолсульфонат
3-6.
a
Недостатками прототипа являются недостаточная стойкость металлообрабатывающего инструмента и повышенная шероховатость Rповерхности деталей за счет неудовлетворительных смазочных и противоизносных свойств СОТС, приводящих к низкой эффективности его использования.
Техническим результатом настоящего изобретения является улучшение стойкости металлообрабатывающего инструмента и снижение шероховатости поверхности деталей за счет улучшения смазочных и противоизносных свойств СОТС, приводящих к повышению эффективности его использования.
Указанный результат достигается тем, что смазочно-охлаждающее технологическое средство (СОТС) для обработки металлов резанием и алмазным выглаживанием, содержащее триэтаноламин, согласно изобретению, дополнительно имеет в своем составе смазочный графит, полиоксиэтиленгликолевые эфиры высших жирных спиртов, полиэтиленгликоль низкомолекулярный 400, индустриальное масло И-50 при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Триэтаноламин
10-15
Смазочный графит
3-5
Полиоксиэтиленгликолевые эфиры
высших жирных спиртов
10-20
Полиэтиленгликоль низкомолекулярный 400
30-40
Индустриальное масло И-50
30-40.
Технический результат достигается предлагаемым составом компонентов СОТС и их соотношением, способствующим повышению стойкости металлообрабатывающего инструмента и снижению шероховатости поверхности деталей за счет улучшения смазочных и противоизносных свойств СОТС, приводящих к повышению эффективности его использования.
a
a
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведены показатели относительной стойкости метчиков при обработке стали 40Х: 1 - без СОТС; 2-е известным составом СОТС (прототип); 3, 4, 5 - с предлагаемым составом СОТС; на фиг. 2 - относительная стойкость сверл диаметром 6 мм из быстрорежущей стали Р6М5 при обработке стали 40Х: 6 - без СОТС; 7 - с известным составом СОТС (прототип); 8, 9, 10 - с предлагаемым составом СОТС; на фиг. 3. показана гистограмма изменения шероховатости R в зависимости от метода обработки для деталей из стали 40X13, где приведено изменение шероховатости R в зависимости от метода обработки для деталей из стали 40X13: 11 - точение; 12 - точение + алмазное выглаживание с применением СОТС (прототип); 13, 14, 15 - точение + алмазное выглаживание с применением предлагаемого состава СОТС.
Для реализации изобретения использованы следующие вещества:
- триэтаноламин (ТУ 2423-168-00203335-2007);
- полиоксиэтиленгликолевые эфиры высших жирных спиртов (препарат ОС-20) (ГОСТ 10730-82. Вещества текстильно-вспомогательные. Препарат ОС-20. Технические условия (с Изменениями N 1, 2, 3));
- полиэтиленгликоль низкомолекулярный 400 (ТУ 2483-007-71150986-2006);
- масло И-50 (ГОСТ 20799-88. Масла индустриальные. Технические условия (с Изменениями N 1-5));
- смазочный графит (ГОСТ 8295-73. Графит смазочный. Технические условия (с Изменениями N1-4)).
2
2
3
Триэтаноламин (HO-CHCH)N - это ингибитор коррозии. Триэтаноламин - бесцветная жидкость, смешивается с водой во всех отношениях, слабое основание.
Полиоксиэтиленгликолевые эфиры высших жирных спиртов (препарат ОС-20) - антифрикционные вещества и загустители смазочно-охлаждающего средства (СОТС).
Полиэтиленгликоль низкомолекулярный 400 является гидрофильной основой и связующим веществом СОТС.
Масло И-50, используется в качестве базового компонента при изготовлении пластичных смазок, представляет собой очищенное дистиллятное масло или смесь остаточного и дистиллятного нефтяных масел без присадок, применяется в машинах и механизмах промышленного оборудования.
Смазочный графит - это кристаллический графит, полученный при раздельном или совместном обогащении природных руд, графитсодержащих отходов металлургических производств и производства кремния, предназначенных для изготовления графитовых препаратов и паст, применяемых в качестве смазок.
Смазочно-охлаждающее технологическое средство (СОТС) для обработки металлов резанием и алмазным выглаживанием получают следующим образом.
Пример 1. 10 г (10 мас. %) триэтаноламина, 3 г (3 мас. %) смазочный графита, 10 г (10 мас. %) полиоксиэтиленгликолевых эфиров высших жирных спиртов (препарат ОС-20 (загуститель)) и 40 г (40 мас. %) полиэтиленгликоля низкомолекулярного 400 перемешивают в течение 10 минут. Затем добавляют 37 г (37 мас. %) индустриальное масло И-50 и нагревают смесь до температуры 80°C и, помешивая, выдерживают состав при данной температуре в течение 1 часа и затем охлаждают. В итоге консистенция смазочно-охлаждающего технологического средства (СОТС) получается в виде пластичной пасты.
Пример 2. В 12 г (12 мас. %) триэтаноламина добавляют 4 г (4 мас. %) смазочного графита, 12 г (12 мас. %) полиоксиэтиленгликолевых эфиров высших жирных спиртов (препарат ОС-20 (загуститель)) и 32 г (32 мас. %) полиэтиленгликоля низкомолекулярного 400 и перемешивают в течение 13 минут. Затем добавляют 40 г (40 мас. %) индустриального масла И-50 и нагревают смесь до температуры 83°С и, помешивая, выдерживают состав при данной температуре в течение 1 часа и затем охлаждают. В итоге консистенция смазочно-охлаждающего технологического средства (СОТС) получается в виде пластичной пасты.
Пример 3.
Триэтаноламин - 15 г (15 мас. %), смазочный графит - 5 г (5 мас. %), полиоксиэтиленгликолевых эфиров высших жирных спиртов (препарат ОС-20 (загуститель)) - 20 г (20 мас. %) и полиэтиленгликоль низкомолекулярный 400 - 30 г (30 мас. %) перемешивают в течение 15 минут. Затем добавляют 30 г (30 мас. %) индустриального масла И-50 и нагревают смесь до температуры 85°C и, помешивая, выдерживают состав при данной температуре в течение 1 часа и затем охлаждают. В итоге консистенция смазочно-охлаждающего технологического средства (СОТС) получается в виде пластичной пасты.
Технологические (станочные) испытания эффективности СОТС проведены при сверлении отверстия диаметром 6 мм, нарезании резьбы метчиками диаметром Мб и при обработке поверхностей деталей алмазным выглаживанием.
Относительная стойкость метчиков и сверл определялась, соответственно, при нарезании резьбы и сверлении отверстия на деталях из стали 40Х на радиально-сверлильном станке 2А135 с автоматической подачей инструмента и отсутствующей системой охлаждения при следующих режимах:
- при сверлении: v=8 м/мин, n=500 об/мин, s=0,12 мм/об.;
- при нарезании резьбы: n=12 об/мин.
Обрабатываемым материалом были выбраны заготовки в форме пластин толщиной 10 мм (фиг. 1 и 2). СОТС наносилось вручную лопаточкой на сверло или на метчик.
Относительная стойкость метчиков и сверл при применении предлагаемого смазочно-охлаждающего технологического средства (СОТС) выше, чем у метчиков и сверл с использованием прототипа. Это свидетельство того, что СОТС в виде пасты имеет улучшенные смазочные свойства и за счет этого активнее проникает и удерживается в зоне контакта инструмент -обрабатываемое изделие.
Обработка алмазным выглаживанием поверхностей деталей из стали 40X13 проводилась на токарном станке типа ИЖ 250ИТВМФ1.Технология упрочнения алмазным выглаживанием включает следующие этапы:
- токарная обработка (точение) при режимах:
n=800 об/мин, S=0,15 мм/об;
- алмазное выглаживание при режимах:
n=200 об/мин, S=0,01 мм/об, сила выглаживания - 300 Н.
a
Измерение шероховатости R производилось на приборе профилометре - профилографе модели АБРИС-ГГМ7, запись профилограмм - на ЭВМ. Результаты испытаний СОТС - технологические свойства (эффективность) СОТС и известных СОЖ при обработке металлов - приведены в таблице.
a
Из таблицы видно, что после обработки алмазным выглаживанием поверхностей деталей из стали 40X13 с применением предлагаемого смазочно-охлаждающего технологического средства (СОТС) величина шероховатости R уменьшается по сравнению с прототипом на 15-20%, а при обработке образцов из стали 40Х относительная стойкость метчика увеличилась на 15-18%, сверла на 4-7%.