CN109439419B - 一种超高润滑性能切削油及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超高润滑性能切削油，包括以下重量百分比含量的组分:合成酯类油组合物35.0～65.0％；菜籽油30.0～45.0％；渗透剂1.5～3.0％；抗氧剂0.1～1.5％；铜缓蚀剂0.1～0.5％；抗磨剂0.5～3.0％；极压剂5.0％～10.0％；清净分散剂1.0～5.0％；抗油雾剂0.1～0.5％。本发明的超高润滑性能切削油，通过采用渗透剂来提高切削油的润滑性能，渗透剂与合成酯协同作用，在机加工过程中可以把抗磨剂和极压剂通过化学机理快速渗透到刀具与金属的接触区域，充分发挥其润滑作用，可以满足难加工材料的重负荷加工的润滑要求，重负荷加工如铰孔、钻深孔、攻丝、拉削等。

Description

一种超高润滑性能切削油及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种超高润滑性能切削油及其制备方法,属于金属加工油领域。
背景技术
近年来，工业制造对于高硬度、高韧性和高耐磨性材质的工件要求越来越高，传统的工艺常使用极压类型油性或含矿物油基切削油在在加工过程中，由于润滑性能不足导致刀具磨损过快，消耗过大，加工精度难以达到要求，废品率过高等问题。润滑不足也会导致油温过高，促进油雾挥发，对环境造成不良影响。
国内外关于切削油制备的研究均有文献报道。不同组分的润滑油，提高了切削油的润滑性能；专利号为JP60141795A[P]的专利中通过添加耐特高压添加剂等发明了适用于硬钢的切削油；有研究制备了麻风树植物基切削油，研究得出麻风树植物基切削油除了可再生来源外，还具有可持续性制造的固有特性，主要是利用注水技术将切削液应用于7050-T7451铝合金加工，观察到麻疯树素切削油在润滑要求、表面平均粗糙度(指数Ra)和与其他油相关的形状误差方面都有最好的结果。与应用技术相比，麻风树植物油在相同工艺条件下，使用注水技术使刀具的使用寿命增加了近6倍；有研究在制备切削油的过程中，使用了一些环保型乳化剂、缓蚀剂、生物杀菌剂和非食用植物油(蓖麻油)为基础油；还有研究采用了四球装置考察切削油的润滑性能。
合成酯，菜籽油和传统的含磷、硫添加剂在金属加工油组分中作用润滑剂的使用，均具有良好的效果，但不能满足一些特殊的高硬度、高韧性和高耐磨性材质的工件的加工。研究发现，苛刻工艺条件的加工过程中，添加剂无法快速渗透到刀具与材质接触的加工区域中，难以充分发挥润滑作用。氢化蓖麻油与环氧乙烷缩合物(渗透剂)与不饱和多元醇酯(TMP)有协同增效作用，在机加工过程中可以把磷酸酯胺盐、硫化脂肪酸酯快速渗透到金属表面上，充分发挥其润滑作用，该作用机理在油基切削油中应用尚未见报道。
综上，未见通过采用渗透剂来提高切削油的润滑性能，使其达到超高润滑性能的国内外文献报道。超高润滑性能是指四球机测试结果最大无卡咬负荷PB≥146kg,同时PD≥620kg；能满足难加工材料的苛刻加工工艺要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种超高润滑性能切削油，具有优异的润滑性能，可以满足难加工材料的重负荷加工的润滑要求，重负荷加工如铰孔、钻深孔、攻丝、拉削等。
本发明的另外一个目的是提供一种上述超高润滑性能切削油的制备方法。
实现上述目的的一种技术方案是：一种超高润滑性能切削油，包括以下重量百分比含量的组分:
Figure BDA0001896197390000021
上述的一种超高润滑性能切削油，其中，所述合成酯类油组合物采用不饱和多元醇酯(TMP)混合的组合物，所述合成酯类油组合物包括以下重量百分比的组份：
三羟甲基丙烷椰油酯 25.0％；
三羟甲基丙烷油酸酯 35.0％；
新戊二醇二油酸酯 40.0％。
上述的一种超高润滑性能切削油，其中，所述菜籽油中芥酸含量为25％-50％，所述菜籽油的碘值为95～120g/100g，所述菜籽油的皂化值为160～180mgKOH/g。
上述的一种超高润滑性能切削油，其中，所述渗透剂采用氢化蓖麻油与环氧乙烷缩合物(HEL-20),所述渗透剂的皂化值为90～110mgKOH/g，所述渗透剂的HLB值为9～10。
上述的一种超高润滑性能切削油，其中，所述抗氧剂采用4，4-亚甲基(2，6-二叔丁基苯酚)，其纯度≥98％。
上述的一种超高润滑性能切削油，其中，所述铜缓蚀剂采用苯骈三氮唑。
上述的一种超高润滑性能切削油，其中，所述抗磨剂采用磷酸酯胺盐，其结构式如下：
Figure BDA0001896197390000031
式中R为烷基，n为1～3，m为4～n。
上述的一种超高润滑性能切削油，其中，所述极压剂采用长链硫化脂肪酸酯，其硫含量为10～20％；
所述清净分散剂采用石油磺酸钙，其碱值为380～420mgKOH/g。
上述的一种超高润滑性能切削油，其中，所述抗油雾剂采用丙烯酸共聚物。
上述原料均为市售产品。
本发明的还提供了一种上述超高润滑性能切削油的制备方法，包括以下步骤：
步骤A，向反应釜中依次加入合成酯类油组合物、抗氧剂和铜缓蚀剂，控制反应釜内温度在80～92℃，搅拌30分钟，搅拌速度为400～800rpm；
步骤B，控制反应釜内温度在40～50℃，然后向反应釜中依次加入菜籽油、渗透剂、抗磨剂、极压剂和清净分散剂搅拌30分钟，搅拌速度为400～800rpm；
步骤C，将抗油雾剂加入反应釜中，控制反应釜内温度在35～40℃，搅拌30分钟，搅拌速度为400～800rpm；
步骤D，取样分析并放料包装。
采用了本发明的一种超高润滑性能切削油及其制备方法的技术方案，与现有技术相比，具有以下优点：
(1)为非水溶性切削油，不使用传统的矿物基础油，不含氯，具有良好的生物降解性能，气味温和，是环保型产品；
(2)通过采用渗透剂来提高切削油的润滑性能，渗透剂与合成酯协同作用，在机加工过程中可以把抗磨剂和极压剂通过化学机理快速渗透到刀具与金属的接触区域，充分发挥其润滑作用，可以满足难加工材料的重负荷加工的润滑要求，重负荷加工如铰孔、钻深孔、攻丝、拉削等。
附图说明
图1为实施例中超高润滑性能切削油与传统切削油的四球试验机测试结果对比图(PB值)；
图2为实施例中超高润滑性能切削油与传统切削油的四球试验机测试结果对比图(PD值)；
图3为超高润滑性能切削油与传统切削油的攻丝扭矩测试结果对比图。
具体实施方式
本发明的发明人为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例结合附图进行详细地说明：
实施例1
一种超高润滑性能切削油，按照表1的配方组成:
组分 含量(重量％)
合成酯类油组合物 60.0
菜籽油 30.4
渗透剂 0.0
抗氧剂 0.2
铜缓蚀剂 0.2
抗磨剂 2.0
极压剂 5.0
清净分散剂 2.0
抗油雾剂 0.2
表1
实施例2
一种超高润滑性能切削油，按照表2的配方组成:
组分 含量(重量％)
合成酯类油组合物 60.0
菜籽油 29.4
渗透剂 2.0
抗氧剂 0.2
铜缓蚀剂 0.2
抗磨剂 1.0
极压剂 5.0
清净分散剂 2.0
抗油雾剂 0.2
表2
实施例3
一种超高润滑性能切削油，按照表3的配方组成:
组分 含量(重量％)
合成酯类油组合物 60.0
菜籽油 28.4
渗透剂 2.0
抗氧剂 0.2
铜缓蚀剂 0.2
抗磨剂 2.0
极压剂 5.0
清净分散剂 2.0
抗油雾剂 0.2
表3
实施例4
一种超高润滑性能切削油，按照表4的配方组成:
组分 含量(重量％)
合成酯类油组合物 65.0
菜籽油 23.4
渗透剂 1.0
抗氧剂 0.2
铜缓蚀剂 0.2
抗磨剂 2.0
极压剂 6.0
清净分散剂 2.0
抗油雾剂 0.2
表4
实施例5
一种超高润滑性能切削油，按照表5的配方组成:
组分 含量(重量％)
合成酯类油组合物 65.0
菜籽油 21.4
渗透剂 1.0
抗氧剂 0.2
铜缓蚀剂 0.2
抗磨剂 4.0
极压剂 6.0
清净分散剂 2.0
抗油雾剂 0.2
表5
实施例1至5中的超高润滑性能切削油中，合成酯类油组合物采用不饱和多元醇酯(TMP)混合的组合物，所述合成酯类油组合物包括表6中的组份：
组份 CAS# 比例(％)
三羟甲基丙烷椰油酯 91727-78-5 25
三羟甲基丙烷油酸酯 57675-44-2 35
新戊二醇二油酸酯 42222-50-4 40
表6
籽油中芥酸含量为25％-50％，菜籽油的碘值为95～120g/100g，菜籽油的皂化值为160～180mgKOH/g。
渗透剂采用氢化蓖麻油与环氧乙烷缩合物(HEL-20),渗透剂的皂化值为90～110mgKOH/g，渗透剂的HLB值为9～10。
抗氧剂采用4，4-亚甲基(2，6-二叔丁基苯酚)，其纯度≥98％。
铜缓蚀剂采用苯骈三氮唑。
抗磨剂采用磷酸酯胺盐，其结构式如下：
Figure BDA0001896197390000071
式中R为烷基，n为1～3，m为4～n。
极压剂采用长链硫化脂肪酸酯，其硫含量为10～20％。
清净分散剂采用石油磺酸钙，其碱值为380～420mgKOH/g。
抗油雾剂采用丙烯酸共聚物。
本发明采用的组份原料均可在市场上购买到。
实施例1至5中的超高润滑性能切削油，可按以下生产步骤制备：
步骤A，向反应釜中依次加入合成酯类油组合物、抗氧剂和铜缓蚀剂，控制反应釜内温度在80～92℃，搅拌30分钟，搅拌速度为400～800rpm；
步骤B，控制反应釜内温度在40～50℃，然后向反应釜中依次加入菜籽油、渗透剂、抗磨剂、极压剂和清净分散剂搅拌30分钟，搅拌速度为400～800rpm；
步骤C，将抗油雾剂加入反应釜中，控制反应釜内温度在35～40℃，搅拌30分钟，搅拌速度为400～800rpm；
步骤D，取样分析并放料包装。
本发明的超高润滑性能切削油的研制过程中，发明人依据金属加工过程中对冷却润滑性能较高的要求，设计了不同的合成酯类油组合物(润滑组分)与渗透剂的比例并进行试验验证，最终筛选出最佳的组分比例。
对本发明的超高润滑性能切削油与传统切削油(Q010LC)的加工性能进行对比实验。
四球试验机测试
本试验仪器为厦门天机自动化有限公司四球摩擦试验机MS-10J，测试标准为GB/T12583-1998,测试条件为1760rpm,10s，四球试验机测试结果如图1和图2所示。
PB值与PD值结果对比，最大无卡咬负荷PB值：在一定温度、转速下，钢球在润滑状态下不发生卡咬的最大负荷，此指标测量值越高，说明润滑性能越好。PD值：是在试验条件下使转动球与三个静止的球发生烧结的最小负荷，代表润滑剂的极限工作能力。
从图1和图2可以看出，Q010LC为传统的矿物基为基础油的切削油产品，润滑性能较差，实施例1使用了合成酯为基础油，PD值得到一定程度的提高。实施例2和实施例3加入了渗透剂，润滑性能得到的明显的提升，实施例4和实施例5降低了渗透剂的含量，即使增加了抗磨剂的含量，润滑性能也有所降低，可见，渗透剂在本配方体系中对润滑起到了关键作用。
攻丝扭矩测试
攻丝扭矩实验：Microtap公司labtap－G8型攻丝扭矩机进行攻丝实验，同时实时测量攻丝过程中所产生的扭矩值，并以此计算效率来评价冷却液的润滑性能，效率越高则说明润滑性能越好，实验中采用标准M4高速钢丝锥和标准材质带预钻孔的工件，实验采用的测试工件材质为镍基合金牌号为Incoloy800，转速为1200rpm，攻丝深度为8.0mm。攻丝扭矩测试结果如图3所示。
从图3可以看出：加入渗透剂后，由于润滑性能的提高，镍基合金加工的攻丝效率得到了明显的提升。
本发明的超高润滑性能切削油，实施例2～5中，加入了渗透剂，渗透剂采用氢化蓖麻油与环氧乙烷缩合物(HEL-20)；合成酯类油组合物采用不饱和多元醇酯(TMP)混合的组合物，氢化蓖麻油与环氧乙烷缩合物(渗透剂)与不饱和多元醇酯(TMP)有协同增效作用，在机加工过程中可以把磷酸酯胺盐、硫化脂肪酸酯快速渗透到金属表面上，充分发挥其润滑作用。
综上所述，本发明的超高润滑性能切削油，通过采用渗透剂来提高切削油的润滑性能，渗透剂与合成酯协同作用，在机加工过程中可以把抗磨剂和极压剂通过化学机理快速渗透到刀具与金属的接触区域，充分发挥其润滑作用，可以满足难加工材料的重负荷加工的润滑要求，重负荷加工如铰孔、钻深孔、攻丝、拉削等。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (6)

1.一种超高润滑性能切削油，其特征在于，包括以下重量百分比含量的组分:
Figure FDA0003126569940000011
所述合成酯类油组合物采用不饱和多元醇酯混合的组合物，所述合成酯类油组合物包括以下重量百分比的组份：
三羟甲基丙烷椰油酯 25.0％；
三羟甲基丙烷油酸酯 35.0％；
新戊二醇二油酸酯 40.0％；
所述渗透剂采用氢化蓖麻油与环氧乙烷缩合物，所述渗透剂的皂化值为90～110mgKOH/g，所述渗透剂的HLB值为9～10；
所述抗磨剂采用磷酸酯胺盐，其结构式如下：
Figure FDA0003126569940000012
式中R为烷基，n为1～3，m为4～n；
所述极压剂采用长链硫化脂肪酸酯，其硫含量为10～20％；
所述清净分散剂采用石油磺酸钙，其碱值为380～420mgKOH/g；
所述渗透剂与合成酯类油组合物有协同增效作用，在机加工过程中把磷酸酯胺盐、长链硫化脂肪酸酯快速渗透到金属表面上，充分发挥其润滑作用。
2.如权利要求1所述的一种超高润滑性能切削油，其特征在于，所述菜籽油中芥酸含量为25％-50％，所述菜籽油的碘值为95～120g/100g，所述菜籽油的皂化值为160～180mgKOH/g。
3.如权利要求1所述的一种超高润滑性能切削油，其特征在于，所述抗氧剂采用4，4-亚甲基(2，6-二叔丁基苯酚)，其纯度≥98％。
4.如权利要求1所述的一种超高润滑性能切削油，其特征在于，所述铜缓蚀剂采用苯骈三氮唑。
5.如权利要求1所述的一种超高润滑性能切削油，其特征在于，所述抗油雾剂采用丙烯酸共聚物。
6.一种如权利要求1至5任意一项所述的超高润滑性能切削油的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A，向反应釜中依次加入合成酯类油组合物、抗氧剂和铜缓蚀剂，控制反应釜内温度在80～92℃，搅拌30分钟，搅拌速度为400～800rpm；
步骤B，控制反应釜内温度在40～50℃，然后向反应釜中依次加入菜籽油、渗透剂、抗磨剂、极压剂和清净分散剂搅拌30分钟，搅拌速度为400～800rpm；
步骤C，将抗油雾剂加入反应釜中，控制反应釜内温度在35～40℃，搅拌30分钟，搅拌速度为400～800rpm；
步骤D，取样分析并放料包装。
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