肖友程，李 勝，李康春，黃福川

（廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，廣西石化資源加工及過(guò)程強(qiáng)化技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530004）

汽車板材構(gòu)件沖壓潤(rùn)滑劑的研制

肖友程，李 勝，李康春，黃福川

（廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，廣西石化資源加工及過(guò)程強(qiáng)化技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530004）

為了提高汽車板材沖壓件表面質(zhì)量和汽車沖壓工藝過(guò)程的穩(wěn)定性，通過(guò)對(duì)潤(rùn)滑劑基礎(chǔ)油及其他添加劑的考察和篩選，確定了一種新的汽車板材構(gòu)件沖壓潤(rùn)滑劑的配方。經(jīng)過(guò)一年多的實(shí)驗(yàn)研究和在國(guó)內(nèi)某汽車零件生產(chǎn)廠家的成功應(yīng)用表明，結(jié)果 汽車板材構(gòu)件沖壓潤(rùn)滑劑不僅具有良好的潤(rùn)滑性能、工間防銹性，確保板材構(gòu)件沖壓成形的質(zhì)量，而且還具有優(yōu)良的氧化安定性、冷卻性能、極壓抗磨性。此外，工廠使用后每天潤(rùn)滑劑消耗量減少28%以上，模具使用壽命提高30%，完全滿足生產(chǎn)各類型汽車板材構(gòu)件沖壓潤(rùn)滑的使用要求，性價(jià)比極高。

沖壓件；潤(rùn)滑劑；基礎(chǔ)油；添加劑

沖壓成型是一種重要的金屬加工方法，它是將外部力施壓在坯料或金屬板，使之塑性變形或分離，從而獲得零件所需性能[1]。沖壓加工所生產(chǎn)出來(lái)的沖壓件在機(jī)械、電子、電器、儀器儀表、鐵路、航天航空、船舶、汽車制造等領(lǐng)域得到應(yīng)用廣泛。沖壓加工較其他加工方法有著一定的優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在：沖壓材料利用率高；沖壓件在形狀和尺寸方面的互換性好；可加工薄壁、形狀復(fù)雜的零件；能獲得質(zhì)量較輕、強(qiáng)度高、剛性好的零件；工作效率高，操作容易，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。在現(xiàn)代制造裝備業(yè)，特別是汽車、工程機(jī)械、兵器制造裝備業(yè)中，通過(guò)沖壓成型對(duì)金屬板材進(jìn)行冷塑加工，得到的冷塑沖壓成型件不僅表面外形美觀、無(wú)損而且其強(qiáng)度大、重量輕。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料表明：一輛汽車所需的金屬零部件中超過(guò) 70%是通過(guò)沖壓加工完成的，如車身、油箱、保險(xiǎn)杠，凸輪軸、排氣彎管、消聲器、油底殼、后軸箱蓋、操縱桿、橫縱梁、車門零件等。因此，沖壓工件的制造工藝水平及質(zhì)量的高低，直接影響著汽車整車的生產(chǎn)周期、質(zhì)量、綜合性能和經(jīng)濟(jì)效益。

模具技術(shù)和沖壓工藝技術(shù)是汽車沖壓成型技術(shù)的兩大關(guān)鍵技術(shù)。模具技術(shù)要求生產(chǎn)的沖壓件達(dá)到高精度、高復(fù)雜性、高度一致性[2]。而沖壓工藝設(shè)計(jì)主要是確保所需的金屬零件在沖壓過(guò)程中，不出現(xiàn)破裂和起皺等缺陷[3]。在實(shí)施沖壓過(guò)程時(shí)，沖壓件和沖床將受到很大的沖壓力作用，材料摩擦面處于混合狀態(tài)，同時(shí)存在流體潤(rùn)滑和邊界潤(rùn)滑，局部還可能出現(xiàn)干摩擦，因此使用高質(zhì)量的沖壓潤(rùn)滑劑對(duì)沖壓件和沖床進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻是十分必要的。沖壓潤(rùn)滑劑的使用不僅能使沖壓件和沖床承受大的沖壓力，而且還能保證沖壓件不被破壞的情況下，延長(zhǎng)設(shè)備和模具的使用壽命；同時(shí)，潤(rùn)滑劑還能產(chǎn)生靜液壓作用在金屬表面凹部，使接觸面積減小，在油膜不破裂的凸出部分，形成的一層很薄的潤(rùn)滑膜。其抗剪切阻力小，從而減少材料的動(dòng)、靜摩擦。

1 研制潤(rùn)滑劑的作用及性能要求

研制的汽車板材構(gòu)件沖壓成型潤(rùn)滑劑，要求其在沖壓工藝中使用后，能保證沖壓過(guò)程的穩(wěn)定性、沖壓成型件表面的光亮、無(wú)損并且安全環(huán)保。它應(yīng)具有如下特點(diǎn)：

（1）優(yōu)異的潤(rùn)滑性，降低模具與沖壓件間的摩擦系數(shù)。在沖壓過(guò)程中，模具—沖壓件表面之間產(chǎn)生磨擦，潤(rùn)滑劑需要有效地減輕這種磨擦。擁有良好的潤(rùn)滑性能的沖壓潤(rùn)滑劑能夠在模具—沖壓件表面之間形成潤(rùn)滑膜，從而提高加工精度、質(zhì)量和降低能耗損失；

（2）良好的熱氧化安定性和抗剪切安定性。沖壓潤(rùn)滑劑在使用過(guò)程中，不僅與空氣直接接觸，而且常處在高溫高壓高剪切的工況下，容易發(fā)生油品因熱氧化而加速變質(zhì)。因此要求潤(rùn)滑劑需要優(yōu)異的熱氧化安定性和抗剪切安定性。

（3）冷卻效率高。汽車板材構(gòu)件在沖壓過(guò)程中，由于材料劇烈變形，伴隨摩擦產(chǎn)生大量的熱量，有的變形區(qū)溫度高達(dá)700 ℃。因此，要求沖壓潤(rùn)滑劑能通過(guò)對(duì)流換熱和汽化把熱量從固體（沖壓件和模具）帶走，不僅能減少模具的熱變形，提高沖壓件的制造精度，而且還能避免模具和沖壓件因摩擦產(chǎn)生的熱積累，而造成的表面拉傷燒結(jié)，延長(zhǎng)模具的使用壽命；

（4）容易洗凈。沖壓完的金屬構(gòu)件應(yīng)容易清洗掉其表面的潤(rùn)滑劑，滿足后續(xù)加工工藝如油漆、電鍍、焊接等對(duì)金屬表面質(zhì)量的要求；

（5）便于噴涂和擴(kuò)散。潤(rùn)滑劑能夠容易均勻的噴涂和在金屬?zèng)_壓件表面上擴(kuò)散；

（6）環(huán)境友好。研制的沖壓潤(rùn)滑劑滿足高生物降解率、無(wú)生物毒性等要求[4]。

2 基礎(chǔ)油的選擇

基礎(chǔ)油在潤(rùn)滑劑中占有絕大部分比重，它不僅能滿足潤(rùn)滑劑基本的潤(rùn)滑性能，而且還能為極壓抗磨劑、油性劑、防銹劑、抗氧劑、抗泡劑、金屬鈍化劑等添加劑提供載體。

L-AN全損耗系統(tǒng)油，俗稱機(jī)械油，是由精制礦油制得。L-AN全損耗系統(tǒng)油，具有良好的抗磨損性、氧化安定性，剪切安定性、抗泡性能、高粘度指數(shù)還具有優(yōu)異的防銹性、防腐蝕性、抗磨修復(fù)性，在常溫時(shí)提供有效的潤(rùn)滑保護(hù)，對(duì)機(jī)械系統(tǒng)提供良好的防護(hù)，提高機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件使用壽命。全損耗系統(tǒng)油適用于各種紡織機(jī)械、礦山機(jī)械、木業(yè)機(jī)械、造紙機(jī)械、部分工程機(jī)械和各種機(jī)床等。按其40 ℃運(yùn)動(dòng)粘度的中心值來(lái)劃分，L-AN全損耗系統(tǒng)油可分為5～150號(hào)10個(gè)粘度等級(jí)。表1為32～150號(hào)5個(gè)粘度等級(jí)全損耗系統(tǒng)用油的理化指標(biāo)。通過(guò)對(duì)比分析，采用68號(hào)全損耗系統(tǒng)用油作為沖壓潤(rùn)滑劑的基礎(chǔ)油。68號(hào)全損耗系統(tǒng)用油較32號(hào)、46號(hào)全損耗系統(tǒng)用油，其具有相對(duì)較高的粘度，以滿足模具與沖壓件接觸面間的潤(rùn)滑油膜強(qiáng)度和厚度要求。而100號(hào)、150號(hào)全損耗系統(tǒng)用油雖然粘度大，潤(rùn)滑性較強(qiáng)，但粘度增加后，潤(rùn)滑油的流動(dòng)性變差，很難流動(dòng)到間隙小的摩擦面之間，同時(shí)粘度高，冷卻性和清洗性也會(huì)受到影響。

表1 全損耗系統(tǒng)用油質(zhì)量指標(biāo)Table 1 The typical physical and properties of total loss system oil

3 復(fù)合添加劑的研究

添加劑是潤(rùn)滑劑的精髓，合理的選用，可改善基礎(chǔ)油的理化性質(zhì)，加強(qiáng)其原來(lái)具有的某種性能，拓寬應(yīng)用范圍。有些添加劑的加入還能賦予潤(rùn)滑劑新的特殊的性能，滿足更高的要求。所研制的汽車板材構(gòu)件沖壓潤(rùn)滑劑選用的是來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉的68號(hào)L-AN全損耗系統(tǒng)油，其自身的潤(rùn)滑、抗磨、防銹等性能是比較差的。因此，加入適量的極壓抗磨劑、油性劑和防銹劑等功能添加劑，以改善研制潤(rùn)滑劑的綜合性能, 滿足沖壓加工過(guò)程的要求, 減少模具和磨損, 節(jié)省能耗和延長(zhǎng)機(jī)械使用壽命。

3.1 極壓抗磨劑

2007年水利部發(fā)布的《水量分配暫行辦法》是個(gè)具有歷史意義的文件，它規(guī)定原來(lái)國(guó)家所有的水資源的使用權(quán)可以逐級(jí)分配到省 （自治區(qū)、直轄市）、縣（市、區(qū)、旗）、灌區(qū)和城鎮(zhèn)。2009年國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)的 《全國(guó)水資源綜合規(guī)劃》以及正在制定的《中長(zhǎng)期水資源供求規(guī)劃2030》，進(jìn)一步把取水總量指標(biāo)分解落實(shí)到了各個(gè)流域、省 （自治區(qū)、直轄市），各個(gè)省（自治區(qū)、直轄市）進(jìn)一步分解落實(shí)到了各個(gè)縣市。這實(shí)際上打破了國(guó)家的“大鍋水”體制，明確了各地的可取水量，要求各地根據(jù)自己的可取水量來(lái)制定自己的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和供水規(guī)劃。

汽車板材構(gòu)件沖壓工藝的潤(rùn)滑方式是一種半流體潤(rùn)滑，既存在液體潤(rùn)滑、邊界潤(rùn)滑還存在極壓潤(rùn)滑。液體潤(rùn)滑是潤(rùn)滑油在模具和沖壓件的吸附作用下，在兩者之間形成一層吸附膜，起到潤(rùn)滑的作用。在沖壓工藝中，沖壓件常處于高壓、高溫、沖擊工況下，僅由液體潤(rùn)滑形成的物理吸附膜和邊際潤(rùn)滑形成的單分子膜，是不能保證有效潤(rùn)滑的。極壓潤(rùn)滑是指通過(guò)極壓抗磨添加劑的作用，在模具與沖壓金屬表面生成一層吸附性很強(qiáng)的極壓抗磨潤(rùn)滑層，把兩個(gè)磨擦表面分開，有效地減少?zèng)_壓金屬表面燒結(jié)、劃傷和磨損。在配方中采用磷酸三甲酯和硫化異丁烯復(fù)合作為極壓劑。該復(fù)合極壓劑不僅具有良好的極壓抗磨性和抗燒結(jié)性，而且這些潤(rùn)滑膜如果被破壞還能迅速可生成新的油膜。

3.2 油性劑

油性添加劑分子在金屬表面的吸附通常是由極性基的作用，靠物理吸附或化學(xué)吸附定向地排列在金屬表面，形成牢固的吸附膜，從而在邊界潤(rùn)滑條件下改善運(yùn)動(dòng)副動(dòng)、靜摩擦性能。可用作油性劑的物質(zhì)很多，如動(dòng)植物油脂、脂肪酸、脂肪酸鹽、脂肪酸酯等[5]。一般來(lái)說(shuō)，隨著油性劑含量的增加，油膜強(qiáng)度逐漸增高，摩擦因數(shù)會(huì)降低，但增加油性劑會(huì)影響到油品的清洗性能。汽車板材在沖壓后，通常采用的是堿性脫脂清洗液進(jìn)行清洗，容易與酯類油性劑反應(yīng)生成脂肪酸皂類化合物，形成油污、乳化液，伴隨產(chǎn)生大量泡沫，影響清洗性能。因此，油性劑的選用應(yīng)從摩擦因數(shù)和便于脫脂性能等方面考察。采用棕櫚酸作為沖壓潤(rùn)滑劑的油性劑，不僅能夠滿足潤(rùn)滑劑的性能要求，而且其來(lái)源廣泛、價(jià)格便宜、不環(huán)境污染。

3.3 防銹劑

可作為沖壓潤(rùn)滑劑的防銹劑主要有磺酸鹽、酯類、脂肪胺類、酰胺類、金屬皂等一種或幾種復(fù)合而成[6]。防銹劑組分的極性集團(tuán)能有力的吸附在模具和沖壓件的表面上，形成一層牢固的保護(hù)層，使模具和沖壓件在沖壓工藝工程中，或工間存放時(shí)，不易發(fā)生銹蝕。通常，在沖壓成型后，汽車板材構(gòu)件需要放置十天甚至幾十天后，才能進(jìn)行下一步的清洗工作。在放置時(shí)期，沖壓件一般不進(jìn)行防銹處理。在沖壓加工時(shí)，涂有的沖壓潤(rùn)滑劑在沖壓件表面，容易受到空氣中水分和塵土等雜質(zhì)的混入，使沖壓件表面產(chǎn)生銹蝕顆粒。同時(shí)，沖壓件長(zhǎng)期暴露在大氣中，如果失去了沖壓潤(rùn)滑劑的防銹保護(hù)，腐蝕性氣體等接觸，受到介質(zhì)的化學(xué)或電化學(xué)作用而造成板材銹蝕。在研制油中加入石油磺酸鋇與烯基丁二酸半酯復(fù)合作為防銹劑，能有效地抑制銹蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

3.4 抗氧劑

抗氧劑的使用，能夠有效抑制油品的熱氧化，保持油品的穩(wěn)定、高效的性能，達(dá)到保護(hù)沖壓部件的目的。采用2，6-二叔丁基對(duì)甲酚與二烷基二苯胺復(fù)合，能有效地抑制潤(rùn)滑劑氧化，減小氧化速度，與防銹劑有協(xié)同效應(yīng)，并能防止酸性氧化物腐蝕金屬，延長(zhǎng)模具的使用壽命。

3.5 抗泡劑

在沖壓工藝中，泡沫是在沖壓件受到巨大壓力，與模具表面產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)的情況下產(chǎn)生的。泡沫的產(chǎn)生會(huì)使油膜的強(qiáng)度、厚度降低，沖壓件表面得不到應(yīng)有的保護(hù)；同時(shí)，潤(rùn)滑劑是完全暴露在空氣中使用，這樣更容易加速其氧化速度。因此，必須添加抗泡劑來(lái)縮短泡沫存在的時(shí)間，保證沖壓件和模具間正常潤(rùn)滑。采用二甲基硅油作為抗泡劑，能有效降低沖壓潤(rùn)滑劑的起泡能力，并破壞泡沫的穩(wěn)定性。

3.6 其他添加劑的選擇

在其他添加劑的選擇方面，采用噻二唑衍生物作為金屬鈍化劑，其具有很強(qiáng)的表面吸附能力，能有效地抑制金屬對(duì)油品的影響；采用磷酸酯作為摩擦改進(jìn)劑，能很好的提高研制潤(rùn)滑劑的抗抖動(dòng)性和抗剪切性能。另外，助劑選用的是三乙醇胺。

4 研制潤(rùn)滑劑的理化指標(biāo)

采用68號(hào)全損耗系統(tǒng)用油作為基礎(chǔ)油，并添加極壓抗磨劑、油性劑、防銹劑、抗氧劑、抗泡劑、金屬鈍化劑、摩擦改進(jìn)劑、助劑，研制出一種汽車板材構(gòu)件沖壓成型潤(rùn)滑劑。其典型理化指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 研制潤(rùn)滑劑的理化指標(biāo)Table 2 The typical physical and properties of developed lubricant

研制的潤(rùn)滑劑于2013年5月份開始在廣西某汽車零部件生產(chǎn)廠家試驗(yàn)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)報(bào)告來(lái)看，所研制的沖壓潤(rùn)滑劑較之前的潤(rùn)滑劑，有著明顯的優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)在：

（1）沖壓件表面質(zhì)量高，一次合格率相應(yīng)提高，從而減少后續(xù)檢驗(yàn)工作量；

（2）提高沖壓工作效率。使用研制的潤(rùn)滑劑后，沖壓機(jī)工作穩(wěn)定，未出現(xiàn)因潤(rùn)滑不良而造成設(shè)備故障甚至停廠的現(xiàn)象；

（3）潤(rùn)滑劑的消耗大大降低。油耗由之前的每天280～350 L降到每天不到200 L；

（4）潤(rùn)滑效果好，降低了模具磨損，模具使用壽命提高30%。

5 結(jié) 論

汽車板材構(gòu)件沖壓成型潤(rùn)滑劑，具有良好的極壓潤(rùn)滑性，能夠牢固吸附在模具和金屬板材之間形成油膜，防止產(chǎn)生劃傷、縮頸、破裂和燒結(jié)作用；集清洗、潤(rùn)滑、防銹、脫脂、冷卻、沖模粘附等多功能于一體，有良好的帶油可焊性；在工序間存放時(shí)，無(wú)銹蝕，并對(duì)沖床起到保護(hù)作用，適用于汽車板材構(gòu)件的沖壓成型過(guò)程。汽車板材構(gòu)件沖壓成型潤(rùn)滑劑已申請(qǐng)專利。

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Development of the Lubricant for Automotive Sheet Stamping Process

XIAO You-cheng，LI Sheng，LI Kang-chun，HUANG Fu-chuan
（Guangxi Key Laboratory of Petrochemical Resource Processing and Process Intensification Technology，School of Chemistry and Chemical Engineering，Guangxi University，Guangxi Nanning 530004，China）

In order to improve the surface quality of automotive stamping parts and the stability of automotive sheet stamping process, a new formula of automotive sheet stamping lubricant was determined by studying and selecting the base oil and compound additives. Physical and chemical characteristics of the lubricant were tested more than one year in the laboratory, and the lubricant was successfully applied in a domestic auto parts manufacturer. It’s found that the developed lubricant not only has good lubricating property, anti-rust to ensure the quality of automotive stamping parts, but also has excellent oxidation stability, cooling performance, anti-wear. Besides，the consumption of lubricant is reduced by more than 28% a day and the die life is increased by 30%. The developed lubricant with high performance can fully meet the lubrication requirements for the production of various types of automotive stamping parts.

Stamping parts；Lubricant；Base oil；Additive

TE 624

A

1671-0460（2014）12-2511-04

2014-07-07

肖友程（1989-），男，福建三明人，碩士研究生，研究方向：主要從事從事金屬加工潤(rùn)滑方面的研究。E-mail：leioubuchouyan@126.com。

黃福川（1963-），男，廣西南寧人，教授，工學(xué)博士，研究方向：主要從事潤(rùn)滑及摩擦材料方面的研究工作。E-mail：huangfuchuan@gxu.edu.cn。