Смазочно-охлаждающее средство для механической обработки металлов Российский патент 2023 года по МПК C10M173/02 C10M125/02 C10M139/04 C10M133/06 C10M137/06 C10M125/10 C01B32/15 B82Y30/00 

Изобретение относится к области смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), применяемых для механической обработки металлов, например, при точении, растачивании, резьбонарезании, отрезке, фрезеровании, сверлении, развертывании, протягивании, шлифовании, хонинговании, глубокой вытяжки черных и цветных металлов.

Известно смазочно-охлаждающее средство для механической обработки металлов, с содержанием, мас. %: уротропин - 0,2-0,8, нитрит натрия - 0,1-0,4, продукт взаимодействия гидроксида натрия с жирными кислотами в среде оксиэтилированных 6 и 10 молями оксида этилена моноизононилфенолов - 2-10 и воду-остальное (см. патент РФ №2044764, кл. С10М 173/02, опубл. 1995).

Известное смазочно-охлаждающее средство эффективно при механической обработке металлов. Однако оно обладает недостаточной способностью повышения стойкости режущего инструмента, а также биологической и коррозионной стойкостью самой СОЖ.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является смазочно-охлаждающее средство для механической обработки металлов, содержащее воду, поверхностно-активное вещество, триэтаноламин, соду кальцинированную, тринатрийфосфат, бактерицидную и противопенную присадки (см. патент РФ №2124044, кл. С10М 173/02, опубл. 27.12.1998)

Данный состав СОЖ позволяет добиться повышения стойкости режущего инструмента, биологической и коррозионной стойкости СОЖ. Однако данный состав СОЖ обладает недостаточной несущей способностью, которую необходимо получить в зоне контакта инструмента и обрабатываемой заготовки.

Технической проблемой, на решение которой направлено настоящее изобретение, является преодоление вышеуказанных недостатков.

Технический результат заключается в том, что достигается повышение трибологических свойств средства за счет исключения «схватываемости» трущихся поверхностей и увеличения стойкости режущего инструмента.

Проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что смазочно-охлаждающее средство для механической обработки металлов содержит воду, поверхностно-активное вещество, триэтаноламин, соду кальцинированную, тринатрийфосфат, бактерицидную и противопенную присадки, при этом средство дополнительно содержит углеродный наноматериал (УНМ), содержащий углеродные нанотрубки с наружным диаметром от 15 до 40 нм, внутренним диаметром углеродных нанотрубок от 3 до 8 нм, длиной углеродных нанотрубок 2 и более мкм, насыпной плотностью от 0,4 до 0,5 г/см³ и термостабильностью до 700°С, причем перед смешением компонентов углеродный наноматериал диспергирован с помощью ультразвука в течение от 3 до 5 мин в водном растворе поверхностно-активного вещества, а в качестве поверхностно-активного вещества использован неонол АФ 9-6, при следующем соотношении компонентов смазочно-охлаждающего средства, мас. %:

Неонол АФ 9-6 0,4-18,0 Триэтаноламин 0,3-15,0 Сода кальцинированная 0,08-3,5 Тринатрийфосфат 0,05-4,5 Бактерицидная присадка 0,1-2,5 Противопенная присадка 0,001-1,0 Углеродный наноматериал 0,01-0,10 Вода Остальное

В качестве противопенной присадки предпочтительно использована полисилоксановая жидкость.

В качестве бактерицидной присадки предпочтительно используется бактерицидная присадка «Карбамол Б».

В ходе проведенного исследования был выявлен оптимальный состав СОЖ, который может быть использован при различной механический обработке металлов, например при операции резания.

Было установлено, что существенное значение имеет равномерное распределение наночастиц в объеме СОЖ и предотвращение расслаивания СОЖ в процессе хранения и использования. Значительного улучшения вышеуказанного свойства удалось добиться за счет того, что перед смешением компонентов смазочно-охлаждающего средства углеродный наноматериал диспергирован с помощью ультразвука в течение от 3 до 5 мин в водном растворе поверхностно-активного вещества, а в качестве поверхностно-активного вещества использован неонол АФ 9-6, а после этого добавлялись остальные компоненты заявленной смеси и проводилось их окончательное смешивание.

Проведение операции диспергирования нанотрубок УНМ, в частности проводилась с использованием универсальной ультразвуковой ванны с частотной модуляцией ИЛ 100-3/1 и ультразвуковой установки ИЛ 100-6. В исследованиях также использовалось высокоточное оборудование: атомно-силовой микроскоп (сканирующий зондовый микроскоп высокого разрешения).

Было установлено, что сочетание использования нанотрубок с вышеприведенными размерами и характеристиками в вышеприведенном составе СОЖ позволили получить качественно стойкую к расслоению суспензию. При этом, оптимальное время диспергирования углеродных нанотрубок с использованием ультразвука составляет от 3 до 5 мин. (дисперсность УНМ составляла приблизительно 5,5 мкм). Установлено, что активная составляющая жидкости состоит из молекул меньшего размера, цепи которых ориентированы не перпендикулярно, а параллельно к контактирующим поверхностям, что обеспечивает высокую проникающую способность СОЖ в зону резания. Кроме этого углеродные нанотрубки, имеющие высокие физико-механические свойства, присутствуя в зоне резания, сокращают возможность контактирования трущихся поверхностей, воспринимая на себя большие контактные нагрузки, а цилиндрическая форма нанотрубок вышеуказанных размеров в сочетании с другими составляющими смеси повышает несущую способность клина СОЖ в зоне резания.

Функциональным преимуществом заявленной СОЖ является активация биоцидных свойств, проявляющихся в результате химической связи компонентов СОЖ, в частности триэтаноламина, и нанотрубок углеродного наноматериала за счет наличия карбоксильных групп

Кроме того, на приведенном в приложении графике, полученном в ходе проведенного испытания СОЖ с заявленным выше составом, было выявлено влияние состава, в первую очередь концентрации нанотрубок, на величину трения между рабочим инструментом и обрабатываемой металлической деталью при проведении операции резания, что позволило установить минимально возможную концентрацию нанотрубок и верхнюю оптимальную концентрацию, выше которой увеличение концентрации нанотрубок не целесообразно.

В результате были достигнуты следующие результаты при проведении механической обработки металлических заготовок.

Увеличение стойкости режущего инструмента, в том числе и шлифовальных кругов в 1,5…2 раза;

В большинстве случаев детали после их обработки не требуется подвергать мойке;

Достигается исключение «схватываемости» трущихся поверхностей;

Достигается снижение коэффициента трения на 25-30%;

Достигается минимальная деформации инструмента в процессе его эксплуатации;

СОЖ может быть приготовлена на технической воде с различной жесткостью;

Усиливается биологическая стойкость, что увеличивает срок эксплуатации СОЖ до ее смены до 6 и более месяцев.

Изобретение относится к области смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), применяемых для механической обработки металлов, например, при точении, растачивании, резьбонарезании, отрезке, фрезеровании, сверлении, развертывании, протягивании, шлифовании, хонинговании, глубокой вытяжки черных и цветных металлов. Смазочно-охлаждающее средство для механической обработки металлов, содержит воду, поверхностно-активное вещество, триэтаноламин, соду кальцинированную, тринатрийфосфат, бактерицидную и противопенную присадки, при этом смазочно-охлаждающее средство дополнительно содержит углеродный наноматериал, содержащий углеродные нанотрубки с наружным диаметром от 15 до 40 нм, внутренним диаметром углеродных нанотрубок от 3 до 8 нм, длиной углеродных нанотрубок 2 и более мкм, насыпной плотностью от 0,4 до 0,5 г/см³ и термостабильностью до 700°С, причем перед смешением компонентов смазочно-охлаждающего средства углеродный наноматериал диспергирован с помощью ультразвука в течение от 3 до 5 мин в водном растворе поверхностно-активного вещества, а в качестве поверхностно-активного вещества использован неонол АФ 9-6, при следующем соотношении компонентов смазочно-охлаждающего средства, мас.%: Неонол АФ 9-6 0,4-18,0, Триэтаноламин 0,3-15,0, Сода кальцинированная 0,08-3,5, Тринатрийфосфат 0,05-4,5, Карбамол Б 0,1-2,5, Полисилоксановая жидкость 0,001-1,0, Углеродный наноматериал 0,01–0,10, Вода остальное. Технический результат заключается в повышении трибологических свойств средства за счет исключения «схватываемости» трущихся поверхностей и увеличения стойкости режущего инструмента. 1 ил.

Смазочно-охлаждающее средство для механической обработки металлов, содержащее воду, поверхностно-активное вещество, триэтаноламин, соду кальцинированную, тринатрийфосфат, бактерицидную и противопенную присадки, отличающееся тем, что смазочно-охлаждающее средство дополнительно содержит углеродный наноматериал, содержащий углеродные нанотрубки с наружным диаметром от 15 до 40 нм, внутренним диаметром углеродных нанотрубок от 3 до 8 нм, длиной углеродных нанотрубок 2 и более мкм, насыпной плотностью от 0,4 до 0,5 г/см³ и термостабильностью до 700°С, причем перед смешением компонентов смазочно-охлаждающего средства углеродный наноматериал диспергирован с помощью ультразвука в течение от 3 до 5 мин в водном растворе поверхностно-активного вещества, а в качестве поверхностно-активного вещества использован неонол АФ 9-6, при следующем соотношении компонентов смазочно-охлаждающего средства, мас.%:

Неонол АФ 9-6 0,4-18,0 Триэтаноламин 0,3-15,0 Сода кальцинированная 0,08-3,5 Тринатрийфосфат 0,05-4,5 Карбамол Б 0,1-2,5 Полисилоксановая жидкость 0,001-1,0 Углеродный наноматериал 0,01-0,10 Вода Остальное