用于塑性加工模具的冷却剂的制作方法

1.本发明涉及用于塑性加工模具的冷却剂。


背景技术：

2.当使用模具制造塑性加工制品时，有时模具会变得很热。当模具处于高温下时，它会因热而发生劣化，从而存在模具寿命缩短的问题。从提高塑性加工制品的生产效率和降低生产成本的角度，希望防止模具发生热劣化。因此，已经提出了使用冷却剂来冷却模具的方法。
3.例如，专利文献1公开了一种将冷却剂喷射到热压装置的模具的内表面上的方法，并公开了冷却水作为冷却剂。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.[专利文献1]日本特开平8-197295号公报


技术实现要素：

[0007]
发明要解决的技术问题
[0008]
本发明的目的是提供一种用于塑性加工模具的新型冷却剂。
[0009]
用于解决问题的技术方案
[0010]
为了解决上述问题，经过发明人的深入研究，发现包括含硅酸盐的矿物质和具有预定羧基的烃类化合物的冷却剂，对于塑性加工模具具有优异的冷却效果，从而完成了本发明。
[0011]
本发明示例如下：
[0012]
一种用于塑性加工模具的冷却剂，所述冷却剂包括以下成分a和成分b。
[0013]
成分a：一种或两种以上的含硅酸盐的矿物质；
[0014]
成分b：一种或两种以上的选自由脂肪族羧酸及其盐，脂肪族羟基酸及其盐，芳香族羧酸及其盐，和芳香族羟基酸及其盐组成的组中的化合物。
[0015]
发明效果
[0016]
本发明能够提供一种用于塑性加工模的新型冷却剂。因此，本发明可望有助于提高塑性加工制品的生产效率，并且降低生产成本。
具体实施方式
[0017]
下文详细描述了包括塑性加工模具冷却剂的本发明的实施方式。需要说明的是，在不脱离本发明宗旨的范围内，本发明可以作任意变化，并不限于以下实施方式。
[0018]
在一个实施方式中，本发明的塑性加工模具的冷却剂包括以下成分a和成分b。由此，塑性加工模具能够发挥出优异的冷却效果。
[0019]
成分a：一种或两种以上的含硅酸盐的矿物质；
[0020]
成分b：一种或两种以上的选自由脂肪族羧酸及其盐，脂肪族羟基酸及其盐，芳香族羧酸及其盐，和芳香族羟基酸及其盐组成的组中的化合物。
[0021]
《成分a》
[0022]
使用一种或两种以上的含硅酸盐的矿物质作为成分a。含硅酸盐的矿物质可以是天然的矿物质，也可以是合成的产品。含硅酸盐的矿物质优选包括氧化铝和/或氧化镁。此外，含硅酸盐的矿物质可以是含水的矿物质，也可以是水合物。含硅酸盐的矿物质没有特别限制，其实例包括层状含硅酸盐的矿物质和网状结构的含硅酸盐的矿物质。
[0023]
层状含硅酸盐的矿物质没有特别限制，只要sio4四面体结合成面状即可。例如，层状硅酸盐矿物质可包括：高岭石、高岭土、埃洛石、叶蛇纹石、单斜纤维蛇纹石、正交纤维蛇纹石、蜥蛇纹石、硅镁镍矿、膨润土、蒙脱石、锂蒙脱石、叶蜡石、滑石、云母(白云母、绢云母、金云母、铁云母、黑云母、锂白云母、多硅锂云母、锂云母、铁锂云母、珍珠云母等)、伊利石、海緑石(斜绿泥石、黑硬绿泥石等)、蛭石、白钙沸石、纤水硅钙、葡萄石、氟鱼眼石、羟鱼眼石、硅孔雀石等。
[0024]
网状结构的含硅酸盐的矿物质没有特别限制，只要sio4四面体结合成网状即可。例如，网状硅酸盐矿物质可包括：正长石、透长石、微斜长石、歪长石(
アノーソクレース
)、钠长石、灰冲积、透锂长石等长石；六方钾霞石、钙霞石、白榴石、方钠石、蓝方石、青金石、黝方石等似长石；钠柱石、钙柱石等柱石；斜碱沸石、方沸石、钠红沸石、贝尔伯格沸石、硅锂铝沸石、伯格斯沸石、锶沸石、重土锶沸石、菱沸石-钙、菱沸石-钠、菱沸石-钾、水硅锰钙铍石、斜发沸石-钾、斜发沸石-钠、斜发沸石-钙、刃沸石、环晶沸石-钙、环晶沸石-钠、钡沸石、剥沸石、毛沸石-钠、毛沸石-钾、毛沸石-钙、八面沸石-钠、八面沸石-钙、八面沸石-镁、镁碱沸石-镁、镁碱沸石-钾、镁碱沸石-钠、十字沸石、锌硅钠石、水钙沸石、钠菱沸石-钠、钠菱沸石-钙、钠菱沸石-钾、戈硅钠铝石、纤沸石、古柱沸石、戈塔迪石、重土十字沸石、片沸石-钙、片沸石-锶、片沸石-钠、片沸石-钾、香花石、卡利博赛特(
カリボルサイト
)、浊沸石、插晶菱沸石-钙、插晶菱沸石-钠、铍硅钠石、莫里铅沸石、针沸石、麦钾沸石、中沸石、蒙特索马石、丝光沸石、穆丁钠石、钠沸石、菱钾沸石、磷铍锂石、帕特沸石(
パルテ
沸石)、勃林沸石-钠、勃林沸石-钾、勃林沸石-钙、皮水硅铝钾石、十字沸石-钠、十字沸石-钾、十字沸石-钙、铯榴石、佬俭石(
ロッジァン
石)、钙沸石、红辉沸石、钙束沸石、钠束沸石、特拉诺瓦沸石(
テラノヴァ
沸石)、杆沸石、沙尼克沸石(
ツァーニック
沸石)、佐尔特那沸石(
ツョルトナー
沸石)、斜钙沸石、水磷铍钙石、三斜钾沸石、汤河原沸石、白榴石、铵白榴石、红硅钙锰石、赛黄晶、日光榴石、铍榴石等沸石，等等。沸石的晶体结构可以是a型、x型、β型、zsm-5型、镁碱沸石型、丝光沸石型、l型和y型中的任意一种。含硅酸盐的矿物质可以使用一种，也可以两种以上组合使用。
[0025]
《成分b》
[0026]
b成分使用选自由脂肪族羧酸及其盐、脂肪族羟基酸及其盐、芳香族羧酸及其盐、芳香族羟基酸及其盐组成的组中的一种或两种以上的化合物。
[0027]
脂肪族羧酸和脂肪族羟基酸没有特别限制，例如可以使用碳原子数为7～30的脂肪族羧酸和脂肪族羟基酸，优选使用碳原子数为8～28的脂肪族羧酸和脂肪族羟基酸，更优选使用碳原子数为12～22的脂肪族羧酸和脂肪族羟基酸。
[0028]
脂肪族羧酸是指烃中的一个或两个以上的氢原子被羧基取代的化合物。烃可以具
有一个或两个以上的双键或三键。脂肪族羧酸中的碳可以是直链、支链和/或环状连接的，但优选直链连接。通过连接成环状而构成的环可以是例如三元环、四元环、五元环、六元环等，但不限于此。环只要是非芳香环就没有特别限制，可以是饱和环也可以是不饱和环。脂肪族羧酸可以使用一种，也可以两种以上组合使用。
[0029]
脂肪族羧酸例如可以包括：丁酸、己酸、辛酸、壬酸、癸酸、十二烷酸、十四烷酸、十五烷酸、十六烷酸、十八烷酸、二十烷酸、二十二烷酸、二十八烷酸、2-乙基己酸、3,5,5-三甲基己酸、异棕榈酸、异硬脂酸、环己酸、4-甲基环己烷甲酸、羧甲基环己烷酸、2-(羧甲基)环己烷丙烯酸、9-十四碳烯酸、2-十六碳烯酸、9-十六碳烯酸、9-十八碳烯酸、9,12-十八烷酸、6,9,12-十八碳三烯酸、γ-亚麻酸、花生四烯酸、二高-γ-亚麻酸、二十碳五烯酸、二十二碳五烯酸、二十二碳六烯酸等。
[0030]
脂肪族羟基酸是指上述脂肪族羧酸的烃中的一个或两个以上的氢原子被羟基取代的化合物。脂肪族羟基酸例如可以包括：2-羟基肉豆蔻酸、3-羟基肉豆蔻酸、2-羟基棕榈酸、12-羟基硬脂酸、2-羟基二十烷酸、3-羟基-3-甲基己酸、4-羟基环己烷甲酸、3-羟基-4-甲基环己烷-1-甲酸等。脂肪族羟基酸可以使用一种，也可以两种以上组合使用。
[0031]
芳香族羧酸和芳香族羟基酸没有特别限制，例如可以使用碳原子数为7～30的芳香族羧酸和芳香族羟基酸，优选使用碳原子数为8～28的芳香族羧酸和芳香族羟基酸，更优选使用碳原子数为12～22的芳香族羧酸和芳香族羟基酸。
[0032]
芳香族羧酸是指在具有芳环的烃类化合物中一个或两个以上的氢原子被羧基取代的化合物。芳香环可以是单环型，也可以是两个环以上的多环型，在多环型的情况下，可以具有稠环。烃可以具有一个或两个以上的双键或三键。与芳环键合的烃可以是直链也可以是支链。芳香族羧酸可以使用一种，也可以两种以上组合使用。
[0033]
芳香族羧酸例如可以包括：苯甲酸、邻苯二甲酸、对苯二甲酸、3-苯基-2-丙烯酸、4-甲氧基硅酸皮酸、对乙基苯甲酸、4-乙烯基苯甲酸等。
[0034]
芳香族羟基酸可包括在上述芳香族羧酸中的一个或两个以上的氢原子被羟基取代的化合物。芳香族羟基酸的实例可包括：单羟基苯甲酸(水杨酸、3-羟基苯甲酸、4-羟基苯甲酸)、二羟基苯甲酸(2-焦儿茶酸等)、三羟基苯甲酸(没食子酸等)、4-甲基水杨酸、芥子酸、扁桃酸、3-羟基-2-苯基丙酸、羟基肉桂酸、3,4-二羟基肉桂酸、1-羟基-2-萘甲酸、3-羟基-2-萘甲酸等。芳香族羟基酸可以使用一种，也可以两种以上组合使用。
[0035]
脂肪族羧酸盐、脂肪族羟基酸盐、芳香族羧酸盐和芳香族羟基酸盐分别可以包括上述脂肪族羧酸、脂肪族羟基酸、芳香族羧酸和芳香族羟基酸的金属盐。对于金属盐没有限制，可以包括：碱金属盐(钠盐、钾盐、锂盐等)、碱土金属盐(钙盐、钡盐等)、镁盐、锌盐、铝盐等。其他的盐可以包括锡、铁、银、锑、锰和铵的盐。这些盐可以使用一种，也可以两种以上组合使用。
[0036]
冷却剂中，a成分的总质量与b成分的总质量之比优选在1.0以上且35.5以下的范围内，更优选在2.0以上且26.0以下的范围内，进一步优选在3.0以上且15.0以下的范围内。
[0037]
《溶剂》
[0038]
在一个实施方式中，本发明的冷却剂可以作为其成分a和成分b分散在溶剂中的液体提供。溶剂可以是水，也可以使用下列水混溶性有机溶剂，例如：丙酮、甲乙酮等酮类溶剂；n,n'-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺等酰胺类溶剂；甲醇、乙醇、异丙醇等醇类溶剂；乙二
醇单丁醚、乙二醇单己醚等醚类溶剂；1-甲基-2-吡咯烷酮、1-乙基-2-吡咯烷酮等吡咯烷酮类溶剂，等等。当将水混溶性有机溶剂与水混合时，没有特别限制，只要使水混溶性有机溶剂的质量相对于水混溶性有机溶剂和水的总质量的比例为50质量％以下即可，也可以是40质量％以下，30质量％以下，20质量％以下，10质量％以下。
[0039]
《其他成分》
[0040]
在一个实施方式中，本发明的冷却剂除了a成分、b成分和溶剂之外，还可以含有添加剂。添加剂例如可以添加树脂成分、分散剂、表面活性剂等，以及现有润滑剂中所使用的添加剂，但并不限于这些添加剂。
[0041]
此外，优选在冷却剂中除了a成分、b成分和溶剂之外不含有二氧化硅(
シリカ
)。因此，在本发明的冷却剂的一个实施方式中，相对于100质量％的冷却剂，二氧化硅的含有浓度为0.4质量％以下，优选为0.2质量％以下，更优选为0.1质量％以下，最优选为0质量％。
[0042]
本发明的冷却剂既可以直接使用，也可以用水等溶剂稀释后使用。冷却剂的稀释率可以根据加工对象，模具，冷却剂与模具的接触方式等进行适当调整，例如，可以在1.0倍以上且15倍以下的范围内，典型地可以在1.2倍以上且10倍以下的范围内。
[0043]
《冷却剂的制造方法》
[0044]
冷却剂可以通过将成分a和成分b与溶剂混合，并根据需要加入所需的添加剂来制造。
[0045]
在本实施方式中，上述冷却剂对于金属材料的塑性加工是有用的。具体而言，通过使冷却剂与被实施塑性加工的金属材料或塑性加工模具接触，可以高效率地进行使用该模具的塑性加工。另外，可以通过使冷却剂与金属材料或模具接触来形成皮膜，也可以使冷却液附着其上。此处对金属材料没有特别限制，可以包括：铁、钢、合金钢(例如不锈钢、铬钼钢、模具钢)、铜或铜合金、铝或铝合金、钛或钛合金等金属材料。塑性加工可以包括：锻造、金属冲压、轧制加工、挤出加工、拉丝加工、拉拔加工、拉深加工、旋压加工和弯曲加工，但不限于这些加工方式。本发明的塑性加工产品的制造方法可以适用于模具温度容易升高的温加工和热加工。冷却剂与所述金属材料或所述模具的接触没有特别限制，例如可以包括：浸渍法、流涂法、喷涂法或它们的组合。
[0046]
实施例
[0047]
以下，将有助于更好地理解本发明及其优点的实施例与比较例一起示出。不过，本发明不受本实施例的限制。
[0048]
(1.冷却剂的制备)
[0049]
作为成分a，使用表1所示的含硅酸盐的矿物质或二氧化硅。作为成分b，使用表1所示的各种脂肪族羧酸或其盐、脂肪族羟基酸的盐、芳香族羟基酸。
[0050]
将成分a加入水中，并在25℃下搅拌30分钟，然后加入成分b，并在25℃下进一步搅拌1小时，由此制备实施例1～16和比较例1～5的冷却剂。各冷却剂的组成如表1和表2所示。
[0051]
(2.模具冷却试验)
[0052]
对上述制备的各冷却剂进行以下模具冷却试验。
[0053]
《试验条件》
[0054]
·
圆盘状模具尺寸：φ200mm
×
厚度20mm
[0055]
·
圆盘状模具材质：ss400
[0056]
·
模具加热温度：300℃
[0057]
·
喷枪：lph-100喷枪(阿耐思特岩田制造)
[0058]
·
喷雾气压：0.2mpa
[0059]
·
模具与喷枪间的距离：200mm
[0060]
·
冷却剂喷雾量：5g
[0061]
·
模具温度测量方法：从模具侧面将热电偶插入到距模具上表面中心5mm的深度处，并测量模具的温度。
[0062]
·
热板：as one陶瓷热板(产品编号：chp-250df)
[0063]
·
均热用铝板尺寸：250mm
×
250mm
×
厚度10mm
[0064]
《试验步骤》
[0065]
(1)在热板的顶板上放置均热用铝板，再在均热用铝板上放置圆盘状模具。
[0066]
(2)在热板上开始加热，使模具温度达到300℃。
[0067]
(3)确认模具温度达到300℃并且稳定后，按以下步骤对模具进行冷却。
[0068]
·
向喷枪中装入预定量的冷却剂。
[0069]
·
用数据记录仪开始测量模具的温度。
[0070]
·
停止热板的加热，在上述的模具与喷枪间的距离、喷射气压和冷却剂用量的条件下，使用喷枪朝模具的上表面喷射冷却剂。
[0071]
·
确认到模具温度因冷却剂的喷射下降一次，然后转为升高后，结束数据记录仪的测量。
[0072]
(4)除去附着在模具上的冷却剂，返回到步骤(2)，进行下一个试验。
[0073]
模具冷却试验后，基于数据记录仪的结果，确认通过各冷却剂喷射，模具温度下降一次时的模具的最低温度值，并求出模具温度从300℃的最大下降量(℃)。对于各冷却剂的模具冷却性能评价，基于模具温度的最大下降量进行如下分类，并将结果示于表1和表2。
[0074]
s：45℃以上
[0075]
a：40℃以上且小于45℃
[0076]
b：35℃以上且小于40℃
[0077]
c：30℃以上且小于35℃
[0078]
d：小于30℃
[0079]
(3.用环压缩试验法测量摩擦系数)
[0080]
对于上述制备的各冷却剂，通过环压缩试验法测量了摩擦系数。
[0081]
将尺寸为外径30mm
×
内径15mm
×
厚度10mm，材质为s45c的球状退火材料的环，在马弗炉中加热至1000℃并保持5分钟。通过将热电偶焊接到环上来测量环的温度。
[0082]
准备上下各一块尺寸为φ50.8mm
×
厚度10mm，材质为skd61(淬火)的平模具。将该上下模具加热到300℃后，用喷枪(lph-100(阿耐思特岩田制造))在喷射气压为0.2mpa、喷射时间为2秒的条件下，向上下模具的与环接触的面喷射各冷却剂。
[0083]
接着，将加热至1000℃的环夹在涂敷了冷却剂后的上下模具之间，使用2000kn曲柄压力机(msf200(福井机械制造))，以加工速度为30spm、压缩率为52％的条件进行压缩。
[0084]
测量压缩后的环的内径和厚度，计算内径变化率，并使用cae解析软件(cold form)描绘压缩率-内径变化率的理论曲线，从而求出了各冷却剂的摩擦系数(μ)。将各冷却
剂的摩擦系数的评价进行如下分类，并将结果示于表1和表2。
[0085]
s：小于0.1
[0086]
a：0.1以上且小于0.14
[0087]
b：0.14以上且小于0.18
[0088]
c：0.18以上且小于0.22
[0089]
d：0.22以上
[0090]
[表1-1]
[0091][0092]
[表1-2]
[0093]
(上接表1-1)
[0094][0095]
[表2]
[0096]