JP2008169311A - 金属材料加工用の潤滑油とそれを用いた金属材料の加工方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】パラフィン系炭化水素からなる基油に、全量基準で2〜20重量%の調製油を配合してなる。調製油は(a)硫黄系極圧剤と、(b)防錆剤と、(c)カルシウム系添加剤とを含み、以下の条件(a)成分の硫黄含有量が、調製油全量基準で、0.5〜20重量%である、(b)成分の含有量が、調製油全量基準で、0.1〜15重量%である、(c)成分のカルシウム含有量が、調製油全量基準で、0.1〜15重量%である、をすべて満たすことを特徴とする。
【選択図】なし
Description
(a)成分の硫黄含有量が、調製油全量基準で、0.5〜20重量%である、
(b)成分の含有量が、調製油全量基準で、0.1〜15重量%である、
(c)成分のカルシウム含有量が、調製油全量基準で、0.1〜15重量%である、
をすべて満たすことを特徴とする。
加工対象である金属材料としては、自動車、建材、家電、電子機器などの分野で広く使用されている、ステンレス鋼、合金鋼、炭素鋼等の他、アルミニウム合金材、銅材等の非鉄金属材料も使用できる。また、その形態も、冷間圧延鋼板、熱間圧延鋼板、めっき鋼板、防錆鋼板等とくに限定されないが、本発明の潤滑油の高い性能を最大限発揮し得る高張力鋼板が好ましい。高張力鋼板は、高い強度を有することによって他の鋼板よりも厚み寸法が小さい状態で使用でき、軽量化の要請の高い自動車など車両用の鋼板として注目されている。
本発明の主体成分である基油は、一般式CnH2n+2で表されるパラフィン系炭化水素(鎖式飽和炭化水素)であり、直鎖状炭化水素(ノルマルパラフィン)、分枝鎖状炭化水素(イソパラフィン)、及び環状炭化水素(シクロパラフィン)を含む。中でも炭素数8〜16のパラフィン系炭化水素が好ましく、具体的には、オクタン(炭素数8)、ノナン(炭素数9)、デカン(炭素数10)、ウンデカン(炭素数11)、ドデカン(炭素数12)、トリデカン(炭素数13)、テトラデカン(炭素数14)、ペンタデカン(炭素数15)、ヘキサデカン(炭素数16)とこれらの異性体であって、これらから選ばれる1種を使用してもよいし、2種以上の混合油を使用してもよい。しかし、1種のパラフィン系炭化水素のみで基油とする場合は、後述の特性により炭素数13以下とすることが好ましい。なお、炭素数8〜16のパラフィン系炭化水素は、常温において液体状である。
[調製油について]
本発明の調製油は、上記基油に付加的な性能を付与するために少量配合されるものであり、潤滑油全体に対する影響は小さいのでこれに使用する油は特に制限されることなく、一般的に金属加工油として用いられている鉱油、合成油、及び油脂の中から選ばれる1種又は2種以上の混合油を使用できる。とくに、臭気の悪い鉱油であっても、潤滑油としての臭気には影響が小さい。このような鉱油、合成油、及び油脂には各種のものがあり、用途などに応じて適宜選定すればよい。
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。
防錆剤の種類は特に限定されるものでなく、具体例としては、カルシウム(Ca),バリウム(Ba),ナトリウム(Na)の各スルフォネート及びスルホン酸化合物、酸化ワックスのエステル化合物及びそれらのCa,Ba,Naの各塩のような酸化ワックス化合物、ソルビタンモノオレートのような多価アルコールエステル、ラノリン及びラノリンの金属石鹸、などを挙げることができる。なかでも、Ca系防錆剤やBa系防錆剤が好ましい。本発明においては、上記防錆剤は1種用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。なお、このような防錆剤は、調製油に溶け易くするため、鉱物油や合成油、エステルなどと混合されているのが一般的である。
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。
このように、上記(a)〜(c)成分を適量添加することで調整された調製油は、基油に対して潤滑油全量基準で2〜20重量%配合できる。この程度の配合量であれば、潤滑油が揮発した後の加工物表面は、指で触っただけでは残留物を感じないほど乾燥している、いわゆる指触乾燥とできる。しかし、厳密には残留物が残存しており、この残留物の高い防錆性によって錆びの発生が有意に防がれる。調製油の配合量が潤滑油全量基準で2重量%より少なければ、基油に防錆性などを有効に付与できなくなる。逆に調製油の配合量が潤滑油全量基準で20重量%より多いと、潤滑油が揮発した後の残留物量が多くなって、後工程に多大な悪影響を及ぼすことになる。
以下、本発明に係る金属材料加工用潤滑油の具体的な実施例について説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
まず、潤滑油の基油として好ましいものを選定するため、以下の試験を行なった。なお、基油選定試験では、添加剤を一切添加していない潤滑油100%で評価した。各種性能評価試験で使用した潤滑油は表1に示す通りである。
まず、表1に示す各潤滑油を使用してプレス加工した後のパンチ(工具)及び加工物の加工面状態を目視にて観察した。その結果を表2に示す。なお、表2における評価基準は以下の通りである。
パンチ表面状態 ◎:非常に良好 ○:良好 △:少し磨耗 ×:磨耗
加工面状態 ◎:傷無し ○:若干の傷跡 △:小さな傷あり ×:深い傷あり
プレス機:AIDA(アイダエンジニアリング社製)
生産速度:60spm
パンチ:SKD11 ダイス:SKD11
金属材料:SECC(JIS G3313 一般用鋼板)
幅:150mm 板厚:0.3mm
潤滑油供給方法:樹脂ロールにて金属材料表面に均一に塗布
加工方法1:潤滑油を塗布した被加工物をパンチにてφ2.5mm、φ6.0mm、φ22mm、φ100mmの打ち抜きを約3000個実施した。
加工方法2:潤滑油を塗布した被加工物をパンチにてφ2.5mmの絞りを約3000個実施した。
次に、蒸発速度すなわち速乾性に関する試験を行った。
各実施例及び比較例の潤滑油を、JIS G3141に規定されるSPCC鋼板(80×60×1.0mm)に0.5g塗布後、水平に放置したときの潤滑油の蒸発時間を測定した。その結果を表3に示す。
次に、各実施例及び比較例の臭気を以下の方法にて評価した。
500mlガラス製ビーカーに各実施例及び比較例を100ml入れ、臭気を5人以上にて嗅ぎ、評価を行った。その結果を表4に示す。なお、表4における評価基準は以下の通りである。
○:不快感なく問題なし △:臭気を感じる ×:不快臭が強い
次に、以下に示す各種の添加剤成分を用いて上記基油に配合する調製油とその比較例を調整した。それぞれの組成を表5に示す。なお、表5における基油とは、調製油としての基油であり、数値は重量部で表している。比較例1〜3は市販されている代表的なプレス加工用潤滑油を、比較例4〜5は市販されている鋼板用潤滑防錆油を、比較例6は鋼板用防錆油をそれぞれ選定した。「硫黄分(%)」とあるのは、調製油全量を基準としたときの(a)成分に含まれる硫黄分(硫黄原子)の割合(重量%)を示している。「防錆分(%)」とあるのは、調製油全量を基準としたときの(b)成分の割合(重量%)を示している。「カルシウム分(%)」とあるのは、調製油全量を基準としたときの(c)成分に含まれるカルシウム分(カルシウム原子)の割合(重量%)を示している。
a1:ポリサルファイド(硫黄含有量:30重量%)
a2:硫化油脂(硫黄含有量:15重量%)
a3:ZnDTP(硫黄含有量:16質量%)
(b)成分
b1:Baスルフォネート化合物
b2:酸化ワックス化合物
b3:Caスルフォネート化合物
b4:ラノリン脂肪酸化合物
b5:スルホン酸化合物
(c)成分
c1:高塩基性Caスルフォネート化合物(カルシウム含有量:15重量%)
(その他の成分)
d1:塩素化パラフィン(塩素含有量:50重量%)
表5に示す組成の調製油について、以下の装置・方法を用いて性能評価を行った。
プレス機:FUKUI 500トン順送プレス(生産速度:45spm)
加工材料1:引張強さ440N/mm2の高張力鋼板、板厚:1.0mm
加工材料2:引張強さ590N/mm2の高張力鋼板、板厚:1.8mm
加工材料3:引張強さ780N/mm2の高張力鋼板、板厚:1.2mm
加工材料4:引張強さ980N/mm2の高張力鋼板、板厚:1.0mm
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
パンチ材質:SKD11
ダイス材質:SKD11
加工内容:打抜き加工、曲げ加工、穴あけ加工、バーリング加工、タップ加工、を同時工程または単独工程にて行い、合計16工程にて加工物を完成する。
次に、調製油が高張力鋼板に付着した状態で、MAG溶接を実施して、表面の防錆性の評価試験を実施した。
溶接方法:MAG溶接
シールドガス:アルゴン80%+炭酸ガス20%の混合ガスを使用
ワイヤー径:1.0mm及び1.2mm
電流:145A、電圧:16V、速度:60cm/min
トーチ角度:60度、溶接長:40mm、溶接幅:10mm
加工材料1:SPCC鋼板、板厚:1.2mm
加工材料2:引張強さ590N/mm2の高張力鋼板、板厚:1.8mm
次に、調製油が高張力鋼板に付着した状態で、調製油の脱脂性能を評価するため、以下の方法により試験を実施した。
洗浄液:市販の鉄鋼用表面処理剤(鉄鋼表面の洗浄と同時にリン酸鉄皮膜を形成する表面処理剤)
洗浄液濃度:4%(水道水にて希釈)、洗浄液液温:60℃
加工材料1:SPCC鋼板、寸法:60×80×1.2mm
加工材料2:引張強さ590N/mm2の高張力鋼板(板厚:1.8mm)の自動車用リクライニングシートの金属部品
以上の結果に基づいて、パラフィン系炭化水素からなる基油に、(a)硫黄系極圧剤と、(b)防錆剤と、(c)カルシウム系添加剤とを添加した調整油を配合することで、良好な種々の性能を有する潤滑油を得ることができることが判明した。そこで、上記基油選定試験における潤滑油2を基油として、上記調製油試験における調製油3を潤滑油全量基準で15重量%配合した潤滑油を調整しこれを使用して室温及びマイナス温度(−20℃)でプレス加工した場合と、ドライ加工した場合とを比較した。
潤滑油: 基油:上記潤滑油2
調製油:上記調製油3
硫黄含有量1.0重量%(調製油全量基準)
防錆材含有量0.9重量%(調製油全量基準)
カルシウム含有量0.1重量%(調製油全量基準)
−20℃動粘度:2.8mm2/s
プレス機:AIDA(アイダエンジニアリング社製)
生産速度:40spm
パンチ:SKD11 ダイス:SKD11
ショット数:1000
加工材料:引張強さ590N/mm2の高張力鋼板
板厚1.8mm 板幅:90mm
ドライ加工鋼板:防錆油塗布鋼板
Claims (5)
- パラフィン系炭化水素からなる基油に、全量基準で2〜20重量%の調整油を配合してなり、
前記調整油は、(a)硫黄系極圧剤と、(b)防錆剤と、(c)カルシウム系添加剤とを含み、以下の条件、
(a)成分の硫黄含有量が、調整油全量基準で、0.5〜20重量%である、
(b)成分の含有量が、調整油全量基準で、0.1〜15重量%である、
(c)成分のカルシウム含有量が、調整油全量基準で、0.1〜15重量%である、
をすべて満たすことを特徴とする金属材料加工用の潤滑油。 - 前記基油は、炭素数8〜16のパラフィン系炭化水素の1種または2種以上の混合油である請求項1に記載の金属材料加工用の潤滑油。
- 高張力鋼板の加工用に使用される、請求項1または請求項2に記載の金属材料加工用の潤滑油。
- 凝固点が−40℃以下である請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の金属材料加工用の潤滑油。
- 金属材料と該金属材料を加工するための工具との間に、請求項4に記載の潤滑油を供給し、−5〜−35℃の低温条件でプレス加工することを特徴とする金属材料のプレス加工方法。
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