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CN1729279A - 水溶性润滑剂,适于使用该润滑剂的金属加工方法和设备 - Google Patents

水溶性润滑剂,适于使用该润滑剂的金属加工方法和设备 Download PDF

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Abstract

公开了一种用于金属加工的水溶性润滑剂，它包含0.01％到小于5质量％的(A)有机羧酸金属盐，它当将1克该润滑剂在底部面积为50cm2的容器中称重，并在恒温器中于100℃保持时，量为80质量％的蒸发所要求的时间在10分钟内；0.05－20质量％的(B)非离子表面活性剂；和水。还公开了一种金属加工方法，该方法基本上包括将用于金属加工的水溶性润滑剂涂料涂布在薄壁金属板的正面和背面中的至少任一个上的步骤，和将该薄壁金属板进行冲压加工和/或切削加工的步骤。以及公开了一种金属加工设备，该设备基本上包括用于薄壁金属板的夹持装置；用于抽出该薄壁金属板的驱动装置；用于在该薄壁金属板的正面和背面中的至少任一个上涂布用于金属加工的水溶性润滑剂涂料的涂敷装置；和用于进行冲压加工和/或切削加工的加工装置，其中该涂敷装置的特征为控制该水溶性润滑剂的进料速率，以将其涂料涂布到薄壁金属板上。

Description

水溶性润滑剂，适于使用该润滑剂的金属加工方法和设备
技术领域
本发明涉及用于金属加工的水溶性润滑剂、适于使用该润滑剂的金属加工方法和用于该方法的金属加工设备。
背景技术
迄今为止采用挥发油基润滑剂用于金属加工如切削/机械加工、研磨和用于铝的塑性加工等。然而，上述润滑剂具有不足够的干燥特性，因此要求通过使用热空气等的高温干燥。考虑使用水基润滑剂代替油基润滑剂以解决此问题，但一般带来加工性能低劣的问题。在这样的情况下，热切希望开发用于金属加工的水溶性润滑剂，该润滑剂的加工性能和干燥特性优异；使用该润滑剂的金属加工方法；和用于该方法的金属加工设备。
关于水溶性切削油，已知包含烯化氧嵌段加成型非离子表面活性剂、羧酸盐和水的组合物[参考日本专利未决公开申请No.212584/2002(平14)]，但上述组合物的干燥特性和加工性能不足够。为提高加工性能，需要增加要加入的羧酸盐量。然而，由于这样增加了的量不仅劣化干燥特性，而且造成更易于腐败，因此需要增加要加入的防腐剂的量，和同时被迫增加非离子表面活性剂的量以提高每种组分的分散性。因此，结果是它的干燥特性变得越来越差。然而，为改进干燥特性的羧酸盐量的增加劣化了加工性能。在这样的情况下，不可缺少的是同时满足以上所述的对立情况。
另一方面，关于金属加工的方法和设备可利用多种技术，包括例如公开在日本专利未决公开申请No.91832/1979(昭54)中的方法，该方法涉及制造内焰圆筒体和外焰圆筒体的方法，其中将以辊的形式旋转卷绕的不锈钢板进行加工并同时抽出，和通过使用输送带式连续干燥炉进行退火和脱脂。在此方面，将会详细描述通过使用输送带式连续加工设备来制造用于热交换器并且有润滑膜的铝翅片的方法，该方法包括加工、切削/机械加工和干燥的步骤。
将以辊的形式旋转卷绕的薄壁金属板101在其端部抽出，浸入贮存迄今为止通常采用的油基润滑剂102的油浴103之中，和用油基润滑剂102进行涂敷，将该润滑剂从贮存油基润滑剂105的罐104通过进料速率控制阀106提供到油浴103中。
用于冲压加工的冲模107装配有用于加工的阴模107a-107d，而用于冲压加工的冲压头108装配有用于加工的阳模108a-108d。将薄壁金属板101由用于冲压加工的冲模107和用于冲压加工的冲压头108进行冲压加工，其后由放置在切削模109、110上的切削切刀109a、110a进行切削加工。
干燥炉111旨在干燥涂布到薄壁金属板101上的润滑剂，其装配有由加热焰或加热器组成的相对大容量的加热装置112并且装配有风扇113，风扇113将由加热装置112产生的热空气113a送至薄壁金属板101。
在通过采用常规金属加工设备来使用常规油基润滑剂的情况下，由于油基的原因而对环境施加的重负荷导致可能损害工人健康或自然环境，除非考虑了加工的方法和环境。另外，在材料表面上有润滑膜的铝板的情况下，引起的问题在于加工粉末在加工时沉积和粘附到加工工具上，因此损害加工工具和加工产品的质量。
为在这样的情况下解决上述问题，急切需要开发干燥特性优异且最小化环境负荷的用于金属加工的水溶性润滑剂。
鉴于上述情况作出了本发明，本发明的目的是提供加工性能和干燥特性优异且最小化环境负荷的用于金属加工的水溶性润滑剂；适于使用该润滑剂的金属加工方法；和金属加工设备。
发明公开
由于为达到上述目的，本发明人累积进行了深入广泛研究和调查，因此已经发现，被赋予特定性质和特征并用于金属加工的水溶性润滑剂、适于使用该润滑剂的金属加工方法和用于该方法的金属加工设备可有效地达到上述目的。在以上发现和信息的基础上完成了本发明。
具体地，本发明的要点和概述如下。
1.一种用于金属加工的水溶性润滑剂，包含0.01到小于5质量％的(A)有机羧酸金属盐，其中当将1克该润滑剂在底面面积为50cm2的容器中称重，并在恒温器中于100℃保持时，数量为80质量％的蒸发所要求的时间在10分钟内；0.05-20质量％的(B)非离子表面活性剂；和水。
2.前述项目1的用于金属加工的水溶性润滑剂，它进一步包含0.01-10质量％的(C)防腐剂和0.01-10质量％的(D)金属钝化剂。
3.前述项目1或2的用于金属加工的水溶性润滑剂，其中(A)有机羧酸金属盐是其碱金属盐或其碱土金属盐。
4.前述项目1-3中任一项的用于金属加工的水溶性润滑剂，其中在(A)有机羧酸金属盐中的有机羧酸包括一种或两种或更多种选自如下的物质：各自在有机羧酸残基中碳原子总数至少为8的直链饱和脂肪酸、直链单烯不饱和脂肪酸和二元酸。
5.前述项目1-4中任一项的用于金属加工的水溶性润滑剂，其中(B)非离子表面活性剂的碳原子总数为至多15。
6.前述项目1-5中任一项的用于金属加工的水溶性润滑剂，其中(C)防腐剂是N-(2-羟乙基)哌嗪和/或胺。
7.前述项目1-6中任一项的用于金属加工的水溶性润滑剂，其中(D)金属钝化剂是三唑化合物。
8.前述项目1-7中任一项的用于金属加工的水溶性润滑剂，其用于铝加工。
9.一种金属加工方法，它基本上包括将用于金属加工的水溶性润滑剂涂料涂布在薄壁金属板的正面和背面中的至少任一个上的步骤，和将该薄壁金属板进行冲压加工和/或切削加工的步骤。
10.前述项目9的金属加工方法，它进一步包括干燥已经粘附到薄壁金属板表面上的用于金属加工的水溶性润滑剂的步骤，或加速该干燥的步骤。
11.前述项目9或10的金属加工方法，其中通过以雾沫的形式喷淋该润滑剂或以喷溅的形式雾化该润滑剂而将用于金属加工的水溶性润滑剂涂布到薄壁金属板上。
12.前述项目9-11中任一项的金属加工方法，其中在即将进行冲压加工之前和/或在即将进行切削加工之前，或者与每个上述加工同时，将用于金属加工的水溶性润滑剂涂布到薄壁金属板上。
13.前述项目9-12中任一项的金属加工方法，其中根据薄壁金属板的类型以及表面润滑膜的存在与否、硬度和厚度来设定用于金属加工的水溶性润滑剂的涂敷量或浓度。
14.前述项目9-13中任一项的金属加工方法，其中彼此独立地设定要在冲压加工中涂布的用于金属加工的水溶性润滑剂的涂敷量或浓度，以及要在切削加工中涂布的用于金属加工的水溶性润滑剂的涂敷量或浓度。
15.前述项目7-14中任一项的金属加工方法，其中在冲压加工和/或切削加工之前稀释用于金属加工的水溶性润滑剂的起始原料以达到规定的浓度。
16.前述项目7-15中任一项的金属加工方法，其中薄壁金属板是薄壁铝板，该铝板具有润滑膜并用于热交换器的翅片材料。
17.前述项目7-16中任一项的金属加工方法，其中使用前述项目1-5中任一项的用于金属加工的水溶性润滑剂。
18.一种金属加工设备，它基本上包括用于薄壁金属板的夹持装置；用于抽出该薄壁金属板的驱动装置；用于在该薄壁金属板的正面和背面中的至少任一个上涂布用于金属加工的水溶性润滑剂涂料的涂敷装置；和用于进行冲压加工和/或切削加工的加工装置，其中该涂敷装置的特征为控制前述项目1-8中任一项的水溶性润滑剂的进料速率，以将其涂料涂布到薄壁金属板上。
19.前述项目18的金属加工设备，其中在用于进行冲压加工和/或切削加工的加工装置之前直接布置涂敷装置。
20.前述项目18或19的金属加工设备，它进一步包括用于在大约常温下干燥涂层的干燥装置。
附图简述
图1是说明根据本发明的金属加工设备的图；
图2(a)是说明在本发明中薄壁金属板1的加工过程的横断面视图；
图2(b)是说明在本发明中冲压加工的详细的横断面视图；
图3是说明经过冲压加工和切削加工的薄壁金属板的透视图；和
图4是说明常规金属加工设备的图。
附图中的符号应当具有如下指定意义。1：薄壁金属板，2：涂敷室，3：雾化喷嘴，4、9、14：水溶性润滑剂，5：水溶性润滑剂的储槽，8：水溶性润滑剂的制备设备，10：水溶性润滑剂雾化量的控制阀，11：冲压加工模，12：冲压加工冲压头，13：水溶性润滑剂的喷淋器，15：水溶性润滑剂喷淋流量的控制阀，17、18：切削模，17a，18a：切削切刀，19：用于鼓风的风扇，20：用于鼓风的喷嘴，101：薄壁金属板，102、105：油基润滑剂，103：用于涂布油基润滑剂涂料的油浴，104：油基润滑剂罐，106：油基润滑剂的进料速率控制阀，111：干燥炉，112：加热装置，113：干燥炉的风扇，113a：热空气。
实施本发明的最优选实施方案
根据本发明的用于金属加工的水溶性润滑剂包含0.01到小于5质量％的(A)有机羧酸金属盐，其中当将1克该润滑剂在底面面积为50cm2的容器中称重，并在恒温器中于100℃保持时，量为80质量％的蒸发所要求的时间在10分钟内；0.05-20质量％的(B)非离子表面活性剂；和水。
基于润滑剂总量的水含量优选是80-99.9质量％，更优选90-99.9质量％，进一步优选95-99.9质量％，特别优选97-99.9质量％；所述水是“根据本发明的用于金属加工的水溶性润滑剂”(以下有时简称为“水溶性润滑剂”)的主要成分。水含量在小于80质量％时导致差的干燥特性，而在大于99.9质量％时导致差的可加工性。
其次，作为水溶性润滑剂的组分(A)的有机羧酸金属盐旨在提高润滑性，且可以没有特殊限制地使用。作为有机羧酸金属盐中的有机羧酸，列举如下物质种类。
(1)直链饱和脂肪酸如壬酸、月桂酸、棕榈酸、硬脂酸和二十二烷酸；(2)支链饱和脂肪酸如2-甲基癸酸、6-丙基壬酸、4-甲基十二烷酸、12-甲基十三烷酸、4-甲基十四烷酸、2-乙基十四烷酸、14-甲基十七烷酸、5-甲基十八烷酸和2-丁基十八烷酸；(3)直链单烯不饱和脂肪酸如顺式-2-壬烯酸、癸烯酸、10-十一碳烯酸、5-十二碳烯酸、2-十三碳烯酸、5-十四碳烯酸、9-十四碳烯酸、顺式-6-十六碳烯酸、反式-9-十八碳烯酸、油酸、顺式-9-二十碳烯酸、反式-13-二十二碳烯酸和芥酸；(4)支化的单烯不饱和脂肪酸如3-甲基-2-壬烯酸、5-甲基-2-十一碳烯酸、5-甲基-2-十三碳烯酸和2-丙基-9-十八碳烯酸；(5)多烯不饱和脂肪酸如山梨酸、亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸、鰶鱼酸和鲱鱼酸；(6)炔属酸如塔日酸、硬脂炔酸和西门木炔酸；(7)脂环酸如夏至草酸(marrubaric acid)、副大风子酸和大风子烯酸；(8)含氧脂肪酸如桧酸、11-羟基十六烷酸、蓖麻油酸和十八碳三烯-4-酮酸；(9)直链饱和二元酸如己二酸、壬二酸和癸二酸；和支链饱和二元酸如7-乙基十六烷二羧酸；和(10)多元羧酸(不包括二元酸)如1，2，4-苯三酸、1，2，4，5-苯四酸和1，2，3，4-丁烷四羧酸。
在以上列举的有机羧酸中，优选的酸是直链饱和脂肪酸、直链单烯不饱和脂肪酸和二元酸。特别地，优选的是各自在有机羧酸残基中碳原子总数至少为8的那些，更优选的是各自在有机羧酸残基中碳原子总数至少为12的那些，和更进一步优选的是各自在有机羧酸残基中碳原子总数至少为16的那些。更具体地，在它们之中优选的酸是一种或两种或更多种选自如下的物质种类：各自在有机羧酸残基中碳原子总数至少为8的直链饱和脂肪酸、直链单烯不饱和脂肪酸和二元酸。在这些物质中，最优选的是各自的碳原子总数至少为16的二元酸。
作为在上述有机羧酸金属盐中的金属，优选使用碱金属如锂、钠和钾以及碱土金属如镁和钙。有机羧酸金属盐可以单独使用或与至少一种其它物质结合使用。
以上例示的有机羧酸金属盐的混合量是0.01到小于5质量％，优选0.01-3质量％，更优选0.01-1.5质量％，基于上述润滑剂的总量计。其混合量在小于基于上述基准的0.01质量％时，导致差的可加工性能，而其量在大于基于上述基准的5质量％时，导致差的干燥特性。
根据本发明的用于金属加工的水溶性润滑剂具有有利的干燥特性，并且当将1克该润滑剂在底面面积为50cm2的容器中称重，并在恒温器中于100℃保持时，数量为80质量％的蒸发所要求的时间在10分钟内。上述因素如以前所述的那样，由彼此影响的各种因素确定。
根据本发明的用于金属加工的水溶性润滑剂可以与(B)非离子表面活性剂、(C)防腐剂和(D)金属钝化剂混合，目的是提高液体稳定性(增溶性能)、防腐特性和防锈特性。
作为组分(B)的非离子表面活性剂不受特别限制，但其具体例子有2-乙基己基二甘醇、一缩二丙三醇、甘油、二甘醇己醚和八甘醇壬基苯基醚。在这些物质中，优选各自碳原子总数至多为15的那些，更优选各自碳原子总数至多为12的那些，和更进一步优选各自碳原子总数至多为10的那些。更具体地，特别优选的是二甘醇己醚(碳原子总数是10)和一缩二丙二醇(碳原子总数是6)。组分(B)可以单独使用或与至少一种其它物质结合使用。以上例示的组分(B)的混合量是0.05-20质量％，优选0.05-10质量％，更优选0.05-5质量％，特别优选0.05-1质量％，基于上述润滑剂的总量计。其混合量在小于基于上述基准的0.05质量％时导致对于分散其它添加剂的工作效果较低，而其量在大于基于上述基准的20质量％时不能成功地保证与大量相称的工作效果，因此引起经济上的缺点以及劣化的干燥特性。
作为组分(C)的防腐剂不受特别限制，而是可以选自各种物质，具体例子有N-(2，4-二羟基苯甲酰基)苯胺化合物；巯基酰胺羧酸或其盐；噻唑烷化合物如二甲基噻唑烷；甲基噻唑烷；和噻唑烷；聚乙烯亚胺；膦酰基丁烷-1，2，4-三羧酸或其盐；1-羟基亚乙基-1，1-二膦酸或其盐；三正丁基-正十六烷基-鏻；三正丁基-正十二烷基-鏻；四羟甲基-鏻或其盐；N-(2-羟乙基)哌嗪；胺如六氢-1，3，5-三(2-羟乙基)三嗪；二乙醇胺；单乙醇胺；吗啉；甲基二乙醇胺；三乙醇胺；和二环己胺；在这些物质中，特别优选的是N-(2-羟乙基)哌嗪和胺。组分(C)可以单独使用或与至少一种其它物质结合使用。以上例示的组分(C)的混合量是0.01-10质量％，优选0.01-2质量％，更优选0.01-0.6质量％，基于上述润滑剂的总量计。其混合量在小于基于上述基准的0.01质量％时导致对于防腐特性的工作效果较低，而其量在大于基于上述基准的10质量％时不能成功地保证与大量相称的工作效果，因此引起经济上的缺点以及劣化的干燥特性。
作为组分(D)的金属钝化剂用于吸附在金属表面上以防止腐蚀性物质接触金属。可以用作组分(D)的金属钝化剂不受特别限制，但具体例子有三唑化合物如苯并三唑、羧基苯并三唑、3-氨基三唑、4-氨基三唑、2，5-二氨基三唑、3-巯基三唑和3-氨基-5-三唑；噻唑化合物如2-巯基噻唑和2-氨基噻唑；和咪唑化合物如2-巯基咪唑和2-巯基-1-甲基咪唑。在这些物质中，特别优选的是三唑化合物。组分(D)可以单独使用或与至少一种其它物质结合使用。以上例示的组分(D)的混合量是0.01-10质量％，优选0.01-2质量％，更优选0.01-0.6质量％，基于上述润滑剂的总量计。其混合量在小于基于上述基准的0.01质量％时导致对于防锈特性的工作效果较低，而其量在大于基于上述基准的10质量％时不能成功地保证与大量相称的工作效果，因此引起经济上的缺点以及劣化的干燥特性。
可能的是，在需要时，合适地任选地向根据本发明的用于金属加工的水溶性润滑剂中混入各种添加剂如抗氧剂、消泡剂、防锈剂、粘度指数改进剂和倾点下降剂中的任何一种，这些添加剂单独或与至少一种其它物质结合混入，在不由此损害本发明目的的程度下。
抗氧剂的例子例如有胺或烷基化二苯胺、苯基-α-萘胺和烷基化-α-萘胺；和基于酚的抗氧剂如2，6-二叔丁基-对甲酚或基于硫的抗氧剂。消泡剂的例子例如有二甲基聚硅氧烷和氟代醚。防锈剂的例子例如有基于羧酸的防锈剂、基于羧酸酯的防锈剂和碱土金属的高碱性金属盐。
在需要时要使用的上述添加剂的总含量优选为至多10质量％，优选至多5质量％，基于润滑剂的总量计。
在薄壁金属板在表面上具有润滑膜的情况下，根据本发明的用于金属加工的水溶性润滑剂的涂敷量是3-12cm3，基于1m2的薄壁金属板表面积计，而在金属板不具有润滑膜的情况下，其涂敷量优选为基于上述基准的3-35cm3。
其涂敷量在小于3cm3时不能保证每种加工所要求的润滑性，也导致在冲压加工时在薄壁金属板上引起裂缝的高危险，而涂覆量在大于12或35cm3时引起干燥困难，由此造成用于干燥步骤的装置不合理地增大。
此外，优选彼此独立地设定要在冲压加工中涂布的用于金属加工的水溶性润滑剂的涂敷量或浓度，和要在切削加工中涂布的用于金属加工的水溶性润滑剂的涂敷量或浓度。
在用水稀释根据本发明的用于金属加工的水溶性润滑剂的原料的情况下，稀释比在薄壁金属板在表面上具有润滑膜的情况下是30-200，而在金属板不具有润滑膜的情况下，稀释比优选是30-100。
稀释比在小于30时导致使用浓缩的水溶性润滑剂，也导致干燥困难的可能性，由此用于干燥步骤的装置不合理地增大，而稀释比在大于100或200时，导致不能保证每种加工所要求的润滑性，和也导致在冲压加工时在薄壁金属板上引起裂缝的高危险。
如先前所述，用于金属加工的水溶性润滑剂的涂敷量和浓度由选择性的范围限制，因此优选地根据薄壁金属板的类型以及表面润滑膜的存在与否、硬度和厚度来选择上述润滑剂。通过采用这样的方式选择，可以显示有利的润滑性能，并且同时缩减相关的费用，不使用浪费的润滑剂。
在下文中，将参考附图详细描述根据本发明的金属加工方法和用于该方法的金属加工设备的实施方案。
具体地说，详细描述将作为一个例子来进行，该例子涉及用于热交换器等的铝翅片的材料，该铝翅片的表面具有亲水性膜层和另外作为上层的润滑膜层。
图1是说明根据本发明的金属加工设备的图，其中冲压加工、切削加工和干燥中的每个步骤在图1中从左向右进行。
将以辊的形式卷绕的薄壁金属板1用任意方法抽出，并引入到涂敷室2中。水溶性润滑剂的制备设备8用于在任选的浓度下制备水溶性润滑剂9和用于通过混合其原料和城市用水来临时贮存该润滑剂。将水溶性润滑剂9通过控制雾化速率的控制阀10加入涂敷室2中。通过在与薄壁金属板的冲压加工和切削加工步骤的位置相同的位置上或在其附近，进行用水稀释上述水溶性润滑剂8的原料的步骤，可以在原料的状态下处理水溶性润滑剂直到稀释步骤，而且可以降低要在分布和贮存阶段中给予的润滑剂的重量、体积和贮存量，由此可以缩减润滑剂成本。另外，通过在即将进行冲压加工和切削加工的步骤之前进行稀释步骤，可以降低处理由稀释而产生和生长的气泡的劳动。
在涂敷室2中，形式为雾沫的水溶性润滑剂4通过雾化喷嘴3喷出，由此涂敷室2的内部由形式为雾沫的润滑剂4的气氛所填充。当将薄壁金属板1引入形式为雾沫的润滑剂4的气氛中时，通过以雾沫的状态均匀沉积而由水溶性润滑剂4涂敷薄壁金属板1的表面，同时允许润滑膜层保留。在那时，布置雾化喷嘴3以便在将其背向通过涂敷室2的薄壁金属板1的情况下进行雾化。这是为防止位于薄壁金属板1表面上的水溶性润滑膜层(未在图中显示)由于水溶性润滑剂4直接雾化到薄壁金属板1上而溶解和剥离。
由于在本发明中，通过以雾沫的形式喷淋该润滑剂或以喷溅的形式雾化该润滑剂而将水溶性润滑剂作为涂料涂布到薄壁金属板1上，因此可以采用最小量的水溶性润滑剂润滑薄壁金属板1的表面而没有任何不均匀性，因此能够缩减涉及水溶性润滑剂的成本。
在润滑剂储槽5中临时贮存已经在涂敷室2中布置的过量水溶性润滑剂4a，而且当累积到其规定量时，将它从涂敷室2中通过装配有排出速率控制阀6的排液管7排出。
冲压加工模11装配有用于加工的阴模11a-11d，而冲压加工冲压头12装配有用于加工的阳模12a-12d。
用冲压加工模11和冲压加工冲压头12加工薄壁金属板。在冲压加工中，每次在冲压机进行一个冲压动作的时候，薄壁金属板相对于用于加工的阴模11a-11d或用于加工的阳模12a-12d而推进一列，由此冲压步骤通过总计四个具有次级步骤的阶段而结束。
水溶性润滑剂的喷淋器13用于以喷溅的形式将水溶性润滑剂14的涂料雾化涂布到薄壁金属板上。从水溶性润滑剂的制备设备8通过喷淋器流量的控制阀15来提供润滑剂14。
在进行冲压加工的同时，在已经完成了冲压步骤的薄壁金属板的表面上直接用水溶性润滑剂14进行涂敷，所述润滑剂14以喷溅的形式从水溶性润滑剂的喷淋器13雾化。在薄壁金属板的表面上直接涂敷水溶性润滑剂14的原因在于，在其表面上提供润滑膜层在切削加工中不如在冲压加工中那么必需，因此不需要旨在以雾沫的形式形成水溶性润滑剂气氛的设备如涂敷室2。在润滑剂储槽16中临时贮存过量的水溶性润滑剂14a，并且当累积到其规定量时，将它从润滑剂储槽16中通过装配有排出速率控制阀6的排液管7排出。
在本发明中，水溶性润滑剂的涂布在即将进行冲压加工之前进行或作为切削加工的预处理步骤进行或与其同时进行，使得在最优定时下涂布最小量的水溶性润滑剂，因此能够实现涂布而不干燥该润滑剂和缩减涉及润滑剂的成本。
切削模17、18分别装配有切削切刀17a、18a，并且将薄壁金属板进行使用切削切刀17a、18a的切削加工。
空气由用于鼓风的风扇19通过鼓风用喷嘴20而送出，并干燥在已经进行过冲压加工和切削加工的薄壁金属板表面上的水溶性润滑剂4、14。干燥步骤在大气温度下进行，但当必需时可以使用具有小容量的热源在稍高于大气温度的温度下进行。通过采用使用这样的风扇的鼓风装置和安装低温干燥干燥单元，可以完成简化的干燥单元，它省去如在采用常规单元时的大规模加热干燥单元，因此能够缩减初始投资成本以及运行和维护的支出。
由于水溶性润滑剂固有地可以通过自发干燥而干燥，因此，只要薄壁金属板在冲压加工和切削加工之后可自发地干燥，就不需要用于通过使用鼓风用风扇等的干燥步骤的装置。然而，为了显著地缩短干燥时间，可以使用现有的干燥炉或具有大容量热源的干燥炉。
图2(a)是说明通过使用用于加工的阴模11a-11d和用于加工的阳模12a-12d而在本发明中加工薄壁金属板1的加工过程的横断面视图。
在图2(a)中，采用如下顺序加工薄壁金属板1：通过成形来进行球面形塑性加工的步骤I；通过穿孔和设置圈环1b以形成孔1a的步骤II；通过减径挤压来拉伸上述圈环1b的步骤III；以及通过再扩口而向外卷绕圈环1b的末端部分1c的步骤IV。
在上述冲压加工中，在加工工具上施加高负荷，特别地，在图2(b)中所示的部分“A”上施加了最大应力。结果是，有时引起作为待加工材料的薄壁金属板1的切断或撕裂，并且引起对于各自均为加工工具的冲压加工模11和冲压加工冲压头12的损害。在这样的情况下，在上述系列冲压加工中最佳的润滑是重要的。
由于这些原因，如下情况是重要的：在冲压加工之前通过雾沫雾化涂布水溶性润滑剂4的涂料而同时不溶解掉在薄壁金属板1上的润滑膜来增加润滑性，和在切削加工之前的后续润滑时，通过喷淋器涂布润滑剂的涂料以去除外来物质如切削粉末。
优选的是，冲压加工工具由包含至少钴或镍作为粘结剂(粘合相金属)的硬质合金组成，而且在润滑剂中溶解抑制粘结剂(粘合相金属)从冲压加工工具上溶解的抑制剂。
图3是说明已经完成了冲压加工和切削加工的薄壁金属板的透视图，其中1a是通过穿孔产生的孔，1b是通过减径挤压而拉伸的圈环，而1c是向外卷绕的圈环1b的末端部分。
以上关于铝板加工的实施方案的描述可适用于钢板和铜板的加工，条件是实施方案涉及要求水溶性润滑剂的薄壁金属的冲压加工或切削加工。
在上述实施方案中，在冲压加工之前水溶性润滑剂4的涂布是基于雾化的雾沫，但可以基于包括在水溶性润滑剂中直接浸入薄壁金属板的方法或基于包括以喷溅的形式直接雾化和涂布的方法，这是由于在不对其表面涂布润滑膜层的薄壁金属板的情况下，不需要考虑润滑膜层的溶解。
此外，在上述实施方案中，在即将进行冲压加工和切削加工之前进行水溶性润滑剂4、14的涂布，但可以通过考虑用于薄壁金属板的材料、要加工的面积、加工复杂性的程度以及表面润滑膜的存在与否和厚度等，而在包括在冲压加工之前、在冲压加工时、在切削加工之前和在切削加工时的每个步骤中任意地设定如下的每一种：水溶性润滑剂的涂敷量，浓度控制等。通过采用这样的方式进行设定，可以根据各自的金属而极力地显示出润滑效果，同时，可以在每个步骤中在涂布水溶性润滑剂时进行最小要求的给予，因此能够缩减涉及水溶性润滑剂的成本。
根据本发明的金属加工设备是这样的设备，它基本上包括用于薄壁金属板的夹持装置；用于抽出该薄壁金属板的驱动装置；用于在该薄壁金属板的正面和背面中的至少任一个上涂布用于金属加工的水溶性润滑剂涂料的涂敷装置；和用于进行冲压加工和/或切削加工的加工装置，其中所述涂敷装置的特征为控制前述项目1-8中任一项的水溶性润滑剂的进料速率，以将其涂料涂布到薄壁金属板上。
根据本发明的设备仅需要可用于上述的金属加工方法，并且可以在进行冲压加工和/或切削加工的加工装置之前直接装配有涂布装置，而且大致依赖于在短时间内干燥的目的而进一步装配有使用在大约常温下或在150℃的高温下的干燥炉的干燥装置。
实施例
在下文中，将参考对比例和工作实施例更详细地描述本发明，然而绝不应当将本发明限制到这些实施例。
实施例1-10和对比例1-3
(1)用于金属加工的水溶性润滑剂的制备
通过各以如表1所示的基于润滑剂总量的量(质量％)混合表1所示的各组分来制备用于金属加工的水溶性润滑剂。对比例3涉及常规的油基润滑剂，它包含异链烷烃(在40℃下的运动粘度为2.6mm2/s)和含有16个碳原子的α-烯烃，总量为20质量％。
(2)物理特性的评价
根据如下程序进行每种润滑剂的物理特性的评价。结果见表1。
①干燥特性的测试1
由如下方法测量干燥特性：当将1克在先前项目(1)中制备的润滑剂在底面面积为50cm2的容器中称重，均匀地在容器底部上铺展，并在恒温器中于100℃保持时，测量数量为80质量％的蒸发所要求的时间(分钟)。
②干燥特性的测试2
由如下方法测量干燥特性：当将1克在先前项目(1)中制备的润滑剂在底面面积为50cm2的容器中称重，均匀地在容器底部上铺展，并在恒温器中于180℃保持时，测量残留的量。
③摩擦测试
由Bowden摩擦测试测定摩擦系数。要测试的翅片材料：裸材(摩擦测试1)，KS175，球：SUJ2(3/16英寸)(摩擦测试2)
负荷：1kg(Pmax＝97.6kPa)，速度：10mm/s，冲程：40mm，
温度：室温(25℃)
④腐败特性的测试
在由容易的培养方法培养一周之后由活细胞计数来测定腐败程度。
○：低，△：中等，×：高
⑤防锈特性的测试
将尺寸为20mm×50mm的裸材浸入30毫升样品中，在60℃下保持3天，然后检查腐蚀情况。
⑥样品的外观
目测观察样品的状态。
                                           表1-1
                                  实施例No.
  1   2   3   4   5   6
  混合量水
  96   88   86   93   99.2   88
  羧酸盐   A1   4   4   4   2   0.2
  A2   4
  A3
  A4
  表面活性剂   B1   8   8   4   0.4
  B2   8
  B3
  防腐剂   C1   1   0.5   0.1
  C2
  金属钝化剂   D1   1   0.5   0.1
   评价
  干燥特性测试1   4   4   9   5   3   4
  干燥特性测试2   4   4   5   2.5   0.3   4
  摩擦测试1(裸材)   0.12   0.12   0.12   0.13   0.18   0.13
  摩擦测试2(KS175)   0.02   0.02   0.02   0.02   0.02   0.02
  腐败特性的测试   △   △   ○   ○   ○   △
  防锈特性的测试   锈   锈   无锈   无锈   无锈   锈
  样品的外观   混浊   良好   良好   良好   良好   良好
                                                  表1-2
                    实施例No.               对比例No.
  7   8   9   10   1   2   3
  混合量水   油基润滑剂
  88   99.2   88   99.2   88   62
  羧酸盐   A1   2   4   12
  A2   0.2
  A3   4
  A4   4
  表面活性剂   B1   0.4   24
  B2   8   0.4   8
  B3   8
  防腐剂   C1   0.1   1
  C2   0.1
  金属钝化剂   D1   0.1   0.1   1
  评价
  干燥特性测试1   4   3   4   3   10＜   10＜   10＜
  干燥特性测试2   4   0.3   4   0.3   4   12   0
  摩擦测试1(裸材)   0.18   0.19   0.24   0.21   0.12   0.12   0.2
  摩擦测试2(KS175)   0.02   0.02   0.02   0.02   0.02   0.06
  腐败特性的测试   ×   ○   ×   ○   ×   ○   ○
  防锈特性的测试   锈   无锈   锈   无锈   锈   无锈   无锈
  样品的外观   良好   良好   良好   良好   良好   良好   良好
[备注]
A1：7-乙基十六烷二羧酸的Na(钠)盐
A2：油酸的K(钾)盐
A3：棕榈酸的Na(钠)盐
A4：壬酸的Na(钠)盐
B1：碳原子总数为10的二甘醇己醚
B2：碳原子总数为6的一缩二丙二醇
B3：碳原子总数为31的八甘醇壬基苯基醚
C1：N-(2-羟乙基)哌嗪
C2：吗啉
D1：苯并三唑
通过使用上述的金属加工设备和稀释到4％的润滑剂，通过包括冲压加工、切削加工和在干燥器中于160℃干燥4分钟在内的一系列步骤来制备用于空调器的热交换器翅片。结果是，获得了令人满意的性能而没有任何质量保证的问题。
工业实用性
根据本发明的用于金属加工的水溶性润滑剂是这样的水溶性润滑剂，即其在加工性能和干燥特性方面优异，最小化环境负荷，并且非常适于用作上述金属加工方法和对于该方法的加工设备的含水润滑剂。该润滑剂由于它是水溶性的而产生各种加工效果，其中可以最小化环境负荷，并且可以将过量润滑剂进行废水处理而不进行循环，因此能够稳定地使用而没有化学组成的任何变化而且容易操纵。
关于根据本发明的金属加工方法和加工设备，在薄壁金属板的冲压加工或切削加工的情况下，将水溶性润滑剂作为涂料涂布到板的正面和背面中的至少任一个上，由此可以降低环境负荷。此外，润滑剂的使用连同在干燥和脱水步骤中干燥装置如任选的鼓风装置的使用能够缩短干燥时间。此外，水溶性润滑剂的使用消除了由于液体润滑剂而造成的燃烧可能性，因此可以在冲压加工机附近布置干燥装置，从而能够缩短所述设备的管线。
此外，关于根据本发明的金属加工方法和加工设备，由于通过以雾沫的形式喷淋或以喷溅的形式雾化而将水溶性润滑剂作为涂料涂布到薄壁金属板上，因而可以用最小量的润滑剂均匀地润滑薄壁金属板的表面。
根据本发明，该方法和设备适用于具有润滑膜的铝薄壁板的加工，所述铝薄壁板用于热交换器翅片，因此能够有效地制造要用于空调器等的热交换器。

Claims (20)

1.一种用于金属加工的水溶性润滑剂，它包含0.01到小于5质量％的(A)有机羧酸金属盐，其中当将1克该润滑剂在底面面积为50cm2的容器中称重，并在恒温器中于100℃保持时，数量为80质量％的蒸发所要求的时间在10分钟内；0.05-20质量％的(B)非离子表面活性剂；和水。
2.根据权利要求1的用于金属加工的水溶性润滑剂，它进一步包含0.01-10质量％的(C)防腐剂和0.01-10质量％的(D)金属钝化剂。
3.根据权利要求1或2的用于金属加工的水溶性润滑剂，其中(A)有机羧酸金属盐是其碱金属盐或其碱土金属盐。
4.根据权利要求1-3中任一项的用于金属加工的水溶性润滑剂，其中在(A)有机羧酸金属盐中的有机羧酸包括一种或两种或更多种选自如下的物质：各自在有机羧酸残基中碳原子总数至少为8的直链饱和脂肪酸、直链单烯不饱和脂肪酸和二元酸。
5.根据权利要求1-4中任一项的用于金属加工的水溶性润滑剂，其中(B)非离子表面活性剂的碳原子总数为至多15。
6.根据权利要求1-5中任一项的用于金属加工的水溶性润滑剂，其中(C)防腐剂是N-(2-羟乙基)哌嗪和/或胺。
7.根据权利要求1-6中任一项的用于金属加工的水溶性润滑剂，其中(D)金属钝化剂是三唑化合物。
8.根据权利要求中1-7任一项的用于金属加工的水溶性润滑剂，其用于铝加工。
9.一种金属加工方法，它基本上包括将用于金属加工的水溶性润滑剂涂料涂布在薄壁金属板的正面和背面中的至少任一个上的步骤，和将该薄壁金属板进行冲压加工和/或切削加工的步骤。
10.根据权利要求9的金属加工方法，它进一步包括干燥已经粘附到薄壁金属板表面上的用于金属加工的水溶性润滑剂的步骤，或加速该干燥的步骤。
11.根据权利要求9或10的金属加工方法，其中通过以雾沫的形式喷淋该润滑剂或以喷溅的形式雾化该润滑剂而将用于金属加工的水溶性润滑剂涂布到薄壁金属板上。
12.根据权利要求9-11中任一项的金属加工方法，其中在即将进行冲压加工之前和/或在即将进行切削加工之前，或者与每个上述加工同时，将用于金属加工的水溶性润滑剂涂布到薄壁金属板上。
13.根据权利要求9-12中任一项的金属加工方法，其中根据薄壁金属板的类型以及表面润滑膜的存在与否、硬度和厚度来设定用于金属加工的水溶性润滑剂的涂敷量或浓度。
14.根据权利要求9-13中任一项的金属加工方法，其中彼此独立地设定要在冲压加工中涂布的用于金属加工的水溶性润滑剂的涂敷量或浓度，以及要在切削加工中涂布的用于金属加工的水溶性润滑剂的涂敷量或浓度。
15.根据权利要求7-14中任一项的金属加工方法，其中在冲压加工和/或切削加工之前稀释用于金属加工的水溶性润滑剂的起始原料以达到规定的浓度。
16.根据权利要求7-15中任一项的金属加工方法，其中薄壁金属板是薄壁铝板，该铝板具有润滑膜并用于热交换器的翅片材料。
17.根据权利要求7-16中任一项的金属加工方法，其中使用根据权利要求1-5中任一项的用于金属加工的水溶性润滑剂。
18.一种金属加工设备，它基本上包括用于薄壁金属板的夹持装置；用于抽出该薄壁金属板的驱动装置；用于在该薄壁金属板的正面和背面中的至少任一个上涂布用于金属加工的水溶性润滑剂涂料的涂敷装置；和用于进行冲压加工和/或切削加工的加工装置，其中该涂敷装置的特征为控制根据权利要求1-8中任一项的水溶性润滑剂的进料速率，以将其涂料涂布到薄壁金属板上。
19.根据权利要求18的金属加工设备，其中在用于进行冲压加工和/或切削加工的加工装置之前直接布置涂敷装置。
20.根据权利要求18或19的金属加工设备，它进一步包括用于在大约常温下干燥涂层的干燥装置。
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