JPH03269092A - 冷・温間塑性加工用潤滑剤 - 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】 ■肌の亘豹 ［産業上の利用分野］ 本発明は冷間及び／または温間にて（８００°Ｃ以下の
加工温度にて）塑性加工される素材に対して、加熱によ
る溶融状態にて該素材の表面に付着され、塑性加工にお
ける潤滑被膜となる冷・温間塑性加工用潤滑剤（以下、
ホットメルト潤滑剤という）に関する。

［従来の技術］ 従来、ステンレス鋼や軸受は鋼等の、いわゆる難加工材
を塑性加工する場合に（よ　その変形抵抗を減少させる
ために熱間または温間で加工することが多かつ旭　この
様な加工において（よ黒鉛や二硫化モリブデン等の固体
潤滑剤を水や油脂または溶剤に分散させた潤滑剤Ｌ　あ
るいはそれに有機または無機バインダーを添加したもの
乞、鍛造素材に塗布した後に予備加熱してコーテイング
膜を形成することにより加工性を向上する方法が採用さ
れていた（特公昭５７−１３５９８号公報、特開昭５６
−１０９１２８号公報）。

また、高温（７００６Ｃ以上）では、コーティングが困
難であるため、上述の様な潤滑剤を水で希釈したもの、
あるいは水溶性ガラス、カルボン酸塩等の有機物の水溶
液を金型冷却に用いて潤滑を兼ねる、いわゆる金型潤滑
法も採用されていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、こうした黒鉛、二硫化モリブデン等の粉末を用
いたコーテイング材は、予備加熱の段階で水等が蒸発す
るためコーテイング膜が脹れたり、場合によっては剥離
する等の現象が生じ、塑性加工前にコーテイング膜とし
ての役目を果たさなくなるという問題があった。

また、これらのコーテイング材の塗布においては、黒鉛
や二硫化モリブデン等の粉末コーテイング材の密着性が
あまり良くないため、コーティングした素材の取扱時に
粉末が発生し、環境を汚染するという問題があった。

一方、金型潤滑法ではまず潤滑性能が悪く金型寿命が短
いことや、装置の潤滑油と混合してスラッジを生成して
潤滑剤の循環を阻害したり、後処理を困難にする等の問
題があった。加えて、装置の腐食原因になることもある
上に、やはり黒鉛粉末の場合同様に作業環境上の問題が
あつｈ本発明（よ前述の諸問題を解決するためになされ
たものであり、その上に塑性加工後には容易に剥離・除
去し得る潤滑剤を提供することを目的とするものである
。

［課題を解決するための手段］ かかる目的を達成するため、本発明の冷・温間塑性加工
用潤滑剤は、 冷間及び／または温間にて塑性加工される素材に対して
、加熱による溶融状態にて該素材の表面に付着され、、
塑性加工における潤滑被膜となる冷・温間塑性加工用潤
滑剤であって、 ステアリン酸塩及び粘度調整剤を混合してなること色特
徴とする。

なお、ステアリン酸塩としては、Ａｌ、　　Ｚｎ。

Ｍｇ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｂａ、Ｎａ等の金属ステアレトを１
種類で、または複数種類混合して使用し、全体として１
０〜９０重量％含有させるのが望ましい。

また、粘度調整剤としては、カーナバろう、カンデリラ
ろう、蜜ろう、木ろう等の天然ろう、または米ぬか、大
豆、牛脂、鯨油等の脂肪酸の水素添加によって得られる
合成ろう、もしくはモンタンろう、ポリオレフィンろう
等の各種ろうを１種類で、または複数種類混合して使用
し、全体として５〜８０重量％含有させることが望まし
い。

加えて、固体潤滑剤を必要に応じて混合することが望ま
しい。固体潤滑剤としては、Ｃ，ＢＮ、またはＭｏＳ２
．ＳｅＳ、ＷＳ２等の硫化物、もしくはＣＦｎ、ＡｌＦ
３、ＣａＦ、、、ＳｒＦ２等のフッ化物、　もしくはＣ
ａｂ、ＴｉＯ２，ＺｎＯ。

ＳｎＯ，ＣａＯ，Ｐｂ０．　　Ｂ　＋　２０３等の酸化
携もしくは硼砂、タルク、雲母、ベントナイト、バイオ
フイライト等の鉱物を１種類以上含有したもの乞０〜７
０重量％混合することが望ましい。

なお好ましくは、ステアリン酸塩を２０〜４０重量％、
粘度調整剤を３０〜５０重量％、固体潤滑剤を２０〜５
０重量％とすることが望ましい。

さらに、上述の様な構成からなる冷・温間塑性加工用潤
滑剤であって、１００’Ｃ〜４００’Ｃに加熱した場合
に溶融状態となる様に調整されていることが望ましい。

加えて、かかる溶融状態における粘度が１ｃＰ（センチ
ポアズ）〜１０３Ｐ（ポアズ）に調整されていることが
望ましい。

かかる構成において、冷・温間塑性加工用潤滑剤の溶融
状態における粘度や流動性等の性質（よ混合されるステ
アリン酸塩や粘度調整剤としてのワックスの種類や、こ
れら及び固体潤滑剤の３成分の混合割合を調整すること
により、使用条件としての加熱温度や、素材の予備加熱
温度等の各種条件に基づいて調整することができる。

こういった潤滑剤の基本的な設計思想は、第１図に示す
様隠　ステアリン酸塩及び粘度調整剤りさらに必要に応
じて混合される固体潤滑剤を各頂点とする三角形領域で
表すことができる。

それぞれの役割を説明すると、ステアリン酸塩は潤滑効
果に寄与するものであり、粘度調整剤はその名の如く粘
度調整、流動性及び離型性に寄与するものであり、固体
潤滑剤は耐熱・耐焼き付き性に寄与するものである。

ここで、固体潤滑剤（よ塑性加工を行なう温度条件等に
より混合割合を決定することができ、加工温度が高くな
るほどその混合割合を増加することが望ましいといえる
。逆に、加工温度が低温で焼き付き等の問題がない条件
で（よ全く混合しなくても構わない。こうした観点から
、固体潤滑剤の混合割合は、０〜７０重量％の中から選
択すればよいのである。なお、４００°Ｃ以上の高温側
の加工に用いるホットメルト潤滑剤においては、固体潤
滑剤を３０％以上混合するとよく、この場合に１よ　冷
・温間加工の全温度範囲において優れた潤滑性を示すも
のとなる。

また、ステアリン酸塩は、塑性加工を行なう素材の種類
や加工形状等に応じて、成形荷重をどの程度に抑えるか
等の設計条件を勘案して混合割合を決定すればよい。混
合割合が増せば潤滑性が向上し、素材と型との間の摩擦
を減少させる傾向が強くなる。

さらに、粘度調整剤は、こうした冷・温間塑性加工用潤
滑剤による均一なコーティング層を形成するに必要な流
動性や濡れ性等を考慮してその混合割合を決定すればよ
い。また、素材表面に塗布する温度等の条件からも決定
される。ちなみに、粘度調整剤の混合割合としては、加
工温度が高い場合には少な目にするのが望ましい。一方
、加工温度が低い場合には、ステアリン酸塩のキャリヤ
としての作用をより強く発揮すべく多めが望ましい。勿
論、こういった混合割合に限定されるものではない。

ここで、固体潤滑剤は加工温度の条件によっては全く混
入しなくても構わないのに対し、ステアリン酸塩及び粘
度調整剤は、その役割から必ず混合されていることが必
要であり、かかる観点から、ステアリン酸塩については
］０〜９０重量％、粘度調整剤については５〜８０重量
％の中から選択されるのである。

なお、こうした設計思想の下に種々選定され得る混合割
合の内で、前述の好ましい混合割合に相当する最適な組
成領域を示すならば、おそらく図示の様に、三角形の中
心付近に位置するであろう。

また、ステアリン酸塩　粘度調整剤及び固体潤滑剤にお
いて何を選択するかは、やはり塑性加工の条件等により
最適なものを選べばよい。ちなみに　加工温度が高いも
のでは軟化点の比較的高いもの、例えばステアリン酸ナ
トリウム、ステアリン酸バリウムまたはステアリン酸リ
チウム等を選択するのがよく、加工温度が低いものでは
軟化点の比較的低いもの、例えばステアリン酸カルシウ
ム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸亜鉛また
はステアリン酸アルミ等を選択すればよい。

［作用］ かかる構成からなる本発明の冷・温間塑性加工用潤滑剤
（上部熱されると（特に１００’Ｃ〜４００°Ｃに加熱
されて）溶融状態となる。従って、この溶融状態とした
ものを、塑性加工用素材の表面にスプレー吹き付け、ハ
ケ塗り、浸漬、押し付は等の方法で塗布することにより
、潤滑膜を形成することができる。また、ホットメルト
潤滑剤自体を加熱することがなくても、素材側が予備加
熱されておれ（戴押し付は等の際にこの素材の熱により
溶融状態となり素材表面に塗布されることになる。こう
して形成された潤滑膜（よ　必要に応じて混合された固
体潤滑剤を含有するものとなる。

ここで、塗布方法（よ　ホットメルト潤滑剤の溶融状態
での粘度を如何なる値に設計すべきかの判断条件とする
ことができる。例えば、浸漬により塗布する場合には、
　１ｃＰ（センチポアズ）〜１Ｐ（ポアズ）程度が好ま
しい。一方、塑性加工を施す材料の表面に直接押し付け
るような場合（スタンプするような場合）には、１００
〜］０００Ｐ（ポアズ）のような高粘度でも塗布するこ
とができる。

また、ホットメルト潤滑剤を塗布する最適な１は、塑性
加工上の多くの因子によって左右されるため、実加工で
経験的に求められる必要がある。

塑性加工素材を予熱する場合には、その予熱温度を潤滑
剤の加熱温度と同等にすることによって潤滑剤の塗布が
非常に容易になる。この結果、潤滑膜の脹れや剥離とい
う問題は生じない。なお、５００°Ｃ以上に予備加熱さ
れた塑性加工素材に塗布する場合に（よ粘度調整剤の性
質からガス化が起こるが、塗布直後に加工する場合には
十分な潤滑性能を有することが分かつている。従って、
本発明のホットメルト潤滑剤を用いた塑性加工の条件は
、予熱温度を１００’Ｃ〜４００°Ｃに限定されるもの
ではない。勿論、塑性力０工素材の余熱温度は、潤滑剤
の加熱溶融温度に近い方が好ましいことはいうまでもな
い。

以上のような条件に基づいて調整されたホットメルト潤
滑剤を塗布された素材は、次の工程で塑性加工を施され
る。

この塑性加工の際には、ステアリン酸塩及び粘度調整剤
は、それ自身も流動潤滑剤として働くほか、固体潤滑剤
が混合されているものではそのキャリヤとしても作用す
る。また、強加工下での境界領域においては、この固体
潤滑剤が、金属間の直接接触を防ぎ、焼き付き等を防止
する働きをする。

その後、加工完了材が空冷され、　その温度がコーティ
ングしたホットメルト潤滑剤の融点以下になると、付着
していたホットメルト潤滑剤が固化し始める。固化した
ホットメルト潤滑剤は、ブラシ等ε用いて容易に剥離・
除去することができる。

なお、ステアリン酸塩単独でも金属石けんとしての潤滑
性能があることが知られているが、かかる場合は、その
流動性が悪いため、浸漬やスプレー吹き付は等の塗布方
法が困難であるという問題がある。また、かかる場合に
、その粘度包丁げる為により高温に加熱すると、白煙が
発生し、作業環境上好ましくない。これに対し、本発明
によれ（Ｌ　かかる不具合は一切ないのである。

［実施例］ 次に、本発明を一層明らかにするため（二　本発明を適
用した好適な実施例について説明する。実施例として、
下記混合割合のホットメルト潤滑剤を製造し旭 実施例Ａニ ステアリン酸カルシウム　　　２８重二％ステアリン酸
リチウム　　　　１５重二％カーナバワックス　　　　
　　２５重量％ポロンナイトライド　　　　　３２重二
％この実施例Ａのホットメルト潤滑剤を加熱し、各種温
度における粘度を計測した結果を第２図に示す。図示の
様に、加熱温度２００°Ｃ以上ではほぼ４Ｐ（ポアズ）
の粘度であり、以下の試験において、吹き付けにより、
塑性加工用素材に容易に塗布することができた。

また、塑性加工用潤滑剤としての潤滑性能を検討するた
め、この実施例Ａのホットメルト潤滑剤とは組成を代え
た下記実施例Ｂ、　　Ｃのホットメルト潤滑剤を製造し
、リング圧縮試験を実施した実施例日： ステアリン酸ナトリウム　　　３５重量％ステアリン酸
バリウム　　　　２０重量％米ぬかろう　　　　　　　
　　　５重量％フッ化ストロンチウム　　　　４０重量
％実施例Ｃニ ステアリン酸アルミニウム　　２６重量％ステアリン酸
亜鉛　　　　　　１４重量％蜜ろう　　　　　　　　　
　　　５０重量％二硫化モリブデン　　　　　　１０重
量％まず、今回実施したリング圧縮試験の条件について
説明する。

試験材として（表　第３図に示す様に、外径ｄ。

＝３０−　内径ｄｉ＝１５−　高さｈ＝１０ｍｍのリン
グ状に形成したＳＣＭ４３５鋼の試験片を用いん　この
試験片を、常ｊ監　２０００Ｃ，４００’Ｃ及び８００
°Ｃに予備加熱し、その表面に加熱溶融状態としたホッ
トメルト潤滑剤を約５０ｇ／ｍ２の割合でスプレーし、
これをクランクプレス（最大荷重６００ｔｏｎ）にて据
え込み率５０％まで鍛造し、摩擦係数を求めた なお、潤滑剤のスプレーには、市販の接着剤塗布用のホ
ットメルトアプリケータを用い、実施例Ａは加熱温度約
２００’Ｃにて溶融したものを試験片に吹き付けて潤滑
被膜を形成した。また、実施例日は加熱温度約３５０°
Ｃにて、実施例Ｃは加熱温度約］５０°Ｃにて溶融した
ものを試験片に吹き付けて潤滑被膜を形成した 試験結果を第４図に示す。なお、リング圧縮試験で（友
　本発明の有益性を理解し易くするため、同様の試験を
市販の黒鉛系潤滑剤（比較例Ｄ）及び同じく市販の非黒
鉛系の水溶性潤滑剤（比較例Ｅ）を用いて実施しており
、これも併せて図示している。

図から明らかなように、各実施例とも比較例に比して摩
擦係数が小さく、塑性加工用潤滑剤として優れたもので
あることが分かる。特に、実施例日及びＣ（よ常温から
８００°Ｃまでの全範囲に渡り極めて良好な摩擦係数で
あり、高温においては、市販の黒鉛系潤滑剤では達成し
得ない格段に優れた性質を示すものであることが分かっ
た　また、実施例Ａのものも、各温度において、常に比
較例りよりも良好な性質を示しん 加えて、実施例Ａ〜Ｃのものは、その塗布に当たって粉
塵等が発生することがなく、環境への影響が全くなく、
加工後これを剥離・除去することが容易であった　また
、形成された塗膜は、各試験温度において良好な付着性
を示し、塑性加工の後に室温にてかき落とすまで自ら剥
離するといったことがなかつ旭　なお、室温においてブ
ラシ等でかき落とした際には簡単に剥離した また、さらに　固体潤滑剤を含んでいない場合の実施例
として、下記混合割合のホットメルト潤滑剤を製造し、
同様にリング圧縮試験を行なった結果も、第４図に記号
Ｆとして示した。

実施例［ニ ステアリン酸亜鉛　　　　　　５０重量％カーナバワッ
クス　　　　　　５０重量％図から明らかな様に、低温
側においては、各比較例よりもかなり良好な結果が確認
されん以上本発明の詳細な説明したが、本発明はこれら
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
の種々なる態様で実施することができることはいうまで
もない。

例えば、混合すべき物質は、ステアリン酸塩及び粘度調
整剤を含有すればよく、その選択も、各種の金属ステア
レート及び各種のろうから適宜選択すればよい。また、
固体潤滑剤についても一般に用いられる固体潤滑剤の中
から適宜選択したものを用いればよい。加えて、加工温
度が低い場合には、焼き付きを考慮する必要がないこと
から、固体潤滑剤を混合しなくても構わない。

また、実施例Ａ、　　Ｂの如く、全温度範囲に渡って摩
擦係数の低いものは、汎用性に優れた優秀なる性質を有
するといえる。これに対し、実施例Ｃの如く、特に低温
側の性質が格段に優れているものも設計可能である。こ
の様に、実施例に示した３つのものからも明らかな様に
汎用性を重視するか、それとも低温での専用のものとし
て設計するかといった混合割合の変更は、本発明の要旨
の範囲内のものである。

発明の効果 本発明の冷・温間塑性加工用潤滑剤によれば、冷・温間
塑性加工用施される素材に良好なコーテイング膜を形成
することができ、塗布の際に粉塵が発生することがない
。しかもこうして形成されたコーテイング膜は、冷・温
間塑性加工の温度範囲において、極めて良好な潤滑性能
を示す。加えて、潤滑油と混合してスラッジを生成した
り、腐食原因になることもない。その上に塑性加工後に
は容易に剥離・除去し得る。

この様に、本発明によれば、冷・温間塑性加工用として
極めて望ましい性質の潤滑剤を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を有する実際の潤滑剤を設計する
際の基本的設計思想の概念を表す説明図、第２図は実施
例において測定した粘度と加熱温度との関係を表すグラ
フ、第３図はリング圧縮試験に用いた試験片の形状を表
す斜視図、第４図は実施例を比較例と比較しつつその潤
滑剤としての性質を表したグラフである。 Ａ〜Ｃ９ Ｆ・・・実施例

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　冷間及び／または温間にて塑性加工される素材に対
   して、加熱による溶融状態にて該素材の表面に付着され
   、塑性加工における潤滑被膜となる冷・温間塑性加工用
   潤滑剤であつて、 ステアリン酸塩及び粘度調整剤を混合してなることを特
   徴とする冷・温間塑性加工用潤滑剤。 ２　請求項１記載の冷・温間塑性加工用潤滑剤であって
   、前記ステアリン酸塩として、Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃａ
   、Ｌｉ、Ｂａ、Ｎａ等の金属ステアレートを１種類で、
   または複数種類混合して使用し、全体として１０〜９０
   重量％含有させたことを特徴とする冷・温間塑性加工用
   潤滑剤。 ３　請求項１または請求項２記載の冷・温間塑性加工用
   潤滑剤であって、前記粘度調整剤として、カーナバろう
   、カンデリラろう、蜜ろう、木ろう等の天然ろう、また
   は米ぬか、大豆、牛脂、鯨油等の脂肪酸の水素添加によ
   って得られる合成ろう、もしくはモンタンろう、ポリオ
   レフィンろう等の各種ろうを１種類で、または複数種類
   混合して使用し、全体として５〜８０重量％含有させた
   ことを特徴とする冷・温間塑性加工用潤滑剤。 ４　請求項１〜請求項３記載の冷・温間塑性加工用潤滑
   剤であつて、前記ステアリン酸塩及び粘度調整剤に加え
   て、さらに、Ｃ、ＢＮ、またはＭｏＳ＿２、ＳｅＳ、Ｗ
   Ｓ＿２等の硫化物、もしくはＣＦ＿ｎ、ＡｌＦ＿３、Ｃ
   ａＦ＿２、ＳｒＦ＿２等のフッ化物、もしくはＣａＯ、
   ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＳｎＯ、ＣｄＯ、ＰｂＯ、Ｂｉ＿２
   Ｏ＿３等の酸化物、もしくは硼砂、タルク、雲母、ベン
   トナイト、パイオフィライト等の鉱物を１種類以上含有
   した固体潤滑剤を０〜７０重量％混合したことを特徴と
   する冷・温間塑性加工用潤滑剤。 ５　請求項１〜請求項４記載の冷・温間塑性加工用潤滑
   剤であって、１００℃〜４００℃に加熱した場合に溶融
   状態となることを特徴とする冷・温間塑性加工用潤滑剤
   。 ６　請求項１〜請求項５記載の冷・温間塑性加工用潤滑
   剤であって、前記溶融状態における粘度が１ｃＰ〜１０
   ＾３Ｐに調整されたことを特徴とする冷・温間塑性加工
   用潤滑剤。