CN102510895B - 锻造成型加工用润滑油组成物及锻造成型装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种润滑性优异的锻造成型加工用润滑油组成物，而且，提供一种也适合于本发明的锻造成型加工用润滑油组成物的锻造成型装置。本发明的锻造成型加工用润滑油组成物包含粒径不同的至少两种固体润滑剂和极压剂，剩余部分由基础油构成。另外，本发明的锻造成型装置具备：由上模具和下模具构成的用于夹住锻造原料进行成型的一对模具；用于向模具的表面喷吹锻造成型加工用润滑油组成物的润滑油组成物喷吹装置，其中，润滑油组成物喷吹装置具备储存锻造成型加工用润滑油组成物的供油罐、及用于从供油罐吸抽锻造成型加工用润滑油组成物而向喷嘴供给的供给管，且在供给管设有多个吸抽口。

Description

锻造成型加工用润滑油组成物及锻造成型装置
技术领域
本发明涉及在锻造成型加工中为了减少模具与成型体的摩擦而使用的锻造成型加工用润滑油组成物。另外，本发明涉及适用于使用了锻造成型加工用润滑油组成物的锻造成型加工的锻造成型装置。
背景技术
涡盘在构成空气调和装置的压缩机等中使用。通过铸造、机械加工等制造该涡盘的情况是主流。然而，近年来，为了生产性及高强度化等，而使用模具锻造成型加工涡盘的情况增多。
在铝合金、铁合金等的锻造成型加工的领域中，为了减少锻造原料与模具的摩擦，通常是在锻造原料与模具之间夹有润滑剂而进行锻造成型加工的方法。
作为锻造成型加工用的润滑剂，使用石墨系润滑剂或非石墨系润滑剂。
石墨系润滑剂成本低且润滑性高，但使石墨分散的基础油的燃点为170～200℃，因此伴随着火灾的危险。另外，由于石墨对作业环境的污染，可能引起人体的健康损害的情况成为问题。
另一方面，非石墨系润滑剂的燃点高至约270℃以上，因此火灾的危险性低，且由于不使用石墨因而对人体的安全性高。然而，非石墨系润滑剂与石墨系润滑剂相比，存在成本高且润滑性低这样的问题。使用润滑性低的润滑剂进行锻造成型时，如下的3点成为问题。第一，由于向模具的烧结或成型不良而成型成品率下降。第二，虽然能够成型简单形状的构件但难以成型涡盘等那样的复杂形状的构件。第三，模具的寿命变短。
由于此种问题，作为能够使用于锻造成型加工的润滑剂，寻求一种没有石墨产生的作业环境的污染的安全的非石墨系润滑剂且具有与石墨系润滑剂同等或同等以上的润滑性的锻造成型加工用的润滑剂。
在专利文献1中，作为改善润滑性的非石墨系润滑剂，公开了一种对于由矿物油构成的基础油添加了油脂、脂肪酸及脂肪酸酯中的一种或两种以上、固体润滑剂、界面活性剂而成的冲头用润滑剂。
然而，专利文献1所公开的润滑剂是铸造用的润滑剂而不是锻造成型加工用的润滑剂，现实情况是并未发现具有适合于锻造成型加工的润滑性的非石墨系润滑剂。
专利文献1：日本特开平2-248497号公报
发明内容
本发明基于此种技术性课题而作出，其目的在于提供一种润滑性优异的锻造成型加工用润滑油组成物。另外，其目的在于提供一种也适合于本发明的锻造成型加工用润滑油组成物的锻造成型装置。
在上述目的的基础下，本发明者们关于对基础油添加各种物质并提高润滑性进行了锐意研究。其结果是，本发明者们发现了通过对基础油添加粒径不同的固体润滑剂及极压剂，由此能得到具有与石墨系润滑剂同等或同等以上的润滑性的锻造成型加工用润滑油组成物。
因此，本发明涉及一种锻造成型加工用润滑油组成物，其特征在于，包含粒径不同的至少两种固体润滑剂和极压剂，剩余部分由基础油构成。
在本发明的锻造成型加工用润滑油组成物中，优选的是，以重量％计，固体润滑剂为0.1～15％，极压剂为5～15％，剩余部分由基础油构成。另外，在本发明的锻造成型加工用润滑油组成物中，更优选的是，以重量％计，固体润滑剂为4～15％，极压剂为5～15％，剩余部分由基础油构成。在本发明中，也可以含有以重量％计为5％以下的分散剂。
在本发明中，优选的是，固体润滑剂由氟树脂构成，极压剂由二烷基二硫代磷酸锌构成。
另外，在本发明中，选定固体润滑剂的粒径时，优选粒径不同的至少两种固体润滑剂中至少一种固体润滑剂的粒径比锻造原料的最小表面粗糙度小。
此外，在本发明中，优选的是，固体润滑剂包括粒径为6μm以下的聚四氟乙烯和粒径超过6μm且为15μm以下的聚四氟乙烯。
另外本发明者们也提供一种适合于使用本发明的锻造成型加工用润滑油组成物的情况的锻造成型装置。
即，本发明的锻造成型装置具备：由上模具和下模具构成的用于夹住锻造原料进行成型的一对模具；及用于向模具的表面喷吹本发明的锻造成型加工用润滑油组成物的润滑油组成物喷吹装置，所述锻造成型装置的特征在于，润滑油组成物喷吹装置具备储存锻造成型加工用润滑油组成物的供油罐、及用于从供油罐吸抽锻造成型加工用润滑油组成物而向喷嘴供给的供给管，并且在供给管设有多个吸抽口。
在本发明的锻造成型装置中，优选的是，润滑油组成物喷吹装置具备朝向模具的表面喷射锻造成型加工用润滑油组成物的多个喷嘴。
发明效果
根据本发明，能得到润滑性优异的锻造成型加工用润滑油组成物。由此，即使是涡盘那样的复杂形状也能够通过锻造成型加工进行制造。另外，成型成品率提高，且模具的寿命也变长。
另外，通过使用适合于本发明的锻造成型加工用润滑油组成物的锻造成型装置，能够将均匀的成分的锻造成型加工用润滑油组成物向模具喷吹，能够进行从简单形状到复杂形状的各种形状的锻造成型加工。
附图说明
图1(a)是表示涡盘的形状的立体图。(b)是(a)的A-A’向视剖视图。
图2(a)～(c)是本实施方式中的涡盘用锻造成型装置11的简要剖视图。
图3(a)、(b)是供给管24的油面侧的前端的简要剖视图。
图4是喷嘴的形状的示意图。
图5是表示粒径为0.2～0.3μm的PTFE和7μm的PTFE的混合比率与摩擦系数的关系的图。
图6是表示Zn-DTP(极压剂)的添加量与摩擦系数的关系的图。
图7是表示Zn-DTP(极压剂)中包含的烷基的碳数与摩擦系数的关系的图。
具体实施方式
以下，详细说明本发明的锻造成型加工用润滑油组成物。
<固体润滑剂>
本发明的锻造成型加工用润滑油组成物包含粒径不同的至少两种固体润滑剂。固体润滑剂具有使作为润滑性的指标的摩擦系数下降的效果，但在添加单一的粒径的固体润滑剂时，使摩擦系数下降的效果不充分，通过添加两种以上的粒径的固体润滑剂而能得到充分的效果。
作为固体润滑剂，可以使用氟树脂、二硫化钼、二硫化钨、石墨、氟化石墨、氮化硼、密胺树脂、聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、铜、氧化铅、氟化钙等。其中，优选使用氟树脂，在氟树脂中最优选聚四氟乙烯(以下，记为PTFE)。
固体润滑剂以重量％计小于0.1％时，不能充分得到润滑性提高的效果，而超过15％时润滑性提高的效果饱和。因此，固体润滑剂优选在0.1～15％的范围内添加。固体润滑剂为4％以上时，能够得到更优异的润滑性提高的效果，因此固体润滑剂更优选添加4～15％。伴随着固体润滑剂的添加量的增加而成本变高，因此为了能够得到润滑性提高的效果并同时抑制成低成本，而进一步优选4～10％的范围。
只要使用两种以上固体润滑剂的粒径的尺寸不同的固体润滑剂即可。该粒径并未受限定，但能够以锻造原料或模具的表面粗糙度为基准进行选定。
在以锻造原料的表面粗糙度为基准时，优选选定比锻造原料的最小粗糙度更小的粒径的固体润滑剂作为第一固体润滑剂。只要选定比第一固体润滑剂的粒径大的固体润滑剂作为第二固体润滑剂即可，但第二固体润滑剂的粒径可以比锻造原料的最大粗糙度大，也可以是以最小粗糙度的值和最大粗糙度的值作为范围的粒径。在选定模具的表面粗糙度为基准时，只要以与锻造原料的表面粗糙度同样的方法进行选定即可。
在使用PTFE粒子作为固体润滑剂时，若粒径超过15μm，则PTFE粒子容易沉降，在向模具喷吹时，可能会引起二次凝集，因此优选使用粒径为15μm以下且0.1μm以上的PTFE粒子。在引起二次凝集的情况下，优选在向锻造成型模具喷吹之前充分地搅拌锻造成型加工用润滑油组成物而使成分均匀。
在本发明中，作为固体润滑剂，最优选将粒径为6μm以下的PTFE与粒径超过6μm且15μm以下的PTFE混合使用。
在使用两种粒径的尺寸不同的固体润滑剂时，固体润滑剂的混合比中，第一固体润滑剂与第二固体润滑剂之比以重量比计为20∶80～80∶20，更优选为30∶70～70∶30时，摩擦系数下降且润滑性提高。
需要说明的是，固体润滑剂只要使用粒径的尺寸不同的固体润滑剂即可，但将3种以上组合也能够得到使摩擦系数下降的效果。
另外，在本发明中，粒径是指利用干式激光法(50重量％平均粒子系)计测的值。但是，在因强的剪切而容易破碎的固体润滑剂的粒径是通过电子显微镜(SEM)像观察到的值。
<极压剂>
本发明的锻造成型加工用润滑油组成物为了使摩擦系数下降而添加极压剂。作为极压剂，可以使用二烷基二硫代磷酸锌、磷酸三甲苯酯、月桂基酸式磷酸酯、磷酸三辛酯、磷酸三二甲苯酯、磷酸二苯酯、磷酸-2-乙基己酯、钼二烷基二硫代磷酸酯、亚磷酸三丁酯、亚磷酸二月桂酯、亚磷酸-2-乙基己酯、亚磷酸三苯酯、亚磷酸二苯酯、二烯丙基二硫代磷酸锌、磷酸酯的胺盐、二烷基二硫代氨基甲酸锌、环烷酸铅、二烷基二硫代氨基甲酸钼等、磷酸酯(TCP、TPP、TOP、CDP、TXP、TBP)、硫代磷酸盐、硫化油脂类(硫化萜烯)。其中最优选二烷基二硫代磷酸锌(以下，有时记为Zn-DTP)。构成二烷基二硫代磷酸锌的烷基的碳数优选从8～12中选择的整数。需要说明的是，在本发明中，作为极压剂，也可以包含油性剂或磨损防止剂。
极压剂以重量％计小于5％时，不能充分获得润滑性提高的效果，而超过15％时，润滑性提高的效果饱和。因此，极压剂优选在5～15％的范围内进行添加。
<基础油>
本发明的锻造成型加工用润滑油组成物包含基础油。基础油只要从矿物油、植物油、合成油等选择一种或两种以上即可，但从防止火灾的观点出发，燃点优选为200℃以上。
基础油的添加量只要作为固体润滑剂及极压剂的剩余部分即可。
<其他的添加剂>
本发明的锻造成型加工用润滑油组成物在不会妨碍本发明的摩擦系数的下降效果的范围内容许包含固体润滑剂、极压剂、基础油以外的添加剂。作为添加剂，可以使用分散剂、消泡剂、增粘剂、防蚀剂、防氧化剂、热稳定剂等。例如，在防止固体润滑剂的凝集的目的下，也可以在5％以下的范围内添加聚异丁烯(以下，记为PIB)等分散剂。
本发明的锻造成型加工用润滑油组成物适合于铝、铝合金、铁合金等的冷锻成型、热锻成型等锻造成型加工。
以下，基于附图所示的实施方式，详细说明适合于本发明的锻造成型加工用润滑油组成物的铝合金制涡盘用锻造成型装置。
图1(a)是表示涡盘1的形状的立体图。图1(b)是该图(a)的A-A’向视剖视图。涡盘1构成包括：具有阶梯部3的凸缘2；从凸缘2的一端面呈涡卷状延伸设置且具有阶梯部5的翅片4；及在凸缘2的另一端面上形成的筒状的安装部6。涡旋压缩机将该涡盘1以彼此的翅片4对置的方式组合，使该一方的涡盘1相对于另一方的涡盘公转，而在两涡盘1的翅片4之间压缩流体。
图2(a)～(c)是本实施方式中的涡盘用锻造成型装置11的简要剖视图。使用图2(a)～(c)，说明通过锻造成型来制造涡盘时的顺序。首先，从润滑油组成物喷吹装置20的喷嘴21向具有转印了成型体的形状的下模具13喷射而喷吹锻造成型加工用润滑油组成物30。接下来，将圆盘状的锻造原料7插入下模具13，利用具有转印了成型体的里侧形状的冲头12将锻造原料7向下模具13的翅片槽16压出。在下模具13形成有转印了凸缘2的阶梯部3的形状的凹部15和转印了翅片4的形状且配置有背压板14的涡卷状的翅片槽16。从下模具13的背面侧向翅片槽16内插入背压板14，背压板14通过未图示的弹簧、液压缸进行上下移动，而产生对流入翅片槽16内的锻造原料7向成形力F1的反方向附加的背压力f1。施加由冲头12的成形力F1产生的原料7的压出方向的相反方向的背压力f1并将锻造原料7向翅片槽16内压出，由此提高压出的翅片高度的精度。
润滑油组成物喷吹装置20构成为包括：朝向下模具13的表面喷吹锻造成型加工用润滑油组成物30的喷嘴21；向下模具13与冲头12之间插入喷嘴21或使喷嘴21从下模具13与冲头12之间脱离的支承臂22；存储锻造成型加工用润滑油组成物30的供油罐23；从供油罐23吸抽锻造成型加工用润滑油组成物30并向喷嘴21供给的供给管24。在供给管24设有多个用于吸抽锻造成型加工用润滑油组成物30的吸抽口，利用搅拌棒(未图示)来搅拌锻造成型加工用润滑油组成物30，并将锻造成型加工用润滑油组成物30经由多个吸抽口吸抽至供给管24。喷嘴21能够朝着下模具13多个方向地喷射。
本发明的锻造成型加工用润滑油组成物使固体润滑剂的粒子分散至基础油中。在将粒子的分散不均的锻造成型加工用润滑油组成物向模具喷吹时，有时无法发挥润滑性提高的效果。为了将均匀的成分的锻造成型加工用润滑油组成物向模具喷吹，而优选在供给管24设有多个吸抽口的结构或设有能够多方向地喷射的喷嘴的结构。作为其一例，图3(a)、(b)表示向油面26插入的供给管24前端的吸抽口形状的简要剖视图，图4表示喷嘴21的形状的示意图。
在图3(a)所示的例子中，在供给管24的前端设有多个圆形的吸抽口25a。在图3(b)所示的例子中，供给管24的前端具有分割成多个的吸抽口25b的形状。由此，容易吸抽作为粒子而分散在基础油中的固体润滑剂，因此能够供给均匀的成分的锻造成型加工用润滑油组成物。
在图4所示的例子中，由于形成为设有多个喷嘴21的结构，因此能够朝向复杂的形状的下模具13多个方向地喷射。由此，能够将均匀的成分的锻造成型加工用润滑油组成物30涂敷至下模具13的细微部。在图4中，虽然未图示喷嘴21的喷射口，但喷射口的形状优选圆形、椭圆形等。
在涡盘的锻造原料的表面粗糙度平均为1.6～6.3μm时，包含于锻造成型加工用润滑油组成物的固体润滑剂优选使用粒径1.6μm以下的PTFE和粒径超过1.6μm的PTFE。
以上，使用图2～图4，说明了向下模具13的锻造成型加工用润滑油组成物30的喷吹，但当然也可以根据需要向冲头12喷吹锻造成型加工用润滑油组成物30，而使锻造原料7与冲头12的润滑性提高。
以下，说明本发明的实施例，在本发明中，使用了摩擦系数作为评价锻造成型加工用润滑油组成物的润滑性的指标。摩擦系数可以通过环压缩式摩擦试验来求得，摩擦系数越小而润滑性越优异。环压缩式摩擦试验方法如下所述。
<环压缩式摩擦试验>
准备形状为内径15mm、外形30mm、高度10mm且由铝合金(JIS规格的AD8C)构成的环状试验片。使用由上下一对的模具构成的环压缩试验机，向模具的表面涂敷锻造成型加工用润滑油组成物而压缩环状试验片，并根据压缩后的环状试验片的内径缩小率求出摩擦系数。
试验条件如下所述。
·装置
液压冲压机：Asai EFP150
模具：上下φ80mm板
·试验条件
温度：450℃(刚刚冲压后的试验片温度)
压缩率：45％
下降速度：7.5mm/s
油涂敷量：0.3g(对模具上下进行涂层)
实施例1
对表1所示的材料进行秤量、混合、搅拌，调整了表1所示的组成的锻造成型加工用润滑油组成物(试料1～7)。使用得到的锻造成型加工用润滑油组成物，进行环压缩式摩擦试验，求出摩擦系数。摩擦系数的值如表1所示。
需要说明的是，在表1中，PTFE(0.2～0.3μm)表示粒径0.2～0.3μm的PTFE，PTFE(7μm)表示粒径7μm的PTFE，PTFE(15μm)表示粒径15μm的PTFE。Zn-DTP(C8)表示烷基的碳数为8的Zn-DTP，Zn-DTP(C10)表示烷基的碳数为10的Zn-DTP，Zn-DTP(C12)表示烷基的碳数为12的Zn-DTP。PIB表示聚异丁烯。
另外，为了比较，使用以往作为润滑剂使用的市售的石墨系润滑剂和非石墨系润滑剂进行环压缩式摩擦试验，求出摩擦系数时，石墨系润滑剂的摩擦系数为0.11，非石墨系润滑剂的摩擦系数为0.18。另外，在无润滑条件下为0.35。
根据表1可知如下情况。未添加固体润滑剂的试料5及使用了由一种粒径构成的固体润滑剂的试料1、2、3因石墨系润滑剂而润滑性劣化。使用了两种粒径的固体润滑剂的试料4、6、7与石墨系润滑剂的摩擦系数相同或比石墨系润滑剂的摩擦系数低，润滑性优良。若着眼于试料4、6、7，则可知添加5％的固体润滑剂时，摩擦系数小，润滑性优异，在5％和10％的摩擦系数的变化少，由此可知，若超过5％，则润滑性提高的效果饱和。另外，固体润滑剂的总量为3％的试料6比未添加固体润滑剂的试料5的摩擦系数低，但比总量5％的试料4的摩擦系数高。为了充分地得到摩擦系数减少的效果，而固体润滑剂的总量优选为4％以上。
[表1]
实施例2
作为固体润滑剂，准备0.2～0.3μm、7μm、15μm这3种的粒径不同的PTFE粒子，改变粒径不同的PTFE粒子的混合比率而研究了润滑性提高的效果。调整表2所示的组成的锻造成型加工用润滑油组成物，进行环压缩式摩擦试验，求出摩擦系数(试料8、9、10、11)。结果如表2所示。另外，关于实施例1的试料1、2、4及实施例2的试料8、9，粒径为0.2～0.3μm的PTFE和7μm的PTFE的混合比率与摩擦系数的关系如图5所示。
需要说明的是，PTFE的混合比率根据PTFE的混合量算出。例如，在表2中，PTFE(0.2～0.3μm)1.5％与PTFE(7μm)3.5％的混合比率在图5中为PTFE(0.2～0.3μm)∶PTFE(7μm)＝30∶70。另外，在图5中，虚线为近似曲线。
[表2]
根据表2可知，由于混合两种PTFE粒子而摩擦系数下降，即润滑性提高。根据图5，能够确认如下效果，即以混合比率50∶50为峰值而在全部的混合比率范围内摩擦系数下降，两种PTFE粒子的混合引起的润滑性提高。
实施例3
调整如下组成的锻造成型加工用润滑油组成物：PTFE(0.2～0.3μm)∶PTFE(7μm)＝50∶50的混合比率的PTFE(固体润滑剂)5％、烷基的碳数为10的Zn-DTP(极压剂)0～15％、PIB3％、菜油25％、其余部分为矿物油，进行环压缩式摩擦试验，求出摩擦系数(试料12、13、14)。试料4、12、13、14的组成及摩擦系数如表3所示，摩擦系数相对于Zn-DTP(极压剂)浓度的变化如图6所示。
另外，为了进行比较，调整如下组成的锻造成型加工用润滑油组成物：PTFE(固体润滑剂)0％、烷基的碳数为10的Zn-DTP(极压剂)10％、PIB3％、菜油25％、其余部分为矿物油(试料15)，进行环压缩式摩擦试验，求出摩擦系数。其结果也如表3及图6所示。
[表3]
根据表3及图6可知，在使用烷基的碳数为10的Zn-DTP作为极压剂时，在5％以上的添加摩擦系数下降，即润滑性提高。另外，着眼于试料15时可以确认到，即使添加Zn-DTP，而在未添加PTFE时，摩擦系数不下降，因此通过复合添加固体润滑剂和极压剂而能得到润滑性提高的效果。
实施例4
调整如下组成的锻造成型加工用润滑油组成物：PTFE(0.2～0.3μm)∶PTFE(7μm)＝50∶50的混合比率的PTFE(固体润滑剂)5％、烷基的碳数为8、12的Zn-DTP(极压剂)10％、PIB3％、菜油25％、其余部分为矿物油，进行环压缩式摩擦试验，求出摩擦系数(试料16、17)。试料4、16、17的组成及摩擦系数如表4所示，摩擦系数相对于试料4、16、17的碳数的变化如图7所示。
[表4]
根据图7可以确认到，即使使Zn-DTP中所含有的烷基的碳数变化，也能得到摩擦系数的下降、即润滑性提高的效果。
需要说明的是，在上述实施方式中，说明了使用PTFE作为固体润滑剂并使用Zn-DTP作为极压剂的锻造成型加工用润滑油组成物。除此以外，只要不脱离本发明的主旨，就能够对上述实施方式中列举的结构进行取舍选择或适当变更为其他的结构。
标号说明：
1...涡盘，7...锻造原料，11...涡盘用锻造成型装置，12...冲头，13...下模具，20...润滑油组成物喷吹装置，21...喷嘴，24...供给管，25a...吸抽口，25b...吸抽口，30...锻造成型加工用润滑油组成物

Claims (7)

1.一种锻造成型加工用润滑油组成物，其特征在于，
包含粒径不同的至少两种固体润滑剂和极压剂，剩余部分主要由基础油构成，在不妨碍摩擦系数的下降效果的范围内容许包含固体润滑剂、极压剂、基础油以外的添加剂，
所述固体润滑剂由氟树脂构成，
以重量％计，所述固体润滑剂为0.1％以上，所述极压剂为5％以上。
2.根据权利要求1所述的锻造成型加工用润滑油组成物，其特征在于，
以重量％计，所述固体润滑剂为0.1～15％，所述极压剂为5～15％。
3.根据权利要求1或2所述的锻造成型加工用润滑油组成物，其特征在于，
以重量％计，所述固体润滑剂为4～15％，所述极压剂为5～15％。
4.根据权利要求1或2所述的锻造成型加工用润滑油组成物，其特征在于，
所述极压剂由二烷基二硫代磷酸锌构成。
5.根据权利要求1或2所述的锻造成型加工用润滑油组成物，其特征在于，
以重量％计，含有5％以下的分散剂。
6.根据权利要求1或2所述的锻造成型加工用润滑油组成物，其特征在于，
所述粒径不同的至少两种固体润滑剂中，至少一种固体润滑剂的粒径比锻造原料的最小表面粗糙度小。
7.根据权利要求1或2所述的锻造成型加工用润滑油组成物，其特征在于，
所述固体润滑剂包括粒径为6μm以下的聚四氟乙烯和粒径超过6μm且为15μm以下的聚四氟乙烯。
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