JPS6373134A - 摩擦潤滑試験方法 - Google Patents

摩擦潤滑試験方法

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JPS6373134A
JPS6373134A JP21723886A JP21723886A JPS6373134A JP S6373134 A JPS6373134 A JP S6373134A JP 21723886 A JP21723886 A JP 21723886A JP 21723886 A JP21723886 A JP 21723886A JP S6373134 A JPS6373134 A JP S6373134A
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rolling
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friction
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Yasuhiro Sotani
保博 曽谷
Tomoyuki Hirakawa
平川 智之
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Nippon Kokan Ltd
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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】 「発明の目的」 本発明は、塑性加工における被加工材と工具の界面の真
の摩擦係数を圧延方向に垂直に作用する力と圧延方向に
平行に工具に作用する力との検出値から塑性加工におけ
る摩擦特性を的確に評価しようとするものである。
産業上の利用分野 本発明は、塑性加工における工具と被加工材との界面の
摩擦特性を評価するための試験機およびその試験方法に
関する。
従来の技術 圧延、押出し、鍛造などの塑性加工においては、加工力
の低減、製品品質の向上および工具の損傷防止などの目
的で潤滑剤が使用されることが多い。
また、工具を熱処理したり、異種材料を被覆するなどの
方法で工具に特殊な表面処理を施すことも少なくない。
熱間における定常塑性加工の1つである孔形ロールとマ
ンドレルバ−の間で管の肉厚ヲ減スるマンドレル圧延を
例として説明すると、マンドレルバ−の摩擦抵抗を低減
する目的で、あらかじめマンドレルバ−表面に黒鉛系の
潤滑剤を塗布するのが通常である。しかし潤滑状態が悪
く摩擦係数が高くなると、圧延された管の形状が悪化す
るだけでなく、管材とマンドレルバ−が焼付きを起して
管内面やバー表面が損傷する。また圧延後の管からマン
ドレルバ−を抜き取ることが困難になることもある。更
に近年多く採用されている圧延中にマンドレルバ−速度
を一定に拘束する方法においては、潤滑不良によりバー
の負荷が過大になるとバーの折損を引き起こすなど、潤
滑状態の良否が加工の成否を左右すると言っても過言で
はない。
しかし潤滑剤の選定および潤滑条件の決定は経験に頼っ
ているのが現状である。このためマンドレル圧延用潤滑
剤の摩擦係数、耐久性および管材とマンドレルバ−の焼
付き性を簡便に評価する手法の確立が切望されている。
また、鍛造などの1加工行程で圧下率、負荷などの加工
条件が変化する非定常塑性加工においても、ダイスや金
型の表面に潤滑剤を塗布するのが通常である。これらの
加工においても、潤滑剤の摩擦係数が高い場合には、金
型への材料の充満不足による製品価値の低下、更に圧下
率が太き(なると金型への材料の焼付き、かじりにより
金型の損傷を引き起こすため、前記同様、潤滑剤の摩擦
係数、耐久性および金型と材料の焼付き性を簡便に評価
する手法の確立が求められている。
以上のような塑性加工における工具と被加工材の接触界
面の条件は、非常に高い圧力が大きな接触面接にわたっ
て作用し、被加工材の塑性変形に伴って新生面が露出す
る。また熱間加工であれば接触界面が高温にさらされる
従来より潤滑剤の評価試験に、例えば日本潤滑学会編潤
滑ハンドブックの371頁以下などに発表されている四
球式、ティムケンなどの基礎試験機およびその改良機が
多く用いられており、また熱間加工用潤滑剤の評価には
、リング圧縮法が用いられることもある。
発明が解決しようとする問題点 しかし、四球式、ティムケンなどの基礎試験機およびそ
の改良機による試験において荷重を負荷する接触部は弾
性体相互の接触であり、点あるいは線接触のため接触面
積は小さく、局所的には高荷重にはなるが、塑性変形に
よる新生面の大きな露出はなく、試験結果は単に摩擦現
象を解明するだけに留まり、実際の塑性加工における摩
擦特性を正当に評価できるに到ってない。
またリング圧縮法は、単純圧縮での表面伸びおよび新生
面の露出は実際の塑性加工と比べると小さいものである
ため、この方法により測定された摩擦係数による潤滑剤
の潤滑性の順位と、実際の押出し加工などを行ったとき
の加工力や焼付き性から判定した順位とでは入れ替わる
こともよくあり、潤滑剤の摩擦係数、耐久性および焼付
性の評価が実際の加工に対し正当に行われているとは言
いがたい。
そのため、実際の塑性加工を模擬するため、操業設備と
同規模かあるいはその何分の1かの特別な設備を用いて
加工を行い、加工力による摩擦係数の評価や、工具と被
加工材の焼付き性の評価が行われることもあるが、これ
らの設備は通常大型で、制作費も高額であり、かつ操作
方法も複雑であるとういう欠点を有している。
「発明の構成」 問題点を解決するための手段 回転する圧延ロールと固定した板状の工具の間で板状の
被加工材を圧延し、圧延方向に垂直に働らく作用力と、
圧延方向と平行に工具に働らく作用力とを共に検出し、
塑性加工における工具と被加工材との界面における摩擦
特性を評価することを特徴とする摩擦潤滑試験方法。
作用 圧延方向と垂直な圧下刃(P)と圧延方向に平行な圧下
刃(F)を夫々検出することにより、摩擦の法則から摩
擦係数μを、μ=F/Pで求めることができる。
前記摩擦係数μの経時変化から工具表面における潤滑膜
の如きの持続性、耐久性および焼き付き性などを評価し
判定することができる。
定常塑性加工、非定常塑性加工などの何れに対しても試
験、評価をなし得る。
実施例 上記したような本発明について更に説明するならば、本
発明による試験機は、回転する圧延ロールと固定された
板状の工具との間で板状の被加工材を圧延することによ
り、第1に被加工材に大きな塑性変形を与え、第2に、
大きく露出した被加工材の新生面と工具表面との接触界
面に高い圧力を生ぜしめた状態で、被加工材と工具に相
対すべりを与えて、実際の塑性加工における工具と被加
工材の接触状態に近い状態を作らしめるものであり、こ
のような状態で圧延方向に垂直に作用する力と圧延方向
に平行に工具に作用する力を同時に検出機構を用い、両
者の検出値から被加工材と工具との界面における真の摩
擦係数を算定せしめることにより、塑性加工における摩
擦特性を正当に評価できるようにしたものである。
斯かる本発明を添付図面を用いて説明するならば、第1
図は本発明の原理的関係の1例を示したものであり、潤
滑剤の塗布その他により所定の表面状態をもった膜6を
有する板状の工具1は、ベアリング等の上に無摩擦条件
で固定設置され、この工具1と圧延ロール2との間で板
状の被加工材3を圧延すると、圧延方向と垂直な圧下刃
Pがロール2あるいは工具1に作用すると同時に、被加
工材3と工具1との界面における摩擦により工具1には
圧延方向に平行な力Fが作用する。このようなそれぞれ
の力PおよびFを荷重検出器4および5で検出すると、
摩擦の法則により被加工材3と工具1との界面の摩擦係
数μは、μ=F/Pで求められる。このようにして求め
た摩擦係数の圧延開始からの経時変化を追うことによっ
て、工具表面の潤滑膜6の持続性、耐久性および被加工
材3と工具1との焼付き性も評価できる。ロール2とし
て板圧延用の円筒ロールを用いれば、ロール回転中の圧
下条件は一定であるから定常塑性加工における試験が可
能であり、一方偏芯ロールあるいはピルが一圧延ロール
などのロール回転に伴い圧下条件が変化するロールを用
いれは、非定常塑性加工における試験が可能になる。
また、素材をあらかじめ加熱炉で所定の温度に加熱すれ
ば熱間での試験が可能である。ロール2と工具1の間隔
を変化させることで塑性変形の大きさ、工具1と被加工
材3の接触部に作用する圧力および接触面積を変化させ
ることができ、更にロール2の回転数を変化させること
で工具1と被加工材3間の相対すべり速度を変化させる
ことができる。
更に工具1形状を単純な形状にすることにより潤滑剤6
の塗布、工具10表面処理、工具材質の変更ならびに工
具1の交換も容易になり、種々の潤滑状態での試験を簡
便に行うこともできる。
なお、より長時間における摩擦特性を評価するためには
、長尺の被加工材3を用いるか、あるいは短尺の被加工
材3を多バス圧延すればよい。また第1図において圧下
刃Pはロール2に作用する力を検出するようになってい
るが、工具1に作用する力を検出してもよい。
次に、具体例によって本発明をより詳細に説明すると、
第2図〜第4図は本発明者等の作製した試験機の構成を
示すものであって、第2図に示すように市販の双ロール
圧延機における上側ロール14と対設された下側ロール
セットを固定ブロック11に置き換えてベアリング18
上に設置し、固定ブロックIIの工具保持部12におい
て板状に加工した工具13を固定させ、斯かる工具13
と上側ロール14の間で板材の被加工材を圧延するよう
に成っており、第4図に示すようなロールハウジング1
5の出側に圧縮型ロードセル16を取り付け、このロー
ドセル16に前記したような固定ブロック11を押し付
けて固定ブロック11を圧延方向に固定すると共に、上
記のようにロール14と工具13との間のに位置した被
加工材と工具13との間に働く摩擦力を検出する。圧延
方向に垂直な力は、ロールハウジング15の上部に取付
けたロール圧下刃検出用ロードセル17で検出するよう
に成っている。
上記のような本発明における試験機を用いて、まず円筒
ロールを採用して、定常塑性加工を模凝する試験法と試
験結果の1例を述べる。被加工材には炭素M(0,2%
C)を用い、電気炉で1000℃に昇温させた。形状は
厚さ15龍、幅40龍、長さ150 mmであり、噛込
み21性を向上させるために先端部に約10°のテーパ
をもたせた。工具■3には厚さ2511、幅60m、長
さ150nの合金鋼(5%Cr−1%MO)を用い、ロ
ール14と工具13の間隔は7n*(圧下率53%)に
設定し、直径130mmのロールを回転数2Orpmで
直流モータにより駆動し試験した。
第5図と第6図にはそれぞれ水溶性黒鉛系の潤滑材Aお
よびBを予め工具表面に約50μm塗布した場合の試験
結果を示すが、圧延時間の経過に対するロードセル17
からの出力である圧下刃P、ロードセル16からの出力
である摩擦力Fおよび摩擦係数μを、μ=F/Pの演算
結果として示したものである。即ち第5図においては、
圧延中の摩擦係数はほぼ一定であり、その値も極めて低
く安定な潤滑状態が得られていることが分かる。一方第
6図においては、圧延開始早々に摩擦係数が0.2まで
上昇し、圧延途中で摩擦係数が小刻みに変動し、実際は
ここで工具13に板材が焼付きを起こしている。
このように円筒ロールを用いた本発明による試験法によ
り、潤滑剤の摩擦係数、耐久性および工具と被加工材の
焼付性を的確に評価できることが判明した。
次に、ロールの回転に伴い圧下率が変化する偏芯ロール
を用いて非定常塑性加工を模凝する試験法と試験結果の
1例を述べると、ロールには直径130mm、偏芯量6
.5龍のものを用い、ロール半回転でロールと工具の間
隔が211〜15+u(圧下率O〜80%)で変化でき
る設定とした。潤滑剤には上記Aを用い、その他の条件
は上記したところと同条件にした。第7図には試験結果
として圧下率に対する摩擦係数の変化を示す。この図よ
り圧下率の上昇に従い摩擦係数も上昇し、圧下率が約5
8%で被加工材と工具が焼付きを起こしていることが分
かる。
このように本発明によるものは、偏芯ロールを用いる場
合の試験法において、逐次圧下率が変化する場合の潤滑
剤の摩擦係数、耐久性および工具と被加工材の焼付き性
が評価できることが明かである。熱論同様な条件での評
価は前記円筒ロールで板厚が長手方向に逐次変化する素
材を用いても実現できる。
以上、本発明試験機による潤滑剤の評価法を例にとって
試験方法を述べたが、潤滑剤なしで試験すれば工具材質
の摩擦特性を、あるいは工具に熱処理または異種材被覆
などの表面処理を施して試験すれば各表面層の潤滑性を
それぞれ評価できることは明らかである。
発明の詳細 な説明したような本発明によるときは、回転する圧延ロ
ールと固定された板状の工具との間で板状の被加工材を
圧延することにより、被加工材に大きな塑性変形を与え
ると同時に、大きく露出した被加工材の新生面と工具表
面との接触界面に高い圧力を生ぜしめた状態で、被加工
材と工具に相対すべりを与えて実際の塑性加工における
工具と被加工材の接触状態に近い状態を作らしめ、圧延
方向に垂直に作用する力と圧延方向に平行な工具に作用
する力を同時に検出することができ、両者の検出値から
被加工材と工具界面における真の摩擦係数を算定ならし
めることによって塑性加工における摩擦特性を正当に評
価でき、しかも小型で、製作費が安価であり、試験操作
方法が簡便である等の効果を有しており、工業上のその
効果の大きい発明である。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の技術的内容を示すものであって、第1図
は本発明における試験測定の原理的関係の説明図、第2
図は本発明等の作製した試験機の正面図、第3図はその
側面図、第4図はその立面図、第5.6.7図はそれぞ
れ試験結果を示すグラフである。 然して、これらの図面において、1は工具、2はロール
、3は被加工材、4は圧下力検出器、5は摩擦力検出器
、6は潤滑膜、11は固定ブロック、12は工具支持部
、13は工具、14はロール、15はロールハウジング
、16は摩擦検出用ロードセル、17は圧下力検出用ロ
ードセル、18はベアリングを夫々示すものである。 特許出願人   日本鋼管株式会社 発   明   者    曽  谷  保  博同 
           平  川  智  之第 7 
国 水下率−(幻 手続補正書(0謬) 昭和 &1.10.1ilOs

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 回転する圧延ロールと固定した板状の工具の間で板状の
    被加工材を圧延し、圧延方向に垂直に働らく作用力と、
    圧延方向と平行に工具に働らく作用力とを共に検出し、
    塑性加工における工具と被加工材との界面における摩擦
    特性を評価することを特徴とする摩擦潤滑試験方法。
JP21723886A 1986-09-17 1986-09-17 摩擦潤滑試験方法 Granted JPS6373134A (ja)

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JPH0447260B2 JPH0447260B2 (ja) 1992-08-03

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Cited By (5)

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JPH0447260B2 (ja) 1992-08-03

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