JPH02247035A - 塑性加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、金属の冷間加工などの塑性加工する際に金属
表面に加工時の変形熱や摩擦熱を利用して潤滑被膜を形
成する塑性加工方法に関する。

〔従来の技術〕

金属の塑性加工用の潤滑剤は、加工の際の変形熱及び摩
擦熱等による温度上昇、新生面の増大などに対して、十
分な潤滑性能を有するものでなければならない。これら
の潤滑剤には、鉱油及び合成油またはこれらの混合油を
主成分とする水溶性、非水溶性の液体潤滑剤に金属石け
ん、牛脂などの半固体状潤滑剤及び硫黄系、塩素系、燐
系なとの極圧剤や黒鉛、二硫化モリブデンなどの固体潤
滑剤等を配合したものが使用されている。加工度の低い
冷間加工においては、上記の潤滑剤が使用できるが、高
温、高面圧となる加工度の高い場合や複雑な形状を有す
る成形品では、潤滑剤の耐荷重性、耐熱性等が不十分な
ため焼付が生じ十分満足するものがない。塑性変形が大
きい場合や複雑な形状のものを形成する場合の潤滑剤と
して、素材表面に銅などの軟質金属のメツキ処理を施す
方法や合成樹脂系の被膜をコーテングする方法、または
、リン酸塩被膜処理、蓚酸塩被膜処理等がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

これらの潤滑被膜処理を施すには、充分な前処理が必要
であると共に、被膜形成の処理プロセスが複雑であるた
め多大な労力と経費を必要とするといった問題がある。

また、成形後の被膜除去等の点て問題がある。そこで、
近年、燐基及びその塩、硼酸及びその塩、アルカリ金属
の炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩及びその水酸化物及び層状珪
酸塩等を含有する潤滑剤が提案されている（特開昭５７
７３０８９号公報）。しかし、これらの潤滑剤は、Ｐ２
Ｏ，、Ｂ２Ｏ２，Ｍ２Ｏ（Ｍはアルカリ金属）を含有す
る水溶性ガラス粉末と層状珪酸塩または上記混合物と水
とから成るため、冷間加工の如き低温下では潤滑性が発
揮できないために冷間加工用の潤滑剤としては使用出来
ない。

本発明の目的は、高温、高面圧となる加工度の高い場合
や複雑形状の成形品の加工にも充分適用でき、かつ低温
下での冷間加工にも潤滑性を有するとともに潤滑被覆の
形成処理が簡便な塑性加工方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明は、塑性加工をする金
属材料表面又は金型表面に、潤滑油と縮合リン酸又はそ
の酸性塩とが混在して成る潤滑剤を付けて加工を開始し
、加工時にその加工に伴つて金属材料表面に発生する熱
を利用して該金属材料表面に潤滑被膜を形成しつつ塑性
加工することを特徴とする潤滑剤を用いた塑性加工方法
である。

〔作用〕

本発明において、結合リン酸又はその酸性塩としては、
ポリリン酸、ピロリン酸、メタリン酸、酸性ピロリン酸
塩、酸性ポリリン酸塩及び酸性メタリン酸塩が挙げられ
る。酸性ピロリン酸塩としては酸性ピロリン酸ナトリウ
ム、酸性ピロリン酸カリウム、酸性ポリリン酸塩として
は酸性ポリリン酸ナトリウム、酸性ポリリン酸カリウム
、酸性メタリン酸塩としては酸性メタリン酸ナトリウム
が有効である。

これらの縮合リン酸又はその酸性塩は、潤滑油に対して
１種以上含有される。潤滑油に、鉱油、エステル油又は
これらの混合油を用いる場合、縮合リン酸又はその酸性
塩は乳化剤により均一に懸濁分散させて用いるのがよい
。乳化剤は、潤滑油及び縮合リン酸又はその酸性塩の種
類によって任意に選択すべきであるが、−例としてポリ
メリックコハク酸のエステルが有効である。

潤滑油が、水溶性潤滑油、例えば、ポリエチレングリコ
ール、ポリプロピレングリコール、ポリオキシエチレン
グリコールモノエーテル、ポリオキシプロピレングリコ
ールモノエーテル等を用いる場合、乳化剤の添加は必要
としない。したがって本発明において、潤滑油はこれが
使用される工程の加工温度、加工度に応じて選定される
べきである。

縮合リン酸又はその酸性塩が含有された潤滑油は、縮合
リン酸等と潤滑油とが単独で用いられる場合と異なり両
者が混在しているため、加工時に金属表面に発生する摩
擦熱や変形熱を簡単かつ直接的に利用して該金属表面に
縮合リン酸の被膜を加工しつつ形成できる。すなわち、
この加工しつつ形成される被膜によって高温、高面圧と
なる加工度の高い場合や複雑形状の成形品の加工でも潤
滑油単独である場合のような焼付の問題を防止できる。

また、前記被膜は成形品を加工しつつ、自動的にその表
面に形成できるため、この潤滑被膜の形成が従来に比し
て簡便となる。更に冷間加工の如き低温下での加工でも
、加工時には金属表面に摩擦熱や変形熱が発生し、その
熱によって縮合リン酸の被膜が形成されるため、冷間加
工用の潤滑剤としても用いることができる。

以上の如く、本発明の塑性加工用潤滑剤は、高温、高圧
面となる加工度の高い場合の加工にも充分適用でき、か
つ縮合リン酸の潤滑被膜の形成処理が簡便であると共に
、低温下での冷間加工にも充分潤滑性を発揮する。

本発明において、縮合リン酸又は酸性塩の他に潤滑油以
外の潤滑剤が含有されている。ここで潤滑剤としては、
脂肪酸の他に黒鉛、ＭｏＳ２、ＢＮ、テフロン、フッ化
カーボン、金属石けんなどの固体潤滑剤を用いることが
できる。

これらの潤滑剤の併用によって、縮合リン酸の被膜形成
が促進され、潤滑性能が向上し、特に脂肪酸を用いる場
合、その傾向が著しい。

脂肪酸にはブタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタ
ン酸、ノナン酸、デカン酸、ウンデカン酸、ドデカン酸
、トリデカン酸、テトラデカン酸、ペンタデカン酸、ヘ
プタデカン酸、ヘプタデカン酸、オクタデカン酸、など
の直鎖脂肪酸及び２，４ヘキサジエン酸、ｔｒａｎｓ　
−２、ｃｉｓ−４デカジエン酸、６．１０．１４−ヘキ
サデカトリエン酸、ｃｉｓ９、ｃｉｓ　−１２オクタデ
カジエン酸、ｃｉｓ−９、ｃｉｓ　−１２、ｃｉｓ　−
１５オクタデカトリエン酸、オレイン酸などの不飽和脂
肪酸、または不飽和脂肪酸を加熱し、または触媒を用い
て二量化したダイマー酸などが含まれる。

なお脂肪酸とともに前記固体潤滑剤を併用することもで
きる。

潤滑油と縮合リン酸又はその酸性塩からなる塑性加工用
潤滑剤の場合、潤滑油９５〜８０重量％、縮合リン酸又
はその塩５〜２０重量の範囲が望ましい。潤滑油と縮合
リン酸又はその酸性塩と脂肪酸とからなる塑性加工用潤
滑剤の場合、潤滑油９７〜６０重量％、縮合リン酸又は
その酸性塩２〜２０重量％、脂肪酸１〜２０重量％が望
ましい。

本発明で得られた塑性加工用潤滑剤の使用方法としでは
、塑性加工しようとする金属材料又は金型面に例えばハ
ケ塗り、スプレー法、浸漬法、流動演法１滴下洗などに
より潤滑剤を塗布する方法が採用される。また、本発明
の塑性加工用潤滑剤または塑性加工しようとする金属材
料のいずれか一方を加熱し、金属材料を潤滑油中に浸漬
して、金属材料表面に潤滑被膜処理を施した後、加工す
ることもできるので、従来の被膜処理のような複雑な工
程が不要となり極めて簡便である。

〔実施例〕

次に実施例により本発明を用いた塑性加工方法の効果を
示すが、本発明はこれらに限定されない。

実施例１〜１０ 第１図に示すように直径φ９．９ｍｎ、長さ３０ｍ、先
端角９０度のノーズ付円柱状のクロム・モリブデン鋼材
ＳＣＭ４１５の素材１の表面に鉱油（日本石油社製：Ｆ
ＢＫ１５０）をベース油として第１表に示す組成の塑性
加工用潤滑剤を塗布した。

”次いで第２図に示すように押出角１２０度、絞り経φ
６Ｉｎ（加工率６４％）の金型（超硬製）２とボンチ３
により前方押出し法で素材１の加工を行い、加工性能を
評価した。評価結果を第２表に示した。

なお、加工性能の評価法は、金型２にバンドヒータ４を
取付け、金型温度を室温から５〜１０℃ずつ段階的に上
げ潤滑油を塗布した素材１を２０本ずつ加工し、加工後
の素材表面に焼付現象が生じない最高の金型温度を測定
した。この温度が高い程、潤滑剤の加工性能が優れてい
る。また、本発明のものと比較対照したものは、次の通
りである。

比較例　１ （市販加工油） ベース油：鉱油　残量 硼酸（酸化物換算Ｂ　２０−　）　　　　　　　７　　
モル％を混合し、これを９００℃で３０分間加熱溶融し
ガラス化した。次いでこのガラス化した試料を水に２０
重量％溶解した。

比較例１及び２についても実施例１〜１ｏと同様にして
加工性能を評価した。これらの結果を第２表に示す。

第１表 比較例　２ リン酸（酸化物換算Ｐ２０．）　　　　　　４１．２モ
ル％炭酸ナトリウム（酸化物換算Ｎａ２０）３９．３モ
ル％第１リン酸ナトリウム（酸化物換算に２０）１２．
５モル％ 第２表 第３表 第２表から明らかなように本発明の塑性加工用潤滑剤（
実施例１〜１０）では加工性が著しく向上することがわ
かる。なお、比較例２では、加工荷重は本実施例（１〜
１０）の約１．７倍であった。

因みにメタリン酸ナトリウム５０重量％と水５０重量％
の組成の潤滑剤についても上記と同様の加工性能を評価
した結果、金型温度（室温）で焼付が発生した。

実施例１１〜１８ 実施例１と同じ素材及び金型を使用し、ポリオールエス
テル油（日本油脂社製ユニスターＨ３８１）をベース油
として第３表に示した本発明の塑性加工用潤滑剤を用い
て加工性能を評価した。評価結果を第４表に示した。

第４表から明らかなように本発明の塑性加工用潤滑剤は
、実施例１に示した比較例のものに比し、加工性能がす
ぐれていることがわかる。

第４表 実施例１９〜２８ 実施例１と同じ素材及び金型を用い、水溶性潤滑油とし
てポリアルキレングリコール（日本油脂製ユニループＭ
Ｂ−１４Ｘ）をベース油として、第５表に示した本発明
の塑性加工用潤滑剤を用いて加工性能を評価した。加工
結果を第６表に示した。第６表から明らかなように本発
明の塑性加工＝１１ 用潤滑剤は、実施例１に示した比較例のものに比し、加
工性能がすぐれていることが分る。

実施例２９〜４４ 鉱油と縮合リン酸又はその酸性塩、脂・肪酸からなる第
７表に示す本発明の塑性加工用潤滑剤を用い、実施例１
と同じ加工条件で加工性能を評価した。評価結果を第７
表に示した。第７表から明らかなように本発明の塑性加
工用潤滑剤組成は、実施例１に示した比較例のものに比
し、加工性能がすぐれていることが分る。

第５表 第６表 第７表 （以下余白） ポリリン酸、ポリリン酸ナトリウム及びオクタン酸を第
９表に示す配合量で添加した本発明の塑性加工用潤滑剤
を得た。これを実施例１と同じ加工条件で潤滑剤の加工
性能を評価した。これらの評価結果を第９表に示した。

第９表から明らかなように良好な加工性能が得られた。

第８表 （）はダイマー／トリマーの比 実施例４５〜６１ ポリアルキレンゲリコール油（４０℃の粘度８２ｍｍ２
／ｓ）と縮合リン酸又はその酸性塩、脂肪酸からなる第
８表に示した本発明の塑性加工用潤滑剤を用い、実施例
１と同じ加工条件で加工性能を評価した。評価結果を第
８表に示した。第８表の結果から明らかなように本発明
の塑性加工用潤滑剤は良好な結果を得た。

実施例６２〜７７ ４０℃における粘度が１５０　ｍｍ２／　ｓの鉱油に）
はダイマー／トリマーの比 第 表 次に、潤滑油に縮合リン塩の塩を混入させず、先ず、第
１工程で金属表面にリン酸塩の被膜を形成させ、その次
の第２工程で、前記金属表面にすなわち前記被膜の表面
に潤滑油を塗布して塑性加工する場合についての加工性
能の評価結果を比較例として第１０表に示す。このよう
に第１工程でリン酸塩の被膜を形成する従来例として特
開昭５１−１０５９６６号公報が挙げられるが、同公報
に記載されている被膜形成のための処理液、その組成、
熱処理条件を用い、第２工程で鉱油を表面に塗布して加
工し、本願の前記実施例１と同一条件で加工性能を評価
したものである。

また、第１１表も比較例を示す、同表は第２工程で鉱油
に脂肪酸の一種であるカプリル酸を添加した潤滑油を用
いた以外は、第１０表のものと同一条件で加工したもの
について、加工性能を評価したものである。

（以下余白） 第 第 表 表 これら第１０表及び第１１表に示した両比較例から、金
属表面に先ずリン酸被膜を形成し、次いで、その表面に
潤滑油を塗布して加工する方法では、本発明の塑性加工
用潤滑剤を用いた場合のような高い加工性能が得られな
いことが解る。この加工性能の差は、本発明では潤滑油
と縮合リン酸等が混在したものであり、金属材料の塑性
加工も潤滑被膜の形成をしつつ行なわれることに基づく
ものであります。

すなわち、本発明で潤滑油と結合リン酸等とが混在して
いることによって初めて高い加工性能が得られることを
示すものであります。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、潤滑油と縮合リン酸又は
その酸性塩とが混在した潤滑剤を、素材表面又は金型表
面に塗布して加工を開始するのみで、加工時の熱により
耐熱性の潤滑被覆が加工しつつ成形品の表面に自動的に
形成されるので高温、高面圧となる加工度の高い場合の
加工にも充分適用でき、且つ処理工程が簡便化されると
ともに冷間加工などの塑性加工の性能も著しく向上する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は冷間加工用の素材形状例を示す側面図、第２図
は第１図に示す素材に本発明の塑性加工方法を用いて冷
間加工するための装置の断面図である。 １・・・素材、２・・・金型、３・・・ポンチ、４・・
バンドヒー先 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、塑性加工をする金属材料表面又は金型表面に、潤滑
   油と縮合リン酸又はその酸性塩とが混在して成る潤滑剤
   を付けて加工を開始し、加工時にその加工に伴って金属
   材料表面に発生する熱を利用して該金属材料表面に潤滑
   被膜を形成しつつ塑性加工することを特徴とする潤滑剤
   を用いた塑性加工方法。