金属成型润滑剂的种类
1、纯油
石油矿物油可能是在金属成型加工中应用最广泛的润滑剂,在轻负荷的冲压,冲裁和模压工艺中,矿物油提供了刀具与金属之间所需的分离。很多拉拔工艺可以在没有润滑油的情况下完成,仅仅依靠金属本身的延伸性和工件的几何形状。但是矿物油的使用往往可以提高零件成型的速度。为了使刀具和工件尽可能好的被隔开,矿物油等黏度可以随着不同的拉拔程度而变化。
很多关于矿物油结构及其对性能影响的研究工作已经完成。John Schey记录了其中的一些影响。石蜡基油由于其相对较高的黏度指数值而更适合于某些工艺。石蜡基油比环烷基油更不易被氧化。用于防止氧化的抗氧化剂在石蜡基油中的效果比在环烷基油中更好。虽然环烷基油更容易被乳化,对于金属表面有更大的亲和力,但是大多数矿物油包含了一些既有直链又有支链的烃类。
合成油也很重要。相当长的一段时间内,聚异丁烯作为轧制油使用效果很好。虽然其链的长度影响着黏度、熔点以及在某些特定操作中的适用性,植物油在一些应用中也有不错的成效。虽然花费可能根据市场情况有所变化,但使用植物油的费用比矿物油高。
虽然黏度往往是应用和性能的决定性因素,但纯油的配方中往往还包含为特定用途而设计的添加剂。轧制工艺所用的油脂、极压添加剂,甚至是二硫化钼和滑石等固体都常用做润滑剂。
2、可溶性油
以矿物油或合成由为基础,其中含有乳化剂,可使产品稀释时溶于水的加工液称为可溶性油。它们有时以稀释液的形式出售,称为预制乳化液。这些产品通常都以10%-50%的浓度用水稀释。它们可以配以油脂或脂肪酸应用于轻负荷加工工艺,或者添加极压添加剂用于苛刻的成型加工工艺。固体润滑剂应用很少,因为他们很难在乳化液中悬浮。
3、半合成液
含较少矿物油的金属加工液,其含油量通常低于原液总量的百分之三十,称为半合成液或化学乳液。可以溶性油的含油量相比,半合成液所含的矿物油要少得多。其中的矿物油可能被其他组分代替:如作为油的代替品的乙二醇、酯等烃类,又如皂类和酰胺等乳化剂,甚至是水。通常情况下,半合成液会比可溶性油更易溶入水中,但是除了在混合后的外观和稀释比例上有细微的差别外,半合成液和可溶性油非常相似。
4、合成液
合成液通常有两种。一种是溶解型的,水作为载体。这类合成液也叫做水基合成液,所有的添加剂要么是水溶性的,或者同其他一些组分反应后而成为水溶性的。通常其稀释液的透明度在透明和半透明之间。第二种是不含矿物油的合成液,但是使用聚异丁烯或乙二醇等烃类作为矿物油的“油性”代替品。其稀释液通常是不透明至乳状范围。
金属成型润滑剂中使用的润滑添加剂
除了固体润滑剂和色素材料之外,总体上,用于金属成型润滑剂的添加剂和用于金属切削行业所使用的金属加工液里的添加剂非常相似。
从动物和植物中提取的脂肪是非常有效的边界润滑剂。牛脂、猪油和羊脂都是极好的边界润滑剂。从抹香鲸中提取的油脂是很好的润滑剂,用途广泛,这也导致该物种频临灭绝。如今鲸油脂在润滑剂中的应用已被禁止。椰子油、菜籽油和妥尔油等植物油都是很好的边界润滑材料。从天然材料中提取的脂肪酸、脂类、蜡类和醇类也经常用作润滑剂。
通过金属氢氧化物和脂肪性物质反应得到的脂肪酸皂是极好的润滑剂。例如,在铝的加工过程中,铝皂往往是生产过程的副产品。这些铝皂会降低摩擦系数。但是它们不能溶解于水。虽然铝自是很好的润滑剂,但通常很难从工具上清除,它实际上会加剧冲头和凹模的磨损。
毫无疑问,含氯、磷和硫的添加剂是使用频率最高的极压添加剂。这当中,含氯添加剂是最常使用的,因为它适用于广泛的各种各样的加工工艺。含氯极压添加剂经常和其它两种极压添加剂协同使用,例如氯硫化型添加剂。
固体润滑剂悬浮在膏剂或黏稠的乳状液中使用,例如石墨,云母,滑石,玻璃和二硫化钼等。这种类型的添加剂通常用于最严酷的拉拔工艺中。
金属成型润滑剂的物理性质
金属成型润滑剂和其他金属加工液之间,一个最大的物理差异就是加工液的物理性质不同。典型的切削液或磨削液在通常情况下用水稀释最高可至百分之十。冲压液则很少被稀释到百分之十以下。切削液和磨削液的黏度与水差不多,因为水是其最主要的组成部分。而冲压夜通常表现出类似“涂料”的功能,覆盖在金属表面形成黏稠的覆盖层。
根据所使用的润滑剂的不同,冲压加工液和拉拔加工液的物理性质也会发生变化。纯油类的冲压加工液的黏度可以从非常低(如挥发性冲压油)到非常高(如“蜂蜜油”,因为其黏度与蜂蜜相似而得名)。膏剂也经常使用,可以是黏稠的水包油型乳化液或是油包水型反相乳化液。这些通常都用以加工非常苛刻的拉拔工艺中,在这些工艺中把润滑剂涂在表面,以确保润滑剂能最大程度地被带入模具中。虽然悬浮液也可能呈现颜料颗粒均匀分布的外观,如石墨的情形一样,但通常他们看起来像牛奶状的乳化液。冲压加工液,特别是用于一般冲压用途的冲压加工液,也可能是很稀的牛奶状的乳化液。新近开发的水基冲压加工液,其黏度和水一样。
金属成型润滑剂的功能
1、分离
与金属切削液主要功能是冷却不同,金属成型润滑剂的主要功能是把工件和刀具分离,以防治金属与金属之间的接触。因此金属成型润滑剂必须提供一个物理的或是化学的屏障,以防止冲头或凹模和金属直接接触。提供该分离作用的主要目的是为了保护工具。在大多数成型加工工艺中,以该加工工艺中的其他所有组件相比,工具的花费是很大的。能延长工具寿命的涧滑剂,可以通过减少更换工具次数来抵消它本身的费用开支。
2、润滑
除了分离工件和模具,金属成型加工液还必须为制造零件提供足够的润滑。好的润滑剂能减少零件和模具接触面之间的摩擦。减少摩擦可以降低制造零件的能耗。此外,减少摩擦可以导致金属主力的减少,这使金属在型过程中能够更均匀的流动。减少摩擦也通过减少磨损量而有益于加工正常进行,还能减少金属粉末和碎屑的数量。冲裁区域的金属粉末越少,冲头上出现金属黏结物和沉积物可能性就越小。虽然不如切削液和磨削液对零件和刀具的冷却那么重要,但金属成型润滑剂也具有是零件和模具冷却的作用。当然在一些金属成型工艺中,加热是很有必要的。
3、腐蚀控制
金属成型润滑剂的另一个作用是防止腐蚀。磨削液或切前液被要求可以防止蚀1到2天。冲压加工液一般要求在零件库存时能提供几个月的腐蚀防护。专门的测试设备常用于预测润滑剂在各种储存条件下的防腐蚀能力,如酸气室,盐雾室或冷凝气箱等。汽车行业用盐酸气氛的环境进行腐蚀测试。盐雾箱、紫外线箱、冷凝湿气箱和高温箱等都可以用来判定金属成型加工液的腐蚀控制性能。
除了控制成品件的腐蚀,好的金属成型加工液对设备的安全的,防止对金属导轨、导套和导柱的腐蚀。更重要的是,金属成型加工液必须与工具材料兼容。 用镍或钴黏结剂制造的硬质合金常常用作高速生产的冲头和凹模。金属成型加工液配方中的组分必须不至于使这些黏结剂从金属基体中渗出而导致冲头和凹模性能下降。
4、清洗
当零件成型后,金属成型加工液必须可以容易地被去除。清洗液的目的之一的防止金属粉末或细屑在成型模具中沉积。同样的,也需要具有充足的清洗性以防止加工剩余物在冲床上积累。金属成型加工液还必须与所选择的清洗设备相兼容,无论是采用蒸汽除油还是碱洗的清洗方法,出来零件清洁外,金属成型加工液也得为保持一个清洁的作业环境贡献一份力量,地板、墙壁、压力机甚至操作员的衣服都不应留下加工液的残留物。
5、其他要求
还有其他方面的因素可以决定金属成型润滑剂能否被一个特定金属成型工艺所接受。例如是否易于混合、使用的方法是否影响操作工的健康安全等因素都是影响到可否被操作工所接受的至关重要的因素。冲压操作工在采用合理的安全操作方式使用加工液时,必须不能存在导致皮炎、呼吸困难或其他健康问题的危险。润滑剂的外观、产品的气味及润滑剂再循环使用时控制酸败等都是必须要考虑的评判因素。
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