JPS60130694A - 冷間鍛造用潤滑油 - 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】 〔発明の利用分野］ 本発明は、金属の塑性加工用潤滑油に係り、特に、潤滑
油に不溶な有機リン化合物を乳化剤によシ潤滑油中に均
一に分散させ、懸濁液の安定化を図った乳化型金属加工
用潤滑油及びその・　使用方法に関する。

〔発明の背景〕

一般に、引抜き、前方押出、後方押出、据込み及び深絞
り等の冷間加工に供される金属材料（以下、素材と略記
する）の潤滑は非常に重要である。

すなわち、冷間加工においては、加工の際、金型との接
触面圧、塑性変形熱及び摩擦熱等が大きく、かつ素材の
表面積が数倍から数十倍に増大し、素材内部の材料が表
面に新生面として露出するため、苛酷な潤滑条件下にお
かれる潤滑剤の良否が、金型寿命、加工品の寸法精度を
左右する。

冷間加工用の潤滑剤は、大別して３′ｓ類のものがある
。すなわち植物油、鉱物油を主成分とした水溶性、非水
溶性の液体潤滑剤、金属石けん、牛脂などの半固体状潤
滑剤及び黒鉛、二硫化モリブデン等の固体潤滑剤である
。これらの潤滑剤は、加工度の小さい場合、十分適用で
きるが加工度の大きい、すなわち、塑性変形の大きい場
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、潤滑剤の導入等が不十分なためかじシや焼付
きが生じ十分満足できるものがなかった。塑性変形が大
きい場合や複雑な形状の場合の潤滑剤としては、リン酸
塩被膜、しゆう酸塩被膜などの化成被膜処理や合成樹脂
系被膜処理等が知られている。しかし、化成被膜処理は
充分な前処理が必要である。例えば、リン酸塩被膜では
、素材表面を充分脱脂、酸洗を行い、処理工程中Ｏ厳密
な条件管理、処理液の調整、該反応によって生成するス
ラッジの除去、処理廃液の公害防止のための多大な経費
といった問題がある。また、合成樹脂被膜では、被膜が
有１機質であるため被膜形成の作業性、加工性能、加工
後の被膜除去等の点で問題がある。

特開昭４７−８２７９号公報には、油中に二硫化モリブ
デン粒子を懸濁させるための乳化剤として、メタクリレ
ートとＮ−ビニルピロリドンとの共重合体が開示されて
いる。該乳化剤は、二硫化モリブデンを油中に分散させ
るためには極めて有効である。しかし、酸性リン酸エス
テルに対する乳化剤としては、不充分なものであった。

他方、かくはん装置等によって潤滑油を絶えずかくはん
し、添加剤を油中に均一に乳化させる方法があるが、給
油槽にかくはん装置を取伺ける必要があり、また長期間
にわたって静止貯蔵する場合、使用時に充分かくはんを
行う必要がある等、経済的及び実用的な面で問題があっ
た。

このように、従来の塑性加工時に用いる潤滑剤には、種
々の問題点があるため、素材表面に被膜処理を必要とせ
ず、単に液体潤滑剤を塗布するのみで加工できるような
高性能潤滑剤の開発が望壕れでいた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、素材に塗布又は金型内に給油するのみ
で、塑性加工時の変形熱、摩擦熱を利用して金属表面に
優れた潤滑膜を形成させ、加工度の高い加工品を製造す
ることができる、乳化型金属加工用潤滑油及びその使用
方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明を概説すれば、本発明の第１の発明は乳化型金属
加工用潤滑油に関する発明であって、潤滑油に、下記一
般式Ｉ： （０） １ （ＲＯ）ｎ−Ｐ−（ＯＨ）３−ｎ　・・−ＣＤ（式中、
Ｒはアルキル基又はフェニル基を示し、ｎは１〜２の数
である）で表されるリン化合物及び乳化剤を配合した乳
化型金属加工用潤滑油において、該乳化剤が、仏）ポリ
メタクリレート、ポリイソブチレン、オレフィン共重合
体及びポリアルキルスチレンよシなる群から選択した少
なくとも１種のポリマーと、（Ｂ）ポリアルケニルコハ
ク酸無水物、ポリアルケニルコハク酸イミド、ポリアル
ケニルコハク酸エステル、メタクリレートと極性基を持
つ単量体との共重合体、及び長鎖アルキルアクリレート
よりなる群から選択した少なくとも１種の化合物との組
合せよシなる乳化剤であることを特徴とする。

また、本発明の第２の発明は、金属表面処理方法に関す
る発明であって、金属加工用潤滑油及び素材のいずれか
一方を加熱し、該素材を該潤滑油中に浸漬して素材の表
面に潤滑被膜を形成させる金属表面処理方法において、
該潤滑油として、上記本発明の第１の発明の乳化型金属
加工用潤滑油を使用することを特徴とする。

更に、本発明の第３の発明は、金属加工方法に関する発
明であって、素材の加工時に１該素材又は金型加工面に
潤滑油を塗布する金属加工方法において、該潤滑油とし
て、上記本発明の第１の発明の乳化型金属加工用潤滑油
を使用することを特徴とする。

前記式ｌで表されるリン化合物の例としては、ジブチル
ハイドロジエンホスファイト、ジフェニルハイドロジエ
ンホスファイト、ジイソデシルハイドロジエンホスファ
イト、モツプチルホスフェート、モノイソデシルホスフ
ェート、マた市販のモノとジの混合物である、メチルア
シッドホスフェート、イソプロピルアシッドホスフェー
ト、ブチルアシッドホスフェ−）’ｌＥ例示される。

該極圧剤と潤滑油から成る冷間加工用の潤滑油であるが
、潤滑油に極圧剤が溶解した状態では、極圧剤の添加効
果が極めて低くｆｒ、シ、良好な加工性能が得られない
。極圧剤が溶解しない鉱油、合成油又は、これらの混合
油中に極圧剤を均一に懸濁分散又は乳化状に分散させる
と良好な加工性能が得られる。

本発明の乳化型金属加工用潤滑油を用いると、その塑性
加工時において金型と素材が直接々触するのを防止する
効果が大きくかつ、複雑な形状の加工品や加工度の高い
加工品を形成できる１、また加工品の寸法精度も著しく
向上する。これは、配合した有機リン化合物の微細粒子
が素材表面に多量に密着し、塑性変形に伴う変形熱によ
って、ち密で強固な潤滑被膜が形成するため、素材表面
のかじりや焼付き性を低減し、金型寿命の大幅な延長、
及び金型損傷の軽減にも大きな効果がある。また、化成
処理等によって形成される潤滑被膜よりも薄い被膜が形
成されるため、加工品の寸法精度が向上することはいう
までもない。

本発明に使用される潤滑油は、一般的に潤滑油と称され
る鉱油若しくは合成油またはこれらの混合油であるが、
これらの潤滑油は、加工品の加工度および素材表面への
潤滑方法に応じて粘度を選択することができる。□ 鉱油若しくは合成油又はこれらの混合油に配合する極圧
剤の配合量は特に限定しないが、良好な潤滑被膜を形成
させるには、リン分として０１重量係以上が好ましい。

また、極圧剤を潤滑油中に均一に分散させ長期間懸濁状
態を保つには、乳化剤（Ａ）は、２重量係以上、乳化剤
φ）は００４重量重量上が好ましい。乳化剤（Ａ）を多
量に配合しても加工性能を阻害しないが、乳化剤の）は
５重量係を越えると加工性能が低下する。

本発明の乳化型金属加工用潤滑油の使用方法としては、
塑性加工しようとする素材に、例えばハケ塗り、スプレ
ー法、浸漬法、流動浸漬法等の方法で塗布した後、加工
すればよい。従来の潤滑技術のように、前処理、リン酸
塩処理又はしゆう酸処理等を行い、更に潤滑剤を使用す
るというような複雑な工程を必要とせず、極めて簡単で
あり、かつ能率的である。また処理後及び加工後の素材
の防錆効果も大きい。

なお、本発明の金属加工用潤滑油は、加工度の高い加工
品及び複雑な加工品の深絞シ、引抜き、押出等の塑性加
工品にも使用でき、その潤滑効果は極めて良好であり、
かつ仕上り表面も優れているが、潤滑油の劣化防止のだ
めの酸化防止剤、防錆剤等の有機又は無機化合物を、本
発明の効果を阻害しない範囲で添加してもよい１３〔発
明の実施例〕 次に本発明の実施例及び比較例を挙げて、その効果につ
いて説明するが、本発明はこれらに限定されない。

なお添付図面において、第１図は、加工油の性能評価に
用いた素材の側面図である。第２図は加工油の性能評価
に用いた金型の縦断面図である。第２図において、符号
１はポンチ、２は素材、３は金型の超硬部分、４は金型
、５は金型加熱用バンドヒーターを意味する。

実施例１ ４０℃における粘度が５６　ｍ＋”／Ｂ　の鉱油に、乳
化剤として、仏）ポリメタクリレート（カネル−７”２
０００、カネボーエヌエスシ−Ｍ）５又は１０重量１（
Ｂ）ポリブテニルコノ・り酸エステル〔ループリソ°−
ル（Ｌｕｂｒｉｚｏｌ　）　９３９、日本ループリゾー
ル工業（有）製〕を、後記第１表に示す配合で加熱溶解
した後、極圧剤としてモツプチルホスフェートを２０重
量係配合し、ホモジナイザーでかくはんして、潤滑油中
のモノブチルホスフェートの平均粒径が５０μｍからな
る乳化状の潤滑油組成物を得た。

この潤滑油組成物を試験管に移し、室温（２５〜２７℃
）で静置して、相分離が現われる時間を測定し、乳化安
定性を評価した。その評価結果を第１表に示した。

なお、比較例１及び２の潤滑油は、基本組成として、ベ
ース油に鉱油（４０℃で５６１１１１１１２／Ｅｌの粘
度）７５重量係、極圧剤のモツプチルホスフェートが２
０重Ｌｑｂであり、下記の組成である。

比較例１：ポリブテニルコハク酸エステルを５重量配合
合 比較例２：乳化剤なし 第１表 葺　括弧内は１００℃における粘度（■２／８）を示す 乳化安定性は、潤滑油と極圧剤が分離し始める、すなわ
ら、相分離が現われるまでの時間が長い程、良好な分散
剤である。

第１表から明らかなように、ポリメタクリレートとポリ
ブテニルコハク酸エステルを乳化剤としたものは、比較
例のものに比べて長期間相分離が現われず乳化安定性に
優れていることが分る。

実施例２ 実施例１に示した乳化状の潤滑油を第１図に示した直径
９９鱈の素材（ＥＣＭ　４１５　、クロムモリブデン鋼
）に塗布した後、第２図に示した金型を用い、前方押出
し加工法により、加工性能及び潤滑被膜の形成状態をＸ
線マイクロアナライザーで評価した。その評価結果を第
２表に示した。潤滑油の加工性能は、加工後の表材表面
に焼付きが生ずるときの金型温度であシ、この温度が高
い程良好な加工性能を示す。

加工条件及び試験方法は、次のとおりである。

１、　加工条件 （１）素材寸法 （２）金型主要寸法 ２、　加工性能 第２図に示した金型に金型加熱用バンドヒーターを取付
け、金型温度を５〜１０℃ごとに段階的に上げ、各温度
で潤滑油を塗布した素利を３０本ずつ加工し、加工後の
表面に焼付きが生じ始めるときの金型温度を測定した。

この温度が高い程、潤滑油の加工性能が優れていること
を示す。

五　加工後の表面分析 金型温度１５０℃で１の加工条件で加工した後の素材表
面をＸ線マイクロアナライザーにより、リンの濃度を測
定した。リン検出濃度が多い程、素材表面に緻密な潤滑
被膜が形成されたことを示す。

第　２　表 壷　潤滑被膜の形成状態 ◎　リン元素が表向全体をち密に分布している。

Ｏ〃　はぼ全面に偏析している。

△　〃　局部的に偏析している。

×　〃　素材中のリン分とほぼ同じである。

第２表から明らかなように、本発明の分散剤は、金属に
対する極圧剤の反応性を阻害することなく、良好な加工
性能を示す。また、加工後の累月表面に良好な潤滑被膜
が形成されていた。

実施例３ 実施例１と同じ鉱油に乳化剤として乳化剤Ｇ）のポリイ
ソブチレン〔バラトーン（ｐＡＲＡＴｏｎＥ）１０８、
エクソン　ケミカル社製〕、ポリオレフィンポリマー〔
パラトーン　７０７、エクソン　ケミカル社製〕、スチ
レン−イソブチレンの共重合体〔シェルビス（５ｈｅｌ
ｌｖｉｓ　）　５０、シェル　ケミカル社製〕、アクリ
リックポリマー　［７’　ｖキソール（ＰＩＪＸＯＬ　
）　ｋｌＦ　８３３、日本アクリル化学社製）、エチレ
ン−α−オレフィン共重合体（す１０１０、三井石油化
学工業社製）と、乳化剤（Ｂ）のポリブテニルコノ・り
酸エステル（ループリシール９３９）を、後記第３表に
示す配合量で添加し、加熱溶解した後、極圧剤モツプチ
ルホスフェートを２０重量％配合し、ホモジナイザーで
かくはんして、潤滑油中のモツプチルホスフェートの平
均粒径４５μｍからなる乳化状の潤滑油組成物を得た。

これを５０艷のサンプル管に移し、室温（２５〜２７℃
）で静置して乳化安定性を評価した。その評価結果を第
３表に示した。

第３表から明らかなように、本実施例のものは、実施例
１に示した比較例のものに比し、乳化安定性が優れてい
ることが判る。

また、直径２００■、厚さ８■の鋼板（ｓｐａｍ）に潤
滑油を塗布し、内径１４０ｍ、厚さ７　ｍ　（シゴキ率
、１２．５％）のカップ状に深絞り加工を行った結果、
良好な加工性能を示した。

実施例４ 潤滑油のベース油として、α−オレフイ／油〔日本油脂
（株）製、４０℃の粘度１００雪２／Ｓ〕、ポリオール
エステル油〔日本油脂（株）製、４０℃の粘度５６■２
／８〕及びフロロシリコーン油〔タウコーニング　コー
ポレーション製、４０℃の粘度１θＤ　ｔｔｓＶθ〕　
に、実施例１と同じ乳化剤を、第１表の番号４と同じ配
合量で添加し、加熱溶解した後、極圧剤、モツプチルホ
スフェートを２０重−ｆ１％配合しホモジナイザーでか
くはんし乳化状の潤滑油を得た。これを実施例１と同じ
方法で分散安定性と加工性能を評価したつ結果を第４表
に示した。なお、潤滑油中における極圧剤の平均粒径は
４５〜５０μｍである。

第　４　表 第４表から明らかなように、本実施例のものは、実施例
１の比較例のものに比し乳化安定性に優れていることが
判る。

実施例５ ４０℃における粘度が５６　ｍ”／　ｓの鉱油に、乳化
剤仏）と（Ｂ）を第５表に示す配合量で添加し、加熱溶
解した後、極圧剤モツプチルホスフェートを２０重量係
配合し、ホモジナイザーでかくはんして、潤滑油中のモ
ツプチルホスフェートの平均粒径が４０〜５０μｍから
成る乳化状の潤滑油を得た。

なお、各乳化剤の製造会社名は以下のとおりである。

ポリアルケニルコハク酸無水物（三洋化成）、ポリアル
ケニルコハク酸イミド（カロナイト化学）、ポリブテニ
ルコハク酸のエステル〔日本上（テキサコ　ケミカル）
、メタクリル酸エステルとニトリルの共重合体（カネボ
ーエヌエスシー）、ポリメタクリレート（カネボーエヌ
エスシー）、ポリインブチレン（エクソン　ケミカル）
、エチレン−α−オレフィン共重合体（三井石油化学工
業）。

上記の各潤滑油の一部を、５０−のサンプル管に移し、
室温（２５〜２７℃）で静置して、乳化安定性及び実施
例２と同じように、加工後の素材表面の潤滑被膜の形成
状態を測定した。

これらの評価結果を第６表に示した。

第６表から明らかなように第５表に示した乳化剤（Ｂ）
の配合量がα０４重量重量上になると長期間乳化状態を
保つことが判る。また、金属に対する極圧剤の反応性を
阻害することなく、良好な潤滑被膜が形成されているこ
とが判る。

第　６　表 第　６　表　続き 実施例６ ４０℃の粘度が１００　ｍ＋”／ｓのα−オレフィン油
〔日本油脂（株）製〕に乳化剤（Ａ）のポリメタクリレ
ート〔日本ループリゾール工業（有）製〕５重量係、乳
化剤（Ｂ）のポリブテニルコノ・り酸エステルα２重量
係を、それぞれ配合し、加熱溶解した後、第７表に示し
た極圧剤を２０重量係配合し、実施例１と同じホモジナ
イザーでかくはんし、油中の極圧剤粒径３０μｍからな
る潤滑油組成物を得た。これを実施例１及び実施例２と
同じ方法で乳化安定性及び加工性能を評価した。結果を
第７表に示しだ。

第７表から明らかなように乳化安定性及び加工性能は、
実施例１の比較例に比し優れていることが判る。

第　７　表 実施例７ ４０℃における粘度が８０　＋ｏ＋”／ｓの鉱油に、後
記第８表に示した有機リン化合物を１０重量％、及び乳
化剤（Ａ）のポリメタクリレート（カネボーエヌエスシ
ー製、１００℃の粘度６５０ｍ”／Ｂ）５重量％、乳化
剤０３）のポリブテニルコハク酸エステル〔ループリシ
ール９３９、日本ループリゾール工業（有）製〕０２重
量％を、それぞれかくはんしながら添加し、乳化状の潤
滑油を得た。

これらの潤滑油に、直径９．９　ｍ、長さ３０ｍの円柱
鋼材（クロムモリブデン鋼、ＥＩＯＭ　４１５　）を１
５０℃に加熱したものを３０秒間浸漬した。

この化成被膜処理した調料を、断面減少率７５チ、約３
　ａｍ　７秒の加工速度で押出し加工を行った。

その試験結果を第８表に示した。

なお、対照例の組成は下記のとおりである。

対照１：市販の冷間加工用潤滑油 組成　ベース油：鉱油　３８％ 対照２　：従来のボンデライト・ボンダリューぺ処理第
　８　表 ※　加工後の表向状態で評価 ○：加工後の表面全体に被膜が形成し、焼付発生がない
Δ：加工後の表面に被膜が一部消失しているが焼付発生
がない ×：焼付発生し加工不能 第８表から明らかなように、本発明の実施例のものでは
いずれも良好な結果が得られ、対照２の従来のリン酸塩
被膜処理品と同程度の加工性能を示した。

実施例８ ４０℃における粘度が５６１１１１”／Ｂのポリオール
エステル油〔日本油脂（株）製〕に、前記第８表に示し
た有機リン化合物を１０重量％、及び乳化剤（Ａ）を５
重量％、また＠）を０２重量％、それぞれかくはんしな
がら添加し１．乳化状の潤滑油を得た。この潤滑油を用
い、実施例７と同じ条件で、鋼材表面に潤滑被膜を形成
し、加工して、被膜の性能を評価した。その評価結果を
第９表に示す。

なお、加工性能の評価は、第８表と同じ評価基準で行っ
た。

第９表に示すように、いずれも良好な結果が得られた。

第　９　表 〔発明の効果〕 以上の説明から明らかなように、潤滑油に有機リン化合
物を均一に懸濁状態に長期間保持する分散剤として、本
発明で用いる乳化剤は、乳化安定性を著しく向上させる
のに有効である。本発明で用いる乳化剤は、金属に対す
る有機リン化合物の反応性を阻害しない。また、乳化剤
の配合によって得られた乳化状の潤滑油は、油中に有機
リン化合物が微粒子となって分散しているので、加工時
、摩擦面へ有機リン化合物が多量に導入され、ち密な潤
滑被膜が形成されるため優れた加工性能を示す。そのた
め従来の加工油に比し、より複雑な形状や加工度の高い
加工品を形成させることができる。しかも処理が簡単で
あり、処理後及び加工後の素材の防錆効果が大きいとい
う顕著な効果が奏せられる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、加工油の性能評価に用いた素材の側面図であ
シ、第２図は、加工油の性能評価に用いた金型の縦断面
図である。 １：ポンチ、２：素材、３：金型の超硬部分、４、金型
、５：金型加熱用バンドヒーター特許出願人　株式会社
日立製作所 代理人　中　本　宏 第１頁の続き ■Ｉｎｔ、ＣＩ、’　識別記号　庁内整理番号８０：０
０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　潤滑油に、下記一般式Ｉ： （０） １ （ＲＯ）ｎ−Ｐ−（ＯＨ）３−ｎ　・・・　ＣＤ（式中
   、Ｒはアルキル基又はフェニル基を示し、ｎは１〜２の
   数である）で表されるリン化合物及び乳化剤を配合した
   乳化型金属加工用潤滑油において、該乳化剤が、（Ａ）
   ポリメタクリレート、ポリイソブチレン、オレフィン共
   重合体及びポリアルキルスチレンよりなる群から選択し
   た少なくとも１種のポリマーと、（Ｉ３）ポリアルケニ
   ルコハク酸無水物、ポリアルケニルコハク酸イミド、ポ
   リアルケニルコハク酸エステル、メタクリレートと極性
   基を持つ単量体との共重合体、及び長鎖アルキルアクリ
   レートよシなる群から選択した少なくとも１種の化合物
   との組合せよシなる乳化剤であることを特徴とする乳化
   型金属加工用部Ｍｔ油。 Ｚ　金属加工用潤滑油及び金属素材のいずれか一方を加
   熱し、該金属素材を該潤滑油中に９潰して金属素材の表
   面に潤滑被膜を形成させる金属表面処理方法において、
   該潤滑油としで、潤滑油に、下記一般式■： （０） １ （ｎｏ）ｎ−ｐ−（ｏＨ）３−ｎ　・−Ｅｌ］（式中、
   Ｒはアルキル基又はフェニル基を示し、ｎは１〜２の数
   である）で表されるリン化合物、及び仏）ポリメタクリ
   レート、ポリイソブチレン、オレフィン共重合体及びポ
   リアルキルスチレンよりなる群から選択した少なくとも
   １種のポリマーと、（Ｂ）ポリアルケニルコハク酸無水
   物、ポリアルケニルコハク酸イミド、ポリアルケニルコ
   ハク酸エステル、メタクリレートと極性基を持つ単量体
   との共重合体、及び長鎖アルキルアクリレートよりなる
   群から選択した少なくとも１神の化合物との組合せより
   なる乳化剤を配合した乳化型金属加工用潤滑油を使用す
   ることを特徴とする金属表面処理方法。 ５　金属素材の加工時に、該金属素材又は金型加工面に
   潤滑油を塗布する金属加工方法において、該潤滑油とし
   て、潤滑油に、下記一般式■： （式中Ｒはアルキル基又はフェニル基を示しｎは１〜２
   の数である）で表されるリン化合物、及び（Ａ）ポリメ
   タクリレート、ポリインブチレン、オレフィン共重合体
   及びポリアルキルスチレンよりなる群から選択した少な
   くとも１種のポリマーと、ＣＢ）ポリアルケニルコハク
   酸無水物、ポリアルケニルコハク酸イミドポリアルケニ
   ルコハク酸エステル、メタクリレートと極性基を持つ単
   量体との共重合体、及び長鎖アルキルアクリレートより
   なる群から選択した少なくとも１種の化合物との組合せ
   よりなる乳化剤を配合した乳化型金端加］Ｉ−用潤滑油
   を使用することを特徴とする金属加工方法。