环保高性能冲压拉深工艺润滑剂的研究.docx

环保高性能冲压拉深工艺润滑剂的研究1戴恩期，林心勇，杨文质(广州机械科学研究院，广东省，广州市，510700)【摘要1通过对各种环保优质材料的筛选，选用具有高闪点和抗氧化性能良好的加氢异构化的优质矿物油做基础油， 选用复合硫化脂肪酸酯做极压添加剂，选用多种油性添加剂通过科学的配伍。研制出环保高性能冲压拉伸润滑剂 产品性能指标优于传统冲压拉伸润滑剂，达到了国外高档环保冲压拉伸润滑剂各项指标【关键词l环保i极压剂；冲压拉伸 i中图分类号l x5；062 l tg3research on hi曲performance stampin8 drawing lubricantsdal enqi lin xinyongyang wenzhi(otmgr由ou mechanical engineeringresearch institute,guangdong guan弘hou 5i0700,china)【abstractthrough the various environmental protection materials selection,wc have selected a higil flash point and antioxidant properties of heterogeneous hydrogenation good quality mineral oil as base oilsulfide fatty acid ester is used to do gxtrl嘲llc pressure additives,selected variety oily additives,through辩ientific compatibility developed environmental protecton higil perrommcc stamping drawing lubricantsproduct performanindicators is better than the hi班chlorine content of traditional stamping drawing lubricants，and船good赶high-grade products to the foreign environmentalprotection stumping drawing lubricants【key wordsl environmental protection；extrtme pressure agent；stamping drawingl前言压力成形加工是利用压力加工设备的锤头、帖块、冲头或者通过模具对胚料施加压力，使之产 生塑性变形而获得所须形状和尺寸的制件的成形加工方法。这种方法可以直接出成品或半成品，所 以又称为少无切削工艺bi。由于压力成形加工具有优质、高效、节材、成本低等特点，所以随着生 产的发展和科技的进步，压力成形加工已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。模具是压 力成形加工的主要工艺装备，在变形过程中，胚料和模具表面产生摩擦，摩擦力和应力分布对加工 变形影响很大，而且在成形过程中不断产生新生面，实际接触面积显著增加，致使模具常常出现边 界润滑状态。因此，压力成形加工用油的作用就是要减少变形过程产生的应力和变形分布的不均匀 性，减少变形抗力，从而保证成形的顺利并获得高质量的制品12】。冲压拉深是机械制造中的一类塑性变形加工工艺，主要应用在汽车行业和五金加工行业。在加 工过程中由于晶格的滑移以及剧烈的摩擦产生大量的热量，难以通过模具在短时间内扩散出去。如 果没有很好解决冲压和拉深过程中的润滑问题，当摩擦力达到一定程度，工件将被拉破而报废，不 但直接影响产品的质量，而且影响模具的寿命13】。而且许多大型精密的模具靠进口。价值可达几百 万美元，会造成很大的损失。一般冲压拉深条件不太苛刻时，可使用普通的冲压拉深润滑油。随着人们对压力成形工艺不断研究，各种先进的成形工艺相继出现，各种难加工特别是不锈钢材料的成形加工日趋普遍，用于不 锈钢等难加工材料用的冲压拉深润滑剂的要求也比较高通常要具有很好的极压润滑性能，也称为 极压冲压拉深润滑剂。1项目来潭：广州机械科学研究院技改项日作者简介t t恩期(1973i)男研究生，厂长：研究方向，金属加工油(藏)设鲁润滑联系跏蝴：dql163o鲫，冲压加工中所需润滑的部位是模具和被加工板材实际相互摩擦的界面在冲压加工中，整个摩 擦面很难形成连续的流体润滑膜，存在着边界润滑和干摩擦目前，我国冲压油质量不过关，导致 冲压零件起皱和大萱报废，废品率达到710此外，很多精密的模具都靠进口，每台高达几百万 美元，考虑模具的修理和报废方面的损失比用油成本要大的多。许多厂家宁可采用进口冲压油。传统的极压拉深油主要是由重油类矿物油、氯化石蜡、油性润滑剂组成因重油类矿物油具有 好的粘伏性，氯化石蜡具有价格低廉和极压润滑效果好的特点也被广泛使用但重油由于没有进行 深一步精制，抗氧化性能较差，闪点较低，加工过程中易产生烟雾，易引起工人皮肤过敏。油品的 使用寿命短，废油处理困难，易产生环境污染；随着国家环保立法的逐步完善，该类油品的使用将 会受到越来越多的限制41另外，由于氯化石蜡本身存在着少量的游离酸，而且冲压拉深过程中因 高温分解也会产生游离酸，游离酸易对加工的金属件产生锈蚀，特别是对铸铁和镀锌板等材料用于冲压拉深润滑油的氯化石蜡主要是短链氯化石蜡，由于短链氯化石蜡对环境有害。对海洋 水生物有毒性影响，欧洲委员会于2000年11月起限制在金属加工油添加剂中使用短链氯化石蜡。随着 我国环保立法的日益完善，国内对氯化石蜡极压润滑添加剂在各行业中的使用将逐步被禁止拉l。本论 文针对国内冲压拉深润滑油的现状及使用中存在的问题，通过机械制造工艺油液环保绿色化技术研 究，选用抗氧化性能好使用寿命长的原材料，降解性能良好的添加剂和环境友好环保型润滑剂，通 过科学的配伍研制出一种环保高性能冲压拉深润滑剂。产品技术指标优子传统产品，而且符合环保 概念要求，有效提高了国内产品在该领域中的实用技术水平2实验部分为满足冲压油润滑、极压、防锈等方面的性能要求。同时使产品的制造工艺简单，性能稳定， 原材料价廉且来源丰富。对配方成分进行了合理的选择。尽量做到优化组合，一剂多用，提高产品 的整体性能21实验材料主要实验材料：加氢异构优质基础油工业级，产地：韩国；硫化脂肪酸酯a，工业级，产地： 德国；硫化脂肪酸酯b，工业级，产地：德国；油性剂，工业级，产地：中国；防锈剂，工业级， 产地：中国锦州。22实验仪器及方法一一一恒温实验箱，上海石油仪器厂生产，腐蚀实验，实验温度，100-士2c，实验时间，3小时，执行标准：gb5096四球极压摩擦实验机，济南溢华实验机厂生产，测试条件，室温，转速(1440士-60)转份钟，执行标准：gb3142。 振子摩擦系数(润滑性能)实验机，日本生产，测试条件，室温，执行标准：sht0072-91。 攻丝扭矩实验机。德国生产实验条件，室温，钻头材料，刀具钢，实验材料。模具钢。执行标准：参照德国labtap ii 8实验方法。3结果与讨论31产品配方的设计及选择依据 环保高性能冲压拉深润滑剂除了要满足冲压拉深润滑剂的常规性能指标外。还要求其使用周期长、能耗少、无污染或少污染、少排放或零排放，可生物降解或生物降解性好、生态毒性和毒性的 累积要小。润滑剂的生物降解是指产品在微生物作用下被氧化、分解的生化反应过程，最终产物为 coz和h20生物降解性是评价产品环保的生态效应最主要的指标之一161对于生态毒性的评价主要 是指对环境和生物的毒性影响，对于工业润滑剂产品一般表现为加工环境的影响(如油雾)和对人体生理影响(如各种皮肤病和呼吸疾病)，通常以实验鼠的半致死量(ldso)或半致死浓度(lcso)来表示，对水生环境影响的评价通常以德国的水污染分类(wgk)为标准【丌。窖l311优质基础油的选择基础油是润滑油的重要组成部分。基础油质量的好坏将直接影响产品各项性能指标。传统的冲 压拉深润滑剂选用重油或i类，类基础油，该类基础油未进行深度加工，较易氧化，使用寿命短， 闪点不高，在加工中易产生油雾，不利于环境友好，易刺激皮肤，危害操作工人的身体健康。因此本 研究选用类基础油，它是在类基础油上经脱蜡、加氢异构深度精制而成，与经溶剂抽提所得的 基础油相比，具有芳烃含量特别低、抗氧化性强、闪点高、挥发性低、色浅无味等特点，满足产品 性能要求。312极压添加剂、油性添加剂的选择氯化石蜡是传统冲压拉深润滑剂使用最为普遍的，最为有效的极压添加剂。由于它的价格低廉 和效果突出，在润滑添加剂领域已有了很久的使用历史。随着人们对环境保护意识的逐步加强，氯 化石蜡因其对环境影响和对生物的毒副作用而被许多国家禁用，氯化石蜡的生物降解性差。用于工 业润滑油的短链氯化石蜡具有亲脂性伴随食物和水进入在生物体内积累，短链氯化石蜡对无脊椎 动物有剧毒，所有的氯化石蜡对鱼类都有毒。usa、ntp经过对动物的研究，推断出短链氯化石蜡 对人体有潜在致癌作用短链氯化石蜡被定为严重海洋污染物pl。因此，寻找有效的氯化石蜡替代品是研究环保高性能冲压拉涤润滑剂的关键。天然油脂与油具 有一个或一个以上的碳碳双键，与硫反应生成硫化油脂，与合适的醇酯化，改善了对矿物油的溶解 性。通过控制硫化脂肪酸酯中所含活性硫和非活性硫的比例，或应用含非活性硫的硫化脂肪酸酯和 含活性硫的硫化脂肪酸酯的合理配伍，使得产品具有较好的极压效果。而且产品易于生物降解pj。 冲压拉深润滑剂不仅要具有很好的极压性能，还必须具有优良的润滑性能，以保证加工出来的产品 具有好的光洁度和加工精度。对不同添加剂公司提供的硫化脂肪酸酯和各种油性润滑剂的复配实验。 润滑台架试验如四球极压效果测试试验、摩擦系数试验和攻丝扭距试验，采用德国莱茵添加剂公司 的硫化脂肪酸酯和国产油性剂合理配伍，取得了很好的润滑极压效果，达到了实验的要求。 313其他添加剂的选择3131磨察润滑改进剂：磨察润滑改性剂都含有极性基，含有极性基团的物质对金属表面有很强 的亲和力，极性基团强有力地吸附在金属表面，形成一种类似的缓冲垫的保护膜把金属分开，防止 金属直接接触，从而减少了模具与金属工件之间的摩擦及磨损，有利于保护模具。脂肪酸、脂肪醇、 酯类、硫化动植物油等都是很好的摩擦该性剂，本研究采用酯类作为摩擦改性剂。易生物降解，符 合环保的性能要求。3132粘度改进剂：粘度改进剂也叫稠化剂，它不但能够改交油品的粘度，还能够适当改善油品 的粘温性能和油品的附着性，使油品在材料变形发热后还能保持较好的附着性能和极压润滑性能， 从而保证了油品的使用性能。本实验选用大分子量的聚异丁烯作为粘度改进剂3133渗透剂和防锈防腐剂：金属在冲压拉深过程中会不断产生新的金属表面，润滑剂必需要尽 快渗透到新的表面，才能有效地润滑模具和工件，通常具有强极性基团的添加剂易于同金属表面产 生吸附作用，因此人们常常把它们也作为一种渗透剂使用。石油磺酸盐和十二烯基丁二酸是较为有 效的防锈防腐蚀剂32配方试验研究 通过添加剂类型筛选，选用含活性硫的硫化脂肪酸酯和含非活性硫的硫化脂肪酸酯作为冲压拉深润滑剂的极压添加剂，选用加氢异构、深度精致的类矿物油作为产品的基础油，选用合成酯和 植物油酸作为润滑剂和摩擦改性剂，选用高分子量的聚异丁烯作为粘度改进荆，再选用适当的防锈 添加剂。在选择上述基本材料的基础上进行配方试验以冲压拉深润滑剂的防锈性、润滑性、最大无卡咬负荷、攻丝扭距效果作为考核指标，采用正交实验法安排实验根据上述选定的添加剂，采用5个因素4个水平，按正交表l16(4)安排实验，因素水平见表l，实验优化设计表见表2。表1因素水平表tablc l t曲lc oflevei factors表2实验优化设计表!1211 1鲤i巴垒生!暨】匹墨巴鲤：l序号极压剂l极压剂2摩润滑摩润滑粘度改产品润腐蚀性攻丝效果烧结负剂2进剂滑性铸铁荷由于在本产品研制过程中一直秉承一剂多用的原则，特别是对于油性剂和摩擦改进剂的使用， 由于硫化脂肪酸酯本身除了作为很好的极压添加剂外，还是一种较好的油性剂和摩擦改进剂。粘度 改进剂它也具有一定的润滑剂的作用。所以本研究在对各种添加剂的性能考察时，重点兼顾了各种 添加剂的增效作用。从表2可以看出，摩擦润滑添加剂与极压添加剂既有增效作用也有消效作用， 过多的润滑剂会影响极压剂的效果在正交表的设计中，用于考察产品润滑性的指标是摩擦系数，从实验表可以看出，各组实验的 摩擦系数相差不是很大，表明产品通过硫化脂肪酸酯和其他酯类的复配润滑性能取得了较好的效果； 攻丝效果用攻丝扭距实验的平均扭距力大小来进行考察。从正交实验表可以看出，10配方各项性能 指标优良，能达到本研究的要求。纵上所述本研制的环保高性能冲压拉深润滑剂组成如下：极压添加剂12极压添加剂245润滑剂15润滑剂223粘度改进剂铂防锈添加剂13渗透剂o51优质矿物油余量33产品的性能测试331产品性能同传统的含氯化石蜡的冲压拉深润滑剂技术指标对照 将经过选择的添加剂优化组合，复配有增效作用的组分，按一定的比例调制成产品，通过性能测试和应用实验确定产品的最佳配方。到目前为止，冲压拉深润滑剂还没有国标出台，各润滑剂生 产厂商依据自身企业对产品研究的实际情况和对国外同类产品的分析研究自行制定产品的技术指标 和企业标准。广州机械科学研究院润滑研究所是国内从事金属加工油、防锈材料、金属清洗剂和设 备用油的国家级研究单位。是机械工业工艺润滑技术归口单位。在冲压拉深润滑油的研究方面有较 高的造诣，根据对加工工艺的研究，从油品的外观、储存安定性、运动粘度、闪点、抗磨性和挥发 度等方面来制定了产品的技术指标，该指标也成了其它油品制造商制定该类油品企业标准的依据