JPH0672233B2 - 金属材料の冷間塑性加工用油状潤滑剤 - Google Patents

金属材料の冷間塑性加工用油状潤滑剤

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JPH0672233B2
JPH0672233B2 JP61085652A JP8565286A JPH0672233B2 JP H0672233 B2 JPH0672233 B2 JP H0672233B2 JP 61085652 A JP61085652 A JP 61085652A JP 8565286 A JP8565286 A JP 8565286A JP H0672233 B2 JPH0672233 B2 JP H0672233B2
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猛 小堀
茂樹 木村
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Description

【発明の詳細な説明】 ＜技術分野＞ 本発明は、金属材料の冷間塑性加工用油状潤滑剤、すな
わち金属材料の引抜き、絞り、圧延、鍛造等の冷間塑性
加工に使用する油状潤滑剤に関する。
＜従来技術＞ 金属材料の引抜き、絞り、圧延、鍛造等の冷間塑性加工
に際しては、金型やダイス等と被加工材である鋼管や鋼
板との摩擦損傷（焼付）を防ぎ、加工製品の品質の向上
及び工具の摩耗抑制を期するため、種々の形態で潤滑剤
が付与される。
従来の油性潤滑剤としての引き抜き油やプレス油は、鉱
物油または合成潤滑油をベース油とし、油性向上剤と、
極圧添加剤が用いられている。しかし、耐焼付性が悪
く、加工度が高くなり被加工材と工具との接触領域が増
加すると、油膜切れを生じ焼付が発生し易く、比較的軽
度な加工（例えば、空引き）にしか適用できず、厳しい
加工条件での鋼管引抜き等に使用することは全く不可能
であった。また、極圧添加剤を含有しているので金属を
腐食させる弊害がある。
ちなみに、従来の油状潤滑剤は、ベース油としての合成
潤滑油にはポリブテン、α−オレフィンオリゴマー、ポ
リエチレングリコール等が、また、油性向上剤には油
脂、炭素数10以上の飽和及び不飽和の脂肪酸、脂肪酸エ
ステル、リン酸エステル、アルコール等が、また極圧添
加剤には塩素または硫黄を含む化合物がそれぞれ用いら
れている。
ベース油とは、油性潤滑剤と極圧添加剤を均一にかつ安
定に溶かして潤滑の必要な箇所へ送り込む働きのある物
質（キャリアー）であり、鉱物油や合成潤滑油は、強い
極性基を持たないので潤滑性（耐焼付性）に乏しく単独
では潤滑剤とはなり得ないが、酸化、劣化等の化学変化
が少いことからベース油として用いられる。
油性向上剤とは、ベース油によって潤滑の必要な金属摩
擦面へ送り込まれて吸着して潤滑効果を発揮する物質で
あり、油脂、脂肪酸等は、長鎖状化合物で分子量が大き
く、分子の一端に強力な極性基を有しており、該極性基
の作用で金属面に強く吸着し配列して吸着膜を作り、か
つ該吸着膜を配列した長い分子鎖間の相互引力により強
固にして潤滑効果（摩擦低下作用）を発揮する。しか
し、温度の上昇とともに分子の配列が乱れ、大体150℃
で離脱して潤滑効果を失う。油性向上剤はおよそ150℃
以上になると潤滑効果を発揮しないので、過酷な潤滑条
件での油性向上剤の配合は効果がなく、ために高温で潤
滑効果を発揮する極圧添加剤が配合される。
極圧添加剤とは、油性向上剤と同様、ベース油によって
潤滑の必要な金属摩擦面へ送り込まれ、塑性加工度を大
きく被加工材と工具との接触領域が増加して高温・高圧
の極圧状態になることにより金属と化学反応して金属表
面に皮膜を形成し、摩耗を少くして焼付けを防止し、潤
滑剤の耐焼付性を向上させる働きのある物質である。塩
素または硫黄を含む化合物は、それぞれ反応温度域が異
なるので目的や用途に応じてベース油及び油性向上剤と
組合せて用いられる。塩素を含む極圧添加剤は塩素化パ
ラフィンが使われることが多く、150〜250℃で熱分解に
よりｃ−cl結合が切れcl2またはHclを生成して極性潤滑
作用を発揮する。しかし、水が存在すると加水分解し、
Hclを遊離して著しい耐食性を示す欠点がある。硫黄化
合物の境界潤滑温度域は大体250〜350℃である。
なお、従来の油性潤滑剤としては、上記三成分の他に、
耐焼付性を向上させる目的で黒鉛や二硫化モリブデン等
の固体潤滑剤を混合したものもあるが、焼付が発生し易
く、比較的軽度な加工（例えば、空引き）にしか適用で
きない点は同様である。また、固体潤滑剤の存在により
給油が困難になったり金型へ蓄積したりメンテナンスを
悪化させる等の問題がある。
叙上のように、油性潤滑剤は、ベース油によって油性向
上剤と極圧添加剤が金属摩擦面に送り込まれて吸着し、
常温から大体150℃までの温度域では、油性向上剤が油
膜を維持する流体潤滑領域として該油性向上剤が潤滑効
果を発揮し、さらに温度が高い加工条件が厳しい境界潤
滑領域においては極圧添加剤が油膜を維持して潤滑効果
を発揮するものであるが、油状潤滑剤の実際の潤滑効果
の程度は、耐焼付性が悪いため、鋼管引抜き等には軽塑
性加工にしか使用できないでいる。
しかしながら、油状潤滑剤は、被加工金属面へ供給する
だけであり潤滑処理が簡単で、工程が簡単になり、加工
後の除去容易性も優れている。
そこで従来において、潤滑剤の耐焼付性を高める方法が
以下に述べるように種々に行われている。
例えば、鋼管の冷間引抜き加工には、 a.鋼管に予め化成被膜（例えば、リン酸塩被膜やシュウ
酸被膜）処理を施すとともに二次潤滑剤（例えば、油や
ステアリン酸ソーダの如き金属石鹸）を付与する、 b.鋼管に予め合成樹脂の液状物（合成樹脂を水で乳化す
るか、溶剤で溶かした液）をコーティングして乾固す
る、 という方法があり、 また板状金属材料の絞り加工には、 c.粘度を特に高めたプレス油を直接付与して潤滑被膜を
厚くする、 d.プレス油に極圧添加剤を添加したものを直接付与す
る、 e.塩化ビニール樹脂等の合成樹脂の溶液をコーティング
して乾固する、 f.合成樹脂フィルムを被加工面に直接貼着する、 という方法がある。
しかしながら、これらは、潤滑処理の簡単さ、加工後の
除去容易性、金属表面の肌のクリーン度の点において満
足しているとは言えない。具体的に言えば、 上記ａは、加工度が高くても十分な潤滑機能を発揮する
が、化学反応型の潤滑剤であるから処理液の管理が面倒
であり、かつその寿命が短いために廃液処理を頻繁に行
う必要があって経済性に問題があるとともに、公害発生
の原因となることもあり得る。加えて、潤滑被膜の密着
性が良好であり過ぎるために、加工後に製品から被膜を
除去することが困難であり、さらに化学反応型の処理で
あるため、耐食性の強い材料では化成処理自体が困難で
あり、均一な化成被膜を形成することができない欠点が
ある。
上記ｂは、金属材料の表面に被膜を物理的に接着させる
ものであり、上記ａよりも優れた潤滑特性を有する潤滑
剤が開発されている。しかし、潤滑被膜を得るために強
度な乾燥が必要である欠点がある。加工後の除去容易性
については、潤滑被膜が強い程容易でない。
上記ｃは、粘度が高まるに連れ作業性を悪くさせる欠点
があり、上記ｄは、ある程度抑制された腐食反応である
ため、水の存在等で著しい腐食性を示すという欠点があ
る。
上記ｅ、ｆは、引抜き油やプレス油では達成できなかっ
た高加工度の引抜きや深絞りが可能であるが、強度な乾
燥や樹脂被膜の貼着作業が必要である上、引抜き油やプ
レス油に比べかなり高価になるという欠点がある。
このように、従来の潤滑剤は、それぞれ特色を有するも
ののいずれも多少の問題を抱えている。
＜発明の目的＞ 本発明は、上述した点に鑑み案出したもので、流体潤滑
領域から境界潤滑領域にわたり、従来の化成被膜処理法
あるいは合成被膜処理法にほぼ同等の耐焼付性を有する
とともに、金属材料に対する腐食性がない金属材料の冷
間塑性加工用油状潤滑剤を提供するものである。
＜発明の構成＞ 本発明の冷間塑性加工用油状潤滑剤は、 ポリアクリル酸２エチル−ヘキシルエステル及びポリメ
タクリル酸ラウリルエステルのいずれかのポリマーまた
は両ポリマーをベース油とし、油性向上剤として、精製
ラード、オレイン酸、リン酸エステル、ヒンダードエス
テル、イソステアリン酸、またはC18飽和高級アルコー
ルの中から、いずれか一種ないし二種以上がうすめ油に
として所要割合で配合されてなることを特徴とするもの
であり、 ポリマーは常温において液状であり、うすめ油は、引火
点が150度Ｃ以上であり常温でポリマーよりも低粘度の
液状でありかつポリマーに対する相溶性を有しており、
該ポリマーと該油状潤滑剤とが配合されてなる本発明の
油状潤滑剤は、従来において潤滑性能が優れているとさ
れてきた化成被膜潤滑や合成被膜潤滑に匹敵する耐焼付
性を備えている。
以下、本発明を上記要旨とした過程を詳細に説明する。
本発明者らは、各種潤滑処理形態の中で耐焼付性につい
ては最も悪いが、工程を単純化できるとともに加工後の
除去容易性が優れている油状潤滑剤について、金属に対
する腐食性をなくすとともに、従来の化成処理法あるい
は被膜処理法に匹敵する耐焼付性を保有させ、鋼管の引
抜き等に実用させるべく研究開発に取りかかった。
そこで先ず、本発明者らは、従来の油性潤滑剤の欠点を
再確認することとした。
極圧添加剤を含むことが金属に耐する腐食性を有する
ものであり、極圧添加剤を含ませる以上はこれを避けら
れないこと。
ベース油となっている鉱物油や合成潤滑油は、高温高
圧下における化学的安定性があるが、耐焼付性が著しく
低いこと、そして、これがために、油性向上剤と極圧添
加剤を含有させていること。
本発明者らは、上記の認識に基いて、極圧添加剤を使用
しないとともに、境界潤滑領域（高温高圧下）でも化学
的安定性（非反応性）があり耐焼付性（油膜強度の度
合）が従来よりはるかに高い物質を、高分子化合物の中
から探索することとした。
高分子化合物（ポリマー）は、分子量がきわめて多いも
のは化学的安定性が高く、ベース油として適すると考
え、さらに耐焼付性が優れたものが存在するであろうと
予測した。そこで、無数にある高分子化合物の中から、
溶解の必要のないもの（＝常温においてペースト、粉粒
または団塊でないもの）を選び出すこととした。その結
果、常温において液状であるものとして、ポリブデ
ン、エチレンとα−オレフィンの共重合物、ポリブ
タジエン、ポリアクリル酸ブチルエステルの四物質を
見い出した。そうして、それらの物性（平均分子量と粘
度）を調べ、第１表を得た。続いて、これら四物質につ
いて、潤滑特性の評価法であるバウデン試験と引抜試験
を行って、第２表及び第３表を得た。なお、バウデン試
験は、ステンレス鋼（SUS 304）の表面に各供試剤を塗
布し、試験温度は100℃に保ち、塗布面に直径3/16′の
鋼球を荷重2kgで押圧し、速度0.8mm/secで往復運動させ
て供試剤の摩擦係数の変化を調べた。そして、初期回の
摩擦係数μ及びμ＝0.2になるまでの摩擦回数を耐焼付
性として評価した。
第２表において、の摩擦係数μは0.160であり、これ
は、潤滑剤として適する一般的な最大限界値0.2よりも
かなり小さく、また摩擦係数μが0.2を越えるまでの摩
擦回数も100以上と飛躍的に大きい。そして、第３表で
もは引抜試験に対してきわめて高い値を示した。
従って、〜の供試剤の内、のポリアクリル酸ブチ
ルエステルのみが良好であると判断した。
そこで本発明者らは、ポリアクリル酸ブチルエステルに
類似する分子構造を有する高分子化合物も、潤滑性能が
高いだろうと考え、ポリアクリル酸類、ポリメタクリル
酸類、アクリル酸エステルとメタクリル酸エステルの共
重合物の中から常温において液状のものを探索した。
ポリアクリル酸類は、Tg（ガラス転移点）が低いので、
エステル部分の炭素数にもよるが常温で液状のものが多
い。
ポリメタクリル酸類は、概してTgが高いので常温で粉状
もしくは固体状で存在することが多いが、中でも常温で
液状なものとして見い出したものはポリメタクリル酸ラ
ウリルエステルとポリメタクリル酸２エチル−ヘキシル
エステルであった。
アクリル酸エステルとメタクリル酸エステルの共重合物
は、常温で粘稠するぎるか固形状であるので、液状潤滑
剤を得んとする目的に合わないと判断し除外した。
第４表は、選出した高分子化合物の物性（平均分子量と
粘度）を示す。第５表及び第６表は、耐焼付性について
引抜試験をした結果を示す。
第５表、第６表に示す通り、第４表に選出した高分子化
合物はいずれも市販品より良好であった。特に、好まし
いのは、とであった。
第５表、第６によれば、第４表に選出した高分子化合物
はいずれも市販品に比べ粘度が高いので、本発明者らは
それらの単独での使用は作業性が悪くなると予想した。
ちなみに、通常の作業において50℃の動粘度が1,000cst
以下でないと給油が困難となる。従って、のポリメタ
クリル酸２エチル−ヘキシルエステルは、極めて高粘度
であり実用不能と判断し除外することとした。
続いて、潤滑性（耐焼付性）を落さずに粘度を下げるこ
とを検討した。粘度を下げる方法として、引火点が150
℃以上であり、常温において低粘度の液状であるうすめ
油を配合することを考えた。うすめ油としては油性向上
剤が一般的に用いられる。油性向上剤には、冒頭で述べ
たように、油脂、炭素数10以上の飽和及び不飽和の脂肪
酸、脂肪酸エステル、リン酸エステル、アルコール等が
あるが、常温において低粘度の液状で引火点が150℃以
上のものは、精製ラード、オレイン酸、リン酸エ
ステル、ヒンダードエステル、イソステアリン酸、
C18飽和高級アルコール等が挙げられる。
鉱物油は、ベース油として使用されているが、うすめ
油としても一般的に用いられる。
以上の〜のうすめ油は、ただちに実用できるという
ものではなく、配合する対象である上記のと
の相溶性が良くなければならないので、と
〜の全ての組合わせを考え、重量％で1:1に配合して
相溶性を調べ、第７表を得た。
そして、第７表から、とが〜の各種油性向上剤
及び鉱物油に対して相溶性が良く、本発明の目的にか
なうものと考え、対象をのポリアクリル酸２エチル−
ヘキシルエステルと、のポリメタクリル酸ラウリルエ
ステルに絞った。
なお、油性向上剤は、上記〜の限定するものではな
く、常温において液状でありかつ前記ポリマーに相溶性
を有する油性向上剤であれば良い。
また、油性向上剤を配合すると言っても、その意義は従
来と異なる。及びは、第５表と第６表に示すよう
に、単独で高い耐焼付性を有するので、従来の合成潤滑
油のようにベース油として機能するものではない。油性
向上剤はうすめ油として配合するものである。
引続いて、のポリアクリル酸２エチル−ヘキシルエス
テルと、のポリメタクリル酸ラウリルエステルのそれ
ぞれについて〜を配合し、かつ、50℃の動粘度がそ
れぞれ80、150、300、600cst前後になるように配合割合
を調整したテスト油を多種作り、改めて相溶性、引抜試
験による耐焼付性を調べ、第８表，第９表，第10表，第
11表を得た。
なお、第８表，第９表，第10表，第11表はの三種
について、のポリアクリル酸２エチル−ヘキシルエス
テルまたはのポリメタクリル酸ラウリルエステルに配
合しているが、ヒンダードエステル、イソステアリ
ン酸、C18飽和高級アルコールを除外する主旨ではな
い。常温において液状でありかつ前記ポリマーに相溶性
を有する油性向上剤であれば良い。
第８表〜第11表により、それぞれ単独使用の潤滑性能よ
りも、油性向上剤をうすめ油として配合した方が供試材
料（引抜管）の内外面に焼付が生じないことが分かっ
た。特に、オレイン酸、リン酸エステルでうすめたもの
は良好であり、また粘度が高いもの程良好であり、80cs
tの場合はやはり焼付が見られた。鉱物油をうすめ油と
して配合した場合には良くなかった。
次に、ラード、オレイン酸またはリン酸エステルの内、
一種ではなく、これらの二種以上の組合わせからなるう
すめ油（重量％等分配合）でうすめた場合の耐焼付性は
どうなるか調べた。
ラード、オレイン酸またはリン酸エステルの内、二種以
上の組合わせからなるうすめ油（重量％等分配合）を作
り、それぞれを、ポリアクリル酸２エチル−ヘキシルエ
ステルまたはポリメタクリル酸ラウリルエステルと配合
して（この場合も重量％等分配合）、かつ50℃の動粘度
が300cst前後になるように調整したテスト油を多種類作
り、従来技術品とともに、第13表の引抜試験条件IVで引
抜試験を行ない、第12表を得た。引抜試験条件IVは、減
面率が45.9％であり炭素鋼管の１回の引抜きとしては限
界に近い加工量であり、これ以上僅かでも加工量を増や
すと材料が破断する。
第12表の結果から、本発明品は、従来品（化成被膜処理
品及び合成被膜処理品）とほぼ同等の耐焼付性があるこ
とが分かった。また、従来技術品と引抜加工後の鋼管外
面の金属肌の比較では、本発明品の方が極めてクリーン
な金属肌が得られることが分かった。
以上のことより、ポリアクリル酸２エチル−ヘキシルエ
ステルまたはポリメタクリル酸ラウリルエステルに、油
性向上剤であるところのオレイン酸、ラードまたはリン
酸エステルのいずれか単独もしくは組合わせからなるう
すめ油を配合したものは、化成処理法あるいは樹脂被膜
法に匹敵する優れた耐焼付性を有することを確認した。
なお、ポリアクリル酸２エチル−ヘキシルエステルとポ
リメタクリル酸ラウリルエステルは相溶性が良いので、
互いに配合したものに、オレイン酸、ラードまたはリン
酸エステルのいずれか単独もしくは組合わせからなるう
すめ油を配合してもさしつかえない。
第８表〜第11表により、鉱物油を配合することは、ポリ
マーの潤滑性能を悪くさせる結果が出ているけれども、
例えば、金属板の絞り加工は、鋼管の引抜加工に比べ
て、潤滑条件はかなり軽く（楽に）なるので、きわめて
安価な鉱物油をさほど潤滑性を低下させないで配合でき
れば増量剤となり経済的である、すなわち、ポリマーの
潤滑性能を冷敗塑性加工における焼付性について従来の
化成被膜潤滑や合成樹脂被膜潤滑よりは低いが、油性潤
滑剤よりは高く冷間軽塑性加工が可能な配合の可能性を
検討した。
そこで、本発明者らは、ポリアクリル酸２エチル−ヘキ
シルエステルに、上記うすめ油を配合してなる油性潤滑
剤に、さらに鉱物油を種々の割合で配合したテスト油を
作り、絞り試験を行って潤滑性能の低下と鉱物油の割合
との関係を調べ、第14表を得た。この表の通り、テスト
油は配合割合に応じた金属板の絞り加工に好適な潤滑性
能範囲がある。
最後に、上記それぞれの配合の本発明品（テスト油）を
使用した引抜き及び絞り試験の供試材料について、60℃
に加温した３％オルトケイ酸ソーダ水溶液中に２〜３分
浸漬したところ、どれも完全に脱脂することができた。
また、鋼材を変色または腐食させることもなかった。
＜発明の効果＞ 以上説明してきたように本発明の金属材料の冷間塑性加
工用潤滑剤は次の効果を有する。
（１） 油状潤滑剤でありながら化成被膜潤滑や合成樹
脂被膜潤滑に匹敵する耐焼付性を有する。このため、従
来では化成被膜潤滑や合成樹脂被膜潤滑によって品質が
保障されていた各種の冷間塑性加工は、直接給油にとっ
て変わることができ、潤滑処理が簡単でわずらわしさが
なく、化成被膜潤滑や樹脂被膜潤滑の場合に比べて工程
が簡単となり、連続した工程にも使用できる。さらに、
化成被膜潤滑や合成樹脂被膜潤滑によって品質が保障さ
れていた各種の冷間塑性加工品は、油状潤滑であること
によって、加工後の該潤滑油の除去が容易であり、化成
被膜潤滑加工品や合成樹脂被膜潤滑加工品に比べて金属
面の肌がクリーンとなる。金属板の絞り加工のように潤
滑性能がやや低くても良い場合には、鉱物油を増量剤に
することができる。
（２） 極圧添加剤はもちろんのこと他の反応性の強い
物質を含まないので、金属を腐食させる虞れがなく、従
来技術の油状潤滑剤の欠点を克服できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ１０Ｍ 129:40 129:74 129:06） Ｃ１０Ｎ 30:06 30:12 40:24 Ｚ 8217−4Ｈ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ポリアクリル酸２エチル−ヘキシルエステ
    ル及びポリメタクリル酸ラウリルエステルのいずれかの
    ポリマーまたは両ポリマーをベース油とし、油性向上剤
    として、精製ラード、オイレン酸、リン酸エステル、ヒ
    ンダードエステル、イソステアリン酸、またはC18飽和
    高級アルコールの中から、いずれか一種ないし二種以上
    がうすめ油にとして所要割合で配合されてなることを特
    徴とする金属材料の冷間塑性加工用油状潤滑剤。
JP61085652A 1986-04-14 1986-04-14 金属材料の冷間塑性加工用油状潤滑剤 Expired - Lifetime JPH0672233B2 (ja)

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