Смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки металлов

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩАЯ ЖИДКОСТЬ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Злотников Игорь Иванович Пискунов Сергей Васильевич Селицкий Сергей Францевич Соловей Николай Федорович Козлов Андрей Борисович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси(57) Смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки металлов, содержащая полиакрилонитрил гидролизованный, натриевую соль и воду, отличающаяся тем,что в качестве полиакрилонитрила гидролизованного она содержит продукт щелочного гидролиза отходов полиакрилонитрильного волокна, полученный гидролизом отходов волокна 2-5 -ным водным раствором гидроксида натрия при отношении массы гидроксида натрия к массе отходов волокна, равном 0,6-0,9, а в качестве натриевой соли - силикат натрия при следующем соотношении компонентов, мас.продукт щелочного гидролиза отходов полиакрилонитрильного волокна 0,5-6,0 силикат натрия 0,8-3,6 вода остальное. Изобретение относится к смазочно-охлаждающим жидкостям (СОЖ) для холодной обработки металлов и может быть использовано в машиностроении на операциях шлифования, точения, фрезерования и сверления. Известна СОЖ для хонингования металлических поверхностей, содержащая, мас.натриевое жидкое стекло 3-6 нитрит натрия 0,3-0,5 сульфит натрия 0,2-0,4 и воду 1. СОЖ эффективна при хонинговании, но мало пригодна на таких операциях, как точение,фрезерование, сверление, что резко сужает область ее применения. Известна СОЖ для механической обработки металлов, содержащая, мас.триэтаноламин 1,3-4,9 поливиниловый спирт 0,8-4,2 натриевое жидкое стекло 1,6-5,0 и воду 2. Недостатком известной СОЖ является то, что система жидкое стекло - поливиниловый спирт является неустойчивой, склонной к взаимной коагуляции, и только благодаря ста 11125 1 2008.10.30 билизирующему действию триэтаноламина сохраняет коллоидную стабильность. Поэтому при использовании данной СОЖ необходимо строго соблюдать рецептуру, технологию совмещения компонентов и использовать достаточно чистые вещества, а также избегать в процессе эксплуатации попадания в СОЖ посторонних примесей. Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является СОЖ для механической обработки металлов, содержащая, мас.полиакрилонитрил гидролизованный 0,02-0,05 натриевые соли нитрит натрия 0,25-0,3 соду кальцинированную 0,5-1,0 натрий надборнокислый 0,2-0,5 хлорированный парафин 0,2-0,5 и воду 3. Недостатками известной СОЖ являются ее коррозионная активность и невысокая смазочная способность, а также достаточно высокая стоимость входящих в ее состав компонентов(нитрит натрия, полиакрилонитрил гидролизованный и хлорированный парафин). Задача изобретения - повышение смазочной способности и снижение коррозионной активности и стоимости СОЖ, а также утилизация отходов полиакрилонитрильного волокна. Поставленная задача решается тем, что СОЖ для механической обработки металлов,содержащая полиакрилонитрил гидролизованный, натриевую соль и воду, согласно изобретению, в качестве полиакрилонитрила гидролизованного она содержит продукт щелочного гидролиза отходов полиакрилонитрильного (ПАН) волокна, полученный гидролизом отходов волокна 2-5 -ным водным раствором гидроксида натрия при отношении массы гидроксида натрия к массе отходов волокна, равном 0,6-0,9, а в качестве натриевой соли - силикат натрия при следующем соотношении компонентов, мас.продукт щелочного гидролиза отходов ПАН волокна 0,5-6,0 силикат натрия 0,8-3,6 вода остальное. Сущность изобретения заключается в следующем. Для получения продукта щелочного гидролиза отходов ПАН волокна расчетное количество волокна загружают в емкость и заливают 2-5 водным раствором гидроксида натрия, взятого в заявляемом количестве. Смесь нагревают до температуры 80-95 С и выдерживают при периодическом перемешивании до полного растворения волокна. Процесс растворения завершается в течение 1,52,5 часов в зависимости от количества щелочи и температуры. Полученный раствор охлаждают, профильтровывают через сито для удаления возможных нерастворившихся фрагментов волокон и случайных механических примесей. По результатам проведенных исследований полученный продукт представляет собой водный раствор статистического сополимера акриламида с акрилатами натрия и аммония. В макромолекулах полученного сополимера не содержится нитрильных и карбоксильных функциональных групп, но присутствуют акриламидные (25-30 ) и карбоксильные (7075 ) группы. Молекулярная масса сополимера составляет 104-105. При проведении щелочного гидролиза вместо гидроксида натрия можно использовать гидроксид калия, однако, поскольку последний дороже гидроксида натрия, замена нецелесообразна. Вместо ПАН волокна можно использовать полиакрилонитрил в виде крошки или гранул, но в этом случае длительность процесса его растворения увеличивается в несколько раз. В готовый продукт добавляют расчетное количество силиката натрия. В качестве последнего удобнее всего использовать стандартные растворы натриевого жидкого стекла. В полученный концентрат добавляют необходимое количество воды и используют полученную СОЖ по назначению. При содержании гидроксида натрия в продукте менее 0,6 от массы ПАН волокна процесс гидролиза и растворения волокна происходит медленно (5-7 часов), а при содержании более 0,9 от массы волокна раствор имеет избыточную щелочность. Продукт щелочного гидролиза ПАН волокна играет роль смазки, снижая силу трения при обработке металлов резанием и шлифованием. Кроме того, макромолекулы сополимера, адсорби 2 11125 1 2008.10.30 руясь на поверхности металла, оказывают пластифицирующее действие, облегчая процесс съема металла. Содержание указанного продукта в СОЖ менее 0,5 мас.приводит к возрастанию коэффициента трения и уменьшению съема металла, а содержание более 6,0 мас.не приводит к улучшению смазывающей способности, но повышает вязкость раствора, что ухудшает смачивающее и охлаждающее свойство СОЖ. Силикат натрия играет роль неорганической смазки, особенно эффективной при высоких температурах. При резании в зоне локальных повышений температур СОЖ испаряется с образованием силикатной микропленки, которая, в отличие от пленок органического сополимера, не разлагается при температурах до 950 С. Это снижает коэффициент трения и защищает режущий инструмент от износа при жестких режимах резания. Кроме того, наличие в СОЖ силиката натрия снижает коррозию и повышает качество обрабатываемой поверхности, что связано с микроабразивным действием микрочастиц диоксида кремния, образующихся при испарении воды. При содержании силиката натрия менее 0,8 мас.положительный эффект его присутствия практически не наблюдается. При введении силиката натрия более 3,6 мас.увеличивается вязкость раствора, происходит налипание силикатной пленки на режущий инструмент и забивание поверхности шлифовальных инструментов. Составы СОЖ конкретного выполнения приведены в табл. 1. В качестве отходов ПАН волокна использовали отходы (остриг) ПАН волокна марки Нитрон-Д (ТУ 6-06-С 230-87) Жлобинской фабрики искусственного меха. Таблица 1 Составы СОЖ, мас.Заявляемый состав Компонент Продукт щелочного гидролиза отхо 0,3 0,5 2,0 4,0 6,0 6,5 дов ПАН волокна Соотношение гидроксида натрия и 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 ПАН волокна в продукте Натриевое жидкое стекло (ГОСТ 4,0 3,6 2,5 0,8 0,5 13078-81) по сухому остатку Силикат натрия растворимый (ГОСТ 1,5 13079-81) Вода 95,7 95,9 95,5 94,5 93,2 93,0 Сравнительные свойства СОЖ по изобретению и СОЖ по прототипу приведены в табл. 2. Таблица 2 Сравнительные свойства СОЖ Заявляемый состав Прототип а.с. Показатель- после точения 3,8 2,6 2,5 2,3 2,2 2,2 6,5 Коррозионная агрессивность нет нет нет нет нет следы следы В качестве прототипа был испытан состав, включающий, мас.сода кальцинированная 0,80 нитрит натрия 0,28 3 11125 1 2008.10.30 полиакрилонитрил гидролизованный 0,035 натрий надборнокислый 0,35 хлорпарафин 0,35 вода 98,185. Как следует из представленных в табл. 2 данных, предлагаемая СОЖ обладает более высокими эксплуатационными свойствами, чем СОЖ по прототипу. К преимуществам предлагаемой СОЖ следует отнести полное отсутствие коррозии,недифицитность компонентов и использование в составе СОЖ отходов производства, что удешевляет СОЖ и способствует утилизации отходов. Контрольные примерыипоказывают, что выход за заявляемые пределы содержания компонентов приводит к значительному снижению показателей. Коэффициент трения при шлифовании и интенсивность съема металла определяли на машине трения СМЦ-2 по схеме ролик-колодка. В качестве ролика использовался абразивный круг диаметром 40 мм марки 25 А 25 ПСТ 15. Колодку шириной 10 мм и радиусом внутренней поверхности 20 мм изготавливали из стали 3. Шлифование проводили при нагрузке 1 МПа и скорости 0,5 м/с при непрерывной подаче СОЖ в зону шлифования. Точение производили на токарно-винторезном станке при глубине резания 1,5 мм и подаче 0,08 мм/об. Материал заготовки - сталь ШХ-15. Шероховатость обработанной поверхности измеряли на профилографе Калибр ВЭИ. Коррозионную агрессивность определяли капельным методом по ГОСТ 6243-75. Источники информации 1. А. с. СССР 1766955, МПК С 10 М 173/02, 1992. 2. Патент РБ 7487, МПК С 10 М 173/02, 2005. 3. А. с. СССР 1335563, МПК С 10 М 173/02, 1987 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4