close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY9276

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 9276
(13) C1
(19)
(46) 2007.06.30
(12)
7
(51) C 10M 173/02//
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩАЯ ЖИДКОСТЬ
ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ
(21) Номер заявки: a 20040998
(22) 2004.10.28
(43) 2006.04.30
(71) Заявитель: Учреждение образования
"Белорусский государственный технологический университет" (BY)
(72) Авторы: Гарост Александр Иванович; Шишаков Евгений Павлович;
Руденко Владимир Александрович
(BY)
BY 9276 C1 2007.06.30
(C 10M 173/02,
125:20, 125:24,
133:04, 129:24)
C 10N 40:20
(73) Патентообладатель: Учреждение образования "Белорусский государственный технологический университет"
(BY)
(56) BY 4211 C1, 2001.
BY a 20020429, 2003.
SU 1268609 A1, 1986.
SU 1054405 A, 1983.
SU 1018964 A, 1983.
BY a 20020659, 2004.
(57)
Смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки металлов, содержащая нитрит натрия, тринатрийфосфат, триэтаноламин и воду, отличающаяся тем, что дополнительно содержит канифоль и формалин при следующем соотношении компонентов,
мас. %:
нитрит натрия
0,07 - 0,09
тринатрийфосфат
0,75 - 1,00
триэтаноламин
0,50 - 0,65
канифоль
1,15 - 1,65
формалин
0,001-0,010
вода
остальное.
Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к смазочноохлаждающим жидкостям (СОЖ) для механической обработки изделий из металлических
сплавов с пониженными антикоррозионными характеристиками, например серых чугунов
и нелегированных сталей, обеспечивая смазку (исключение схватывания материала резца
с обрабатываемым объектом), эффективное охлаждение зоны резания и надежную консервацию обрабатываемой поверхности как в процессе резания, так и при межоперационном хранении.
Большинство СОЖ и их концентраты имеют масляную основу. Утилизация отработанных маслосодержащих эмульсий связана с огромными экологическими проблемами, к
тому же санитарно-гигиенические условия при применении таких СОЖ неудовлетворительные. Применение существующих маслосодержащих СОЖ приводит к загрязнению
нефтепродуктами металлической стружки, которая в таком виде не может быть использована в качестве шихты при плавке в металлургических печах, требуется ее дополнитель-
BY 9276 C1 2007.06.30
ная обработка. Одновременно готовые детали, полученные механической обработкой с
использованием маслосодержащих СОЖ, обладают повышенной склонностью к коррозии
при их межоперационном хранении.
Следовательно, создание СОЖ на безмасляной основе с применением недорогого и
доступного сырья позволит устранить перечисленные недостатки, при этом одновременно
должны быть улучшены противозадирные и другие технологические свойства.
В настоящее время известно множество составов концентратов и рабочих растворов
СОЖ.
Известен концентрат смазочно-охлаждающей жидкости [1] для механической обработки металлов, содержащий следующее соотношение компонентов (мас. %):
минеральное масло
10-30
моноэтаноламин
6-20
борная кислота
20-30
смесь активного поверхностного вещества
вода
остальное.
Однако данный концентрат содержит минеральное масло, которое ухудшает экологические качества смазочно-охлаждающей жидкости. Рабочие растворы СОЖ (3-5 %) на основе таких концентратов имеют ограниченный срок стабильности при хранении, особенно
при отрицательных температурах. Одновременно нужно отметить, что повышать моющие
характеристики целесообразнее не за счет увеличения концентрации моноэтаноламина, а
путем ввода новых синтетических или природных присадок, при одновременном вводе
оптимальных доз антикоррозиционных веществ. Минеральное масло содействует налипанию остатков от обработки металлов, ухудшает санитарно-гигиеническое состояние рабочего места. Кроме того, данный концентрат обладает повышенным пенообразованием, что
связано с высокой концентрацией моноэтаноламина.
Существует также ряд безмасляных составов на различных основах.
Одной из наиболее известных является СОЖ [2], содержащая в мас. %:
сульфированное касторовое масло
4,0 - 5,0;
хвойный концентрат
1.0-2.0;
тринатрийфосфат
1,0-2,0;
хлорид натрия
7,0 -10,0;
сульфат цинка
0,01-0,1;
буру
0,5 -1,0;
глицерин
10,0-20,0;
триэтаноламин
2,0 - 5,0;
воду
остальное.
Недостатками данной СОЖ являются низкие показатели по стойкости режущего инструмента (стойкость резцов не превышает 36,2 мин) и качеству обработанной поверхности.
Одновременно известная СОЖ обладает низкими эксплуатационными свойствами, связанными со сложностью приготовления многокомпонентного состава, и трудностью утилизации отработанной многокомпонентной жидкости. Данная СОЖ содержит в составе
0,01-0,1 % сульфата цинка, который обладает высокой токсичностью, и дорогие и малоэффективные добавки растительного происхождения - сульфированное касторовое масло
(4,0-5,0 %) и хвойный концентрат (1,0-2,0 %), а также пищевые продукты - хлорид натрия,
который вызывает повышенную коррозию деталей при межоперационом хранении. Входящий в состав известной СОЖ глицерин (10,0-20,0 %) при нагревании выше 30 °С разлагается с образованием легковоспламеняющихся и ядовитых веществ.
Известный концентрат содержит свободный триэтаноламин в относительно большом
количестве (2,0-5,0 %), который при такой концентрации вызывает повышенную коррозию обрабатываемых материалов и инструмента и ухудшает санитарно-гигиенические
свойства рабочих растворов СОЖ.
2
BY 9276 C1 2007.06.30
Наиболее близким к заявляемому объекту по технической сущности и достигаемому
результату является смазочно-охлаждающая жидкость (прототип) для механической обработки металлических сплавов и способ ее приготовления [3]. Данная СОЖ имеет следующий состав (мас. %):
моноэтаноламиновая соль терпеноидномалеинового
аддукта, содержащая не более 10 % соли диаддукта
0,15-7,50;
нитрит натрия
0,05-7,50;
тринатрийфосфат
0,05-5,00;
триэтаноламин
0,05-7,50;
вода
остальное.
Недостатками данной СОЖ являются: относительно невысокая стойкость режущего
инструмента при механической обработке металлов и невысокое качество обработанной
поверхности детали, что связано с достаточно высокой шероховатостью. Смазочноохлаждающая жидкость обладает недостаточно высокими показателями моющей способности и смачиваемости вследствие неполной растворимости в воде моноэтаноламиновой
соли терпеноидномалеинового аддукта. К тому же технология получения аддукта сложная
и в полной мере не отработана. Одновременно присутствует повышенное пенообразование при резании металлов. Известный состав СОЖ не обладает достаточным смазывающим эффектом сопряженных при резании поверхностей обрабатываемого объекта и
инструмента, что приводит к ухудшению чистоты обработки поверхности и повышенному
абразивному износу инструмента. Повышенная коррозионная агрессивность известной
СОЖ при взаимодействии с поверхностями обрабатываемых изделий из чугунов и практическое отсутствие консервирующего эффекта приводят к необходимости создания новых высокотехнологических смазочно-охлаждающих жидкостей.
Задача изобретения - уменьшение коррозионной агрессивности СОЖ в отношении
инструмента и заготовки, повышение стойкости при длительном межоперационном хранении деталей за счет создания консервирующего эффекта, повышение качества обработанной поверхности и стойкости инструмента при сохранении на высоком уровне
других технологических характеристик.
Указанная задача достигается тем, что в смазочно-охлаждающую жидкость для механической обработки металлов, содержащую нитрит натрия, тринатрийфосфат, триэтаноламин и воду, дополнительно вводят канифоль и формалин при следующем соотношении
компонентов (мас. %):
нитрит натрия
0,07-0,09;
тринатрийфосфат
0,75 -1,00;
триэтаноламин
0,50 - 0,65;
канифоль
1.15-1,65;
формалин
0,001 - 0,010;
вода
остальное.
Существенным отличием предложенного состава смазочно-охлаждающей жидкости
является достижение оптимального соотношения компонентов, позволяющего обеспечить
уменьшение коррозионной агрессивности СОЖ в отношении инструмента и заготовки,
повышение коррозионной стойкости при длительном межоперационном хранении деталей
за счет создания консервирующего эффекта, повышение качества обработанной поверхности и стойкости инструмента при сохранении на высоком уровне других технологических характеристик (эффективное смачивание поверхности металла при резании,
незначительное пенообразование и др.).
В отличие от прототипа концентрат не содержит моноэтаноламиновую соль терпеноидномалеинового аддукта, технология получения которой сложная и в полной мере не отработана, присутствие которой увеличивает пенообразование. При предложенном
содержании канифоли в разработанной СОЖ обеспечивается максимальный смазываю3
BY 9276 C1 2007.06.30
щий эффект, что благоприятно сказывается на стойкости инструмента и чистоте обрабатываемой поверхности. Содержание нитрита натрия должно находиться на минимально
возможном уровне (не более 0,09 мас. %), при котором не ухудшаются санитарногигиенические свойства рабочих растворов СОЖ и обеспечиваются высокие антикоррозионные характеристики.
Для уменьшения сил трения при резании целесообразно регулировать концентрацию
тринатрийфосфата в пределах 0,75-1,00 мас. %, который является эффективным противозадирным компонентом.
Дополнительное введение в состав СОЖ в незначительном количестве (0,0010,010 мас. %) формалина позволяет исключить образование и рост микроорганизмов при
длительном использовании и хранении смазочно-охлаждающей жидкости.
Уменьшение коррозионной активности созданной СОЖ объясняется сдвигом стандартного электрохимического потенциала на границе обрабатываемый материал - смазочно-охлаждающая жидкость в положительную сторону (в сторону пассивации).
Консервирующий эффект при длительном межоперационном хранении деталей после
высыхания СОЖ связан с образованием на поверхности деталей канифолесодержащей
пленки.
Анализ известных составов СОЖ, используемых для механической обработки металлов, показал, что признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа,
представляют собой новую совокупность признаков, так как при анализе не выявлено совместного использования канифоли, нитрита натрия, триэтаноламина, формалина, тринатрийфосфата в качестве основных компонентов в указанных пределах в известных
составах СОЖ. Применение указанных компонентов в предложенной совокупности обеспечивает СОЖ свойствами, проявляемыми в заявляемом техническом решении, а именно:
низкой коррозионной агрессивностью СОЖ в отношении инструмента и заготовки, высокой стойкостью при длительном межоперационном хранении деталей за счет создания
консервирующего эффекта, высоким качеством обработанной поверхности и хорошей
стойкостью инструмента при сохранении на высоком уровне других технологических характеристик.
В результате обеспечения оптимальности состава и реализации вышеуказанного механизма взаимодействия содержащихся в СОЖ элементов гарантируется высокое качество
обработанной поверхности.
Компоненты предлагаемой СОЖ с разработанной рецептурой могут входить в состав
концентрата смазочно-охлаждающей жидкости, представляющего собой пастообразную
массу темно-коричневого цвета, хорошо растворимую в воде с образованием полупрозрачных растворов с рН 8,5-9,3, имеющих плотность 1040-1080 г/л при 20°.
Изобретение поясняется примерами.
Пример 1
В реакционную колбу, снабженную мешалкой, обратным холодильником и термометром, заливают 97 г воды, которую подогревают до 60-70 °С, затем при включенной мешалке в колбу вводят 1,65 г измельченной канифоли и, поддерживая температуру в
вышеуказанных пределах, содержимое тщательно перемешивают в течение 0,5 часа. Затем отбирают пробу для определения однородности раствора, в который потом загружают
0,07 г нитрита натрия, 1 г тринатрийфосфата, 0,001 г формалина и 0,65 г триэтаноламина.
Смесь перемешивают до полного растворения компонентов и фильтруют. Профильтрованная смесь и является предлагаемой СОЖ, при этом она имеет специфический запах
лесной хвои.
Испытания эффективности предлагаемой СОЖ проводят при обработке на токарных
станках продольного фасонного точения марки 1К62 стали 45 на следующих режимах:
скорость резания V = 20 м/мин; подача S = 0,2 мм/об.; глубина резания t = 0,5 мм. За критерий затупления инструмента был принят износ по задней грани резца, равный 0,5 мм.
4
BY 9276 C1 2007.06.30
Проводят также испытания эффективности предлагаемой СОЖ при шлифовании нержавеющей стали 08Х18Н10Т на шлифовальных станках марки 3М151 (Vкр = 28 м/с;
Vдет = 10 м/мин; t = 0,01 мм/дв. ход. В этом случае определялась шероховатость поверхности.
Коррозионные процессы на границе металл - смазочно-охлаждающая жидкость исследовались путем измерения величины электродных потенциалов, которые учитывают
структурно-энергетическое состояние обеих контактирующих сред, и массовым методом.
Электрохимическим исследованиям подвергались образцы феррито-перлитного серого
чугуна, который наиболее часто применяется для изготовления деталей машин, но в то же
время обладает наиболее низким электрохимическим потенциалом и в большинстве сред в
наибольшей степени подвержен коррозии.
При измерении электродных потенциалов применяют портативные и несложные в эксплуатации хлорсеребряные электроды сравнения (вместо водородных электродов, потенциал которых принимается равным нулю) типа ЭВЛ 1М1.
Измерение ЭДС системы, состоящей из хлорсеребряного электрода сравнения и исследуемого сплава (электрода), дает величину электродного потенциала в шкале хлорсеребряного электрода сравнения (х.с.э.). Для пересчета величины электродного потенциала
из шкалы водородного электрода в шкалу насыщенного хлорсеребряного электрода сравнения используют соотношение:
εх(нвэ)= εх(хсэ)+ εхсэ(нвэ),
где εх(нвэ) - потенциал исследуемого электрода в водородной шкале;
εхсэ(нвэ) - потенциал хлорсеребряного электрода сравнения в шкале водородного электрода;
εх(хсэ) - потенциал исследуемого электрода в шкале хлорсеребряного электрода сравнения.
Величина εхсэ(нвэ) известна и составляет 0,222 В (относительно нормального водородного электрода сравнения: отн. н.в.э.).
При массовом методе испытаний, как и при измерении электродных потенциалов, все
образцы предварительно подготавливали: обезжиривали при температуре 60-80 °С в течение 10-20 минут, а затем активировали.
Для обезжиривания использовали раствор следующего состава:
NaOH
5-10 г/л
Na2CO3
20-40 г/л
Na3PO4
20-40 г/л.
Активирование производили в растворе серной кислоты с концентрацией 30 г/л при
температуре 18-25 °С в течение 1 минуты.
Перед проведением испытаний образцы серого чугуна после предварительной подготовки взвешивали, определяли площадь с помощью штангенциркуля. Исследования проводили в течение 24 часов, после чего образцы извлекали из стаканов с раствором СОЖ,
промывали, при этом уточняли площадь погружения в раствор. Снятие продуктов коррозии проводили в концентрированной азотной кислоте при комнатной температуре в течение 30 секунд. После этого образцы промывали, сушили и взвешивали. По изменению
массы рассчитывали массовый показатель коррозии, который имеет размерность г/м2 ч, по
формуле:
∆m
Км =
= ik * q ,
S* t
где ∆m - изменение массы образца в результате проведения опыта, г;
S - площадь погруженной поверхности образца, см2;
t - продолжительность проведения опыта, ч;
ik - плотность тока коррозии, А/см2.
По массовому показателю коррозии определяли ток коррозии:
5
BY 9276 C1 2007.06.30
ik = Км/q,
где q - электрохимический эквивалент металла, г/(А⋅ч), который равен:
q = M/(z*F),
где М - молярная масса металла, г/моль;
z - число электронов, участвующих в анодной реакции растворения металла;
F - число Фарадея (F = 26,8 А⋅ч).
Результаты испытаний приведены в таблице.
Пример 2
В реакционную колбу, снабженную мешалкой, обратным холодильником и термометром, заливают 97 г воды, которую подогревают до 60-70 °С, затем при включенной мешалке в колбу вводят 1,15 г измельченной канифоли и, поддерживая температуру в
вышеуказанных пределах, содержимое тщательно перемешивают в течение 0,5 часа. По
окончании реакции отбирают пробу для определения однородности раствора, в который
потом загружают 0,09 г нитрита натрия, 0,5 г тринатрийфосфата, 0,010 г формалина и
0,75 г триэтаноламина. Смесь перемешивают до полного растворения компонентов и
фильтруют.
Все технические характеристики, полученные на основе проведенных выше испытаний (методики приведены в примере 1), отражены в таблице.
Пример 3
В реакционную колбу, снабженную мешалкой, обратным холодильником и термометром, заливают 97 г воды, которую подогревают до 60-70 °С, затем при включенной мешалке в колбу вводят 1,40 г измельченной канифоли и, поддерживая температуру в
вышеуказанных пределах, содержимое тщательно перемешивают в течение 0,5 часа. По
окончании реакции отбирают пробу для определения однородности раствора, в который
потом загружают 0,08 г нитрита натрия, 0,875 г тринатрийфосфата, 0,005 г формалина и
0,575 г триэтаноламина. Смесь перемешивают до полного растворения компонентов и
фильтруют.
Все технические характеристики, полученные на основе проведенных выше испытаний (методики приведены в примере 1), отражены в таблице.
Пример 4
В реакционную колбу, снабженную мешалкой, обратным холодильником и термометром, заливают 97 г воды, которую подогревают до 60-70 °С, затем при включенной мешалке в колбу вводят 1,75 г измельченной канифоли и, поддерживая температуру в
вышеуказанных пределах, содержимое тщательно перемешивают в течение 0,5 часа. По
окончании реакции отбирают пробу для определения однородности раствора, в который
потом загружают 0,06 г нитрита натрия, 0,72 г тринатрийфосфата, формалина 0,011 г и
0,70 г триэтаноламина. Смесь перемешивают до полного растворения компонентов и
фильтруют.
Все технические характеристики, полученные на основе проведенных выше испытаний (методики приведены в примере 1), отражены в таблице.
Пример 5 (по прототипу)
В реакционную двухгорлую колбу, снабженную мешалкой, обратным холодильником
и термометром, загружают 99,5 г воды и 0,06 г моноэтаноламина. Колбу помещают в термостат и ее содержимое подогревают до 60-70 °С. Затем при включенной мешалке в колбу
вводят 0,09 г измельченного терпеномалеинового аддукта (ТМА) и, поддерживая температуру в вышеуказанных пределах, реакцию ведут при тщательном перемешивании в течение 0,5 часа. По окончании реакции образования моноэтаноламиновой соли ТМА
отбирают пробу для определения степени однородности раствора, в который затем загружают 0,15 г нитрита натрия, 0,05 г тринатрийфосфата и 0,15 г триэтаноламина. Смесь перемешивают до полного растворения компонентов и фильтруют.
6
BY 9276 C1 2007.06.30
Все технические характеристики, полученные на основе проведенных выше испытаний (методики приведены в примере 1), отражены в таблице.
Составы предлагаемых СОЖ и результаты испытаний
№
опыта
Состав, мас. %
Канифоль - 1,65;
Нитрит натрия - 0,07;
Триэтаноламин - 0,65;
1
Формалин - 0,001;
Тринатрийфосфат -1,00;
Вода - ост.
Канифоль - 1,15;
Нитрит натрия - 0,09;
Триэтаноламин - 0,50;
2
Формалин - 0,010;
Тринатрийфосфат - 0,75;
Вода - ост.
Канифоль - 1,40;
Нитрит натрия - 0,08;
Триэтаноламин - 0,575;
3
Формалин - 0,005;
Тринатрийфосфат - 0,875;
Вода - ост.
Канифоль - 1,75;
Нитрит натрия - 0,06;
Триэтаноламин - 0,70;
4
Формалин - 0,011;
Тринатрийфосфат - 0,72;
Вода - ост.
Моноэтаноламиновая соль
терпеноидномалеинового
5 (по аддукта - 0,15;
прото- Нитрит натрия - 0,15;
типу) Тринатрийфосфат - 0,05;
Триэтаноламин - 0,15;
Вода - ост.
Плотность
Стойкость Электродный
Шероховатока корроинструмента, потенциал,
тость Ra, мкм
зии, ik
мин
εх(нвэ), mB
mkA/см2
0,49
48
212
9,78
0,54
46
198
9,12
0,50
52
220
10,82
0,55
44
173
12,70
0,60
38
40
20,11
Результаты испытаний (таблица) показывают, что стойкость инструмента при точении
стали 45 повышается с 38 мин (по прототипу) до 46-52 мин при применении предлагаемого состава СОЖ, т.е. повышается на 21-38 %. Это объясняется эффективным смазывающим и смачивающим эффектами, достигаемыми при применении разработанной СОЖ.
Шероховатость обработанной поверхности Ra при шлифовании нержавеющей стали
08Х18Н10Т на шлифовальных станках марки 3М151 уменьшается с 0,60 мкм (по прототипу) до 0,49-0,54 мкм при применении предлагаемого состава СОЖ, что составляет 1018 %. При шлифовании не происходит засаливания абразивного инструмента, нет прижогов детали.
Применение разработанной СОЖ обеспечивает повышение коррозионной стойкости.
Так, электрохимические исследования указывают на уменьшение плотности коррозионно7
BY 9276 C1 2007.06.30
го тока в образующейся гальванической паре с 20,11 mkА/см2 (по прототипу) до 9,1210,82 mkА/см2 при применении предлагаемого состава СОЖ. При этом равновесный электродный потенциал εх(НВЭ) сдвигается в более положительную сторону с 40 mB (по прототипу) до 198-220 mB, т.е. в более пассивную сторону.
Если содержание компонентов СОЖ выходит за рамки заявляемого состава (пример 4), то характеристики стойкости инструмента, шероховатости полученной поверхности и коррозионной стойкости ниже, чем у предлагаемого состава, но значительно
превосходят соответствующие значения прототипа (пример 5).
Предлагаемая СОЖ длительное время стабильна при хранении в условиях отрицательных температур (-15 °С).
Таким образом, в результате использования предлагаемой смазочно-охлаждающей
жидкости будет достигнут следующий технический результат: повышение стойкости инструмента на 21-38 %, уменьшение шероховатости (т.е. повышение качества) обработанной поверхности на 10-18 %, повышение коррозионной стойкости на 46-54 %.
Разработанную смазочно-охлаждающую жидкость планируется использовать в механических цехах машиностроительных предприятий при обработке заготовок из черных и
цветных металлов и их сплавов. Ряд других испытаний в производственных и лабораторных условиях показал, что заявляемая СОЖ может использоваться также в качестве моющеконсервационного средства на предприятиях машиностроения.
Источники информации:
1. Патент РФ N 2041252, МПК С10М 173/00 // БИ № 20. - 1995.
2. А. с. СССР N 1597379, МПК С10М 173/02 // БИ № 37. - 1990.
3. Патент РБ 4211, МПК С10М 173/02. - Опубл. 30.12.2001.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
8
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
121 Кб
Теги
by9276, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа