JPS6229000B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

通常、金属の塑性加工において被加工材料を再
結晶温度以上に加熱して加工する場合は熱間加工
と呼ばれており、再結晶温度以下に加熱した場合
は温間加工、室温の下で加工する場合は冷間加工
と呼ばれている。金属材料の再結晶温度は材料に
よつて異なり、鉄鋼材料では600〜700℃、銅では
約300℃、アルミニウムでは約200℃である。金属
材料の内で最も需要の多い鉄鋼材料の場合、熱間
加工の際の加熱温度は1100〜1250℃であり、温間
加工の際の加熱温度は、例えばステンレス鋼では
400℃付近で析出による延性低下があるために250
〜350℃あるいは500〜700℃が選ばれる。 本発明は、250〜350℃で鍛造・深絞り加工など
の塑性加工や粉末成形を行なう際の潤滑剤に関す
るものである。したがつて、250〜350℃の温度範
囲で加工するものであれば鉄鋼材料に限らず、そ
れ以外の一般構造材料であつても一向に差しつか
えなく、またZn―22Al超塑性材（この材料は250
℃前後で超塑性現象を発現する）のような機能材
料であつても差しつかえない。また、この温度範
囲が被加工材料に対して熱間加工に相当しよう
が、それとも温間加工に相当しようが、それはど
ちらでもかまわない。 ところで、上でも述べたようにステンレス鋼の
温間鍛造やステンレス鋼板の温間絞りにおいて
は、250〜350℃に加熱してから加工される。しか
し、この温度範囲における潤滑剤として適当なも
のがなく、潤滑剤の開発が待たれている現状であ
る。すなわち、鋼の冷間鍛造においてはリン酸塩
皮膜と金属石けん（ステアリン酸亜鉛）を組み合
わせた潤滑剤であり、ボンデライト・ボンダリユ
ーベなどとしてよく知られている。しかし、この
場合、金属石けんが約200℃で分解するので、ボ
ンデライト・ボンダリユーベを250〜350℃で使用
することは一般に不可能である。その上、ボンデ
ライト・ボンダリユーベの場合、リン酸塩皮膜を
被加工材料の表面に強く付着させるための工程が
はん雑であり、また公害防止の面から排液の処理
に留意しなければならないので、もつと簡便に使
用することのできる潤滑剤が期待されている。ボ
ンデライト・ボンダリユーベ以外にも冷間塑性加
工用潤滑剤として動植物油、鉱物油、合成油など
があり、これらは圧延加工、引き抜き加工、深絞
り加工などに使用されている。しかし、これらの
潤滑剤の使用温度は200℃が限度であり、極圧添
加剤であるリン、塩素、硫黄などを添加混合して
使用した場合においても、使用温度は250℃以下
に限定される。一方、熱間鍛造用潤滑剤として
は、黒鉛系の潤滑剤やガラス潤滑剤がよく知られ
ているが、これらは500℃程度以上で使用するの
が適当であり、250〜350℃では潤滑性能はあまり
期待できない。 潤滑剤のこのような状況に鑑み、本発明者らは
250〜350℃での塑性加工用潤滑剤を開発するため
に鋭意研究を重ねた結果、耐熱性樹脂粉末をベー
スとして、これに四フツ化エチレン樹脂粉末を添
加混合することにより、耐熱性と潤滑性を兼ね備
えた新しい潤滑剤を開発するに致つた。 すなわち、耐熱性樹脂としてポリイミド、ポリ
アミドイミドが知られており、特にポリイミドの
耐熱性は350℃程度に達し、ポリカーボネート、
ナイロン、ポリスチレン、エポキシ樹脂などの従
来からのプラステイツクスの耐熱温度が200℃以
下に過ぎないのに対して格段に優れている。本発
明は、ポリイミドの耐熱性を250〜350℃での塑性
加工用潤滑剤に応用するものであり、粉末状のも
のを使用する。ただし、ポリイミドの摺動性は必
ずしも良好とは言えないので、摺動性を向上させ
るためにフツ素樹脂系である四フツ化エチレン樹
脂粉末を添加混合する。ここで、四フツ化エチレ
ン樹脂は冷間における摩擦係数の小さい物質とし
てよく知られているものであるが、非常に高価で
あり、またその耐熱性は260℃が限度である。そ
こで、耐熱性樹脂ポリイミドを主体としてこれに
四フツ化エチレン樹脂粉末を添加混合することに
より、四フツ化エチレン樹脂の耐熱性の向上を図
ると共に、四フツ化エチレン樹脂の使用量を少な
くすることによつて経済的にも有利な潤滑剤を開
発するものである。また、これらの混合物の被加
工材料や金型への付着力・粘着力を増大させるた
め四フツ化エチレン樹脂の使用量を減らすため
に、ワニス状のメチルフエニルシリコーン樹脂を
添加混合する。なお、ポリイミド樹脂粉末、四フ
ツ化エチレン樹脂粉末とメチルフエニルシリコー
ン樹脂の混合物の溶剤として、Ｎメチル―２ピロ
リドン溶液を用いる。ポリイミド粉末（Ｐで表わ
す）、四フツ化エチレン樹脂粉末（Ｔ）、メチルフ
エニルシリコーン樹脂（Ｍ）、Ｎメチル―２ピロ
リドン溶液（Ｎ）の重量配分比を、 Ｐ：Ｔ：Ｍ：Ｎ＝１：（0.25〜2.0）：１：５
式(1) として、これらを混合撹拌する。これを潤滑剤と
して用いて被加工材料である試験片と工具に塗布
する。次に、230℃で30分間の加熱を行なうこと
により潤滑剤を乾燥させる。そして、添付図面の
第１図に示すようなリング圧縮試験法によつて
250〜350℃での摩擦係数μを求めたところ、式(1)
において四フツ化エチレン樹脂粉末（Ｔ）の添加
量が0.25〜2.0での摩擦係数はμ＝0.03〜0.05であ
り、潤滑性能が極めて良好であつた。この場合、
所定温度における潤滑剤の加熱時間は15分間を標
準としたが、この加熱時間は短かい方が望まし
い。 四フツ化エチレン樹脂粉末（Ｔ）の添加量が式
(1)に示した0.25〜2.0よりも少ないと、四フツ化
エチレン樹脂の潤滑効果が十分に発揮されず潤滑
効果が劣る。その一方、添加量がこれよりも多く
なると、四フツ化エチレン樹脂は高価であるため
に相対値にコストの高いものとなり、またＴが
0.25〜2.0で摩擦係数はほぼ一定となるので、こ
の添加量で十分である。このように、四フツ化エ
チレン樹脂粉末の添加量は、式(1)のように0.25〜
2.0が適当である。なお、耐熱性樹脂ポリイミド
は粉末状のものを用いたが、粉末状でなくてワニ
ス状のものであつても差しつかえないことは勿論
である。 次に、実施例と比較例により本発明を更に詳細
に説明する。 実施例 １ ポリイミド粉末（Ｐ）、四フツ化エチレン樹脂
粉末（Ｔ）、メチルフエニルシリコーン樹脂
（Ｍ）、Ｎメチル―２ピロリドン溶液（Ｎ）の重量
配合比を、 Ｐ：Ｔ：Ｍ：Ｎ＝１：Ｘ：１：５ 式(2) とした場合、四フツ化エチレン樹脂粉末の添加量
Ｘが摩擦係数μに及ぼす影響をＸ＝０，0.25，
0.50，1.0，2.0の場合について実験し、その結果
を第２図に示す。このように四フツ化エチレン樹
脂の添加量Ｘを0.25〜2.0とすることにより、摩
擦係数μはＸ＝０の場合に比べて相当低下し、潤
滑剤として性能を発揮する。なお、試験条件は下
記の通りである。 〔試験条件〕 試験方法：リング圧縮試験 リング圧縮試験とは、添付図面の第１図ａにお
いて３で示す平らな工具（耐圧盤）の間でリング
状の試験片１を加圧して塑性変形させ、試験片の
内径と外径の拡がり具合（第１図ｂを参照、実線
で示したものが試験前の状態、破線で示したもの
が試験後の変形状態）から被加工材料である試験
片と工具間（第１図ａにおいて２で示す面）の摩
擦係数μを求める方法である。同一の圧縮率（△
Ｈ／Ho＝（Ho―Ｈ）／Ho）に対して潤滑状態が
良好な場合、すなわち摩擦係数の小さい場合ほど
内径が大きくなる。この内径の変化率Ri／ri
（Ri：変形後の内半径、ri：初期内半径）と圧縮
率△Ｈ／Hoとの関係は、久能木の式（科学研究
所報告、第30巻、第２号、昭和29年３月）を用い
ることにより、摩擦係数μをパラメーターとして
計算から求まる。そこで、実験によつてRi／riと
△Ｈ／Hoを測定すれば、その場合における潤滑
剤の摩擦係数μを知ることができる。 試験温度：試験片と工具を300℃で約15分間加熱
してからクランク・プレスで鍛造（加工速度
約6.3ｍ／min）。 試験片（被加工材料）材質：Zn―22Al超塑性
材。試験片は潤滑剤を塗布する前に1000番の
エメリー紙で研摩した後、アセトンで脱脂す
る。 試験片の寸法：内径×外径×高ま＝2ri×2ro×Ho
＝12.51〓×25.07〓×6.24＝２：４：１ 潤滑剤の塗布方法：試験片と工具の両方に塗布し
た後、230℃で30分間乾燥する。 工具：材質はSKD61であり、試験片と接する面
の表面粗さは0.3μｍ。工具の表面に潤滑剤
を塗布する前に、1000番のエメリー紙で研摩
した後、アセトンで脱脂する。 実施例 ２ 実施例１の300℃での実験により、式(2)におけ
る四フツ化エチレン樹脂の添加量Ｘは0.25〜2.0
が適当であることが判明した。そこで、Ｘの添加
量がこの範囲、すなわちＸ＝0.25，0.50，1.0，
2.0の場合に関して、試験温度が300℃以外の場合
について実験し、その結果を300℃の結果も含め
て第１表に示す。第１表いおいて試験温度が250
〜350℃の範囲では、摩擦係数μは0.03〜0.05で
あり潤滑性能が極めて良好である。ただし、本発
明の潤滑剤の冷間（試験温度20℃）における摩擦
係数μは0.09〜0.12であるので、冷間塑性加工用
潤滑剤としては適切でない。しかし、200℃の状
態における摩擦係数μは0.055程度であるので、
250〜350℃の温度範囲に限定せず、200〜350℃の
温度範囲においても十分に潤滑性能を発揮する。 〔試験条件〕 実施例１の場合と試験温度が異なる外は、全て
同一条件である。

〔試験条件〕

実施例２に同じである。

【表】 【図面の簡単な説明】

第１図のａはリング圧縮試験の方法を示すもの
であり、ａの図中で１はリング圧縮試験片、２は
試験片と工具（耐圧盤）とが接する潤滑剤を塗布
する面、３は工具（耐圧盤）、４は加圧するため
のプレス・スライドをそれぞれ示す。一方、第１
図のｂはリング圧縮試験片の変形の前後における
形状変化を示すものであり、実線は変形前の状
態、破線は変形後の状態である。第２図は摩擦係
数に及びす四フツ化エチレン樹脂の添加量Ｘ（式
(2)参照）の影響を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 耐熱性樹脂であるポリイミド（Ｐで表示）、
   減摩剤として四フツ化エチレン樹脂粉末（Ｔで表
   示）、被加工材料と工具に対する付着剤としてメ
   チルフエニルシリコーン樹脂（Ｍで表示）、およ
   びこれらの溶剤としてＮメチル―２ピロリドン溶
   液（Ｎで表示）を、重量配合比で Ｐ：Ｔ：Ｍ：Ｎ＝１：（0.25〜2.0）：１：５ で配合した塑性加工用潤滑剤。