Мастильно-охолоджуюча рідина для механічної обробки металів

Изобретение относится к области механической обработки металлов резанием, в частности к смазочноохлаждающим жидкостям (СОЖ), и может быть использовано на операциях нарезания резьбы на углеродистых легированных конструкционных и нержавеющих сталях. Известен концентрат СОЖ для механической обработки металлов (ЛЗ-26МО по ТУ 38 1011157-88), который используют при нарезании на нержавеющих сталях. Известная СОЖ имеет следующий состав, мас. %: Сложный эфир пентаэритрита и синтетических жирных кислот фракции С5-С9 или 3-5 растительное масло Трихлорамиловый эфир диэтилдитиокарбаминовой кислоты 2,2-2,5 Осерненные тетрамеры пропилена 11 - 12 Хлорированный парафин 1,5-2,0 Сера 0,5-0,7 Осерненный животный жир 3,5-5,0 Продукт конденсации триэтаноламина с кубовым остатком процесса дистилляции фракции синтетических жирных кислот С 17 - С20 0,1-0,3 Полиизобутилен 3,5-4,0 Нефтяное масло 68,5-74,7 [1] По технической сущности, компонентному составу и достигаемому эффекту известная СОЖ (концентрат)наиболее близка к заявляемой. Однако известная СОЖ содержит хлорированный парафин и трихлорамиловый эфир диэтилдитиокарбаминовой кислоты, применение которых не оправдано с точки рения охраны окружающей среды. Кроме того, она имеет недостаточно высокие трибологические свойства и не эффективна с точки зрения обеспечения стабильности процесса резьбонарезания и снижения усилий резания. В основу изобретения поставлена задача создать экологически безопасную масляную СОЖ с высокими трибологическими свойствами, обеспечивающую плавность и стабильность процесса резьбонарезания и снижение усилий резания (крутящего момента). Поставленная задача решается тем, что смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки металлов, содержащая нефтяное масло, серосодержащую противозадирную присадку и противоизносную присадку,согласно изобретению в качестве серосодержащей противозадирной присадкисодержит серу элементную или полисульфид, в качестве противоизносной присадки содержит сульфидированный животный жир или сульфидированное растительное масло и дополнительно содержит стеарат кальция, сульфонат кальция, кислый эфир алкенилянтарной кислоты, антиокислительную и антипенную присадки при следующем соотношении компонентов, мас. %: сера элементарная или полисульфид 0,5-3,0 стеарат кальция 0,5-2,0 сульфидированный животный жир или сульфидированное растительное масло 8,0-25,0 сульфонат кальция 15,0-25,0 кислый эфир алкенилянтарной кислоты 0,3-1,0 антиокислительная присадка 0,15-0,25 антипенная присадка 0,005-0,01 нефтяное масло до 100 Подбор и введение в композицию СОЖ компонентов в конкретной их совокупности и количественном соотношении обеспечивает ей высокие физико-химические и эксплуатационные свойства, недостигаемые для известных СОЖ аналогичного назначения. Характеризуясь более высокими трибологическими свойствами в сравнении с известными составами, заявляемые композиции СОЖ с точки зрения снижения усилий резания путем снижения величины крутящего момента, плавности и стабильности процесса являются более эффективными. При этом новая СОЖ является экологически безопасной, так как не содержит хлорированного парафина, трихлорамилового эфира диэтилдитиокарбаминовой кислоты и осерненного тетрамера пропилена, насыщенного смолистыми веществами. Для получения СОЖ используют: - Нефтяное масло типа И-20А /ГОСТ 20799-88/ или ВИ-20 /ТУ 38.101308-78/, или другие высокоочищенные масла и их смеси с кинематической вязкостью при 50°С более 20 мм2/с. - Серу элементную природную молотую /ГОСТ 127-76/ или полисульфид с содержанием серы более 30% мас. общей формулы RSnR , где R - радикал С4-С10 и n > 3 /поставляется по сертификату изготовителя/. - Стеарат кальция технический /ТУ 6-14-722-76/ или присадка Лубрикант /ТУ 88 УССР 192.103-91/. - Сульфонат кальция нефтяной С-300 /ТУ 38.1014444-76/; С-150 /ТУ 38.101685-84/; КНД /ТУ 38.1011283-89/ или импортные сульфонаты нефтяные, или синтетические /по сертификату завода-изготовителя/. - Кислый эфир алкенилянтарной кислоты /присадка В-15/41 по ТУ 6-14-866-86/. - Сульфидированный животный жир или сульфидированные растительные масла (рапсовое, горчичное, хлопковое рафинированное и др.). Сульфидированное хлопковое масло производится по ТУ 38 30171-74, остальные сульфидированные растительные и животные жиры производятся по стандарту предприятия-изготовителя. - Антиокислительную присадку 4-метил-2,6-ди-трет-бутилфенол /Ионол/ /ГОСТ 10894-76/ или др. известные антиокислители для нефтяных масел. - Антипенную присадку ПМС-200А /ОСТ 6-02-20-79/. Заявляемая СОЖ готовится путем простого смешивания компонентов при температуре 80 - 120°С. В табл. 1 приведены составы композиций СОЖ, приготовленных согласно изобретению, а также содержащих компоненты в количественных соотношениях, выходящих за пределы заявляемого интервала. Кроме того, был приготовлен образец СОЖ-прототипа согласно пат. SU № 1806177 (товарное названиеЛЗ-26МО) следующей рецептуры, мас. %: Нефтяное масло 72,2; Полиизобутилен 3,5; Сложный эфир пентаэритрита и СЖК С5-С9 4,0; Трихлорамиловый эфир диэтилдитиокарбаминовойкислоты 2,3; Осерненные тетрамеры пропилена 11,5; Хлорированный парафин 1,7; Продукт конденсации триэтаноламина скубовым остатком процесса дистилляции фракции СЖК С17-С20 0,2; Сера элементная 0,6; Сульфидированный жир животный (лярд) 4,0. Все приготовленные СОЖ были испытаны в одинаковых условиях. В табл. 2 приведены физико-химические свойства образцов. В табл. 3 приведены результаты оценки трибологических (противозадирных и противоизносных) свойств испытуемых СОЖ. Копия протокола испытаний СОЖ на машине ЧШМ прилагается (приложение 1). Анализ данных табл. 3 показывает, что композиции заявляемой СОЖ, соответствующие формуле изобретения, существенно превосходят прототип и другие известные жидкости по показателям противозадирных свойств (Рс, Рk и Из) и противоизносных свойств (Ди). Композиция № 4 с запредельным содержанием компонентов обеспечивает более низкие показатели трибологических свойств по сравнению с другими композициями. Композиция № 5 с запредельным содержанием компонентов не выдерживает испытаний на стабильность при хранении (см. табл. 2). Композиция № 3 заявляемой СОЖ испытана в сравнении с прототипом и другими известными жидкостями при нарезании резьбы на углеродистой легированной конструкционной стали 40Х и нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Испытания проводились на специальном резьбонарезном стенде "Фалекс-8" (США). Нарезные резьбы вели метчиками M 10 х 1,5 из Р6М5 в трех втулках из указанных сталей. Скорость резания для ст. 40Х составляла 300об/мин, для 12х18Н10Т - 50об/мин. Критериями оценки эффективности СОЖ по операции резьбонарезания являлись величина крутящего момента Мкр (Нм),: измеренный при обработке первой втулки - Мкр.1, второй - Мкр.2 и третьей - Мкр.3, а также стабильность процесса резьбонарезания, характеризуемая величиной среднеквадратичного отклонения Мкр., обозначаемая как ±S и определяемая по формуле: n 2 å (MiкM- Мкр) i=1 ±S = n -1 Результаты испытаний представлены в табл. 4. В числителе даны значения Мкр. и ±S, полученные при обработке ст. 40Х, а в знаменателе - при обработке ст. 12Х18Н10Т. Копия протокола испытаний прилагается (приложение 2). Испытания показали, что по способности снижать величину крутящего момента (усилий резания) и повышать стабильность процесса резьбонарезания лучшей является композиция заявляемой СОЖ. Таким образом, результаты испытаний неоспоримо доказывают, что поставленная задача создания экологически безопасной масляной СОЖ, обладающей эффективными трибологическими и эксплуатационными свойствами при нарезании резьбы на сталях успешно решена. Компонент Нефтяное масло Сера элементная Полисульфид Стеарат кальция Сульфидированное рапсовое масло Сульфидированный жир животный (лярд) Сульфидированное горчичное масло Сульфонат кальция нефтяной (присадка С300) 1 75,545 0,5 0,5 Таблица 1 Содержание компонентов в композиции СОЖ, мас. % 2 3 4 5 6 7 8 9 60,74 45,9 77,846 41,985 60,8925 57,65 60,6425 59,6425 0,65 0,75 0,4 0,75 3,5 0,5 3,0 1,75 1,25 2,0 0,4 2,0 1,25 1,25 1,25 1,25 8,0 16,5 25,0 7,5 25,5 16,5 16,5 16,5 16,5 15,0 20,0 25,0 13,5 25,5 20,0 20,0 Сульфонат кальция нефтяной (присадка С150) Сульфонат кальция синтетический Кислый эфир алкенилянтарной кислоты Антиокислительная присадка Антипенная присадка 20,0 20,0 0,3 0,65 1,0 0,25 1,2 0,65 0,65 0,65 0,65 0,15 0,20 0,25 0,1 0,3 0,20 0,20 0,20 0,20 0,005 0,0075 0,01 0,004 0,015 0,0075 0,75 0,0075 0,0075 Таблица 2 Значение физико-химических показателей Показатель Предлагаемая COЖ, композиции: Прототип 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Внешний вид Однородная непрозрачная Однородная прозрачная маслянистая жидкость от коричневого до маслянистая жидкость темнотемно-коричневого цвета коричневого цвета Запах Специфический не раздражающий Специфический, не раздражающий Вязкость кинематическая при 50°С мм2/с 27,0 35,0 37,9 80,0 30,5 91,3 38,2 40,7 48,3 50,3 Температура вспышки в открытом тигле, °С 190 207 210 222 205 220 212 208 202 212 3,15 2,94 3,00 Массовая доля, %, мас.: - хлора 1,4 - серы 4,0 Отсутствие 2,80 3,00 3 ,30 2,40 3,50 3,10 Коррозионное воздействие на черные металлы: - сталь Выдерживает Выдерживает - серый чугун Выдерживает Выдерживает Стабильность при хранении Выдерживает СОЖ Прототип по патенту SU № 1806177 (ЛЗ-26МО) МР- 1у МР-4 МР-6 МР-99 ЛЗ-СОЖ1Т Предлагаемая: Композиция № 1 Композиция № 2 Композиция № 3 Выдерживает Не выдерживает Выдерживает Таблица 3 Показатели трибологических свойств СОЖ, определяющиеся на ЧШМ по ГОСТ 9490-88 Рс, кН Рк, кН Из, кН Ди, кН 6,68 1,41 0,81 0,60 4,47 4,00 6,30 6,30 3,15 8,91 10,0 10,0 1,00 0,94 1,41 1,00 1,60 1,41 1,50 1,60 0,70 0,82 1,01 1,06 1,11 0,63 0,55 0,65 0,59 0,59 0,32 0,32 0,32 Композиция № 4 Композиция № 5 Композиция № 6 Композиция № 7 Композиция № 8 Композиция № 9 8,91 Более 10,0 8,91 10,0 8,91 Более 10,0 СОЖ Прототип (СОЖ по патенту SU № 1806177 с условным названием ЛЗ-26МО) Известные СОЖ: - МР - 8 - МР - 99 - В - 296 Мобильмен Омега (США) 1,00 2,24 1,50 1,88 1,50 2,00 1,04 1,34 1,00 1,09 1,02 1,32 0,52 0,38 0,38 0,32 0,34 0,56 Мкр.1 /Н.м/ 7,8* 10,3 Мкр.2 /Н.м/ 7,9 10,5 Мкр.З /Н.м/ 7,7 11,0 Таблица 4 Мкр.±S /Н.м/ 7,8 ± 0,1 10,6 ± 0,35 6,9 10,7 6,9 13,3 7,4 10,4 6,6 9,9, 7,0 11,0 7,5 12,3 7,5 10,2 6,7 10,6 6,8 11,3 6,9 12,9 7,4 10,0 6,7 10,3 6,9 ± 0,1 11,0 ± 0,2 6,9 ± 0,55 12,8 ± 0,5 7,4 ± 0,07 10,2 ± 0,2 6,7 ± 0,07 10,3 ± 0,25 6,6 10,0 6,5 10,1 6,5 9,9 6,5 ± 0,07 10,0 ± 0,1 Предлагаемая СОЖ: - Композиция № 3 Примечание: * - значения Мкр., Н.м и величины среднеквадратичного отклонения крутящего момента (±S) при нарезании резьбы на cт. 40Х приведены в числителе, а на ст. 12Х18Н10Т в знаменателе.