JPH07292486A - 冷間加工のための被膜および潤滑剤を除去する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属線材の伸線などの冷間加工に当り、被加
工材の表面に潤滑のために水系被膜剤を形成した場合
に、冷間加工後の被膜の除去を迅速かつ簡易に行なえる
ようにする。 【構成】 冷間加工後の被加工材を加熱し、そこへ酸ま
たはアルカリの洗浄液を吹き付けまたは浸漬により適用
し、続いて水洗する。 冷間加工による被加工材の温度
上昇を利用できるときは、加熱を省略してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属の冷間加工に当っ
て被加工材の表面に形成した被膜剤およびその上に付着
させた潤滑剤を除去する方法および装置の改良に関す
る。 本発明はとくに、ステンレス鋼をはじめとする各
種の金属の線材の伸線に関して適用したとき、その意義
が大きい。

【０００２】ここで、「冷間加工」とは、伸線のほか、
押し出し、ロール圧延、プレス鍛造、ヘディングなど、
種々の加工法を包含する。 以下、代表的な伸線に例を
とって説明を進める。

【０００３】

【従来の技術】金属の線材を冷間伸線により伸線すると
き、線材とダイスとの間の潤滑を行なうため、線材表面
に被膜剤とよばれる薬剤で被膜を形成し、その上に金属
石けんを潤滑剤として適用する。 被膜剤および潤滑剤
は伸線後に線材表面から除去して、製品とする。

【０００４】潤滑剤である金属石けんは、代表的にはス
テアリン酸カルシウムのようなものであるから、その除
去は、カセイソーダなどのアルカリ水溶液を適用するこ
とにより容易に行なえる。 被膜剤の方は、従来好んで
用いられて来た樹脂系のものであれば、フッ素系や塩素
系の有機溶剤を用いた蒸気洗浄や超音波洗浄により容易
に溶解除去できる。 しかし、フロンは近く使用を廃止
することが世界的に決定されたし、塩素系の溶剤も使用
を続けることは好ましくない。 そこで樹脂被膜剤に代
って、水溶性被膜剤とよばれる被膜剤、たとえばメラミ
ン系やアクリル系の水溶液であって、線材表面に塗布し
加熱硬化により被膜を形成するものが使用されるように
なって来た。

【０００５】ところが、この水系被膜剤から形成された
被膜は水や温水には不溶であり、酸やアルカリに対する
溶解度も低いため、樹脂被膜とちがって溶解除去が容易
でない。 止むを得ず、機械的な手段を併用するか、線
材を電極とする電解を行なって表面に発生する水素また
は酸素ガスの圧力で剥離を促すなどの対策が試みられて
いる。 インラインで被膜除去を行なうには、大きな浸
漬槽を設けその中で線材を多数回ターンさせて浸漬時間
を確保し、ブラッシングで被膜にキズをつけて酸やアル
カリの浸透を容易にしたり、酸やアルカリで脆くなった
被膜をバフ研磨により除去したりする。

【０００６】しかし、このような対策をとっても、なお
被膜除去は速やかにできないから、伸線速度が制約され
る。 伸線ライン上で大きなスペースを要することは、
もちろんである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、金属
線材の伸線のような冷間加工における水系被膜剤の使用
に伴う上記の問題を解決し、被加工材の表面に形成した
の被膜およびその上に付着させた潤滑剤の除去が速やか
にできるようにし、除去作業の速度向上を可能にすると
ともに、除去のための設備スペースを僅少で済むように
した除去方法および除去装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の冷間加工のため
の被膜および潤滑剤を除去する方法は、金属の冷間加工
に当って被加工材の表面に形成した被膜およびその上に
付着させた潤滑剤を除去する方法であって、冷間加工後
の被加工材をその変質が生じない限度で高い温度に加熱
し、加熱された被加工材に直ちに酸またはアルカリを含
む洗浄液を吹き付けまたは浸漬により適用することから
なる冷間加工のための被膜および潤滑剤を除去すること
からなる。

【０００９】被加工材の変質が生じない温度は、その金
属材料によっても異なるが、常用の鋼やステンレス鋼に
ついていえば、約４００℃が上限である。 加熱温度
は、低いと被膜除去の効果が乏しいから、少なくとも１
００℃とする。 好ましい範囲は、Ｃｒ系ステンレスで
は１５０〜３００℃、Ｎｉ系ステンレスでは２００〜４
００℃である。

【００１０】本発明の被膜および潤滑剤の除去方法は、
伸線についていえば、伸線後の加熱および洗浄液の適用
を、伸線作業のライン上で連続的に行なう態様において
とくに意義が大きいが、伸線作業を行ないリールに巻き
取った線材に対して回分的に行なう態様も可能である。
伸線後、さらに光輝焼鈍などの熱処理を行なう場合
は、熱処理直前のライン上で行なってもよく、その場合
は複数本を同時に処理することが容易である。

【００１１】本発明の冷間加工のための被膜および潤滑
剤を除去する装置は、金属の冷間加工に当って被加工材
の表面に形成した被膜および潤滑剤を除去する装置であ
って、加工後の被加工材を加熱する手段、加熱された被
加工材に酸またはアルカリを含む洗浄液を適用する手
段、洗浄液の適用により被膜および潤滑剤を除去された
被加工材を水洗いする手段、および水洗いされた被加工
材から付着水を除去する手段からなる冷間加工のための
被膜および潤滑剤を除去する装置からなる。

【００１２】伸線に例をとれば、伸線すべき素材となる
線材を繰り出す手段、繰り出された線材の表面に水系被
膜剤を塗布する手段、線材を加熱して塗布された被膜剤
を硬化させる被膜形成手段、および被膜の上に金属石け
んを潤滑剤として適用する手段の存在を前提とし、伸線
ダイス（２）、伸線された線材（１Ａ）を加熱する手段
（３）、加熱された線材に洗浄液を吹き付けまたは浸漬
により適用して被膜および潤滑剤を除去する洗浄液適用
手段（４）、水洗手段（５）、付着水を除去するエアワ
イパー（６）からなる。 符号（７）は、処理された線
材（１Ｂ）を巻き取るルールを示す。

【００１３】冷間加工がヘッダー鍛造によるボルトの頭
の成形である場合に例をとれば、被膜および潤滑剤を除
去する装置は、図２に示すように、被膜を形成し潤滑剤
を付着させた素材(１Ｃ)を用意する手段の存在を前提と
し、これを切断して鍛造を行なうヘッダー(７)、および
ベルトコンベア（８）を有し、洗浄液適用手段(４)、洗
浄手段（５）およびエアワイパー（６）をそなえてい
る。 この装置では、ヘディング加工に伴う発熱で成形
されたボルト用材の温度が高まっていることを利用する
ので、加熱手段は設けてない。

【００１４】加熱手段（８）は、別に加熱されたガス
（空気、窒素、アルゴンなど）による対流加熱、ヒータ
ーからの輻射加熱、あるいは被加工材に通電してジュー
ル熱により加熱する方式など、任意の手段を選択でき
る。 ヘッダーなどで加工した場合に加工に伴う熱を利
用できることは、すでに述べた通りである。

【００１５】

【作用】代表的な水系被膜剤であるメラミン系のものに
例をとり伸線について説明すると、線材表面に形成され
る被膜はメラミンシアヌレートのポリマーである。 こ
れは安定な化合物であって、有機固体潤滑剤として知ら
れる。 その潤滑機構は解明されていないが、ＭｏＳ₂
や黒鉛と同様な潤滑性を有していることから、やはりポ
リマー粒子が相互にすべって潤滑が行なわれると考えら
れる。 線材上に形成されたメラミンシアヌレート被膜
は、多数の伸線ダイスを通る間に破砕されて微細な鱗片
の重なりとなるが、強い圧力で線材上に押しつけられ一
種の薄い圧粉成形体となっているので、容易には崩れな
い。

【００１６】伸線後の比較的高い温度への加熱により線
材とその表面の被膜はともに膨脹するが、その膨脹率は
金属と有機ポリマーで異なるから、被膜の粒子の結合に
はゆるみが生じ、被膜に亀裂が入った状態となる。

【００１７】そのような状態にある線材にＫＯＨのよう
なカセイアルカリの水溶液を適用すると、まずステアリ
ン酸ＣａのＣａがＫと置き換って水溶性のカリ石けんと
Ｃａ（ＯＨ)₂とが生成することにより潤滑剤が除去され
る。 生成したカリ石けんは界面活性作用があるから、
アルカリ水溶液が結合のゆるんだポリマー粒子の間へ浸
透することを容易にする。 一方、酸性の洗浄液を使用
したときは上記の潤滑剤の除去機構を利用することがで
きないが、線材表面と酸とが反応して水素ガスが発生し
て、被膜の剥離を促すことを期待できる。 酸性の水溶
液もアルカリ性の水溶液も、上記の亀裂を通って被膜の
内部へ浸透する。 洗浄液との接触による線材温度の低
下は線材の収縮をもたらし、結果として、膨脹により押
しひろげられた被膜との間に空隙が生じ、それによって
被膜が剥離して被加工材の表面から脱落する。

【００１８】このようにして、本発明に従い加熱した被
加工材に洗浄液を適用すれば、ごく短時間（１秒以内）
で被膜および潤滑剤の除去が実現する。 従来の伸線作
業におけるライン上での水素被膜および潤滑剤の洗浄除
去は、いわゆるアルカリ脱脂液に単に浸漬しただけでは
液温を７０〜８０℃に高めてもなお１０分間以上の時間
を要するから、前述のようにブラッシングの併用などで
この時間を短縮していたが、なお伸線速度に制約が加え
られていた。 この制約が、今やなくなったわけであ
る。

【００１９】洗浄液はアルカリ水溶液が上記の界面活性
作用を期待できて有利であるが、その一方で泡立ちやす
いからジェット水流で吹き付けるには不適当であって、
被加工材を浸漬する方式により使用すべきである。 吹
き付けを行なう場合は、リン酸系など酸性の洗浄液が適
当である。

【００２０】

【実施例１】図１に示した構成の装置を伸線機直後のラ
イン上に設置した。 ＳＵＳ３０４ステンレス鋼の径
２．４mmの線材にメラミン系の被膜を形成し、Ｃａ石け
んを潤滑剤に用いて、多段伸線機により径１．０mmまで
伸線した。

【００２１】加熱は、パイプ（径３／４インチ×長さ
４．０ｍ）中に別の熱風機から７００℃の熱風を供給
（１．０ｍ³/min）し、その中を線材を通過（６００ｍ/
min）させて２５０℃に加熱した。

【００２２】加熱された線材に、市販のリン酸系洗浄液
を洗浄液として用いてジェット水流にして吹き付けた。
被膜および潤滑剤は瞬間的に洗浄除去され、スラッジ
状になって洗浄槽の底にたまった。 続いて水をノズル
から吹き出して線材を洗い、エアワイパーで付着水を除
去してホビンに巻き取った。

【００２３】被膜剤として有機溶剤可溶の樹脂を使用し
た場合も、本発明を適用すれば、容易にその除去ができ
た。 市販のアルカリ性洗浄液を使用し、そのプール内
を加熱後の線材がくぐるようにして洗浄液の適用を行な
った場合も、同様に好成績であった。

【００２４】このようにして、被膜除去の工程が律速と
なって伸線が制約を受けることはなく、数１００ｍ/min
の高い伸線速度が実現した。 被膜除去の設備も、ごく
コンパクトなもので足りた。

【００２５】

【実施例２】図２に示した構成の装置を用いて、水系被
膜が表面に形成された１０mmのＳＵＳ３０４ステンレス
鋼線材を対象に、ボルト成形用ヘッダーでボルト頭の加
工を行なった。 加工直後のボルト素材は加工熱によっ
て十分に高い温度にあるので、加熱を省略して直ちに洗
浄液中に浸積した。 被膜は瞬間的に剥離して脱落し、
スラッジ状になって洗浄槽の底にたまった。 続いてベ
ルトコンベア上でジェット流で水洗し、熱風を吹きつけ
て乾燥した。

【００２６】

【発明の効果】本発明により伸線を行なえば、ステンレ
ス鋼をはじめとする各種の金属の伸線に当って、水系被
膜剤を使用して被膜を形成しても、それを伸線後に除去
することが、従来より著しく容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の冷間加工のための被膜を除去する装
置を、冷間加工が伸線である場合に例をとって示す概念
的な図。

【図２】 本発明の冷間加工のための被膜を除去する装
置を、冷間加工がボルトのヘディングである場合に例を
とって示す、図１と同様な概念的な図。

【符号の説明】

１Ａ，１Ｃ 素材とする線材 １Ｂ 製品となる線材 １Ｄ 製品となるボルト素材 ２ 伸線ダイス ３ 線材加熱手段 ４ 洗浄液適用手段 ５ 水洗手段 ６ エアワイパー ７ ヘッダー ８ ベルトコンベア

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属の冷間加工に当って被加工材の表面
   に形成した被膜およびその上に付着させた潤滑剤を除去
   する方法であって、冷間加工後の被加工材をその変質が
   生じない限度で高い温度に加熱し、加熱された被加工材
   に直ちに酸またはアルカリを含む洗浄液を吹き付けまた
   は浸漬により適用することからなる冷間加工のための被
   膜および潤滑剤を除去する方法。
2. 【請求項２】 被加工材が金属の線材であり、冷間加工
   が伸線である請求項１の方法。
3. 【請求項３】 被加工材の加熱温度が１００〜４００℃
   である請求項１の方法。
4. 【請求項４】 冷間加工後の加熱および洗浄液の適用
   を、冷間加工機直後のライン上で連続的に行なう請求項
   １の方法。
5. 【請求項５】 冷間加工後の加熱および洗浄液の適用
   を、その後に行なう熱処理の直前にライン上で連続的に
   行なう請求項１の方法。
6. 【請求項６】 冷間加工後の加熱および洗浄液の適用
   を、被加工材に対して回分的に行なう請求項１の方法。
7. 【請求項７】 金属の冷間加工に当って被加工材の表面
   に形成した被膜およびその上に付着させた潤滑剤を除去
   する装置であって、加工後の被加工材を加熱する手段、
   加熱された被加工材に酸またはアルカリを含む洗浄液を
   適用する手段、洗浄液の適用により被膜および潤滑剤を
   除去された被加工材を水洗いする手段、および水洗いさ
   れた被加工材から付着水を除去する手段からなる冷間加
   工のための被膜および潤滑剤を除去する装置。