Смазочно-охлаждающая жидкость

Использование: в машиностроительном производстве в процессах обработки металлов резанием, в частности, на операциях лезвийной и абразивной обработки черных металлов. Сущность: смазочно-охлаждающая жидкость содержит в мас.%: олеиновая кислота 2,2-2,4, боратдиэтаноламин 3,0-3,2, гидроксид калия 0,6-0,8, алкилполиоксиэтиленфосфат 0,2-0,4, вода остальное до 100. Технический результат - повышение стойкости режущего инструмента и улучшение качества обработанной поверхности. 5 табл.

 

Изобретение относится к средствам, обеспечивающим технологические процессы обработки металлов резанием в машиностроительном производстве, в частности процессов металлообработки с использованием смазочно-охлаждающих жидкостей, и может быть использовано на операциях лезвийной и абразивной обработки черных металлов.

Широко известна смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ), основой которой является полиэтиленгликоль - линейный полимер окиси этилена и окиси пропилена, а также продукты их поликонденсации (Кочуров В.Е. В качестве размышления к выбору и эксплуатации смазочно-охлаждающей жидкости /Производство подшипников. М. №1, 2000 г.). Эта СОЖ обладает достаточной смазывающей способностью, химической и физической стабильностью, устойчивостью к солям жесткости, низким пенообразованием.

Однако эта СОЖ имеет недостаточный срок хранения и эксплуатации, а также недостаточное влияние на обеспечение долговечности рабочего инструмента, используемого при металлообработке.

Наиболее близкой СОЖ (прототипом) к заявляемой смазочно-охлаждающей жидкости является 6% водный раствор, который готовится из концентрата смазочно-охлаждающей жидкости по патенту Российской Федерации на изобретение № 2047655, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Олеиновая кислота	11-13
Дибутиловый эфир трихлорметилфосфоновой кислоты	4-7
Бораттриэтаноламин	6-8
Алкилполиоксиэтиленфосфат	5-7
Вода	1-4
Минеральное масло	остальное

Эта смазочно-охлаждающая жидкость обладает устойчивостью к микробному поражению, что обеспечивает большой рабочий ресурс (от 4 до 8 месяцев).

Однако применение этой СОЖ не обеспечивает в достаточной степени повышение стойкости инструмента и уменьшение шероховатости обработанной поверхности, что указывает на невысокую смазочную способность данной жидкости.

Целью заявляемого изобретения является создание смазочно-охлаждающей жидкости с улучшенными эксплуатационными свойствами, обеспечивающими увеличение срока службы металлорежущего инструмента, а также повышение качества обработки поверхности деталей.

Поставленная цель достигается за счет того, что заявляемая смазочно-охлаждающая жидкость, используемая при механической обработке металлов, содержащая воду, олеиновую кислоту, алкилполиоксиэтиленфосфат и борсодержащее комплексное соединение, не содержит минеральное масло, а в качестве борсодержащего комплексного соединения содержит боратдиэтаноламин и дополнительно содержит гидроксид калия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Олеиновая кислота	2,2-2,4
Боратдиэтаноламин	3,0-3,2
Гидроксид калия	0,6-0,8
Алкилполиоксиэтиленфосфат	0,2-0,4
Вода	остальное до 100

Приготовление этой 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.%:

Олеиновая кислота	22
Боратдиэтаноламин	30
Гидроксид калия	6
Алкилполиоксиэтиленфосфат	2
Вода	остальное до 100

Смесь интенсивно перемешивают в течение 20-30 минут при комнатной температуре.

Используемую в этом растворе боратдиэтаноламин синтезируют растворением диэтаноламина и борной кислоты в мольном соотношении 1:3.

Химическим анализом найдено, мас, %:

Н₃ВО₃ - 63,85

NH(C₂H₄OH)₂ - 36,15

Элементный анализ, мас.%:

В - 11,17; С - 8,26; N - 4,82.

Из полученного 60%-ного концентрата готовят 6%-ный водный раствор необходимого количества СОЖ путем растворения рассчитанного количества концентрата в воде при комнатной температуре.

Испытания заявляемой в качестве изобретения СОЖ на устойчивость к микробному поражению проводили на соответствие ГОСТ 9085-78. Основные физико-химические показатели СОЖ: стабильность эмульсии, ингибиторные свойства и рН определяли на соответствие ГОСТ 6243-75, пенообразование - методом, изложенным в ТУ 38-101-147-74, запах - органолептически, цвет - визуально. Все вышеуказанные результаты испытаний - положительные.

Исследование эффективности действия заявляемой СОЖ на стойкость инструмента и качество обработанной поверхности проводили путем сравнения ее с СОЖ, приготовленной из концентрата СОЖ по патенту РФ на изобретение №2047655 (прототип) на операциях сверления, точения и шлифования следующих марок сталей: Ст.20, Ст.45, 40Х, 30ХГС, 50ХН.

Предварительно были приготовлены 6%-ный водный раствор по прототипу заявляемой СОЖ и 6%-ный водный раствор заявляемой СОЖ.

Сравнительные испытания СОЖ по прототипу и заявляемой на операции сверления стали проводили на станке типа 2Н125 с использованием сверла диаметром 10,8 мм из быстрорежущей стали Р6М5. Оценку проводили по крутящему моменту и по стойкости сверла до износа по задней грани, равного 0,7 мм. Подача СОЖ в зону резания осуществлялась поливом свободно падающей струей с расходом жидкости 6 л/мин.

Сравнительные испытания на операциях точения проводили на токарно-винторезном станке 16К20 с бесступенчатым приводом. Подача СОЖ в зону резания осуществлялась поливом свободно падающей струей с расходом жидкости 6 л/мин.

Оценку стойкости инструмента проводили 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) проводили 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 определялась 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 проводили на плоскошлифовальном станке ЗГ-71. Подача СОЖ в зону резания осуществлялась высоконапорной струей при расходе жидкости 30 л/мин.

Результаты испытаний показали, что в отличие от использования прототипа, при использовании заявляемой СОЖ на операции шлифования не происходит засаливание абразивного круга, нет прижогов и микротрещин деталей, срок службы абразивных кругов увеличивается в среднем на 23%, шероховатость обработанной поверхности снижается в среднем на 15%.

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 таблицах 1, 2, 3, 4, 5.

Таблицы 1, 3 и 5 показывают увеличение срока службы обрабатывающего инструмента, таблица 2 показывает уменьшение крутящего момента, а таблица 4 иллюстрирует уменьшение шероховатости обработанных поверхностей различных материалов при разных режимах с использованием заявляемой СОЖ по сравнению с прототипом.

За время испытаний заявляемой СОЖ не было отмечено признаков коррозии, неприятного запаха, воздействия на краску станков, повышенного пенообразования.

Таким образом, предлагаемые состав СОЖ и соотношение в ней компонентов позволяют повысить стойкость режущего инструмента и улучшить качество обработанной поверхности по сравнению с прототипом, что указывает на высокие смазывающие свойства заявленной смазочно-охлаждающей жидкости.

Таблица 1
Долговечность инструмента при различных скоростях сверления, мин
Применяемая СОЖ	Обрабатываемый металл
	Ст.20	Ст.45	40Х	30ХГС	50ХН
	Скорость сверления, м/с
0,16	0,22	0,31	0,16	0,22	0,31	0,16	0,22	0,31	0,16	0,22	031	0,16	0,22	0,31
Прото тип	72	83	96	70	82	90	68	76	90	62	73	88	62	78	89
Заявляемая	78	89	99	74	88	98	72	84	98	74	89	100	70	87	100

Таблица 2
Крутящий момент при различных скоростях сверления, кг×м
Применяемая СОЖ	Обрабатываемый металл
	Ст.20	Ст.45	40Х	30ХГС	50ХН
	Скорость сверления, м/с
0,16	0,22	0,31	0,16	0,22	0,31	0,16	0,22	0,31	0,16	0,22	031	0,16	0,22	0,31
Прототип	0,572	0,596	0,624	0,589	0,628	0,639	0,552	0,570	0,581	0,538	0,557	0,560	0,540	0,575	0,581
Заявляемая	0,520	0,552	0,56о	0.568	0,598	0,612	0,530	0,564	0,568	0,526	0,552	0,558	0,528	0,563	0,570

Таблица 3
Долговечность инструмента при различных скоростях точения, мин
Применяемая СОЖ	Обрабатываемый металл
	Ст.20	Ст.45	40Х	30ХГС	50ХН
	Скорость точения, м/с
	0,16	0,22	0,31	0,16	0,22	0,31	0,16	0,22	0,31	0,16	0,22	031	0,16	0,22	0,31
Долговечность, мин
Прототип	23,5	30,3	34,4	24,0	34,5	38,8	28,9	35,0	36,6	34,2	37.9	44,6	35,3	40,3	47.5
Заявляемая	28.8	38,4	35,2	29,6	39,8	42,1	34,2	40,2	48,8	36,4	43,1	48,4	36,8	45,7	49,2

Таблица 4
Показатели шероховатости обработанных поверхностей при использовании известной и заявляемой СОЖ, мкм
Применяемая СОЖ	Обрабатываемый металл
Ст.20	Ст.45	40Х	30ХГС	50ХН
Прототип	2,26	2,20	2,04	2,18	2,13
Заявляемая	2,02	1,99	1,93	1,90	1,88

Таблиц 5
Показатели износа резцов с пластинами из твердого сплава Т15К6 и КТН-16, мин
Применяемая СОЖ	Обрабатываемый металл
Ст.20	Ст.45	40Х	30ХГС	50ХН
Резец Т15К6
Прототип	27	26	25	28	22
Заявляемая	30	30	28	33	26
Резец КНТ-16
Прототип	84	79	76	44	47
Заявляемая	89	82	84	70	60

Смазочно-охлаждающая жидкость, используемая при механической обработке металлов, содержащая воду, олеиновую кислоту, алкилполиоксиэтиленфосфат и борсодержащее комплексное соединение, отличающаяся тем, что не содержит минеральное масло, а в качестве борсодержащего комплексного соединения содержит боратдиэтаноламин и дополнительно содержит гидроксид калия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

олеиновая кислота	2,2-2,4
боратдиэтаноламин	3,0-3,2
гидроксид калия	0,6-0,8
алкилполиоксиэтиленфосфат	0,2-0,4
вода	остальное до 100