专利名称：混合电解离子水的水溶性切削油及其制备装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水溶性切削油，它含有电解离子水，用以防止用于切削加工或研削加工等的水溶性切削油的腐败、增加加工性能、并防止磨石所造成的孔堵塞。本发明还涉及一种所述水溶性切削油的制备装置。
研削磨石是将莫氏硬度9以上的研磨粒用粘结剂固定在圆板上，其表面则使少量的研磨粒的尖头突起。以切削工具来说，被认为是具有很多刀刃的工具。其中一个研磨粒切削被加工件的状态使研磨粒形成不规则形状，且其大小在5至4000μm，但以其外形尺寸的数分之1形成从磨石表面突出的刀刃。利用刀刃的突起形状，以接近圆弧的轨迹进行摩擦擦过被加工件表面、产生塑性变形、左右拱起、取出切削屑的切削等作用。
虽然一般认为切削工具切削的速度为10m至数100m/分，但研削时却有1000至4800m/分左右。因而，研磨粒刀刃附近的温度达到1000℃以上的情况很多，所以，在各刀刃之间会发生切削屑等熔附而使磨石面的孔堵塞。
很久以前，因经验累积，已知油最利于防止熔附或磨损并减低摩擦，还已知在切削点上注下油即可获得漂亮的加工面。而现在，为了冲洗切削屑以及防止被加工物或工作机械生锈等，切削加工时一定要使用油性的切削油。
金属加工用油可分为已知所使用的物油与动植物油的单独混合油的非水溶性切削油；以及由物油、表面活性剂、胺类、无机碱、水等构成的水溶性切削油两大类。
已知用来作为切削油的非水溶性油也因为切削的物理性、机械工程学的分析等进一步改良，现在，出售许多研磨性能非常优良的切削油。但是，其基本的特征为，操作时产生冒烟、着火、雾等操作环境上的诸多问题。而且，切削油的价格昂贵，现在仅用于重视加工精度与尺寸的齿轮，以及螺丝等整体形状切削等有限用途才使用等有限用途价格昂贵的CBN磨石、金刚石磨石进行切削加工。
但是，另一方面，由于二次大战后汽车产业及相关产业的大生产方式确立并促使冷却剂槽大型化而表现出对预防火灾的需要，石油危机所致的石油制品价格上涨，以NC(以数值控制进行零件加工的工作机械)化及功能自动加工机器(内藏自动工具交换装置，也附有按照需要交换工具、且可以以一台处理多种类加工的工作机械装置、也附有NC装置)为代表的自动化及节省人工化的潮流等，使水溶性切削油大量被使用。现在的切削油中水溶性切削油占有的比率变得非常大。
另外，随着水溶性切削油使用比率增加，因微生物而产生腐败的问题便接踵而至。水溶性切削油受到微生物的影响，将产生乳液的分离、凝集·沉淀的生成、恶臭、白浊·变色、粘度降低、pH值的变化等现象，从而降低作为水溶性切削油的性能以致不得不进行更换。
为解决这些问题而研究添加各种抗菌物质。迄今虽添加三、吗啉类、硝基甲烷类、酚类等抗菌物质于水溶性切削油中作为防腐剂，但即使添加这些防腐剂，经过一定时期的使用，也经常发生腐败。
从腐败的水溶性切削油，可检验出许多大肠杆菌(Escherichia coli)、克雷白氏肺炎杆菌属(Klebsiella pneumoniae)、副大肠杆菌种(Paracolabactum sp.)、普通变形杆菌(Proteus vulgaris)、绿脓杆菌(Pseudomonas aeruginosa)、食油假单胞菌(Pseudomonas oleovorans)、伤寒杆菌(Salmonella typhosa)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)等需氧性细菌。此外，在周末等时间当机械停止工作，液体不再流动时会繁殖脱硫脱硫弧菌(Desulfovibrio desulfuricans)等厌氧性菌，并产生硫化氢而成为恶臭的原因。并且，绿脓杆菌、食油假单胞菌等假单胞菌属菌使以往的抗菌剂难以起作用，故需要可防止这些细菌繁殖的切削油。
但是，投入药剂的方法，在腐败的初期阶段，虽可延缓腐败的进行，但却难以有效地防止腐败。而且，杀菌力强的药剂的加入浓度一旦有误，不仅操作者有危险，在最后处理阶段，有因为对活性污泥的微生物杀菌或排水而对河川等生态带来恶劣影响的危险。
此外，为稀释水溶性切削油所使用的水是地下水、自来水、工业用水等，因此在混合前即有细菌存在。
再者，为增加切削性能，须要在切削油内添加乳化剂以促进与水的乳化，但因水本身不具乳化作用，而无法进行完全的乳液化，从而有降低工具寿命的问题。
研削加工时，被加工物中的铁与水溶性切削油中的水反应时会生成氢氧化亚铁(Fe(OH)2)，但该氢氧化亚铁氧化后会变成氢氧化铁(FeO(OH))。氢氧化铁因还原性强，所以会生成如Fe-O-Fe的复合错盐，再缩合生成多核错盐，然而此多核错盐因为是胶质状的凝胶化物，因此由于切削屑在磨石表面形成的凝胶化物附着于研磨粒之间，而成为磨石的孔堵塞的原因。
本发明是以解决上述问题为目的。
本发明为达到上述目的，提供一种水溶性切削油，将氧化还原电位为-100mV至-1000mV的还原力强的电解离子水混合于切削油中，以产生大量的氢氧根离子(OH-)、并包围超越负电荷而与细菌混杂的构造蛋白质，并利用静电力在相同符号的电荷间产生相互的排斥力，使构造蛋白质剥落，使内部的核物质(DNA)也流出，并消灭细菌以防止液体的腐败。
而且，如第2图所示，在低氧化还原电位的状态，已知细菌无法生存。(参照东京大学出版会、「微生物生态入门」服部勉着)。
并且，本发明的水溶性切削油，其特征为将水予以电解而产生电解现象，以破坏氢的结合，使分子中原子间距离与H-O-H的角度产生细微的变化，并生成具有如阴离子表面活性物质形式的羟基离子，由于该离子的表面活性作用容易乳化，且使用电解离子水，从而可促进乳化并提高加工性能、而延长工具寿命。
此外，本发明的水溶性切削油的特征为在研削加工时，由于使用还原性高的电解离子水，可抑制磨石与被加工物之间产生的氢氧化亚铁氧化，并抑制成为孔堵塞原因的多核错盐的生成，以防止磨石的孔堵塞。
本发明的水溶性切削油是由电解离子水生成装置1所获得pH值在8.0至13.0的水，和/或，将氧化还原电位为-100mV至-1000mV的电解离子水，以液面传感器进行液面管理，而将水送到混合槽3内，当液面传感器感测到适量时，则停止电解离子水的送水，再以定量泵浦4将上述切削油从切削油槽5送入，并以搅拌机6边搅拌边混合而获得。
图2是相对于水的pH值与氧化还原电位的细菌的生存范围(斜线部)的说明图。
在此使用的电解离子水是用自来水作为原料，将其通入软水机2(日本练水(株)制造的ME-5S型、使用离子交换树脂强酸性苯乙烯离子交换树脂(钠型))，使钙离子浓度及镁离子浓度成为0.005mmol/dm3以下。并添加碳酸钠，使碳酸钠浓度成为2.0mmol/dm3。
在电解离子水生成装置1的有隔膜的电解槽中进行上述水的电解，可获得碱性水作为电解离子水。电解的条件是施加电压DC60V、电流密度1.0A/dm2、产量1L/分。
并且，为比较而使用自来水(滋贺县东浅井郡琵琶町的自来水)。
切削油槽5内的切削油，是以规格为JISK 2241的W1种的乳液型(emulsion type)与W2种的透明乳液型(soluble type)分别作为水溶性切削油A、B。
如
图1所示，以液面传感器7进行液面管理而由电解离子水生成装置1将上述电解离子水送入混合槽3内，当液面传感器7感测到适量时，则停止电解离子水的送水，再以定量泵浦4将上述切削油从切削油槽5送入，并以搅拌机6一面搅拌一面混合而制造。此时的浓度为1％至20％。
将由上述制备装置所制备的水溶性切削液，通过进给泵浦8送入需要切削液的车床加工机、多功能自动加工机床等加工机。[实施例1]关于细菌的繁殖、产生臭味的评定，如下所述。
将经过电解离子水及自来水稀释的各水溶性切削油A、B移至30ml玻璃器皿中，并以取下各玻璃器皿盖子的状态放置于屋外24小时后，盖上盖子，并保持在37℃的恒温槽内4天及7天。
然后，将上述各液体，按照标准琼脂平板培养法检测一般细菌数(生菌数)，而按照GAM琼脂平板厌氧培养法分别进行测量；关于臭气，则是将水溶性切削液放置于容量20L的槽内，并在测量臭气时，使液体起泡而产生空气并使用臭气计测器(创造系统股份有限公司的C-GC-329高感度氧化锡类、热线型烧结半导体传感器)将该空气的臭气数值化。将其结果显示于表1。
表1
切削油A(乳液型、JIS K 2241 W1种)切削油B(透明乳液型、JIS K 2241 W2种)如表1所示，将电解离子水与自来水比较，其灭菌率在99％以上，可知随天数增加，其繁值率也降低。并且，关于臭气，比较7天后的切削油A时，相对于自来水的臭气1879，电解离子水的臭气215为前者1/8以下，因此可知有抑制臭气发生的效果。
关于加工性能、工具寿命，利用电解离子水及自来水稀释的各水溶性切削油A、B，以多功能自动加工机床连续进行钻孔加工，并且以钻头(drill bit)的寿命来判断。钻头直径6mm、旋转数为2800rpm、进给速度为0.1mm/次。被加工的钢板的材料是S400、厚度为30mm。
将其结果显示于表2。
表2
切削油A(乳液型、JIS K 2241 W1种)切削油B(透明乳液型、JIS K 2241 W2种)
如表2所示，从工具寿命方面来看，与自来水比较，可知与切削油的乳化性能优良的电解离子水可进行2倍以上的孔加工。[实施例3]关于研削性、磨石孔堵塞，利用电解离子水及自来水稀释的各种水溶性切削油A、B，以横轴角桌平面磨床，利用A46K磨石连续进行研磨加工，并利用磨石的孔堵塞所进行的整修次数来判断。磨石轮直径为φ205mm、圆周速度为1500m/分、进给速度为0.1mm/次来进行研磨。被加工的钢板的材料为S400，厚度为30mm。
结果如表3所示。
表3
切削油A(乳液型、JIS K 2241 W1种)切削油B(透明乳液型、JIS K 2241 W2种)如表3所示，从磨石的孔堵塞方面来看，与自来水比较起来，可知还原性高的电解离子水可不需整修而进行研削加工。
本发明的效果，是由于使用电解离子水做为水溶性切削油的溶剂，而可消除细菌的繁殖或随着细菌繁殖而产生的异臭。而且，因不须添加有害的防腐剂，可提供一个对于人和环境友好的工作场所。
而且，在加工方面，即使水溶性切削油中的乳化剂消失，电解离子水所保有的乳化性仍将持续，因此也可不降低加工性能而延长工具寿命，从而提供更能适应于自动控制加工机的水溶性切削油。
并且，使用还原性高的电解离子水，可抑制磨石与被加工物之间所产生的氢氧化亚铁的氧化的产生，并抑制成为孔堵塞的原因的多核错盐的生成，以防止磨石的孔堵塞。此外，由于产生具有如阴离子表面活性物质的羟基离子，因其表面张力小、浸透性优良，故可获得除去切削屑的最高效果。
权利要求
1.一种水溶性切削油，其特征在于包含一种pH值在8.0以上13.0以下的电解离子水；和/或氧化还原电位为-100mV到-1000mV的电解离子水。
2.一种水溶性切削油制备装置，具有电解离子水生成机1、软水机2、混合槽3、定量泵浦4、切削油槽5、搅拌机6、液面传感器、进给泵浦8。
全文摘要
本发明提供一种水溶性切削油,将电解离子水混合于水溶性切削油中,以防止水溶性切削油的腐败、增加切削加工时的加工性能、使加工工具的使用寿命延长,以及在研削加工时也有防止磨石造成孔堵塞的效果。该方法是利用电解离子水生成装置1所获得的pH值在8.0以上13.0以下的水,和/或氧化还原电位为－100mV到－1000mV的电解离子水,以液面传感器7进行液面管理,将水送到混合槽3内,液面传感器7感测到适量时,则停止电解离子水的送水,并以定量泵浦4将切削油从切削油槽5送入,一面用搅拌机6搅拌一面将混合后的水溶性切削油通过进给泵浦8供油给加工机。
文档编号C10M173/00GK1347970SQ0114191
公开日2002年5月8日 申请日期2001年9月21日 优先权日2000年9月21日
发明者高桥政之, 中川善一, 西村清司, 西塚睦 申请人:高桥金属股份有限公司