JP6288645B2 - Lubricant and metal processing method using the same - Google Patents
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Description
本発明は、切削や研削あるいは研磨などの金属加工を行う際に、工具の刃先加工点に供給される潤滑剤に係り、特に、環境に与える負荷が小さい潤滑剤とそれを用いた金属加工方法に関する。 The present invention relates to a lubricant supplied to a cutting edge processing point of a tool when performing metal processing such as cutting, grinding or polishing, and in particular, a lubricant having a small environmental load and a metal processing method using the same. About.
一般に、金属材料の機械加工を行う場合、工具の刃先加工点に対して多量の潤滑油が供給される。しかしながら、このような方法では、加工熱によって油煙が発生するため、作業環境の悪化を招くおそれがある。また、加工物に付着したオイルは、環境負荷を生じないように、回収して適切に処理しなければならない。
このような課題に対処するべく、従来、環境負荷の小さい潤滑剤や金属加工方法が求められていた。そこで、近年では、水をベースとした潤滑剤が提案されており、それに関し、既に幾つかの発明や考案も開示されている。
In general, when machining a metal material, a large amount of lubricating oil is supplied to a cutting edge processing point of a tool. However, in such a method, since smoke is generated by processing heat, there is a possibility that the working environment is deteriorated. In addition, the oil adhering to the workpiece must be collected and appropriately treated so as not to cause an environmental burden.
In order to cope with such a problem, conventionally, a lubricant and a metal processing method with a small environmental load have been demanded. In recent years, therefore, water-based lubricants have been proposed, and several inventions and devices have already been disclosed in connection therewith.
例えば、特許文献１には、「ミスト加工用潤滑剤及びミスト加工方法」という名称で、アルミニウムやアルミニウム合金の切削加工を行う際に用いる潤滑剤及びそれを用いた加工方法に関する発明が開示されている。
特許文献１に開示された加工方法に関する発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金の切削加工において、ダイヤモンドライクカーボンでコーティングした工具の刃先加工点に対して、水酸基を有する水溶性液状化合物又はその水溶液を含む潤滑剤をミスト状にして供給することを特徴とする。
このような加工方法においては、潤滑剤が油分を含まず、かつ、ミスト状にして供給されるため、揮発し易い。したがって、加工時に十分な冷却効果と潤滑効果を得ることができる。
For example,
The invention relating to the processing method disclosed in
In such a processing method, since the lubricant does not contain oil and is supplied in the form of a mist, it is likely to volatilize. Therefore, a sufficient cooling effect and lubricating effect can be obtained during processing.
また、特許文献２には、「クーラントおよびそれを用いた塑性加工又は研削又は切削又は研磨装置およびその方法」という名称で、加工具と被加工物の接触部分に供給される冷却液（クーラント）とそれを用いて塑性加工等を行う方法及びその加工装置に関する発明が開示されている。
特許文献２に開示された発明であるクーラントは、水溶性と増粘性を有し、摂食可能な多糖類又は糖タンパク質又はこれらの混合体が水に溶解又は分散された水溶液からなり、常温における粘度が３〜１０［ｍＰａ・ｓｅｃ］の範囲内であって、加工部位にミスト化して供給されることを特徴とする。
このような構成のクーラントは、金属からなる被加工物の表面に被膜を形成するという作用を有する。したがって、工具と被加工物の間の摩擦を低減させるとともに、工具や被加工物の表面温度を低下させることができる。また、このクーラントは環境に与える負荷が小さいため、使用後に大気中に拡散させて消失させたり、水で希釈して下水として排水したりすることができる。
Further,
The coolant which is the invention disclosed in
The coolant having such a configuration has an effect of forming a film on the surface of a workpiece made of metal. Therefore, the friction between the tool and the workpiece can be reduced, and the surface temperature of the tool or the workpiece can be lowered. Moreover, since this coolant has a small load on the environment, it can be diffused into the atmosphere after use and lost, or it can be diluted with water and drained as sewage.
潤滑剤は加工点に届いて初めて効果を発揮するものであるが、本来、水は表面張力が大きく濡れ難い液体であることから、水をベースとした潤滑剤を加工点に到達させるためには、その表面張力を小さくしなければならない。そこで、特許文献１に開示された発明では、水の表面張力を下げ、濡れ性を付与する目的でアルコールを添加しているのである。しかしながら、この場合、よほど多量のアルコールを添加しない限り、加工対象物の表面を濡らすのに十分な濡れ性は得られない。また、この発明においては、加工対象物と工具の間の摩擦を低減するために、多糖類を添加しなければならず、さらに、十分な潤滑性を得るために、工具の刃先加工点をダイヤモンドライクカーボンでコーティングする必要がある。
Lubricant is effective only when it reaches the processing point. The surface tension must be reduced. Therefore, in the invention disclosed in
また、特許文献２に開示された発明であるクーラントは、環境汚染性が極めて低いため、廃棄処理にかかる手間とコストを低減できるものの、十分な潤滑性と濡れ性を得るために、多糖類を多く添加しなければならず、また、加工点に対して多量に供給しなければならないという課題があった。
In addition, the coolant disclosed in
本発明は、このような従来の事情に対処してなされたものであり、工具に特殊な加工を施す必要がなく、安価であって、かつ、環境に与える負荷が小さい潤滑剤とそれを用いた金属加工方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in response to such a conventional situation, and it is not necessary to perform special processing on the tool, is inexpensive, and uses a lubricant having a low environmental load. An object of the present invention is to provide a metal working method.
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、アルミニウム若しくはアルミニウム合金又は鉄若しくは鉄鋼材からなる金属材料を加工する際にミスト化された状態で用いられる水と界面活性剤からなる潤滑剤であって、上記金属材料に対する接触角が３０°より小さく、界面活性剤としてラウリルグルコシドが添加されていることを特徴とするものである。
このような構成の潤滑剤においては、ミスト状であるため、加工点に到達し易く、また、加工点に供給された際に、工具や加工対象物の表面上で極めて薄く、均一に広がり易いという作用を有する。加えて、ミスト状であるため、液体の表面積が大きく、加工点に供給された後、水分の蒸発が促進されるという作用を有する。この場合、水分の蒸発により、気化熱が奪われるため、加工点が冷却される。加えて、潤滑剤を構成する界面活性剤に、強い潤滑性を有する反面、人体に対して悪い影響を与えるような工業用の界面活性剤を用いる必要がなく、また、界面活性剤とは別に潤滑性物質を添加する必要もない。さらに、潤滑剤を構成する界面活性剤に、強い潤滑性を有する工業用の界面活性剤を用いた場合でも、加工点に対する供給量が少なくて済む。
In order to achieve the above object, the invention according to
In the lubricant having such a configuration, since it is in the form of a mist, it is easy to reach the processing point, and when supplied to the processing point, it is very thin and easily spread evenly on the surface of the tool or the workpiece. It has the action. In addition, since it is in the form of a mist, the liquid has a large surface area and has an effect of promoting the evaporation of moisture after being supplied to the processing point. In this case, since the heat of vaporization is lost due to evaporation of moisture, the processing point is cooled. In addition, the surfactant that constitutes the lubricant has strong lubricity, but there is no need to use an industrial surfactant that adversely affects the human body. There is no need to add lubricious substances. Furthermore, even when an industrial surfactant having strong lubricity is used as the surfactant constituting the lubricant, the supply amount to the processing point is small.
また、請求項２記載の発明である金属加工方法は、アルミニウム若しくはアルミニウム合金又は鉄若しくは鉄鋼材からなる金属材料を加工する際に請求項１に記載の潤滑剤を用いることを特徴とするものである。
このような金属加工方法においては、請求項１に記載された発明と同様の作用が発揮される。
The metal processing method according to
In such a metal processing method, the same action as the invention described in
請求項３記載の発明は、請求項２に記載の金属加工方法において、金属材料はアルミニウム又はアルミニウム合金であって、潤滑剤を、４〜１２ｃｃ／ｈの割合で加工点に供給することを特徴とするものである。
このような金属加工方法によれば、アルミニウム又はアルミニウム合金の加工に際し、請求項２に記載の発明の作用が発揮される。
The invention according to
According to such a metal processing method, the effect of the invention according to
請求項４記載の発明は、請求項２に記載の金属加工方法において、金属材料は鉄又は鉄鋼材であって、潤滑剤を、２２〜４８ｃｃ／ｈの割合で加工点に供給することを特徴とするものである。
このような金属加工方法においては、鉄又は鉄鋼材の加工に際し、請求項２に記載の発明の作用に加え、工具が摩耗し難いという作用を有する。
The invention according to
In such a metal processing method, in processing of iron or steel material, in addition to the effect of the invention according to
以上説明したように、本発明の請求項１に記載の潤滑剤によれば、加工点において水分が蒸発した結果、濃縮された状態となるため、界面活性剤が本来有している濡れ性や潤滑性が最大限に発揮される。また、加工点が冷却されることで、潤滑性がより一層発揮されるとともに、工具寿命も長くなる。さらに、人体に対して悪い影響を与えるような界面活性剤を使用する必要がなく、また、仮に使用した場合でも加工点に対する供給量をできるだけ少なくして、環境に与える負荷を小さく抑えることが可能である。そして、界面活性剤とは別に潤滑性物質を添加物として水に加える必要がないため、潤滑剤の製造コストを安くすることができる。
As described above, according to the lubricant according to
本発明の請求項２に記載の金属加工方法によれば、請求項１に記載された発明と同様の効果が発揮される。 According to the metal working method of the second aspect of the present invention, the same effect as that of the first aspect of the present invention is exhibited.
本発明の請求項３に記載の金属加工方法によれば、アルミニウム又はアルミニウム合金の加工に際し、請求項２に記載の発明の効果が発揮される。
According to the metal working method described in
本発明の請求項４に記載の金属加工方法によれば、鉄又は鉄鋼材の加工に際し、請求項２に記載の発明の効果が発揮される。
According to the metal processing method described in
水はオイルと異なり、濡れ性と潤滑性という潤滑剤に必要な特性を有していない。そのため、水をベースとする潤滑剤には、この濡れ性と潤滑性を付与するために、何らかの物質が添加される。水の表面張力を下げる物質としては、例えば、界面活性剤が知られている。
界面活性剤は、ノニオン系、アニオン系、カチオン系、両性界面活性剤などの種類に分けられる。そのうち、工業用途で使用されるものは、強力な潤滑性を有しているが、水に添加して潤滑剤として用いる場合には、十分な濡れ性や潤滑性を発揮させるために、添加量を多くしたり、加工点に多量に供給したりする必要がある。しかしながら、これらの界面活性剤のほとんどは、人体に対して悪い影響を与えるため、大量に使用することは望ましくない。
一方、化粧品やシャンプーなど人体に触れる状況で使用される界面活性剤は、安全性が高い反面、十分な潤滑性を有していないため、それ単独で潤滑剤に用いられることはなく、通常、他の潤滑性物質が組み合わされた状態で用いられる。
Unlike oil, water does not have the characteristics necessary for a lubricant, such as wettability and lubricity. Therefore, some substance is added to the water-based lubricant in order to impart this wettability and lubricity. As a substance that lowers the surface tension of water, for example, a surfactant is known.
Surfactants are classified into types such as nonionic, anionic, cationic and amphoteric surfactants. Of these, those used in industrial applications have strong lubricity, but when added to water and used as a lubricant, the amount added is sufficient to demonstrate sufficient wettability and lubricity. It is necessary to increase the amount of material or supply a large amount to the processing point. However, since most of these surfactants have a bad influence on the human body, it is not desirable to use them in large quantities.
On the other hand, surfactants used in situations where they come into contact with the human body such as cosmetics and shampoos are highly safe, but they do not have sufficient lubricity, so they are not used alone as lubricants. Used in combination with other lubricating materials.
環境に与える負荷を小さくするには、加工点に供給する潤滑剤の量をできるだけ少なくすることが望ましい。この点、オイルベースの潤滑剤であれば、潤滑性と濡れ性を有しているため、ミスト化することで、供給量を抑えつつ、加工点にも到達し易くすることができる。一方、界面活性剤が添加された水をベースとする潤滑剤については、従来、「ミスト化すると、加工点への供給量が制限されることになり、もともと十分とは言えない潤滑性能がさらに低下するおそれがある」と考えられていた。そのため、これまで、水と界面活性剤からなる潤滑剤をミスト化して加工点に供給するという発想は無かった。 In order to reduce the load on the environment, it is desirable to reduce the amount of lubricant supplied to the processing point as much as possible. In this respect, since the oil-based lubricant has lubricity and wettability, it can be easily made to reach the processing point while suppressing the supply amount by mist formation. On the other hand, for lubricants based on water to which a surfactant has been added, conventionally, “when misted, the supply amount to the processing point is limited, and the lubrication performance that is originally not sufficient is further improved. There was a risk that it could fall. " For this reason, there has been no idea of misting a lubricant composed of water and a surfactant and supplying it to a processing point.
これに対し、本発明の潤滑剤は、加工点（加工対象物と工具が接触する箇所）に対してミスト状に供給されるものであって、水と界面活性剤からなり、かつ、接触角が３０°より小さいことを特徴としている。
このような構成の潤滑剤においては、ミスト状であるため、加工点に到達し易く、また、加工点に供給された際に、工具や加工対象物の表面上で極めて薄く、均一に広がり易いという作用を有する。加えて、ミスト状であるため、液体の表面積が大きく、加工点に供給された後、水分の蒸発が促進されるという作用を有する。そして、水分の蒸発に伴い、潤滑剤は濃縮された状態となるため、界面活性剤が本来有している濡れ性や潤滑性が最大限に発揮される。さらに、水分が蒸発する際、気化熱が奪われて加工点が冷却される。その結果、潤滑性がより一層発揮される。また、工具の寿命も長くなる。
On the other hand, the lubricant of the present invention is supplied in a mist form with respect to the processing point (where the workpiece and the tool are in contact), and consists of water and a surfactant, and has a contact angle. Is less than 30 °.
In the lubricant having such a configuration, since it is in the form of a mist, it is easy to reach the processing point, and when supplied to the processing point, it is very thin and easily spread evenly on the surface of the tool or the workpiece. It has the action. In addition, since it is in the form of a mist, the liquid has a large surface area and has an effect of promoting the evaporation of moisture after being supplied to the processing point. Since the lubricant becomes concentrated as the water evaporates, the wettability and lubricity inherent in the surfactant are exhibited to the maximum. Furthermore, when the water evaporates, the heat of vaporization is removed and the processing point is cooled. As a result, the lubricity is further exhibited. In addition, the tool life is increased.
加えて、潤滑剤を構成する界面活性剤に、人体に対して悪い影響を与えるようなものを用いる必要がなく、また、仮に用いたとしても加工点に対する供給量をできるだけ少なくして、環境に与える負荷を小さく抑えることが可能である。さらに、界面活性剤とは別に潤滑性物質を水に添加する必要がないため、潤滑剤の製造コストを安くすることができる。
なお、このような潤滑剤を用いた金属加工方法においては、上述の潤滑剤の作用及び効果が同様に発揮される。
In addition, it is not necessary to use a surfactant that constitutes a lubricant that has a negative effect on the human body. It is possible to keep the applied load small. Furthermore, since it is not necessary to add a lubricating substance to water separately from the surfactant, the manufacturing cost of the lubricant can be reduced.
In addition, in the metal processing method using such a lubricant, the action and effect of the above-described lubricant are similarly exhibited.
本発明の潤滑剤をミスト状にして加工点に噴き付けながらアルミニウム合金（Ａ５０５２）を切削し、切削抵抗を測定した結果について説明する（主に、請求項１乃至請求項３に対応）。
図１は、界面活性剤の濃度の異なる１２種類の潤滑剤について、加工点に対する潤滑剤の供給量と切削抵抗との関係を調べた結果を示すグラフである。なお、切削抵抗の測定には、固定式動力計（日本キスラー株式会社製：型式９２５７Ｂ）を使用し、界面活性剤には、主に化粧品やシャンプー、あるいは歯磨き粉などに使用され、人体に対して安全性の高い成分からなるラウリルグルコシドを使用した。また、比較のため、イオン交換水（以下、単に水という。）とオイルミストについても同様の実験を行った。
The results of cutting the aluminum alloy (A5052) while blasting the lubricant of the present invention in a mist state and spraying it on the processing point and measuring the cutting resistance will be described (mainly corresponding to
FIG. 1 is a graph showing the results of examining the relationship between the amount of lubricant supplied to the processing point and the cutting resistance for 12 types of lubricants having different surfactant concentrations. The cutting resistance is measured using a fixed dynamometer (Nippon Kistler Co., Ltd .: Model 9257B), and the surfactant is mainly used in cosmetics, shampoos, toothpastes, etc. Lauryl glucoside consisting of highly safe ingredients was used. For comparison, the same experiment was conducted with ion-exchanged water (hereinafter simply referred to as water) and oil mist.
この図から、界面活性剤の濃度が０．０１［ｗｔ％］の潤滑剤では、水やオイルミストと同様に、供給量が多いほど切削抵抗が小さくなるのに対し、界面活性剤の濃度が０．０２〜１０［ｗｔ％］の範囲内にある潤滑剤では、供給量を少なくした方が切削抵抗を小さくできることがわかる。これは、加工点への供給量が少ない場合には、潤滑剤が工具や加工対象物の表面上で極めて薄く均一に広がり易くなり、その結果、水分の蒸発が促進されて濃縮され、界面活性剤が本来有している濡れ性や潤滑性が最大限に発揮されることを示している。
また、界面活性剤の濃度が１．０［ｗｔ％］以上の潤滑剤では、加工点への供給量を調節することで、オイルミストとほぼ同等の潤滑性能が得られることがわかる。
なお、加工点に対する潤滑剤の供給量が少な過ぎる場合には、当然、濡れ性や潤滑性が十分に発揮されない。また、加工点に対する潤滑剤の供給量が多くなるにしたがって、切削抵抗が大きくなっているが、これは、水分の蒸発とそれに伴う潤滑剤の濃縮が進行し難くなることによるものと推察される。
From this figure, in the case of a lubricant having a surfactant concentration of 0.01 [wt%], the cutting resistance decreases as the supply amount increases as in the case of water and oil mist, whereas the surfactant concentration increases. It can be seen that with the lubricant in the range of 0.02 to 10 [wt%], the cutting resistance can be reduced by reducing the supply amount. This is because when the supply amount to the processing point is small, the lubricant tends to spread extremely thinly and evenly on the surface of the tool or workpiece. It shows that the wettability and lubricity inherent to the agent are fully exhibited.
In addition, it can be seen that a lubricant having a surfactant concentration of 1.0 wt% or more can obtain a lubricating performance substantially equivalent to that of oil mist by adjusting the supply amount to the processing point.
In addition, when there is too little supply amount of the lubricant with respect to a processing point, naturally wettability and lubricity are not fully exhibited. In addition, the cutting resistance increases as the amount of lubricant supplied to the processing point increases, which is presumed to be due to the fact that the evaporation of moisture and the concentration of the lubricant accompanying it become difficult to proceed. .
図２は図１に示した切削抵抗の最小値を界面活性剤の濃度ごとにプロットしたグラフである。ただし、横軸は対数目盛となっている。
この図を見ると、界面活性剤の濃度が高いほど切削抵抗が小さくなっているが、これは、界面活性剤の濃度が高く、もともと強い潤滑性を有していた潤滑剤ほど、加工点において水分が蒸発し濃縮された際に、より強い潤滑性を発揮することを意味している。なお、本実施例では、界面活性剤の濃度が０．０２〜１０［ｗｔ％］の範囲内にある潤滑剤について、実験を行っているが、界面活性剤の濃度が１０［ｗｔ％］を超える場合であっても、図２に示した場合と同様に界面活性剤の濃度が高いほど切削抵抗が小さくなる傾向があるものと推察される。ただし、界面活性剤の濃度が高すぎると、潤滑剤をミスト状にして加工点に供給することが困難となる。したがって、界面活性剤の濃度の上限値は、ミスト化が可能という条件によって決定される。
FIG. 2 is a graph in which the minimum value of the cutting resistance shown in FIG. 1 is plotted for each surfactant concentration. However, the horizontal axis is a logarithmic scale.
Looking at this figure, the higher the concentration of the surfactant, the smaller the cutting resistance. This is because the higher the concentration of the surfactant, the higher the lubricant that originally had strong lubricity, at the processing point. This means that when water is evaporated and concentrated, it exhibits stronger lubricity. In this example, an experiment was conducted for a lubricant having a surfactant concentration in the range of 0.02 to 10 [wt%], but the surfactant concentration was 10 [wt%]. Even in the case of exceeding, it is presumed that the cutting resistance tends to decrease as the concentration of the surfactant increases as in the case shown in FIG. However, if the concentration of the surfactant is too high, it becomes difficult to supply the lubricant to the processing point in the form of a mist. Therefore, the upper limit value of the surfactant concentration is determined by the condition that mist formation is possible.
図３は潤滑剤の接触角と粘度を界面活性剤の濃度ごとにプロットしたグラフである。なお、横軸は対数目盛となっている。また、接触角の測定には、接触角計（協和界面科学株式会社製：ＣＡ−Ｓミクロ２型）を使用し、粘度の測定には、粘度計（株式会社三商製：オストワルド粘度計Ｎｏ．１，Ｎｏ．３）を使用した。
この図から、界面活性剤の濃度が高いほど、潤滑剤の接触角は小さくなるが、潤滑剤の粘度は逆に高くなることがわかる。
FIG. 3 is a graph in which the contact angle and viscosity of the lubricant are plotted for each surfactant concentration. The horizontal axis is a logarithmic scale. In addition, a contact angle meter (Kyowa Interface Science Co., Ltd .: CA-
From this figure, it can be seen that the higher the surfactant concentration, the smaller the contact angle of the lubricant, but the higher the viscosity of the lubricant.
図４は図１に示した切削抵抗の最小値を潤滑剤の粘度ごとにプロットしたグラフである。なお、図４は図３に示した潤滑剤の粘度と界面活性剤の濃度の関係を用いて図２の横軸を潤滑剤の粘度に置き換えたグラフに相当する。
この図を見ると、粘度が大きく変化する２［ｍＰａ・ｓ］以上の範囲では切削抵抗が変化しておらず、潤滑剤の粘度は切削抵抗に影響しないことがわかる。このことは、「粘度が加工点での潤滑に影響しない」という既に知られている事実とも一致する。
FIG. 4 is a graph in which the minimum value of the cutting force shown in FIG. 1 is plotted for each viscosity of the lubricant. 4 corresponds to a graph in which the horizontal axis in FIG. 2 is replaced with the viscosity of the lubricant using the relationship between the viscosity of the lubricant and the concentration of the surfactant shown in FIG.
From this figure, it can be seen that the cutting resistance does not change in the range of 2 [mPa · s] or more where the viscosity changes greatly, and the viscosity of the lubricant does not affect the cutting resistance. This is consistent with the already known fact that “viscosity does not affect lubrication at the processing point”.
図５は図１に示した切削抵抗の最小値を潤滑剤の接触角ごとにプロットしたグラフである。なお、図５は図３に示した潤滑剤の接触角と界面活性剤の濃度の関係を用いて図２の横軸を潤滑剤の接触角に置き換えたグラフに相当する。
この図から、潤滑剤の接触角が小さいほど切削抵抗が小さくなり、特に、接触角が３０°より小さい場合（より好ましくは、２５°以下の場合）には切削抵抗が著しく小さくなることがわかる。
なお、本実施例では、潤滑剤の接触角が２２．４°より小さい場合については実験を行っていないが、図２及び図３を用いて説明したように、潤滑剤に含まれる界面活性剤の濃度が高いほど切削抵抗が小さくなるとともに、潤滑剤の接触角も小さくなることから、接触角が２２．４°より小さい場合であっても、図５に示した場合と同様に、潤滑剤の接触角が小さいほど切削抵抗が小さくなる傾向があるものと推察される。
FIG. 5 is a graph in which the minimum value of the cutting force shown in FIG. 1 is plotted for each contact angle of the lubricant. 5 corresponds to a graph in which the horizontal axis in FIG. 2 is replaced with the contact angle of the lubricant using the relationship between the contact angle of the lubricant and the concentration of the surfactant shown in FIG.
From this figure, it can be seen that the smaller the contact angle of the lubricant, the smaller the cutting resistance, especially when the contact angle is smaller than 30 ° (more preferably, 25 ° or less). .
In this example, no experiment was conducted when the contact angle of the lubricant was less than 22.4 °. However, as described with reference to FIGS. 2 and 3, the surfactant contained in the lubricant. Since the cutting resistance decreases and the contact angle of the lubricant decreases as the concentration of the lubricant increases, even if the contact angle is less than 22.4 °, the lubricant is similar to the case shown in FIG. It is presumed that the cutting resistance tends to decrease as the contact angle decreases.
図６は接触角が２２．４〜２５．０°の範囲内にある潤滑剤について、図１に示した切削抵抗の最小値に対応する潤滑剤の供給量を接触角ごとにプロットしたグラフである。
この図から、接触角が２２．４〜２５．０°の範囲内にある潤滑剤については、加工点に対する供給量を４〜１２［ｃｃ／ｈ］にすると切削抵抗が小さくなることがわかる。
FIG. 6 is a graph in which the lubricant supply amount corresponding to the minimum value of the cutting resistance shown in FIG. 1 is plotted for each contact angle for the lubricant having a contact angle in the range of 22.4 to 25.0 °. is there.
From this figure, it can be seen that for a lubricant having a contact angle in the range of 22.4 to 25.0 °, the cutting resistance decreases when the supply amount to the processing point is 4 to 12 [cc / h].
以上説明したように、アルミニウム合金（Ａ５０５２）を切削する場合、接触角が３０°より小さくなるようにラウリルグルコシドを水に添加し、この液体を潤滑剤として、加工点に対して４〜１２［ｃｃ／ｈ］の割合でミスト状にして供給すると、切削抵抗が小さくなる。この場合、加工点に対する供給量が少ないため、環境に与える負荷が小さい。
また、このような方法においては、潤滑剤がもともと有している濡れ性や潤滑性が最大限発揮されるため、潤滑剤を構成する界面活性剤に、潤滑性が弱くとも安全性の高いものを用いることが可能である。
なお、このような加工方法はＡ５０５２以外の他のアルミニウム又はアルミニウム合金に対しても適用可能であり、上述の作用及び効果は同様に発揮されるものと推察される。
As described above, when cutting an aluminum alloy (A5052), lauryl glucoside is added to water so that the contact angle is smaller than 30 °, and this liquid is used as a lubricant to 4 to 12 [ When it is supplied in the form of a mist at a rate of cc / h], the cutting resistance is reduced. In this case, since the supply amount to the processing point is small, the load on the environment is small.
In addition, in such a method, the wettability and lubricity inherent in the lubricant are maximized, so that the surfactant that constitutes the lubricant is highly safe even if the lubricity is weak. Can be used.
Such a processing method can be applied to other aluminum or aluminum alloy other than A5052, and it is presumed that the above-described operations and effects are similarly exhibited.
本発明の潤滑剤をミスト状にして加工点に噴き付けながら鉄鋼材（Ｓ５０Ｃ）を切削し、切削抵抗と工具摩耗幅を測定した結果について説明する（主に、請求項２及び請求項４に対応）。
図７は、界面活性剤の濃度の異なる４種類の潤滑剤について、加工点に対する潤滑剤の供給量と切削抵抗との関係を調べた結果を示すグラフである。なお、図７は実施例１の場合における図１に対応する。また、本実施例に示す実験で使用した切削抵抗の測定方法と界面活性剤の種類は実施例１の場合と同じである。
The results of cutting the steel material (S50C) while spraying the lubricant of the present invention in a mist form on the processing point and measuring the cutting resistance and the tool wear width will be described (mainly in
FIG. 7 is a graph showing the results of examining the relationship between the amount of lubricant supplied to the processing point and the cutting resistance for four types of lubricants having different surfactant concentrations. 7 corresponds to FIG. 1 in the case of the first embodiment. Further, the cutting resistance measurement method and the surfactant used in the experiment shown in this example are the same as those in Example 1.
この図から、界面活性剤の濃度が０．０１［ｗｔ％］の潤滑剤では、供給量を変えても切削抵抗はほとんど変化しないが、界面活性剤の濃度が０．０５〜４．０［ｗｔ％］の範囲内にある潤滑剤では、供給量を少なくした方が切削抵抗を小さくできることがわかる。これは、実施例１において説明したように、加工点に対する潤滑剤の供給量を少なくすることで、潤滑剤が工具や加工対象物の表面上で極めて薄く均一に広がり易くなり、その結果、水分の蒸発が促進されて潤滑剤が濃縮され、界面活性剤が本来有している濡れ性や潤滑性が最大限に発揮されるためと考えらえれる。
なお、加工点に対する潤滑剤の供給量が少な過ぎると、潤滑剤の濡れ性や潤滑性が十分に発揮されず、また、加工点に対する潤滑剤の供給量が多過ぎると、水分の蒸発とそれに伴う潤滑剤の濃縮が進行し難くなるため、いずれの場合にも切削抵抗が大きくなることは実施例１の場合と同じである。
From this figure, the lubricant having a surfactant concentration of 0.01 [wt%] has almost no change in cutting resistance even when the supply amount is changed, but the surfactant concentration is 0.05 to 4.0 [ In the case of the lubricant in the range of [wt%], it can be seen that the cutting resistance can be reduced by reducing the supply amount. This is because, as described in the first embodiment, by reducing the supply amount of the lubricant to the processing point, the lubricant can easily spread extremely thinly and uniformly on the surface of the tool or the workpiece, and as a result, This is considered to be because the evaporation of the water is promoted to concentrate the lubricant, and the wettability and lubricity inherent in the surfactant are maximized.
If the supply amount of the lubricant to the processing point is too small, the wettability and lubricity of the lubricant will not be sufficiently exerted, and if the supply amount of the lubricant to the processing point is too large, the evaporation of water and Since the accompanying concentration of the lubricant is difficult to proceed, the cutting resistance increases in any case as in the case of Example 1.
図８は図７に示した切削抵抗の最小値を界面活性剤の濃度ごとにプロットしたグラフである。なお、横軸は対数目盛となっている。また、図８は実施例１の場合における図２に対応する。
この図から、界面活性剤の濃度が高いほど切削抵抗が小さいことがわかる。これは、実施例１の場合と同様に、加工点に到達しさえすれば、界面活性剤の濃度が高く、もともと強い潤滑性を有していた潤滑剤ほど、良好な潤滑性能を発揮することを意味している。また、本実施例では、界面活性剤の濃度が０．０５〜４．０［ｗｔ％］の範囲内にある潤滑剤について、実験を行っているが、界面活性剤の濃度が４．０［ｗｔ％］を超える場合であっても、図８に示した場合と同様に界面活性剤の濃度が高いほど切削抵抗が小さくなるものと推察される。なお、ミスト化が可能という条件によって界面活性剤の濃度の上限値が決定されることは実施例１の場合と同じである。
FIG. 8 is a graph in which the minimum value of the cutting resistance shown in FIG. 7 is plotted for each surfactant concentration. The horizontal axis is a logarithmic scale. FIG. 8 corresponds to FIG. 2 in the case of the first embodiment.
From this figure, it can be seen that the higher the concentration of the surfactant, the smaller the cutting resistance. As in the case of Example 1, as long as the processing point is reached, the higher the concentration of the surfactant, the better the lubricant that originally had strong lubricity, exhibits better lubrication performance. Means. In this example, an experiment was conducted for a lubricant having a surfactant concentration in the range of 0.05 to 4.0 [wt%]. However, the surfactant concentration was 4.0 [ Even when the amount exceeds [wt%], it is presumed that the cutting resistance decreases as the concentration of the surfactant increases as in the case shown in FIG. The upper limit value of the surfactant concentration is determined by the condition that mist formation is possible, as in the case of Example 1.
図９は図７に示した切削抵抗の最小値を潤滑剤の接触角ごとにプロットしたグラフであり、図３に相当する潤滑剤の接触角と界面活性剤の濃度の関係を用いて図８の横軸を潤滑剤の接触角に置き換えたグラフに相当する。なお、図９は実施例１の場合における図５に対応する。
この図から、潤滑剤の接触角が小さいほど切削抵抗が小さくなり、特に、接触角が３０°のあたりから、接触角が小さくなるにしたがって切削抵抗も急激に小さくなることがわかる。
なお、本実施例では、潤滑剤の接触角が２１．０°より小さい場合については実験を行っていないが、図３及び図８を用いて説明したように、潤滑剤に含まれる界面活性剤の濃度が高いほど、潤滑剤の接触角が小さくなるとともに切削抵抗も小さくなることから、接触角が２１．０°より小さい場合であっても、図９に示した場合と同様に、潤滑剤の接触角が小さいほど切削抵抗が小さくなる傾向があるものと推察される。
FIG. 9 is a graph in which the minimum value of the cutting resistance shown in FIG. 7 is plotted for each contact angle of the lubricant. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the contact angle of the lubricant and the surfactant concentration corresponding to FIG. Corresponds to a graph in which the horizontal axis of is replaced with the contact angle of the lubricant. FIG. 9 corresponds to FIG. 5 in the case of the first embodiment.
From this figure, it can be seen that the smaller the contact angle of the lubricant is, the smaller the cutting resistance becomes. Particularly, when the contact angle is around 30 °, the cutting resistance decreases rapidly as the contact angle decreases.
In this example, no experiment was conducted when the contact angle of the lubricant was less than 21.0 °. However, as described with reference to FIGS. 3 and 8, the surfactant contained in the lubricant. The higher the concentration, the smaller the contact angle of the lubricant and the cutting resistance. Therefore, even when the contact angle is less than 21.0 °, the lubricant is the same as in the case shown in FIG. It is presumed that the cutting resistance tends to decrease as the contact angle decreases.
図１０は接触角が２１．０〜３０．７°の範囲内にある潤滑剤について、図７に示した切削抵抗の最小値に対応する潤滑剤の供給量を潤滑剤の接触角ごとにプロットしたグラフである。なお、図１０は実施例１の場合における図６に対応する。
この図から、接触角が２１．０〜３０．７°の範囲内にある潤滑剤については、加工点に対する供給量を２２〜４８［ｃｃ／ｈ］にすると切削抵抗が小さくなることがわかる。
FIG. 10 plots the lubricant supply amount corresponding to the minimum value of the cutting resistance shown in FIG. 7 for each lubricant contact angle for the lubricant having a contact angle in the range of 21.0 to 30.7 °. It is a graph. FIG. 10 corresponds to FIG. 6 in the case of the first embodiment.
From this figure, it can be seen that for the lubricant having a contact angle in the range of 21.0 to 30.7 °, the cutting resistance decreases when the supply amount to the processing point is 22 to 48 [cc / h].
図１１は、界面活性剤の濃度が０．５〜２．０［ｗｔ％］の範囲内にある潤滑剤について、潤滑剤の接触角と切削加工後に測定した工具の刃先の摩耗幅を界面活性剤の濃度ごとにプロットしたグラフである。なお、界面活性剤の濃度が０［ｗｔ％］のデータは、比較のために水（イオン交換水）について行った実験結果を示している。
この図を見ると、界面活性剤の濃度が０．５〜２．０［ｗｔ％］の範囲内にある潤滑剤は、接触角が２０．５〜２２．０°であり、工具摩耗幅は水を潤滑剤として用いた場合の６０％以下となっている。これは、接触角が３０°よりも小さい本発明の潤滑剤を用いることで、工具の摩耗を少なくできることを表している。
FIG. 11 shows the surface activity of the contact angle of the lubricant and the wear width of the cutting edge of the tool measured after the cutting for the lubricant having a surfactant concentration in the range of 0.5 to 2.0 [wt%]. It is the graph plotted for every density | concentration of an agent. In addition, the data with the surfactant concentration of 0 [wt%] indicate the results of experiments performed on water (ion-exchanged water) for comparison.
Referring to this figure, the lubricant having a surfactant concentration in the range of 0.5 to 2.0 [wt%] has a contact angle of 20.5 to 22.0 °, and the tool wear width is It is 60% or less when water is used as a lubricant. This indicates that the wear of the tool can be reduced by using the lubricant of the present invention having a contact angle smaller than 30 °.
図１２は、界面活性剤の濃度が０．５〜２．０［ｗｔ％］の範囲内にある潤滑剤について、図７の場合と同様に鉄鋼材（Ｓ５０Ｃ）の切削加工を行って、切削距離と切削抵抗との関係を調べた結果を示すグラフである。なお、比較のため、水（イオン交換水）とオイルミストについても同様の実験を行った。
この図を見ると、切削距離が長くなるにしたがって切削抵抗は大きくなること、及び、接触角が３０°よりも小さい本発明の潤滑剤を用いると、オイルミストを用いた場合には及ばないものの、切削距離に応じて切削抵抗が大きくなる割合が水を用いた場合に比べて大きく改善されることがわかる。
FIG. 12 shows the cutting of a steel material (S50C) cut in the same manner as in FIG. 7 for the lubricant having a surfactant concentration in the range of 0.5 to 2.0 [wt%]. It is a graph which shows the result of having investigated the relationship between distance and cutting resistance. For comparison, the same experiment was performed for water (ion-exchanged water) and oil mist.
As can be seen from this figure, the cutting force increases as the cutting distance increases, and the use of the lubricant of the present invention having a contact angle smaller than 30 ° is not possible when using oil mist. It can be seen that the rate at which the cutting resistance increases according to the cutting distance is greatly improved compared to the case where water is used.
以上説明したように、鉄鋼材（Ｓ５０Ｃ）を切削する場合、接触角が３０°より小さくなるようにラウリルグルコシドを水に添加し、この液体を潤滑剤として、加工点に対し、２２〜４８［ｃｃ／ｈ］の割合でミスト状にして供給すると、切削抵抗が小さくなるとともに、工具の摩耗量が少なくなる。また、この場合、加工点に対する潤滑剤の供給量が少ないため、環境に与える負荷が小さい。
また、このような方法においては、潤滑剤がもともと有している濡れ性や潤滑性が最大限に発揮されるため、潤滑剤を構成する界面活性剤に、潤滑性が弱くとも安全性の高いものを用いることができる。
なお、このような方法はＳ５０Ｃ以外の他の鉄又は鉄鋼材を加工する際にも適用可能であり、上述の作用及び効果は同様に発揮されるものと推察される。
As explained above, when cutting a steel material (S50C), lauryl glucoside is added to water so that the contact angle is smaller than 30 °, and this liquid is used as a lubricant, and the processing point is 22 to 48 [ When supplied in the form of a mist at a rate of cc / h], the cutting resistance is reduced and the wear amount of the tool is reduced. In this case, since the amount of lubricant supplied to the processing point is small, the load on the environment is small.
In addition, in such a method, the wettability and lubricity inherent in the lubricant are maximized, so the surfactant that constitutes the lubricant is highly safe even if the lubricity is weak. Things can be used.
In addition, such a method is applicable also when processing iron other than S50C, or steel materials, and it is guessed that the above-mentioned effect | action and effect are exhibited similarly.
本発明の潤滑剤は、アルミニウムや鉄に限らず、銅やステンレスなど各種の金属を加工する際にも使用することができる。また、加工の種類も切削加工に限定されるものではなく、塑性加工、旋削加工、研削加工、研磨加工などにも適用可能である。
なお、金属の種類や加工方法によって、加工点に対する潤滑剤の適切な供給量は異なるが、供給量を少なくすることで、潤滑剤が本来有する濡れ性や潤滑性が最大限に発揮されるという本発明の作用、及び環境に対する負荷を低減できるという効果は、金属の種類や加工方法にかかわらず同様に発揮される。
The lubricant of the present invention can be used not only for aluminum and iron but also for processing various metals such as copper and stainless steel. Further, the type of processing is not limited to cutting, and can also be applied to plastic processing, turning processing, grinding processing, polishing processing, and the like.
The appropriate amount of lubricant supplied to the processing point varies depending on the type of metal and the processing method, but reducing the supply amount maximizes the inherent wettability and lubricity of the lubricant. The effects of the present invention and the effect of reducing the load on the environment are similarly exhibited regardless of the type of metal and the processing method.
また、実施例１や実施例２では、界面活性剤にラウリルグルコシドを用いているが、本発明の潤滑剤に用いられる界面活性剤は、これに限定されるものではない。例えば、ノニオン系界面活性剤（非イオン性）としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアミンエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンヒマシ油、ポリオキシエチレン脂肪酸ジエステル、ポリオキシエチレンロジンエステル、ポリオキシエチレンラノリンエーテル、ポリオキシエチレン多価アルコールエーテル、ポリオキシエチレン多価アルコール脂肪酸エステル、多価アルコール脂肪酸エステル、酸化エチレン酸化プロピレンブロック重合体、酸化エチレン酸化プロピレンランダム重合体、酸化プロレン重合体、アルキルグルコシド、多価アルコールアルキレンオキサイド重合体を用いることができる。 In Example 1 and Example 2, lauryl glucoside is used as the surfactant, but the surfactant used in the lubricant of the present invention is not limited to this. For example, nonionic surfactants (nonionic) include polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene alkylamine ether, polyoxyethylene alkylphenyl ether, polyoxyethylene fatty acid ester, polyoxyethylene castor oil, polyoxyethylene Fatty acid diester, polyoxyethylene rosin ester, polyoxyethylene lanolin ether, polyoxyethylene polyhydric alcohol ether, polyoxyethylene polyhydric alcohol fatty acid ester, polyhydric alcohol fatty acid ester, ethylene oxide propylene oxide block polymer, ethylene oxide propylene oxide Random polymers, prolenic oxide polymers, alkyl glucosides, polyhydric alcohol alkylene oxide polymers can be used.
また、アニオン系界面活性剤（陰イオン性）としては、脂肪酸誘導体（脂肪酸石けん、ナフテン酸石けん、脂肪酸アミン塩、脂肪酸アミド等）、カルボン酸金属塩、カルボン酸アミン塩、硫酸エステル系化合物（アルコール硫酸エステル塩、オレフィン硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、脂肪酸多価アルコール硫酸エステル塩等）、スルホン酸系化合物（アルカンスルホン酸塩、石油スルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、アルキルナフタリンスルホン酸塩等）、リン酸エステル系化合物（アルキルリン酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテルリン酸エステル塩等）を用いることができる。
その他、カチオン系界面活性剤（陽イオン性）や両性界面活性剤（アルキルベタイン、アルキルアミドベタイン、スルホベタイン、アミノ酸系両性界面活性剤、アミンオキサイド等）を用いても良い。
Anionic surfactants (anionic) include fatty acid derivatives (fatty acid soaps, naphthenic acid soaps, fatty acid amine salts, fatty acid amides, etc.), carboxylic acid metal salts, carboxylic acid amine salts, sulfate ester compounds (alcohols). Sulfate ester salt, olefin sulfate ester salt, polyoxyethylene alkyl ether sulfate ester salt, fatty acid polyhydric alcohol sulfate ester salt, etc., sulfonic acid compounds (alkane sulfonate, petroleum sulfonate, α-olefin sulfonate, Alkyl naphthalene sulfonate, etc.) and phosphate ester compounds (alkyl phosphate ester salts, polyoxyethylene alkylphenol ether phosphate ester salts, etc.) can be used.
In addition, a cationic surfactant (cationic) or an amphoteric surfactant (alkyl betaine, alkylamide betaine, sulfobetaine, amino acid-based amphoteric surfactant, amine oxide, etc.) may be used.
請求項１に記載された潤滑剤及び請求項２乃至請求項４に記載された金属加工方法は、各種の金属材料に対して塑性加工、旋削加工、切削、研削、及び研磨等の機械加工を施す際に適用可能である。
The lubricant according to
Claims (4)
前記金属材料に対する接触角が３０°より小さく、
前記界面活性剤としてラウリルグルコシドが添加されていることを特徴とする潤滑剤。 A lubricant composed of water and a surfactant used in a mist state when processing a metal material composed of aluminum or an aluminum alloy or iron or steel ,
The contact angle to the metal material is less than 30 °,
A lubricant characterized in that lauryl glucoside is added as the surfactant .
前記潤滑剤を、４〜１２ｃｃ／ｈの割合で加工点に供給することを特徴とする請求項２記載の金属加工方法。 The metal material is aluminum or an aluminum alloy,
The metal processing method according to claim 2, wherein the lubricant is supplied to the processing point at a rate of 4 to 12 cc / h.
前記潤滑剤を、２２〜４８ｃｃ／ｈの割合で加工点に供給することを特徴とする請求項２記載の金属加工方法。 The metal material is iron or steel material,
3. The metal processing method according to claim 2, wherein the lubricant is supplied to the processing point at a rate of 22 to 48 cc / h.
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