Результат интеллектуальной деятельности: КОНЦЕНТРАТ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ МАСЛОЖИРОВОГО ПРОИЗВОДСТВА ДЛЯ МАГНИТНО-АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ

Изобретение относится к производству смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) и их концентратам, используемых при механической обработке металлов, а именно для магнитно-абразивной обработки, и может быть использовано в различных отраслях промышленности. Изобретение характеризуется доступностью исходных материалов, простотой технологического процесса изготовления и эффективностью использования.

Известен концентрат СОЖ для механической обработки металлов, содержащий, мас.%: минеральное масло 20-35; продукт реакции триэтаноламина с ненасыщенной жирной кислотой борная кислота 3-6; триэтаноламин 10-18; бис-(алкилполиоксиэтилена)-фосфат 9-16 и воду (см. патент РФ №1383779, С10М 173/00).

Недостатком известного концентрата СОЖ является то, что содержащийся в большом количестве триэтаноламин ухудшает экологические свойства СОЖ и вызывает коррозию обрабатываемого металла.

Известен концентрат СОЖ для обработки металлов резанием и давлением, содержащий, мас.%: соапсток светлых растительных масел 10-30; продукт нейтрализации кубового остатка от дистилляции жирных кислот, полученных из светлых растительных масел 10-30 и воду (см. заявка РФ №94019406, С10М 173/02).

Недостатком известного концентрата СОЖ является то, что в конечном продукте в составе присутствуют только жидкие компоненты, которые малоэффективны при обработке металлов резанием.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является концентрат защитного смазочного материала, использующийся при обработках металлов резанием на операциях шлифования и хонингования, содержащий, мас.%: триэтаноламин 0,5-5,0; диоксановые спирты 1-5; борные эфиры диоксановых спиртов 20-30; соапстоки растительных масел и животных жиров 10-20; продукт взаимодействия триэтаноламина с моноалкил-С₁₀-С₂₀ фосфорной и/или диалкил-С₈-С₁₀ фосфорной кислотами и с моноэфиром малеиновой кислоты или продукт взаимодействия триэтаноламина с диалкилдитиофосфорной кислотой или ее цинковой солью или с дибензил- или алкенилянтарным ангидридом, или продукт взаимодействия триэтаноламина с оксиэтилидендифосфоновой кислотой и сульфатом цинка 2-20; целевая добавка: бактерицид, краситель, отдушка не более 4,5 и воду (см. патент РФ №2050408, С10М 173/02).

Недостатком данного концентрата является то, что он при достаточно высоких эксплуатационных характеристиках не стабилен в присутствии воды и это сказывается на ухудшении ингибирующих свойств. Кроме того, концентрат имеет сложный состав, который приводит к большому разбросу его физико-химических свойств.

Техническая проблема известных технических решений заключается в невысокой эффективности СОЖ при обработке материалов в виду сниженных эксплуатационных и экологических характеристик. Большинство концентратов изготавливают из нефтяного сырья, которое способствует увеличению экологической нагрузки на окружающую среду. Это требует разработки и создания новых составов концентратов на основе биологического продукта, в том числе отходов масложирового производства.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что концентрат смазочно-охлаждающей жидкости для магнитно-абразивной обработки включает отходы масложирового производства, триэтаноламин, гидроокись калия, полиметилсилоксановую жидкость и воду. В качестве триэтаноламина используют триэтаноламиновое мыло олеиновой кислоты, а в качестве отходов масложирового производства могут использовать жировые гудроны, либо смесь жировых гудронов и соапстоки растительных масел и жиров, мас.%:

Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, заключается в повышении производительности при магнитно-абразивной обработке при одновременном снижении шероховатости обрабатываемых поверхностей путем улучшения эксплуатационных характеристик заявляемого концентрата.

Жировой гудрон представляет собой кубовый остаток дистилляции жирных кислот из продукта гидролиза растительных масел, состоящий из смеси предельных и непредельных жирных и оксижирных кислот ряда С₁₀-С₂₄, а также содержит их сложные эфиры. Жировые гудроны обладают хорошими смазывающими и ингибирующими свойствами по отношению к металлам. При получении СОЖ, для перевода гудрона в водорастворимое состояние, его предварительно омыляют водным раствором щелочи. Основная часть жирных кислот, в процессе омыления переходит в натриевые мыла, хорошо растворима в воде, но вместе с тем в составе омыленного гудрона всегда присутствуют неомыленные свободные жирные кислоты, определяющие высокие экранирующие и смазывающие свойства таких СОЖ. Соапстоки растительных масел и жиров представляют собой побочный продукт производства маргарина, образующийся при рафинировании подсолнечного, рапсового, соевого и животных жиров соответствующих саломасов. Триэтаноламиновое мыло олеиновой кислоты является высокоэффективным смачивателем и обеспечивает повышенное обезжиривание металлических поверхностей. Гидроокись калия играет роль щелочного агента. Полиметилсилоксановая жидкость обеспечивает низкую устойчивость пены, что улучшает эксплуатационные свойства жидкости. Предложенное соотношение компонентов концентрата позволяет получить продукт с более высокими эксплуатационными качествами, наименьшими затратами на приобретение исходного сырья в связи с удорожанием нефти и повышенными экологическими свойствами.

Приготовление концентрата исследуемого СОЖ осуществляется следующим образом.

В аппарат с механической мешалкой и подогревом вводится рассчитанное количество неомыленных отходов масложирового производства, таких как, например, соапстоков растительных масел, либо жировых гудронов, либо их смеси, которых при постоянном перемешивании нагревают до 50-60°С. Затем в полученную смесь добавляют 10%-ней водный раствор гидроокиси калия и выдерживают при температуре 110-120°С в течение 1,5-2 часов, осуществляя реакцию омыления. Реакционную массу разбавляют горячей водой до требуемой концентрации, охлаждают до 70-80°С и через 10-15 мин при постоянном перемешивании вводят триэтаноламиновое мыло олеиновой кислоты и полиметилсилоксановую жидкость до получения готового продукта. Концентрат СОЖ легко растворим в воде с образованием стабильных растворов. Рабочие растворы обладают высокими моющими и антикоррозионными свойствами, а также умеренным пенообразованием. Физико-химические свойства указывают на высокую стабильность раствора. Для магнитно-абразивной обработки металлов использовали 3%-ней раствор концентрата в воде.

Для сравнительных испытаний приготовили составы концентратов СОЖ, химические составы и физико-механические свойства которых представлены в таблицах 1 и 2.

Сравнительные испытания предлагаемых и известного концентрата СОЖ проводились на установке, оснащенной специальной наладкой и полюсными наконечниками, созданной на базе токарного станка ТВ-4. Обрабатывались поршневые пальцы с размерами D×d×l=25×16×66 мм, материал - сталь 45 ГОСТ 1050-88. Режимы и параметры процесса магнитно-абразивной обработки: величина магнитной индукции в рабочем зазоре, 0,8 Тл, скорость вращения детали, 40 м/мин, амплитуда осцилляции, 1 мм, величина рабочего зазора, 1 мм, время обработки, 45 с. В качестве ферроабразивного порошка применялся Ж15КТ ТУ 6-09-03-483-81, зернистость которого 200-315 мкм. Исходная шероховатость поверхностей до обработки 1,3-1,4 мкм. В процессе испытаний оценивали удельный массовый съем металла (ΔG) и шероховатость поверхности (Ra), мкм. Изменение шероховатости поверхности осуществлялось на цифровом измерителе шероховатости поверхности TR-200, взвешивание образцов - на весах лабораторных ВЛТ-1, производительность процесса - по величине удельного массового съема, мг/(см²⋅мин). Значения показателей для данных условий магнитно-абразивной обработки определялись как среднее арифметическое результатов замеров на пяти образцах. Результаты испытаний образцов СОЖ приведены в таблице 3.

В результате испытаний установлено, что оптимальным является состав II, который обладает наибольшей устойчивостью и хорошими технологическими свойствами, повышающими производительность магнитно-абразивной обработки и снижающими шероховатость обрабатываемых поверхностей. Анализ показал, что заявляемый состав II по сравнению с I, III и прототипом для стали 45 повышает производительность магнитно-абразивной обработки в 1,05-1,23 раза, а также снижает шероховатость обрабатываемой поверхности в 1,21-1,33 раза. К преимуществам предлагаемых составов СОЖ следует отнести использование основного вещества в виде отходов масложирового производства, что увеличивает моющую, смазывающую и эмульгирующую способность, а также простоту изготовления и недефицитность исходных компонентов.

Таким образом, ряд лабораторных испытаний показал, что заявляемый концентрат СОЖ предлагается к использованию при концентрации 3% в воде на предприятиях машиностроительного комплекса, что приводит к меньшим расходам природных ресурсов и образованию значительного количества нефтесодержащих отходов. Технология приготовления данного концентрата СОЖ безотходна и позволяет снизить экологические риски воздействия СОЖ как загрязнителей биосферы. Заявляемый концентрат СОЖ обладает улучшенными эксплуатационными и экологическими характеристиками, что позволяет повысить производительность обработки материалов с уменьшением шероховатости поверхности и обеспечить защиту окружающей среды соответственно.