RU2137816C1 - Concentrate of water-emulsion lubricating fluid for mechanical conversion of metals - Google Patents

Abstract

FIELD: metalworking. SUBSTANCE: concentrate contains 5-8 wt % of emulsifier, 15-23 wt % of product of heat treatment of vegetable oil with diethanolamine at their weight ratio 0.9:(0.8-1.1), and mineral oil - the balance. Concentrate may additionally contain 1-3 wt % of pentaerythritol ester of synthetic fatty C₅-C₉-acids. Anticorrosion property of such concentrate is 1.5-4-fold superior to that of known products. Wear resistance of tools increases by a factor of 1.2-1.4 with improved quality of their surfaces. Consumption of lubricating oil based on new concentrate is 1.5-2 times reduced. EFFECT: improved working characteristics. 2 cl, 4 tbl

Description

Изобретение относится к смазочно-охлаждающим жидкостям для механической обработки металлов и может быть использовано на металлообрабатывающих предприятиях различных отраслей народного хозяйства. The invention relates to cutting fluids for machining metals and can be used at metal processing enterprises in various sectors of the economy.

Известна смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки металлов, содержащая, мас.%:
Эмульсол на основе нефтяного масла - 3,0 - 10,0
Триэтаноламин - 0,3 - 5,0
Трихлоруксусная кислота - 0,2 - 0,5
Вода - Остальное
(SU 1227657).Known cutting fluid for machining metals, containing, wt.%:
Oil-based emulsol - 3.0 - 10.0
Triethanolamine - 0.3 - 5.0
Trichloroacetic acid - 0.2 - 0.5
Water - Else
(SU 1227657).

Данная смазочно-охлаждающая жидкость хотя и обладает определенным запасом стабильности, удовлетворительными технологическими свойствами, но имеет низкое моющее действие, отсутствует запас антикоррозионных свойств. This cutting fluid, although it has a certain margin of stability, satisfactory technological properties, but has a low washing effect, there is no stock of anticorrosion properties.

Наиболее близким аналогом предлагаемому изобретению является концентрат водоэмульсионной смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки металлов, содержащий, мас.%:
Неиногенный эмульгатор - 5 - 8
Продукт термической обработки рапсового масла триэтаноламином в присутствии гидроокиси калия при их массовом соотношении соответственно 2,3-7 : 0,66-2,0 : 0,5 - 13-25
Нефтяное масло - Остальное
(RU 2059694).The closest analogue of the invention is a concentrate of an aqueous emulsion cutting fluid for machining metals, containing, wt.%:
Non-inogenic emulsifier - 5 - 8
The product of heat treatment of rapeseed oil with triethanolamine in the presence of potassium hydroxide at a mass ratio of 2.3-7: 0.66-2.0: 0.5 - 13-25, respectively
Petroleum Oil - Else
(RU 2059694).

Данный концентрат водоэмульсионной смазочно-охлаждающей жидкости наряду с высокой стабильностью эмульсии, хорошими моющими, противозадирными и удовлетворительными антикоррозионными свойствами имеет следующие недостатки:
- расслаивание эмульсии при длительном хранении, и, следовательно, необходимость периодического перемешивания и разогрева продукта;
- высокая температура застывания, что вызывает необходимость обогрева транспортных емкостей для слива концентрата в холодный период года;
- недостаточный запас антикоррозионных свойств;
- недостаточный запас противозадирных свойств для специальных сплавов;
- высокий показатель pH эмульсии, что ограничивает его применение при обработке алюминиевых сплавов.This concentrate water emulsion cutting fluid along with high stability of the emulsion, good detergent, anti-seize and satisfactory anti-corrosion properties has the following disadvantages:
- delamination of the emulsion during prolonged storage, and, therefore, the need for periodic mixing and heating of the product;
- high pour point, which necessitates the heating of transport tanks to drain the concentrate in the cold season;
- insufficient stock of anti-corrosion properties;
- insufficient stock of extreme pressure properties for special alloys;
- high pH of the emulsion, which limits its use in the processing of aluminum alloys.

Задачей изобретения является повышение стабильности эмульсии, повышение ее антикоррозионных и противозадирных свойств, снижение температуры застывания и увеличение срока службы. The objective of the invention is to increase the stability of the emulsion, increase its anti-corrosion and extreme pressure properties, lower pour point and increase service life.

Поставленная задача решается тем, что концентрат водоэмульсионной смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки металлов, содержащий нефтяное масло, эмульгатор и продукт термической обработки растительного масла этаноламином, в качестве этаноламина содержит диэтаноламин при массовом соотношении растительное масло : диэтаноламин соответственно 0,9 : 0,8 - 1,1 при следующем соотношении компонентов в концентрате, мас.%:
Эмульгатор - 5 - 8
Продукт термической обработки растительного масла диэтаноламином при их массовом соотношении соответственно 0,9:0,8-1,1 - 15-23
Нефтяное масло - Остальное
Концентрат может дополнительно содержать сложный эфир пентаэритрита и синтетических жирных кислот фракции C₅-C₉ в количестве 1-3 мас.%.The problem is solved in that the concentrate of an aqueous emulsion cutting fluid for machining metals containing oil, an emulsifier and a product of heat treatment of vegetable oil with ethanolamine, contains ethanolamine as ethanolamine in a weight ratio of vegetable oil: diethanolamine, respectively 0.9: 0.8 - 1.1 in the following ratio of components in concentrate, wt.%:
Emulsifier - 5 - 8
The product of heat treatment of vegetable oil with diethanolamine at a mass ratio of 0.9: 0.8-1.1 - 15-23, respectively
Petroleum Oil - Else
The concentrate may further contain an ester of pentaerythritol and synthetic fatty acids of fraction C ₅ -C ₉ in an amount of 1-3 wt.%.

В качестве нефтяных масел используют масла индустриальные общего назначения ГОСТ 20799 - 75 марки И - 20А, И - 40А; смесь экстрактов селективной очистки или экстракты нефтяные по ТУ 38.101714-84 с изм. 1-3. As petroleum oils, industrial oils of general purpose are used GOST 20799 - 75 brands I - 20A, I - 40A; a mixture of extracts of selective purification or oil extracts according to TU 38.101714-84 as amended. 1-3.

В качестве эмульгатора применяются:
- оксиэтилированный алкилфенол на основе тримеров пропилена, выпускаемый промышленностью под названием Неонол АФ 9-6 по ТУ 3850727 - 87;
- оксиэтилированные первичные спирты фракции C₁₂-C₁₄, выпускаемые промышленностью под названием Синтанол ЭС -3 по ТУ 38.5901268 - 90;
- карбоксиметилаты оксиэтилированных алкилфенолов, выпускаемые промышленностью под названием Синтерол АМФ - 12 по ТУ 38.602-22-44-93.As an emulsifier are used:
- ethoxylated alkyl phenol based on propylene trimers, manufactured by the industry under the name Neonol AF 9-6 according to TU 3850727 - 87;
- ethoxylated primary alcohols of fraction C ₁₂ -C ₁₄ , manufactured by the industry under the name Syntanol ES-3 according to TU 38.5901268 - 90;
- carboxymethylates of ethoxylated alkyl phenols, manufactured by the industry under the name Synterol AMP-12 according to TU 38.602-22-44-93.

Сложный эфир пентаэритрита и синтетических жирных кислот фракции C₅-C₉ выпускается промышленностью под названием Эфир - 2 по ТУ 38.101272 - 72 с изм. 1-4.The ester of pentaerythritol and synthetic fatty acids of the C ₅ -C ₉ fraction is produced by the industry under the name Ether-2 according to TU 38.101272 - 72 cf. 1-4.

Продукт термической обработки получают взаимодействием растительного масла (рапсовое, подсолнечное, кукурузное и др.) с диэтаноламином при температуре 120-140^oC.The heat treatment product is obtained by the interaction of vegetable oil (rapeseed, sunflower, corn, etc.) with diethanolamine at a temperature of 120-140 ^o C.

Получаемый продукт представляет собой смесь сложных эфиров глицерина, дизамещенные амиды жирных кислот, входивших в состав исходных растительных масел, и не прореагировавшего диэтаноламина. При определении состава были использованы методы ИК спектроскопии, ПМР и тонкослойной хроматографии. The resulting product is a mixture of glycerol esters, disubstituted fatty acid amides that were part of the original vegetable oils, and unreacted diethanolamine. When determining the composition, the methods of IR spectroscopy, PMR and thin layer chromatography were used.

Для получения продукта термической обработки использовали рапсовое масло по ГОСТ 8988 - 77 и технический диэтаноламин. To obtain a heat treatment product, rapeseed oil was used according to GOST 8988 - 77 and technical diethanolamine.

Концентрат смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) получают простым смешением компонентов. Coolant concentrate (coolant) is obtained by simple mixing of the components.

Применяют СОЖ в виде 3 - 5% водных эмульсий. Apply coolant in the form of 3 - 5% aqueous emulsions.

В табл. 1 приведены примеры предлагаемого состава концентрата смазочно-охлаждающей жидкости, а также примеры на запредельные значения количества каждого ингредиента. In the table. 1 shows examples of the proposed composition of the concentrate cutting fluid, as well as examples of the exorbitant values of the amount of each ingredient.

В табл. 2 приведены физико-химические показатели образцов концентрата СОЖ. In the table. 2 shows the physico-chemical parameters of coolant concentrate samples.

Для получения образцов заявляемого концентрата СОЖ были взяты соответственно продукты термической обработки рапсового и подсолнечного масла, приведенные в табл. 3. To obtain samples of the inventive coolant concentrate, the products of heat treatment of rapeseed and sunflower oil, respectively, were taken, are given in table. 3.

Из приведенных в табл. 2 результатов следует, что при введении в концентрат вновь вводимых продуктов ниже указанных пределов (пример 1) ухудшается стабильность готовой эмульсии, что приводит к загрязнению деталей и повышенному расходу эмульсии. Понижение показателя pH эмульсии создает благоприятные условия для бактериального поражения эмульсии, что снижает ее качество. При увеличении содержания компонентов в концентрате (примеры 6 и 7) при его хранении происходит расслоение эмульсии на составные части. From the above table. The 2 results show that when the newly introduced products are introduced into the concentrate below the indicated limits (Example 1), the stability of the finished emulsion deteriorates, which leads to contamination of the parts and an increased emulsion consumption. Lowering the pH of the emulsion creates favorable conditions for the bacterial damage of the emulsion, which reduces its quality. With an increase in the content of components in the concentrate (examples 6 and 7) during its storage, the emulsion is stratified into its constituent parts.

Для доказательства эффективности заявляемого концентрата СОЖ проводились сравнительные испытания его 3%-ных эмульсий с 3%-ной эмульсией известного концентрата СОЖ, содержащей, мас.%:
Неонол АФ-9-6 - 6,0
Продукт термической обработки рапсового масла триэтаноламином в присутствии гидроокиси калия при их массовом соотношении 5:1:0,5 - 19,5
Нефтяное масло ГОСТ 20799-75 - 74,5
Антикоррозионные свойства определялись по ГОСТ 6243-75 п. 2.2.To prove the effectiveness of the inventive coolant concentrate, comparative tests of its 3% emulsions with a 3% emulsion of a known coolant concentrate were carried out, containing, wt.%:
Neonol AF-9-6 - 6.0
The product of heat treatment of rapeseed oil with triethanolamine in the presence of potassium hydroxide at a mass ratio of 5: 1: 0.5 - 19.5
GOST 20799-75 petroleum oil - 74.5
Anticorrosion properties were determined according to GOST 6243-75 p. 2.2.

Моющую способность определяли весовым методом по степени отмываемости загрязнений с поверхности металлических пластинок. Образцы отмывались в лабораторной ванне окунанием. Раствор возбуждался мешалкой, имеющей число оборотов 110 об/мин. Время мойки составляло 10 мин. Температура мойки - 23^oC. В качестве загрязнителя применялся состав, содержащий, мас.%:
Масло индустриальное ГОСТ 20799-75 И-40А - 98
Графит ГОСТ 8295-73 - 1
Пыль из чугуна СЧ-18 - 1
Загрязнитель наносился на поверхность пластины окунанием. Количество нанесенного загрязнителя составляло 0,15-0,2 г.The washing ability was determined by the gravimetric method according to the degree of washing off of contaminants from the surface of metal plates. Samples were washed in a laboratory bath by dipping. The solution was excited by a stirrer having a speed of 110 rpm. The washing time was 10 minutes. The washing temperature is 23 ^o C. As a pollutant, a composition was used containing, wt.%:
Industrial oil GOST 20799-75 I-40A - 98
Graphite GOST 8295-73 - 1
Cast iron dust СЧ-18 - 1
The contaminant was applied to the surface of the plate by dipping. The amount of contaminant applied was 0.15-0.2 g.

После мойки пластины высушивали при комнатной температуре и взвешивали. Моющая способность определялась по формуле

где P₀ - вес чистой пластинки;
P₁ - вес загрязненной пластинки;
P₂ - вес пластинки после мойки и сушки.After washing, the plates were dried at room temperature and weighed. The washing ability was determined by the formula

where P ₀ is the weight of the clean plate;
P ₁ is the weight of the contaminated plate;
P ₂ - the weight of the plate after washing and drying.

За результат принимали среднеарифметическое от четырех измерений. Испытания по влиянию СОЖ на износ режущего инструмента при операции точения определяли при обработке стали 45 на токарном станке 1У63 проходными резцами из быстрорежущей стали Р65М размером 16 • 25 мм с геометрией заточки: задний угол α = 8^°, передний угол β = 10^°, угол в плане

Режим резания: подача S = 621 мм/об, глубина резания τ = 1 мм, скорость резания V = 40 м/мин.The result was taken as the arithmetic mean of four measurements. Tests on the influence of coolant on the wear of a cutting tool during the turning operation were determined during the processing of steel 45 on a 1U63 lathe with continuous cutters made of P65M high-speed steel 16 • 25 mm in size with a grinding geometry: trailing angle α = 8 ^° , rake angle β = 10 ^° , angle in terms of

Cutting mode: feed S = 621 mm / rev, cutting depth τ = 1 mm, cutting speed V = 40 m / min.

Способ подачи рабочей эмульсии - полив с расходом g = 4,5 л/мин. За критерий оценки было принято время работы резца до износа по задней грани h₃ = 0,6 мм.The method of supplying the working emulsion is watering with a flow rate of g = 4.5 l / min. For the evaluation criterion, the operating time of the cutter to wear along the rear face h ₃ = 0.6 mm

Температура застывания образцов СОЖ определялась по методике ГОСТ 20287-91. The pour point of the coolant samples was determined according to the method of GOST 20287-91.

Срок службы эмульсии определялся длительностью службы в автоматических линиях моторного производства. Проводилась коррекция концентрации эмульсии до 3% добавлением концентрата СОЖ. Окончание срока службы СОЖ определяли по появлению резкого специфического запаха, обусловленного бактериальным поражением. Бактерициды не добавлялись. The service life of the emulsion was determined by the duration of service in automatic lines of motor production. The emulsion concentration was adjusted to 3% by adding coolant concentrate. The end of life of the coolant was determined by the appearance of a sharp specific odor due to bacterial damage. No bactericides were added.

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

Из приведенных результатов видно следующее:
- предлагаемый концентрат СОЖ по антикоррозионным свойствам в 1,5 - 4,0 раза превышает известный;
- моющая способность лучше известного в 1,2- 1,4 раза;
- стойкость инструмента - резца повышается в 1,2- 1,4 раза;
- температура застывания снижается на 17-21^oC;
- срок службы заявляемого концентрата СОЖ больше известного в 1,4-2,1 раза.From the above results, the following can be seen:
- the proposed coolant concentrate in anticorrosion properties is 1.5 - 4.0 times higher than the known;
- washing ability is better than the known 1.2-1.4 times;
- tool life - the cutter increases by 1.2-1.4 times;
- pour point is reduced by 17-21 ^o C;
- the service life of the inventive coolant concentrate more than the known 1.4-2.1 times.

Достижение этих результатов обусловлено применением в составе концентрата СОЖ продукта термической обработки растительного масла диэтаноламином в заявленных соотношениях с другими компонентами. The achievement of these results is due to the use of the product of heat treatment of vegetable oil with diethanolamine in the stated proportions with other components in the composition of the coolant concentrate.

Полученные свойства СОЖ позволяют в 1,5-2 раза сократить расход СОЖ, повысить долговечность инструмента, улучшить качество обрабатываемой поверхности, надежно защитить изделие, инструмент и оборудование от коррозии, облегчить проведение технологических операций в холодный период года, улучшить культуру производства. The obtained properties of the coolant can reduce the coolant consumption by 1.5–2 times, increase the durability of the tool, improve the quality of the machined surface, reliably protect the product, tools and equipment from corrosion, facilitate technological operations in the cold season, and improve the production culture.

Claims (1)

1. Концентрат водоэмульсионной смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки металлов, содержащий нефтяное масло, эмульгатор и продукт термической обработки растительного масла этаноламином, отличающийся тем, что в качестве этаноламина он содержит диэтаноламин при массовом соотношении растительное масло : диэтаноламин соответственно 0,9 : 0,8 - 1,1 при следующем соотношении компонентов в концентрате, мас.%:
Эмульгатор - 5 - 8
Продукт термической обработки растительного масла диэтаноламином при их массовом соотношении соответственно 0,9 : 0,8 - 1,1 - 15 - 23
Нефтяное масло - Остальное
2. Концентрат по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит сложный эфир пентаэритрита и синтетических жирных кислот фракции C₅ - C₉ в количестве 1 - 3 мас.%.1. A concentrate of an aqueous emulsion cutting fluid for machining metals, containing petroleum oil, an emulsifier and a product of heat treatment of vegetable oil with ethanolamine, characterized in that it contains diethanolamine as ethanolamine in a weight ratio of vegetable oil: diethanolamine, respectively 0.9: 0, 8 - 1.1 in the following ratio of components in concentrate, wt.%:
Emulsifier - 5 - 8
The product of heat treatment of vegetable oil with diethanolamine at a mass ratio of 0.9: 0.8 - 1.1 - 15 - 23, respectively
Petroleum Oil - Else
2. The concentrate according to claim 1, characterized in that it further comprises an ester of pentaerythritol and synthetic fatty acids of fraction C ₅ - C ₉ in an amount of 1 to 3 wt.%.

Images