RU2103332C1

RU2103332C1 - Lubricating fluid concentrate for machining metals

Info

Publication number: RU2103332C1
Application number: RU96107524A
Authority: RU
Inventors: А.В. Радушев; Е.В. Байгачева; Г.В. Чернова; Б.В. Радушев; А.Е. Леснов; М.А. Кузнецова; В.М. Зиновьев; И.А. Сусоров
Original assignee: Институт технической химии Уральского отделения РАН
Priority date: 1996-04-18
Filing date: 1996-04-18
Publication date: 1998-01-27

Abstract

FIELD: lubricating fluids. SUBSTANCE: new lubricating fluid concentrate containing 30 to 50% of grease fraction is prepared by saponification of distillation bottoms of lubricating fluid using mixture of sodium hydroxide and triethanolamine to attain soap content at least 1.9 mg- equ/g based on grease fraction. Resultant fluid manifests good corrosion-inhibiting property, better affinity to water, and increases endurance of tools. Fluid is effective when cutting metals, threading ferrous, alloyed, and aluminum alloys, on cold stamping, and also as organic part of polishing and grinding pastes. Fluid is well washed out with hot water and technical detergents and does not smoke under severe metal machining conditions. EFFECT: improved performance characteristics. 4 tbl

Description

Изобретение относится к концентратам синтетических смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), используемых для механической обработки металлов, например, при токарных работах, в операциях штамповки, волочения и других, как органическая основа полировально-шлифовальных паст, смываемых водными растворами технических моющих средств. The invention relates to concentrates of synthetic cutting fluids (coolant) used for machining metals, for example, during turning operations, in stamping, drawing and other operations, as an organic basis for polishing and grinding pastes, washed off with aqueous solutions of technical detergents.

Большинство известных СОЖ содержит в своем составе минеральные масла [1 и 2], которые дымят при тяжелых режимах работы и требуют мойки обработанной детали органическими растворителями, например керосином. В качестве примера можно привести эмульсол ЭКС, представляющий собой смесь воды, минерального масла и натриевых мыл кубового остатка производства синтетических жирных кислот (КО), омыленных щелочью до значения кислотного числа (КЧ), равного 8-10 мг-экв КОН/г [1, с. 102-104]. Most of the known coolants contain mineral oils [1 and 2], which smoke under heavy operating conditions and require washing the treated part with organic solvents, such as kerosene. As an example, emulsol EX, which is a mixture of water, mineral oil and sodium soaps of the bottom residue of the production of synthetic fatty acids (KO), saponified with alkali to an acid number (CN) of 8-10 mEq KOH / g [1 , from. 102-104].

Ближайшим по технической сущности и достигаемому результату является концентрат СОЖ для механической обработки металлов, содержащий воду и мыла КО, полученные омылением щелочью до содержания натриевых мыл не менее 1,7 мг-экв/г, в расчете на жировую часть [3]. The closest in technical essence and the achieved result is a coolant concentrate for machining metals, containing water and KO soaps obtained by saponification with alkali to the content of sodium soaps of at least 1.7 mEq / g, based on the fat part [3].

Недостатками эмульсола прототипа являются слабые ингибирующие свойства и ограниченность применения. The disadvantages of the emulsol prototype are weak inhibitory properties and limited use.

Целью изобретения является разработка концентрата СОЖ, который увеличивал бы стойкость инструмента при резке металлов и обладающего повышенной антикоррозионной активностью. The aim of the invention is the development of coolant concentrate, which would increase the tool life when cutting metals and having increased anti-corrosion activity.

Поставленная цель достигается тем, что концентрат СОЖ для механической обработки металлов содержит воду и смесь натриевого и триэтаноламинового мыл КО, полученную при омылении КО до содержания не менее 1,9 мг-экв/г мыл в расчете на жировую часть, в том числе триэтаноламинового мыла не менее 0,6 мг-экв/г при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Смесь натриевого и триэтаноламинового мыл кубового остатка синтетических жирных кислот, полученная при его омылении гидроксидом натрия и триэтаноламином до содержания не менее 1,9 мг-экв/г мыл в расчете на жировую часть, в том числе триэтаноламинового мыла не менее 0,6 мг-экв/г - 30-50
Вода - Остальное
В отличие от прототипа предлагаемый концентрат содержит в своем составе смесь натриевых и триэтаноламиновых мыл.This goal is achieved in that the coolant concentrate for metal machining contains water and a mixture of sodium and triethanolamine KO soaps obtained by saponification of KO to a content of not less than 1.9 mEq / g soaps calculated on the fatty part, including triethanolamine soap not less than 0.6 mEq / g in the following ratio of components, wt.%:
A mixture of sodium and triethanolamine soaps of bottoms of synthetic fatty acids obtained by saponification with sodium hydroxide and triethanolamine to a content of not less than 1.9 mEq / g of soap based on the fatty part, including triethanolamine soap, not less than 0.6 mg equiv / g - 30-50
Water - Else
Unlike the prototype, the proposed concentrate contains a mixture of sodium and triethanolamine soaps.

Для получения концентрата использовали КО (ТУ 38-1071231-89) АО Уфанефтехим марок Б и С, характеризуемые КЧ, равным соответственно 70-100 и более 100 мг КОН/г. To obtain the concentrate, we used KO (TU 38-1071231-89) of AO Ufaneftekhim of grades B and C, characterized by a cn equal to 70-100 and more than 100 mg KOH / g, respectively.

В табл. 1 обосновывается минимально необходимое содержание триэтаноламинового мыла КО, необходимое для получения СОЖ с повышенными, в сравнении с прототипом, ингибирующими свойствами. Коррозионную агрессивность эмульсий определяли методом контактных пар по ГОСТ 6243-75, п. 2.2. Хорошие ингибирующие свойства наблюдаются при содержании триэтаноламинового мыла, равном или более 0,6 мг-экв/г. Частным случаем предлагаемых составов является концентрат, содержащий только триэтаноламиновое мыло в количестве не менее 1,9 мг-экв/г (табл. 1, N 5). Такие составы получают из КО марки С с высокими кислотными числами. Они могут быть рекомендованы, например, для холодной прокатки металлов, волочения с последующим отжигом, где недопустимо присутствие солей и гидроксида натрия. In the table. 1 justifies the minimum required content of triethanolamine soap KO, necessary to obtain coolant with increased, in comparison with the prototype, inhibitory properties. Corrosion aggressiveness of emulsions was determined by the contact pair method according to GOST 6243-75, clause 2.2. Good inhibitory properties are observed when the content of triethanolamine soap equal to or more than 0.6 mEq / g A special case of the proposed compositions is a concentrate containing only triethanolamine soap in an amount of not less than 1.9 mEq / g (Table 1, No. 5). Such formulations are obtained from grade C COs with high acid numbers. They can be recommended, for example, for cold rolling of metals, drawing, followed by annealing, where the presence of salts and sodium hydroxide is unacceptable.

Эмульсии устойчивы лишь при суммарном содержании натриевых и триэтаноламиновых мыл (в пересчете на сухой остаток) ≥ 1,9 мг-экв/г. При меньших содержаниях мыл эмульсии расслаиваются (табл. 2). Максимальное содержание мыл определяется суммой кислотного и эфирного (ЭЧ) чисел KO. Например, для KO с КЧ=100 и ЭЧ=70 мг-экв KOH/г оно может составить 3,0 мг-экв/г (в пересчете на жировую часть концентрата СОЖ). Emulsions are stable only when the total content of sodium and triethanolamine soaps (in terms of dry residue) ≥ 1.9 mEq / g. At lower soap contents, the emulsions are stratified (Table 2). The maximum soap content is determined by the sum of the acid and ether (EF) KO numbers. For example, for KO with CN = 100 and EC = 70 mEq KOH / g, it can be 3.0 mEq / g (in terms of the fatty part of the coolant concentrate).

Устойчивость эмульсий из концентратов, содержащих не менее 1,9 мг-экв/г мыл, определенная по ГОСТ 6243-75, удовлетворительная как в дистиллированной, так и жесткой воде, однако с увеличением жесткости воды слой "сливок" увеличивается (табл. 2). Концентраты СОЖ не содержат присадок, устраняющих влияние солей жесткости. Поэтому для приготовления 2-5%-ных эмульсий рекомендуется использовать умягченную, например, содой воду с общей жесткостью ≤ 3,0 мг-экв/л или паровой конденсат. Эмульсии более высокой концентрации (например, для полировально-шлифовальных паст) можно готовить на водопроводной воде без умягчения. The stability of emulsions from concentrates containing at least 1.9 mEq / g of soap, determined according to GOST 6243-75, is satisfactory in both distilled and hard water, however, with an increase in water hardness, the cream layer increases (Table 2) . Coolant concentrates do not contain additives that eliminate the influence of hardness salts. Therefore, for the preparation of 2-5% emulsions, it is recommended to use softened, for example, soda, water with a total hardness of ≤ 3.0 mEq / l or steam condensate. Emulsions of a higher concentration (for example, for polishing and grinding pastes) can be prepared in tap water without softening.

Получение концентрата СОЖ заключается в омылении при нагревании содержащихся в КО свободных карбоновых кислот и сложных эфиров смесью водных растворов гидроксида натрия и триэтаноламина. The preparation of coolant concentrate consists in the saponification by heating of the free carboxylic acids and esters contained in the CO with a mixture of aqueous solutions of sodium hydroxide and triethanolamine.

Концентраты СОЖ с добавлением триэтаноламина более жидкие и пластичные, легче смешиваются с водой, чем ранее предложенный состав [3] на основе Na-мыл. Coolant concentrates with the addition of triethanolamine are more liquid and plastic, easier to mix with water than the previously proposed composition [3] based on Na-soaps.

Содержание жировой части 30-50% найдено опытным путем: при ее содержании менее 30% паста содержит много балласта - воды, при концентрации более 50% становится слишком густой. The fat content of 30-50% was found experimentally: with its content of less than 30%, the paste contains a lot of ballast - water, at a concentration of more than 50% it becomes too thick.

Смываемость концентратов СОЖ определяли по следующей методике. The washability of coolant concentrates was determined by the following procedure.

Пластинки из жести белой 10х3 см обезжиривали спиртом, высушивали и взвешивали на аналитических весах. На одну сторону пластинок палочкой наносили тонкий слой концентрата СОЖ и снова взвешивали. Пластинки опускали на крючках на 10 мин в стакан с моющим раствором с t=65-70^oC, при перемешивании магнитной мешалкой. Затем пластинку вынимали, ополаскивали в дистиллированной воде, высушивали и взвешивали. Убыль веса в процентах по отношению к количеству нанесенного концентрата отражает смываемость образцов СОЖ. Полученные результаты приведены в табл. 3. Смываемость хорошая, даже если концентраты предварительно высушены.10x3 cm white tin plates were degreased with alcohol, dried and weighed on an analytical balance. A thin layer of coolant concentrate was applied on one side of the plates with a stick and weighed again. The plates were dropped on hooks for 10 minutes into a glass with a washing solution with t = 65-70 ^o C, while stirring with a magnetic stirrer. Then the plate was removed, rinsed in distilled water, dried and weighed. The weight loss in percent relative to the amount of applied concentrate reflects the washability of the coolant samples. The results are shown in table. 3. Washability is good, even if the concentrates are pre-dried.

Предлагаемый состав в виде 2-3% СОЖ рекомендуются для обтачивания и фрезерования черных и легированных металлов, 3-6% - для нарезания резьб, 5-15% - для холодной штамповки, 14-30% эмульсии используют в качестве органической основы полировально-шлифовальных паст. Выбор концентрации СОЖ проводят опытным путем, исходя из вида металла и операции металлообработки. Изделия, обработанные с использованием предлагаемого состава, отмываются горячей водой, водными ТМС, например "Этнас" ТУ 38-3016-80. The proposed composition in the form of 2-3% coolant is recommended for turning and milling ferrous and alloyed metals, 3-6% for threading, 5-15% for cold stamping, 14-30% of the emulsion is used as an organic basis for polishing and grinding pastes. The choice of concentration of coolant is carried out empirically, based on the type of metal and the metalworking operation. Products processed using the proposed composition are washed with hot water, water TMS, for example, Etnas TU 38-3016-80.

Эффективность СОЖ на токарных работах. Обтачивали болванку из стали-35 диаметром 90 мм до 55-61 мм. Глубина резания составляла 3 мм, подача 0,5 мм, средняя скорость ≈ 82 м/мин, общая продолжительность резания в пределах 484 - 581 с. Подача эмульсий производилась вручную поливом. После точения производили замеры на микроскопе размеров и глубины износа режущей кромки инструмента (пластинки из сплава КНТ-16) в 3-х плоскостях. Использовали 2,0 и 3,0% эмульсии (табл. 4). Coolant efficiency in turning operations. Turned a blank of steel-35 with a diameter of 90 mm to 55-61 mm. The cutting depth was 3 mm, feed 0.5 mm, average speed ≈ 82 m / min, the total cutting time in the range 484 - 581 s. Emulsions were supplied manually by irrigation. After turning, measurements were made on a microscope of the size and wear depth of the cutting edge of the tool (KNT-16 alloy plate) in 3 planes. Used 2.0 and 3.0% emulsion (table. 4).

Как видно из табл. 4, стойкость инструмента при использовании 3% предлагаемой эмульсии (N 4) возрастает. В отличие от прототипа, не наблюдалось образование пригара на режущей кромке твердосплавной пластинки. Положительные результаты получены также при использовании 3-6% предлагаемых эмульсий на операциях сверления и нарезания резьб, 5-15% - при холодной штамповке алюминиевых сплавов и нержавеющих сталей. As can be seen from the table. 4, the tool resistance when using 3% of the proposed emulsion (N 4) increases. In contrast to the prototype, no sticking was observed on the cutting edge of the carbide insert. Positive results were also obtained when using 3-6% of the proposed emulsions for drilling and threading operations, 5-15% for cold stamping of aluminum alloys and stainless steels.

Пример 1. Приготовление рабочих эмульсий концентрата СОЖ. Для приготовления эмульсий в чистую емкость помещают отвешенное количество концентрата, добавляют умягченную воду с температурой 60-80^oC и перемешивают до однородной консистенции. Получают устойчивые эмульсии темно-коричневого цвета.Example 1. Preparation of working emulsions of coolant concentrate. To prepare emulsions, a weighed amount of concentrate is placed in a clean container, softened water with a temperature of 60-80 ^o C is added and mixed until a homogeneous consistency. A stable dark brown emulsion is obtained.

Пример 2. Приготовление полировально-шлифовальных паст. Пасты готовят, используя в качестве органической основы 50-70 мас. ч. 14-30% эмульсий. Выбор абразива, его количество (от 30 до 50 мас. ч) и оптимальную концентрацию эмульсий находят опытным путем. В чистую емкость помещают расчетное количество 14-30% эмульсии, добавляют абразив и перемешивают лопаткой (из фарфора, металла или дерева) до однородной консистенции. Готовую пасту хранят в закрытой таре. При высыхании разводят горячей водой. Пасты хорошо удерживают абразив, не расслаиваясь по крайней мере 1 мес. Example 2. Preparation of polishing and grinding pastes. Pastes are prepared using 50-70 wt.% As an organic base. h. 14-30% of emulsions. The choice of abrasive, its amount (from 30 to 50 wt. H) and the optimal concentration of emulsions are found empirically. A calculated amount of 14-30% of the emulsion is placed in a clean container, the abrasive is added and mixed with a spatula (made of porcelain, metal or wood) to a homogeneous consistency. Ready paste is stored in a closed container. When dried, diluted with hot water. Pastes hold the abrasive well, not exfoliating for at least 1 month.

Концентрат СОЖ испытан для приготовления шлифовальных паст при обработке столовых приборов из сталей 40Х13 и 30Х13. В сравнении с ранее использовавшейся абразивной пастой розовой ГОСТ 3647-80 наблюдалось снижение расхода пасты, улучшение промывки изделий в конвейерной моечной машине при равных качественных показателях. Coolant concentrate was tested for the preparation of grinding pastes in the processing of cutlery made of steel 40X13 and 30X13. In comparison with the previously used pink abrasive paste GOST 3647-80, there was a decrease in paste consumption, improved washing of products in a conveyor washing machine with equal quality indicators.

Таким образом, предлагаемые концентраты СОЖ имеют доступную сырьевую базу, относительно низкую стоимость, обеспечивают хорошие охлаждающие и смазывающие свойства, увеличивают стойкость инструмента и чистоту обрабатываемой поверхности, не дымят при тяжелых режимах металлообработки, малотоксичны, отмываются водными растворами ТМС, обладают ингибирующими коррозию свойствами. Thus, the proposed coolant concentrates have an affordable raw material base, relatively low cost, provide good cooling and lubricating properties, increase tool life and surface finish, do not smoke during heavy metal working conditions, have low toxicity, are washed with aqueous TMS solutions, and have corrosion inhibiting properties.

Claims

Concentrate of cutting fluid for machining metals containing water and soaps of bottoms of synthetic fatty acids production, characterized in that the concentrate as soaps of bottoms of synthetic fatty acids production contains a mixture of sodium and triethanolamine soaps of bottoms of synthetic fatty acid production, obtained by their saponification with sodium hydroxide and triethanolamine to a content of at least 1.9 mmol / g of soap per fat, in the following ratio nents wt.

A mixture of sodium and triethanolamine soaps of bottoms of synthetic fatty acid production obtained by saponification with sodium hydroxide and triethanolamine to a content of not less than 1.9 mmol / g calculated on the fatty part, including triethanolamine soap not less than 0.6 mmol / g 30 fifty
Water Rest