способ механической обработки

Формула изобретения

1. Способ механической обработки металлов, стекла и других твердых материалов, включающий использование смеси двуокиси углерода и смазки, имеющей возможность растворения или диспергирования в двуокиси углерода, отличающийся тем, что используют смазку, содержащую, по меньшей мере, одно полярное органическое соединение, включающее, по меньшей мере, один атом кислорода, с температурой кипения выше 200°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют смазку, полярное органическое соединение которой содержит полярную группу, выбранную из группы, содержащей простой эфир, гидроксил, карбоксил, сложный эфир и амидогруппу или их смеси.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что используют смазку, полярное органическое соединение которой имеет точку кипения выше 250°С.

4. Способ по любому из пп. 1 - 3, отличающийся тем, что используют смазку, полярное органическое соединение которой имеет точку плавления ниже 5°С.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что используют смазку, полярное органическое соединение которой имеет точку плавления ниже 0°С.

6. Способ по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что полярное соединение выбирают из группы, содержащей спирт, имеющий молекулярный вес 130 - 280, карбоновую кислоту, имеющую молекулярный вес 140 - 320, алкилэфиркарбоновые кислоты с молекулярным весом 155 - 1000, полиол или его простой, либо сложный эфир с молекулярным весом 140 - 1000, сложный эфир между карбоновой кислотой и спиртом с молекулярным весом 155 - 400 и алканоламид между монокарбоновой кислотой и ее моноалканоламином или алкоксилатом, имеющий молекулярный вес 180 - 1000.

7. Способ по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что полярное органическое соединение или смеси полярных органических соединений добавляют в количестве 0,1 - 20, предпочтительно, 0,5 - 4% весового количества двуокиси углерода.

8. Смазка, используемая при механической обработке металлов и других твердых материалов, а также стекла, отличающаяся тем, что она содержит, по меньшей мере, одно полярное соединение, включающее, по меньшей мере, один атом кислорода, и используется в комбинации с двуокисью углерода.

9. Смазка по п.8, отличающаяся тем, что полярное органическое соединение содержится в количестве 0,1 - 20%, предпочтительно, 0,5 - 4% от весового количества двуокиси углерода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу механической обработки металлов и других твердых материалов, а также стекла с применением охлаждающей и смазывающей композиции, большую часть которой составляет двуокись углерода, а меньшую часть полярная смазка, содержащая по меньшей мере одно полярное органическое соединение, по меньшей мере, с одним атомом кислорода.

В заявках на патент WO 090/03341 и WO 092/16464 раскрыто использование двуокиси углерода в процессах механической обработки в качестве охлаждающей и смазывающей среды. В последнем случае предполагается добавление дополнительного смазочного агента к двуокиси углерода для дальнейшего улучшения смазки и уменьшения тепла, выделяемого в течение механической обработки. Смазка будет растворяться или диспергироваться в жидкой двуокиси углерода. Единственной конкретной смазочной добавкой, упомянутой в описании патента, является веретенное масло crucolan 7, основанное на углеводородах с низкой вязкостью. Хотя добавление веретенных масел к двуокиси углерода повышает общее смазывающее действие, износ инструмента и выделение тепла остаются неприемлемыми. Должно быть обеспечено существенное улучшение для того, чтобы охлаждающая и смазывающая композиция на основе двуокиси углерода стала коммерчески конкурентоспособной по сравнению с другими смазочными системами.

Поэтому основная цель этого изобретения заключается в том, чтобы найти добавку, которая существенно улучшает смазочные свойства двуокиси углерода. Другая цель заключается в выборе добавок, которые не токсичны по отношению к человеку и окружающей среде и не подвержены легкому разложению на вредные газы и аэрозоли.

В настоящее время неожиданно установлено, что эти цели могут быть достигнуты путем выполнения механической обработки металла и других твердых материалов, таких как керамика и полимеры, а также стекло, при наличии двуокиси углерода в жидком виде в смеси с полярным органическим соединением, содержащим атомы кислорода в качестве гетероатомов, с температурой кипения свыше 200^oC. Количество добавляемого полярного органического соединения может изменяться в широких пределах, но обычно находится в диапазоне от 0,1 до 20, а предпочтительно от 0,5 до 4% веса добавляемого количества двуокиси углерода. Предпочтительно, чтобы органическое соединение имело температуру кипения свыше 250^oC и точку плавления ниже 5^oC, а предпочтительно ниже -5^oC. Органическое соединение может растворяться или диспергироваться в жидкой двуокиси углерода и содержит по меньшей мере одну полярную группу, выбираемую из группы, содержащей простой эфир, гидроксил, карбоксил, сложный эфир и амидогруппу или их смеси.

Приемлемыми и предпочтительными полярными органическими соединениями являются спирты с молекулярным весом порядка 130-280, предпочтительно 140-200, карбоновые кислоты с молекулярным весом 140-320, предпочтительно 150-290, алкилэфиркарбоновые кислоты с молекулярным весом 155-1000, предпочтительно 170-600, полиолы или их простые и сложные эфиры с молекулярным весом 140-1000, предпочтительно 140-800, сложные эфиры жирных кислот или фосфорных кислот с молекулярным весом 155-400, предпочтительно 165-350, алканоламиды между монокарбоновыми кислотами и их алифатическими аминоспиртами или алкоксилятами, имеющие молекулярный вес от 180 до 1000, а предпочтительно 230-700.

Приемлемыми примерами полезных органических соединений согласно настоящему изобретению являются соединения, имеющие формулу R₁OH, где R₁ представляет собой разветвленную или прямую, насыщенную или ненасыщенную алифатическую или ацильную группу с 9-18 атомами углерода, например разветвленные алкильные группы, имеющие 9-15 атомов углерода, либо разветвленные ацильные группы. Другими примерами являются соединения сложных эфиров с формулой R₂COOR₃, где R₂CO представляет собой ацильную группу, предпочтительно разветвленную или ненасыщенную ацильную группу с 10-20 атомами углерода, подобно олеину или изостеарилу, a R₃ представляет собой алкильную группу с 1-4 атомами углерода. Другими группами предпочтительных органических соединений являются те, которые имеют формулу R₄(A)_nOR₅, где R₄ и R₅ представляют собой независимо друг от друга водород, ацильную группу или алкильную группу с 1-20 атомами углерода, A - оксиалкиленовую группу с 2-4 атомами углерода, а n - число, составляющее 2-18. Предпочтительно, чтобы одна или две из групп R₄ и R₅ представляли собой водород. Еще одной группой предпочтительных органических соединений являются соединения с формулой R₆CON(X)R₇O(A)_nR₈, где R₆CO - ацильная группа с 8-20 атомами углерода, предпочтительно разветвленная или ненасыщенная ацильная группа, X представляет собой H или R₇O(A)_nR₈, где R₇ - алкиленовая группа с 2-8 атомами углерода, A - алкиленоксигруппа с 2-4 атомами углерода, R₈ - водород или алкильная либо ацильная группа с 1-6 атомами углерода, n - число от 0 до 8. Дополнительные примеры - это алкилэфиркарбоновые кислоты, имеющие формулу R₉O(A)_xCH₂COOH, где R₉ - алкильная группа с 6-18 атомами углерода, A - алкиленоксигруппа с 2-4 атомами углерода и x - число, составляющее 0 - 10.

В течение процесса полярное соединение может быть введено в поток жидкой двуокиси углерода посредством, например, насоса высокого давления, перед тем как двуокись углерода расширяется и подводится к инструменту и/или к рабочей зоне. Двуокись углерода расширяется с переходом из жидкого состояния в газ обычно в течение менее 10 секунд, а предпочтительно непосредственно перед ее применением, с тем чтобы получить по возможности хороший эффект охлаждения. Полярное соединение также может храниться в виде однородной жидкости или дисперсии совместно с двуокисью углерода под давлением. При этом может быть обеспечено постоянное соотношение между полярным соединением и двуокисью углерода. В том случае, если органическое соединение имеет сравнительно высокую точку плавления или высокую вязкость, может оказаться желательным нагреть его перед перемешиванием с двуокисью углерода в жидком виде либо с расширенной двуокисью углерода.

В приемлемом варианте осуществления жидкая смесь, состоящая из смазки и двуокиси углерода, поступает по внутренним каналам рабочего инструмента, например сверла, к рабочей зоне. Площадь поперечного сечения канала может изменяться в широких пределах, но обычно составляет от 0,01 до 1 мм², предпочтительно от 0,02 до 0,2 мм².

Помимо полярного соединения или смеси полярных соединений смазка также может содержать агент, служащий в качестве растворителя и/или в качестве дополнительного охлаждающего компонента, который также может обладать определенными смазочными свойствами. Примерами таких агентов являются алкиленгликоли, спирты и их простые эфиры с молекулярным весом от 46 примерно до 120, а также вода. Количество такого агента обычно составляет от 0,1 до 100%, предпочтительно 1-30% веса полярного соединения или смеси полярных соединений. В том случае, если в смазке присутствует вода, следует выбирать для смазки по меньшей мере одно полярное соединение, обладающее антикоррозионными свойствами.

Ниже изобретение дополнительно проиллюстрировано посредством примера обработки.

Пример 1

Были проведены испытания при сверлении с применением определенного количества разных смазочных добавок, составлявших порядка 2% веса двуокиси углерода. Двуокись углерода непрерывно добавлялась в зону сверления в количестве примерно 1,5 килограмма в час. Смазочная добавка нагнеталась в поток жидкой двуокиси углерода при комнатной температуре и давлении порядка 57 бар (58,2 кг/см²). После этого обеспечивалась возможность расширения полученной смеси примерно на 1 см от рабочей зоны сверла. Диаметр сверла составлял 6 мм, просверленное отверстие имело минимальную глубину порядка 6 мм, скорость подачи составляла 0,17 мм/оборот при периферийной скорости сверла порядка 46 м/мин или 40 м/мин. Эксплуатационные характеристики оценивались количеством отверстий, которое могло быть просверлено сверлом до его выхода из строя. Были получены результаты, приведенные в таблице.

Из результатов очевидно, что использование полярных соединений согласно изобретению при испытаниях 1 - 20 улучшает смазку и увеличивает продолжительность сверления по сравнению с контрольными испытаниями A - G.