JPH0218720B2

JPH0218720B2 -

Info

Publication number: JPH0218720B2
Application number: JP59036061A
Authority: JP
Inventors: Toyohito Uematsu; Shigeki Komatsuzaki; Fumio Nakano; Tomoe Takamura
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-02-29
Filing date: 1984-02-29
Publication date: 1990-04-26
Also published as: JPS60181198A

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の利用分野〕本発明は、特定の乳化型潤滑剤を金属加工表面
に塗布してなる金属の冷間鍛造加工法に関する。〔発明の背景〕一般に引抜き、前方押出、後方押出、据込み及
び深絞り等の冷間加工に供される金属材料（以
下、単に素材と記す）の潤滑は非常に重要であ
る。即ち、冷間加工においては、加工の際金型と
の接触面圧、塑性変形熱及び摩擦熱などが大き
く、かつ、素材の表面積が数倍から数10倍に増大
し、素材内部の材料が表面に新生面として露出す
るため、苛酷な潤滑条件下におかれ、潤滑剤の良
否が金型寿命、加工品の寸法精度、成形の可否を
も大きく左右する。冷間加工用の潤滑剤は、大きく分けて３種のも
のがある。即ち植物油、鉱物油を主成分とした水
溶性、非水溶性の液体潤滑剤、金属石けん、牛脂
などの半固体状潤滑剤及び黒鉛、二硫化モリブデ
ン等の固体潤滑剤である。これらの潤滑剤は、加
工度の小さい場合、十分適用できる加工度の大き
い、すなわち、塑性変形の大きい場合や複雑な形
状を有する成形品では、潤滑剤の耐荷重性、耐熱
性、潤滑剤の導入等が不十分なためかじりや焼付
きが生じ十分満足するものがなかつた。塑性変形
が大きい場合や複雑な形状の場合の潤滑剤として
は、リン酸塩被膜、蓚酸塩被膜などの化成被膜処
理や合成樹脂系被膜処理等が知られている。しか
し、化成被膜処理は充分な前処理が必要である。
例えば、リン酸塩被膜では、素材表面を充分脱
脂、酸洗を行い、処理工程中の厳密な条件管理、
処理液の調整、該反応によつて生成するフラツジ
の除去、処理廃液の公害防止のための多大な経費
といつた問題がある。また、合成樹脂被膜では、
被膜が有機質であるため被膜形成の作業性、加工
性能、加工後の被膜除去等の点で問題である。この様に従来の塑性加工時に用いる潤滑には種
種の問題があるため、素材表面に被膜処理を必要
とせず、単に液体潤滑剤を塗布するのみで金属加
工できる高性能潤滑剤が望まれていた。本発明者
らは上記の要望に応えるべく種々検討し、先に金
属加工用潤滑油組成物及びその使用方法を提案し
た。しかし、該潤滑油組成物に配合した酸性リン
酸エステルは鉱油及び合成油に相溶しない為、短
時間の静止貯蔵で相分離を起すという欠点があつ
つた。相分離の防止策として各種界面活性剤及び乳化
剤（分散剤）を検討した結果、ポリブテンをマレ
イン化して得られるポリブテニルコハク酸無水
物、ポリブテニルコハク酸無水物とアミンまたは
アルコールを反応させて得られてポリブテニルコ
ハク酸イミドまたはポリブテニルコハク酸エステ
ル等を添加するとかなり相分離が起る時間が延長
できるが、さらに相分離の防止、即ち、鉱油また
は合成油中に酸性リン酸エステルを均一に分散
（乳化）させる必要がある。特開昭47−8279号公
報において油中に二硫化モリブデン粒子を懸濁さ
せるための乳化剤としてメタアクリレートとＮ−
ビニルピロリドンの共重合体が開示されている。
上記分散剤は、二硫化モリブデンを油中に分散さ
せるのには極めて有効である。しかし、酸性リン
酸エステルに対しての乳化剤としては十分満足き
るものでなかつた。一方、攪拌装置等によつて潤滑油をたえず攪拌
し添加剤を油中に均一に乳化させる方法がある
が、給油槽に攪拌装置を取付ける必要がある。ま
た、長期間の静止貯蔵する場合、使用時に十分攪
拌を行う必要があり、経済的、実用的な点で問題
がある。〔発明の目的〕本発明の目的は、加工用素材に塗布または金型
内に公知の方法で給油するのみで塑性加工時の変
形熱、摩擦熱を利用し金属表面に優れた潤滑膜を
形成させて高加工度の高性能冷間加工が可能な金
属の冷間鍛造加工法を提供することにある。〔発明の概要〕本発明の金属の冷間鍛造加工法は、実質的に潤
滑油、乳化剤及び一般式（RO）−_o(O) Ｐ（−OH）_3-o (1) （式中、Ｒはアルキル基、フエニル基から選ば
れる基、ｎは１或いは２を示す）で表わされる有
機リン化合物からなり、前記有機リン化合物が前
記潤滑油中に0.5〜120μｍの大きさで分散してい
る潤滑油を鉄系被加工材表面に塗布し、冷間で引
き抜き、押出し、据込みまたは深絞り加工を行う
ことを特徴とする。そして、前記乳化剤として
は、ポリメタアクリレート、ポリイソブチレン、
オレフイン共重合物、ポリアルキルスチレンから
選ばれるものと、ポリメリツクコハク酸無水物、
ポリブテニルコハク酸イミド、ポリブテニルコハ
ク酸エステル、極性基を持つポリメタクリレート
モノマの重合物から選ばれるものとを含有するこ
とが好ましい。本発明は上記粒径の効果として、
有機リン化合物を乳化剤により、潤滑油中に長期
間均一分散させ潤滑油を素材に塗布または金型内
に公知の方法で給油するのみで塑性加工時の変形
熱、摩擦熱を利用し金属表面に優れた潤滑膜を形
成させ加工度の高い加工品を加工できる乳化型の
高性能潤滑油を用いた金属の冷間鍛造加工法が提
供される。本発明において用いられる乳化型潤滑油を用い
た冷間鍛造加工用潤滑油の有効成分としては、例
えば極圧剤として一般式(1)で表わされる有機リン
化合物のうち少なくとも１種以上とこれを潤滑油
中に均一に懸濁状態に分散させる乳化剤を含有す
ることを特徴とする。一般式(1)に挙げる有機リン化合物としては、ジ
ブチルハイドロジエンホスフアイト、ジフエニル
ハイドロジエンホスフアイト、ジイソデシルハイ
ドロジエンホスフアイト、モノブチルホスフエー
ト、モノイソデシルホスフエート、また、モノと
ジの混合物であるメチルアシツドホスフエート、
イソプロピルアシツドホスフエート、ブチルアシ
ツドホスフエート等が例示される。該極圧剤と潤
滑油から成る冷間鍛造加工用の潤滑油において
は、潤滑油に極圧剤が溶解した状態では、極圧剤
の添加効果が極めて低くなり、良好な加工性能が
得られない。極圧剤が溶解しない鉱油、合成油ま
たは、これらの混合油中に極圧剤を均一に懸濁分
散または乳化状に分散させると良好な金属加工性
能が得られる。該有機リン化合物の１種以上を鉱油若しくは合
成油又は、これらの混合油中に均一に懸濁分散さ
せる乳化剤として、乳化剤Ａのポリメタアクリレ
ート、ポリイソブチレン、ホレフイン共重合体、
ポリアルキルスチレンなどのうち少なくとも１種
と乳化剤Ｂのポリブテンをマレイン化して得られ
るポリブテニルコハク酸無水物、ポリブテニルコ
ハク酸無水物とアミンまたはアルコールを反応さ
せて得られるポリブテニルコハク酸イミド、ポリ
ブテニルコハク酸エステルなどのいわゆるポリメ
リツクコハク酸誘導体、又は長鎖アルキルアクリ
レートまたはメタアクリレートと極性基（アミ
ン、アミド、イミンイミド、ニトリル等）を含む
メタクリレートモノマーとの共重合物のうち少な
くとも１種以上を含有させた乳化型の潤滑油を用
いると塑性加工時において金型と素材が直接接触
するのを防止する効果が大きくかつ、複雑な形状
の加工品や加工度の高い加工品を冷間鍛造加工で
きる。また加工品の寸法精度も著しく向上する。
これは、配合した有機リン化合物の微細粒子が素
材表面に多量に密着し、塑性変形に伴う変形熱に
よつて、緻密で強固な潤滑被膜を形成するため素
材表面のかじりや焼付き性を低減し、金型寿命の
大幅な延長、金型損傷の軽減にも大きな効果が期
待できる。また、化成処理等によつて形成される
潤滑被膜よりも薄い被膜が形成されるため、加工
品の寸法精度が向上することはいうまでもない。本発明に使用される潤滑油は、一般的に潤滑油
と称される鉱油若しくは合成油またはこれらの混
合油であるが、これらの潤滑油は、加工品の加工
度および素材表面への潤滑方法に応じて粘度を選
択することができる。また、潤滑油中に該極圧剤
を分散させ長期間懸濁状態を保ち、かつ、素材表
面に緻密な潤滑被膜を形成させ耐焼付き性を向上
させるには、該極圧剤の粒径を0.5〜120ミクロン
にすることが好ましいことが判つた。鉱油若しくは合成油またはこれらの混合油に配
合する極圧剤の配合量は特に限定しないが、良好
な潤滑被膜を形成させるには、リン分として0.1
重量％以上が好ましい。また、極圧剤を潤滑油中
に均一に分散させ長期間懸濁態を保つには、乳化
剤Ａは、２重量％以上、乳化剤Ｂは0.04重量％以
上が好ましい。乳化剤Ａを多量に配合しても加工
性能を阻害しないが、乳化剤Ｂは５重量％を越え
ると乳化性が低下する。本発明で用いられる乳化型塑性加工用潤滑油の
使用方法としては、塑性加工しようとする素材に
例えばハケ塗り、スプレー法、浸漬法、流動浸漬
法などの方法で塗布した後、加工すればよい。従
来の潤滑技術のように前処理、リン酸塩処理また
は蓚酸処理などをしさらに潤滑剤（金属石けんな
どの処理）を使用するという複雑な工程がなく極
めて簡単でありかつ能率的である。なお、本発明の潤滑油は、加工度の高い加工品
や複雑な加工品の深絞り、引抜き、押出等の塑性
加工品に使用でき、その潤滑効果は極めて良好で
かつ、仕上り表面も優れているが（必要に応じて
固体潤滑剤を混入し）潤滑効果をさらに向上させ
ることもできる。また、潤滑油の劣化防止のため
の酸化防止剤、防錆剤などの有機あるいは無機化
合物を本発明の効果を阻害しない範囲で含有せし
めることについて何ら制限を加えるものでない。〔発明の実施例〕次に本発明の実施例及び比較例を挙げて、その
効果について説明するが、本発明はこれらに限定
されない。なお、添付図面において、第１図は、加工油の
性能評価に用いた素材の側面図である。第２図
は、加工油の性能評価に用いた金型の縦断面であ
る。図中１はポンチ、２は加工用の素材、３は金型
４の超硬部分、５は金型４の加熱用バンドヒータ
ーである。実施例１ 40℃における粘度が56mm²／ｓの鉱油に乳化剤Ａ
ポリメタクリレート５及び10重量％（カネルーブ
2000、カネボ・エヌエスシー製）と乳化剤Ｂポリ
メリツクカルボン酸のエステル（Lubrizol 939、
日本ルーブリゾール製）を第１表に示す配合で、
加熱溶解した後、極圧剤としてモノブチルホスフ
エートを20重量％配合し、ホモジナイザーで撹拌
して、潤滑油中のモノブチルホスフエートの平均
粒径50ミクロンからなる乳化状の潤滑油組成物を
得た。この潤滑油組成物を試験管に移し、室温
（25〜27℃）で静置して、相分離が現われる時間
を測定し、乳化安定性を評価した。その評価結果
を第１表に示した。乳化安定性は、潤滑油と極圧
剤が分離し始める、即ち相分離が現われるまでの
時間が長い程、良好な分散剤である。比較例１〜
４の潤滑油は基本組成として、ベース油に鉱油
（40℃で56mm²／ｓ）75重量％、極圧剤＝モノブチ
ルホスフエート、20重量％であり、下記の分散剤
をそれぞれ５重量％配合したものである。比較例１の乳化剤ポリブテニルコハク酸エステル（特願昭57−198923号公報）比較例２の乳化剤ポリメタアクリレート比較例３の乳化剤ポリメタアクリレートとＮ−
ビニルピロリドンの共重合体（平均分子量
450000）の特開昭47−8279号公報記載のも
のを用いた。比較例４は乳化剤なし。第２表から明らかなようにポリメタアクリレー
トとポリブテニルコハク酸エステルを乳化剤とし
たものは、比較例のものに比べて長期間相分離が
現われず乳化安定性にすぐれていることが分る。

【表】示す。
実施例２実施例１に示した乳化剤の潤滑油を第１図に示
した直径φ9.9の素材（SCM415、クロムモリブデ
ン鋼）に塗布した後、第２図に示した金型を用
い、前方押出し加工法により、加工性能及び潤滑
被膜の形成状態をＸ線マイクロアナライザーで評
価した。その評価結果を第２表に示した。潤滑油
の加工性能は、加工後の素材表面に焼付きが生ず
るときの金型温度であり、この温度が高いほど良
好な加工性能を示す。加工条件及び試験方法は、次の通りである。１加工方法 (1) 素材寸法

【表】 (2) 金型主要寸法

【表】２加工性能第２図に示した金型に金型加熱用バンドヒータ
ーを取付け、金型温度を５〜10℃ごとに段階的に
上げ、各温度で潤滑油を塗布した素材を30本ずつ
加工し、加工後の表面に焼付きが生じ始めるとき
の金型温度を測定した。この温度が高い程、潤滑
油の加工性能が優れていることを示す。３加工後の表面分析金型温度150℃で１の加工条件で加工した後の
素材表面をＸ線マイクロアナライザーにより、リ
ンの濃度を測定した。リン検出濃度が多い程、素
材表面に緻密な潤滑被膜が形成されたことを示
す。第２表から明らかなように、本発明の分散剤
は、金属に対する極圧剤の反応性を阻害すること
なく、良好な加工性能を示す。また、加工後の素
材表面に良好な潤滑被膜が形成されていた。

【表】

【表】実施例３実施例１と同じ鉱油に乳化剤として乳化剤Ａポ
リイソブチレン（PARATONE 108，Exxon
Chem製）、ポリオレフインポリマー
（PARATONE 707，Exxon Chem製）、スチレ
ン・イソブチレンの共重合物（shellvis 50，
shell Chem製）、アクリリツクポリマー
（PLEXOL.HF833，日本アクリル化学製）、エチ
レン・α−オレフイン共重合体（＃1010，三井石
油化学工業製）と乳化剤Ｂのポリブテニルコハク
酸のエステルを第３表に示す配合量で添加し、加
熱溶解した後、極圧剤モノブチルホスフエートを
20重量％配合し、ホモジナイザーで撹拌して、潤
滑油中のモノブチルホスフエートの平均粒径45ミ
クロンからなる乳化状の潤滑油組成物を得た。こ
れを50mlのサンプル管に移し、室温（25〜27℃）
で静置して乳化安定性を評価した。その評価結果
を第３表に示した。第３表から明らかなように、
実施例１に示した比較例のものに比し、乳化安定
性がすぐれていることが分かる。また、直径200mm、厚さ８mmの鋼板（SPCE）
に潤滑油を塗布し内径140mm、厚さ７mm（シゴキ
率、12.5％）のカツプ状に深絞り加工を行つた結
果、良好な加工性能を示した。

【表】実施例４潤滑油のベース油としてαオレフイン油（40℃
の粘度100mm²／ｓ）、ポリオールエステル油（40℃
の粘度56mm²／ｓ）及びフロロシリコーン油（40℃
の粘度100mm²／ｓ）に実施例１と同じ乳化剤を第
１表のNo.４と同じ配合量で添加し加熱溶解した
後、極圧剤＝モノブチルホスフエートを20重量％
配合しホモジナイザーで撹拌し乳化状の潤滑油を
得た。これを実施例１と同じ方法で乳化安定性と
加工性能を評価した。結果を第４表に示した。な
お、潤滑油中における極圧剤の平均粒径は45〜50
ミクロンである。第４表から明らかなように実施
例１の比較例のものに比し乳化安定性にすぐれて
いることが分る。

【表】実施例５ 40℃における粘度が56mm²／ｓの鉱油に乳化剤Ａ
とＢを第５表に示す配合量で添加し加熱溶解した
後、極圧剤モノブチルホスフエートを20重量％配
合し、ホモジナイザーで撹拌して、潤滑油中のモ
ノブチルホスフエートの平均粒径が40〜50ミクロ
ンから成る乳化状の潤滑油組成物を得た。この一
部を50mlのサンプル管に移し、室温（25〜27℃）
で静置して乳化安定性及び実施例２と同じよう
に、加工後の素材表面の潤滑被膜の形成状態を測
定した。これらの評価結果を第６表に示した。第６表から明らかなように第５表に示した乳化
剤Ｂの配合量が0.04重量％以上になると長期間乳
化状態を保つことが分かる。また、金属に対する
極圧剤の反応性が阻害することなく、良好な潤滑
被膜が形成されていることが分かる。

【表】

【表】実施例６ 40℃の粘度が56mm²／ｓの鉱油に乳化剤Ａとして
ポリメタアクリレート５重量％、乳化剤Ｂとして
ポリブテニルコハク酸エステルまたはウラリルア
クリレートを0.2重量％を配合して加熱溶解した
後、極圧剤モノブチルホスフエートを20重量％加
えホモジナイザーまたはモノミキサーで撹拌し、
鉱油中におけるモノブチルホスフエートの粒径を
変え、実施例１および２と同じ方法で乳化安定性
と加工性能を評価した。評価結果を第７表に示し
た。第７表から明らかなように油中における極圧
剤の粒径が120ミクロン以下になると乳化安定性
及び加工性能が向上することが分かる。また、加
工後の素材表面に形成される潤滑被膜は、油中に
おける極圧剤の粒径が小さくなるほど緻密で厚く
なつていることが分つた。

【表】

【表】実施例７ 40℃の粘度が100mm²／ｓのαオレフイン油に乳
化剤Ａポリメタアクリレート５重量％、乳化剤Ｂ
ポリブテニルコハク酸エステル0.2重量％をそれ
ぞれ配合し、加熱溶解した後、第８表に示した極
圧剤を20重量％配合し実施例１と同じホモジナイ
ザーで撹拌し、油中の極圧剤粒径30ミクロンから
なる潤滑油組成物を得た。これを実施例１及び実
施例２と同じ方法で乳化安定性及び加工性能を評
価した。結果を第８表に示した。第８表から明らかなように乳化安定性及び加工
性能は、実施例１の比較例に比しすぐれているこ
とが分かる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、潤滑油に有機
リン化合物を均一に懸濁状態に長期間保持する分
散剤として乳化剤を配合することによつて得られ
た乳化状の潤滑油は、油中に有機リン化合物が微
粒子となつて分散しているので、加工時、摩擦面
へ有機リン化合物が多量に導入され、緻密な潤滑
被膜が形成されるため優れた加工性能を示すの
で、従来の潤滑油を用いた金属加工法に比し、よ
り複雑な形状や加工度の高い加工品を加工でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の性能評価用素材の側面図、第
２図は同じく性能評価用の前方押出用金型の断面
図である。１……ポンチ、２……素材、４……金型。

Claims

【特許請求の範囲】１実質的に潤滑油、乳化剤及び一般式（RO）−_o(O) Ｐ（−OH）_3-o （式中、Ｒはアルキル基、フエニル基から選ば
れる基、ｎは１或いは２を示す）で表わされる有
機リン化合物からなり、前記有機リン化合物が前
記潤滑油中に0.5〜120μｍの大きさで分散してい
る潤滑油を鉄系被加工材表面に塗布し、冷間で引
き抜き、押出し、据込みまたは深絞り加工を行う
ことを特徴とする金属の冷間鍛造加工法。２請求項第１項の乳化剤としてポリメタクリル
レート、ポリイソブチレン、オレフイン共重合
体、ポリアルキルスチレンから選ばれるものと、
ポリメリツクコハク酸無水物、ポリメリツクコハ
ク酸イミド、ポリメリツクコハク酸エステル、極
性基を持つポリメタクリレートモノマの重合物か
ら選ばれるものとを含有することを特徴とする金
属の冷間鍛造加工法。