JPS60181198A - 金属の冷間鍛造加工法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は乳化型金属加工用潤滑油に係り、特に金属の塑
性加工に好適な乳化型金属加工用潤滑油に関する。

〔発明の背景〕

一般に引抜き、前方押出、両方押出、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４０
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Ｐｔｔ条件下におかれ潤滑剤の良否
が金型寿命、加工品の寸法梢度を左右する。

冷間加工用の潤滑剤は大きく分けて３棟のものがある。

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Ｙ閏滑剤、金属石けん、牛脂などの半同体状潤ｔＩ
ｔ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
きるが加工度の大きい、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、７１」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った。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、化成被膜処理は光
分な前処理が必要である。

例えば、リン酸塩被膜では、素材表面全充分脱脂。

酸洗を行い、処理工程中の厳密な条件管理、処理液の峙
整、該反応によって生成するフラッジの除去、処理廃液
の公害防止のための多大な経費といった問題がある。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がある。

この様に従来の塑性加工時に用いる潤滑には植種の問題
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、先に余病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
相分離奮起すという欠点があった。

相分離の防止策として各種界面活性剤及び乳化剤（分散
／ｆｌ）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る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４７−８２
７９号公報において油中に二硫化モリブデン粒子全懸濁
させるだ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４すとしては十分満足できるものでなかった。

一方、攪拌装置等によって潤滑油をたえず撹拌し添加剤
を油中に均一に乳化させる方法があるが、袷油慴に攪拌
装置を取付ける必要がある。また、長４９」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給油
するのみで塑性加工時の変形熱、摩擦熱を利用し全域表
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
工が可能な乳化型金属加工用潤滑油を提供伊ることにあ
る。

〔発明の概要〕

本発明の乳化型金属加工用潤滑油は、有機リン化合物と
乳化剤とを含有し、この有機リン化合物の粒径が１２０
μｍ以下であることを特徴とする。

望ましくは有機リン化合物は次の一般式） ％式％（１） （式中、Ｒはアルキル基、フェニル基から運ばれる基、
ｎは１或いは２全示す］で表わされる。より望ましくは
有機リン化合物の粒径はα５μｍ以上である。そして一
方の成分である乳化剤としてポリメタアクリレート、ポ
リイソブチレン、オレフィン共重合物、ポリアルキルス
チレンから選ばれるものと、ポリメリックコノ・り酸無
水物、ポリメリックコハク酸イミド、ポリメリックコノ
１り酸エステル、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全
素材に塗布または金型内に給油するのみで塑性加工時の
変形熱、厚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冷
間加工用の潤滑油が提供される。

乳化型冷間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１ｍ以上とこれヲ欄滑油中に均一に６■
濁状態に分散させる乳化剤全含有することを特徴とする
金属の塑性加工用潤滑油である。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
ファイト、ジフェニルハイドロジエンホスファイト、ジ
イソデシルハイドロジエンホスファイト、モツプチルホ
スフェート、モノイソデシルホスフェート、１７’ｍ、
モノとジの混合物であるメチルアシッドホスフェート。

イングロビルアシツドホスフエート、ブチルアシッドホ
スフェート等が例示される。該極圧剤と潤滑油から成る
冷間加工用の潤滑油であるが、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１合
成油捷たは、これらの混合油中に極圧剤全均一に懸濁分
散または乳化状に分散させると良好な加工性能が得られ
る。

該有機リン化合物の１種以上ヲ＜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、オレフィン共東合体、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（Ｈ）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
ックコハク酸訪導体、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、ニトリル等ン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
が直接歪線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加工できる。また
加工品の寸法精度も著しく向Ｅする。こｎ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、って、緻密で強固な潤滑被
膜を形成するため素材衣［ｎｌのかじりや焼付き性を低
減し、金型寿命の大１１１Ｍ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、化成処理等によって
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全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性を
向上させるには、該極圧剤の粒径に１２０ミクロン以下
にすることが好しいことが判った。

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
圧剤の配合禁は特に限定しないが、良好な潤滑被膜全形
成きせるには、リン分としてα１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
状態を保つにｉ、乳化剤（Ａ）は、２重量％以上１．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。

本発明で得られた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ク塗り、
スプレー法、浸漬法、流ｒＪｊＪ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
剤全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Ｖ、引抜き、押出等の塑性加工品に使用で
さ、そのｊ閏滑効果は極めて良好でかつ、仕−ヒリ表面
も後れているが（必要に応じて固体潤滑剤全混入し）潤
滑効果をさらに向ヒさせることもでさる。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
いは無機化合物全本発明の効果全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ざ才りない。

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図である。

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 ４０ｔｌ’における粘度が５６ｗｎ２／ｓの鉱油に乳化
剤（Ａｌポリメタクリレート５及び１０重量％（力不ル
ーフ゛２０００．カネボ・エヌエスシー製）と乳化剤（
Ｂ）ポリメリックカルボン酸のエステＡ／　（Ｌｕｂｒ
ｉｚｏｌ　９３９．日本ル−フ゛リン°−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
チルホスフェートを２０重量％配合し、ホモジナイザー
で攪拌して、潤滑油中のモツプチルホスフェートの平均
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曽に移し、室温（２５〜２７
Ｃ）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（４０Ｃで５６　ｍｍ２／ｓ　）７５重量％、極圧
剤、モノブチルホスフェート、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）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電 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
ブテニルコノ１り酸エステル全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。

実施例２ 実施例１に示した乳化状の潤滑油全第１図にした直径φ
９．９の素材（８０Ｍ４１５．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ｋＸ線マ
イクロアナライザーで評価した。その評価結果全第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を八に朋であり、この温度が茜
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、加工条件 （１）素材寸法 （２）金型主要寸法 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全取付
け、金型温度を５〜１０Ｃ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。

この温度が冒い程、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１５０Ｃで１の加工条件で加工した後の素材表
面’ｔＸ線マイクロアナライザーによｐ１リンの両度を
測定した。リン検出杉度が多い程、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５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。

第２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（ＰＡＲＡＴＯＮＥ１０８゜Ｅｘｘｏｎ、　
ｃｈｅｍ製）、ポリオレフィンポリマー（ＰＡＲＡ’ｉ
”ＯＮＥ　７０７．　Ｅｘｘｏｎ　ｃｈｅｍ製）、スチ
レン・インブチレンの共重合ｇ　（５ｈｅｌｌｖｉｓ５
０、５ｈｅ１１．’　ｃｈｅｍ　製）、アクリリックポ
リマー　（ＰＬＥＸＯＬ、ＨＦ８３３．日本アクリル化
学製）エチレン・α−オレフィン共重合体（≠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、極圧剤モツプチルホスフェ−）ｉ２０’
を量％配合し、ホモジナイザーで攪拌して、潤滑油中の
モノブチルホスフェートの平均粒径４５ミクロンからな
る乳化状の潤滑油組成物を得た。これｉ５０ｍＡのサン
プル管に移し、室ｒ′晶（２５〜２７Ｃ）で静置して乳
化安定性を評価した。その評価結果全第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２００馴、厚ざ８咽の鋼板ＴＳＰＣＢ）に潤
ｆ１を油全塗布し内径１４０ｍｍ、厚さ７咽（シゴキ率
、１２．５％）のカップ状に深絞り加工を行った結果、
良好な加工性能を示した。

実施例４ 潤滑油のベース油としてαオレフィン油（４０Ｃの粘ｅ
　１００　ｍｍ２／　ｓ　）　、ポリオールエステル油
（４０Ｃの粘度５６　ｒｙｅ’／　Ｓ　）及びフロロシ
リコーン油（４０Ｃの粘度１００１廁２／Ｓ）に実施例
１と同じ乳化剤を第１表の煮４と同じ配合量で添加し加
熱溶解した後、極圧剤、モノブチルホスフェートを２０
重電電配合しホモジナイザーで攪拌し乳化状の潤滑油金
得た。これ全実施例１と同じ方法で分散安定性と加工性
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。

実施例５ ４０Ｃにおける粘度が５６　Ｍ２／ｓの鉱油に乳化剤（
Ａ）と（Ｂ）全第５表に示す配合量で添加し加熱溶解し
た鎌、極圧剤モノブチルホスフェートラ２０重量％配合
し、ホモジナイザーで攪拌して、潤滑油中のモノブチル
ホスフェートの平均粒径が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ｉ５０ｍｔのサ
ンプル管に移し、室温（２５〜２７Ｃ）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０．０４４量％以上になると長期間乳化状態
金保つことが分かる。また、金属に対する極圧剤の反応
性を阻害することなく、良好な潤滑被膜が形成されてい
ることが分かる。

第６表 実施例６ ４０Ｃの粘度が５６　ｒｕｎ２／　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 はラウ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、極圧剤モノブチルポスフェートを２０重量
％加えホモジナイザーまたはモノミキサーで攪拌し、鉱
油中におけるモノブチルポスフェートの粒径を変え、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。評価結果全第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刀日工性能が向丘することが
分かる。筐だ，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
厚くなっていることが分った。

実施例７ ４００の粘度が１　０　０　ｖａｎ２／ｓのαオレフィ
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、加熱溶解した鎌、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
で攪拌し、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全評価した。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
物全均一に懸濁状態に長期間保持する分散剤として５本
発明の乳化剤は、乳化安定性を著しく向上させるのに有
効である。本発明の乳化剤は、金属に対する有機リン化
合物の反応性を阻害しない。また、乳化剤の配合によっ
て得られた乳化状の潤滑油は、油中に有機リン化合物が
微粒子となって分散しているので、刀ロエ時、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７Ｊｏ
、ｒ、油に比し、より複雑な形状や〃ロエ度の旨い加工
品を加工できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の性Ｈし評価用素材の側面図、第用 ２図は同じく性能評価用の前方押出金型の断面図へ である。 第１頁の続き ■Ｉｎｔ、ＣＩ、’　識別記号　庁内整理番号４０：２
０　’／８２４−４Ｈ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、有機リン化合物と乳化剤と全含有する乳化型金属加
   工用潤滑油において、前記有機リン化合物の粒径が１２
   ０μｍ以下であることを特徴とする乳化型金属刃０工用
   潤滑油。 ２、特許請求の範囲第１項記載の乳化型金属加工用潤滑
   油において、前記有機リン化合物は一般式） ％式％） （式中、Ｒはアルキル基、フェニル基から選ばれる基、
   ｎは１或いは２を示す） で表わされることを特徴とする乳化型金属加工用潤滑油
   。 ３、特許請求の範囲第１項葦たは第２項記載の乳化型金
   属加工用潤滑油において、前記有機リン化合物の粒径が
   α５μｍ以上であること′ｆｆ：特徴とする乳化型金属
   加工用潤滑油。 ４、特許請求の範囲第１項、第２項または第３項記載の
   乳化型金、渇加工用潤滑油において、前記乳化剤として
   ポリメタアクリレート、ポリイソブチレン、オレフィン
   共重合物、ポリアルキルスチレンから選ばれるものと、
   ポリメリックコハク酸無水物、ポリメリックコハク酸イ
   好ド、ポリメリッ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乳化型金属加工用潤滑油。