メタル加工におけるバイオ系潤滑剤の応用

導入事例

現代の金属加工の操作は、摩擦を減らし、熱を散らすために潤滑剤に大きく依存し、ツール寿命を延ばす。 10年間、鉱物油ベースの切削液は市場を支配していますが、環境および健康の欠点は無視しにくいようになりました。生体ベースの潤滑剤 - 再生可能な生物学的ソースから由来する - 生存可能で持続可能な代替として新興しています。この記事では、金属加工における組成、利点、実世界アプリケーション、およびハードルを探索して、それでも克服します。

バイオベースの潤滑剤は何ですか?

バイオベースの潤滑油は、植物油(例えば、菜油、大豆、ヤシ、キャスター)、動物脂肪、または植物由来のエステルなどの再生可能な飼料から処方されます。それらの石油ベースのカウンターパートとは異なり、それらは一般的に生分解性であり、その極性分子構造による高濃度を提供します。一般的なベースストックには、天然トリグリセリド化学および調整されたエステルおよび温度が改善されます。

生体ベースの潤滑剤の使用は新ではありません。初期の加工液は、しばしば動物用脂肪や植物油から派生していました。今日の再サージは、厳しい環境規制、企業の持続可能性の目標、および再生可能な資源が多くのアプリケーションでミネラルオイルの性能に一致または上回ることができる成長している認識によって運転されています。

メタル加工におけるバイオ系潤滑剤の活用

生物系潤滑剤への切り替えは、環境、運用、安全面でのメリットを享受できます。

環境のメリット

鉱物油ベースの切削油は、数十年にわたり土壌と水に持続し、生態系を汚染し、コストを削減することができます。対照的に、バイオベースの潤滑剤は、OECD 301Bなどの基準に従って、容易に生物分解性を主張することができます。これは、こぼれの長期責任を減らし、廃棄物管理を簡素化します。さらに、多くのバイオベースの製剤は、成長中に飼料ストックが二酸化炭素を委託するので、より低い炭素排出量を持っています。

健康と安全の利点

メタワーク液(MWF)は、皮膚刺激、呼吸器の問題、およびその他の職業上の危険を引き起こす可能性があるバイオシド、腐食抑制剤、および極端な圧力添加剤を頻繁に含んでいます。特に、高油植物油を使用するバイオベースの潤滑剤は、揮発性を低下させ、ミスト形成を低下させました。また、従来の配合で有毒添加剤を除去し、オペレータのためのショップフロアのセーフラーを作ります。

パフォーマンスのメリット

バイオベースの潤滑剤は、長いチェーン脂肪酸の存在による優れた境界潤滑特性を展示しています。これらの分子は、金属表面に耐久性のあるフィルムを形成し、摩擦と摩耗を削減します。加工操作では、次のことに変換します。

工具寿命:] 摩擦係数が低いと、刃先の摩耗や熱負荷が減少します。
]改良された表面の終わり:[よりよい潤滑はよりきれいな切口を、二次仕上げの必要性を減らすことができます。
冷却効率:]] 常に水ベースのエマルジョンよりも優れているが、多くのバイオベースのオイルは、高比熱容量と熱伝導性、熱伝導性、熱伝導性、熱除去を持っています。

例えば、ミシガン大学の調査では、大豆油ベースの切削液が15～25%の切削工具を抑え、硬化鋼の加工を回す際に鉱物油と比較して削減したことがわかりました。

サステナビリティ・規制のアライメント

世界中の政府は揮発性有機化合物(VOC)および有害大気汚染物質の制限をきつくっています。バイオベースの潤滑剤は通常、VOCを少なくし、分解が容易です。さらに、再生可能な飼料ストックは、循環経済原則と整列し、ISO 14001やクロール対面要件などの認証をメーカーに提供するのを助けることができます。

金属加工プロセスの応用

さまざまな金属加工業務にバイオ系潤滑剤が採用されてきました。その汎用性は、成形機として拡大し、特定のプロセスに適した製品を開発しています。

回転および製粉

旋回してフライス加工では、潤滑剤は、切断ゾーンを冷却しながら、チップとツールのレーク面の間の摩擦を削減しなければなりません。キャノラまたは高油性ヒマワリ油に基づくストレートオイルは、特に適度な切断速度でこれらのアプリケーションでうまく実行します。より高い速度のために、水 - miscibleバイオベースのエマルジョンは、潤滑剤と冷却を結合するので、好まれています。

訓練およびタッピング

ディープホールの訓練とタッピングは、激しい熱を発生させ、高い極端な圧力(EP)性能で潤滑剤が必要です。硫黄-リンの添加剤を含むバイオベースの製剤は、これらの要求を満たすことができます。自動車製造におけるフィールド試験は、植物油ベースのタッピング液が、ミネラルオイル製品と比較して最大30%のトルク要件を削減することを示しています。

研削砥石

粉砕の液体は熱損傷を防ぐために工作物を洗い流し、冷却しなければなりません。生物ベースの水目に見える液体は優秀なwettingを提供し、粘着性がある残余を形作りませんのでここに牽引を得ます。彼らの低い泡の傾向はプロセス安定性をさらに改善します。

ブローチとギア切断

これらの高ストック残留操作は高潤滑性とEP保護を要求します。合成エステルと専門バイオベースのオイルは、多くの場合、金型寿命を延ばし、従来の硫酸油のそれらの下で摩擦係数を減らすことが実証されています。

リアルワールドの採用と事例

生物系潤滑剤への移行は理論的ではありません。いくつかの著名なメーカーは成功した展開を文書化しました。

航空宇宙部品メーカー:[]] アルミ合金のCNCフライス加工用高油系切削液に切り替えた後、欧州航空宇宙サプライヤーは、ツーリングコストの20%減少と、流体消費量の40%削減を報告しました。流体の生分解性性質は、高価な排水処理の必要性も排除しました。

]自動車鍛造プラント:[ミッドウェストのタイヤ1自動車サプライヤーは、キャスターオイル誘導体と鉱物油ベースの描画化合物を交換しました。生体ベースの潤滑剤は、表面品質を向上させるために18%および低下された拒絶率によって摩耗を削減しました。植物はまた、処分料に毎年5万ドルの節約をしました。

一般的な加工ジョブショップ:]] 小さなジョブショップ加工カーボンスチール部品は、すべての回転およびフライス加工のための大豆油および合成エステルのブレンドを採用しました。 2年以上にわたり、工具寿命は平均12%を増加し、オペレータの間で皮膚刺激症例はゼロに落ちました。

これらは、バイオベースの潤滑剤が単なるグリーン妥協ではなく、具体的な運用上の優位性を提供することができることを実証しています。

課題と限界

明確な利点にもかかわらず、複数の障壁は広スプレッドの採用を妨げます。

酸化安定性と熱限界

天然トリグリセリドは、高温で酸化する傾向があり、グミング、汚泥形成、および潤滑剤の寿命を削減します。空気、湿気、金属イオンへの曝露は劣化を触媒します。エステル化などの化学的変更や抗酸化物質の追加は、安定性を向上させる一方で、バイオベースの流体は、高温用途における鉱物油よりも頻繁に交換を必要とする場合があります。

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多くの植物油は、高温で高い注油ポイントを持ち、冷間気候のポンプ性の問題を引き起こします。フォーミュラターズは、低粘度合成エステルとブレンドしたり、より高いオレイン含有量で遺伝子改変油を使用して、これに対処しますが、これらはコストを追加します。

コスト競争力

生体ベースの潤滑剤は、従来の鉱物油よりも1リットル単位で1.5〜3倍の高価です。しかし、所有の総コストが考慮されると、処分コストの削減、健康関連経費の低減、および工具寿命の延ばしが増加します。農業処理におけるスケールと進歩の経済性は、着実にプレミアムを削減します。

既存システムとの互換性

生体ベースの流体は、特定のエラストマー(シール、ガスケット)およびいくつかの塗料の腫れや劣化を引き起こす可能性があります。互換性試験は、フルスケールの採用前に必要です。現代の処方は、代替品をドロップインするように設計されていますが、デューデリジェンスは不可欠です。

未来展望と研究の方向

金属の加工におけるバイオ系潤滑剤の軌跡は正です。研究開発は、次の点に重点を置きます。

ノベルベースストック:[]アルゲーオイル、遺伝子組み換え高音質クロプス、廃棄物調理油の精製により、より持続可能な安定した飼料ストックを提供します。
ナノ粒子添加剤:[:グラフェン、MoS2、六角窒化物などのナノ粒子を組み込むことで、生分解性を損なうことなく、極端な圧力性能を劇的に向上することができます。
ハイブリッド処方:[] 再生可能な合成エステルとバイオベースのオイルを組み合わせることで、より広い温度範囲にわたってミネラルオイル性能をマッチングまたは上回る流体が生成されます。
スマートモニタリング:]] リアルタイムで流体劣化を測定するセンサーを統合することで、変化間隔を最適化し、廃棄物を減らし、プロセスの信頼性を向上させることができます。

EUのREACHや米国EPAのSafer Choiceプログラムなどの環境規制が強化されるため、危険化学物質の使用を削減する圧力が増加します。バイオベースの潤滑剤は、職場の安全性を改善しながら、コンプライアンスに実用的なパスを提供します。

業界連携や政府のインセンティブも加速する採用です。例えば、USDAのBioPreferred Programは、最低限のバイオベースのコンテンツのしきい値を満たす製品を提供し、購入者が情報に基づいた選択肢を得られるよう支援します。DMG MoriやHaasなどの主要な機器ビルダーは、機械ツールでの使用に適したバイオベースの流体を選択することに承認を開始しました。

コンテンツ

バイオベースの潤滑剤は、金属加工のための信頼できる高性能なソリューションではなく、通過傾向ではありません。彼らは、環境上の利益を提供し、作業者の安全を改善し、ツール寿命と部品の品質を向上させることができます。酸化安定性や初期コストなどの課題は残っていますが、化学およびブレンドの継続的な進歩は、パフォーマンスギャップを着実に閉じています。製造業者は、犠牲な生産性のない持続可能性にコミットし、バイオベースの潤滑剤は、スマートで先見的な投資を表しています。

認定基準の詳細については、【]USDA BioPreferred Program をご覧ください。または]]から技術リソースを探索する。トリボロジストと潤滑技術者のSociety。独立したパフォーマンスデータについては、]]国民技術情報サービス]]は、加工アプリケーションにおけるバイオベースの流体テストに関するレポートを提供します。