JP2008055426A - 金属材料のプレス加工方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 金属材料と金型との間に潤滑油を供給した状態で、表面処理を施した金型を使用して金属材料をプレス加工する方法であって、前記表面処理は、平均粒径30μm以上80μm以下の高速度金型鋼からなる微粒子を、130m/s以上170m/s以下の噴射速度で金型の表面に吹き付けた後に、平均粒径40μm以上70μm以下のセラミックス材料からなる微粒子を、130m/s以上170m/s以下の噴射速度で金型の表面に吹き付ける処理であり、前記潤滑油は、潤滑油基油に、硫黄系極圧剤と、有機亜鉛化合物と、カルシウム系添加剤と、エステル化合物とを配合してなる潤滑油である、金属材料のプレス加工方法。
【選択図】 なし
Description
また、特許文献2及び特許文献3には、過塩基性金属のスルホネートと硫黄系極圧剤等を含有した切削加工油剤組成物が開示されている。しかし、これらの潤滑油は、一般的な金属加工において良好な潤滑性能を発揮するものの、精密せん断加工等の難易度の高いプレス加工では、十分な潤滑性能を発揮できないという問題がある。
第1の発明は、金属材料と金型との間に潤滑油を供給した状態で、表面処理を施した金型を使用して金属材料をプレス加工する方法であって、前記表面処理は、平均粒径30μm以上80μm以下の高速度工具鋼からなる微粒子を、130m/s以上170m/s以下の噴射速度で金型の表面に吹き付けた後に、平均粒径40μm以上70μm以下のセラミックス材料からなる微粒子を、130m/s以上170m/s以下の噴射速度で金型の表面に吹き付ける処理であり、前記潤滑油は、潤滑油基油に、硫黄系極圧剤と、有機亜鉛化合物と、カルシウム系添加剤と、エステル化合物とを配合してなる潤滑油であって、前記硫黄系極圧剤における硫黄含有量が5重量%以上であり、前記有機亜鉛化合物における亜鉛含有量が0.5重量%以上であり、前記カルシウム添加剤におけるカルシウム含有量が0.5重量%以上であり、前記エステル化合物の含有量が1.0重量%以上の潤滑油である(「重量%」は、潤滑油全量を基準とする)、金属材料のプレス加工方法である。
第2の発明は、上記第1の発明において、表面処理を施した金型の表面に、さらに窒化チタンコーティング処理を施した金型を使用して金属材料をプレス加工する、金属材料のプレス加工方法である。
以下では、まず、本発明に使用する「潤滑油」について説明し、その次に、金型の表面処理方法について説明する。
本発明に使用する潤滑油は、潤滑油基油に、(a)硫黄系極圧剤と、(b)有機亜鉛化合物と、(c)カルシウム系添加剤と、(d)エステル化合物と、を配合してなる金属材料のプレス加工用の潤滑油である。本発明に使用する潤滑油は、塩素系の添加剤を含有せず、しかも、塩素系潤滑油と同等あるいはそれ以上の高い耐焼付性能及び潤滑性能を有している。
鉱油としては、例えば、石油精製業の潤滑油製造プロセスで常法を用いて精製される鉱油を使用することができる。より具体的には、例えば、原油を常圧蒸留および減圧蒸留して得られた潤滑油留分を、溶剤脱れき、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、接触脱ろう、水素化精製、硫酸洗浄、白土処理などの処理を1つ以上行って精製したものが挙げられる。
硫黄系極圧剤としては、硫黄原子を有し、極圧効果を発揮しうるものを使用することができる。硫黄系極圧剤の具体例としては、例えば、硫化油脂、硫化脂肪酸、硫化エステル、硫化オレフィン、ポリサルファイド類、チオカーバメート類、硫化鉱油などを挙げることができる。ここで、硫化油脂は硫黄と油脂(ラード油,鯨油,植物油,魚油等)を反応させて得られるものである。その具体例としては、硫化ラード、硫化なたね油、硫化ひまし油、硫化大豆油などを挙げることができる。硫化脂肪酸の例としては、硫化オレイン酸などを、硫化エステルの例としては、硫化オレイン酸メチルや硫化米ぬか脂肪酸オクチルなどを挙げることができる。
有機亜鉛化合物の好ましいものとしては、ジアルキルジチオリン酸亜鉛(以下、ZnDTPという。)、及び、ジアルキルジチオカルバミン酸亜鉛(以下、ZnDTCという。)を挙げることができる。ZnDTP、及び、ZnDTCのアルキル基は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。すなわち、ZnDTPの構造式では、リン原子に対して酸素原子を介して2つのアルキル基が結合しているが、これらのアルキル基は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。また、ZnDTCの構造式では、窒素原子に対して2つのアルキル基が結合しているが、これらのアルキル基は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。ZnDTP及びZnDTCのアルキル基は、炭素数3以上のアルキル基又はアリール基が好ましい。
カルシウム系添加剤の好ましいものとして、カルシウムスルフォネート、カルシウムサリシレート、カルシウムフェネートが挙げられる。特に動粘度、価格の点より、カルシウムスルフォネートが好ましい。より好ましくは、塩基性カルシウムスルフォネートである。更に好ましくは、塩基価が300mgKOH/g以上の塩基性カルシウムスルフォネートである。
エステル化合物の好ましいものとして、ポリオールエステルと、コンプレックスエステルを挙げることができる。潤滑油基油に対しては、これらのうち1種のみを配合してもよく、2種以上を配合してもよい。
ポリオールエステルとは、脂肪族多価アルコールと直鎖状又は分岐状の脂肪酸とのポリオールエステル類のことである。ポリオールエステル類を形成する脂肪族多価アルコールとしては、例えば、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、ジトリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、ジトリメチロールエタン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール等を挙げることができる。また、上記脂肪族多価アルコールと直鎖状又は分岐状の脂肪酸との部分エステル類も使用できる。
コンプレックスエステルとは、脂肪族多価アルコールと直鎖状又は分岐状の脂肪酸、及び直鎖状又は分岐状の脂肪族二塩基酸とのコンプレックスエステル類のことである。脂肪族多価アルコール成分としては、例えば、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール等を挙げることができる。また、脂肪酸成分としては、例えば、脂肪族カルボン酸、例えばヘプタデシル酸、ステアリン酸、ノナデカン酸、アラキン酸、ベヘニン酸、リグノセリン酸等を挙げることができる。二塩基酸としては、例えば、コハク酸、アジピン酸、ペメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、カルボキシオクタデカン酸、カルボキシメチルオクタデカン酸、ドコサン二酸等を挙げることができる。
エステル化合物の含有量は、潤滑油全量を基準として、0.5重量%以上40重量%以下であることが好ましい。より好ましくは、1.0重量%以上20重量%以下である。エステル化合物の含有量がこの範囲よりも少なすぎると、耐焼付き性能が低下する傾向があり、この範囲よりも多すぎると、潤滑油が高粘度になり取り扱い性が悪化する。
上記(A)高速度工具鋼からなる微粒子は、JIS規格でSKHに相当する高速度工具鋼からなる微粒子であり、吹き付ける対象となる金型の硬度よりも高い硬度のものを用いると良い。
上記(B)セラミックス材料からなる微粒子は、一般にセラミックスと呼ばれることのある材料からなる微粒子であり、吹き付ける対象となる金型の硬度よりも高い硬度のものを用いると良い。
本発明に係る金属材料のプレス加工方法は、上記で説明した「潤滑油」を使用することが一つ目の特徴であり、上記で説明した「表面処理」を施した金型を使用することが二つ目の特徴である。つまり、上記で説明したある特定の組成を有する「潤滑油」と、上記で説明したある特定の条件の「表面処理」とを組み合わせることによって、それぞれを単独で実施した場合よりも優れた効果を得ることができる。
本発明に係る金属材料のプレス加工方法は、いかなる金属材料に対しても適用可能である。例えば、本発明を使用して、ステンレス鋼、合金鋼、炭素鋼、アルミニウム合金等をプレス加工することが可能である。本発明は、特に、炭素鋼や合金鋼に対して優れた効果を発揮する。
(基油)
基油1:パラフィン系鉱油(40℃における動粘度:450mm2/s)
基油2:ナフテン系鉱油(40℃における動粘度:46mm2/s)
基油3:パラフィン系鉱油(40℃における動粘度:10mm2/s)
(a)成分
a1:ポリサルファイド(硫黄含有量:37重量%)
a2:ポリサルファイド(硫黄含有量:32重量%)
a3:硫化油脂(硫黄含有量:15重量%)
a4:硫化油脂(硫黄含有量:11重量%)
(b)成分
b1:ZnDTP(亜鉛含有量:9重量% 硫黄含有量:16質量%)
b2:ZnDTP(亜鉛含有量:5重量% 硫黄含有量:11質量%)
b3:ZnDTP(亜鉛含有量:9重量% 硫黄含有量:15質量%)
(c)成分
c1:カルシウムスルフォネート(カルシウム含有量:15重量%)
(d)成分
d1:ポリオールエステル及び/又はコンプレックスエステル
(その他の成分)
e1:塩素化パラフィン(塩素含有量:50重量%)
e2:植物系油脂
e3:合成油
(評価試験装置)
プレス機:AIDA リンクプレス VL−6000(生産速度:70spm)
材料送り:23.5mm
被加工材料:SPH440(板幅:70mm 板厚:4.6mm)
潤滑油の供給方法:樹脂ロールにて被加工材料表面に均一に供給
パンチ1:SKD11
パンチ2:SKD11+TiNコーティング
ダイス :SKD11
表1の組成にて調製した潤滑油1〜8を、被加工材料の表面に対して樹脂ロールにて均一に供給した後に、2種類のパンチにて、縦10mm×横12mm×深さ4.6mmの穴を2箇所に同時に打抜きした。そして、パンチによる打抜きに要したプレス荷重を測定するとともに、打抜き後のパンチ表面の状態を目視にて観察して評価を行った。また、打抜き後の穴のせん断面の状態を目視にて観察して評価を行った。
以上の結果より、本発明に係る金属材料のプレス加工方法において使用する潤滑油(潤滑油7)は、潤滑油それ自体でも高い性能を有していることが判明した。
(評価試験装置)
プレス機:AIDA リンクプレス VL−6000(生産速度:70spm)
材料送り:23.5mm
被加工材料:SPH440(板幅:70mm 板厚:4.6mm)
潤滑油:表1の「潤滑油7」
潤滑油の供給方法:樹脂ロールにて被加工材料表面に均一に塗布
パンチ1:SKD11
パンチ2:SKD11+TiNコーティング
パンチ3:SKD11+TiAlNコーティング
パンチ4:SKD11+TiCNコーティング
ダイス :SKD11
表1の「潤滑油7」の組成を有する潤滑油を、被加工材料の表面に対して樹脂ロールを用いて均一に供給した後に、パンチ1〜4を使用して、縦10mm×横12mm×深さ4.6mmの穴を2箇所に同時に打抜きした。そして、パンチによる打抜きに要したプレス荷重を測定するとともに、パンチ損傷が何回にて発生するか評価を行った。結果を以下の表2に示す。
(生産装置)
プレス機:ファインツール製 油圧プレス機(生産速度:25spm)
被加工材料:SPH440(板幅:70mm 板圧:4.6mm)
生産部品:自動車シート用リクライニング部品
使用する潤滑油:潤滑油7(本発明)、及び、潤滑油8(比較例)
潤滑油の供給方法:樹脂ロールにて被加工材料の表面に均一に塗布
使用するパンチ:パンチ5(本発明)、及び、パンチ2(比較例)
つまり、この結果から、ある特定の組成を有する潤滑油(潤滑油7)と、ある特定の条件で表面処理を施した金型(パンチ5)を使用して金属材料をプレス加工することによって、プレス加工品の加工精度を向上させることが可能になるとともに、従来の方法よりも金型の長寿命化を図ることが可能になることを実証できた。
Claims (2)
- 金属材料と金型との間に潤滑油を供給した状態で、表面処理を施した金型を使用して金属材料をプレス加工する方法であって、
前記表面処理は、平均粒径30μm以上80μm以下の高速度工具鋼からなる微粒子を、130m/s以上170m/s以下の噴射速度で金型の表面に吹き付けた後に、平均粒径40μm以上70μm以下のセラミックス材料からなる微粒子を、130m/s以上170m/s以下の噴射速度で金型の表面に吹き付ける処理であり、
前記潤滑油は、潤滑油基油に、硫黄系極圧剤と、有機亜鉛化合物と、カルシウム系添加剤と、エステル化合物とを配合してなる潤滑油であって、前記硫黄系極圧剤における硫黄含有量が5重量%以上であり、前記有機亜鉛化合物における亜鉛含有量が0.5重量%以上であり、前記カルシウム添加剤におけるカルシウム含有量が0.5重量%以上であり、前記エステル化合物の含有量が1.0重量%以上の潤滑油である(「重量%」は、潤滑油全量を基準とする)、金属材料のプレス加工方法。 - 表面処理を施した金型の表面に、さらに窒化チタンコーティング処理を施した金型を使用して金属材料をプレス加工する、請求項1に記載の金属材料のプレス加工方法。
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