Смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки металлов

 

Изобретение относится к области механической обработки металлов, а более конкретно к обработке металлов резанием. Жидкость содержит, вес.%: продукт нейтрализации отходов производства себациновой кислоты (ОПСК) триэтаноламином 1,5-3, соль меди, выбранная из группы, включающей хлорид, нитрат, сульфат, 0,2-0,3, перманганат калия 0,03-0,04, вода до 100. Технический результат - повышение смазочной способности, что обеспечивает высокие технологические свойства, повышает производительность процесса механообработки и снижает расход режущего инструмента. 3 табл., 1 ил.

Изобретение относится к области механической обработки металлов, а более конкретно к обработке металлов резанием.

Известны СОЖ, полученные путем омыления жирных кислот (ОПСК) для процессов холодной обработки металлов давлением /1/ и горячей обработке металлов /2/ [1-SU 635124; 2-SU 1281588].

Наиболее близкой по составу и достигаемому результату к предлагаемой является смазочно-охлаждающая жидкость /3/ для механической обработки металлов следующего состава, мас.%: Триэтаноламин - 0,5-1,0 Соль меди, выбранная из группы, включающей хлорид, нитрат, сульфат нитрит натрия - 0,1-0,2 Триэтаноламиновое мыло или соли щелочных металлов жирных кислот С₁₇-С₂₀ - 0,4-1,0 Неионогенное поверхностно-активное вещество - 0,008-0,01 Вода - Остальное [3-SU - 1151571] Недостатки этой смазочно-охлаждающей жидкости заключаются в ее недостаточно высокой смазочной способности и высокой коррозионной активности.

Цель предлагаемого изобретения - получение смазочного состава с повышенными антифрикционными и антикоррозионными свойствами, обеспечивающего требуемое качество обрабатываемой поверхности и стойкость инструмента при механической обработке материалов.

Поставленная цель достигается тем, что в СОЖ для механической обработки металлов, содержащую воду, водорастворимое мыло, соль меди, выбранная из группы, включающей хлорид, нитрат, сульфат, дополнительно содержит перманганат калия и в качестве водорастворимого мыла - продукт нейтрализации отходов производства себациновой кислоты (ОПСК) триэтаноламином при следующем соотношении, вес.%: Продукт нейтрализации отходов производства себациновой кислоты (ОПСК) триэтаноламином - 1,5-3 Соль меди, выбранная из группы, включающей хлорид, нитрат, сульфат - 0,2-0,3 Перманганат калия - 0,03-0,04
Вода - До 100%
В качестве водорастворимого мыла целесообразно использовать продукт нейтрализации отходов производства себациновой кислоты (ОПСК) триэтаноламинон, который может быть получен следующим образом. В реактор, снабженный мешалкой и обогревом, загружают отходы производства себациновой кислоты (ОПСК) и триэтаноламин, взятый в количестве, необходимом до полной нейтрализации свободных жирных кислот, нагревают до 90^oС и перемешивают в течение 30-40 мин. Соотношение триэтаноламина и ОПСК, при этом наиболее оптимально при 1: 4.

Физико-химические характеристики ОПСК приведены в таблице 1.

Использование перманганата калия приводит к снижению коррозионной активности до требуемого уровня. Совместное применение медьсодержащих соединений и перманганата калия при оптимальном сочетании приводит - к уменьшению трения и износа за счет образования комплексных соединений в процессе резания.

Предлагаемая смазочно-охлаждающая жидкость представляет собой прозрачную или полупрозрачную жидкость, имеющую высокую смазочную способность, хорошие антикоррозионные свойства, стабильность и стойкость к биоповреждениям.

Приготовление СОЖ производят по приведенной ниже технологии. Продукт нейтрализации отходов производства себациновой кислоты (ОПСК) триэтаноламином разбавляют горячей водой (70-85^oС) до 10%-ной концентрации. Тщательно перемешивают в течение 30-40 мин, добавляя в смесь небольшими порциями соль меди, выбранную из группы, включающей хлорид, нитрат, сульфат. Затем, отключив обогрев, в смесь небольшими порциями вводят перманганат калия, тщательно перемешивая 20-30 мин. Полученный продукт затем разбавляется холодной водой до нужной концентрации.

Ниже представлен известный состав СОЖ, который был испытан для сравнения с исследуемым (в табл. 2 этот состав обозначен как СОЖ 1- известный.)
Смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки металлов следующего состава, мас.%:
Триэтаноламин - 0,7
Сульфат меди - 0,14
Нитрит натрия - 0,15
Триэтаноламиновое мыло олеиновой кислоты - 0,6
ОП-7 - 0,009
Вода - Остальное
Предлагаемая СОЖ, результаты испытаний которой представлены в табл. 2 (СОЖ), имела следующий состав, мас.%:
Продукт нейтрализации отходов производства себациновой кислоты (ОПСК) триэтаноламином - 2
Сульфат меди - 0,25
Перманганат калия - 0,035
Вода - До 100
Лабораторные испытания предлагаемой и известной смазочно-охлаждающей жидкостей проводились в Шахтинском институте ЮРГТУ на машине трения "МТ-3-У" с точечным контактом трех сфер по плоскости.

Такая установка лишена недостатков, присущих, например, четырехшариковым машинам трения, в которых контактирующие пары трения не соответствуют реальным материалам, применяющимся в реальных технологических процессах механической обработки. При исследованиях могут быть использованы различные сочетания пар трения, созданы различные виды контактного взаимодействия за счет замены сфер другими геометрическими телами. Данная методика весьма эффективна при исследовании смазочных свойств смазочных материалов для механической обработки.

Критериями оценки смазочных свойств смазочных материалов на машине трения "МТ-3-У" являются несущая способность (критическая нагрузка), противоизносные и антифрикционные свойства. Испытательная головка интенсивно перемешивает смазку, что имитирует подачу свежей порции смазки в зону трения. Противоизносные свойства смазки определяют по величине износа шаров, антифрикционные - по величине коэффициента трения.

Машина трения "МТ-3-У" изготовлена на базе настольного сверлильного станка мод. УПИ-М-1.

На чертеже представлена схема машины трения "МТ-3-У".

Машина трения состоит из основания 1, колонны 2, на которой укреплена головка 3 с выходящем из нее валом 7, электродвигателем 4, ременной и зубчатой передачами 5 и 6. На нижнем конце вала 7 через шарик 8, служащий для самоустановки, крепится при помощи винта 9 головка 10. В пазы головки 10 посредством винтов 11 крепятся пальчиковые контртела 12 со сферической плоскостью касания с образцом. Образец 13 фиксируется в чаше 14 с помощью шпильки 15. Чаша устанавливается на упорном подшипнике 16, встроенном в основание 17. Основание 17 крепится болтами к основанию 1. В чашу вкручивается рычаг 18, который при работе машины упирается в тензометрическую балочку 19, на которой наклеены тензорезисторы. Нормальная нагрузка на образцы задается двуплечим рычагом 20 с помощью грузов 21. Момент трения регистрируется тензоаппаратурой, состоящей из усилителя 22 (УТ4-1) и осциллографа 23 (светолучевой НО3ОА).

Техническая характеристика машины:
Средний радиус образцов - 1...8 мм
Высота образцов - 10... 15 мм
Частота вращения образцов - 6...500 об/мин
Нормальная нагрузка на образцы -10...1200 Н
Мощность электродвигателя - 0,37 кВт
Точность измерения момента трения - ±3%
Образец для исследования смазочных материалов представляет собой цилиндрический металлический диск (d=70 мм, h=10...15 мм) с отверстием для фиксации. Рабочая поверхность образца обрабатывалась до шероховатости R_a=0,32-0,65 мкм (ГОСТ 2789-73), а нерабочая поверхность до шероховатости R_a=1,25 мкм. Образцы могут изготавливаться из различных материалов: конструкционных углеродистых и легированных сталей. После проведения испытаний рабочая поверхность образца восстанавливалась на металлорежущем станке.

Контртела представляют собой иглы или шары, взятые из игольчатых или шариковых подшипников (d=2,2...12,8 мм, HRC 60...65). В данном опыте использовались иглы (d=2,2 мм, h=10 мм).

Материал контртела - подшипниковая сталь ШХ15 (ГОСТ 801-78). Материал образца - сталь 40Х. Образцы и контртела перед испытаниями обезжиривались бензином Б-70, ацетоном и высушивались на воздухе.

Режимы испытаний смазочных материалов: время вращения шпинделя машины трения t=60 с, скорость вращения контртел v=0,16 м/с.

Осевая нагрузка увеличивалась ступенчато через 2^.10² до 12^.10²Н.

Противоизносные свойства смазочных материалов оценивались по среднему диаметру пятен износа сфер игл, которые замеряли с помощью отсчетного микроскопа типа МПБ (лупы Бриннеля) в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Среднее значение диаметра пятен износа игл определялось по формуле:

где d_max и d_min - среднее значения максимальной и минимальной величин диаметров пятен износы трех игл.

Антифрикционные свойства смазочных материалов оценивались по величине коэффициента трения скольжения между тремя поверхностями игл и плоскостью. Значения коэффициента трения f определялось по формуле:

где Q - нагрузка на тензобалку, определяемая из записи осциллограмме, которая равна отклонению светового луча осциллографа; измерение величины отклонения умножалось на коэффициент тарировки;
Р_ос - осевая нагрузка, задаваемая из условий эксперимента;
k - коэффициент пропорциональности, учитывающий кинематическую схему нагружения машины трения "МТ-3-У", k=3,7.

Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Таким образом из таблицы 2 следует, что предлагаемая смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ 2) обладает большей эффективностью по сравнению с известной (СОЖ 1 - прототип), так как наблюдается повышение антифрикционных и противоизносных свойств.

Антикоррозионные свойства СОЖ при взаимодействии с металлами определяли весовым методом по скорости потери массы пластины из стали Ст.3, размером 50 х 50 мм и толщиной 3 мм, опущенной на 10 сут в исследуемые составы. Результаты испытаний представлены в таблице 3.

Таким образом, из таблицы 3 следует, что предлагаемая смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ 2) обладает большей эффективностью по сравнению с известной (СОЖ 1 - прототип), так как наблюдается уменьшение скорости коррозии и, соответственно, повышение антикоррозионных свойств.

Таким образом, предлагаемая смазочно-охлаждающая жидкость обладает высокой смазочной способностью, что обеспечивает высокие технологические свойства и дает возможность повысить производительность процесса механообработки и снизить расход режущего инструмента.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 635124 М. Кл. С 10 М 7/02, С 10 М 7/28, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР 1281588 М. Кл. С 10 М 177/00, 1987.

3. Авторское свидетельство СССР 1151571 М. Кл. С 10 М 173/00 // (125:18, 125:20, 125:22, 129:16, 129:26); С 10 N 40:42, 1985 (прототип).

Формула изобретения

Смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки металлов, содержащая воду, водорастворимое мыло, соль меди, выбранную из группы, включающей хлорид, нитрат, сульфат, отличающаяся тем, что жидкость дополнительно содержит перманганат калия и в качестве водорастворимого мыла - продукт нейтрализации отходов себациновой кислоты (ОПСК) триэтаноламином при следующем соотношении, мас. %:
Продукт нейтрализации отходов производства себациновой кислоты (ОПСК) триэтаноламином - 1,5-3
Соль меди, выбранная из группы, включающий хлорид, нитрат, сульфат - 0,2-0,3
Перманганат калия - 0,03-0,04
Вода - До 100

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4