JPH026600A - 水溶性の塑性加工用潤滑剤 - 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、塑性加工用水溶性潤滑剤に関する。

この潤滑剤は、塑性加工すなわち鍛造、押出し、圧延、
プレス、伸線等の金属加工、特に黒鉛系潤滑剤を使用す
る熱間もしくは温間の鍛造や熱間押出しの金属加工の際
、離型を目的として、黒鉛系の潤滑剤にかわって使用さ
れる非黒鉛系潤滑剤として有用である。

〔従来の技術〕

金属の塑性加工を行う際の潤滑剤には、通常油分数ある
いは水分散状の黒鉛が使用されている。

前者は、鉱物油に極圧添加剤、ワックス類等を配合した
ものの中に、黒鉛を分散させたものであるが、加工の多
くは熱間で行う為、引火の恐れや、発煙が伴い、作業環
境や健康上において、大きな問題がある。後者は、水に
極圧添加剤を添加し、黒鉛を分散させたものである。潤
滑性は、前者の油分数のものと同じであり、引火性の問
題も無く、作業性も若干改良されているが、黒鉛を使用
する限り、作業者及び作業環境を黒く汚染する事には変
わりなく、健康上も問題が残る。

これら作業環境上の問題点を解決する為に、黒鉛を使用
しない塑性加工用潤滑剤の開発が試みられている。例え
ば、芳香族カルボン酸のアルカリ金属塩にガラス組成物
を含有せしめた潤滑剤（特開昭６Ｏ−１２９３）や、フ
タル酸のアルカリ金属塩を用いた潤滑剤（特開昭５８−
８４８９）等がある。しかしながら、これら潤滑剤にお
いても、前者の場合には、ガラス組成物が、型の凹部に
堆積しゃすく欠肉が発生しやすいことや、型の温度が低
い時には良好な潤滑性が得られ無いこと、水で簡単に型
の洗浄が出来ないこと、またガラス組成物をスプレーす
ることは作業者の健康上も良いとは言えないこと等の問
題点がある。また、後者では、毒性も低く、健康上の問
題も特に無く、型の水洗いも容易に出来る等の良い点も
あるが、黒鉛に比べて潤滑性がやや劣ったり、また焼付
きが生じ易いという欠点が、使用上確認される。

〔発明が解決しようとする課題〕

塑性加工用潤滑剤として、専ら使用されている黒鉛を主
剤とする潤滑剤は、上記の如く作業者あるいは作業環境
を黒く汚染すること、健康阻害の影響が考えられること
、またこの潤滑剤が油性の場合は引火の危険があること
等の問題を有している。

したがって、潤滑性が良好で、汚染が無（、引火せず、
洗浄し易く、かつ健康上の心配の無い潤滑剤が要望され
ている。更に、潤滑剤は一般には水で希釈して使用され
るが、近年においては高希釈でも所定の性能を有するこ
とが要望される。

本発明の目的は、このような要求を充足し得る塑性加工
用潤滑剤を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、２種の二塩基酸のアルカリ金属塩を０．１〜
３０ｉｉ世％と、水溶性高分子化合物０．０１〜２０重
量％とを含有する水性組成物からなり、２種の二塩基酸
の組合わせが、オルソフタル酸とアジピン酸、オルソフ
タル酸とグルタル酸、オルソフタル酸とフマル酸、イソ
フタル酸とアジピン酸、イソフタル酸とグルタル酸、イ
ソフタル酸とフマル酸、テレフタル酸とグルタル酸、テ
レフタル酸とフマル酸、テレフタル酸とマロン酸、グル
タル酸とマロン酸、グルタル酸とフマル酸、グルタル酸
とリンゴ酸、及びフマル酸とマロン酸である水溶性の塑
性加工用潤滑剤を提供する。

本発明の潤滑剤は、さらに、添加剤として、微粒子鉱産
物、極圧添加剤、防腐剤、腐蝕抑制剤、及び消泡剤から
選ばれる添加剤を含んでいてもよい。

塑性加工、特に熱間鍛造用の潤滑剤は、金型の温度が約
３００℃と高温であるため、この付近の温度で分解消失
するものでは使用できず、一方潤滑剤としての物性を有
しながら、１０００℃以上の被鍛造金属と接触している
間に消失するものであることが望ましい。

この点で黒鉛は有用なものであるが、白色のもので近似
の性質を示すものとして、二塩基酸のアルカリ金属塩が
挙げられる。ここで、プラスチックの滑剤として金属石
鹸すなわち一塩基酸である飽和脂肪酸の金属塩が多用さ
れているが、これらは塑性加工用潤滑剤としては、均一
な塗布ができないために、有用とは言えない。

上記の二塩基酸としては、コハク酸、アジピン酸等の飽
和脂肪酸、フマル酸、マレイン酸等の不飽和脂肪酸、お
よびフタル酸、イソフタル酸等の芳香族カルボン酸が挙
げられるが、それらのアルカリ金属塩を潤滑剤主成分と
して本発明の目的に使用した場合、摩擦係数が小さく、
したがって欠肉が生じにくいが焼付きを生じ易いとか、
また逆に焼付きは発生しないが欠肉が生じ易いとかの問
題があり、充分満足のいく結果は得られない。

しかし、２種の二塩基酸のアルカリ金属塩を混合して使
用することによって、上記の問題点を完全に解消し、良
好な結果をもたらすことが見出されたのである。その理
由としては、混合物が水溶液の状態から金型へ塗布され
、結晶化する段階において、単一’ｓｉｔの場合に比べ
、結晶の乱れが生じるため即ち結合エネルギーの小さい
結晶になるため、混合物の融点降下現象によって潤滑性
が早くから発現され、かつ熱分解にともなう有効成分の
残存量が、熱分解温度の低い物質がまず分解し、次いで
熱分解温度の高い物質が分解するため、多くなること、
あるいは結晶の乱れが層状溝りに近い崩壊を示すと考え
られることより、結果として潤滑離型の優れた性能を示
すからであると推察される。しかし、前述の２種の二塩
基酸の組合わせが良好な結果をもたらすけれども、これ
らの二塩基酸の異なる組合わせ、例えば、テレフタル酸
とアジピン酸、イソフタル酸とマロン酸、アジピン酸と
グルタル酸では焼付き防止性において不良であり、本発
明で規定する特定の組合わせにおいて目的に合致した効
果が得られるのである。

二塩基酸をアルカリ金属塩の形で用いるのは、熱安定性
を得るためであって、特に製品として水溶性を得るため
には、アルカリ土類金属の塩は使用しがたい。アルカリ
金属塩としては、ナトリウム塩、カリウム塩、リチウム
塩が良好であるが、特にナトリウム塩が望ましい。

二塩基酸のアルカリ金属塩は、潤滑剤主成分として、組
成物中に０．１〜３０！ｉｆｉ％、好ましくは５〜１５
重量％の量で含有されなければならない。

これは、０．１重量％未満では潤滑剤として必要な低摩
擦係数が得られず、３０重量％を越える場合には安定な
製品状態が得られないためである。また、２種の二塩基
酸のアルカリ金属塩の重量組成比は、１：９〜９：１、
好ましくは３ニア〜７：３であるのが望ましい。

潤滑剤は、一般にスプレーによって金型へ噴霧塗布され
る。この際潤滑主剤だけを塗布することもできるが、よ
り均一な膜として付着させるための付着剤として、水溶
性高分子化合物が使用される。水溶性高分子化合物の例
としては、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメ
チルセルロース、ポリカルボン酸ナトリウム、ポリカル
ボン酸アンモニウム等を挙げることが出来る。水溶性高
分子化合物の添加量は、０．０１〜２０重量％、好まし
くは０．１〜５重世％であるのがよい。これは、０．０
１重量％未満では付着剤としての効果が得られず、２０
重量％を越える場合には粘度が著しく上昇することによ
り製品としての取扱いが煩雑になるためである。

以上の組成物を塑性加工の潤滑剤として充分使用し得る
が、加工がより苛酷な操作条件のもとで行われるような
場合、焼付きが起こる可能性もあるため、これを防止す
る目的で微粒子鉱産物や極圧添加剤を添加してもよい。

微粒子鉱産物としては、層状雲母やタルク、カオリン、
繊維状鉱物であるセピオライト、アタパルジャイト、ま
たは炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウムの
少なくとも１種を、０．１〜２０重量％の量で添加する
のが適当である。

さらに、防腐を目的とする殺菌剤の添加、防錆を目的と
する腐蝕抑制剤の添加、スプレー時の発泡を抑えること
を目的とする消泡剤の添加も可能である。

本発明の塑性加工用水溶性潤滑剤は、原液のまま使用し
てもよいが、好ましくは状況に応じて１０倍ないし５０
倍に希釈して使用する。性能の点からは、塗布された固
形分量が適正かどうかが重要であり、希釈倍率を高くし
て塗布量を増減することもできるが、塗布と加工のタイ
ミングやノズル形状等からの制約により、希釈倍率を調
整することにより潤滑剤固形分の塗布量を変えるのがよ
い。尚、先に説明した組成濃度は、慣例的に希釈前の濃
度をとっている。金型への塗布は、どのような方法をと
ってもよいが、一般にはスプレーにて塗布するのがよい
。また、塑性加工用潤滑剤として、熱間鍛造その他の鍛
造条件または押出しで使用してもよい。

〔発明の効果〕

本発明の組成物を塑性加工の潤滑剤として使用すること
により、黒鉛以上の潤滑性能及び離型性を得ることがで
き、白物であるため作業環境の汚染も無く、作業者の健
康継続上も優れ、また洗浄性の問題も無（なる。

〔実施例〕

次に、本発明を実施例により更に説明する。なお、実施
例中の部及び％は、特記しない限り重量を基準とする。

実施例１ リング圧縮実験により摩擦係数を求めた。

φ１２０　Ｘ　５０ｍの金型（ＳＫＤ　６１、焼入れ）
上下各１個を約２７０℃に加熱し、３０倍希釈した潤滑
剤１０−を、上下金型のリングとの接触する面にスプレ
ー塗布（圧力５ｋｇ／ｃｄ）する、一方、φ６０×φ３
０　Ｘ　１５鶴のリング（３４５Ｃ材）をＡｒ雰囲気の
電気炉にて１０００℃に加熱する。金型及びリングの高
さの減少率（加工度）と内径の変化率を「工藤によるエ
ネルギー法Ｊ　（Ｐｒｏｃ、５ｔｈ、Ｊａｐａｎ　Ｎａ
ｔ、Ｃｏｎｇ。

Ａｐｐｌ、Ｍｅｃｈ、　（１９５５）　、　７５）によ
り求められる理論曲線にプロットして、摩擦係数を求め
た。

〜実験に用いた潤滑剤組成〜 （実施例２．３でも同様組成） 二塩基酸　　　　　　　　　　　　１１．０部水酸化ナ
トリウム　　　　　　　　　７．５部ヒドロキシエチル
セルロース　　　２．０部タルク　　　　　　　　　　
０または５部水 残部 〜実験に用いた二塩基酸〜 （実施例２．３でも同様組成） 表中の番号はサンプル患を示し、２種の二塩基酸の同一
重量部での組合わせの例でかつタルクは含まない場合で
ある。これらのうち、１〜１３は実施例、１４〜１６は
比較例である。

結果を下記表１に示す。

（但し加工度４０％の場合） リング圧縮試験の結果、２種の二塩基酸の好ましい配合
組成物（ｌｌｈｌ〜１３）は、それらの好ましくない配
合組成物（隘１４〜１６）よりも低摩擦係数を示した。

また、Ｎ１５の組成物に微粒子鉱産物５部を添加した場
合の摩擦係数は０．３４と低い値を示した。

尚比較例として二塩基酸としてフマル酸またはアジピン
酸を単独で使用した場合についても行ったが、その摩擦
係数は０．４１　、０．６６と高い値を示した。

実施例２ 後方押出し実験により、焼付性の有無を確認した。φ３
８鶴、抜は勾装置°のポンチ型（ＳＫＤ　６１、焼入れ
）を、約３００℃に加熱し、１０倍に希釈した潤滑剤を
自動スプレー（４に＋ｒ／ｃｄ、２　ｄ　／秒）で、０
．３秒×４回（計２．４−１但しロス多い）スプレー塗
布する。一方、φ３６．５Ｘ　５０■ｌのテストピース
（３４５Ｃ材）をＡｒ雰囲気の電気炉にて１０００℃に
加熱する。ポンチ型及びテストピースを１２０ｔｏｎ油
圧プレスにセットし、圧縮する。同様の操作をテストピ
ースをかえて５回操り返し、終了後のポンチ型の状態を
観察する。尚、テストピースとポンチ型が焼付いた場合
でも、引抜く際に両者が分離できる様に装置を工夫して
用いた。比較のため、潤滑剤のポンチ型への塗布をハン
ドスプレーにて５倍希釈液にて５−（固形分で上記塗布
量の４倍量になるが、実質的にはロスが少なく、それ以
上の量となる）塗布した場合についても行った（表中″
を付した隘）。尚、表中′を付した階は、タルクを５部
含む組成の例である。また、他の比較例として二塩基酸
としてフマル酸を単独で用いた場合についても試験した
。

結果を下記表２に示す。

フマル酸単独あるいは好ましくない２種の二塩基酸の配
合（Ｎ１１４〜１６．患１５”　）では、ポンチ型のＲ
部分に焼付きによる縦疵が生じた。しかし、好ましい配
合の場合（隘１〜１３）及びその配合に微粒子鉱産物を
含む場合（１’ｈ５’）は、焼付きによる縦疵は生じな
かった。

実施例３ 実機による評価を行った。

１６″σΩｔｏｎブレスおよび６０００　ｔｏｎブレス
にて、自動車用部品（材質３４５Ｇ）の熱間鍛造を行っ
た（材料温度約１２５０℃、金型温度約３５０〜４００
℃）。

用いたスプレーは圧力５ｋｇ／−のエアレス式の自動ス
プレーであり、金型が開いている間約２〜３秒間スプレ
ーを行う。希釈倍率は３０倍である。

結果を下記表３に示す。

評価基準　　◎：非常に良好　　○：良好△：やや不良
　　　×：不良、 実機評価の結果、本発明の潤滑剤（この実施例ではｍ５
．６）は、好ましくない２種の二塩基酸塩の配合または
二塩基酸塩単独の水溶性潤滑剤に比べ、潤滑性、離型性
、耐焼付き性とも優れた性能を有し、更にそのための作
業性も改善されることが確認された。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、２種の二塩基酸のアルカリ金属塩を０．１〜３０重
   量％と、水溶性高分子化合物０．０１〜２０重量％とを
   含有する水性組成物からなり、２種の二塩基酸の組合わ
   せが、オルソフタル酸とアジピン酸、オルソフタル酸と
   グルタル酸、オルソフタル酸とフマル酸、イソフタル酸
   とアジピン酸、イソフタル酸とグルタル酸、イソフタル
   酸とフマル酸、テレフタル酸とグルタル酸、テレフタル
   酸とフマル酸、テレフタル酸とマロン酸、グルタル酸と
   マロン酸、グルタル酸とフマル酸、グルタル酸とリンゴ
   酸、及びフマル酸とマロン酸である水溶性の塑性加工用
   潤滑剤。