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CN102498196A - 金属加工用油剂、金属加工方法和金属加工品 - Google Patents

金属加工用油剂、金属加工方法和金属加工品 Download PDF

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CN102498196A
CN102498196A CN2010800410769A CN201080041076A CN102498196A CN 102498196 A CN102498196 A CN 102498196A CN 2010800410769 A CN2010800410769 A CN 2010800410769A CN 201080041076 A CN201080041076 A CN 201080041076A CN 102498196 A CN102498196 A CN 102498196A
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CN
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oil
aliphatic carboxylic
carboxylic acid
metalworking
metal working
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Application number
CN2010800410769A
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后藤孝一
美马聪志
町田善彦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyodo Yushi Co Ltd
Original Assignee
Kyodo Yushi Co Ltd
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Publication date
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Abstract

由本发明提供一种金属加工用油剂，其含有(A)基油和(B)阴离子活化剂，所述基油包含2-乙基己醇棕榈酸酯或硬脂酸酯，所述阴离子活化剂由碳原子数8～18的支化脂肪族羧酸和碳原子数3～12的支化烷醇胺的盐构成。本发明的金属加工用油剂的切削性、消泡性、原液稳定性、乳化稳定性、耐水解性优异，在低温下的动力粘度低。

Description

金属加工用油剂、金属加工方法和金属加工品
技术领域
本发明涉及可以广泛适用于切削加工、磨削加工、滚轧加工、冲压加工、塑性加工等金属加工中的金属加工用油剂。更详细地涉及，用水稀释来使用的金属加工用油剂，特别是切削性优异的金属加工用油剂，使用该金属加工用油剂的金属加工方法以及通过该金属加工方法制造的金属加工品。
背景技术
通常，在切削、磨削加工中使用切削、磨削油剂。作为切削、磨削油剂的最重要的功能，可以举出润滑作用，通过该作用可以提高加工中所用的工具的寿命延长、提高被加工物的完成面精度、提高生产能力等，可以提高生产率。另外，关于这些要求性能，从加工方法入手也进行了研究，而作为冷却剂的给油方式，以内部给油方式进行的案例也日益受到关注。内部给油方式中，必然在高压条件下使用冷却剂，随之引起的起泡被视为问题，也寻求消泡性优异的油剂。
作为提高润滑作用的对策，已知有例如使用了特定的棕榈油酸油的热轧油和热轧方法(专利文献1)，含有由棕榈油及其改性油脂(棕榈分级油)等动植物油构成的基油和烃系合成油作为必须成分的、用于压延加工或切削加工的水解稳定性优异的润滑油组合物(专利文献2)等。
另外，还已知：含有选自油脂、矿物油和脂肪酸酯组成的组中的润滑油成分、特定的阳离子性或两性离子性水溶性高分子化合物、以及非离子性表面活性剂的金属加工油组合物(专利文献3)。
但是，这些金属加工用油剂存在不能得到充分的润滑作用、消泡性差、容易被水解等问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第3320642号
专利文献2：日本特开平10-17880号公报
专利文献3：日本特公平2-40116号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明的目的是提供可以广泛适用于切削加工、磨削加工、滚轧加工、冲压加工、塑性加工等金属加工的金属加工用油剂。
本发明的另一个目的是提供切削性优异的金属加工用油剂。
本发明的再另一个目的是提供切削性、消泡性、原液稳定性、乳化稳定性、耐水解性优异，在低温下的动力粘度低的金属加工用油剂。
本发明的再另一个目的是提供使用上述金属加工用油剂的金属加工方法以及通过该金属加工方法制造的金属加工品。
解决课题的手段
本发明人进行深入研究的结果发现：通过使用特定的脂肪族羧酸酯和特定的表面活性剂，可以得到比以往的金属加工用油剂优异得多的切削性、或者更优异的消泡性、耐水解性，从而完成了本发明。本发明提供以下的金属加工用油剂、使用该金属加工用油剂的金属加工方法以及通过该金属加工方法制造的金属加工品。
1.一种金属加工用油剂，其特征在于，包含基油和阴离子性表面活性剂，基油包含2-乙基己醇的脂肪族羧酸酯，脂肪族羧酸是选自由棕榈酸和硬脂酸组成的组中的至少一种，阴离子性表面活性剂是脂肪族羧酸胺盐，构成脂肪族羧酸胺盐的脂肪族羧酸包含选自碳原子数8～18的支化脂肪族羧酸中的至少一种，胺包含选自碳原子数3～12的支化烷醇胺中的至少一种。
2.根据上述1记载的金属加工用油剂，其中，油剂中含有2-乙基己醇的脂肪族羧酸酯0.5～15质量％。
3.根据上述1或2记载的金属加工用油剂，其中，油剂中含有阴离子性表面活性剂0.05～80质量％。
4.根据上述1～3中任一项记载的金属加工用油剂，其中，使用原液，或者将原液以0.1质量％以上的浓度稀释于水中来使用。
5.根据上述1～4中任一项记载的金属加工用油剂，其为切削油剂或磨削油剂。
6.一种金属加工方法，其使用上述1～5中任一项记载的金属加工用油剂来进行金属加工。
7.根据上述6记载的金属加工方法，其为切削加工或磨削加工。
8.一种金属加工品，是通过上述6或7记载的金属加工方法制造的。
发明的效果
本发明的金属加工用油剂通过并用特定的脂肪族羧酸酯和特定的表面活性剂，与以往的金属加工用油剂相比，可以显著提高金属加工性，特别是切削性。因此，可以实现由工具寿命的延长所带来的成本降低。另外，可以减少工具更换工序数，可以提高生产率。本发明的金属加工用油剂，通过切削性的提高而可以广泛地使用于金属材料的切削加工、磨削加工、滚轧加工、冲压加工、塑性加工等。
特别是通过使用由支化脂肪族羧酸和支化胺构成的阴离子性表面活性剂作为表面活性剂，与以往的金属加工用油剂相比，不仅可以提高切削性，还可以提高消泡性，可以防止因起泡而引起的油剂泄漏。因此，操作者的安全性也提高，也可以改善作业环境。
进而，本发明的金属加工用油剂在原液稳定性、乳化稳定性、耐水解上优异。进而，由于低温下的动力粘度低，即使在冬季，油剂的压送性也良好。
具体实施方式
作为本发明中使用的基油，例如可以举出矿物油、多元醇酯、油脂、聚二醇、聚α烯烃、正链烷烃、异构链烷烃、烷基苯、聚酯等。这些不限于单一种类，也可以形成多种类的混合油。优选，矿物油、聚二醇、烷基苯。
本发明的基油包括2-乙基己醇的脂肪族羧酸酯、即选自由2-乙基己醇的棕榈酸酯和2-乙基己醇的硬脂酸酯组成的组中的至少一种(以下称为“2-乙基己醇的脂肪族羧酸酯”)。
本发明的金属加工用油剂(用水稀释前的“原液”，以下除特别说明外均与此相同)中的基油的含量优选为1～95质量％，进一步优选为3～95质量％。
另外，本发明的金属加工用油剂中的2-乙基己醇的脂肪族羧酸酯的含量优选为0.5～15质量％，进一步优选为1～15质量％。
如果低于0.5质量％，则切削性能提高效果低，即使超过15质量％，也没有效果的进一步提高，是不经济的。
本发明的金属加工用油剂中使用的阴离子性表面活性剂是脂肪族羧酸胺盐，构成脂肪族羧酸胺盐的脂肪族羧酸包含选自碳原子数8～18的支化脂肪族羧酸中的至少一种，胺包含选自碳原子数3～12的支化烷醇胺中的至少一种。
作为支化脂肪族羧酸的具体例子，可以举出2-乙基己酸、异辛酸、异壬酸、异癸酸、新癸酸、异硬脂酸等。
作为碳原子数3～12的支化烷醇胺的具体例子，可以举出单异丙醇胺、二异丙醇胺、三异丙醇胺、正丁基单异丙醇胺、正丁基二异丙醇胺、二正丁基单异丙醇胺、叔丁基单异丙醇胺、叔丁基二异丙醇胺、二叔丁基单异丙醇胺等。
本发明的金属加工用油剂中，为了调整油剂的原液稳定性和乳化稳定性，希望含有油溶性的脂肪族羧酸和油溶性的胺。
作为油溶性的脂肪族羧酸，可以举出蓖麻油酸缩合物、辛酸、壬酸、癸酸、十一烷酸、十一碳烯酸、十二烷酸、十三烷酸、十五烷酸、十七烷酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、亚油酸、油酸等。这些油溶性脂肪族羧酸的添加量，在油剂(原液)中，优选为2.5～60质量％，进一步优选为5～50质量％。
作为油溶性的胺，可以举出二环己基胺、环己基胺、环己基丙二胺、二丁基乙醇胺、二苄基胺等。这些油溶性胺的添加量，在油剂(原液)中，优选为0.5～10质量％，进一步优选为1～10质量％。
油剂(原液)的酸值优选为2～80，进一步优选为5～40，胺值优选为10～150，进一步优选为20～110。
酸值是中和1g试样所需的氢氧化钾的mg数(基于JIS K2501的指示剂滴定法)，胺值是与中和1g试样所需的盐酸相当的氢氧化钾的mg数(基于JISK2501的电位差滴定法)。
油剂的pH可以适当调整，使得在将原液用纯水稀释为3质量％的液体中，优选为7.0～11.0，进一步优选为8.0～11.0的范围。
本发明的油剂中，用作阴离子性表面活性剂的脂肪族羧酸胺盐的含量，相对于油剂整体，优选为0.05～80质量％，进一步优选为5～70质量％。如果低于0.05质量％，则提高切削性能的效果低，如果混合超过80质量％，则有消泡性降低的倾向。
本发明的金属加工用油剂的动力粘度(5℃)(JIS K 2283)，从确保低温性的观点出发，优选为1500mm2/s以下，进一步优选为1000mm2/s以下。
本发明的油剂(原液)中，除上述成分以外，从防止起火的观点出发，优选还含有水。水的含量是不能测定到闪点的量，例如优选是3质量％以上，从运输成本的观点考虑，优选是50质量％以下。
本发明的金属加工用油剂中可以适当地混合消泡剂和其他添加剂(例如极压添加剂、防腐蚀剂、粘度指数提高剂、抗氧化剂、洁净分散剂、着色剂、香料等)。
本发明的金属加工用油剂可以是乳液型、可溶型、溶液型的任一种类型。
使用本发明的金属加工用油剂、例如切削·磨削油剂，实际对金属进行加工时的使用方法中，可以直接使用原液，也可以用水将原液稀释为优选0.1～60质量％、更优选0.1～30质量％、尤其优选1.0～20质量％来使用。
稀释液可以通过规定方法连续或不连续地适量应用于工具和/或被加工材料表面。
在使用本发明的油剂的加工中使用的工具有：碳素钢、合金钢、高速钢、铸造钢、超硬合金、金属陶瓷、陶瓷、立方晶系氮化硼、金刚石工具等。工具为了提高耐磨性，有时进行渗碳处理、氮化处理、氧化处理等表面热处理、或者在表面涂覆TiC、TiN、TiCN、Al2O3、类金刚石碳等来使用。
被加工材料有：一般构造用轧制钢、机械构造用碳素钢钢材、碳素钢锻钢品、碳素钢铸造品、机械构造用合金钢钢材、合金工具钢钢材等铁钢材料和铜、铝等非铁金属材料。
实施例
表1-4中显示实施例和比较例的金属加工用油剂。通过以下的试验方法对各金属加工用油剂进行了评价。结果一并示于表1-4。
表中的成分栏的数值表示原液中的各成分的质量％。
切削性试验
使用下述被削材料，用下述条件进行Φ6钻孔加工，测定加工时受到的切削阻力。
工具：OSG制B-NRT RH7M6×1.0
被削材料：AC8B-T6
切削速度：10m/min
输送：1.0mm/rev
预钻孔：5.48mm精铰孔，盲孔
切削长度：20mm
给油方法：在预钻孔中填充试验油剂
浓度：用水将金属加工用油剂稀释至5质量％
评价方法：测定切削阻力(扭矩(N价方))
判定基准：切削扭矩在2.40N·m以下为合格(○)
消泡性试验
用3L齿轮泵循环式试验进行评价。
液量：3L
流量：17.4L/min
吐出压力：0.6kfg/cm2
喷嘴直径：6.5mm
稀释水：Ca 5ppm的调节水
容器：直径220mm、高300mm
浓度：用Ca 5ppm的调节水将金属加工用油剂稀释至5质量％
液温：25℃
评价基准：如果从开始30分钟以内试验液不从容器溢出，则为合格(○)。
原液稳定性试验
将金属加工用油剂原液在-5℃、25℃、50℃的恒温槽中静置一周。
○：合格  维持均匀的状态。
×：不合格  混浊，有分离。
乳化稳定性试验
使用试制后即刻的调整了金属加工用油剂的硬水(用蒸馏水将氯化钙2水盐0.0757g稀释为1L后的水：德国硬度3°、Ca硬度54ppm，参照JIS K2221切削油剂乳化稳定性试验)进行稀释，制作5质量％的稀释液，目测观察稀释后即刻和稀释24小时后的状态。评价基准如下。
○：合格  均匀溶解，无分离，无乳化层。
×：不合格  有分离、有乳化层。
耐水解性试验
将金属加工用油剂在50℃的恒温槽中静置一周后，用调整后的硬水(与乳化稳定性试验所用的硬水相同)进行稀释，制作5质量％的稀释液，目测观察稀释后即刻和稀释24小时后的状态。评价基准如下。
○：合格  均匀溶解，无分离，无乳化层。
×：不合格  有分离、有乳化层。
低温性(动力粘度(5℃))(JIS K2283)
测定一定量的金属加工用油剂通过粘度计的毛细管所用的时间，由流出时间和粘度计常数算出。用5℃的动力粘度进行评价。
○：合格  1500mm2/s以下
×：不合格  超过1500mm2/s
表1
表2
Figure BDA0000143690520000091
表3
Figure BDA0000143690520000101
表4
Figure BDA0000143690520000111
※pH测定的是将原液用纯水稀释至3质量％后的液体。
基油含有2-乙基己醇的棕榈酸酯或硬脂酸酯、且含有特定的脂肪族羧酸胺盐作为阴离子性表面活性剂的本发明实施例1-18的金属加工用油剂在切削性、消泡性、原液稳定性、乳化稳定性、耐水解性上优异，在低温下的动力粘度也低。
不含有2-乙基己醇的棕榈酸酯或硬脂酸酯的比较例1的油剂的切削性差。
使用正辛基棕榈酸酯代替2-乙基己醇的棕榈酸酯或硬脂酸酯的比较例2的油剂的耐水解性差。
使用三羟甲基丙烷三油酸酯、季戊四醇四油酸酯或菜籽油代替2-乙基己醇的棕榈酸酯或硬脂酸酯的比较例3-5的油剂的切削性和耐水解性差。
不含有2-乙基己醇的棕榈酸酯或硬脂酸酯的比较例6的油剂的动力粘度高。
不含有碳原子数8～18的支化脂肪族羧酸和碳原子数3～12的支化烷醇胺的至少一方的比较例7-9的油剂的消泡性差。

Claims (8)

1.一种金属加工用油剂，其特征在于，包含基油和阴离子性表面活性剂，基油包含2-乙基己醇的脂肪族羧酸酯，脂肪族羧酸是选自由棕榈酸和硬脂酸组成的组中的至少一种，阴离子性表面活性剂是脂肪族羧酸胺盐，构成脂肪族羧酸胺盐的脂肪族羧酸包含选自碳原子数8～18的支化脂肪族羧酸中的至少一种，胺包含选自碳原子数3～12的支化烷醇胺中的至少一种。
2.根据权利要求1记载的金属加工用油剂，其中，油剂中含有2-乙基己醇的脂肪族羧酸酯0.5～15质量％。
3.根据权利要求1或2记载的金属加工用油剂，其中，油剂中含有阴离子性表面活性剂0.05～80质量％。
4.根据权利要求1～3中任一项记载的金属加工用油剂，其中，使用原液，或者将原液以0.1质量％以上的浓度稀释于水中来使用。
5.根据权利要求1～4中任一项记载的金属加工用油剂，其为切削油剂或磨削油剂。
6.一种金属加工方法，其使用权利要求1～5中任一项记载的金属加工用油剂来进行金属加工。
7.根据权利要求6记载的金属加工方法，其为切削加工或磨削加工。
8.一种金属加工品，是通过权利要求6或7记载的金属加工方法制造的。
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