Смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки металлов
Владельцы патента RU 2440407:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") (RU)
Использование: в области механической обработки металлов резанием, шлифованием и давлением конструкционных сталей, а также очистки цеховых, складских помещений и мытья рук цеховых рабочих, обслуживающего персонала. Сущность: жидкость содержит в мас.%: гидроокись натрия 4,14-4,16, гидроокись калия 1,15-1,17, фосфорноватистокислый кальций 0,16-0,18, канифоль сосновая 0,87-0,89, вода до 100. Технический результат - получение экологически чистого состава и улучшение показателей обработки металлов. 2 табл.
Изобретение относится к области механической обработки металлов резанием, шлифованием и давлением конструкционных сталей, а также очистки цеховых, складских помещений и мытья рук цеховых рабочих, обслуживающего персонала.
К настоящему времени известно достаточно большое количество смазывающих, охлаждающих жидкостей для механической обработки металлов.
Наиболее близким решением из уровня техники по технической сути к заявленному является состав смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для механической обработки, содержащий следующие компоненты, (мас.%): продукт термической обработки канифоли при 130-135°С моноэтаноламином 1-1,5; вода 98,5-99 (авторское свидетельство СССР №1384609, C10N 30/06, 1988 г.).
Водный раствор на основе термически обработанной канифоли при 130-135°С моноэтаноламином при данном соотношении, повышает стойкость инструмента и улучшает качество обработки металлов.
Однако недостатком данного состава СОЖ является применение экологически вредных веществ (моноэтаноламин - 2-ой класс опасности), переходящих в газовую фазу в процессе резания, что вызывает заболевание кожи рук и дыхательных путей рабочих, а также требует сложных способов утилизации, что резко увеличивает стоимость СОЖ.
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является получение более эффективного и экологически чистого состава СОЖ при сохранении ее качественных характеристик в процессе механической обработки.
Поставленная задача решается за счет того, что смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки металлов, согласно изобретению, дополнительно содержит гидроокись натрия, гидроокись калия, фосфорноватистокислый кальций, канифоль сосновую и воду в следующем соотношении, мас.%:
- гидроокись натрия 4,14-4,16
- гидроокись калия 1,15-1,17
- фосфорноватистокислый кальций 0,16-0,18
- канифоль сосновая 0,87-0,89
- вода до 100
Рассмотренный экологически чистый состав растворов критических и эффективных масс фаз, каждый химический элемент состава стремится к 0, образуя при этом ионную атмосферу, плотность которой формируют короткоживущий ион гидроаксония, данного рода физический эффект необходим затем для того, чтобы со скоростью, близкой к скорости звука, растворять высокомолекулярную массу, которая затем могла бы образовывать устойчивые экологически чистые комплексы критического состава. Предоставленное в формуле изобретения соотношение компонентов (мас.%) необходимо для создания критического состояния, при котором взаимная растворимость компонентов становится неограниченной.
Был проведен ряд экспериментов для определения соотношения компонентов (мас.%), при котором наблюдается полная растворимость компонентов раствора, что свидетельствует о достижении раствором критического состояния. Результаты экспериментов приведены в табл.1.
| Таблица 1 | ||
| № п/п опыта | Состав раствора, мас.% | Результат |
| 1 | - гидроокись натрия - 4,10-4,11 | Химическая реакция с выпадением осадка. Не достигнуто критическое состояние. |
| - гидроокись калия - 1,10-1,12 | ||
| - фосфорноватистокислый кальций - 0,12-0,13 | ||
| - канифоль сосновая - 0,85-0,86 | ||
| - вода - до 100. | ||
| 2 | - гидроокись натрия - 4,12-4,13 | Химическая реакция с выпадением осадка. Не достигнуто критическое состояние. |
| - гидроокись калия - 1,13-1,14 | ||
| - фосфорноватистокислый кальций - 0,14-0,15 | ||
| - канифоль сосновая - 0,86-0,865 | ||
| - вода - до 100. | ||
| 3 | - гидроокись натрия - 4,14-4,16 | Полная растворимость компонентов раствора. Критическое состояние р-ра. |
| - гидроокись калия - 1,15-1,17 | ||
| - фосфорноватистокислый кальций - 0,16-0,18 | ||
| - канифоль сосновая - 0,87-0,89 | ||
| - вода - до 100. | ||
| 4 | - гидроокись натрия - 4,17-4,18 | Химическая реакция с выпадением осадка. Не достигнуто критическое состояние. |
| - гидроокись калия - 1,18-1,19 | ||
| - фосфорноватистокислый кальций - 0,19-0,20 | ||
| - канифоль сосновая - 0,87-0,89 | ||
| - вода - до 100. | ||
| 5 | - гидроокись натрия - 4,19-4,22 | Химическая реакция с выпадением осадка. Не достигнуто критическое состояние. |
| - гидроокись калия - 1,20-1,22 | ||
| - фосфорноватистокислый кальций - 0,21-0,22 | ||
| - канифоль сосновая - 0,9-0,91 | ||
| - вода - до 100. |
Эксперимент №3 из табл.1 наглядно демонстрирует, что заявленный состав химических реагентов находится в так называемой критической точке растворимости, где взаимная растворимость компонентов раствора становится неограниченной. Причем, как показали эксперименты, критическая точка максимальной растворимости компонентов находится в достаточно узком диапазоне.
Заявленная СОЖ может быть получена различными известными способами, например нижеуказанным. В качестве исходных веществ применяются:
- натрия гидроокись по ГОСТ 4328-77 (техническая);
- калия гидроокись по ГОСТ 24363-80 (техническая);
- кальций фосфорноватистокислый по ГОСТ 11678-75 (технический);
- вода питьевая холодная по ГОСТ 6709-72
- канифоль сосновая (техническая)
Изначально необходимо приготовить навески исходных веществ, г
- натрия гидроокись 41,5±0,1
- калия гидроокись 11,6±0,1
- кальция фосфорноватистокислого 2,7±0,1
- канифоль сосновая 8,8±0,1.
Указанные количества веществ приведены ориентировочно для синтеза 10 л состава.
Затем в стеклянную емкость вместимостью 2 л высыпать навеску гидроокиси натрия, влить мерным цилиндром 1 л воды и перемешать до полного растворения навески. В полученный раствор высыпать навеску гидроокиси калия, перемешать до полного растворения навески, вылить раствор в канистру вместимостью 10-20 л и разбавить раствор водой до 8 л.
Далее в стеклянную емкость вместимостью 2 л высыпать навеску фосфорноватистокислого кальция, влить мерным цилиндром 1 л воды, перемешать и вылить полученный раствор в канистру с раствором гидроокисей натрия и калия. Довести объем раствора водой до 10 л в данной таре.
Из канистры по п.2. взять 50 мл состава и поместить в него 0.5 г канифоли, которая должна мгновенно раствориться, а раствор окраситься в желтый цвет. Если такого быстрого растворения канифоли не произошло, то необходимо проверить вес реактивов по п.2 на соответствие ГОСТам, а переходы 1 и 2 повторить, контролируемый состав утилизировать.
Состав в количестве 50 мл, прошедший испытание на скорость растворения, вылить в канистру по п.2., а канистру закрыть.
В канистру по п.2. высыпать навеску канифоли по пункту 2 и перемешать.
Из канистры по п.5. налить 10-15 мл состава и замерить показатель преломления, который должен находиться в пределах 1.3345-1,3450, что соответствует критическому составу 35 г/л с.
На инструментальном заводе проводились испытания СОЖ с заявленным составом на различных технологических операциях, например таких, как обработка металлов резанием и шлифование. Проведенные испытания показали высокую эффективность СОЖ и отсутствие вредных испарений в процессе обработки.
| Смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки металлов, мас.(%) (заявленная) | Смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки металлов, мас.(%) (по прототипу) |
| гидроокись натрия 4,14-4,16 | продукт термической обработки канифоли при 130-135°С |
| моноэтаноламином 1-1,5 | |
| гидроокись калия 1,15-1,17 | вода 98,5-99 |
| фосфорноватистокислый кальций 0,16-0,18 | |
| канифоль сосновая 0,87-0,89 | |
| вода до 100 |
Результаты экспериментов по обработке металлов, приведенные в таблице 2, свидетельствуют, что предлагаемый способ дезактивации образцов в сравнении с прототипом обладает существенными преимуществами:
- позволяет эффективно обрабатывать металл, при этом улучшая экологичность процесса обработки;
- значения показателя шероховатости поверхности по данным табл.2 показывают, что эффективность обработки металлов СОЖ с заявленным составом выше.
В таблице 2 приведены результаты обработки
| Таблица 2 | |||
| № п/п | Шероховатость, мкм | Обработка металла с применением патентуемой СОЖ | Обработка металла с применением СОЖ-прототипа |
| 1 | 1,75 | 1,20 | 1,25 |
| 2 | 1,77 | 1,22 | 1,26 |
| 3 | 1,73 | 1,19 | 1,23 |
| 4 | 1,7 | 1,19 | 1,24 |
| 5 | 1,8 | 1,23 | 1,28 |
Таким образом, полученная смазочно-охлаждающая жидкость более эффективна и ее состав экологически чист при сохранении качественных характеристик в процессе механической обработки изделий
Смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки металлов, содержащая гидроокись натрия, отличающаяся тем, что он дополнительно содержит гидроокись калия, фосфорноватистокислый кальций, канифоль сосновую и воду в следующем соотношении, мас.%:
| гидроокись натрия | 4,14-4,16 |
| гидроокись калия | 1,15-1,17 |
| фосфорноватистокислый кальций | 0,16-0,18 |
| канифоль сосновая | 0,87-0,89 |
| вода | до 100 |
