CN101717684A - 用于金属材料切削加工的喷雾供给方式切削油 - Google Patents
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Abstract
用于金属材料切削加工的喷雾供给方式切削油，由按重量份数比40～60份的基础油、30～40份的硫化脂肪和10～20份的磷酸酯原料制备而成，基础油为植物油或合成酯，或植物油与合成酯的混合物；该切削油作为极压添加剂的硫化脂肪和磷酸酯使用量较大，极压润滑性能好，保证了在用于难加工材料的切削加工喷雾供油时，用极少量的切削油就能满足工艺要求，且所采用的原材料可生物降解，对人体无毒，对生态环境破坏小，污染低。
Description
技术领域：
本发明涉及金属切削加工用的润滑冷却液技术领域，特别涉及用于金属材料切削加工的喷雾供给方式切削油。
背景技术：
在金属切削加工中，通常使用金属切削加工用油剂，其目的在于延长用于加工的钻头、立铣床、刀具、磨具等工具的寿命，提高被加工物的表面精度，以及由此提高加工效率，从而提高机械加工的生产性。
合理选用切削液，可以有效地减小切削过程中的摩擦，改善散热条件，降低切削力、切削温度和刀具磨损，提高刀具耐用度和切削效率，保证已加工表面质量和降低产品的加工成本。
在传统的金属切削加工过程中，需要使用大量切削液浇注在切削区，以起到冷却、润滑、排屑等作用。而随着人们对环境保护意识的提高，人们开始意识到切削液对环境的巨大负面影响，这就需要一种对环境污染最小以及对资源利用率最高的绿色制造技术。无污染，环境友好的切色制造技术就成为了21世纪机械行业在研究焦点。干式切削及削存在对环境无污染。对人体无危害，形成的切屑干净，易回收，省去了切削液及相关费用等优点。但于切削加工需要具有较好性能的刀具和相应的制冷设施，这就使得总成本提高，所以干切削在实用化方面存在缺乏润滑性、切削温度高等不容忽视的弊端。而准干切削技术即可满足加工要求，又可使与切液相关的费用降至最低。而把切削油与压缩空气以雾状的形式喷向切削区的喷雾切削方式是准干式切削方式的代表。
目前已有研究喷雾供给方式润滑冷却的切削油，如专利号为ZL02809165.5的中国专利即公开了一种“极微量油剂供给式切削·磨削加工用兼滑动面用油剂以及使用该油剂的极微量油剂供给式切削·磨削加工方法”，该油剂以油剂总量为基准，含有30质量％以上的合成酯，所述合成酯为选自碳原子数1～24的一元醇和碳原子数2～10的多元酸的1种或2种以上的混合物与选自碳原子数2～24的一元酸、碳原子数2～16的二元酸以及偏苯三酸的1种或2种以上的混合物的合成酯，其中不包括具有3个碳原子数5～13的直链烷基的甘油三癸二酸酯、以及具有2个碳原子数4～10的直链烷基或碳原子数4～13的支链烷基的碳原子数6～12的二元酸二酯。但是，这种油剂只能使用于普通钢材、铜、铝等切削温度较低的金属切削加工，用于难加工金属时，无法承受极高的切削温度和极高的切削阻力，以致使用效果不明显。
然而，随着科学技术和机械加工工业不断发展，一些新型、高性能的工程材料如不锈钢、钛合金、镍基合金、高硅铝合金、高温合金等得到广泛应用。这些材料大都属于切削加工性很差的难切削材料，这就给切削加工带来了难题。在难切削材料中，有的硬度高达65～70HRC，抗拉强度比45号钢(切削参考钢)的抗拉强度高三倍左右，造成切削力比切削45号钢高200％～250％；有时材料导热系数只有45号钢导热系数的1/4～1/7或更低，造成切削区热量不能很快传导出去，形成高的切削温度，限制切削速度的提高；有的材料高温硬度和强度高，有的材料加工硬化的程度比基体高50％～200％，硬化深度达0.1～0.3mm，造成切削的困难；有的材料化学活性大，在切削中和刀具材料产生亲和作用，造成刀具产生严重的粘结和扩散磨损；有的材料弹性模量极小和弹性恢复大及延伸率很大，更难于切削。因为，在切削各种难切削材料时，要根据所切材料各自的性能与切削特点与加工阶段，选择能承受高温和高负荷的切削液，以改善难切削材料的切削加工性，而达到加工的目的。
因此，研究开发出一方面能承受极高温和极高负荷而具有极高的使用性能指标，以致使用量极少即能达到甚至优于传统大量浇注供液方式的加工效果；另一方面，对生态环境不造成危害，或在一定程度上为环境所容许，即是使用量极少并对环境友好喷雾切削油，具有非凡意义。
发明内容：
本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供能承受极高温和极高负荷，且对生态环境不造成危害的用于金属材料切削加工的喷雾供给方式切削油。
本发明的目的通过以下技术措施实现：
用于金属材料切削加工的喷雾供给方式切削油，按如下重量份数比原料制备而成：
基础油 40～60份
硫化脂肪和/或硫化菜子油 30～40份
磷酸酯 10～20份
其中，所述基础油为植物油或合成酯，或植物油与合成酯的混合物，所述合成酯为酸酯或多元醇酯。
优选地，所述合成酯为三羟甲基丙烷油酸酯。
优选地，所述硫化脂肪采用硫化猪油。
进一步地，所述切削油还添加有重量份数为0.5～1份的抗油雾剂。
再进一步地，所述抗油雾剂为聚乙丁烯或乙丙共聚物或氢化苯乙烯共聚物。
更进一步地，所述切削油还添加有重量份数为0.2～0.5份的防锈添加剂，所述的防锈剂采用磺酸盐、烷基苯甲酸、山梨糖醇单油酸酯、酰胺中的一种或多种，所述的磺酸盐为磺酸钠或磺酸钙。。
根据以上所述的，所述磷酸酯采用的是磷酸三甲酚酯、磷酸三甲苯酯、亚磷酸二正丁酯、磷酸三乙酯中的任意两种按1∶1组合的混合物。
其中，所述植物油为菜籽油或氧化菜籽油或棉籽油或棕榈油或蓖麻油。
其中，所述合成酯添加有用于调节目标油剂的所需粘度的硬脂酸异辛酯。
所述切削油的制备方法为：按上述重量份数比先将基础油加入调制罐中，开动搅拌器，搅拌速度80～100转/分，然后依次加入硫化脂肪和/或硫化菜子油、磷酸酯，在室温下搅拌30分钟至油液清亮透明，经检验合格后包装。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明中作为极压添加剂的硫化脂肪和磷酸酯使用量较大，使切削油具很高的极压润滑性能，这保证了在用于难加工材料的切削加工喷雾供油时，用极少量的切削油就能满足工艺要求，适用于高温合金、钛合金、镍合金及不锈钢等难加工金属材料的切削、锯削、磨削等加工工序；
2、本发明所采用的原材料可生物降解，对人体无毒，对生态环境破坏小，污染低；
3、具有良好的粘温特性，本发明的切削油的粘度指数VI≥100，保证了切削油具备良好的粘温特性，从而保证了切削油的低温流动性，使切削油能在喷雾供油的状态下保持供油稳定；
4、具有较高的闪点，使切削油在切削温度极高的工作状况下也保持极少的油烟和使用安全；
5、具有较低的凝点，从而保证了切削油了的低温流动性，使切削油能在低温环境下使用，也同时保证切削油能配合低温冷风使用。
具体实施方式：
下面对本发明作进一步的说明。
用于金属材料切削加工的喷雾供给方式切削油，按如下重量份数比原料制备而成：
基础油 40～60份
硫化脂肪和/或硫化菜子油 30～40份
磷酸酯 10～20份
其中，所述基础油为植物油或合成酯，或植物油与合成酯的混合物，所述合成酯为酸酯或多元醇酯；植物油与合成酯的毒性极低，生物降解速度较快。
其中，所述植物油较优选地采用菜籽油或氧化菜籽油或棉籽油或棕榈油或蓖麻油，上述的植物油摩擦系数低，防摩损性能优良。
合成酯主要选用闪点较高、热氧化安定性优异并且高温油膜强度很好的多元醇酯或酸酯，较优选地采用三羟甲基丙烷油酸酯。再根据基础油需要的粘度，添加粘度较低的硬脂酸异辛酯，用于调节目标油剂的所需粘度。
本发明所述的硫化脂肪和磷酸酯均作为极压添加剂。对于新型、高性能的工程材料如不锈钢、钛合金、镍基合金、高硅铝合金、高温合金等切削加工性很差的难切削材料，切削油必须具备优异的高温极压润滑性，要达到这一目的必须选用含氯、磷、硫极压添加剂，三种极压添加剂以金属表面反应形成氯化铁、磷化铁、硫化铁保护膜，能大幅降低金属表面的剪切强度，降低切削力，使切削易于进行。考虑氯离子对自然环境有一定的影响，本发明不选用含氯极压添加剂，只优选含硫和含磷的极压添加剂。
硫化脂肪是公认的生物降解的极压抗磨添加剂，硫化猪油和硫化菜子油均易生物降解，对环境也无污染，故而本发明所述硫化脂肪采用硫化猪油或硫化菜子油。
磷酸酯也是环境友好的极压抗磨添加剂，本发明所述磷酸酯采用的是磷酸三甲酚酯、磷酸三甲苯酯、亚磷酸二正丁酯、磷酸三乙酯中的任意两种按1∶1组合的混合物。
磷性极压添加剂与金属的反应温度为350～600℃的范围，硫性极压添加剂与金属表面的反应温度为600～900℃的范围，所以采用硫、磷极压添加剂复合使用能满足很宽的切削温度，故而本发明采用硫化脂肪和磷酸酯两种极压添加剂共用，以使本发明的极压添加剂产生性能叠加的效果。
因为在喷雾供给方式的切削加工中，切削油的用量非常小，相当于传统浇注方式用量的1/10000。因此需要使用大量的极压添加剂，才能保证微量切削油使用时，在刀具与工件及刀具与切屑间生成较厚的保护膜。也只有这样才能成功取代传统大量使用的切削油。
其中，所述切削油还添加有重量份数为0.5～1份的抗油雾剂。在使用极少量喷雾切削油进行加工时，需要将雾化系统产生的油雾输送到加工区域，这就很难避免未被消耗而过剩的油雾进入操作空间。本发明所述的抗油雾剂较优选地采用聚乙丁烯或乙丙共聚物或氢化苯乙烯共聚物，可以将数量众多而粒径较小的油滴颗粒凝聚成数量较小而粒径和重量相对较大的油滴，同时减少散发在操作空间的油雾量，这样避免在使用过程中产生过多油雾，危害操作人员的身体健康，提高了本发明的使用安全性。
更进一步地，所述切削油还添加有重量份数为0.2～0.5份的防锈添加剂，所述的防锈剂采用磺酸盐、烷基苯甲酸、山梨糖醇单油酸酯、酰胺中的一种或多种，所述的磺酸盐为磺酸钠或磺酸钙。这样保证了工件在加工后能保持较好的防锈性。
所述切削油的制备方法为：按上述重量份数比先将基础油加入调制罐中，开动搅拌器，搅拌速度80～100转/分，然后依次加入硫化脂肪和/或硫化菜子油、磷酸酯，在室温下搅拌30分钟至油液清亮透明，经检验合格后包装。
下面通过实施例对本发明作进一步的说明：
实施例1
将氧化菜子油150克和三羟甲基丙烷油酸酯400克，在室温状态依次加入190克硫化猪油、150克硫化菜子油、50克的磷酸三甲酚酯和50克亚磷酸二正丁酯组成的磷酸酯、10克聚乙丁烯，并保持室温状态搅拌30分钟，搅拌速度在100-120转/分钟，搅拌至完全透明即可包装。
实施例2
将氧化菜子油100克和三羟甲基丙烷油酸酯400克，在室温状态依次加入150克硫化猪油、150克硫化菜子油、95克的磷酸三甲苯酯和95克亚磷酸二正丁酯组成的磷酸酯、10克乙丙共聚物，并保持室温状态搅拌30分钟，搅拌速度在100-120转/分钟，搅拌至完全透明即可包装。
实施例3
将三羟甲基丙烷油酸酯300克和氧化菜子油100克及硬脂酸异丁酯150克，在室温状态依次加入150克硫化猪油、190克硫化菜子油、50克的磷酸三甲苯酯和50克磷酸三乙酯组成的磷酸酯、10克氢化苯乙烯共聚物，并保持室温状态搅拌30分钟，搅拌速度在100-120转/分钟，搅拌至完全透明即可包装。
实施例4
将三羟甲基丙烷油酸酯550克，在室温状态依次加入150克硫化猪油、190克硫化菜子油、50克的磷酸三甲苯酯和50克磷酸三乙酯组成的磷酸酯、10克氢化苯乙烯共聚物，并保持室温状态搅拌30分钟，搅拌速度在100-120转/分钟，搅拌至完全透明即可包装。
实施例5
将氧化菜子油550克，在室温状态依次加入190克硫化猪油、150克硫化菜子油、50克的磷酸三甲酚酯和50克亚磷酸二正丁酯组成的磷酸酯、10克聚乙丁烯，并保持室温状态搅拌30分钟，搅拌速度在100-120转/分钟，搅拌至完全透明即可包装。
喷雾供给方式的切削油产品质量检测指标见表1所示：
表1
本发明实施例1～实施例5的产品质量检测结果见表2所示：
表2
从表2的质量检测结果数据与表1所列的质量指标相比来看，本发明具有如下优点：
1、本发明具很高的极压润滑性能，最大无卡咬负荷PB≥1000N，烧结负荷PD≥8000N，一般的切削油无法达到这个指标；这保证了喷雾供油时，用极少量的切削油就能满足工艺要求；
2、具有良好的粘温特性。一般的切削油没有粘度指数这个指标。本发明的切削油的粘度指数VI≥100，保证了切削油具备良好的粘温特性，从而保证了切削油了的低温流动性，使切削油能在喷雾供油的状态下保持供油稳定；
3、具有较高的闪点，使切削油在切削温度极高的工况下也保持极少的油烟和使用安全；
4、具有较低的凝点，从而保证了切削油了的低温流动性，使切削油能在低温环境下使用，也同时保证切削油能配合低温冷风使用。
本发明具有极高的极压润滑性能，适用于高温合金、钛合金、镍合金及不锈钢等难加工金属材料的切削、锯削、磨削等加工工序。同时，也适用于其它黑色金属和有色金属的加工。也可用于金属的折弯、冲孔、冲压成型等塑性加工领域。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.用于金属材料切削加工的喷雾供给方式切削油，其特征在于按如下重量份数比原料制备而成：
基础油 40～60份
硫化脂肪和/或硫化菜子油 30～40份
磷酸酯 10～20份
所述基础油为植物油或合成酯，或植物油与合成酯的混合物，所述合成酯为酸酯或多元醇酯。
2.根据权利要求1所述的用于金属材料切削加工的喷雾供给方式切削油，其特征在于：所述合成酯为三羟甲基丙烷油酸酯。
3.根据权利要求1所述的用于金属材料切削加工的喷雾供给方式切削油，其特征在于：所述硫化脂肪采用硫化猪油。
4.根据权利要求1所述的用于金属材料切削加工的喷雾供给方式切削油，其特征在于：所述切削油还添加有重量份数为0.5～1份的抗油雾剂。
5.根据权利要求4所述的用于金属材料切削加工的喷雾供给方式切削油，其特征在于：所述抗油雾剂为聚乙丁烯或乙丙共聚物或氢化苯乙烯共聚物。
6.根据权利要求5所述的用于金属材料切削加工的喷雾供给方式切削油，其特征在于：所述切削油还添加有重量份数为0.2～0.5份的防锈添加剂，所述的防锈剂采用磺酸盐、烷基苯甲酸、山梨糖醇单油酸酯、酰胺中的一种或多种，所述的磺酸盐为磺酸钠或磺酸钙。
7.根据权利要求1～6任意一项所述的用于金属材料切削加工的喷雾供给方式切削油，其特征在于：所述磷酸酯采用的是磷酸三甲酚酯、磷酸三甲苯酯、亚磷酸二正丁酯、磷酸三乙酯中的任意两种按1∶1组合的混合物。
8.根据权利要求7所述的用于金属材料切削加工的喷雾供给方式切削油，其特征在于：所述植物油为菜籽油或氧化菜籽油或棉籽油或棕榈油或蓖麻油。
9.根据权利要求8所述的用于金属材料切削加工的喷雾供给方式切削油，其特征在于：所述合成酯添加有用于调节目标油剂的所需粘度的硬脂酸异辛酯。
10.根据权利要求1所述的用于金属材料切削加工的喷雾供给方式切削油的制备方法，其特征在于：按上述重量份数比先将基础油加入调制罐中，开动搅拌器，搅拌速度80～100转/分，然后依次加入硫化脂肪和/或硫化菜子油、磷酸酯，在室温下搅拌30分钟至油液清亮透明，经检验合格后包装。
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Address after: 523000 Guangdong province Dongguan City Wanjiang Wanjiang community Wando spike Road No. 411 building 7B Dongguan Shengyi machinery manufacturing Merlene Technology Co. Ltd. Patentee after: DG ARMORINE ENERGY-EFFICIENT AND ECO-FRIENDLY TECH Co.,Ltd. Address before: 411 Building No. 523039 Guangdong Shengyi Dongguan City Wanjiang Dongguan ear avenue 7 floor Dongguan city Merlene energy saving environmental protection technology Co Ltd Patentee before: DG ARMORINE ENERGY-EFFICIENT AND ECO-FRIENDLY TECH CO.,LTD. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130116 |