JP2016155917A

JP2016155917A - アルミニウム合金板のプレス成形用潤滑油及びこれを用いたアルミニウム合金板のプレス成形方法

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Publication number: JP2016155917A
Application number: JP2015033868A
Authority: JP
Inventors: 山本　正博; Masahiro Yamamoto; 正博山本; 章吉井; Akira Yoshii; 陽介奥住; Yosuke Okuzumi
Original assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd; Nippon Grease Co Ltd
Current assignee: MA Aluminum Corp; Nippon Grease Co Ltd
Priority date: 2015-02-24
Filing date: 2015-02-24
Publication date: 2016-09-01
Anticipated expiration: 2035-02-24
Also published as: JP6429670B2

Abstract

【課題】アルミニウム合金板の成形性を高め、光沢性、焼付き性、肌荒れ性等に優れ、さらにアルミニウム合金成形品特有の黒色汚れも発生しない良好な表面状態とする。
【解決手段】質量％で、オレイン酸の含有量が１５％以上４０％以下、脂肪酸アルミニウム石けんの含有量が１０％以上１７％以下、基油の含有量が５％以上２０％以下であり、残部が界面活性剤及び水からなる潤滑油を用いて、アルミニウム合金板を８０℃以上２００℃以下の温度で成形する。
【選択図】なし

Description

本発明は、アルミニウム合金板のプレス成形用潤滑油及びこれを用いたアルミニウム合金板のプレス成形方法に関する。

アルミニウム合金板のプレス成形において、角筒状の容器を絞り成形するなど、いわゆる難成形である場合や、高強度のアルミニウム合金板を絞り成形する場合には、材料や金型を加熱した状態で成形する温間成形としたり、潤滑油を用いたり、またはこれらを併用するなどにより、成形性を高めることが行われる。

特許文献１には、アルミニウム材の温間成形加工用潤滑剤として、カーボン数C=１２〜１８のアルキル基よりなる脂肪酸の石鹸であって水に対する溶解度が３０％に達する温度が５０℃未満のもの２．５％〜２０％を水に含有させたものが記載されている。
特許文献２には、（Ａ）鉱油、合成油および動植物油から選ばれる１種または２種以上油からなる基油５０〜９８重量％と、（Ｂ）脂肪酸の誘導体であるダイマー酸またはトリマー酸の単独または混合物１〜２５重量％と、（Ｃ）中性亜リン酸エステル１〜２５重量％とを含んで成り、常温で液状でありかつ４０℃における動粘度が５〜６０ｍｍ²／ｓ（ｃＳｔ）であるアルミニウム系板材プレス加工用潤滑油が開示されている。
特許文献３には、炭素数８〜１２の１−アルケンの重合体であるポリアルファオレフィンの配合割合が脂肪酸ポリオールエステル１００重量部に対して２０〜７０重量部であり、４０℃における動粘度が１０〜１０００ｍｍ²／ｓであり、流動点が２０℃以下であるアルミニウム合金板温間成形用潤滑油が開示されている。

特開平２−２９８５９２号公報特開平７−１８２８４号公報特許第５１００４７５号公報

ところで、このようなアルミニウム合金板の絞り成形において、用いられる潤滑剤には、目的の難成形品を成形できるだけでなく、光沢性、焼付き性、肌荒れ性等に優れ、さらにアルミニウム合金成形品特有の黒色汚れも発生しない良好な表面状態とすることが求められる。前述の特許文献記載の各潤滑油では、このような表面状態を得るにはまだ不十分であった。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、アルミニウム合金板の成形性を高め、光沢性、焼付き性、肌荒れ性等に優れ、さらにアルミニウム合金成形品特有の黒色汚れも発生しない良好な表面状態とすることを目的とする。

本発明のアルミニウム合金板のプレス成形用潤滑油は、質量％で、オレイン酸の含有量が１５％以上４０％以下、脂肪酸アルミニウム石けんの含有量が１０％以上１７％以下、基油の含有量が５％以上２０％以下であり、残部が界面活性剤及び水からなるものである。

この潤滑油を用いてアルミニウム合金板をプレス成形することにより、成形性が高められ、光沢性、焼付き性、肌荒れ性等に優れ、さらにアルミニウム合金成形品特有の黒色汚れも生じにくい良好な表面状態とすることができる。
オレイン酸の含有量を１５質量％以上４０質量％以下としたのは、含有量が１５％未満の場合は潤滑性が低下する傾向があり、また、含有量が４０質量％を超える場合は金属の腐食性が強くなることと、洗浄性が著しく低下する傾向があるからである。このオレイン酸の含有量は２５質量％以上３５質量％以下とするのがより好ましい。
脂肪酸アルミニウム石けんの含有量を１０質量％以上１７質量％以下としたのは、含有量が１０質量％未満の場合は、潤滑性が低下する傾向があり、また、含有量が１７質量％を超える場合は、潤滑油の流動性がなくなり、使用し難くなるからである。この脂肪酸アルミニウム石けんの含有量は１３質量％以上１５質量％以下とするのがより好ましい。

基油としては、特に限定されず、鉱油、油脂および合成油などから選択できるものを用いることができる。なお基油の動粘度は、４０℃にて２０ｍｍ^２／ｓ以上６００ｍｍ^２／ｓ以下のものを用いることが、潤滑性や、被加工材の表面性状を保つ上で好ましい。
この基油の含有量を５質量％以上２０質量％以下としたのは、５質量％未満では成形性が不足する傾向があり、また、２０質量％を超えると潤滑性が低下する傾向があるからである。この基油の含有量は１０質量％以上１７質量％以下とするのがより好ましい。

本発明の潤滑油において、脂肪酸アルミニウム石けんは、炭素数が８以上２２以下であることが好ましい。
アルミニウム石けんは増ちょう性に優れており、絞り成形時に潤滑剤の粘度を適切に制御して、成形性を向上させる。炭素数を８以上２２以下としたのは、炭素数の上限は２２であり、炭素数が８未満の場合は潤滑性が低下する場合があるからである。炭素数１４以上２０以下のものがより好ましい。

そして、本発明のアルミニウム合金板のプレス成形方法は、本発明の潤滑油を用いて、アルミニウム合金板を８０℃以上２００℃以下の温度で成形する。
本発明の潤滑油をアルミニウム合金板の温間成形に用いることにより、円筒絞り成形における限界絞り比が２．１以上の成形を行うことが可能になる。

本発明のアルミニウム合金板のプレス成形用潤滑油及びこれを用いたアルミニウム合金板のプレス成形方法によれば、成形性を高め、光沢性、焼付き性、肌荒れ性等に優れ、さらにアルミニウム合金成形品特有の黒色汚れも発生しない良好な表面状態とすることができる。

以下、本発明に係るアルミニウム合金板のプレス成形用潤滑油及びこれを用いたアルミニウム合金板のプレス成形方法の実施形態を説明する。
このプレス成形用潤滑油は、質量％で、オレイン酸の含有量が１５％以上４０％以下、脂肪酸アルミニウム石けんの含有量が１０％以上１７％以下、基油の含有量が５％以上２０％以下であり、残部が界面活性剤及び水からなるものである。

オレイン酸は、特に低荷重領域における摩擦係数を低下させ、潤滑性を高めるために含有され、アルミニウム温間成形加工において、他の脂肪酸に比べてとりわけ優れた効果を発揮する。
オレイン酸の含有量を１５質量％以上４０質量％以下としたのは、含有量が１５％未満の場合は潤滑性が低下する傾向があり、また、含有量が４０質量％を超える場合は金属の腐食性が強くなる傾向があるからである。このオレイン酸の含有量は２５質量％以上３５質量％以下とするのがより好ましい。

脂肪酸アルミニウム石けんは、特に高荷重領域において摩擦係数を低下させ、潤滑性を高めるために含有され、例えば、ステアリン酸アルミニウムなどを用いることができる。アルミニウム石けんは増ちょう性に優れており、絞り成形時に潤滑剤の粘度を適切に制御して、成形性を向上させる。
脂肪酸アルミニウム石けんの含有量を１０質量％以上１７質量％以下としたのは、含有量が１０質量％未満の場合は、潤滑性が低下する傾向があり、また、含有量が１７質量％を超える場合は、潤滑油の流動性がなくなり、使用し難くなるからである。この脂肪酸アルミニウム石けんの含有量は１３質量％以上１５質量％以下とするのがより好ましい。
この脂肪酸アルミニウム石けんの炭素数は８以上２２以下のものが好ましい。炭素数の上限は２２であり、炭素数が８未満の場合は潤滑性が低下する場合があるからである。炭素数１４以上２０以下のものがより好ましい。

基油としては、特に限定されず、鉱油、油脂および合成油などから選択できるものを用いることができる。鉱油としては、灯油、軽油、スピンドル油、マシン油、タービン油、シリンダー油、ブライトストック油などが挙げられる。油脂としてはひまし油やグリースなどが挙げられる。また、合成油としてはエーテル油、エステル油、ポリアルファーオレフィンなどが挙げられる。
この基油の含有量を５質量％以上２０質量％以下としたのは、５質量％未満では成形性が不足する傾向があり、また、２０質量％を超えると潤滑性が低下する傾向があるからである。この基油の含有量は１０質量％以上１７質量％以下とするのがより好ましい。

界面活性剤としては、特に限定されず、石油スルホン酸ナトリウム、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールアルキルエステル、ポリエチレングリコールアルキルエーテル、水酸化カリウムおよびこれらの混合物を用いることができ、その含有量としては１５質量％以上３０質量％以下が好ましい。
また、水の含有量は１０質量％以上３０質量％以下が好ましい。

このような組成のプレス成形用潤滑油は、エマルジョンタイプであり、したがって、常温での成形はもとより、温間成形においても、角筒状容器などの難成形品を成形することができる。
この潤滑油を用いてアルミニウム合金板を温間成形する場合は、アルミニウム合金板を８０℃以上２００℃以下の温度で成形するとよい。このような温間成形に本発明の潤滑油を用いることにより、円筒絞り成形における限界絞り比が２．１以上の成形を行うことが可能になる。
この潤滑油を用いてアルミニウム合金板をプレス成形することにより、成形性が高められ、光沢性、焼付き性、肌荒れ性等に優れ、さらにアルミニウム合金成形品特有の黒色汚れも発生しない良好な表面状態とすることができる。また、水溶性であるため、成形後の洗浄も容易にすることができる。

表１の組成、含有量（いずれも質量％）の潤滑油Ａ〜Ｌを用いて、深絞り性、潤滑性、温間成形性、洗浄性、および加工後の被加工材表面状態を評価した。
深絞り性については、Ａ５１５１−Ｏ材からなる板厚０．２０ｍｍのアルミニウム板を直径３３ｍｍのパンチにより円筒状容器に絞り成形した。ブランク径を変えることで、絞り比（ブランク径／パンチ径）が２．１及び２．２の二種類の容器を成形した。いずれも成形速度は８００ｍｍ／分、パンチ周囲のしわ押さえ力は３ｋＮとした。成形品の外観を検査することにより深絞り性を評価し、それぞれ５回の成形においていずれも問題なく成形可能であったものを「〇」、５回中２回まで小シワなど軽微な欠陥が生じたであったものを「△」、１回以上割れを生じたもの、もしくは３回以上軽微な欠陥を生じたであったものを「×」とした。

潤滑性は、バウデン摩擦試験機により動摩擦係数を測定することにより評価した。バウデン摩擦試験機の接触端子には直径９ｍｍの鋼球を用い、すべり面材料をＡ５１５１−Ｏ材アルミニウム板として、その上に各潤滑油を塗布し、接触荷重を１００ｇ及び５００ｇのそれぞれについて、移動方向を被検材の圧延方向に直交する方向とし、移動速度４ｍｍ／秒、移動距離１０ｍｍで１０往復し、その平均値を測定した。その結果、動摩擦係数が１００ｇ荷重で０．１０以下且つ５００ｇ荷重で０．０８以下であったものを「〇」、１００ｇ荷重で０．１０を超え０．１１以下、または５００ｇ荷重で０．０８を超え０．１０以下のいずれかを満たす場合を「△」、１００ｇ荷重で０．１１を超え且つ５００ｇ荷重で０．１０を超えたものを「×」とした。

温間成形性は、金型温調機能を備えた１００ｍｍ×１００ｍｍの角筒深絞り金型による成形により深さ５０ｍｍの絞り深さによる成形後の被加工材における割れ、しわなどの加工欠陥の有無により評価し、加工欠陥が発生せず成形可能であったものを「〇」、割れ・しわなどの加工欠陥が発生し成形不可であったものを「×」とした。

洗浄性は、アルミニウム板表面に試料を塗布した後、乾いた布で軽く拭きとった際の表面の残油状態を、目視及び触手により評価し、残油が目視でも触手でも認められない表面状態であったものを「〇」、目視では認められないが、触手により若干残油のベタツキが感じられたものを「△」、目視、触手ともに残油が認められた場合のものを「×」とした。

加工後の表面状態は、被加工材を外観観察し、光沢消失・焼付き・肌荒れ・黒色汚れなどの有無についてチェックし、これら異常項目の発生がみられたものを「×」、軽度の発生がみられるものの許容範囲であるものを「△」、異常が全く見られず良好なものを「○」として３段階評価した。

これらの結果を表２に示す。なお、表２において、深絞り性の評価の欄で、ＤＲ２．１は絞り比が２．１、ＤＲ２．２は絞り比が２．２であることを示す。

この表２の結果からわかるように、オレイン酸を含有しない試料Ｌは、深絞り性、潤滑性、温間成形性、洗浄性のいずれの評価も「×」であった。また、オレイン酸含有量の少ない試料Ａ、Ｂにおいても、これらの特性は「×」ないし「△」であった。脂肪酸アルミニウム石けんを含有しない試料Ａ〜Ｄ，Ｆは、成形後の洗浄性や、光沢、焼付き、肌荒れ等の表面状態が劣る結果であり、基油を含有しない試料Ｋは、深絞り成形性が劣る結果であった。試料Ｅ，Ｇは脂肪酸アルミニウム石けんの含有量が少ないため、深絞り性のＤＲ２．２の評価において「×」となった。

これに対して、試料Ｈ〜Ｊは、ＤＲ２．１及びＤＲ２．２の深絞り性、潤滑性、温間成形性、洗浄性のいずれもが「△」以上の評価であり、総合的には良好な評価と言える。特に、試料Ｊは、深絞り性に特に優れ、他の特性においても良好であり、すべての評価が「〇」であり、最も優れている。

また、試料Ｊの潤滑油を用いて、加工金型設定温度すなわち成形温度を変化させて、温間成形性、洗浄性、加工後の表面状態を評価した。その結果を表３に示す。

表３の結果から、８０℃を下回る温度（Ｊ−５）では成形性は得られるものの、成形後の表面に残油が多いため、洗浄性が劣ることや、金型清掃の負担が大きくなる傾向であり、２００℃を上回る温度（Ｊ−４）では成形前や成形途中で潤滑油が蒸発してしまい、成形時に割れが生じたり、成形後の表面に焼付き等が生じやすくなることがわかる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

Claims

質量％で、オレイン酸の含有量が１５％以上４０％以下、脂肪酸アルミニウム石けんの含有量が１０％以上１７％以下、基油の含有量が５％以上２０％以下であり、残部が界面活性剤及び水からなることを特徴とするアルミニウム合金板のプレス成形用潤滑油。
請求項１記載のプレス成形用潤滑油を用いて、アルミニウム合金板を８０℃以上２００℃以下の温度で成形することを特徴とするアルミニウム合金板のプレス成形方法。