Смазочно-охлаждающая жидкость

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

Из уровня техники известны смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ), представляющие собой водные эмульсии эмульсолов ЭТ-2 и ЭГТ, основой которых являются нитрит натрия и тринатрийфосфат (Топлива и смазочные материалы. Рынок продукции: Каталог / Коллектив составителей. М.: Машиностроение, 1994. - 180 с.; Бердичевский Е.Г. Смазочно-охлаждающие средства для обработки материалов: Справочник - М: Машиностроение, 1984. - 224 с.). Однако указанные эмульсионные смазочно-охлаждающие жидкости не удовлетворяют требованиям по стойкости инструмента, качеству отработанной поверхности, противокоррозионной защиты оборудования и деталей.

Наиболее близкой к заявляемой смазочно-охлаждающей жидкости является СОЖ (RU 2415177, С10М 173/02, С10М 129/40, С10М 133/08, С10М 125/10, С10М 137/04, 2011.03.27), используемая в машиностроительном производстве при обработке металлов резанием, в частности, на операциях лезвийной и абразивной обработки черных металлов, которая содержит следующие компоненты в мас. %:

Недостатками известной смазочно-охлаждающей жидкости являются относительно низкие показатели по стойкости режущего инструмента и качеству обработки металлов, а также недостаточные антикоррозионные свойства.

Целью заявляемого изобретения является разработка смазочно-охлаждающей жидкости с улучшенными эксплуатационными свойствами, позволяющими повысить стойкость режущего инструмента, улучшить качество обработки поверхности деталей и защиту от коррозии в процессе механической обработки с применением СОЖ.

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

Технический результат достигается за счет того, что смазочно-охлаждающая жидкость, используемая при механической обработке металлов, содержащая алкилполиоксиэтиленфосфат и воду, дополнительно содержит этиленгликольборат, глицероборат, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Приготовление заявляемой 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 бораттриэтаноламин, потом добавляют этиленгликольборат, глицероборат и алкилполиоксиэтиленфосфат в количествах, указанных по изобретению, и смесь интенсивно перемешивают в течение 20-30 минут при комнатной температуре.

Для приготовления СОЖ использовали следующие вещества: алкилполиоксиэтиленфосфат (ТУ 2484-344-05763441-2001), этиленгликольборат, глицерборат, воду.

Этиленгликольборат (СН₂О)₂ВОН синтезируют следующим образом. В реакционную колбу емкостью 500 мл наливают 200 мл дистиллированной воды и вносят 12,4 г (0,2 моля) борной кислоты и 12,4 г (0,2 моля) этиленгликоля. Смесь непрерывно перемешивают в течение 6 часов при температуре 40°С, затем раствор переносят в кристаллизатор для выращивания кристаллов. Полученный из раствора этиленгликольборат представляет собой белое твердое вещество с температурой плавления 116-118°С. Выход продукта - 17,0 г. (92%). Химический анализ показал, что этиленгликольборат содержит, %: В - 14,10; С - 30,77. Для кристаллов синтезированного соединения определяли показатель преломления иммерсионным методом на поляризационном микроскопе МИН-8, который равен 1435; плотность равна - 1,048 г/см³; молекулярный объем - 74,43 см³/моль; удельный объем - 0,95 см³/г. (Шварц, Е.М. Взаимодействие борной кислоты со спиртами и оксикислотами / Е.М.Шварц // - Рига: Зинатне. - 1990. - 414 с.).

Глицероборат (СН₂О)₃ВОН получают следующим способом: в реакционную емкость помещают 1 литр дистиллированной воды и растворяют в ней 92,0 г (1 моль) глицерина и 62,0 г (1 моль) борной кислоты. Смесь непрерывно перемешивают в течение 1-1,5 часа при комнатной температуре. Затем раствор переносят в кристаллизатор для выращивания кристаллов. Глицероборат - гигроскопичное, стеклообразное вещество, размягчающееся при 150°С. Выход продукта составил 114,9 г (или 97,4%). Химическим анализом найдено, мас. %: С - 30,46; В - 9,32. Синтезированные таким образом соединения являются хорошо растворимыми в воде. (Шварц, Е.М. Взаимодействие борной кислоты со спиртами и оксикислотами / Е.М.Шварц // Рига. Зинатне. - 1990. - 414 с.).

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 с 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. 2-6.

Экспериментальные данные табл. 2, 4 и 6 показывают увеличение срока службы обрабатывающего инструмента, табл. 3 показывает уменьшение крутящего момента, а табл. 5 иллюстрирует уменьшение шероховатости обработанных поверхностей различных материалов при разных режимах с использованием заявляемой СОЖ по сравнению с прототипом. Приведенные данные свидетельствуют о том, что заявляемая СОЖ в сравнении с прототипом обладает улучшенными эксплуатационными свойствами.

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% НСl + 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. 7.

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.