Концентрат мастила для холодної обробки металів тиском

Изобретение относится к технологическим смазкам для холодной обработки металлов давлением и может быть использовано для мокрого волочения медной и стальной проволоки. Стальная проволока может быть с различными покрытиями (латунированная, омедненная и т.п.). На отечественных заводах в операциях мокрого волочения проволоки широко применяются мыльномасляная эмульсия (1), содержащая в своем составе в мас. %: мыло хозяйственное 1-3 жир животный технический или масло растительное подсолнечное, или масло индустриальное 3,5 сода кальцинированная 0,05 вода питьевая до 100 Основным недостатком эмульсий на основе мыла хозяйственного является их разложение на водной и пастообразный органический слои при воздействии ионов меди и солей жесткости (Са++, Мg++), вследствие образования нерастворимых в воде медных, кальциевых и магниевых мыл, всплывающих на поверхность воды в виде шлама. Это явление обуславливает быстрое истощение эмульсии, необходимость ежедневной поливки свежей эмульсии в циркулирующую, приводит к быстрому загрязнению эмульсии и малому (1-4 недели) сроку службы ее до полной замены. При получении медной проволоки с эмалевыми покрытиями используют эмульсию на основе мыла хозяйственного и масла подсолнечного. Применение дефицитного пищевого продукта для технических целей требует разработка полноценного его заменителя в смазках и высвобождение масла подсолнечного для пищевых целей. Кроме того, каждый завод-потребитель готовит мыльно-масляные эмульсии из компонентов, что требует значительных затрат на приготовление и оценку качества каждой партии эмульсии. Известен состав смазки на основе жира шерстного (животный воск), оксиэтилированных кислот жира шерстного и продукта их обработки аминами (2), который рекомендуется для тонкого и среднего волочения медной проволоки в виде эмульсии следующего состава, в мас. %: полиоксиэтилированные кислоты жира шерстного 0,1-1,4 продукт обработки диэтаноламином или триэтаноламином кислот жира шерстного 0,2-5,6 животный воск 0,7-5,0 вода до 100 Указанная эмульсия агрегативно нестабильна в присутствии ионов Сu++, Са++, Мg++ и, как мыльно-маслянная эмульсия, быстро истощается, загрязняется шламом, требует ежедневной подпитки свежей эмульсией. Не организовано в стране и промышленное производство указанной смазки, поэтому отечественные заводы применяют при волочении медной проволоки, в основном мыльно-масляные эмульсии. За рубежом для волочения медной проволоки имеется широкий ассортимент специальных смазок на основе сульфатированных природных и синтетических масел - Унополь Ц, Унополь ЦБ. Унополь МН и др. фирмы Штокхаузен (ФРГ), смазка Холифа ПС6Н фирмы Холифа (ФРГ) и др. Точный состав указанных продуктов неизвестный. Смазки легко эмульгируются в воде. эмульсии стабильны в присутствии ионов Сu++, Са++, Мg++. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому изобретению является смазка для холодной обработки металлов давлением (3) следующего состава, мас. %: триэтаноламин 1,8-2,2 полиоксиэтиленгликолевый эфир первичных жирных спиртов фракции С 10С12 с 8-12 моль окиси этилена 1,8-2,2 продукт конденсации при температуре 170-180°С триэтиленгликоля с синтетическими жирными кислотами фракции С10-С20, олеиновой и адипиновой кислотами при их массовом соотношении соответственно 1:0,9-1:/0,91/-1:/0,36-0,4/ 25-55 минеральное масло до 100 Указанная смазка обладает недостаточно высокими смазочными свойствами, а ее водная эмульсия нестабильна в присутствии солей Са ++, Мg++, Сu++ (табл. 3) и быстро расслаивается в процессе волочения проволоки, что обусловливает малый (1 неделя) срок службы эмульсии, повышенный расход смазки, замасливание волочильных машин и волок. В основу изобретения поставлена задача: разработать концентрат смазки для холодной обработки металлов давлением, в котором новое качественное и количественное соотношение компонентов обеспечивает более высокие смазочные свойства и агрегативную стабильность ее водных эмульсий, что позволит удлинить срок службы эмульсий/сократить расход смазки и устранить засаливание волочильных машин и волокон. Поставленная задача решается тем. что в состав концентрата технологической смазки для холодной обработки металлов давлением, содержащей минеральное масло, полиоксиэтиленовые эфиры первичных жирных спиртов C10-C20 с 8-12 молями окиси этилена и продукт конденсации на основе полигликолей, согласно изобретению, концентрат, в качестве продукта конденсации на основе полигликолей содержит продукт конденсации при температуре 170-180°С полигликолей с жирными кислотами, дикарбоновыми кислотами и шерстным жиром в их массовом соотношении соответственно 1:(1,4-2,1):(0,33-0,43):(0,68-0,83) и дополнительно концентрат содержит жир шерстной, 40-55%-ный водный раствор смеси углекислого калия и гидрата окиси калия в их массовом соотношении 1:1-1,5 и продукт сульфирования смеси окисленных метиловых эфиров синтетических жирных кислот фракции С 21-С25 и животного жира и/или продукта сульфирования. обработанной высшими жирными спиртами фракции С 10-С18 смеси метиловых эфиров синтетических жирных кислот фракции С21-С25 и рыбьего жира, при следующем соотношении компонентов, в мас.: 40-45%-ный водный раствор смеси углекислого калия и гидрата окиси калия в их массовом соотношении 4-10 1:1-1,5 жир шерстный 3-10 полиоксиэтиленгликолевые эфиры первичных жирных спиртов фракции C10-C20 с 8-12 молями окиси этилена 1-5 продукт сульфирования смеси окисленных метиловых эфиров синтетических жирных кислот фракции С21-С25 и животного жира и/или продукт сульфирования обработанной высшими жирными спиртами фракции С 10-С18 смеси метиловых эфиров синтетических жирных кислот фракции С21-С25 и рыбьего жира 5-20 продукт конденсации при температуре 170-180°С полигликолей с жирными кислотами, бикарбоновыми кислотами и шерстным жиром в их массовом соотношении соответственно 1:(1,42,1):(0,33-0,43):(0,68-0,83) 40-80 остально минеральное масло е В дальнейшем продукт конденсации обозначен - присадка Полиэфирная. Нижний предел присадки Полиэфирная обеспечивает агрегативную устойчивость (стабильность) концентрата смазки и ее водных эмульсий, повышает антикоррозионные свойства эмульсий (пример 2); при уменьшении содержания присадки Полиэфирная ухудшаются антикоррозионные свойства эмульсии и ее стабильность (пример 6); - Увеличение концентрации присадки выше верхнего предела не улучшает те хнологических свойств (образцы 4,5), но приводит к перерасходу де фицитного сырья и удорожанию стоимости смазки; - Нижний предел продукта сульфирования смеси метиловых и глицериновых эфиров жирных кислот (сульфоэмульгаторы) в смазке обеспечивает стабильность эмульсии смазки (пример 3), уменьшение концентрации сульфоэмульгатора ниже предельного значения приводит к ухудшению стабильности эмульсии (пример 8); - Увеличение концентрации сульфоэмульгатора выше верхнего предела приводит к ухудшению антикоррозионных свойств (пример 7) и к неоправданному перерасходу де фицитного сырья; - Нижний предел содержания полиоксиэтиленгликолевых эфиров первичных жирных спиртов фракции C10C20 с 8-10 молями окиси этилена (НПАВ) обеспечивает требуемую стабильность эмульсии смазки (пример 5), при уменьшении концентрации НПАВ наблюдается расслоение эмульсии (пример 9); - Увеличение концентрации НПАВ выше верхнего предела ухудшает антикоррозионные свойства эмульсии и увеличивает ее пенообразующую способность (пример 6); - Нижний предел концентрации буферно-нейтрализующего компонента обеспечивает стабильность эмульсии смазки (пример 2), уменьшение концентрации ниже этого значения приводит к потере стабильности эмульсии и ее антикоррозионных свойств (пример 7); - Увеличение концентрации буферно-нейтрализующего компонента выше верхнего предела приводит к ухудшению антикоррозионных свойств (пример 9); - Нижний предел концентрации жира шерстного обеспечивает приемлемые вязкостные свойства смазки и стабильность ее водных эмульсий (пример 3), уменьшение концентрации ниже этого значения, ухудшает стабильность эмульсии (пример 9); - Увеличение концентрации жира шерстного выше верхнего предела приводит к увеличению вязкости смазки, ухудшению ее эмульгируемости в воде (пример 6). В качестве исходных сырьевых компонентов для получения присадки Полиэфирная используют полигликоль по ТУ 38.30214-84 или триэтиленгликоль (по ТУ 6-01864-78, ТУ 6-01588, или ТЕ 38.102111-76), или их смесь в соотношении 1:1. В качестве жирных кислот может быть использована олеиновая кислота по ГОСТ 7580-55 или ТУ 10311-88 РСФСР или по ТУ 38.50763-89 или кислоты жирные, выделенные из растительных масел (хлопкового, ОСТ 18289-76, или рапсового, или пальмового и др.), или масло таллового дистиллированное по ТУ 13-4000177-26-85, или масло талловое легкое для нефтехимической промышленности по ТУ 13-028-1078-229-88, или смесь одной из указанных кислот с синтетическими жирными кислотами. Синтетические жирные кислоты используют фракции C10-C16, C12-C 16, С17-С20, С 21-С25 по ГОСТ 232-39-78. В качестве дикарбоновых кислот могут быть использованы малеиновая кислота по ГОСТ 9803-75 или малеиновый ангидрид по ГОСТ 11153-75, или адипиновая кислота по ГОСТ 10558-80, или себациновая кислота по ТУ 6-021091-77, или смесь указанных кислот в любом соотношении. Физико-химическая характеристика присадки Полиэфирная: Кислотное число, мг КОН/г 25-50 Число омыления, мг КОН/г 180-250 В табл. 1 приведены соотношения компонентов при получении присадки Полиэфирная. В качестве полиоксиэтиленгликолевых эфиров первичных жирных спиртов фракции С 10-С20 с 8-12 молями окиси этилена (НПАВ) может быть использован Синтанол ДС-10 по ТУ 6-14577-77 или Синтанол АЦСЭ-12 по ТУ 6-1019473-88, или Синтанол АЛМ по ТУ 6-14864-88, или их смесь в любом соотношении. В качестве продукта сульфирования смеси окисленных метиловых эфиров синтетических жирных кислот фракции С 21-С25 и животного жира может быть использован сульфоэмульгатор СМЭНС по ТУ 38.102-1205-89, а продукта сульфирования обработанной высшими жирными спиртами фракции С 10-С18 смеси метиловых эфиров синтетических жирных кислот фракции С 21-С25 и рыбьего жира - сульфоэмульгатор СИНАРС по ТУ 38.102120589. Сульфоэмульгаторы получают сульфированием газообразным серным ангидридом: окисленных метиловых эфиров СЖК фракции С 21-С25 в смеси с животным техническим жиром (СМЭНС) или смеси метиловых эфиров (окисленных и неокисленных) СЖК фракции С21-С25 в смеси с техническим рыбьим жиром. предварительно обработанной высшими жирными спиртами фракции С 10-С18 (СИНАРС). Сульфоэмульгаторы СМЭНС и СИНАРС используются в качестве жирующих средств или эм ульгаторов жирных составов в кожевенной промышленности. В качестве шерстного жира используются те хнический продукт по ОСТ 17-449-81. Буферно-нейтрализующий компонент представляет собой смесь (40-55%-ных водных растворов калия углекислого (К2СО3) и калия гидрата окиси (КОН) в соотношении 1:(1-1,5). Могут быть использованы калий углекислый по ГОСТ 4221-76 и калий гидрат окиси по ГОСТ 9285-78. Допускается замена водного раствора К2СО3 в буферно-нейтрализующей смеси на моно-, ди- или триэтаноламин в соотношении 1:1 - пример 1 (при условии ограничения контакта рабочих со смазкой). В качестве минерального масла может быть использовано нефтяное масло, имеющее вязкость при 50°С от 10 до 23 мм 2/с и содержащее ароматические углеводороды в количестве не более 25 мас. %. Указанным требованиям соответствует индустриальные масла И-12А и И-20А по ГОСТ 20799-75. Концентрат заявляемой смазки готовят компаундированием компонентов при температуре 30-60°С до получения однородной массы. Эмульсию требуемой концентрации готовят добавлением при перемешивании концентрата смазки в подогретую до 50±5°С воду жесткостью до 4-5 мг-экв/дм 3. Стабильность эмульсии в присутствии ионов Са ++, Мg++, Сu++, при одновременном воздействии повышенной температуры, определяют по методике, приведенной в ТУ 38.5901185-90 по п. 4.6. Эта методика позволяет в лабораторных условиях имитировать условия работы эмульсии в промышленности. Готовят 3%-ную эмульсию образца ТС на воде жесткостью 4,6 мг-экв/дм 3; в мерный цилиндр наливают 99 см 3 указанной эмульсии, добавляют в нее 1 см 3 5%-ного водного раствора меди сернокислой 5-водной (ГОСТ 4165-78) и перемешивают; цилиндр с эмульсией помещают в термостат, нагретый до 70±5°С, и выдерживают при этой температуре в течение четырех часов. После охлаждения эмульсии до комнатной температуры определяют количество отделившегося масла. В таблице 2 представлены составы образцов заявляемой смазки (образцы №1-5), образцов на запредельные концентрации (образцы №6-9), а также известной смазки (3) - образец №10. В таблице 3 приведены физико-химические характеристики указанных образцов смазок. В процессе эксплуатации эмульсия заявляемой смазки обеспечивает защиту черных металлов от коррозии (сталь 3). Для увеличения антикоррозионных свойств, по отношению к цветным металлам, рекомендуется добавлять в состав смазки, ингибитор коррозии цветных металлов - бензотриазол (0,1-0,4 мас. %). Противозадирные свойства смазок определяли на четырехшариковой машине трения (ЧШМ) по ГОСТ 949075, изменение коэффициента трения при повышении температуры - на машине МАСТ-1 по ГОСТ 17604-72. Оценку способности смазок пластифицировать металл и снижать усилие его деформации проводили на лабораторном прокатном стане фирмы "ФРЕЛИНГ", прессе МТЛ-10Г и машине Энгельгардта. На прессе ПММ125 определяли коэффициент трения при штамповке стали 5. Результаты испытаний образцов заявляемой смазки, известной смазки (обр. №10), а также образцов смазок Унополь МН, Унополь КД (фирмы Штокхаузен, ФРГ) и Холифа ПС6Н (фирмы Холифа, ФРГ) представлены в табл. 4-6. Табличные данные демонстрируют, что заявляемая смазка по смазочным свойствам (противозадирам, антифрикционным, по снижению усилия прокатки и вытяжки) превосходит известную (3) и исследованные продукты зарубежных фирм. Данные таблицы 3 показывают также превосходство заявляемой смазки над известной (3) по стабильности эмульсии при одновременном воздействии ионов Сu++, Са++, Мg++ и повышенной (70±5°С) температуре. Состав 4 заявляемой смазки прошел промышленные испытания в сравнении с применяющейся на заводе мыльно-масляной эмульсией. Результаты испытаний приведены в табл. 7. Разработанная технологическая смазка характеризуется повышенными смазочными свойствами и высокой агрегативной стабильностью водных эмульсий, что обеспечивает ей значительные преимущества в сравнении с применяющимися на заводах мыльно-масляными эмульсиями; увеличение срока службы эмульсии (до 4-х кратного). снижение расхода смазки на тонну изготовленной проволоки (до 2,5 кратного), снижение расхода дорогостоящих алмазных волокон (до 15-20%), сокращение расхода времени и энергии на приготовление эмульсии. Разработанная технологическая смазка и ее водные эмульсии по технологическим параметрам соответствуют требованиям и современной технологии волочения, применяемой на предприятиях технически развитых стран. Таблица 1 Соотношение реагентов при получении присадки Полиэфирная Реагенты Триэтиленгликоль Полигликоли Карбоновые кислоты: - олеиновая - кислоты жирные, выделенные из растительного масла /хлопкового, рапсового, пальмового и т.п./ Массовое соотношение реагентов при получении присадки Полиэфирная, образцы № 1 2 3 4 5 1 1 1 0,5 1 0,5 1,70 0,70 0,70 0,70 1,40 Продолжение табл. 1 Реагенты Массовое соотношение реагентов при получении присадки Полиэфирная, образцы № 1 2 3 4 5 - масло талловое дистиллированное или легкое - синтетические жирные кислоты фракции; С10-С16 C12-C16 или С 17-С20 или С21-С25 - малеиновый ангидрид или малеиновая кислота - адипиновая кислота - себациновая кислота Жир шерстный 1,70 0,71 0,70 -0,35 0,68 0,43 0,83 0,43 0,75 0,33 0,83 0,35 0,83 Таблица 2 Компонентный состав образно·ТС Наименование компонентов 1.Полиоксиэтиленовы е эфиры первичных жирных спиртов фракции С10-С20 с 8-12 молями окиси этилена 2.40-55%-ный водный раствор смеси углекислого гелия и гидрате окиси калия: а/ всего б/ в том числе: К2СО3 КОН H2О 3.Сульфоэмульгаторы СИНАРС СМЭНС 4.Присадка Полиэфирная а/ содержание, % мас. б/* номер образца присадке /табл. 1/ 5.Жир шерстный 6.Присадка Синкат 7.Триэтаноламин Содержание компонентов, % мас., в образце № 3 4 5 6 7 8 1 2 9 10 4,0 5,0 2,0 2,5 1,0 6,0 3,0 1,0 0,5 2,0 6,0 4,0 10,0 8,0 7,0 6,0 3,5 5,0 11,0 1,20 1,80 3,0 0,60 0,80 2,40 2,20 3,30 4,50 2,0 2,0 4,0 1,52 1,98 3,50 1,50 1,50 3,0 0,70 0,70 2,10 1,25 1,25 2,50 2,20 3,30 5,50 5,0 5,0 20,0 5,0 15,0 5,0 13,0 22,0 4,0 15,0 55,0 40,0 75,0 60,0 80,0 35,0 60,0 85,0 65,0 1* 5,0 2,4 3* 10,0 4* 3,0 2* 7,0 5* 3,0 2* 13,0 2* 7,0 2* 3,0 2* 2,0 40,0 3,2 8.Минеральное масло до 100 до 100 до 100 до 100 до 100 до 100 до 100 до 100 до 100 до 100 Таблица 3 Физико-химические показатели ТС Наименование показателя 1 А. Концентрат 1.Вязкость кинематическая при 50°С, мм 2/с 75,2 2.Кислотое число, мг КОН/г 6,4 3.Число омыления, мг/КОН/г 102,0 Б. 3%-ная эмульсия 4.Стабильность эмульсии выд. 5.Корозиониое воздействие на сталь 3 выд. 6.Склонность к пенообразованию, см 3 70 7.Устойчивость пены, см 3 Через 2 мин. 9 через 5 мин. 8 2 Значение показателя для ТС, образец № 3 4 5 6 7 8 9 10 Методы испытания 85,5 80,1 70,2 90,6 160,8 60,3 85,1 75,9 31,5 ГОСТ33-82 10,2 1,0 15,4 5,0 2,2 8,1 ГОСТ11362-76 95,3 8,5 4,4 13,2 125, 102, 8 2 160,0 выд. выд. выд. выд. выд. выд. выд. выд. 905 109,3 140,0 115,3 101 ГОСТ21749-76 не выд. не выд. не не выд. выд. не выд. выд. 78 76 74 80 150 16 30 10 8 10 7 8 8 9 8 50 30 5,5 3,5 не не ТУ38.5901185выд. выд. 89 п.5.4. не ГОСТ6243-75 выд. выд. разд. 2 п.2.1 ГОСТ6243-75 ТУ38.590118550 30 89 п.5.7. 2 1 5 3 -" 5 4 Таблица 4 Результаты определения смазочных свойств образцов ТС на машинах трения ЧШМ и МАСТ-1 Наименование показателя Противозадирные свойства на ЧШМ: Рс, кН Рс, кН Анти фрикционные свойства на МАСТ1: коэффициент трения при температуре, °С: 50 100 150 200 300 350 400 Холифа ПС6Н Унополь ΜΗ Унополь ЭКОМ-у /по КД а.с.1331054/ 1 1,41 1,23 2,00 0,94 1,68 1,23 2,00 1,20 2,00 1,23 2,00 1,20 2,00 1,25 2,00 1,26 2,00 1,26 1,84 0,87 0,15 0,22 0,30 0,20 0,14 0,10 0,15 0,20 0,15 0,12 0,12 0,10 0,10 0,09 0,10 0,25 0,26 0,24 0,12 0,12 0,12 0,13 0,13 0,10 0,10 0,12 0,13 0,13 0,13 0,13 0,10 0,10 0,12 0,12 0,12 0,13 0,13 0,10 0,10 0,12 0,12 0,12 0,13 0,13 0,10 0,10 0,12 0,11 0,12 0,13 0,10 0,10 0,12 0,14 0,15 0,17 0,25 2 Образец TC №№ 3 4 5 10 Таблица 5 Результаты определения усилия прокатки с применением различных смазок (условия прокатки: лабораторной стан ДУО фирмы ФРЕЛИНГ, скорость прокатки 1 м/с, сталь 08 КП Усилие прокатки /кН/ при обжатии, % 10 20 30 40 50 60 Образе №№ 10 95 115 136 157 188 Унополь КД 4 90 104 119 132 149 171 Унополь МН 100 120 145 165 215 93 108 125 143 158 197 Таблица 6 Результаты стендовых испытаний смазок при штамповке стали Наименование Образец №10 Образец №4 Унополь КД Унополь ΜΗ Пресс МТЛ-10Г глубина вытяжки, h·мм 08КП 13,17 13,80 13,25 13,56 Машина Энгельгардта усилие вытяжки, Ρ кгс сталь: 12Х18Н10Т 14,95 16,94 15,54 15,57 08КП 2925 2837 2857 2960 сталь: 12Х18Н10Т 5310 4655 4855 4655 Пресс ПММ-125 коэффициент трения, m сталь 5 0,10 0,078 0,092 0,085 Таблица 7 Сравнительные технологические параметры мыльно-масляной эмульсии и эмульсии ТС Эфирин при производственных испытаниях на операциях волочения медной проволоки Наименование технологического параметра 1. Время приготовления эмульсии /40м 3/, час. 2. Концентрация, % мас. 3. Скорость волочения, м/с 4. Продолжительность работы /срок службы/ эмульсии, мес.: - при индивидуальной подаче - в централизованной системе подачи 5. Расход смазки, кг/1 тонну проволоки 6. Расход алмазных волок, шт/1 тонну проволоки 7. Стойкость волок, кг проволоки /0,01 мм износа волоки Грубое волочение мыльноЭмульсия масляная ТС Эфирин эмульсия 3-10 2,2-7,7 10-23 10-23 Среднее и тонкое волочение мыльноэмульсия ТС масляная Эфирин эмульсия 96-105 1,5 2-4 2,5 20-25 20-25 1 4 0,29 4 2,61 5 1,08 0,765 0,630 1126-2800 3246