СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩЕЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ СРЕДСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ И АЛМАЗНЫМ ВЫГЛАЖИВАНИЕМ Российский патент 2024 года по МПК C10M129/88 C10M133/08 C10M145/26 C10N40/20 

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к смазочно-охлаждающим технологическим средствам (СОТС), и может быть использовано при обработке металлов резанием и отделочно-упрочняющей обработке поверхностей деталей из сталей и цветных металлов резанием и алмазным выглаживанием.

В настоящее время для этих целей применяют смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ): водные эмульсии из 5 эмульсолов или растворы неорганических электролитов и поверхностно-активных веществ (Курчик Н.Н. и др., Смазочные материалы для обработки металлов резанием, изд. "Химия", М., 1972, с. 130-155). Примерами таких продуктов могут служить эмульсолы Э, ЭГТ, НГЛ-205, Укринол-1, ЭМУС и др., состоящие из нафтеновых, смоляных (канифольных), жирных сульфокислот, например, от очистки нефтяных дистиллятов, в виде солей с едким натрием (калием), минерального масла и стабилизатора - спирта и воды. В частности, эмульсолы Э (Э-1, Э-2, Э-3) содержат нафтеновые кислоты масляного асидола - 7÷12%, едкий натрий - 0,7÷1,3%, этиловый спирт или этиленгликоль - 1,5÷2,0%, воду - 4÷6%, минеральное масло - до 100% (Товарные нефтепродукты: Свойства и применение. Справочник, изд. "Химия", М., 1972. С. 346-354). Аналогично ЭМУС: минеральное масло с добавками нефтяных сульфонатов и противоизносных присадок (Поверхностные явления и поверхностно-активные вещества (справочник), под ред. А.А. Абрамзона и Е.Д. Щукина, Л., «Химия», 1984). Далее на месте применения такие концентраты разбавляют водой, обычно в соотношении от 1:50 до 1:10, с образованием эмульсий молочного цвета, используемых для смазки и охлаждения режущего (штампового) инструмента и обрабатываемых изделий.

Указанные эмульсии имеют существенный недостаток - низкое качество обработки поверхности деталей и не обеспечивают достаточную стойкость инструмента.

Известен концентрат смазочно-охлаждающей жидкости (Патент RU №2597599 РФ, МПК С10М173/00, С10М109/02, С10М105/66, C10N 30/04, C10N 30/06, C10N 30/12, C10N 40/20, 2016 г. ), содержащий продукты взаимодействия триэтаноламина с олеиновой кислотой, борной кислотой, моноалкилфосфорной кислотой, целевые добавки пеногаситель, отдушку и воду. В качестве продукта взаимодействия триэтаноламина с олеиновой кислотой используют триэтаноламииовые мыла олеиновой кислоты и триэтаноламииовые мыла оксиэтилировашюй олеиновой кислоты на 7 молей окиси этилена; в качестве продукта взаимодействия триэтаноламина с борной кислотой используют продукт взаимодействия триэтаноламина с модифицированной борной кислотой; в качестве продукта взаимодействия триэтаноламина с моноалкилфосфорной кислотой используют продукт, где в качестве спиртового агента служит полиэтиленгликоль 400, концентрат дополнительно содержит водный раствор полиэтиленгликоля 1500 в концентрации 30-35% масс. и ингибитор меди, в качестве которого используют продукт взаимодействия бензотриазола с триэтаноламииом в массовом соотношении 1:5, при следующем соотношении компонентов, мас. %: триэтаноламииовые мыла олеиновой кислоты - 10,0÷20,0; триэтаноламииовые мыла оксиэтилировашюй олеиновой кислоты на 7 молей окиси этилена - 10,0÷12,0; продукт взаимодействия триэтаноламина с модифицированной борной кислотой - 25,0÷28,0; продукт взаимодействия триэтаноламина с моноалкилфосфорной кислотой, где в качестве спиртового агента служит полиэтиленгликоль 400 - 25,0÷30,0; водный раствор 30-35% полиэтиленгликоля 1500 - 10,0÷12,0; продукт взаимодействия бензотриазола с триэтаноламином в массовом соотношении 1:5 - 0,3÷0,5; пеногаситель - 0,05÷0,07; отдушка - 0,003÷0,005; вода - до 100%.

Недостатком указанного концентрата смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) являются невысокие смазочные и противоизносные свойства, приводящие к повышению интенсивности изнашивания инструмента как при механической обработке детали, так и при пластическом деформировании.

Известно смазочно-охлаждающее технологическое средство для обработки металлов резанием и алмазным выглаживанием (Патент RU №2676690, МПК С10М129/02, С10М133/02, С10М135/04, С10М175/02, C10N40/20, 2019 г.), принятое за прототип. Указанное смазочно-охлаждающее технологическое средство (СОТС) содержит триэтаноламин, смазочный графит, полиоксиэтиленгликолевые эфиры высших жирных спиртов, полиэтиленгликолышзкомолекулярный 400, индустриальное масло И-50 при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Триэтаноламин10-15 Триэтаноламин10-15 Смазочный графит3-5 графит3-5 Полиоксиэтиленгликолевые эфиры высших жирных спиртов10-20 спиртов10-20 Полиэтиленгликоль низкомолекулярный 40030-40 40030-40 Индустриальное масло И-5030-40. И-5030-40.

Недостатками прототипа являются неудовлетворительные смазочные и противоизносные свойства СОТС, приводящие к низкой эффективности его использования при обработке металлов и низкому качеству обработанных поверхностей.

Техническим результатом настоящего изобретения является разработка СОТС, обладающего высокими эксплуатационными технологическими возможностями, в том числе смазочными, противоизносными, и обеспечивающего высокое качество обработанной поверхности.

Технический результат достигается тем, что смазочно-охлаждающее технологическое средство для обработки металлов резанием и алмазным выглаживанием, содержащее триэтаноламин, полиоксиэтиленгликолевые эфиры высших жирных спиртов, полиэтиленгликоль низкомолекулярный, содержит масляную кислоту, отдушку, а низкомолекуляриый полиэтиленгликоль представляет собой полиэтиленгликоль 200-400, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Триэтаноламин66-75 Триэтаноламин66-75 Полиэтиленгликоль 200-4009,5-22 200-4009,5-22 Масляная кислота1,5-2,5 кислота1,5-2,5 Полиоксиэтиленгликолевые эфиры высших жирных спиртов10-12 спиртов10-12 Отдушка0,5-1,0. Отдушка0,5-1,0.

В качестве отдушки используют натуральные ароматические эфирные масла, содержащие лимонен.

Изобретение поясняют графические материалы. На фиг. 1 приведены показатели относительной стойкости метчиков при обработке стали 40Х: 1 - без СОТС; 2-е известным составом СОТС (прототип); 3, 4, 5 - с заявляемым составом СОТС. На фиг. 2 приведены показатели относительной стойкости сверл диаметром 6 мм из быстрорежущей стали Р6М5 при обработке стали 40Х: 6 - без СОТС; 7 - с известным составом СОТС (прототип); 8, 9, 10 - с заявляемым составом СОТС. На фиг. 3 показана гистограмма изменения шероховатости R_a в зависимости от метода обработки для деталей из стали 40X13, где приведено изменение шероховатости R_a в зависимости от метода обработки для деталей из стали 40X13: 11 - точение; 12 - точение + алмазное выглаживание с применением СОТС (прототип); 13, 14, 15 - точение + алмазное выглаживание с применением заявляемого состава СОТС.

Для реализации изобретения использованы следующие вещества:

- триэтаноламин (ТУ 2423-168-00203335-2007);

- полиоксиэтиленгликолевые эфиры высших жирных спиртов (препарат ОС-20) (ГОСТ 10730-82. Вещества текстильно-вспомогательные. Препарат ОС-20. Технические условия (с Изменениями N1,2, 3);

- полиэтиленгликоль низкомолекулярный 200-400 (ТУ 2483-007-71150986-2006);

- масляная кислота (ТУ 6-09-530-75);

- отдушка - натуральные ароматические эфирные масла, содержащие лимонен, например, натуральное эфирное масло «Апельсин» (ТУ 20.53.10-001-05350236-2016 (ТУ9151-001- 05350236-2016).

Триэтаноламин (НО-СН₂СН₂)₃N - это ингибитор коррозии. Триэтаноламин - бесцветная жидкость, смешивается с водой во всех отношениях, слабое основание.

Полиоксиэтиленгликолевые эфиры высших жирных спиртов (препарат ОС-20) - антифрикционные вещества и загустители смазочно-охлаждающего средства (СОТС).

Полиэтиленгликоль низкомолекулярный 200-400 является гидрофильной основой и связующим веществом СОТС.

Масляная кислота - бесцветная жидкость с запахом прогорклого масла, смешивается с водой в любых соотношениях, растворяется в спиртах. Взаимодействует со спиртами с образованием сложных эфиров.

Отдушка - натуральное ароматическое эфирное масло, содержащее лимонен, с характерным сильным запахом цитрусовых.

Смазочно-охлаждающее технологическое средство для обработки металлов резанием и алмазным выглаживанием получают следующим образом.

Пример 1.

66,0 г (66,0 мас. %) триэтаноламина, 22,0 г (22,0 мас. %) полиэтиленгликоля 200, 1,5 г (1,5 мас. %) масляной кислоты, 10,0 г (10,0 мас. %) полиоксиэтиленгликолевых эфиров высших жирных спиртов (препарат ОС-20 - загуститель) и 0,5 г (0,5 мас. %) натурального эфирного масла «Апельсин» (отдушка) перемешивают в течение 5 минут и нагревают смесь до температуры 80-85°С и, помешивая, выдерживают состав при данной температуре в течение 40 минут и затем охлаждают. В итоге консистенция смазочно-охлаждающего технологического средства (СОТС) получается в виде пластичной пасты.

Пример 2.

70,0 г (70,0 мас. %) триэтаноламина, 16,3 г (16,3 мас. %) полиэтиленгликоля 300, 2,0 г (2,0 мас. %) масляной кислоты, 11,0 г (11,0 мас. %) полиоксиэтиленгликолевых эфиров высших жирных спиртов (препарат ОС-20 - загуститель) и 0,7 г (0,7 мас. %) натурального эфирного масла «Апельсин» (отдушка) перемешивают 10 минут и нагревают смесь до температуры 80-85°С и, помешивая, выдерживают состав при данной температуре в течение 45 минут и затем охлаждают. В итоге консистенция смазочно-охлаждающего технологического средства (СОТС) получается в виде пластичной пасты.

Пример 3.

75,0 г (75,0 мас. %) триэтаноламина, 9,5 г (9,5 мас. %) полиэтиленгликоля 400, 2,5 г (2,5 мас. %) масляной кислоты, 12,0 г (12,0 мас. %) полиоксиэтиленгликолевых эфиров высших жирных спиртов (препарат ОС-20 - загуститель) и 1,0 г (1,0 мас. %) натурального эфирного масла «Апельсин» (отдушка) перемешивают 15 минут и нагревают смесь до температуры 80-85°С и, помешивая, выдерживают состав при данной температуре в течение 45 минут и затем охлаждают. В итоге консистенция смазочно-охлаждающего технологического средства (СОТС) получается в виде пластичной пасты.

Технологические (станочные) испытания эффективности СОТС проведены при сверлении отверстия диаметром 6 мм, нарезании резьбы метчиками диаметром Мб и при обработке поверхностей деталей алмазным выглаживанием.

Относительная стойкость метчиков и сверл определялась, соответственно, при нарезании резьбы и сверлении отверстия на деталях из стали 40Х на радиально сверлильном станке 2А135 с автоматической подачей инструмента и отсутствующей системой охлаждения при следующих режимах:

- при сверлении: v=8 м/мин, n=500 об/мин, s=0,12 мм/об.;

- при нарезании резьбы: n=12 об/мин.

Обрабатываемым материалом были выбраны заготовки в форме пластин толщиной 10 мм (фиг. 1 и 2). СОТС наносилось вручную лопаточкой на сверло или на метчик.

Относительная стойкость метчиков и сверл при применении предлагаемого смазочно-охлаждающего технологического средства (СОТС) выше, чем у метчиков и сверл с использованием прототипа. Это свидетельство того, что СОТС в виде пасты имеет улучшенные смазочные свойства и за счет этого активнее проникает и удерживается в зоне контакта инструмент - обрабатываемое изделие.

Обработка алмазным выглаживанием поверхностей деталей из стали 40X13 проводилась на токарном станке типа ИЖ 250ИТВМФ1. Технология упрочнения алмазным выглаживанием включает следующие этапы:

- токарная обработка (точение) при режимах: n=800 об/мин, S=0,15 мм/об;

- алмазное выглаживание при режимах: n=200 об/мин, S-0,01 мм/об, сила выглаживания - 300 Н.

Измерение шероховатости R_a производилось на приборе профилометре - профилографе модели АБРИС-ГТМ7, запись профилограмм - на ЭВМ. Результаты испытаний СОТС - технологические свойства (эффективность) СОТС и известных СОТС при обработке металлов - приведены в таблице 1.

Из таблицы 1 видно, что после обработки алмазным выглаживанием поверхностей деталей из стали 40X13 с применением предлагаемого смазочно-охлаждающего технологического средства (СОТС) величина шероховатости R_a уменьшается по сравнению с прототипом на 8-9%, а при обработке образцов из стали 40Х относительная стойкость метчика увеличилась на 9-13%, сверла на 6-8%.

Таким образом, разработанное смазочно-охлаждающее технологическое средство для обработки металлов резанием и алмазным выглаживанием обладает высокими эксплуатационными и технологическими качествами, в том числе смазочными, противоизносными, и способствует повышению стойкости металлообрабатывающего инструмента, снижению шероховатости поверхности деталей, обеспечивает высокое качество обработанной поверхности.

Настоящее изобретение относится к смазочно-охлаждающему технологическому средству для обработки металлов резанием и алмазным выглаживанием, содержащему триэтаноламин, полиоксиэтиленгликолевые эфиры высших жирных спиртов, полиэтиленгликоль низкомолекулярный, причем средство содержит масляную кислоту, в качестве отдушки – натуральное ароматическое эфирное масло, содержащее лимонен, полиоксиэтиленгликолевый эфир высших жирных спиртов представляет собой препарат ОС-20, а низкомолекулярный полиэтиленгликоль представляет собой полиэтиленгликоль 200-400, при следующем соотношении компонентов, мас. %: триэтаноламин 66-75; полиэтиленгликоль 200-400 9,5-22; масляная кислота 1,5-2,5; препарат ОС-20 10-12; натуральное ароматическое масло, содержащее лимонен, 0,5-1,0. Технический результат – получение смазочно-охлаждающего технологического средства, обладающего высокими эксплуатационными технологическими возможностями, в том числе смазочными, противоизносными, и обеспечивающего высокое качество обработанной поверхности. 3 ил., 1 табл., 3 пр.

Смазочно-охлаждающее технологическое средство для обработки металлов резанием и алмазным выглаживанием, содержащее триэтаноламин, полиоксиэтиленгликолевые эфиры высших жирных спиртов, полиэтиленгликоль низкомолекулярный, отличающееся тем, что содержит масляную кислоту, в качестве отдушки – натуральное ароматическое эфирное масло, содержащее лимонен, полиоксиэтиленгликолевый эфир высших жирных спиртов представляет собой препарат ОС-20, а низкомолекулярный полиэтиленгликоль представляет собой полиэтиленгликоль 200-400, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Триэтаноламин66-75 Триэтаноламин66-75 Полиэтиленгликоль 200-4009,5-22 200-4009,5-22 Масляная кислота1,5-2,5 кислота1,5-2,5 Препарат ОС-20 10-12 Натуральное ароматическое масло, содержащее лимонен 0,5-1,0