ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СМАЗКА ДЛЯ ХОЛОДНОЙ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ МЕТАЛЛА Российский патент 2011 года по МПК C10M169/04 C10M125/02 C10M135/04 C10M159/02 C10M101/04 C10N40/24 

Изобретение относится к смазочным композициям для технологических целей, в частности к технологическим смазкам для операций холодной объемной штамповки металлов.

Известна смазочная композиция для холодной обработки металлов давлением, содержащая в качестве основы хлорированные углеводороды или хлорированные эфиры с антикоррозионными присадками [Квятковская Г.А. и др. Влияние вязкости нефтяной основы на технологические свойства масляных СОЖ. «Повышение качества смазочных материалов и эффективности их применения». М., 1977, с.105-108]. Недостатком данной композиции является то, что при глубокой вытяжке деталей с деформацией 12-20% за один проход она дает риски на деталях.

Известна смазочная композиция для холодной обработки металлов давлением [Патент РФ №2024602. Бюл. №35 (1994)] содержащая, мас.%: полиметакрилат 5-8; антикоррозионную добавку 0,5-6; хлорированный парафин 35-45; осерненные тетрамеры пропилена 5-7; минеральное масло - остальное. Недостатком данной композиции является плохая совместимость полиметакрилата с минеральными маслами, что вызывает нарушение ее однородности. Кроме того, полиметакрилат при повышенных температурах (выше 250°С) подвергается деполимеризации, что приводит к образованию метакрилата, обладающего наркотическим, общетоксичным и резко раздражающим действием.

Известна смазочная композиция для холодной обработки металла давлением [Авт.св. СССР 702071. Бюл. №45 (1979)], имеющая следующий состав, мас.%: жирные кислоты фракции C₅-C₁₉ 2-5; триэтаноламин 4-12; окись цинка 0.1-5; гидроокись бария 0.1-1.5 и хлорированный парафин до 100%.

Существенным недостатком композиции является то, что окись цинка, содержащаяся в смазке, спрессовывается между пуансоном и частью детали и при дальнейшей обработке моющими средствами не обеспечивается полностью ее удаление с обрабатываемой поверхности.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является смазочная композиция для холодной обработки металла давлением [Патент РФ №2118983. Бюл. №26 (1997)], имеющая следующий состав, мас.%: серосодержащая присадка - осерненные α-олефины фракции C₁₈-C₂₈ 40-50; синтетическое масло Б-3В 5-30; масло индустриальное - остальное.

Усиление охраны окружающей среды и техники безопасности на производстве обусловило новые требования к индустриальным маслам и технологическим жидкостям, применяемым при обработке металла.

Недостатками известной композиции являются следующие.

1. Применение довольно токсичного и дорогостоящего синтетического масла Б-3В - эфиры пентаэритрита и синтетических жирных кислот фракции С₅-С₉ (предельно-допустимая концентрация 0,5 мг/м³).

2. Большой расход противоизносной и противозадирной серосодержащей присадки, достигающий 40-50%.

Сущность предлагаемого изобретения

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что технологическая смазка для холодной объемной штамповки содержит 0,003-0,007 мас.% смеси этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов общей формулы (1), что позволяет значительно снизить расход противоизносной и противозадирной присадки сульфидированных α-олефинов фракции C₁₆-C₁₈ при сохранении высоких реологических свойств смазки в предлагаемом способе.

В состав технологической смазки для холодной объемной штамповки металла входят следующие компоненты, мас.%:

Сульфидированные α-олефины фракции C₁₆-C₁₈ 5-15 Смесь этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-   фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов (1) 0.003-0.007 Рапсовое масло 10-30 Индустриальное масло Остальное

,

где n=1 (8%), n=2 (24%), n=3 (44%), n=4 (24%).

Смесь этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов общей формулы (1) получают взаимодействием фуллерена (С₆₀) (2) с 1-[2-(метилсульфанил)этил]диазоуксусным эфиром (3) в о-дихлорбензоле (о-ДХБ) в присутствии трехкомпонентного катализатора {Pd(acac)₂: 4PPh₃ : 4Et₃Al}, взятыми в мольном соотношении С₆₀ : диазосоединение : Pd(acac)₂: PPh₃ : Et_sAl = 0.01:(0.25-0.35):(0.0015-0.0025):(0.006-0.01):(0.006-0.01), предпочтительно 0.01:0.30:0.002:0.008:0.008, при температуре 80°С в течение 0.2-1.0 ч. Получают смесь этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов общей формулы (1) с выходом ~100%. Реакция протекает по схеме:

Замена довольно токсичного синтетического масла Б-3В на экологически чистое рапсовое масло обеспечила высокую чистоту обрабатываемой поверхности металлических изделий и низкую токсичность технологической смазки.

Существенное отличие предлагаемого способа

Известные серосодержащие присадки обеспечивают повышенные противоизносные и противозадирные свойства при добавлении к маслам в количестве 40-50% (см. табл.2, 4, композиция №8). Предлагаемые присадки, в отличие от известных, обеспечивают повышенные противоизносные и противозадирные свойства при добавлении к маслам в количестве 10-15% (см. табл.2, 4).

В технологической смазке довольно токсичное синтетическое масло Б-3В заменено на экологически чистое рапсовое масло, обеспечивающее высокую чистоту обрабатываемой поверхности металлических изделий.

С целью значительного снижения расхода противоизносной и противозадирной серосодержащей присадки технологическая смазка содержит в качестве наноприсадки смесь этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов (1) в количестве 0,003-0,007%.

Применение смеси этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов (1) в количестве, большем 0,007 мас.%, не приводит к существенному улучшению реологических свойств технологической смазки. Применение смеси этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов (1) в количестве менее 0,003 мас.% снижает реологические свойства технологической смазки.

Испытание смазочных композиций, где рапсовое масло взято в соотношениях, выходящих за пределы предлагаемых, показали, что уменьшение его количества ухудшает качество обрабатываемой поверхности, появляются задиры и налипание.

Изобретение поясняется следующими примерами.

1. К раствору 0.002 ммолей Pd(acac)₂ в 0.1 мл о-ДХБ в токе сухого аргона при температуре -5°С и перемешивании добавляют 0.008 ммолей PPh₃, 0.008 ммолей Et₃Al и 0.01 ммолей С₆₀-фуллерена в 1 мл о-ДХБ. Реакционную массу нагревают до 80°С и по каплям добавляют 0.30 ммолей 1-[2-(метилсульфанил)этил]диазоуксусного эфира в 0.5 мл о-ДХБ. Через 0.5 ч реакционную массу охлаждают и пропускают через колонку с небольшим слоем силикагеля. Получают смесь этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов (1) с выходом ~100% (по данным ВЭЖХ).

Спектральные характеристики (I)

ИК-спектр, см^-1: 520, 1180, 1440, 1670, 1730. УФ-спектр (CHCl₃), λ_max, нм: 260, 330, 429. Спектр ЯМР ¹Н, δ, м.д.: 1.1-1.5 м, 1.9-2.4 м, 2.5-3.1 м, 4.0-4.5 м. Масс-спектр (MALDI-TOF), m/z: 880.670 (8%) n=1, 1040.769 (24%) n=2, 1200.356 (44%) n=3, 1361.175 (24%) n=4.

2. В реактор с механической мешалкой и обогревом загружают минеральное и рапсовое масла, температуру в реакторе повышают до 60-70°С и при непрерывном перемешивании вводят сульфидированные α-олефины фракции C₁₆-C₁₈ и смесь этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов (1). После охлаждения получено прозрачное масло красно-коричневого цвета.

В табл.2 представлены составы изготовленных технологических смазок. Степень эффективности каждого состава оценивают на испытательном стенде - четырехшариковой машине трения. Результаты испытаний приведены в табл.4. Физико-химические свойства изготовленных технологических смазок приведены в табл.3. Испытания технологических смазок проводили в сравнении с известной смазкой (композиция 8, табл.2, 4), содержащей, мас.%:

Серосодержащая присадка, осерненные   α-олефины фракции C₁₆-C₁₈ 50 Синтетическое масло Б-3В 25 Масло индустриальное Остальное

Таким образом, испытуемая технологическая смазка обеспечивает хорошее качество штамповочных деталей благодаря высоким противоизносным и противозадирным свойствам. Смазка обладает хорошими адгезионными и санитарно-гигиеническими свойствами, стабильна при хранении и применении.

Таблица 1 Физико-химические показатели сульфидированной присадки № п/п Наименование показателей Показатель Метод определения 1 2 3 4 1 Внешний вид и цвет Жидкость красно-коричневого цвета Визуально 2 Вязкость при 50°С, сСт, в пределах 25-50 ГОСТ 33-82 3 Плотность при 20°С, г/см³, не менее 0,930 ГОСТ 3900-85 4 Температура вспышки в открытом тигле, °С, не менее 190 ГОСТ 4333-87 5 Кислотное число, мг КОН/г, не более 6,0 ГОСТ 5985-79 6 Содержание серы, %, не менее 30,0 ГОСТ 1431-85 7 Содержание механических примесей, % не более 0,05 ГОСТ 6370-83 8 Зольность, %, не более 0,01 ГОСТ 1461-85 9 Содержание воды, % Следы ГОСТ 2477-85 10 Коррозионное воздействие на металл Выдерживает ГОСТ 9.080-77

Таблица 2 Состав технологических смазок № композиции Компонентный состав технологической смазки, мас.% Сульфидированные α-олефины фракции C₁₆-C₁₈ Смесь этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов (1) Рапсовое масло И-20А 1 2 3 4 5 1 10 0,005 20,0 Остальное 2 15 0,005 20,0 Остальное 3 10 0,005 30,0 Остальное 4 10 0,007 30,0 Остальное 5 10 0,003 30,0 Остальное 6 15 0,005 10,0 Остальное 7 5 0,003 20,0 Остальное 8 (прототип) 50 осерненные α-олефины фракции C₁₆-C₁₈ - 25 Б-3В Остальное

Таблица 3 Физико-химические показатели полученных технологических смазок № п/п Показатели № композиции 1 2 3 4 5 6 7 6 (прототип) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 Вязкость при 50°С, сСт 25,6 29,4 26,8 26,8 26,8 27,9 24,7 25,4 2 Кислотное число, мг КОН/г 0,70 0,70 1,05 1,05 1,05 0,35 0,70 0,05 3 Содержание серы, % 3,00 4,5 3,00 3,00 3,00 4.5 1,5 9,1 4 Температура вспышки в открытом тигле, °С 195 196 195 195 195 196 194 195 5 Плотность при 20°С, г/см³ 0,914 0,925 0,918 0,918 0,918 0,921 0,905 0,94 6 Коррозионное воздействие на металл Выдерживает 7 Содержание механических примесей, % 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 8 Зольность, % 0,005 0,007 0,005 0,005 0,005 0,007 0,002 0,01

Таблица 4 Результаты испытаний технологических смазок № п/п Критическая нагрузка, кгс Нагрузка сваривания, кгс Индекс задира Диаметр пятна износа, мм 1 2 3 4 5 1 141 942 129,1 0,67 2 150 1000 131 0,66 3 141 942 129,4 0,66 4 150 1000 131,2 0,67 5 133 942 123,9 0,74 6 150 1000 131 0,68 7 133 840 120,4 0,84 8 (прототип) 150 1000 131,2 0,64

Изобретение относится к технологическим смазкам для холодной объемной штамповки металла. Сущность: смазка содержит в мас.%: сульфидированные α-олефины фракции C₁₆-C₁₈ 5-15, смесь этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов формулы (1) 0,003-0,007, рапсовое масло 10-30, индустриальное масло - остальное. Технический результат - повышение противоизносных и противозадирных свойств, повышение качества обрабатываемой поверхности металлических изделий. 4 табл.

Формула (1)

где n=1 (8%), n=2 (24%), n=3 (44%), n=4 (24%).

Технологическая смазка для холодной объемной штамповки металлов на основе сульфидированных α-олефинов, отличающаяся тем, что в качестве серусодержащих присадок она содержит сульфидированные α-олефины фракции C₁₆-C₁₈ и смесь этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов общей формулы

где n=1(8%), n=2(24%), n=3(44%), n=4(24%),
рапсовое и минеральное масла при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Сульфидированные α-олефины фракции C₁₆-C₁₈ 5-15 Смесь этил{1-[2-(метилсульфанил)-   этил]-2,3-фуллеро-[60]циклопропан}карбоксилатов (1) 0,003-0,007 Рапсовое масло 10-30 Индустриальное масло Остальное