KR101096993B1 - 금속 가공용 수용성 윤활제, 그 사용에 적합한 금속 가공방법 및 금속 가공 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가공 성능 및 건조성이 우수하고 환경 부하가 매우 작은 금속 가공용 수용성 윤활제, 그 사용에 적합한 금속 가공 방법 및 금속 가공 장치를 제공한다.
상기 윤활제는 (A) 저면적 50㎠의 용기에 1g 칭량하고 100℃의 항온조에 유지하여 80질량%가 증발할 때까지의 시간이 10분 이내인 유기 카복실산 금속염 0.01질량% 이상 5질량% 미만, (B) 비이온성 계면활성제 0.05 내지 20질량%, 및 물로 이루어진다.
상기 금속 가공 방법은 박육 금속판의 표리 중 적어도 한쪽에 금속 가공용 수용성 윤활제를 도포하는 공정, 및 박육 금속판을 프레스 가공 및/또는 절삭 가공하는 공정으로 본질적으로 이루어지고, 금속 가공 장치는 박육 금속판의 수납부, 박육 금속판을 인출하는 구동 수단, 박육 금속판의 표리 중 적어도 한쪽에 금속 가공용 수용성 윤활제를 도포하는 도포 수단, 및 프레스 가공 및/또는 절삭 가공을 수행하는 가공 수단으로 본질적으로 이루어진다.
Description
본 발명은 금속 가공용 수용성 윤활제, 그 사용에 적합한 금속 가공 방법 및 금속 가공 장치에 관한 것이다.
종래, 알루미늄 등의 절삭, 연삭, 소성 가공 등의 금속 가공에는 휘발성의 오일계 윤활제가 사용되고 있지만, 건조성이 충분하지 않아서 열풍 등에 의한 고온 건조가 필요하였다. 이 문제를 해결하기 위해서는 수계로 하는 것이 생각되지만, 일반적으로 수계로 하면 가공 성능이 뒤떨어진다는 문제가 있었다. 따라서, 가공 성능을 유지하면서 건조성이 우수한 수계의 금속 가공용 윤활제의 개발과, 그것을 사용하는 금속 가공 방법 및 금속 가공 장치의 개발이 요구되고 있었다.
그런데, 수용성 절삭 유제(油濟)에 관해서는, 알킬렌 옥사이드 블록 부가형 비이온 계면활성제, 카복실산염 및 물로 이루어지는 조성물이 알려져 있지만(일본 특허공개 제 2002-212584 호 공보 참조), 건조성과 가공 성능이 불충분하였다. 가 공 성능을 향상시키기 위해서는 카복실산염의 첨가량을 증가시킬 필요가 있지만, 그렇게 하면 건조성이 악화될 뿐만 아니라, 부패되기 쉬워지기 때문에 부패방지제 등의 첨가제를 증가시키는 것이 필요해지며, 또한 각 성분의 분산성을 향상시키기 위해 비이온 계면활성제도 증량시키지 않을 수 없게 되어, 한층 더 건조성을 악화시켜 버리게 되었다. 그러나, 건조성을 개량하기 위해 카복실산염의 첨가량을 삭감하면 가공 성능이 악화되어 버리기 때문에, 이율 배반을 만족시키는 것이 필요하였다.
한편, 금속 가공 방법과 금속 가공 장치에 관해서는 여러 가지의 기술이 있고, 예컨대 일본 특허공개 제 1979-91832 호 공보에는, 석유 연소기의 내측 화염통 및 외측 화염통의 제조 방법에 관하여, 롤상으로 권취한 스테인레스판을 인출하면서 가공하여 컨베이어식 연속 건조로로 소둔 탈지하는 방법이 개시되어 있다. 여기서, 가공, 절삭 및 건조로 공정으로 이루어지는 컨베이어식 연속 가공 장치를 사용하여 열교환기용의 윤활 피막 부착 알루미늄핀을 제조하는 방법에 대하여 도 4를 사용하여 설명한다.
롤상으로 권취된 박육 금속판(101)은 단부로부터 인출되고, 종래부터 사용되어 온 오일계 윤활제(102)를 저장한 오일욕(103)에 침지되며, 오일계 윤활제(102)가 도포된다. 오일계 윤활제(102)는 오일계 윤활제(105)를 저장해 놓은 탱크(104)로부터 공급량 제어 밸브(106)를 통해 오일욕(103)에 공급된다.
프레스 가공용 다이(107)에는 가공용의 암(female) 금형(107a 내지 107d)이 설치되어 있고, 프레스 가공용 펀치(108)에는 가공용의 수(male) 금형(108a 내지 108d)이 설치되어 있다. 박육 금속판은 프레스 가공용 다이(107) 및 프레스 가공용 펀치(108)에 의해 프레스 가공된 후, 절삭용 다이(109, 110)에 설치한 절삭용 컷터(109a, 110a)에 의해 절삭 가공된다.
건조로(111)는 박육 금속판에 도포된 윤활제를 건조하기 위한 것으로, 가열용 화염 또는 히터로 이루어지는 비교적 대용량의 가열 수단(112)과, 가열 수단(112)으로 발생한 열풍(113a)을 박육 금속판에 맞히는 송풍기(113)를 갖는다.
이러한 종래의 금속 가공 장치를 이용하여 종래의 오일계 윤활제를 사용하는 경우, 오일계이기 때문에 환경에 주는 부하가 커서, 작업 방법 및 작업 환경을 배려하지 않으면 작업자의 건강 혹은 자연 환경을 손상시킬 가능성도 있었다. 또한, 재료 표면에 윤활 피막을 갖은 알루미늄판의 경우, 가공시에 가공 분말이 석출되어 가공공구에 부착됨으로써 가공 공구에 손상을 주거나 가공품의 품질을 손상시킨다는 문제도 발생하고 있었다.
상기 문제를 해결하기 위해, 건조성이 우수하고 환경 부하가 작은 금속 가공용 수용성 윤활제의 개발이 요구되고 있었다.
본 발명은 상기 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 가공 성능 및 건조성이 우수하고 환경 부하가 매우 작은 금속 가공용 수용성 윤활제, 및 그 사용에 적합한 금속 가공 방법 및 금속 가공 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
발명의 개시
본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위해 예의 연구를 거듭한 결과, 특정의 성상을 갖는 금속 가공용 수용성 윤활제, 및 그 사용에 적합한 금속 가공 방법 및 금속 가공 장치가 상기 목적을 효과적으로 달성할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
즉, 본 발명의 요지는 하기와 같다.
1. (A) 저면적 50㎠의 용기에 1g을 칭량하여 넣고 100℃의 항온조에 유지하여 80질량%가 증발할 때까지의 시간이 10분 이내인 유기 카복실산 금속염 0.01질량% 이상 5질량% 미만, (B) 비이온 계면활성제 0.05 내지 20질량%, 및 물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 가공용 수용성 윤활제.
2. (C) 부패방지제 0.01 내지 10질량% 및 (D) 금속 불활성화제 0.01 내지 10질량%를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 1에 기재된 금속 가공용 수용성 윤활제.
3. (A) 유기 카복실산 금속염이 알칼리금속염 또는 알칼리토류금속염인 상기 1 또는 2에 기재된 금속 가공용 수용성 윤활제.
4. (A) 유기 카복실산 금속염에서의 유기 카복실산이, 카복실산 잔기의 총 탄소수가 8 이상인 직쇄 포화 지방산, 직쇄 모노엔 불포화 지방산 및 이염기산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상인 상기 1 내지 3 중 어느 하나에 기재된 금속 가공용 수용성 윤활제.
5. (B) 비이온 계면활성제의 총 탄소수가 15 이하인 상기 1 내지 4 중 어느 하나에 기재된 금속 가공용 수용성 윤활제.
6. (C) 부패방지제가 N-(2-하이드록시에틸)피페라진 및/또는 아민류인 상기 1 내지 5 중 어느 하나에 기재된 금속 가공용 수용성 윤활제.
7. (D) 금속 불활성화제가 트라이아졸 화합물인 상기 1 내지 6 중 어느 하나에 기재된 금속 가공용 수용성 윤활제.
8. 알루미늄 가공용인 상기 1 내지 7 중 어느 하나에 기재된 금속 가공용 수용성 윤활제.
9. 박육 금속판의 표리 중 적어도 한쪽에 금속 가공용 수용성 윤활제를 도포하는 공정, 및 상기 박육 금속판을 프레스 가공 및/또는 절삭 가공하는 공정으로 본질적으로 이루어지는 금속 가공 방법.
10. 상기 박육 금속판의 표면에 부착된 금속 가공용 수용성 윤활제의 건조 공정 또는 상기 건조를 촉진하는 공정을 추가로 포함하는 상기 9에 기재된 금속 가공 방법.
11. 금속 가공용 수용성 윤활제를 미스트(mist)상으로 분사하거나 또는 비말상으로 분무하여 박육 금속판에 도포하는 상기 9 또는 10에 기재된 금속 가공 방법.
12. 박육 금속판에의 금속 가공용 수용성 윤활제의 도포를 프레스 가공 직전 및/또는 절삭 가공 직전, 또는 상기 각 가공과 동시에 수행하는 상기 9 내지 11 중 어느 하나에 기재된 금속 가공 방법.
13. 금속 가공용 수용성 윤활제의 도포량 또는 농도를 박육 금속판의 종류, 및 표면 윤활 피막의 유무, 경도 및 두께에 따라 설정하는 상기 9 내지 12 중 어느 하나에 기재된 금속 가공 방법.
14. 프레스 가공용으로 도포하는 금속 가공용 수용성 윤활제의 도포량 또는 농도와, 절삭 가공용으로 도포하는 금속 가공용 수용성 윤활제의 도포량 또는 농도를 각각 별개로 설정하는 상기 9 내지 13 중 어느 하나에 기재된 금속 가공 방법.
15. 프레스 가공 및/또는 절삭 가공 전에 금속 가공용 수용성 윤활제의 원재료를 희석하여 미리 설정된 농도로 하는 상기 7 내지 14 중 어느 하나에 기재된 금속 가공 방법.
16. 박육 금속판이 열교환기용의 핀 재료인 윤활 피막 부착 알루미늄 박판인 상기 7 내지 15 중 어느 하나에 기재된 금속 가공 방법.
17. 상기 1 내지 5 중 어느 하나에 기재된 금속 가공용 수용성 윤활제를 사용하는 상기 7 내지 16 중 어느 하나에 기재된 금속 가공 방법.
18. 박육 금속판의 수납부, 상기 박육 금속판을 인출하는 구동 수단, 상기 박육 금속판의 표리 중 적어도 한쪽에 금속 가공용 수용성 윤활제를 도포하는 도포 수단, 및 프레스 가공 및/또는 절삭 가공을 수행하는 가공 수단으로 본질적으로 이루어지는 금속 가공 장치로서, 상기 도포 수단에 있어서, 상기 1 내지 8 중 어느 하나에 기재된 금속 가공용 수용성 윤활제의 공급량을 제어하여 박육 금속판에 도포하는 것을 특징으로 하는 금속 가공 장치.
19. 도포 수단을, 프레스 가공 및/또는 절삭 가공을 수행하는 가공 수단의 직전에 설치한 상기 18에 기재된 금속 가공 장치.
20. 상온 부근의 온도에 의한 건조 수단을 추가로 갖는 상기 18 또는 19에 기재된 금속 가공 장치.
도 1은 본 발명의 금속 가공 장치를 나타내는 도면이다.
도 2a는 본 발명에서의 박육 금속판(1)의 가공 공정에서의 단면도이다.
도 2b는 본 발명에서의 프레스 가공의 상세 단면도이다.
도 3은 본 발명에서의 프레스 가공 및 절삭 가공을 실시한 박육 금속판의 사시도이다.
도 4는 종래의 금속 가공 장치를 나타내는 도면이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1: 박육 금속판 2: 도포실
3: 분무 노즐 4, 9, 14: 수용성 윤활제
5: 수용성 윤활제 저장소 8: 수용성 윤활제 조제기
10: 수용성 윤활제 분무량 제어 밸브 11: 프레스 가공용 다이
12: 프레스 가공용 펀치 13: 수용성 윤활제 샤워
15: 수용성 윤활제 샤워량 제어 밸브 17, 18: 절삭용 다이
17a, 18a: 절삭용 컷터 19: 공기 취입용 송풍기
20: 공기 취입용 노즐 101: 박육 금속판
102, 105: 오일계 윤활제 103: 오일계 윤활제 도포용 오일욕
104: 오일계 윤활제 탱크 106: 오일계 윤활제 공급 제어 밸브
111: 건조로 112: 가열 수단
113: 건조로용 송풍기 113a: 열풍
본 발명의 금속 가공용 수용성 윤활제는 (A) 저면적 50㎠의 용기에 1g을 칭량하여 넣고 100℃의 항온조에 유지하여 80질량%가 증발할 때까지의 시간이 10분 이내인 유기 카복실산 금속염 0.01질량% 이상 5질량% 미만, (B) 비이온 계면활성제 0.05 내지 20질량%, 및 물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 금속 가공용 수용성 윤활제(이하, 간단히 수용성 윤활제라고 하는 경우도 있다)의 주성분인 물의 양은 윤활제의 전량을 기준으로 바람직하게는 80 내지 99.9질량%이다. 보다 바람직하게는 90 내지 99.9질량%, 더욱 바람직하게는 95 내지 99.9질량%, 특히 바람직하게는 97 내지 99.9질량%이다. 80질량% 미만이면 건조성이 뒤떨어지고, 99.9질량%를 초과하면 가공성이 뒤떨어진다.
다음으로, 수용성 윤활제의 (A) 성분인 유기 카복실산 금속염은 윤활성을 향상시키는 것으로, 특별히 제한없이 사용할 수 있다. 유기 카복실산 금속염에서의 유기 카복실산으로서는 하기의 것을 들 수 있다.
(1) 노네인산, 로르산, 팔미트산, 스테아르산, 베헨산 등의 직쇄 포화 지방산, (2) 2-메틸데케인산, 6-프로필노네인산, 4-메틸도데케인산, 12-메틸트라이데케인산, 4-메틸테트라데케인산, 2-에틸테트라데케인산, 14-메틸헵타데케인산, 5-메틸옥타데케인산, 2-뷰틸옥타데케인산 등의 분지쇄 포화 지방산, (3) 시스-2-노넨산, 카프롤레산, 10-운데센산, 린데르산, 2-트라이데센산, 5-테트라데센산, 미리스톨레산, 시스-6-헥사데센산, 트랜스-9-옥타데센산, 올레산, 시스-9-에이코센산, 트랜스-13-도코센산, 에루크산 등의 직쇄 모노엔 불포화 지방산, (4) 3-메틸-2-노넨산, 5-메틸-2-운데센산, 5-메틸-2-트라이데센산, 2-프로필-9-옥타데센산 등의 분지쇄 모노엔 불포화 지방산, (5) 소르브산, 리놀레산, 리놀렌산, 아라키돈산, 클루파노돈산, 헤링산 등의 폴리엔 불포화 지방산, (6) 타리르산, 스테아롤산, 지메닌산 등의 아세틸렌산, (7) 마루바르산, 하이드노카핀산, 고를산 등의 지환식 지방산, (8) 서빈산, 얄라피놀산, 리시놀산, 리칸산 등의 질소 함유 지방산, (9) 아디프산, 아젤라산, 세바크산 등의 직쇄 포화 이염기산, 및 7-에틸헥사데케인다이카복실산 등의 분지쇄 포화 이염기산, (10) 트라이멜리트산, 피로멜리트산, 1,2,3,4-뷰테인테트라카복실산 등의 다가 카복실산(이염기산을 제외한다)을 들 수 있다.
상기 유기 카복실산 중에서는, 직쇄 포화 지방산, 직쇄 모노엔 불포화 지방산 및 이염기산이 바람직하다. 또한, 카복실산 잔기의 총 탄소수가 8 이상인 것이 바람직하고, 12 이상인 것이 보다 바람직하고, 16 이상인 것이 더욱 바람직하다. 보다 구체적으로는, 카복실산 잔기의 총 탄소수가 8 이상인 직쇄 포화 지방산, 직쇄 모노엔 불포화 지방산 및 이염기산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 것이 바람직하고, 이들 중에서도 특히 카복실산 잔기의 총 탄소수가 16 이상인 이염기산이 가장 바람직하다.
또한, 상기 유기 카복실산 금속염의 금속으로서는 리튬, 나트륨, 칼륨 등의 알칼리금속 및 마그네슘, 칼슘 등의 알카리토금속이 바람직하다. 또한, 유기 카복실산 금속염은 1종을 단독으로 사용할 수도 있고 2종 이상을 조합하여 사용할 수도 있다.
상기 유기 카복실산 금속염의 배합량은 윤활제의 전량을 기준으로 0.01질량% 이상 5질량% 미만이다. 바람직하게는 0.01 내지 3질량%이고, 보다 바람직하게는 0.01 내지 1.5질량%이다. 0.01질량% 미만이면 가공성이 뒤떨어지고, 5질량% 이상이면 건조성이 뒤떨어진다.
본 발명의 금속 가공용 수용성 윤활제는 건조성이 양호하여, 저면적 50㎠의 용기에 1g을 칭량하여 넣고 100℃의 항온조에 유지하여 80질량%가 증발할 때까지의 시간이 10분 이내이다. 이 인자는 전술한 바와 같이 다양한 인자가 얽혀 결정되는 것이다.
본 발명의 수용성 윤활제에는, 액안정성(가용화 성능), 내부패성 및 방청성을 향상시키기 위해 (B) 비이온 계면활성제, (C) 부패방지제 및 (D) 금속 불활성화제를 배합할 수 있다.
(B) 성분의 비이온 계면활성제는 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로는, 2-에틸헥실다이에틸렌 글라이콜, 다이프로필렌 글라이콜, 글라이세린, 다이에틸렌 글라이콜 헥실 에터, 옥타에틸렌 글라이콜 노닐페닐 에터 등을 들 수 있다. 이들 중에서는, 총 탄소수 15 이하의 것이 바람직하고, 12 이하의 것이 보다 바람직하고, 10 이하의 것이 더욱 바람직하다. 보다 구체적으로는, 다이에틸렌 글라이콜 헥실 에터(총 탄소수 10) 및 다이프로필렌 글라이콜(총 탄소수 6)이 특히 바람직하다. (B) 성분은 1종을 단독으로 사용할 수도 있고 2종 이상을 조합하여 사용할 수도 있다. 그 배합량은 윤활제의 전량을 기준으로 0.05 내지 20질량%, 바람직하게는 0.05 내지 10질량%, 더욱 바람직하게는 0.05 내지 5질량%, 특히 바람직하게는 0.05 내지 1질량%이다. 0.05질량% 미만이면 다른 첨가제를 분산시키는 효과가 작고, 20질량%를 초과하면 양이 많은 것 치고는 효과가 작아 경제적으로 불리해지며, 건조성도 악화된다.
(C) 성분의 부패방지제는 특별히 한정되지 않고, 각종의 것을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 2,4-다이하이드록시벤조산 아닐라이드 화합물; 머캅토아마이드카복실산 또는 그 염; 다이메틸싸이아졸리딘, 메틸싸이아졸리딘, 싸이아졸리딘 등의 싸이아졸린 화합물; 폴리에틸렌 이민; 2-포스포뷰테인-1,2,4-트라이카복실산 또는 그 염; 1-하이드록시에틸리덴-1,1-다이포스폰산 또는 그 염; 트라이-n-뷰틸-n-헥사데실-포스포늄, 트라이-n-뷰틸-n-도데실-포스포늄, 테트라키스-하이드록시메틸-포스포늄 또는 이들의 염; N-(2-하이드록시에틸)피페라진; 헥사하이드로-1,3,5-트리스(2-하이드록시에틸)트라이아진, 다이에탄올아민, 모노에탄올아민, 모폴린, 메틸다이에탄올아민, 트라이에탄올아민, 다이사이클로헥실아민 등의 아민류 등을 들 수 있다. 이들 중에서는, N-(2-하이드록시에틸)피페라진 및 아민류가 특히 바람직하다. (C) 성분은 1종을 단독으로 사용할 수도 있고 2종 이상을 조합하여 사용할 수도 있다. 그 배합량은 윤활제의 전량을 기준으로 0.01 내지 10질량%, 바람직하게는 0.01 내지 2질량%, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.6질량%이다. 0.01질량% 미만이면 내부패성의 효과가 작고, 10질량%를 초과하면 양이 많은 것 치고는 효과가 작아 경제적으로 불리해지며, 건조성도 악화된다.
(D) 성분의 금속 불활성화제는 금속 표면에 흡착되어 금속과 부식성 물질이 접촉하는 것을 막기 위해 사용하는 것이다. 사용할 수 있는 금속 불활성화제로서는 특별히 제한은 없지만, 벤조트라이아졸; 카복시벤조트라이아졸; 3-아미노트라이아졸, 4-아미노트라이아졸, 2,5-다이아미노트라이아졸, 3-머캅토트라이아졸, 3-아미노-5-트라이아졸 등의 트라이아졸 화합물; 2-머캅토싸이아졸, 2-아미노싸이아졸 등의 싸이아졸 화합물; 2-머캅토이미다졸, 2-머캅토-1-메틸이미다졸 등의 이미다졸 화합물 등을 들 수 있다. 이들 중에서는 트라이아졸 화합물이 특히 바람직하다. (D) 성분은 1종을 단독으로 사용할 수도 있고 2종 이상을 조합하여 사용할 수도 있다. 그 배합량은 윤활제의 전량을 기준으로 0.01 내지 10질량%, 바람직하게는 0.01 내지 2질량%, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.6질량%이다. 0.01질량% 미만이면 방청성의 효과가 작고, 10질량%를 초과하면 양이 많은 것 치고는 효과가 작아 경제적으로 불리해지며, 건조성도 악화된다.
본 발명의 금속 가공용 수용성 윤활제에는, 본 발명의 목적이 손상되지 않는 범위로, 필요에 따라 각종 첨가제, 예컨대 산화방지제, 소포제, 방청제, 점도지수 향상제, 유동점 강하제 등을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 적절히 함유시킬 수 있다.
여기서, 산화방지제로서는 예컨대 알킬화 다이페닐아민, 페닐-α-나프틸아민, 알킬화-α-나프틸아민 등의 아민계, 2,6-다이-t-뷰틸-p-크레졸 등의 페놀계, 및 황계 등을 들 수 있고, 소포제로서는 예컨대 다이메틸폴리실록세인, 플루오로에터 등을 들 수 있다. 또한, 방청제로서는 예컨대 카복실산계 방청제, 카복실산 에스터계 방청제, 과염기성 알칼리토류금속염류 등을 들 수 있다.
필요에 따라 사용되는 이들 첨가제의 합계 함유량은 윤활제의 전량을 기준으로 10질량% 이하가 바람직하고, 5질량% 이하가 보다 바람직하다.
또한, 수용성 윤활제의 도포량은 박육 금속판의 표면적 1평방미터에 대하여, 윤활 피막을 표면에 갖는 박육 금속판의 경우에는 3㎤ 내지 12㎤의 범위이고, 윤활 피막을 표면에 설치하지 않은 박육 금속판의 경우에는 3㎤ 내지 35㎤의 범위가 바람직하다.
도포량이 3㎤보다 적은 경우에는, 각 가공에 필요한 윤활성이 얻어지지 않고, 프레스 가공에서 박육 금속판에 균열이 발생할 위험성이 높아진다. 또한, 도포량이 12㎤ 또는 35㎤보다 많은 경우에는, 용이하게 건조되지 않아 건조 공정의 설비가 터무니없이 커질 가능성이 있다.
또한, 프레스 가공용으로 도포하는 수용성 윤활제의 도포량 또는 농도와, 절삭 가공용으로 도포하는 수용성 윤활제의 도포량 또는 농도를 각각 별개로 설정하는 쪽이 바람직하다.
또한, 상기 수용성 윤활제의 원재료를 물로 희석하는 희석 배율은, 윤활 피막을 표면에 갖는 박육 금속판의 경우에는 30 내지 200의 범위이고, 윤활 피막을 표면에 설치하지 않은 박육 금속판의 경우에는 30 내지 100의 범위가 바람직하다.
희석 배율이 30보다 작은 경우에는, 농도가 높은 수용성 윤활제를 사용하게 되고 용이하게 건조되지 않아 건조 공정의 설비가 터무니없이 커질 가능성이 있다. 또한, 희석 배율이 100 또는 200보다 큰 경우에는, 각 가공에 필요한 윤활성이 얻어지지 않고 프레스 가공에서 박육 금속판에 균열이 발생할 가능성이 높아진다.
이와 같이, 수용성 윤활제의 도포량 및 농도에는 선택 범위가 있으므로, 박육 금속판에 도포하는 수용성 윤활제는 박육 금속판의 종류, 및 표면 윤활 피막의 유무, 경도 및 두께에 대하여 알맞은 윤활유 도포량 또는 농도를 선택하는 것이 바람직하고, 그렇게 함으로써 쓸데없는 수용성 윤활제를 사용하는 일없이 양호한 윤활 성능을 발휘할 수 있고, 또한 비용을 삭감할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 금속 가공 방법 및 장치의 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
예로써, 열교환기 등에 사용되는 알루미늄핀용 재료로서, 알루미늄 재료의 표면에 친수성 피막층을 갖고, 추가로 그 상층에 윤활성 피막층을 갖는 알루미늄핀용 재료의 경우를 설명한다.
도 1은 본 발명의 금속 가공 장치를 나타내는 도면으로, 본 장치에서 프레스 가공, 절삭 가공 및 건조의 각 공정은 도 1의 왼쪽으로부터 오른쪽으로 향하여 진행된다.
롤상으로 감긴 박육 금속판(1)은 임의의 방법에 의해 인출되고, 도포실(2)에 도입된다. 수용성 윤활제 조제기(8)는 수용성 윤활제의 원재료와 수돗물을 혼합함으로써 수용성 윤활제(9)를 임의의 농도로 조제하여 일시 저장하는 것이다. 수용성 윤활제(9)는 분무량을 제어하는 제어 밸브(10)를 통해 도포실(2) 내에 공급된다.
한편, 상기 수용성 윤활제(9)의 원재료를 물로 희석하는 공정은 박육 금속판의 프레스 가공 및 절삭 가공 공정과 동일한 부지 내 또는 부근에서 수행함으로써, 희석 공정에 이를 때까지는 수용성 윤활제를 원재료의 상태로 다룰 수 있고, 유통이나 저장의 단계에서 관리하는 윤활제의 중량, 용적 및 재고량을 저감할 수 있어 비용을 삭감할 수 있다. 또한, 희석 공정을 프레스 가공 및 절삭 가공 공정의 직전에서 수행함으로써, 희석에 의해 발생 성장하는 거품의 처리 노동력을 저감할 수 있다.
도포실(2) 내에서는, 분무 노즐(3)로부터 미스트상의 수용성 윤활제(4)가 분출되어 도포실(2)의 내부가 미스트상의 수용성 윤활제(4)의 분위기로 만족시켜진다. 그리고, 미스트상의 윤활제(4)의 분위기 중에 박육 금속판(1)이 도입되면, 윤활 피막층을 남긴 상태로, 박육 금속판(1)의 표면에 미스트상으로 된 수용성 윤활제(4)가 균일하게 부착되어 도포된다. 이 때, 분무 노즐(3)은 도포실(2) 내를 통과하는 박육 금속판(1)에 그 뒤를 향하여 분무하도록 설치되어 있다. 이는 수용성 윤활제(4)가 박육 금속판(1)에 직접 분무됨으로써 박육 금속판(1) 표면에 있는 수용성의 윤활 피막층(도시하지 않음)이 녹아 벗겨지는 것을 막기 위해서이다.
본 발명에서는, 수용성 윤활제를 미스트상으로 분사하거나 또는 비말상으로 분무하여 박육 금속판에 도포하기 때문에, 최소량의 수용성 윤활제로 박육 금속판 표면을 얼룩없이 윤활시킬 수 있어, 수용성 윤활제에 관한 비용을 삭감할 수 있다.
도포실(2) 내에 마련되는 여분의 수용성 윤활제(4a)는 윤활제 저장소(5)에 일시적으로 저장해 두고, 소정량 축적되면 배출량 제어 밸브(6)를 설치한 드레인관(7)을 통해 도포실(2)로부터 배출된다.
프레스 가공용 다이(11)에는 가공용의 암 금형(11a 내지 11d)이 설치되어 있고, 프레스 가공용 펀치(12)에는 가공용의 수 금형(12a 내지 12d)이 설치되어 있다. 박육 금속판은 프레스 가공용 다이(11) 및 프레스 가공용 펀치(12)에 의해 프레스 가공된다. 프레스 가공에서, 박육 금속판은 프레스기가 1회 프레스 동작을 할 때마다 암 금형(11a 내지 11d) 또는 수 금형(12a 내지 12d)의 1열 만큼 진행되어 합계 4단계의 소공정을 거쳐 프레스 공정이 종료된다.
수용성 윤활제 샤워(13)는 수용성 윤활제(14)를 박육 금속판에 비말상으로 분무 도포하는 것이다. 수용성 윤활제(14)는 수용성 윤활제 조제기(8)로부터 샤워량 제어 밸브(15)를 통해 공급된다.
프레스 가공 공정과 동시 진행으로, 프레스 공정을 끝낸 박육 금속판의 표면에는, 윤활제 샤워(13)로부터 비말상으로 분무되는 수용성 윤활제(14)가 직접 도포된다. 여기서, 수용성 윤활제(14)를 박육 금속판의 표면에 직접 도포하고 있는 것은, 프레스 가공에 비해 절삭 가공에서는 박육 금속판 표면에 윤활 피막층을 설치할 필요성이 적으므로 미스트상의 수용성 윤활제의 분위기를 만들기 위한 도포실(2)과 같은 설비를 필요로 하지 않기 때문이다. 여분의 수용성 윤활제(14a)는 윤활제 저장소(16)에 일시적으로 저장해 두고, 소정량 축적되면 배출량 제어 밸브(6)를 설치한 드레인관(7)을 통해 배출된다.
본 발명에서는, 수용성 윤활제의 도포를 프레스 가공 직전에 또는 절삭 가공의 전 공정으로서, 또는 상기 가공과 동시에 수행하여 최소한의 수용성 윤활제를 최적 시기에 도포하기 때문에, 수용성 윤활제가 마르는 일없이 가공할 수 있고, 또한 수용성 윤활제에 관한 비용을 삭감할 수 있다.
절삭용 다이(17, 18)에는 각각 절삭용 컷터(17a, 18a)가 설치되어 있고, 박육 금속판은 절삭용 컷터(17a, 18a)에 의해 절삭 가공된다.
공기 취입용 송풍기(19)는 노즐(20)을 통해 송풍하여 프레스 가공 및 절삭 가공된 박육 금속판 표면의 수용성 윤활제(4, 14)를 건조시킨다. 건조는 분위기 온도에서 수행하지만, 필요에 따라 소용량의 열원 등을 이용하여 분위기 온도보다 약간 높은 온도에서 수행할 수도 있다. 이러한 송풍기에 의한 송풍 수단을 채용하거나 저온도의 건조 설비를 설치함으로써, 종래와 같은 대형 가열건조 설비 등을 필요로 하지 않는 간소한 설비로 할 수 있기 때문에, 초기 투자 및 운전 유지 비용을 삭감할 수 있다.
수용성 윤활제는 본래 자연 건조에 의해 건조할 수 있기 때문에, 프레스 가공 및 절삭 가공 후의 박육 금속판의 자연 건조가 가능하면 공기 취입용 송풍기(19) 등을 이용한 건조 공정을 위한 설비는 필요하지 않다. 그러나, 건조 시간을 대폭 단축하기 위해 기존의 건조로 또는 대용량 열원의 건조로 등을 사용할 수도 있다.
도 2a는 상기 프레스 가공용의 암 금형(11a 내지 11d) 및 수 금형(12a 내지 12d)에 의한 박육 금속판(1)의 가공 공정에서의 단면도를 나타낸 것이다.
도 2a에서, 박육 금속판(1)은 성형에 의해 구면상으로 소성 가공하는 스텝 I, 피어싱으로 구멍(1a)을 열고, 또한 칼라(1b)를 설치하는 스텝 II, 아이어닝으로 상기 칼라(1b)를 연신하는 스텝 III, 및 리플레어링(reflaring)으로 칼라(1b)의 단부(1c)를 그 외측으로 감기게 하는 스텝 IV의 각 공정의 순서로 가공된다.
상기 프레스 가공에서는 가공 공구에 대한 부하가 크고, 특히 도 2b에 도시한 A의 개소에 이러한 응력이 가장 커서, 경우에 따라서는 피가공 재료인 박육 금속판(1)을 잘라 떼는 가공 공구인 프레스 가공용 다이(11) 및 프레스 가공용 펀치(12)의 손상이 생기는 경우가 있다. 그 때문에, 상기 일련의 프레스 가공시에 윤활의 최적화가 중요하다.
그 때문에, 프레스 가공 전에서는, 박육 금속판(1)의 윤활 피막을 용출시키지 않는 미스트 분무에 의해 수용성 윤활제(4)의 도포를 실시하여 윤활성을 높이고, 후의 절삭 가공 전의 윤활에서는, 샤워에 의해 수용성 윤활제(14)의 도포를 실시하여 절삭 분말 등의 이물질을 제거하는 것에 중점을 두고 있다.
한편, 프레스 가공 공구는 적어도 코발트 또는 니켈을 바인더(결합상 금속)로서 포함하는 초경 합금으로 이루어지는 것이 바람직하고, 수용성 윤활제에는 프레스 가공 공구로부터의 바인더(결합상 금속)의 용출을 억제하는 억제제가 용해되어 있는 것이 바람직하다.
도 3은 상기 프레스 공정 및 절삭 공정을 종료한 박육 금속판의 사시도이다. 도 3에서, 1a는 피어싱으로 열린 구멍, 1b는 아이어닝으로 연신된 칼라, 그리고 1c는 외측으로 감아지게 하는 가공이 실시된 칼라(1b)의 단부이다.
한편, 상기에서는 알루미늄판 가공의 양태를 설명하였지만, 강판이나 구리판에 적용할 수도 있으며, 박육이고 수용성 윤활제가 필요한 금속의 프레스 가공 또는 절삭 가공이면 어떤 것에도 적당할 수 있다.
또한, 상기 실시형태 1에서는, 프레스 가공 전의 수용성 윤활제(4)의 도포를 미스트상의 분무로 하였지만, 원래 윤활 피막층이 표면에 적용되어 있지 않은 박육 금속판의 경우에는 윤활 피막층의 용출을 고려할 필요가 없기 때문에, 프레스 가공 전의 수용성 윤활제의 도포는 박육 금속판을 수용성 윤활제에 직접 침지하는 방법, 또는 비말상으로 직접 분무 도포하는 방법일 수도 있다.
또한, 상기 수용성 윤활제(4, 14)의 도포는 프레스 가공 직전과 절삭 가공 직전에서 수행하고 있지만, 금속 박판의 재질, 가공 면적, 가공의 복잡한 정도, 표면 윤활 피막의 유무와 그 두께 등을 고려하여, 프레스 가공전, 프레스 가공시, 절삭 가공전 및 절삭 가공시의 각 공정에서 수용성 윤활제의 도포량, 농도 등의 조정을 각각 임의로 설정할 수 있다. 그렇게 함으로써, 각각의 금속에 따른 윤활 효과를 최대한으로 발휘할 수 있고, 또한 각 공정에서 최저한 필요한 수용성 윤활제의 도포 관리를 할 수 있기 때문에, 윤활제에 관한 비용을 삭감할 수 있다.
본 발명의 금속 가공 장치는 박육 금속판의 수납부, 상기 박육 금속판을 인출하는 구동 수단, 상기 박육판의 표리 중 적어도 한쪽에 금속 가공용 수용성 윤활제를 도포하는 도포 수단, 및 프레스 가공 및/또는 절삭 가공을 수행하는 가공 수단으로 본질적으로 이루어지는 금속 가공 장치로서, 상기 도포 수단에 있어서, 상기 1 내지 8 중 어느 하나에 기재된 금속 가공용 수용성 윤활제의 공급량을 제어하여 박육 금속판에 도포하는 것을 특징으로 하는 금속 가공 장치이다.
본 발명의 장치는 이상 기술한 금속 가공 방법에 사용할 수 있는 장치이면 좋고, 프레스 가공 및/또는 절삭 가공을 수행하는 가공 수단의 직전에 도포 수단을 설치하고, 또한 상온 부근의 온도, 또는 단시간 건조의 목적에 따라서는 150℃ 정도의 고온의 건조로에 의한 건조 수단을 갖는 것일 수도 있다.
다음으로, 본 발명의 금속 가공용 수용성 윤활제에 대하여 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 예에 의해 전혀 한정되지 않는다.
실시예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 3
(1) 금속 가공용 수용성 윤활제의 조제
물에 대하여, 표 1에 나타낸 성분을, 윤활제의 전량을 기준으로 표 1-1 및 1-2에 나타낸 양(질량%)으로 배합함으로써 금속 가공용 수용성 윤활제를 조제하였다. 한편, 비교예 3은 아이소파라핀(40℃에서의 동점도; 2.6㎟/s)과 탄소수 16의 α-올레핀(20질량%)으로 이루어진 종래의 오일계 윤활제이다.
(2) 물성의 평가
각 윤활제에 대하여 하기의 요령으로 물성의 평가를 수행하였다. 그 결과를 표 1-1 및 1-2에 나타낸다.
① 건조성 시험 1
저면적 50㎠의 용기에 상기 (1)에서 조제한 윤활제 1g을 칭량하여 넣고 용기 저부에 균일하게 펼친 후, 100℃의 항온조에 유지하여 80질량%가 증발할 때까지의 시간(분)을 측정하였다.
② 건조성 시험 2
저면적 50㎠의 용기에 상기 (1)에서 조제한 윤활제 1g을 칭량하여 넣고 용기 저부에 균일하게 펼친 후, 180℃의 항온조에 유지하여 잔량(질량%)을 측정하였다.
③ 마찰 시험
바우덴(Bowden) 시험으로 마찰 계수를 구하였다.
공시 핀재: 베어(bare)재(마찰 시험 1) 및 KS175, 볼(ball): SUJ2(3/16인치)(마찰 시험 2)
하중: 1kg(Pmax=97.6kPa), 속도: 10mm/s, 스트로크: 40mm, 온도: 실온(25℃)
④ 부패성 시험
이지 컬쳐(easy culture)에 의해 1주일 후의 생균 수로부터 부패도를 구하였다.
○: 낮음, △: 중간, ×: 높음
⑤ 방청성 시험
베어재 20mm×50mm를 30ml의 시료에 침지하여 60℃에 3일간 유지한 후, 부식의 유무를 관찰하였다.
⑥ 시료 외관
육안 관찰에 의해 시료의 상태를 관찰하였다.
주) 배합 성분:
A1: 7-에틸헥사데케인다이카복실산 Na 염
A2: 올레산 K 염
A3: 팔미트산 Na 염
A4: 노네인산 Na 염
B1: 다이에틸렌 글라이콜 헥실 에터(총 탄소수 10)
B2: 다이프로필렌 글라이콜(총 탄소수 6)
B3: 옥타에틸렌 글라이콜 노닐페닐 에터(총 탄소수 31)
C1: N-(2-하이드록시에틸)피페라진
C2: 모폴린
D1: 벤조트라이아졸
상기 금속 가공 장치 및 4%로 희석한 윤활제를 사용하여 공기 조화기용 열교환기 핀의 프레스 가공, 절삭 가공, 및 건조로에 의한 160℃에서 4분간의 건조를 일련으로 수행한 결과, 품질 확보에 문제도 없이 양호한 결과가 얻어졌다.
본 발명의 금속 가공용 수용성 윤활제는 가공 성능 및 건조성이 우수하고 환경 부하가 매우 작은 수용성 윤활제이며, 상기 금속 가공 방법 및 금속 가공 장치의 수계의 윤활제로서 적합하게 사용할 수 있다. 수용성 윤활제이므로 환경 부하가 매우 낮으며, 여분의 윤활제는 재이용하지 않고 폐수 처리할 수 있기 때문에 수용성 윤활제의 조성이 변화되는 일없이 안정되게 사용할 수 있고, 취급이 용이한 등 여러 가지 효과를 나타낸다.
본 발명의 금속 가공 방법 및 금속 가공 장치에 있어서는, 박육 금속판의 프레스 가공 또는 절삭 가공에서 상기 박육 금속판의 표리 중 적어도 어느 한쪽에 수용성 윤활제를 도포하기 때문에, 환경에 대한 부하를 저감할 수 있다. 또한, 건조성이 우수한 수용성 윤활제를 사용하기 때문에, 건조 공정 및 물제거 공정에서 적절히 송풍 수단 등의 건조 수단을 이용함으로써 건조 시간의 단축화를 도모하는 것이 가능해진다. 또한, 수용성 윤활제를 사용함으로써 윤활액에 의한 인화의 가능 성이 없어지기 때문에, 건조 장치를 프레스 가공기에 근접하여 설치할 수 있어 장치의 라인을 단축할 수 있다.
또한, 본 발명의 금속 가공 방법 및 금속 가공 장치에 있어서는, 수용성 윤활제를 미스트상으로 분사하거나 또는 비말상으로 분무하여 박육 금속판에 도포하기 때문에, 최소량의 수용성 윤활제로 박육 금속판 표면을 얼룩없이 윤활시킬 수 있다.
본 발명은 열교환기용의 핀 재료인 윤활 피막 부착 알루미늄 박판의 가공에 적용할 수 있기 때문에, 공기 조화기 등에 사용하는 열교환기를 효율적으로 제조할 수 있다.
Claims (20)
- (A) 각각 카복실산 잔기의 총 탄소수가 8 이상인 직쇄 포화 지방산, 직쇄 모노엔 불포화 지방산 및 이염기산으로부터 선택되는 1종 이상의 유기 카복실산 금속염 0.01질량% 이상 5질량% 미만, (B) 다이에틸렌 글라이콜 헥실 에터 및 다이프로필렌 글라이콜로부터 선택되는 1종 이상의 비이온 계면활성제 0.05 내지 20질량% 및 물로 이루어지는 금속 가공용 수용성 윤활제로서,저면적 50㎠의 용기에 1g을 칭량하여 넣고, 100℃의 항온조에 유지하여 80질량%가 증발할 때까지의 시간이 10분 이내인 금속 가공용 수용성 윤활제.
- 제 1 항에 있어서,(C) 부패방지제 0.01 내지 10질량% 및 (D) 금속 불활성화제 0.01 내지 10질량%를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 가공용 수용성 윤활제.
- 제 1 항에 있어서,(A) 유기 카복실산 금속염이 알칼리금속염 또는 알칼리토류금속염인 것을 특징으로 하는 금속 가공용 수용성 윤활제.
- 삭제
- 삭제
- 제 2 항에 있어서,(C) 부패방지제가 N-(2-하이드록시에틸)피페라진, 아민류 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 금속 가공용 수용성 윤활제.
- 제 2 항에 있어서,(D) 금속 불활성화제가 트라이아졸 화합물인 것을 특징으로 하는 금속 가공용 수용성 윤활제.
- 제 1 항 내지 제 3 항, 제 6 항 및 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,알루미늄 가공용인 것을 특징으로 하는 금속 가공용 수용성 윤활제.
- 제 1 항 내지 제 3 항, 제 6 항 및 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 금속 가공용 수용성 윤활제를 이용하는 금속 가공 방법으로서,박육 금속판의 표리 중 적어도 한쪽에 금속 가공용 수용성 윤활제를 도포하는 공정, 및 상기 박육 금속판을 프레스 가공 또는 절삭 가공하거나 이들 모두의 가공을 하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 가공 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 박육 금속판의 표면에 부착된 금속 가공용 수용성 윤활제의 건조 공정 또는 상기 건조를 촉진하는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 가공 방법.
- 제 9 항에 있어서,금속 가공용 수용성 윤활제를 미스트상으로 분사하거나 또는 비말상으로 분무하여 박육 금속판에 도포하는 것을 특징으로 하는 금속 가공 방법.
- 제 9 항에 있어서,박육 금속판에의 금속 가공용 수용성 윤활제의 도포를 프레스 가공 직전, 절삭 가공 직전 또는 이들 모두의 가공 직전에 수행하거나, 또는 상기 각 가공과 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 금속 가공 방법.
- 제 9 항에 있어서,금속 가공용 수용성 윤활제의 도포량 또는 농도를 박육 금속판의 종류, 및 표면 윤활 피막의 유무, 경도 및 두께에 따라 설정하는 것을 특징으로 하는 금속 가공 방법.
- 제 9 항에 있어서,프레스 가공용으로 도포하는 금속 가공용 수용성 윤활제의 도포량 또는 농도와, 절삭 가공용으로 도포하는 금속 가공용 수용성 윤활제의 도포량 또는 농도를 각각 별개로 설정하는 것을 특징으로 하는 금속 가공 방법.
- 제 9 항에 있어서,프레스 가공, 절삭 가공 또는 이들 모두의 가공 전에 금속 가공용 수용성 윤활제의 원재료를 희석하여 미리 설정된 농도로 하는 것을 특징으로 하는 금속 가공 방법.
- 제 9 항에 있어서,박육 금속판이 열교환기용의 핀 재료인 윤활 피막 부착 알루미늄 박판인 것을 특징으로 하는 금속 가공 방법.
- 삭제
- 박육 금속판의 수납부, 상기 박육 금속판을 인출하는 구동 수단, 상기 박육 금속판의 표리 중 적어도 한쪽에 금속 가공용 수용성 윤활제를 도포하는 도포 수단, 및 프레스 가공, 절삭 가공 또는 이들 모두의 가공을 수행하는 가공 수단으로 이루어지는 금속 가공 장치로서, 상기 도포 수단에 있어서, 제 1 항 내지 제 3 항, 제 6 항 및 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 금속 가공용 수용성 윤활제의 공급량을 제어하여 박육 금속판에 도포하는 것을 특징으로 하는 금속 가공 장치.
- 제 18 항에 있어서,도포 수단을, 프레스 가공, 절삭 가공 또는 이들 모두의 가공을 수행하는 가공 수단의 직전에 설치하거나, 또는 상기 각 가공과 동시에 금속 가공용 수용성 윤활제를 도포하도록 설치한 것을 특징으로 하는 금속 가공 장치.
- 제 18 항에 있어서,상온의 온도에 의한 건조 수단을 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 금속 가공 장치.
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