Результат интеллектуальной деятельности: Смазочно-охлаждающая жидкость

Изобретение относится к смазочно-охлаждающим жидкостям (СОЖ), обеспечивающим технологические процессы лезвийной и абразивной обработки черных металлов в машиностроении.

Из уровня техники известна смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ), основой которой является полиэтиленгликоль - линейный полимер окиси этилена и окиси пропилена, а также продукты их поликонденсации (Кочуров В.Е. В качестве размышления к выбору и эксплуатации смазочно-охлаждающей жидкости / Производство подшипников. М. №1, 2000 г.). Однако эта СОЖ имеет низкие эксплуатационные характеристики и не обеспечивает достаточной долговечностью рабочего инструмента, используемого при металлообработке.

Известна смазочно-охлаждающая жидкость (RU 2415177, С10М 173/02, С10М 129/40, С10М 133/08, С10М 125/10, С10М 137/04, 2011.03.27.) для использования в машиностроительном производстве в процессах обработки металлов резанием, в частности, на операциях лезвийной и абразивной обработки черных металлов, которая содержит следующие компоненты в мас. %:

Данная СОЖ не обеспечивает достаточную долговечность рабочего инструмента, используемого при металлообработке и защиту деталей от коррозии.

Наиболее близкой СОЖ к заявляемой смазочно-охлаждающей жидкости является 6% водный раствор, который готовится из концентрата смазочно-охлаждающей жидкости по патенту на изобретение (RU 2461610, С10М 173/02, С10М 129/40, С10М 129/74, С10М 173/04, 2012.09.20), при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Данная смазочно-охлаждающая жидкость не обладает достаточными смазочными и антикоррозионными свойствами.

Задачей данного изобретения является разработка смазочно-охлаждающей жидкости с улучшенными эксплуатационными свойствами.

Технический результат - увеличение срока службы металлорежущего инструмента, повышение качества обработки поверхности деталей и защита их от коррозии.

Технический результат достигается за счет того, что заявляемая смазочно-охлаждающая жидкость, используемая при механической обработке металлов, содержащая воду, олеиновую кислоту, алкилполиоксиэтиленфосфат дополнительно содержит метаборат калия и 1,1'-этилен-2,2'-диолеил-бис-имидазолин - продукт взаимодействия олеиновой кислоты с триэтилентетраамином при температуре 110-120°С с применением комбинированного катализатора, содержащего катионит КУ-2 и едкий калий в соотношении 1:1 при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Приготовление этой смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в виде 6%-ного водного раствора осуществляют следующим образом. Сначала готовят 60%-ный водный концентрат следующих ингредиентов при их соотношении, мас. %:

Концентрат готовят следующим образом: в воду добавляют 1,1'-этилен-2,2'-диолеил-бис-имидазолин, потом добавляют метаборат калия, олеиновую кислоту, алкилполиоксиэтиленфосфат в количествах указанных по изобретению и смесь интенсивно перемешивают в течение 20-30 минут при комнатной температуре. Для приготовления СОЖ использовали следующие вещества: олеиновая кислота (ГОСТ 7580-91), алкилполиоксиэтиленфосфат (ТУ 2484-344-05763441-2001), метаборат калия (ТУ 6-09-2033-77).

Используемый в данной жидкости 1,1'-этилен-2,2'-диолеил-бис-имидазолин синтезирован взаимодействием олеиновой кислоты с триэтилентетраамином (ТУ 6-09-3207-76) при температуре 110-120°С с применением комбинированного катализатора, содержащего катионит КУ-2 и едкий калий в соотношении 1:1 (Кузнецов С.А. Получение и свойства многофункциональных имидазолиновых присадок / С.А. Кузнецов, Е.В. Васильева, Н.И. Кольцов // Вестник Чувашского университета. 2008. - №2. - С. 37-41) согласно уравнению:

Полученное соединение перекристаллизовывали из н-гептана и определяли кинематическую вязкость при 50°С, значение которого равно 1051 мм²/с, плотность при 20°С - 0,932 г/см³, а также значение гидрофильно-липофильного баланса, которое равно 5,0. За ходом реакции во времени осуществляли контроль по кислотному числу (ГОСТ 29039-91). Выход 85%.

Для дальнейших испытаний использовали 6% водный раствор СОЖ, приготовленный путем разбавления водой ранее полученного 60% концентрата. Составы СОЖ приведены в табл. 1.

Испытания СОЖ, по составам табл. 1, на устойчивость к микробному поражению проводят в соответствие ГОСТ 9085-78. Основные физико-химические показатели СОЖ: стабильность эмульсии и рН определяют в соответствии ГОСТ 6243-75, пенообразование - методом, изложенным в ТУ 38-101-147-74, запах - органолептически, цвет - визуально. Результаты испытаний по вышеуказанным свойствам соответствуют требованиям ГОСТ.

Исследование эффективности действия заявляемой СОЖ на стойкость инструмента и качество обработанной поверхности проводят путем сравнения ее с прототипом СОЖ, на операциях сверления, точения и шлифования следующих марок сталей: Ст. 20, Ст. 45, 40Х, 30ХГС, 50ХН.

Сравнительные испытания СОЖ по прототипу и заявляемой на операции сверления стали проводят на станке типа 2Н125 с использованием сверла диаметром 10,8 мм из быстрорежущей стали Р6М5. Оценку проводят по крутящему моменту и по стойкости сверла до износа по задней грани, равного 0,7 мм. Подачу СОЖ в зону резания осуществляют поливом свободно падающей струей с расходом жидкости 6 л/мин.

Сравнительные испытания на операциях точения проводят на токарно-винторезном станке 16К20 с бесступенчатым приводом. Подачу СОЖ в зону резания осуществляют поливом свободно падающей струей с расходом жидкости 6 л/мин.

Оценку стойкости инструмента проводят на операции точения резцами с твердосплавными пластинами ВК6 при следующих режимах резания: скорости резания 0,16; 0,22 и 0,31 м/с при подаче 0,14 мм/об и глубине резания 0,5 мм.

Оценку стойкости режущего инструмента и качества обработанной поверхности (шероховатость) проводят на операции точения резцами с пластинами из твердых сплавов Т15К6 и КТН-16 при режиме: скорость резания 1,66 м/с, подача 0,15 мм/об, глубина резания 1 мм.

Стойкость резца при точении определяют по времени износа его задней поверхности на 0,5 мм.

Сравнительные испытания влияния на стойкость инструмента и качество обработанной поверхности (шероховатость) на операции шлифования при различных режимах работы проводят на плоскошлифовальном станке ЗГ-71. Подачу СОЖ в зону резания осуществляют высоконапорной струей при расходе жидкости 30 л/мин.

Результаты испытаний на операциях сверления и точения заявляемой СОЖ и по прототипу, их влияние на стойкость инструмента, а также на качество обработанных поверхностей, приведены в табл. 2-5.

Таблицы 2, 4 и 6 показывают увеличение срока службы обрабатывающего инструмента, таблица 3 показывает уменьшение крутящего момента, а таблица 5 иллюстрирует уменьшение шероховатости обработанных поверхностей различных материалов при разных режимах с использованием заявляемой СОЖ по сравнению с прототипом.

Результаты испытаний показывают, что заявляемая СОЖ в сравнении с прототипом позволяет увеличить срок службы абразивных кругов в среднем на 23%, и уменьшить шероховатость обработанной поверхности в среднем на 15%.

Исследования прототипа и заявляемой в качестве изобретения СОЖ по влиянию на противокоррозионную устойчивость углеродистой стали проводят гравиметрическим методом. Образцы из стали Ст. 10 размером 120×10×1 мм из одной партии шлифуют наждачной бумагой различной зернистости, полируют на сукне до полного удаления рисок, остающихся от шлифования. Продукты коррозии с поверхности образцов удаляют в ингибированной кислоте (18% HCl + 0,5% КИ-1).

Испытания полностью погруженных шлифованных и обезжиренных образцов проводят в стеклянных сосудах при соотношении объема раствора к поверхности металла 18-20 мл/см². Коррозионной средой являются растворы заявляемой СОЖ и прототипа, в качестве контроля используют водопроводную воду. Время выдержки образцов в коррозионных средах составляет 30 суток.

Эффективность действия ингибиторов оценивают по потере массы образцов в исследуемых средах. Скорость коррозии (К) вычисляют по убыли массы образцов, отнесенной к единице поверхности за единицу времени по формуле:

К=m₀ - m/ S⋅t,

где m₀ и m - масса пластинки до и после опыта, соответственно, г; S - площадь пластинки, м²; t - время проведения опыта, ч.

Ингибиторный эффект (коэффициент торможения), который показывает, во сколько раз ингибитор замедляет скорость коррозии, вычисляют по формуле:

γ=К₀/К,

где К и К₀ - скорость коррозии в присутствии ингибитора и без него, соответственно. Степень защиты, характеризующую полноту подавления коррозии, определяют в %:

Z=К₀-К/К₀⋅100.

Результаты противокоррозионных испытаний представлены в табл. 6.

Из данных табл. 7 видно, что заявляемая СОЖ обладает более высокими показателями ингибирования коррозии стали.

Таким образом, смазочно-охлаждающая жидкость позволяет повысить стойкость режущего инструмента, улучшить качество обработанной поверхности и повысить противокоррозионные свойства по сравнению с прототипом.