JPH01299895A - 塑性加工用水溶性潤滑剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、塑性前・工用水溶性潤滑剤に関する。

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、特に黒鉛系潤滑剤を使用す
る熱間もしくは温間の鍛造や熱間押出しの金属加工の際
、離型を目的として、黒鉛系の潤滑剤にかわって使用さ
れる非黒鉛系潤滑剤として有用である。

〔従来の技術〕

金属の塑性加工を行う際の潤滑剤には、通常油分数ある
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
ものの中に、黒鉛を分散させたものであるが、加工の多
くは熱間で行う為、引火の恐れや、発煙が伴い、作業環
境や健康上において、大きな問題が有る。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、前者の油分数のものと同じで有り、引火性の問
題も無く、作業性も若干改良されているが、黒鉛を使用
する限り、作業者及び作業環境を黒く汚染する事には変
わりなく、健康上も問題が残る。

これら作業環境上の問題点を解決する為に、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
−８４８９）等が有る。しかしながら、これら潤滑剤に
おいても、前者の場合には、ガラス組成物が、型の凹部
に堆積しゃすく欠肉が発生しやすいことや、型の温度が
低い時には良好な潤滑性が得られ無いこと、水で簡単に
型の洗浄が出来ないこと、またガラス組成物をスプレー
することは作業者の健康上も良いとは言えないこと等の
問題点が有る。また、後者では、毒性も低く、健康上の
問題も特に無く、型の水洗いも容易に出来る等の良い点
も有るが、黒鉛に比べて潤滑性がやや劣ったり、また焼
付きが生じ易いという欠点が、使用上確認される。

〔発明が解決しようとする課題〕

塑性加工用潤滑剤として、専ら使用されている黒鉛を主
剤とする潤滑剤は、上記の如く作業者あるいは作業環境
を黒く汚染すること、健康阻害の影響が考えられること
、またこの潤滑剤が油性の場合は引火の危険が有ること
等の問題を有している。

したがって、潤滑性が良好で、汚染が無く、引火せず、
洗浄し易く、かつ健康上の心配の無い潤滑剤が要望され
ている。更に、潤滑剤は一般には水で希釈して使用され
るが、高希釈でも所定の性能を有することが要望される
。

本発明の目的は、このような要求を充足し得る塑性加工
用潤滑剤を提供することに有る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、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０．１〜３０重量％と、水溶性溶
性化合物０．０１〜２０重量％とを含有する水性組成物
からなる塑性加工用水溶性潤滑剤を提供する。

本発明の潤滑剤は、さらに、添加剤として、極圧添加剤
、殺菌剤、腐蝕抑制剤、及び起泡調整剤から選ばれる添
加剤を含んでいてもよい。

塑性加工、特に熱間鍛造用の潤滑剤は、金型の温度が約
３００℃と高温であるため、この付近の温度で分解消失
するものでは使用できず、一方潤滑剤としての物性を有
しながら、１０００℃以上の被鍛造金属と接触している
間に消失するものであることが望ましい。

この点で黒鉛は有用なものであるが、白色のもので近似
の性質を示すものとして、二塩基酸のアルカリ金属塩が
挙げられる。ここで、プラスチックの滑剤として金属石
鹸すなわち一塩基酸である飽和脂肪酸の金属塩が多用さ
れているが、これらは塑性加工用潤滑剤としては、均一
な塗布ができないために、有用とは言えない。

上記の二塩基酸としては、コハク酸、アジピン酸等のｔ
飽和脂肪酸、フマル酸、マレイン酸等の不飽和脂肪酸お
よびフタル酸、イソフタル酸等の芳香族カルボン酸が挙
げられるが、それらのアルカリ金属塩を潤滑剤主成分と
して本発明の目的に使用した場合、摩擦係数が小さく、
したがって欠肉が生じにくいが焼付きを生じ易いとか、
また逆に焼付きは発生しないが欠肉が生じ易いとかの問
題があり、充分満足のいく結果は得られない。しかし、
脂環式炭化水素の二塩基酸のアルカリ金属塩を単独でま
たはこれとフマル酸のアルカリ金属塩とを混合して使用
することによって、上記の問題点を完全に解消し、良好
な結果をもたらすことが見出されたのである。

ここで使用できる脂環式炭化水素の二塩基酸の例として
は、ヘキサヒドロフタル酸、ヘキサヒドロイソフタル酸
、ヘキサヒドロテレフタル酸等のシクロヘキサンジカル
ボン酸、テトラヒドロフタル酸、テトラヒドロイソフタ
ル酸、テトラヒドロテレフタル酸等のシクロヘキセンジ
カルボン酸や、シクロへキサジエンジカルボン酸、ビシ
クロへキシルジカルボン酸等が挙げられる。

これらの二塩基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って、特に製品として水溶性を得る
ためには、アルカリ土類金属の塩は使用しがたい。アル
カリ金属塩としては、ナトリウム塩、カリウム塩、リチ
ウト塩が良好であるが、特にナトリウム塩が望ましい。

二塩基酸のアルカリ金属塩またはこれとフマル酸のアル
カリ金属塩との混合物は、潤滑剤主成分として、組成物
中に０，１〜３０重量％、好ましくは５〜１５重量％の
量で含有されなければならない。これは、０．１重量％
未満では潤滑剤として必要な低摩擦係数が得られず、３
０重量％を越える場合には安定な製品状態が得られない
ためである。

また、脂環式炭化水素の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重量組成比は、１０：０〜
１：９、好ましくは１０：０〜３ニアであるのが望まし
い。

潤滑剤は、一般にスプレーによって金型へ噴霧塗布され
る。この際潤滑主剤だけを塗布することもできるが、よ
り均一な膜として付着させるための付着剤として、水溶
性高分子化合物が使用される。水溶性高分子化合物の例
としては、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等を挙げることが出来る。水溶性高
分子化合物の添加量は、０．０１〜２０重量％、好まし
くは０．１〜５重量％であるのがよい。これは、０．０
１重量％未満では付着剤としての効果が得られず、２０
重量％を越える場合には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ためである。

以上の組成物を塑性加工の潤滑剤として充分使用し得る
が、加工がより苛酷な操作条件のもとで行われるような
場合、焼付きが起こる可能性も有るため、これを防止す
る目的で極圧添加剤を添加してもよい。さらに、ＦＪ、
Ｑを目的とする殺菌剤の添加、防錆を目的とする腐社抑
制剤の添加、スプレー時の発泡を抑えることを目的とす
る消泡剤の添加も可能である。

本発明の塑性加工用水溶性潤滑剤は、原液のまま使用し
てもよいが、好ましくは状況に応じて１０倍ないし５０
倍に希釈して使用する。性能の点からは、塗布された固
形分量が適正かどうかが重要であり、希釈倍率を高くし
て塗布量を増減することもできるが、塗布と加工のタイ
ミングやノズル形状等からの制約により、希釈倍率を調
整することにより潤滑剤固形分の塗布量を変えるのがよ
い。尚、先に説明した組成濃度は、慣例的に希釈前の濃
度をとっている。金型への塗布は、どのような方法をと
ってもよいが、一般にはスプレーにて塗布するのがよい
。また、塑性加工用潤滑剤として、熱間鍛造その他の鍛
造条件または押出しで使用してもよい。

〔発明の効果〕

本発明の組成物を塑性加工の潤滑剤として使用すること
により、黒鉛以上の潤滑性能及び離型性を得ることがで
き、白物であるため作業環境の汚染も無く、作業者の健
康継続上も優れ、また洗浄性の問題も無くなる。

〔実施例〕

次に、本発明を実施例により更に説明する。なお、実施
例中の部及び％は、特記しない限り重量を基準とする。

実施例１ リング圧縮実験により摩擦係数を求めた。

φ１２０　Ｘ５０叩の金型（ＳＫＤ６１　、焼入れ）上
下各１個を約２７０℃に加熱し、３０倍希釈した潤滑剤
１０−を、上下金型のリングとの接触する面にスプレー
塗布（圧力５ｋｇ／ｃイ）する。一方、φ６０Ｘφ３０
Ｘ１５ｍｍのリング（Ｓ４５Ｃ材）をＡｒ雰囲気の電気
炉にて１０００℃に加熱する。金型及びリングの高さの
減少率（加工度）と内径の変化率を「工藤によるエネル
ギー法Ｊ　　（Ｐｒｏｃ、　５ｔｈ、Ｊａｐａｎ　Ｎａ
ｔ。

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。

尚、比較のため、潤滑剤の金型への塗布量を１５倍希釈
５０−（上記塗布量の固形分で１０倍量）の場合につい
ても行った。

〜実験に用いた潤滑剤組成〜 （実施例２．３でも同様組成） 二塩基酸　　　　　　　　　　１１．０部水酸化ナトリ
ウム　　　　　　　７．５部ヒドロキシエチルセルロー
ス　　２．０部ハローマケム５Ｋ−７微　量 水　　　　　　　残部 １００、０部 〜実験に用いた二塩基酸〜 （実施例２，３でも同様組成） サンプルＮｏ、　　脂環状ジカルボン酸　フマル酸（Ａ
） １　　　４．０部　　　７．０部 ２　　　５．５部　　　５．５部 ３　　　　７．０ｔａ　　　　４．０部４　　　　ｔｏ
、０部　　　１．０部 ５　　　１１．０部　　　− ６一部　　　１１．０部 （Ｂ） ７　　　　　　１１．０部　　　　　＝８　　　５．５
部　　　５．５部 （Ｃ） ９　　　１１．０部　　　− １０５，５部　　　５．５部 但しＡはへキサヒドロイソフタル酸 ＢはΔ４テトラヒドロフタル酸 ＣはΔ３テトラヒドロイソフタル酸 結果を下記第１表に示す。

第１表 （但し加工度４０％の場合） リング圧縮試験の結果、脂環状ジカルボン酸のナトリウ
ム塩及びこれとフマル酸のナトリウム塩との好ましい配
合組成物は、低い摩擦係数を示し、特に高希釈倍率に於
いても良好な摩擦係数を示した。

実施例２ 後方押出し実験により、焼付性の有無を確認した。φ３
８鮒、抜は勾装置°のボンデ型（ＳＫＤ６１、焼入れ）
を、約３００℃に加熱し、１０倍に希釈した潤滑剤を自
動スプレー（４ｋｇ／ｃ＆、２ＷＩｌ／秒）で、０．３
秒×４回（計２．４　ｍｌ、但しロス多イ）スプレー塗
布する。一方、φ３６．５　Ｘ　５０　ｍｍのテストピ
ース（Ｓ４５Ｃ材）をＡｒ雰囲気の電気炉にて１０００
℃に加熱する。ポンチ型及びテストピースを１２０ｔｏ
ｎ油圧プレスにセｙトし、圧縮する。同様の操作をテス
トピースをかえ、５回繰り返し、終了後のポンチ型の状
態を観察する。尚、テストピースとポンチ型が焼付いた
場合でも、引抜（際に両者が分離できる様に装置を工夫
して用いた。比較のため、潤滑剤のポンチ型への塗布を
ハンドスプレーにて５倍希釈液にて５ｄ（固形分で上記
塗布量の４倍量になるが、実質的にはロスが少なく、そ
れ以上の量となる）塗布した場合についても行った。

結果を下記第２表に示す。

以下余白 第２表 フマル酸のナトリウム塩単独では、ポンチ型のＲ部分に
焼付きによる縦疵が生じた。しかし、脂環状ジカルボン
酸のナトリウム塩及びこれとフマル酸のナトリウム塩と
の好ましい配合物においては焼付きは生じなかった。

実施例３ 実機による評価を行った。

１６００ｔＯｎプレス／および６０００ｔｏｎプレスに
て、自動車用部品（材質５４５Ｃ）の熱間鍛造を行った
（材料温度的１２５０℃、金型温度約３５０〜４００℃
）。

用いたスプレーは圧力５ｋｇ／ｃＩ１１のエアレス式の
自動スプレーであり、金型が開いている間約２〜３秒間
スプレーを行う。希釈倍率は３０倍である。

結果を下記第３表に示す。

第３表 評価基準　　◎：非常に良好　　○：良好△：やや不良
　　　×：不良 実機評価の結果、本発明の潤滑剤（この実施例ではＮＯ
，２，５，８，１０）は、従来報告されている二塩基酸
塩の単一物質での水溶性潤滑剤に比べ、潤滑性、離型性
、耐焼付き性とも優れた性能を有し、更にそのための作
業性も改善されることが確認された。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、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０．１〜３０重量％と、水溶性高分子化
   合物０．０１〜２０重量％とを含有する水性組成物から
   なる塑性加工用水溶性潤滑剤。