Смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки металлов резанием

 

Изобретение относится к смазочно-охлаждающим жидкостям (СОЖ), применяемым для механической обработки металлов резанием, и может быть использовано, в частности, при операции протягивания. СОЖ содержит, мас.%: олеиновая кислота 2,0-3,0; бура 1,0-2,0; экстракт растительный конденсированный из твердой фракции свиного навоза (в пересчете на сухое вещество) 5,0 - 10,0; вода - остальное. Использование экстракта в качестве антифрикционной присадки в составе СОЖ повышает стойкость режущего инструмента за счет снижения коэффициента трения между инструментом и обрабатываемой деталью. СОЖ не выделяет вредных запахов при эксплуатации, экологически безопасна. Отработанная СОЖ может быть использована в сельском хозяйстве как удобрение или стимулятор роста растений. Исключается операция обезжиривания деталей после механической обработки. СОЖ пожаробезопасна. Испытания СОЖ на машине трения СТМ-1 по схеме кольцо - кольцо показали снижение момента трения и коэффициента трения на 20 - 28%. Стойкость резца на токарном станке возросла на 17-37%. 2 табл.

Изобретение относится к смазочно-охлаждающим жидкостям (СОЖ), применяемым для механической обработки металлов резанием, и может быть использовано, в частности, при операции протягивания.

Известна СОЖ на основе эмульсола АКВОЛ-6, содержащего, мас.%: экстракт фенольной очистки 18,0; индустриальное масло 18,0; хлорпарафин 27,0; олеиновая кислота 4,0; вода -остальное. Известная СОЖ используется в виде 5%-ного водного раствора и содержит в пересчете на 100%, мас.%; экстракт фенольной очистки 0,9; индустриальное масло 0,9; хлорпарафин 1,35; олеиновая кислота 0,2; вода - остальное (Смазочное-охлаждающие технологические средства для обработки металлов резанием. -М.: Машиностроение, 1986, с. 25).

Известная СОЖ не обеспечивает достаточной износоустойчивости режущего инструмента. Из-за развития в зоне резания высоких локальных температур СОЖ АКВОЛ-6 подвергается термоокислительной деструкции, в результате чего в воздух рабочей зоны поступают вредные для здоровья вещества: сернистый ангидрид, углеводороды, хлористый водород, акролеин. При отсутствии регенерации СОЖ и существующей практике сливания отработанных водных СОЖ в общую канализацию или водоемы присутствие в АКВОЛ-6 хлорпарафина и формалина наносит значительный экологический ущерб.

Наличие в составе известной СОЖ индустриального масла обуславливает необходимость операции химического или электрохимического обезжиривания обрабатываемых деталей, что усложняет технологический процесс.

Недостатком известной СОЖ является также ее повышенная пожароопасность.

Наиболее близкой к изобретению является СОЖ для механической обработки металлов резанием, содержащая, мас.%: антифрикционная присадка в виде сульфофрезола 0,2 - 0,4; керосин 0,4 - 0,6; олеиновая кислота 0,3 - 0,5; триэтаноламин 0,5 - 1,5; вода - остальное (авт.св. СССР N 195051, кл. C 10 M, 1967).

Известная СОЖ не обеспечивает образование в зоне резания эффективных смазочных пленок, обуславливая тем самым недостаточную стойкость режущего инструмента. Высокий коэффициент трения способствует большему тепловыделению, в результате чего усиливается деструкция органических составляющих, возникает запах, ухудшающий санитарно-гигиенические условия персонала.

Присутствие сульфофрезола и керосина загрязняет окружающую среду при утилизации отработанной СОЖ.

Использование известной СОЖ требует проведения дополнительной операции для очистки обрабатываемых деталей путем их химического или электрохимического обезжиривания.

Известная СОЖ многокомпонентна и пожароопасна.

Задачей изобретения является повышение эффективности СОЖ при обеспечении экологической безопасности окружающей среды.

Технический результат, который может быть достигнут при использовании изобретения, заключается в повышении стойкости режущего инструмента, за счет снижения коэффициента трения между инструментом и обрабатываемой деталью. При этом обеспечивается улучшение санитарно-гигиенических и экологических свойств СОЖ, исключается операция химического и электрохимического обежиривания металлических поверхностей после механической обработки, снижается пожароопасность СОЖ.

Указанный технический результат достигается тем, что смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки металлов резанием, содержащая олеиновую кислоту, буру, антифрикционную присадку и воду, в качестве антифрикционной присадки содержит экстракт растительный конденсированный из твердой фракции свиного навоза при следующем соотношении компонентов, мас.%: Олеиновая кислота - 2,0 - 3,0 Бура - 1,0 - 2,0 Указанный экстракт (в пересчете на сухое вещество) - 5,0 - 10,0 Вода - Остальное Экстракт растительный конденсированный из твердой фракции свиного навоза является побочным продуктом при переработке свиного навоза на кормовую добавку и физиологически активное вещество путем экстракции исходного сырья экстрагентом, приготовленным на основе пароконденсата и растворимых солей металлов: Mo, Ba, Pb, Co, V, Cr, Zn, Fe, Sn, Ni, Cu, Mn из расчета на 100 л пароконденсата, мг: Mo - 17,0; Ba - 85,0; Pb - 42,5; Co - 18,0; V - 4,0; Cr - 2,0; Zn - 11,50; Fe - 275,0; Sn - 42,5; Ni - 4,0; Cu - 85,0; Mn - 425,0 (П. СССР N 1839621, М. Кл. A 23 K 1/00, 1993). Указанный побочный продукт образуется после выделения физиологически активного вещества из экстракта и может быть использован как после выпаривания (содержание сухого вещества 50,0 - 55,0 мас.%), так и после сушки.

Экстракт после сушки представляет собой пластичный упругий материал темно-коричневого цвета с содержанием воды 12 - 15%, с зольностью 10 - 27%, содержанием гуминовых веществ 4 - 7%, хорошо растворимый в воде.

Химический анализ этого продукта на инфракрасном спектрометре показал наличие первичных, вторичных, третичных спиртов, органических фосфатов, нитросоединений, сульфосоединений с ароматическим кольцом, кремниевых групп. Все эти составляющие являются высокоэффективными поверхностно-активными комплексообразующими веществами. Они обладают хорошей способностью к образованию молекулярных комплексов с электродонорными молекулами. Это обеспечивает быстрое экранирование ювенильных поверхностей металла, обладающих активной эмиссией электронов. В результате при взаимодействии имеющихся в продукте активных групп с оксидами обрабатываемых металлов образуются высокоэффективные смазочные пленки, уменьшающие коэффициент трения между инструментом и обрабатываемой деталью, и соответственно силу резания и температуру в зоне резания.

Снижение температуры происходит не только за счет образования эффективной смазочной пленки, но и за счет деструктивного разложения части органических составляющих предлагаемой СОЖ в зоне резания и поглощения тепла в результате этого разложения. Все это способствует повышению стойкости инструмента, уменьшению налипания металла на инструмент, улучшению качества обработанной поверхности деталей.

Олеиновая кислота служит полярной присадкой, образующей прочные пленки, введение ее в заявляемом количестве увеличивает проникающую способность СОЖ в зону резания через капилляры и микротрещины обрабатываемой детали и инструмента. Вместе с тем, смазывающая способность СОЖ по изобретению увеличивается также благодаря образованию натриевого мыла при механохимическом взаимодействии буры и олеиновой кислоты, температура разложения которого достигает 300^oC. В результате этого критическая температура, при которой происходит разрушение смазочного слоя, разделяющего трущиеся поверхности, повышается.

Наличие буры в составе предлагаемой СОЖ увеличивает скорость реакции компонентов экстракта (карбоновой кислоты и органических сульфокислот) с оксидами обрабатываемого металла, тем самым интенсифицируется процесс образования смазочных пленок. Являясь бактерицидом, бура увеличивает срок службы СОЖ.

Таким образом, использование в качестве антифрикционной присадки экстракта растительного конденсированного из твердой фракции свиного навоза в сочетании с олеиновой кислотой и бурой в заявляемом соотношении позволяет повысить эффективность СОЖ, что проявляется в увеличении стойкости режущего инструмента.

Выбор пределов содержания экстракта обусловлен следующим. Уменьшение количества экстракта менее 5,0 мас.% приводит к росту коэффициента трения и снижению стойкости инструмента. Увеличение содержания экстракта более 10,0 мас. % приводит к высаживанию экстракта на внутренней поверхности трубопроводов системы подачи СОЖ, что ухудшает транспортировку СОЖ. Кроме того, увеличение содержания экстракта выше заявляемого максимального предела экономически нецелесообразно.

Экстракт растительный конденсированный из твердой фракции свиного навоза, благодаря способу его получения, является стерильным продуктом и не содержит (как и другие компоненты предлагаемой СОЖ) вредных для здоровья человека и опасных для окружающей среды веществ, в связи с чем улучшаются санитарно-гигиеничесие и экологические свойства СОЖ.

Кроме того, в процессе эксплуатации СОЖ по изобретению не выделяет в рабочую зону вредных дурнопахнущих веществ. Присутствие буры снижает щелочность СОЖ, уменьшая ее агрессивность, что также улучшает гигиенические условия персонала.

Использование биоразлагаемой антифрикционной присадки-экстракта из твердой фракции свиного навоза и отсутствие в составе продуктов нефтепереработки повышает экологические свойства СОЖ. Наличие гуминовых кислот и микроэлементов в экстракте позволяет утилизировать отработанную СОЖ в сельском хозяйстве в качестве удобрения и стимулятора роста растений.

Ввиду того, что экстракт хорошо растворяется в воде, СОЖ по изобретению легко удаляется с поверхности обработанных деталей путем промывания их горячей водой. Это позволяет исключить операции химического и электрохимического обезжиривания металлической поверхности после механической обработки.

Отсутствие в составе СОЖ горючих легковоспламеняющихся веществ обеспечивает ее пожаробезопасность.

Предлагаемую СОЖ получают простым смешиванием входящих в нее компонентов с водой при непрерывном помешивании в течение 10 - 15 мин.

По описанной технологии были приготовлены составы СОЖ, представленные в табл. 1.

Для определения эффективности полученных СОЖ были опробованы в трех типах испытаний: а) на машине трения СМТ-1 по схеме кольцо-кольцо для определения момента трения; б) в стойкостных испытаниях на токарном станке; в) при моделировании протягивания на поперечно-строгальном станке.

В последних двух испытаниях обрабатываемый материал-сталь 20 твердостью НВ 180 - 190, резцы из быстрорежущей стали. Скорость резания 12 - 36 м/мин.

Результаты сравнительных испытаний представлены в табл. 2.

Как видно из табл. 2, предлагаемая СОЖ (составы 1 - 3) более эффективна по сравнению с известной (состав 4). Так, испытания на машине трения показали снижение момента трения на 20 - 28%, коэффициента трения - на 20 - 28%, что свидетельствует также о повышении работоспособности СОЖ. Стойкость резца на токарном станке возросла на 17 - 37%, а моделирование протягивания по поперечно-строгальном станке показало снижение величины износа по задней поверхности резца на 7 - 25%, при этом стойкость резца увеличилась на 6 - 16%.

Использование изобретения позволяет повысить износоустойчивость инструмента и обеспечить экологическую безопасность окружающей среды как при эксплуатации, так и утилизации СОЖ.

Преимуществом предлагаемой СОЖ является уменьшение количества входящих в нее компонентов, что упрощает процесс приготовления СОЖ. Кроме того, в числе компонентов отсутствуют дефицитные продукты переработки нефти - невоспроизводимого природного сырья, а используется продукт переработки легковоспроизводимого сырья - отходов свинокомплексов.

Формула изобретения

Смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки металлов резанием, содержащая олеиновую кислоту, буру, антифрикционную присадку и воду, отличающаяся тем, что в качестве антифрикционной присадки она содержит экстракт растительный конденсированный из твердой фракции свиного навоза при следующем соотношении компонентов, мас.%: Олеиновая кислота - 2,0 - 3,0 Бура - 1,0 - 2,0 Указанный экстракт (в пересчете на сухое вещество) - 5,0 - 10,0
Вода - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2