JP2974574B2 - 塑性加工用潤滑剤 - Google Patents

塑性加工用潤滑剤

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、塑性加工用潤滑剤に関
する。この潤滑剤は、塑性加工すなわち鍛造、押出し、
圧延、プレス、伸線等の金属加工、特に熱間もしくは温
間の鍛造や押出しの加工の際、離型を目的として、黒鉛
系の潤滑剤に代えて使用する非黒鉛系の潤滑剤として有
用である。
【0002】
【従来の技術】金属の塑性加工を行う際の潤滑剤には、
通常油分散あるいは水分散状の黒鉛が使用されている。
前者は、鉱物油に極圧添加剤、ワックス類等を配合した
組成物に黒鉛を分散させたものであるが、加工の多くは
熱間で行うため、引火や発煙を生じる恐れがあり、安全
性や作業環境および健康上において大きな問題がある。
後者は、水に極圧添加剤を添加し、黒鉛を分散させたも
のである。潤滑性は、前者の油分散のものと同じであ
り、引火性の問題もなく、作業性も若干改良されている
が、黒鉛を使用する限り、作業者および作業環境を黒く
汚染することには変わりなく、健康上も問題が残る。
【0003】そこで、これらの作業環境の問題点を解決
するために、黒鉛を使用しない塑性加工用潤滑剤の開発
が試みられている。例えば、芳香族カルボン酸のアルカ
リ金属塩にガラス組成物を含有せしめた潤滑剤(特開昭
60−1293)や、フタル酸のアルカリ金属塩を用い
た潤滑剤(特開昭58−84898)等がある。また、
上記の潤滑剤の問題点を解決するべく、出願人は、脂環
式炭化水素の二塩基酸のアルカリ金属塩または前記二塩
基酸のアルカリ金属塩とフマル酸のアルカリ金属塩との
混合物を用いた潤滑剤を提案している(特開平1−29
9895)が、実使用上は黒鉛系潤滑剤に比べて潤滑性
および離型性が劣り、そのため製品欠陥の発生、作業性
の低下、型寿命の低下などの問題点が生じている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来用いられているカ
ルボン酸であるフタル酸やフマル酸等のアルカリ金属塩
は、耐熱性のある潤滑成分として有効であるが、層状固
体潤滑剤であるコロイド状黒鉛とは異なり、極圧状態に
おける潤滑剤の拡散性が弱く、塑性加工時に金型と加工
品の間に皮膜切れが生じやすい。そのため、金型潤滑が
弱くなり、ハリツキが発生したり、型摩耗が大きくなっ
たりする。
【0005】本発明者らは、塑性加工特に熱間の鍛造や
押出しにおいて潤滑剤の付着性とその皮膜の潤滑性、強
度等について種々検討した結果、耐熱性潤滑成分として
テトラヒドロフタル酸のアルカリ金属塩と、塑性加工
時の金型密着性の良好なキシレンホルムアルデヒド樹脂
粉末および潤滑成分の高温付着性を付与する水溶性高分
子化合物を組み合わせることにより、優れた潤滑離型性
と作業性の向上とを達成できることを見い出し、本発明
を完成するに至ったものである。すなわち、本発明は、
黒鉛系潤滑剤により近い特性を有し、一方で黒鉛系潤滑
剤に固有の欠点を生じることのない、塑性加工用潤滑剤
を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、0.01〜40重量%のテトラヒドロフタ
酸のアルカリ金属塩、0.01〜40重量%の、0.
1〜20μmの平均粒径を有するキシレンホルムアルデ
ヒド樹脂粉末、0.01〜20重量%の水溶性高分子化
合物および残部の水を含む塑性加工用潤滑剤を提供す
る。
【0007】
【作用】テトラヒドロフタル酸のアルカリ金属塩は、
に潤滑性に優れていることが見出された。一方、キシレ
ンホルムアルデヒド樹脂粉末は、高温金型に付着した時
から熱硬化が始まり、粉末の場合よりさらに樹脂化が進
むことから、耐熱性も向上し、金型面に強固な樹脂皮膜
を形成するため、潤滑皮膜の皮膜切れを防止する。ま
た、水溶性高分子化合物は、高温金型への潤滑成分の付
着性を向上させ、より均一な潤滑皮膜を形成する。
【0008】テトラヒドロフタル酸のアルカリ金属塩
は、0.01〜40重量%の量で含有されるのが適当で
ある。この含有量が0.01%未満では潤滑性が不足
し、含有量が40重量%を越えると安定な水溶液が得ら
れにくくなる。テトラヒドロフタル酸のアルカリ金属塩
を用いるのは、熱安定性を得るためであるが、アルカリ
金属塩としては、ナトリウム塩、カリウム塩、リチウム
塩等が好ましい。
【0009】キシレンホルムアルデヒド樹脂は変性され
ていてもよく、例えば、ストレート樹脂のみならず、フ
ェノール類による変性(ノボラック変性、レゾール変性
等)、アミン類による変性、カルボン酸類による変性、
アルコール類による変性、芳香族炭化水素類による変
性、エポキシド類による変性、イソシアネート類による
変性等がある。本発明の潤滑剤においては、キシレンホ
ルムアルデヒド樹脂の粉末は、平均粒径が0.1〜20
μmであるのがよく、0.01〜40重量%の量で含有
される。平均粒径が0.1μm未満では付着にムラが生
じて実用上使用できないことがあり、平均粒径が20μ
mを越えると製品および使用の際の潤滑剤希釈液の安定
性が悪く、安定した品質の加工品を得られないことがあ
る。ここで、平均粒径は、レーザ回折式粒度分布測定装
置SALD−1100(島津製作所製)を用いて測定し
た値である。また、含有量が0.01重量%未満では密
着皮膜が形成されにくく、含有量が40重量%を越える
と潤滑性が低下したり、金型内の加熱残渣が多くなり、
欠肉が発生しやすくなる。
【0010】本発明に有用な水溶性高分子化合物として
は、例えば、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシ
メチルセルロース、ポリカルボン酸ナトリウム、ポリカ
ルボン酸アンモニウム、ポリスチレンマレイン酸ナトリ
ウム等が挙げられる。これらの水溶性高分子化合物は、
0.01〜20重量%の量で含有されるのがよい。含有
量が0.01重量%未満では付着剤としての効果が得ら
れにくく、含有量が20重量%を越えると粘度が著しく
上昇することにより製品としての取扱いが煩雑になるこ
とがある。
【0011】本発明の塑性加工用潤滑剤は、前記の3成
分と水により構成されるものであるが、これらの成分以
外に、(1)潤滑性補助成分としてアジピン酸、イソフ
タル酸、フマル酸等の有機カルボン酸のアルカリ金属
塩、炭酸カルシウム、カオリン、タルク、クレー、ベン
トナイト等の固体潤滑剤や、(2)製品調整成分として
防腐剤、分散剤、防錆剤、消泡剤等の添加剤を適宜含ん
でいてもよい。
【0012】
【実施例】以下実施例および比較例により、本発明をさ
らに説明する。なお、実施例および比較例中の%は特記
しない限り重量を基準とする。
【0013】実施例1〜5および比較例1〜5 下記の表1に示す成分をそれぞれ混合して、本発明に係
る潤滑剤および比較例に係る潤滑剤を調製した。
【0014】
【表1】 上記で用いた熱硬化性樹脂は、三菱瓦斯化学(株)製の
ノボラック変性キシレンホルムアルデヒド樹脂(ニカノ
ールGP−21、平均粒径2.4μm)をである。ま
た、水溶性高分子化合物としては、日華化学(株)製の
ポリスチレンマレイン酸Na(ディスパテックスSMA)
を用いた。
【0015】これらの潤滑剤の特性を、下記の方法によ
り、評価した。摩擦係数 リング圧縮試験により摩擦係数(μ)を求めた。φ12
0×50mmの金型(SKD61、焼き入れ)上下各1個
を約200℃に加熱し、30倍希釈した(希釈液には水
を使用)潤滑剤10mlを、上下金型のリングとの接触面
にスプレー塗布する。一方、φ30×φ15×10mmの
リング(S45C材)をAr雰囲気中で電気炉にて10
00℃に加熱する。金型およびリングの高さの減少率
(加工度60%)と内径変化率を、「工藤によるエネル
ギー法」(Proc. 5th Japan Nat. Cong. Appl. Mech.,
(1955), 75) により求められる理論曲線にプロットし
て、摩擦係数を求めた。結果を下記の表2に示す。
【0016】
【表2】
【0017】焼き付き性 後方押し出し実験により、焼き付き性の有無を確認し
た。φ30mm、抜け勾配1°のポンチ型(SKD61、
焼き入れ)を約250℃に加熱し、30倍に希釈した
(希釈液には水を使用)潤滑剤3mlをハンドスプレーに
て塗布する(4kg/cm2 )。一方、φ36.5×50mm
のテストピース(S45C材)をAr雰囲気中で電気炉
にて1000℃に加熱する。ポンチ型およびテストピー
スを120トン油圧プレスにセットし、圧縮する。同様
の操作をテストピースを替えて8回繰り返し、終了後の
ポンチの状態を観察する。なお、テストピースとポンチ
型が焼き付いた場合でも、引き抜く際に両者が分離でき
るように装置に工夫をして用いた。結果を下記の表3に
示す。
【0018】
【表3】
【0019】水溶性高分子化合物とともにテトラヒドロ
フタル酸ソーダを単独で用いた場合(比較例2)には、
ポンチ型のR部に焼き付きによる縦疵が生じた。また、
キシレンホルムアルデヒド樹脂単独の場合(比較例3お
よび4)にも同様の結果が生じた。しかしながら、テト
ラヒドロフタル酸ソーダ、キシレンホルムアルデヒド樹
脂および水溶性高分子化合物の3者を配合した潤滑剤
(実施例1〜5)では、このような焼き付きは生じず、
良好な潤滑性を示すことが分かった。
【0020】付着性 付着性試験により付着量を測定した。研磨し、洗浄した
鋼板(S45C,100mm×80mm)に、エアースプレ
ーを用い、鋼板温度200℃、スプレー圧4kg/cm2
スプレー量3ml、希釈倍率20および40倍希釈(希釈
液にはいずれも水を使用)の条件で付着性試験を行い、
付着量を求めた。なお、現場を想定してスプレー距離を
30cmとし、スプレーノズルをできるだけ動かさずに行
った。結果を下記の表4に示す。
【0021】
【表4】
【0022】実機評価 実機による評価を行った。1000トンプレス機にて、
自動車部品(材質S45C)の熱間鍛造試験を行った。
材料温度1250℃、金型温度250℃で、圧力5kg/
cm2 のエアレス式自動スプレーを用いた。金型が開いて
いる間に約2〜3秒間スプレーを行う。希釈倍率は30
倍(希釈液には水を使用)である。結果を下記の表5に
示す。
【0023】
【表5】
【0024】実機評価の結果、本発明に係る潤滑剤(実
施例1)は、比較例の潤滑剤(比較例2および3)に比
べ、潤滑性(欠肉が無い)、離型性(ハリツキが無
い)、型摩耗性とも優れた性能を示した。同時に、この
潤滑剤は、黒鉛を含んでいない、いわゆる白色系である
ため、作業環境の改善も得られた。
【0025】
【発明の効果】本発明の潤滑剤によれば、従来の白色系
潤滑剤では対応することのできなかった塑性加工分野
で、優れた潤滑性および離型性が得られ、生産性も大幅
に向上する。また、この潤滑剤は、白色系であるため、
同時に作業性の改善を達成することもできる。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C10M 145:20 107:36 145:40) C10N 10:02 30:06 40:24 40:36 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C10M 173/02 C10M 171/06 C10M 105/26 C10M 129/46 C10M 107/32 - 107/36 C10M 145/20 - 145/40 C10N 30:06 C10N 40:24 C10N 40:36 WPI/L(QUESTEL)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 0.01〜40重量%のテトラヒドロフ
    タル酸のアルカリ金属塩、0.01〜40重量%の、
    0.1〜20μmの平均粒径を有するキシレンホルムア
    ルデヒド樹脂粉末、0.01〜20重量%の水溶性高分
    子化合物および残部の水を含む塑性加工用潤滑剤。
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