Концентрат смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки металлов

 

Разработан новый концентрат синтетической СОЖ с улучшенными технологическими свойствами для механической обработки металлов. Водный концентрат содержит 30-50% жировой части и получен омылением кубовых остатков СЖК (KO) смесью NaOH и триэтаноламином до содержания не менее 1,9 мг-экв/г мыл в расчете на жировую часть, в том числе триэтаноламинового мыла не менее 0,6 мг-экв/г. Состав обладает хорошими ингибирующими коррозию свойствами, легче смешивается с водой, повышает стойкость инструмента. СОЖ эффективен при резании металлов, нарезании резьб черных, легированных и алюминиевых сплавов, при холодной штамповке, а также в качестве органической части полировально-шлифовальных паст. СОЖ хорошо отмывается горячей водой, техническими моющими средствами, не дымит при тяжелых режимах металлообработки. 4 табл.

Изобретение относится к концентратам синтетических смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), используемых для механической обработки металлов, например, при токарных работах, в операциях штамповки, волочения и других, как органическая основа полировально-шлифовальных паст, смываемых водными растворами технических моющих средств.

Большинство известных СОЖ содержит в своем составе минеральные масла [1 и 2], которые дымят при тяжелых режимах работы и требуют мойки обработанной детали органическими растворителями, например керосином. В качестве примера можно привести эмульсол ЭКС, представляющий собой смесь воды, минерального масла и натриевых мыл кубового остатка производства синтетических жирных кислот (КО), омыленных щелочью до значения кислотного числа (КЧ), равного 8-10 мг-экв КОН/г [1, с. 102-104].

Ближайшим по технической сущности и достигаемому результату является концентрат СОЖ для механической обработки металлов, содержащий воду и мыла КО, полученные омылением щелочью до содержания натриевых мыл не менее 1,7 мг-экв/г, в расчете на жировую часть [3].

Недостатками эмульсола прототипа являются слабые ингибирующие свойства и ограниченность применения.

Целью изобретения является разработка концентрата СОЖ, который увеличивал бы стойкость инструмента при резке металлов и обладающего повышенной антикоррозионной активностью.

Поставленная цель достигается тем, что концентрат СОЖ для механической обработки металлов содержит воду и смесь натриевого и триэтаноламинового мыл КО, полученную при омылении КО до содержания не менее 1,9 мг-экв/г мыл в расчете на жировую часть, в том числе триэтаноламинового мыла не менее 0,6 мг-экв/г при следующем соотношении компонентов, мас.%: Смесь натриевого и триэтаноламинового мыл кубового остатка синтетических жирных кислот, полученная при его омылении гидроксидом натрия и триэтаноламином до содержания не менее 1,9 мг-экв/г мыл в расчете на жировую часть, в том числе триэтаноламинового мыла не менее 0,6 мг-экв/г - 30-50 Вода - Остальное В отличие от прототипа предлагаемый концентрат содержит в своем составе смесь натриевых и триэтаноламиновых мыл.

Для получения концентрата использовали КО (ТУ 38-1071231-89) АО Уфанефтехим марок Б и С, характеризуемые КЧ, равным соответственно 70-100 и более 100 мг КОН/г.

В табл. 1 обосновывается минимально необходимое содержание триэтаноламинового мыла КО, необходимое для получения СОЖ с повышенными, в сравнении с прототипом, ингибирующими свойствами. Коррозионную агрессивность эмульсий определяли методом контактных пар по ГОСТ 6243-75, п. 2.2. Хорошие ингибирующие свойства наблюдаются при содержании триэтаноламинового мыла, равном или более 0,6 мг-экв/г. Частным случаем предлагаемых составов является концентрат, содержащий только триэтаноламиновое мыло в количестве не менее 1,9 мг-экв/г (табл. 1, N 5). Такие составы получают из КО марки С с высокими кислотными числами. Они могут быть рекомендованы, например, для холодной прокатки металлов, волочения с последующим отжигом, где недопустимо присутствие солей и гидроксида натрия.

Эмульсии устойчивы лишь при суммарном содержании натриевых и триэтаноламиновых мыл (в пересчете на сухой остаток) ≥ 1,9 мг-экв/г. При меньших содержаниях мыл эмульсии расслаиваются (табл. 2). Максимальное содержание мыл определяется суммой кислотного и эфирного (ЭЧ) чисел KO. Например, для KO с КЧ=100 и ЭЧ=70 мг-экв KOH/г оно может составить 3,0 мг-экв/г (в пересчете на жировую часть концентрата СОЖ).

Устойчивость эмульсий из концентратов, содержащих не менее 1,9 мг-экв/г мыл, определенная по ГОСТ 6243-75, удовлетворительная как в дистиллированной, так и жесткой воде, однако с увеличением жесткости воды слой "сливок" увеличивается (табл. 2). Концентраты СОЖ не содержат присадок, устраняющих влияние солей жесткости. Поэтому для приготовления 2-5%-ных эмульсий рекомендуется использовать умягченную, например, содой воду с общей жесткостью ≅ 3,0 мг-экв/л или паровой конденсат. Эмульсии более высокой концентрации (например, для полировально-шлифовальных паст) можно готовить на водопроводной воде без умягчения.

Получение концентрата СОЖ заключается в омылении при нагревании содержащихся в КО свободных карбоновых кислот и сложных эфиров смесью водных растворов гидроксида натрия и триэтаноламина.

Концентраты СОЖ с добавлением триэтаноламина более жидкие и пластичные, легче смешиваются с водой, чем ранее предложенный состав [3] на основе Na-мыл.

Содержание жировой части 30-50% найдено опытным путем: при ее содержании менее 30% паста содержит много балласта - воды, при концентрации более 50% становится слишком густой.

Смываемость концентратов СОЖ определяли по следующей методике.

Пластинки из жести белой 10х3 см обезжиривали спиртом, высушивали и взвешивали на аналитических весах. На одну сторону пластинок палочкой наносили тонкий слой концентрата СОЖ и снова взвешивали. Пластинки опускали на крючках на 10 мин в стакан с моющим раствором с t=65-70^oC, при перемешивании магнитной мешалкой. Затем пластинку вынимали, ополаскивали в дистиллированной воде, высушивали и взвешивали. Убыль веса в процентах по отношению к количеству нанесенного концентрата отражает смываемость образцов СОЖ. Полученные результаты приведены в табл. 3. Смываемость хорошая, даже если концентраты предварительно высушены.

Предлагаемый состав в виде 2-3% СОЖ рекомендуются для обтачивания и фрезерования черных и легированных металлов, 3-6% - для нарезания резьб, 5-15% - для холодной штамповки, 14-30% эмульсии используют в качестве органической основы полировально-шлифовальных паст. Выбор концентрации СОЖ проводят опытным путем, исходя из вида металла и операции металлообработки. Изделия, обработанные с использованием предлагаемого состава, отмываются горячей водой, водными ТМС, например "Этнас" ТУ 38-3016-80.

Эффективность СОЖ на токарных работах. Обтачивали болванку из стали-35 диаметром 90 мм до 55-61 мм. Глубина резания составляла 3 мм, подача 0,5 мм, средняя скорость ≈ 82 м/мин, общая продолжительность резания в пределах 484 - 581 с. Подача эмульсий производилась вручную поливом. После точения производили замеры на микроскопе размеров и глубины износа режущей кромки инструмента (пластинки из сплава КНТ-16) в 3-х плоскостях. Использовали 2,0 и 3,0% эмульсии (табл. 4).

Как видно из табл. 4, стойкость инструмента при использовании 3% предлагаемой эмульсии (N 4) возрастает. В отличие от прототипа, не наблюдалось образование пригара на режущей кромке твердосплавной пластинки. Положительные результаты получены также при использовании 3-6% предлагаемых эмульсий на операциях сверления и нарезания резьб, 5-15% - при холодной штамповке алюминиевых сплавов и нержавеющих сталей.

Пример 1. Приготовление рабочих эмульсий концентрата СОЖ. Для приготовления эмульсий в чистую емкость помещают отвешенное количество концентрата, добавляют умягченную воду с температурой 60-80^oC и перемешивают до однородной консистенции. Получают устойчивые эмульсии темно-коричневого цвета.

Пример 2. Приготовление полировально-шлифовальных паст. Пасты готовят, используя в качестве органической основы 50-70 мас. ч. 14-30% эмульсий. Выбор абразива, его количество (от 30 до 50 мас. ч) и оптимальную концентрацию эмульсий находят опытным путем. В чистую емкость помещают расчетное количество 14-30% эмульсии, добавляют абразив и перемешивают лопаткой (из фарфора, металла или дерева) до однородной консистенции. Готовую пасту хранят в закрытой таре. При высыхании разводят горячей водой. Пасты хорошо удерживают абразив, не расслаиваясь по крайней мере 1 мес.

Концентрат СОЖ испытан для приготовления шлифовальных паст при обработке столовых приборов из сталей 40Х13 и 30Х13. В сравнении с ранее использовавшейся абразивной пастой розовой ГОСТ 3647-80 наблюдалось снижение расхода пасты, улучшение промывки изделий в конвейерной моечной машине при равных качественных показателях.

Таким образом, предлагаемые концентраты СОЖ имеют доступную сырьевую базу, относительно низкую стоимость, обеспечивают хорошие охлаждающие и смазывающие свойства, увеличивают стойкость инструмента и чистоту обрабатываемой поверхности, не дымят при тяжелых режимах металлообработки, малотоксичны, отмываются водными растворами ТМС, обладают ингибирующими коррозию свойствами.

Формула изобретения

Концентрат смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки металлов, содержащий воду и мыла кубового остатка производства синтетических жирных кислот, отличающийся тем, что концентрат в качестве мыл кубового остатка производства синтетических жирных кислот содержит смесь натриевого и триэтаноламинового мыл кубового остатка производства синтетических жирных кислот, полученную при их омылении гидроксидом натрия и триэтаноламином до содержания не менее 1,9 ммоль/г мыл в расчете на жировую часть, при следующем соотношении компонентов, мас.

Смесь натриевого и триэтаноламинового мыл кубового остатка производства синтетических жирных кислот, полученная при его омылении гидроксидом натрия и триэтаноламином до содержания не менее 1,9 ммоль/г в расчете на жировую часть, в том числе триэтаноламинового мыла не менее 0,6 ммоль/г 30 50 Вода Остальноеб

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2