Смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки металлов Советский патент 1984 года по МПК C10M3/22 C10M3/30 

Изобретение относится к механичес кой обработке металлов, в частности к смаэочно-охлаждающим жидкостям (СОЖ) для механической обработки металлов, в частности, алюминиевых сплавов. ИзвестныСОЖ для механической обработки металлов, представляющие собой водные эмульсии минеральных масел, приготавливаемые из товарных эмульсолов lj . Однако водные эмульсии обладают низкими, смазочными свойствами, не исключают налипания обрабатываемого материала на режущий инструмент и ш .обеспечивают требуемой шероховатости обработанной поверхности (позволяют получать поверхность не выше шестого класса шероховатости поверхности) . Известны составы СОЖ на основе мылонафта, олеиновой кислоты и други добавок, используемых при точении деталей из алюминиевых сплавов, а также СОЖ на основе нефтепродуктов, например, керосина ZJ и з Однако эти СОЖ токсичны, огнеопас ны и не обеспечивают требуе1 ш класс чистоты поверхности. Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является СОЖ для механической обработки металлов, представляющая собой водный раствор природного высокомолекулярного соединения - желатина. Высокомолекулярные соединения (ВМС) с сильно асимметрическими, вытянутыми молекулами, как в случае желатина, характеризуются волокнистой структурой, обу славливающей высокую механическую про ность и эластичность .Такие вещества об ладают способностью образовывать плен ки на поверхности, играющие роль смазки 41 . Однако использование известной СОЖ не обеспечивает требуемой шеро ховатости обработанной поверхности(ш роховатость поверхности получается не выше шестого класса),поверхность обра ботанной детали загрязняется продук тами р-азложения и денатурации желатина под действием повьш1енной температуры в зоне резания, возникает точечная коррозия, вызванная взаимо действием продуктов разложения желатина с поверхностью детали. Кроме того, известная СОЖ биологически не устойчива. Целью изобретения является снижение шероховатости обработанной поверхности. Поставленная цель достигается тем, что смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки металлов, содержащая воду и высокомолекулярное соединение, в качестве последнего содержит сщитую метилен-бис-метакрилам:идом натриевую или аммониевую соль сополимера бутилакрилата и метакриловой кислоты при следующем .соотношении компонентов, мас.%: Сшитая метилен-бис-метакриламидом натриевая или аммониевая соль .сополимера бутилакрилата и метакриловой кислоты0,1-1,0 ВодаОстальное Предлагаемое высокомолекулярное соединение выпускается под названием Лакрис и используется в качестве загустителя для печатных красок 5j . Лакрис представляет собой структурированную каллоидную систему пространственного ионогенного полимера. По химическому составу это редкосшитый сополимер на основе бутилакрилата и метакриловой кислоты. Метакриловая кислота нейтрализуется щелочами NaOH -(Лакрис-Na) и - (Лакрис-МНл).Подщивка осуществляется метилен-бис-метакриламидом. Формулы сополимера и сшивки схематически можно представить следующим образом: CHj/C C-RH-CH2-NH-C-C -CHj Состав сшивки - метилен-бис-метакриламид. Степень сшивки,- на 150 мономерных единиц одна сшивка.Мол.30000. Вязкость (по Бруксельду) с использованием шпинделя № 6 (2,,5%-ный раствор) составляет 10000-20000 сП. Высокий смазочно-охлаждаюпшй эффект предлагаемой СОЖ обусловлен сочетанием солей редкосшитых сополимеров бутилакрилата и метакриловой кис31

||(.ггы. Во-первых, водные растворы указанных солей в пределах предлагаемой концентрации представляют собой структурированные жидкости. Такое физико-химическое состояние растворо солей редкосшитых сополимеров, в отличие от несшитых высокомолекулярных соединений, выгодно с термодинамической точки зрения, что объясняется большей энергией межмолекулярного взаимодействия, связанной с частичной потерей гибкости макромолекулы. Длинные макромолекулы сополимеров, сцепляясь по концам, образуют пространственные структурные сетки, в петлях которых находится механически захваченная вода.

Под действием механического напряжения и температуры в зоне контакта режущего инструмента и обрабатываемого материала из структурньпх сеток выдавливается вода и структурированная жидкость приобретает строение типа сэндвичевых соединений. В структурах подобного типа слои могут легко перемеш;аться относительно друг друга, обеспечивая значительное понижение коэффициента трения контактирующих поверхностей. Сшивка длинных цепей сополимеров, с одной стороны, ориентирует слои структурных сеток параллельно друг другу, а с другой редкая сшивка обеспечивает скольжение цепей макромолекулы.

Во-вторых,предлагаемые ВМС обладают свойствами поверхностно-активных веществ (ПАВ). Поверхностно-активное воздействие направлено на окись алюминия, находящуюся на обрабатываемой поверхности и способную сильно адсорбировать сложноэфирную группу бутилакрилата, одного из сегментов сополимера. Адсорбционное понижение прочности ВМС позволяет снизить поверхностную энергию и уменьшить работу образования новой поверхности (эффект Ребиндера). Адсорбция окисью алюминия сложноэфирных группировок сополимера приводит к появлению положительного расклинивающего давления, развитию новых микротрещин, к разрушению поверхности металла под действием небольп1их перегрузок, что в итоге обеспечивает уменьшение шероховатости обработанной поверхности.

Смазочно-охлаждаюший-эффект водных ргзпр.оров натриевой и аммониевой солей сополимера метакриловой кислоты

2004

и бутилакрилата близок. Однако следует отдать предпочтение натриевой соли сополимера, поскольку аммониевая соль имеет аммиачный запах.

Концентрация ВМС-Лакрис менее О, 1 мас.% не обеспечивает требуемого уменьшения шероховатости обработанной поверхности, а концентрация боле 1% вызывает застудневание (переход в устойчивый гель) структурированных растворов. В интервале концентраций 0,1-1 мас.% растворы ВМС-Лакрис стабильны.

Предлагаемая СОЖ готовится просты растворением в воде. Например, требуемое количество пасты Лакрис-Na или Лaкpиc-NH растворяют в воде при 50-70 С, перемешивая, в течение 5-10 мин. Полученный раствор отличается стабильностью и способен хранит ся без изменений длительное время.

Проведены сравнительные испытания предлагаемой СОЖ с различным содержанием компонентов при точении алюминиевого сплава АЛ-4 (ГОСТ 2685-63) Испытания проводились на токарном станке- 1К625 при следующих режимах резания: подача 0,15 мм/об, глубина резания 0,25 мм, скорость резания 0,08, 0,2, 0,58, 1,08, 1,67,2,5м/се Применялись резцы из сплава ВКбМ с зачистной режущей кромкой.

Испытывались составы СОЖ, содержащие Лакрис-Na в воде, мас.%: 0,1 (состав 1), 0,5 (состав 2), 1 (состав 3), и Лакрис-NH, мас.%: 0,1 (состав 4), 0,5 (состав 5), 1 (состав 6) .

Указанные составы СОЖ 1-6 испытывали в сравнении с 14%-ным эмульсолом Укринол-1 (состав 7) и с 0,1%-ным раствором желатина (состав 8).

Основной критерий при испытании шероховатость обработанной поверхности (ГОСТ 2789-73), которая замерялась на профилографе ,- профилометре модели 283.

Результаты испытаний представлены в таблице.

Как видно, при использовании в качестве СОЖ водного раствора ЛакрисМа и Лакрис-МПд шероховатость обработанной поверхности уменьшается в 1,2-2 раза по сравнению с известными (составы 7 и 8).

Предлагаемая СОЖ не разлагается при хранении, негорюча, нетсжгичиа )и биологически устпттииря.

СМАЗОЧНО-ОХЛАВДАЮ1ЧАЯ ШДКОСТЬ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ, содержащая воду и высокомолекулярное соединение, отличающаяся тем, что, с целью снижения шероховатости обработанной поверхности, жидкость в качестве высокомолекулярного соединения содержит сшитую метилен-бис-метакриламидом натриевую или; аммониевую соль сополимера бутилакрилата и метакриловой кислоты при следующем соотношении компонентов,мас.%: Сшитая метилен-бис-метакриламидом натриевая или аммониевая соль сопо- лимера бутилакри(Л лата и метакриловой кислоты 0,1-1,0 Вода Остальное 00