JPH034286B2

JPH034286B2 -

Info

Publication number: JPH034286B2
Application number: JP60017713A
Authority: JP
Inventors: Fumio Nonoyama; Norihiko Kitamura; Atsushi Danno
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1985-02-02
Filing date: 1985-02-02
Publication date: 1991-01-22
Also published as: JPS61180634A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は温間鍛造用潤滑法、更に詳しくは、焼
付、酸化、脱炭がなく、従来品に較べて高品質な
鍛造品を得ることができる温間鍛造用潤滑方法に
関する。（従来の技術とその問題点）従来から鋼などの温間鍛造を行う場合、黒鉛を
金型へスプレー等の方法で塗布する潤滑法が主流
である。金型とビレツトの両方に黒鉛を塗布する
場合もあるが、鍛造温度が600℃以上では、ビレ
ツトへの塗布効果は表面の黒鉛の酸化による消失
のため失われ、鍛造時の潤滑は金型へ塗布した黒
鉛が主として作用する。これらの黒鉛による潤滑
法では、種々の鍛造加工形態のうち使用できる範
囲が限定され、せん孔加工や押出し加工の様に表
面積拡大が大きく、新生面の露出の激しい、厳し
い加工の場合には焼付が問題となり、金型寿命が
低下する。更に、酸化、脱炭などの問題もあるた
め精密成形ができない他、作業環境が汚染される
という問題もあつた。また、B₂O₃などの低融点ガラスは古くから潤
滑剤として注目されている。例えば、B₂O₃をビ
レツト表面に塗布して600〜900℃で鍛造するとせ
ん孔加工や押出し加工などの厳しい摩擦面でも優
れた焼付防止作用が得られる。しかし、この種の
物質が潤滑作用を示す温度域は限られ、特に低温
域（600℃以下）においては摩擦抵抗が大きくな
る。従つて、B₂O₃などの低融点ガラスは、圧縮
を主体とする軽度な鍛造には利用できるが、せん
孔や押出し加工などの鍛造では、金型により冷却
されて温度が低下する部分や金型内のノツクアウ
トパンチ部のように金型同志が摺動する部分で摩
擦抵抗が増大し、適用が困難であつた。（問題点の解決方法）本発明者等は、上記の様な従来の温間鍛造用潤
滑法に伴う問題点を検討するうち、鍛造用ビレツ
トの表面に酸化ホウ素又はこれを主体とする潤滑
剤を塗布し、金型のキヤビテイ表面には金属石け
んを塗布して温間鍛造工程を行うことにより、焼
付、酸化、脱炭がなく、従来の黒鉛系減摩剤を使
用した場合に較べて高品質の鍛造品を製造し得る
ことを見出して本発明を完成した。鋼の温間（熱間）鍛造において鍛造温度とは一
般にビレツト加熱温度を意味しており、金型（パ
ンチ、ダイス）は100〜200℃程度の温度である。
すなわち、鍛造温度800℃とは鍛造開始時のビレ
ツト温度を800℃とすることであり、加工中には
ビレツトから金型に熱が伝達しビレツトは冷却を
受ける。また、型鍛造では、鍛造後ダイスから鍛造品を
取り出すノツクアウト工程があり、この時、ダイ
スとノツクアウトパンチの金属同志が摺動する部
分が存在する。 B₂O₃は鋼の温間鍛造温度域である600〜900℃
で適度の粘性を示し、ビレツト表面塗布された
B₂O₃皮膜は摩擦抵抗低減作用を示す（第１図）。
B₂O₃をせん孔加工におけるビレツトのせん孔面
に塗布して鍛造を行うと、黒鉛を塗布した場合に
較べて優れた焼付き防止能を示し、この面の摩擦
抵抗に相当するパンチ引抜力も小さくなる。この
様にB₂O₃は、加工面に高面圧がかかり、新生面
の露出も大きく、すべり距離も長く、加工及びす
べりによる発熱のため摩擦面温度が高い（下がら
ない）ような非常に潤滑条件の厳しい部分で大き
な効果を発揮する。この様な部分では黒鉛を用い
ても充分な効果は期待できない。B₂O₃は、更に
第４図、の様な押出しを主体とする部分でも
優れた潤滑作用を示す。この図で及びの面は
加工（押出し）時に強加工を受け摩擦面温度は高
い。しかしの面では摩擦面温度は急激に低下す
る。一方、せん孔加工においてダイスと接触するビ
レツトの外周面（第２図、４）では第３図に示す
如く、この部分の摩擦抵抗に相当するノツクアウ
ト力が非常に大きくなる。これは、この様な部分
では加工度が小さいため新生面の露出が少なく、
すべり距離も短く潤滑条件が厳しくないことによ
る。この結果、加工及びすべりによる発熱量が少
なく摩擦面温度が低下するため、B₂O₃皮膜層の
温度も低下し粘度が増加して摩擦抵抗が増大す
る。これは、第４図の外周面についても同様で
ある。通常の鍛造においては、上記の様に摩擦面温度
の異なる部分が混在することがあるし、同じ部分
でも多工程加工時には工程によつて温度が変化す
る場合がある。従つて、温度鍛造用潤滑法は金型
温度から鍛造温度までの広い温度域で低摩擦を示
し、加工度の大きい部分で高い焼付防止能を示す
ものでなければならない。本発明はB₂O₃の鍛造温度付近（600〜900℃）
での低摩擦性と高い焼付き防止能の長所に、金属
石けんの金型潤滑による金型温度側の低温域での
摩擦低下効果を結合させることによつて上記の目
的を達成したものである。本発明は、炭素鋼、合金鋼、ステンレス、非鉄
合金のいずれの鍛造にも適用できるが、鍛造温度
は600〜900℃が好ましい。本発明に使用可能なB₂O₃を主体とする物質と
してはB₂O₃単独、またはB₂O₃にBi₂O₃、P₂O₅、
V₂O₅、Na₂O、K₂O、PbO、BaO、ZnO、CaO等
の酸化物を単独又は混合して添加したものが使用
できる。B₂O₃にこの様な物質を適当量添加する
ことにより粘性を変え、潤滑作用を示す温度域を
変更すると共に、鋼との反応性を高め潤滑剤を密
着させることもできる。また、ホウ酸、ホウ酸塩
等の鍛造温度に加熱したとき、酸化、脱水によつ
てB₂O₃とその他の酸化物と所定の組成になるも
B₂O₃とその他の酸化物と所定の組成になるもの
であればよい。 B₂O₃を主体とする低融点ガラス物質としては、
鍛造温度で約1500poise以下の粘度を示す物質で
あることが好ましい。たとえばB₂O₃単独では700
℃以上でこの粘度を示す。また、B₂O₃にNa₂Oを
5mol％添加すると600℃以上で約1500poiseの粘
度を示す。

【表】金型潤滑剤としては、金属石けんである。他に
黒鉛、合成油（セバシン酸ジオクチル、分解温度
282℃）、硝酸塩（KNO₃＋NaNO₃＋NaNO₂、共
晶温度142℃）、市販白色潤滑剤等も検討し第１表
に例示する結果を得た。表からわかるように、金
属石けんを使用すると、ノツクアウト力が小さ
く、ノツクアウトパンチの作動も良好であり、金
型潤滑剤として金属石けんが最も優れていること
が判つた。黒鉛を型に塗布しても金属石けんと同
様の潤滑効果が得られるが、作業環境が汚染され
ること、及び加工品付着物の除去効率の面で好ま
しくない。金属石けんとはアルカリ金属塩以外の
金属塩から成る石けんであり、一般的には有機酸
のアルミニウム、バリウム、カルシウム、カドミ
ウム、銅、鉄、鉛、マグネシウム、錫、亜鉛等の
塩を言う。これらの金属石けんは、それぞれ融点
及び溶けてからの粘性を異にするため、金型温度
に応じて、種類を変えたり混合することによつて
適性な粘度のものを用いるのが好ましい。 B₂O₃系潤滑剤のビレツト表面への塗布は常法
に従つて実施することができる。例えば、
H₃BO₃粉末（粒径10〜50μｍ）とバインダーのカ
ルボキシルメチ）ルセルロースナトリウム
（CMC−Na）を水に混合してスラリーとし、こ
れを120〜150℃に予熱したビレツト表面にスプレ
ー塗布したり（水スラリー法）、B₂O₃粉末（粒径
10〜50μｍ）とバインダーのエチルセルロースを
エチルアルコール中で混合してスラリーとし、こ
の中にビレツトを浸漬後引き上げて乾燥する（ア
ルコールスラリー法）等の方法がある。また、金属石けんの塗布も、金属石けんのスラ
リーをスプレー又は刷毛等で金型表面に塗布する
ことにより容易に実施できる。本発明の方法は、せん孔加工や押出し加工など
従来の黒鉛潤滑では対応できない厳しい加工形態
において特に効果的であるが、すえ込みなどが主
体の場合でも黒鉛と同等以上の性能が得られる。
すなわち、B₂O₃は黒鉛に較べて、型への断熱性、
加工品の表面品質の点で優れている。以下に本発明を実施例に基づいて説明する。実施例１ビレツトを加熱する前に予め表面に低融点ガラ
スとしてB₂O₃を塗布し、金型キヤビテイ表面に
は何も塗布せず、又はステアリン酸アムミニウ
ム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム
のいずれかを塗布して種々の温度で温間鍛造して
リング状試験片を得た。第１図にこの試験片のリ
ング圧縮試験による各鍛造温度での摩擦係数を示
す。第１図において摩擦係数＝１／√３は固着摩
擦を意味し、潤滑効果のないことを示す。リング
圧縮試験条件は以下の様にした。リング状試験片
は材質S45Cで、形状は外径40mm、内径20mm、高
さ10mmである。鍛造温度までは高周波加熱装置で
約１分で急速加熱した。金型温度は100〜200℃と
した。また、圧縮率は40％とし、250トンナツク
ルジヨイントプレス（55spm）を用いて試験し
た。第１図において、加熱前にビレツト表面に
B₂O₃を塗布し、金型表面には何も塗布しなかつ
た場合、摩擦係数が固着摩擦状態での１／√３よ
り小さく潤滑作用が認められるのは、600〜900℃
の範囲のみである。しかし、ビレツト表面に
B₂O₃を塗布し、金型表面にステアリン酸アルミ
ニウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシ
ウムのいずれかを塗布した場合は、鍛造温度200
〜800℃の広い温度範囲で摩擦係数は0.1以下であ
り、非常に優れた潤滑作用を示す。さらに、これ
らの試験後の試験片（鍛造品）の表面はB₂O₃な
どの潤滑膜で均一に覆われており、これを除去す
ると表面には酸化膜の生成がほとんどなく、金属
面のままであつた。また、この洗浄は水洗で容易
にできる。金型も水または湯で洗浄できるが、こ
れらで落としきれない部分はアルコールなどの溶
剤で溶かして落とすことができた。実施例２第２図ａ〜ｄに示す工程のせん孔加工の試験
を、ビレツト加熱する前に表面に予めB₂O₃を塗
布し、（）金型表面には何も塗布しなかつた場
合、（）金型表面にステアリン酸アルミニウム、
ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウムのい
ずれかを塗布した場合、及び（）従来から用い
られている、ビレツトには何も塗布せず金型表面
に黒鉛を塗布した場合について行つた。これらの
場合のノツクアウト力を第３図に示す。せん孔加
工の条件は次の様にした。ビレツトの材質は
S45Cで、形状は直径が30mm、高さが28および35
mmの２種類の円柱状である。鍛造温度は800℃で
ビレツトの鍛造温度までの加熱は高周波加熱装置
で約２分で行い、金型温度は100〜200℃とした。
ダイス径は30mm、パンチ径は21.2mmで減面率は50
％である。パンチ先端の形状はノーズ角170゜、パ
ンチ肩半径８mm、パンチランド幅２mmである。ま
た、せん孔深さは第３図の横軸に示す如く、11、
25、35、43、51mmとした。低融点ガラスB₂O₃をビレツト表面に加熱前に
塗布した場合（）は、従来の黒鉛による潤滑法
（）に較べ、せん孔加工を行つても第５図に示
すようにパンチにほとんど焼付きを生じず、第６
図に示すようにパンチを引き抜く力も小さかつ
た。しかし、第２図に示す如く、せん孔加工にお
ける摩擦面としては、１せん孔過程でのパンチ先
端部分（ノーズ部、アール部、ランド部）とビレ
ツトの接触面、２せん孔過程でのビレツトとダイ
スとの接触面、３パンチ引抜き過程でのパンチラ
ンド部とせん孔品内面との接触面、４ノツクアウ
ト過程でのダイスとせん孔品の接触面、及びダイ
スとノツクアウトパンチの摺動面、５ノツクアウ
トパンチ下降時のダイスとノツクアウトパンチの
摺動面がある。ビレツトを鍛造温度に加熱したと
してもダイス及びパンチはそれより低い100〜200
℃であるため、上記１の摩擦面のようにせん孔加
工時の加工熱及び摩擦発熱などで温度低下が抑え
られる面を除いて、多くの摩擦面の温度は鍛造温
度より低下する。従つて、加熱前にビレツト表面にB₂O₃を塗布
し金型には何も塗布しなかつた場合は、鍛造温度
の800℃までビレツトを加熱したとしても、摩擦
面３，４，５ではダイスからの冷却をうけ摩擦面
温度が低くなる。その結果、B₂O₃の粘度は高く
なり、摩擦抵抗が非常に大きくなつて第３図中の
▲印の如くB₂O₃は役立たず、ノツクアウト力は
約11トンで従来から用いられている黒鉛による潤
滑法の場合（ノツクアウト力＝約１トン）に較べ
て非常に大きく、ノツクアウト系を破損する恐れ
があつた。しかしビレツトにB₂O₃を塗布し、金型にステ
アリン酸アルミニウム、ステアリン酸亜鉛、ステ
アリン酸カルシウムなどのいずれかを塗布した本
発明の場合は第３図に示す如く、ノツクアウト力
は2.5トン以下の小さな値となり、特にビレツト
にB₂O₃を塗布し、金型にステアリン酸アルミニ
ウムを塗布した場合は、従来の黒鉛による潤滑法
の場合とほとんど変らないノツクアウト力を示し
た。さらに第１表でも示したようにビレツトに
B₂O₃を塗布し、金型に何も塗布しなかつた場合
はノツクアウト後ノツクアウトパンチが上死点で
停止したまま動かなかつたが、ビレツトにB₂O₃
を塗布し、金型にステアリン酸アルミニウム、ス
テアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウムのいず
れかを塗布した場合は従来の黒鉛による潤滑法の
場合と同様にノツクアウトパンチは自重で落下し
た。また、加工後のせん孔品の表面はB₂O₃などの
潤滑膜で均一に覆われていたが、これを除去する
と表面には酸化膜の生成がほとんどなく、金属面
のままであつた。この洗浄は水で容易に実施する
ことができた。金型も水または湯で洗浄できる
が、これらで落としきれない部分もアルコールな
どの溶剤でとかして落とすことができる。（発明の効果）本発明の主要な工業的価値は、ビレツト表面に
塗布したB₂O₃による高い焼付防止作用とビレツ
ト表面の高品質性を最大限に生かすと共に、
B₂O₃の最大の欠点である摩擦抵抗の強い温度依
存性（特に低温域での高摩擦抵抗）を金属石けん
類の金型面塗布によつて抑え、実際の鍛造加工に
適用できる高性能潤滑法を提供した処にある。すなわち、本発明によれば、従来の黒鉛系減摩
剤を用いる鍛造法やB₂O₃系の潤滑剤のみを用い
る鍛造法に較べて工具の損傷が著しく少なく、高
品質な鍛造品が得られる。また、黒鉛系潤滑剤を用いると作業環境が汚染
され、鍛造工場の清浄化は世情の強い要望であ
り、黒鉛に代わる白色系潤滑法の開発（潤滑性能
が同等以上であることが条件）が急務になつてい
るが、本発明の方法はこれに応え得るものであ
る。この様な価値及び効果は、従来公知のB₂O₃や
金属石けん、黒鉛等の単独使用では得られず、
B₂O₃のビレツト塗布と金属石けん類の型塗布と
の組合せによつて始めて達成されたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来法及び本発明の実施例１における
鍛造温度と摩擦係数の関係を示す。第２図は実施
例２のせん孔加工工程の模式図。第３図は従来法
及び本発明の実施例２のせん孔加工時のノツクア
ウト力を示す測定結果。また、第４図は鍛造品の
部位により潤滑作用が異なることを説明するため
の図。第５図は実施例２における黒鉛および
B₂O₃をビレツト潤滑剤として使用した場合につ
いて、パンチ焼付量と鍛造温度との関係を示す
図。第６図は実施例２における黒鉛およびB₂O₃
をビレツト潤滑剤として使用した場合について、
パンチ引抜力とせん孔深さとの関係を示す図であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

１鍛造用ビレツトの表面に酸化ホウ素又はこれ
を主体とする物質から成る潤滑剤を塗布して600
〜900℃に加熱後、金型を用いて該ビレツトに鍛
造工程を施すことを含む温間鍛造方法において、
上記鍛造工程に先立つて金型のキヤビテイ表面に
金属石けんを塗布することを特徴とする温間鍛造
方法。