RU2084497C1

RU2084497C1 - Lubricating and cooling liquid for tooling metals

Info

Publication number: RU2084497C1
Authority: RU
Inventors: Йосиф Михайлович Шаповал; Елена Дмитриевна Лининская; Владимир Николаевич Куликов; Михаил Алексеевич Пашков; Николай Васильевич Хабер; Владимир Сергеевич Курганский; Мирослав Михайлович Баран
Original assignee: Военная часть 35533
Priority date: 1992-03-04
Filing date: 1992-03-04
Publication date: 1997-07-20

Abstract

FIELD: chemical industry, namely, production of lubricating and cooling liquids. SUBSTANCE: lubricating and cooling liquid comprises, mas.%: 8-% aqueous solution of polyacryl amide, 0.45-0.65; sodium tetraborate, 0.06-0.1; sodium alkyl monosulfonate of C₁₄-C₁₇ fraction, 0.002-0.003; glycerine, 0.08-0.1; triethanolamine, 0.9-0.1; N,N′-β-nitrile ethyl-ethylene diamine-1,2, 1.0-1.2; sodium nitrite, 0.06-0.08; maleic anhydride, 0.075-0.08; methyl orange and water, 0.00015. EFFECT: improved quality. 5 tbl

Description

Изобретение относится к области металлообработки, а именно к смазочно-охлаждающим жидкостям /СОЖ/, используемым при механической обработке металлов. The invention relates to the field of metalworking, namely, cutting fluids / coolants / used in the machining of metals.

Известен широкий ассортимент смазочно-охлаждающих жидкостей, используемых при механической обработке металлов [1] /см. Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки металлов резанием. Справочник. Под ред. С.Г.Энтелиса, Э.М.Берлинера. М. Машиностроение, 1986, с.352/. Known for a wide range of cutting fluids used in the machining of metals [1] / cm. Lubricating and cooling technological means for metal cutting. Directory. Ed. S.G.Entelisa, E.M. Berliner. M. Engineering, 1986, p. 352 /.

Недостатками известных смазочно-охлаждающих жидкостей являются относительно невысокая стойкость инструмента, низкая чистота обрабатываемой поверхности, недостаточная стабильность как концентрата, так и рабочей жидкости, а в целом ряде случаев неудовлетворительная биологическая стойкость и низкие антикоррозионные свойства. The disadvantages of the known cutting fluids are the relatively low tool life, low surface finish, insufficient stability of both the concentrate and the working fluid, and in many cases unsatisfactory biological resistance and low anticorrosion properties.

Из известных СОЖ наиболее близкой по достигаемому эффекту является смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки металлов [2] (авт.св. N1384608, БИ N12, 1988/, включающая, мас. Of the known coolants, the closest to the achieved effect is a cutting fluid for machining metals [2] (ed. St. N1384608, BI N12, 1988 /, including, wt.

полиэтиленовая эмульсия 2,5 40
триэтаноламин 0,1 0,8
диалкиламинопропионитрил 0,001 0,03
глицерин 0,05 3,0
полиэтиленгликолевые эфиры моноэтаноламинов синтетических жирных кислот фракции C₁₀-C₁₆ 0,01 0,5
полиоксипропилен 0,1 1,0
нитрит натрия 0,1 1,0
вода до 100.polyethylene emulsion 2.5 40
triethanolamine 0.1 0.8
dialkylaminopropionitrile 0.001 0.03
glycerin 0.05 3.0
polyethylene glycol ethers of monoethanolamines of synthetic fatty acids of fraction C ₁₀ -C ₁₆ 0.01 0.5
polyoxypropylene 0.1 1.0
sodium nitrite 0.1 1.0
water up to 100.

Основными недостатками известной СОЖ являются:
низкая стойкость обрабатывающего инструмента;
ограниченная область применения, ее рекомендуют использовать при обработке только черных металлов резанием;
низкая чистота обработанной поверхности.The main disadvantages of the known coolant are:
low resistance of the processing tool;
limited scope, it is recommended to use it when processing only ferrous metals by cutting;
low cleanliness of the treated surface.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение стойкости инструмента и качества обработанной поверхности, а также использование СОЖ при различных операциях механической обработки цветных и черных металлов /сверление, точение, фрезерование, шлифование и т.д./. The objective of the invention is to increase the tool life and the quality of the machined surface, as well as the use of coolant in various machining operations of non-ferrous and ferrous metals / drilling, turning, milling, grinding, etc. /.

Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки металлов, включающая воду, глицерин, триэтаноламин, нитрит натрия и полимерную добавку, согласно изобретению, в качестве полимерной добавки содержит 8%-ный водный раствор полиакриламида и дополнительно содержит натрий тетраборнокислый; алкилмоносульфонат натрия фракции C₁₄-C₁₇; N, N'-ди/β-нитрилэтил/-этилендиамина-1,2; малеиновый ангидрид и метиловый оранжевый при следующем соотношении компонентов, мас.The essence of the claimed technical solution lies in the fact that the cutting fluid for machining metals, including water, glycerin, triethanolamine, sodium nitrite and a polymer additive, according to the invention, as a polymer additive contains an 8% aqueous solution of polyacrylamide and additionally contains sodium tetraborate; sodium alkyl monosulfonate fraction C ₁₄ -C ₁₇ ; N, N'-di / β-nitriethyl / ethylenediamine-1,2; maleic anhydride and methyl orange in the following ratio, wt.

полиакриламид-гель технический, 8%-ный 0,45 0,65
натрий тетраборнокислый /бура/ 0,06 0,1
алкилмоносульфоната натрия фракции C₁₄-C₁₇ /E-30/ 0,002 - 0,008
глицерин 0,08 0,1
триэтаноламин 0,09 0,1
N, N'-ди/b-нитрилэтил/этилендиамина 1,2 /ЦЭДА/ 1,0 1,2
нитрит натрия 0,06 0,07
малеиновый ангидрид 0,075 0,08
метиловый оранжевый 0,00015
вода до 100,0.polyacrylamide gel technical, 8% 0.45 0.65
sodium tetraborate / borax / 0.06 0.1
sodium alkyl monosulfonate fractions C ₁₄ -C ₁₇ / E-30 / 0.002 - 0.008
glycerin 0.08 0.1
triethanolamine 0.09 0.1
N, N'-di / b-nitriethyl / ethylenediamine 1.2 / CEDA / 1.0 1.2
sodium nitrite 0.06 0.07
maleic anhydride 0.075 0.08
methyl orange 0.00015
water up to 100.0.

В данной композиции полиакриламид выполняет роль высокомолекулярной присадки, молекулярная масса которой приблизительно 1 • 10⁶. Наличие в структуре полиакриламида атомов азота способствует его адсорбции на металлической поверхности, что приводит к образованию прочных защитных пленок. Попадая в зону обработки /резания или пластического деформирования/, полиакриламид претерпевает процесс механо- и термодеструкции с образованием активных продуктов /макрорадикалов, атомов и т. д./. Последние, хемосорбируясь на металлической поверхности, создают прочные пленки, разделяющие трущиеся поверхности, и существенно снижают уровень поверхностной энергии обрабатываемого металла, что в конечном итоге приводит к увеличению стойкости обрабатывающего инструмента и повышению класса чистоты обработанной поверхности.In this composition, polyacrylamide plays the role of a high molecular weight additive with a molecular weight of approximately 1 • 10 ⁶ . The presence of nitrogen atoms in the structure of polyacrylamide promotes its adsorption on the metal surface, which leads to the formation of strong protective films. Once in the processing zone (cutting or plastic deformation), polyacrylamide undergoes a process of mechanical and thermal degradation with the formation of active products / macroradicals, atoms, etc. /. The latter, chemisorbing on a metal surface, create durable films that separate the friction surfaces, and significantly reduce the level of surface energy of the processed metal, which ultimately leads to an increase in the resistance of the processing tool and an increase in the cleanliness class of the processed surface.

Глицерин уменьшает воздействие технологической среды на кожу человека, способствует процессу растворения полиакриламида в воде, а также выполняет роль смазочного компонента. Glycerin reduces the impact of the technological environment on human skin, contributes to the process of dissolution of polyacrylamide in water, and also acts as a lubricant component.

N, N'-ди/b-нитрилэтил/этилендиамина-1,2 или ЦЭДА выполняет роль смазочного компонента. Наличие в структуре ЦЭДА химически активных аминных и нитрильных групп способствует его адсорбции на металлической поверхности, что приводит к образованию прочных защитных пленок. N, N'-di / b-nitriethyl / ethylenediamine-1,2 or CEDA acts as a lubricant component. The presence of chemically active amine and nitrile groups in the structure of CEDA promotes its adsorption on a metal surface, which leads to the formation of strong protective films.

Алкилмоносульфонат натрия фракций C₁₄-C₁₇ или E-30 выполняет роль поверхностно-активного вещества, улучшающего смачивающие и моющие свойства СОЖ, а также способствующего процессам диспергирования.Sodium alkyl monosulfonate of fractions C ₁₄ -C ₁₇ or E-30 plays the role of a surfactant that improves the wetting and washing properties of the coolant, as well as facilitating dispersion processes.

Натрий тетраборнокислый, нитрит натрия, триэтаноламин и малеиновый ангидрид выполняют функции ингибиторов коррозии и регуляторов pH среды. Метиловый оранжевый выполняет функции индикатора pH среды, изменяя свою окраску с оранжевого на красную в кислой среде. Он также придает СОЖ эстетически приятную окраску. Вода является дисперсионной средой. Sodium tetraborate, sodium nitrite, triethanolamine and maleic anhydride act as corrosion inhibitors and pH regulators. Methyl orange acts as an indicator of pH of the medium, changing its color from orange to red in an acidic environment. It also gives coolant an aesthetically pleasing color. Water is a dispersion medium.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявленный состав СОЖ отличается от известного введением новых компонентов, а именно: полиакриламида, натрия тетраборнокислого, алкилмоносульфоната натрия фракции C₁₄-C₁₇, N, N'-ди/b-нитрилэтил/этилендиамина-1,2, малеинового ангидрида и метилового оранжевого. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".Comparative analysis with the prototype allows us to conclude that the claimed composition of the coolant differs from the known introduction of new components, namely polyacrylamide, sodium tetraborate, sodium alkyl monosulfonate fractions C ₁₄ -C ₁₇ , N, N'-di / b-nitriethyl / ethylenediamine-1 , 2, maleic anhydride and methyl orange. Thus, the claimed technical solution meets the criterion of "novelty."

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 полиакриламида, ЦЭДА, глицерина, натрия тетраборнокислого, малеинового ангидрида в качестве основных компонентов в известных составах СОЖ. Применение указанных компонентов в совокупности с другими обеспечивает СОЖ свойствами, проявляемыми в заявляемом техническом решении, а именно: стабильностью при хранении как концентрата, так и рабочей среды, антикоррозионными свойствами, созданием прочных адсорбционных и хемосорбционных пленок, разделяющих трущиеся поверхности, что приводит к снижению уровня поверхностной энергии обрабатываемого металла, а в конечном итоге к повышению стойкости обрабатывающего инструмента и улучшению качества обработанной поверхности, возможности использования СОЖ на различных операциях механической обработки. Analysis of the known compositions of the coolant used for machining metals showed that the features that distinguish the claimed technical solution from the prototype represent a new set of features, since the analysis did not reveal the joint use of polyacrylamide, CEDA, glycerol, sodium tetraborate, maleic anhydride as main components in known coolant formulations. The use of these components in combination with others provides coolant properties that are manifested in the claimed technical solution, namely: stability during storage of both the concentrate and the working medium, anti-corrosion properties, the creation of strong adsorption and chemisorption films that separate friction surfaces, which leads to a decrease in the level surface energy of the processed metal, and ultimately to increase the resistance of the processing tool and improve the quality of the processed surface, and the use of coolant in various machining operations.

Таким образом, данный состав СОЖ приобретает новые свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "изобретательский уровень". Thus, this composition of the coolant acquires new properties, which allows us to conclude that the proposed solution meets the criterion of "inventive step".

Пример. Предлагаемую СОЖ получают путем разбавления водой жесткостью не выше 4,6 мг • экв/л концентрата, который готовят следующим образом: в реактор, снабженный подогревающим устройством и мешалкой, загружают рассчитанное количество воды. Воду нагревают до температуры 75 ±5^o и после достижения данной температуры проводят последовательное растворение в ней полиакриламида /ТУ 6-01-1049-81 с изм. 1 3/, натрия тетраборнокислого /ГОСТ 4199-76 с изм. 1, 2/, алкилмоносульфонат натрия фракции C₁₄-C₁₇ /ТГМ-32217, импортный/, глицерина /ГОСТ 6823-77 с изм. 1, 2/, триэтаноламина /ТУ 6-02-916-79 с изм. 1, 2/, N, N'-ди/b-нитрилэтил/этилендиамина-1,2 /ТУ 88 УССР 264-05-90/, нитрита натрия /ГОСТ 19906-74 с изм. 1, 2/, малеинового ангидрида /ГОСТ 11153-75 с изм. 1, 2/, метилового оранжевого /ТУ 6-09-5171-84/. После завершения растворения компонентов смесь перемешивают в течение 1 часа.Example. The proposed coolant is obtained by diluting with water with a hardness not exceeding 4.6 mg • equiv / l of concentrate, which is prepared as follows: the calculated amount of water is loaded into a reactor equipped with a heating device and a stirrer. The water is heated to a temperature of 75 ± 5 ^o and after reaching this temperature conduct sequential dissolution of polyacrylamide / TU 6-01-1049-81 amended. 1 3 /, sodium tetraborate / GOST 4199-76 amended. 1, 2 /, sodium alkyl monosulfonate fraction C ₁₄ -C ₁₇ / TGM-32217, imported /, glycerin / GOST 6823-77 amended. 1, 2 /, triethanolamine / TU 6-02-916-79 as amended. 1, 2 /, N, N'-di / b-nitriethyl / ethylenediamine-1,2 / TU 88 USSR 264-05-90 /, sodium nitrite / GOST 19906-74 as amended. 1, 2 /, maleic anhydride / GOST 11153-75 as amended. 1, 2 /, methyl orange / TU 6-09-5171-84 /. After completion of the dissolution of the components, the mixture is stirred for 1 hour.

Разбавлением полученного концентрата готовили составы СОЖ, приведенные в табл. 1, где также дан состав известной СОЖ. Dilution of the obtained concentrate prepared coolant compositions shown in table. 1, where the composition of the known coolant is also given.

Испытания проводились при фрезеровании корпусных изделий из алюминиевого сплава Д16Т концевой фрезой диаметром 12 мм из быстрорежущей стали на обрабатывающем центре ARCTUR-400 фирмы OLYVETTI /Италия/. Режимы обработки: число оборотов шпинделя 1400 об/мин, скорость подачи 100 мм/мин. О стойкости инструмента судили по износу по задней поверхности до 0,4 мм и количеству обработанных корпусов. Результаты испытаний приведены в табл. N2. The tests were carried out during the milling of hull products from aluminum alloy D16T with an end mill with a diameter of 12 mm from high-speed steel at the ARCTUR-400 machining center from OLYVETTI (Italy). Processing modes: spindle speed 1400 rpm, feed rate 100 mm / min. Tool life was judged by the wear on the back surface of up to 0.4 mm and the number of machined cases. The test results are given in table. N2.

Оценка качества обрабатываемой поверхности проводилась по шероховатости обрабатываемой поверхности. Результаты испытаний приведены в табл. 3. Assessment of the quality of the treated surface was carried out by the roughness of the treated surface. The test results are given in table. 3.

Испытания проводились при фрезеровании и точении изделий из стали Х18Н10Т и титанового сплава ВТ-1-0. The tests were carried out during milling and turning of products from steel Kh18N10T and titanium alloy VT-1-0.

Проводилось фрезерование деталей типа корпус из стали Х18Н10Т и титанового сплава ВТ-1-0 на станках модели ОФ55, КТ75 концевой фрезой диаметром 12 мм на режимах: число оборотов шпинделя 355 об/мин; скорость подачи 40 мм/мин. Milling of parts of the type housing made of steel Kh18N10T and titanium alloy VT-1-0 on machines of the ОФ55, КТ75 model with an end mill with a diameter of 12 mm in the following modes: spindle speed 355 rpm; feed rate 40 mm / min.

Результаты испытаний приведены в табл. 4. The test results are given in table. 4.

Проводилась токарная обработка деталей типа вал из стали Х18Н10Т и титанового сплава ВТ-1-0 на станках модели 1И611П; 16К20 на режимах: число оборотов шпинделя 200 об/мин, скорость подачи 0,06 мм/мин. О стойкости инструмента судили по износу по задней поверхности до 0,4 мм. Результаты испытаний приведены в табл. 5. Turning of parts such as a shaft made of steel Kh18N10T and titanium alloy VT-1-0 was carried out on machine tools of the 1I611P model; 16K20 on the modes: spindle speed 200 rpm, feed rate 0.06 mm / min. Tool life was judged by wear on the back surface of up to 0.4 mm. The test results are given in table. 5.

Из данных проведенных испытаний следует, что по технологической эффективности, коррозионной устойчивости, стабильности состава во времени предлагаемая СОЖ превосходит известную. From the data from the tests it follows that in terms of technological efficiency, corrosion resistance, and composition stability over time, the proposed coolant exceeds the known one.

Claims

Cutting fluid for machining metals containing water, glycerin, triethanolamine, sodium nitrite and a polymer additive, characterized in that the polymer contains an 8% aqueous solution of polyacrylamide as a polymer additive and additionally contains sodium tetraborate, sodium alkyl monosulfonate fraction C ₁ ₄ - C ₁ ₇ , N, N ', - di (β-nitriethyl) ethylenediamine 1,2, maleic anhydride and methyl orange in the following ratio, wt.

8% aqueous solution of polyacrylamide 0.45 0.65
Sodium tetraborate 0.06 0.1
Sodium alkyl monosulfonate fraction C ₁ ₄ C ₁ ₇ - 0.002 0.003
Glycerin 0.08 0.1
Triethanolamine 0.09 0.1
N, N'-Di (b-nitrilethyl) ethylenediamine-1.2 1.0 1.2
Sodium nitrite 0.06 0.07
Maleic anhydride 0.075 0.08
Methyl Orange 0.00015
Water rest