熊本大学学術リポジトリ Kumamoto University Repository System

熊本大学学術リポジトリ
Kumamoto University Repository System
Title
コーティング型冷間鍛造用潤滑剤の性能評価
Author(s)
阮, 立群; 今村, 康博; 丸茂, 康男; 濟木, 弘行
Citation
熊本大学工学部研究報告, 50(1): 9-17
Issue date
2001-06-26
Type
Departmental Bulletin Paper
URL
http://hdl.handle.net/2298/18958
Right
熊本大学工学部研究報告第50巻第１号（平成１３年－６）
９
｢謂一支司
コーティング型冷間鍛造用潤滑剤の性能評価
玩立群*’今村康博*２丸茂康男*３湾木弘行*４
Evaluati0n0fcoating-typeluMcantsincoldfbrgmg
LiqunRUAN,ＹａｓｕｈｉｒｏＩＭＡＭＵＲＡ,ＹａｓｕｏＭＡＲＵＭＯａｎｄＨｉｒｏｙｕｋｉＳＡＩＫＩ
1．緒宮
2．実験条件および方法
高性能冷間鍛造用潤滑剤の性能評価を行う場合，鍛
開発した局所引抜き型摩擦試験機'）を利用して，冷
造中の摩擦界面の表面積拡大，温度，面圧，すべり速
間鍛造用高性能潤滑剤の性能試験を行う．摩擦試験で
度，工具表面粗さ，材料の表面構造等が性能試験にで
は,Fig.1に示すような様々な表面積拡大に対応できる
きるだけ正確に反映されて取込まれなければならない．
波形ダイス'）を用いて基準となる油系潤滑剤，高性能
特に，加工中に接触界面で生じる表面積の拡大は潤滑
燐酸塩系被膜潤滑剤（燐酸塩被膜十金属石鹸)，燐を含
膜厚さを減じさせる．また，界面温度は潤滑剤の物理
有しないＣａ系被膜潤滑剤および簡易被膜型潤滑剤の
的・化学的特'性に影響を及ぼす重要なパラメータとな
摩擦特性を調べた．油系潤滑剤の性能試験には引抜き
る．そこで，前報')では，前後方押し出しや歯形工具
棒鋼としてSCR420を用いた．被膜潤滑剤の‘性能試験
の押込みの剛塑性有限要素法解析を行い，鍛造加工に
には引抜き棒鋼として，ＳＣＭ435（ぴ=904ｇｏ･l2MPa）お
おける厳しい局所変形部の表面積拡大を評価した．さ
よびＳｌ５Ｃ（び=800EqlMPa）を用いた．これらの棒鋼
らに，塑性変形による加工発熱や工具面上のすべりに
表面に潤滑処理を施し試験を行う．
起因する工具一被加工材料界面の温度上昇を評価した．
これらの結果に基づき，実際の冷間鍛造条件を具現で
きる局所引抜き型摩擦試験機を開発した．この試験機
Specimen
は鍛造における厳しい表面積拡大，連続鍛造における
VＶ１４
ダイス表面温度環境および多工程鍛造における前工程
までのトライボ条件変化などを考慮できる．
本報告では，試験潤滑剤として主に燐酸塩系被膜潤
Ｗ1６
滑剤（燐酸塩被膜十金属石鹸)，燐を含まない環境に優
しい硬質被膜潤滑剤および簡易被膜型潤滑剤を選び，
上記の試験機を利用して温度条件および工具条件を変
えて性能評価を行う．
VＶ１７
平成１３年５月７日受付
Heater
･’助手学術博知能生産システムエ学科
･２技術官知能生産システムエ学科
Fig・lTogemtricalonfgurations
聴３助教授工博知能生産システムエ学科
､４教授工博知能生産システムエ学科
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コーティング型冷間鍛造用潤滑剤の性能評価玩・今村・丸茂・済木
０
1
3．油系潤滑剤の性能評価
TablelTwotypesoflubricants
ｍ
/geudisrfOtnuomA２
ここでは，燐酸塩系被膜潤滑剤の‘性能の優位性を確
認するため，４種類の工業用油系潤滑剤Ａ～Ｄの性能
compounds
試験を棒鋼SCR420（＃12mm）でダイスＷ１４を用い
て行った．その結果,Fig.２に示すように全ての潤滑剤
Sodiumstearate
が0.4以上の大きな摩擦係数を示した.これは材料が高
Zincstearate
面圧を受けるため，潤滑油が摩擦面に残らないからで
Zincphosphate
Lub.Ｂ(S15C）
Lub.Ａ(SCM435）
Chemical
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after
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after
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16.03
3.35
ある．したがって良好な潤滑性能を維持するためには，
潤滑膜が切れにくく，材料に対する密着'性の良い被膜
い場合に対して，室温（約２５℃）の素材を引抜いてい
系潤滑剤の使用が必要になる．現在，燐酸塩系被膜潤
る．ダイスを200℃に初期加熱した場合について見る
滑剤が冷間鍛造用高性能潤滑剤として最もよく使用さ
と，Ｔｏｕｌは焼付きや摩擦係数の著しい上昇がない限り，
れている．次節では，本研究の比較基準にもなる燐酸
ほぼ一定温度となる．Touiは，ほぼ摩擦環境の温度で
塩系被膜潤滑剤の評価を行う．
あり，この例では約'90℃である.そのときの摩擦係
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Lubricant:(Zincphosphate+meta1s◎ap)Ａ
D『ｏｗｉｎｇｓｐｅｅｄ：5.8ｍｍ/Ｓ
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数媒はほぼ0.05である．
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ＳｔｒＯｋｅ／mm
Fig､３Variationofmaterialtemperatureandinterface
２
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idlaitini(ekortshtiwnoitcirf
4．燐酸塩系被膜潤滑剤の性能試験
ダイスを初期加熱しない場合でも温度が80℃以上
に上昇する．摩擦係数解はダイス初期加熱の場合に比
べて高くなっている．
本実験では,引抜き棒鋼としてＳＣＭ４３５およびＳｌ５Ｃ
を用いる．各棒素材に燐酸塩系被膜潤滑剤を用いてい
さらに高温のＴｏｕｔにおいて，摩擦係数を評価する場
るが,SCM435材とＳｌ５Ｃ材では潤滑剤を構成する各成
合には素材加熱を併用している．Fig.４に平面ダイスの
分量（Tablel）が異なっているので，それぞれ潤滑剤
場合と波形ダイスＷｌ４の場合を示す.いずれの場合も
Ａ及びＢと区別する．本試験機によってダイス温度環
Ｔｏｕｉが300℃を越えると潤滑性能が劣化していくこと
境を想定した条件下で平面ダイスと波形ダイスを使用
がわかる．
Fig.５は他の加熱条件における結果も含めて摩擦係
して引抜き実験を行う．
数の温度依存性を見たものである．燐酸塩系被膜潤滑
４．１摩擦係数に及ぼす加工面温度の影響
剤についてよく知られているように，摩擦界面相当温
冷間鍛造で想定される摩擦界面の温度変化範囲内!）
で，平面ダイスを用いてSCM435材に施した燐酸塩系
度Ｔｏｕ１の増加につれて〆は減少し，250℃～300℃で
被膜潤滑剤Ａの摩擦係数ﾉαとダイス出口近傍の素材温
最小となる．300℃を越えると潤滑性能が急に劣化し
度Ｔｏｕｉを熱画像装置'）で計測した例をFig.３に示す．
はじめ，ほぼ320℃になると潤滑膜が燃焼して潤滑性
この例ではダイスを200℃に初期加熱した場合としな
能を完全に失い，引抜き限界となる．
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（一一）
コーティング型冷間鍛造用潤滑剤の‘性能評価玩・今村・丸茂・済木
２
1
少している．ただし,平面ダイスの場合のFig.５に示す
摩擦係数よりも表面積拡大の影響を受けて大きくなっ
が25℃，200℃，300℃の結果をFig.９（a），（b）～
Fig.1（a）.，（b）に示す．
ている．温度依存性の大きな潤滑剤の場合，加工速度
初期温度が25℃であった素材温度Ｔoutは，平面ダイ
は界面温度に影響し，摩擦係数に著しい影響を与える
スで75℃,最も表面積拡大の大きいＷｌ７ダイスで１１０
ので，潤滑剤の性能評価には温度評価が極めて重要に
℃まで上昇している．平面ダイスの場合には摩擦係数
なる．
が０．１５で十分な潤滑‘性能を発揮している．波形ダイス
４．３摩擦係数に及ぼす表面積拡大の影響
Ｗｌ７はＷｌ４より丸みが小さく，波高さが大きく，表
素材の表面積の拡大は，被膜系潤滑剤の膜厚さを支
配し，局所的な膜破断にも影響する重要因子であるの
面積拡大率が大きくなっているため，潤滑剤の摩擦係
数は，Ｗｌ４で0.22,Ｗ１７で０．３３と高くなっている．
で，検討対象の問題に応じて選択しなければならない．
このように表面積拡大の影響がはっきりと見られる．
ここでは，波形ダイス（Ｗ14,Ｗ17）と平面ダイスで
各種波形ダイスを使用することで，同じ潤滑剤を使用
の結果を比較する．棒材はＳｌ５Ｃ材（＃１２mm)で燐酸
しても局所変形の厳しさに応じて摩擦係数が異なるこ
塩系被膜潤滑剤Ｂを使用する.棒材の断面減少率は8％，
とが分かる．
ダイス初期温度を200℃まで上げると，潤滑剤Ｂも
棒材の引抜き速度は5.8ｍｍ/sである．ダイス初期温度
９へ一言》Ｐ。』己”』＆Ｅ⑪』
三
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畠
一
一
Ⅱ
Ｔｙｐｅｏｆｄｉｅｓ:WavydieW14
MateriaI：SCM435
Materialreduction：９％
０００００
5.8ｍｍ/ｓ／１２．５ｍｍ/ｓ
３
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５
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０７５２
１１
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B)paosltem+hcniz(:arbuL
Material:S15C(｡12ｍｍ),Drawingsped:5.8ｍｍ/s
Materialreduclion:8％，Dietmperature：２５℃
Lubricant:（Zincphosate+mlsoap)Ａ
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）
（
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Ｔｙｐｅｏｆｄｉｅｓ:WavydieW14
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（
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Fig.８１nfluenceofdrawingspedontemperatureand
interfacefriction
B)paosltem+ahpsocniz(:tarbuL
Materil:S15C(巾12ｍｍ),Drawingsped:5.8ｍｍ/s
Materilduction:8％，Dietmpraue：２５℃
４
３０
２０
１０
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４２１８６４２０
コこ◎種。遅」。〕この一。一と①。。》この』且〔ゼ
１１
００
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０
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MateriaI：ＳＣＭ４３５，Materialreduction：９％
Fig.９１nfluenceofsurfacexpansiontemperaturBand
℃
52=）
erutrepmeteidlaitini(noitcirfecafretni
）
21(
熊本大学工学部研究報告第50巻第１号（平成１３年－６）
０１
０１
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０１
０
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８
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２
２
B)paosltem+hcniz(:IrbuL
Material:S15C(中12ｍｍ),Drawingsped:5.8ｍｍ/s
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男へ一コｓ↑⑪』ョ：。Ｅ⑪Ｐ
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B)paosltem+』
t_aIhpsocniz(:tnacirb｣
Material:S15C(○12ｍｍ),Drawingsped:5.8ｍｍ/s
Materialreduction:8％，Dietmperature：30℃
Materilduction:8％，Dietmpratue：20℃
０１００
３
1
ＷａｖｙｄｉｅＷ１７
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Material:S15C(｡12ｍｍ),Drawingsped:5.8ｍｍ/s
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Material:S15C(巾12ｍｍ),Drawingsped:5.8ｍｍ/s
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Stroke／ｍｍ
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（
b
（
）
b
Fig.1OInfluencofsuracexpansiontempratu1℃
℃
02=）
BIutarepmeteidlaitini(noitcirfecafretnidna
Fig.１１Influencofsurfacexpansiontemprature
℃
003）
=eIutarepmeteidlaitini(noitcirfecafretnidna
潤滑'性能が改善し，いずれの場合も摩擦係数が0.15前
性能を調べた．潤滑剤Ａもしくは潤滑剤Ｂを施した
後まで低下する．表面拡大率の影響はあまり見られな
S15C材の一段引抜き後の潤滑剤の残留状況をTablel
およびFig.１２に示す.潤滑剤Ａに比べ潤滑剤Ｂの燐酸
い．
塩被膜の残留量は少なく,初期の1/5程度まで低下して
ダイス初期温度が250℃を越えるとさらに摩擦係数
が低下する．平面ダイスでは初期行程においてＴｏｍが
いる．また，潤滑剤Ａに比べ，石けん成分の残留が極
250℃程度に達すると摩擦係数は0.1以下まで低下す
めて少なく，鉄の成分も多く見られる．
二段引抜きにおける後段引抜き時の摩擦係数の変化
る．一方，表面積拡大が大きいＷ１７の場合には，引抜
例をFig.１３に示す．連続加工を想定し初期ダイス温度
き行程200ｍｍを越えた付近で摩擦係数が急増し,引抜
き限界となる．界面域温度Tbu1が250℃までは，摩擦
を変化させた結果である．行程初期では初期ダイス温
係数は低下するが膜厚さも減少していると見られる．
度の相違による摩擦係数の差はあまり見られない．前
４．４工程累積の影響
加工がない場合と比べて摩擦係数がやや高く，初期ダ
イス温度が150℃以上の全ての場合において，引抜き
多工程の鍛造では，加工熱による温度上昇と共に，
被膜潤滑剤の厚さの低下や劣化が生ずる．ここでは，
限界が現れている．したがって，潤滑膜の厚さ減少や
多工程の影響を調べるために平面ダイスで加工後，続
潤滑剤の加工に伴う性能劣化を引抜き限界条件と摩擦
いて波形ダイスＷｌ４を用いて二段引抜きを行い,潤滑
係数値から評価できる．
１
(３
）
コーティング型冷間鍛造用潤滑剤の性能評価玩・今村・丸茂・済木
４
1
Table2Chemicalcompositionsoflubricants
Lubricant:zincphosphate+metalsoap
TemperatureOfdie:150℃
番号
Drawingspeed：5.8ｍｍ/s、TooI:ｆｌａｔｄｉｅ
匡○一］一のｏＱＥＯｏ︺このＥの一の一⑩ｏ−Ｅの二
５
０３
５３
０２
５２
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自負
へ
ifnli
No.１
燐酸亜鉛被膜処理十金属石鹸
No.２
ステアリン酸カルシウム系金属石鹸Ａ
No.３
ステアリン酸カルシウム系金属石鹸Ｂ
ＰＴＦＥ(テフロン)を５％添加したＣａ系金
No.４
属石鹸
潤滑剤のNo.１，No.２及びNo.３の摩擦係数ﾉαは0.1前
Ｚ ｎ Ｎ ａ Ｆ ｅ Ｐ Ｃ Ｏ Ｃ ａ
○
潤滑剤構成
後となり，大きな相違が見られない．潤滑剤No.４の場
ＣｈｅｍｉｃａＩｅＩｅｍｅｎｔｓ
合,摩擦係数ﾉαは約０．２５以上と最も大きく行程250ｍｍ
Ｆｉｇ・l2ChemicalcompoundSandchemicalelementsleft
onthedrawnspecimenｓ
以降，変動が大きい．連続引抜きの場合，潤滑剤No.ｌ
とNo.３では大きな行程においても安定した摩擦状態
ユ仁○一↑Ｕ一堂
４２● 、８６４２０
００００
１●
１
一○↑匡①一Ｕ一一一の○○↑この」ＯＱＱく
となっている．No.２の摩擦係数解は最初の１本目では
低いﾉα値を示しているが，引抜きが進むにつれて次第
に高くなる．
ダイスＷｌ７の場合も同様に潤滑剤No.４は摩擦係数
ﾉ"が最も高く，約0.4程度まで達している．いずれの
ダイスにおいても潤滑剤No.４の低い潤滑性能が認め
L≦参鐸
られる．これは潤滑剤No.４の棒鋼表面への接着強度が
弱いことを示していると考えられる．そのため，大き
０ ５ ０ １ ０ ０ １ ５ ０ ２ ０ ０
な表面積拡大を伴う母材変形に追随できない．
Ｓ↑ｒｏｋｅ／mm
潤滑剤性能は表面積拡大の違いによってそれぞれ異
Fig・l31nfluenceoftwo-stagedrawingoninterface
（
noitcrf．
,2eidtalf:gsｗ
:egatsａ
ｖ
ｙ
ｄ
ｉ
ｅ
Ｗ
ｌ
４
）
なるが，例として平面ダイス，波形ダイスＷｌ６及び
Ｗｌ７で潤滑剤No.２を用いてＳＣＭ435棒材を連続引抜
きした場合の摩擦係数変化をFig.１７に示す．
平面ダイスでは摩擦係数/αが約０．１という低い値を
5．燐を含まない硬質被膜潤滑剤の性能評価
示した.加工条件が一番過酷なＷ１７ダイスでは1本目
５．１試験材料及び潤滑剤
本実験では，燐を含まない硬質膜を施した高強度ボ
の摩擦係数狸は約０．１６となり，２本目では，０．１８まで
増大した．４本目では摩擦係数解は約０．２と高い値と
ルト用ＳＣＭ４３５棒鋼を試験に用いる．潤滑剤の分類を
なった．摩擦係数はダイス先端半径の減少とともに増
Table2に示す．ここで比較の基準となる潤滑剤は，燐
加する．摩擦係数は行程の進展に伴い増加し，表面積
酸塩系被膜潤滑剤（No.l）である．
拡大率が大きければ大きいほど，大きな傾きで増加す
５．２連続引抜きの場合の表面積拡大と摩擦状態
るという傾向も現れている
５．３工具面の焼付き量
Fig.１４に平面ダイスを用いて４種類の潤滑膜を施し
た棒材を引抜いたときの摩擦係数を示す．基準潤滑剤
No.ｌでは摩擦係数ｍは約０．１で，潤滑剤No.２，No.３，
Fig.１８は４種類の潤滑剤を用いてSCM435材を引抜
いた場合の３種類のダイス表面焼付き量である．焼付
No.４では，それぞれ約0.11,0.12,0.13となり，これ
き量は試験前後のダイスの重量を測定することで求め
らの潤滑剤はほぼ同程度の潤滑性能を示している．
た
．
各ダイスを比較すると潤滑剤No.ｌを使用した場合
Fig.１５およびFig.１６に波形ダイスＷｌ６およびＷ１７を
用いて４種類の潤滑剤を試験した場合の摩擦係数変化
には，加工条件が一番過酷で表面積拡大率の大きい
を示す．ダイスＷｌ６の場合，行程500ｍｍまででは，
Ｗｌ７ダイスの表面への焼付き量が多い．他の潤滑剤に
）
41(
熊本大学工学部研究報告第50巻第１号（平成１３年－６）
５
1
迅仁○一↑Ｕ一』」一○↑この一Ｕ一準①ＯＵ
２
５
１０
５０
００
ＪＱ
０
ユヘ仁○一↑Ｕ一』↑一○↑この一○一室の○。
５
２Ｊ
‐０
５０
２０
Ｑ
０
０５０
Ｌｕｂｒｉｃｏｎ↑:Ｎｏ．２
Material:SCM435(ｳ19ｍｍ）
Drawingspeed:0.8ｍｍ/ｓ
〕ｎ：１０％〆Ｎｏ４
似
‘
､リ
Ａ
､ﾉ,､,
式､頚､，鍛
移、ｒ影￥唖．
煮
if燕
w蜘
卿
Ｍｏ↑eriol｢ｅｄｕｃ↑iｏｎ：１０％
０２００４００６００８００１０００１２００
Ｓ↑roke／mm
０５００１０００１５００２０００２５００
Fig・l4Variationofrictioncoeficientwithdrawing
strokefbrNo､1,No.2,No.３ａｎｄNo.4(defbrmation
）
eidtalfybcun
Ｓ↑ｒｏｋｅ／mm
Figl71nfluencofdiegometryoniterfacefrictonfbr
lubricantNo.２
図Ｌｏａｄｃｅｌｌｓｉｄｅ■NOn-IoadceIlside
５
2
〕ｎ：１０％
鞭黙簿螺〆零踊噌蒋舗醗曜蝉
■０
●０
ａＯ
。
◎
１２３４
ＮＮＮＮ
ｂｂｂ
ｂ
ｕＬ
ｕＬ
ｕＬ
ｕ
Ｌ
ン，
，シ
一一一一一一一
１一２
３４
ＮＮＮＮ
（函Ｅ）函匡一一一⑩。
０１
５１
０
２
ユ仁○一↑Ｕ一』↑○↑仁①一○一一一の○。↑仁①」ｏＱＱく
５
５０
３２
５○
２１
５０
１０
５０
４４
０
０
０３
０
Ｏ
Ｏ
０
3
Materil:SCM435(中19ｍｍ）
５
０５００１０００１５００２０００２５００
Ｓ↑roke／mm
０
Ｎ１Ｎ２Ｎ､３Ｎ､４Ｎ､１Ｎ､２Ｎ３Ｎ､４Ｎ､１Ｎ､２Ｎ､３Ｎ､４
Fig・l5ValiationofTictioncoeficientwithdrawing
strokefbrNo､1,No.2,No.３ａｎｄNo.４（defbmlation
inducedbywavydieW16）
ユｃＯ二塁」○一ｏ↑仁①一ｏ一幸①ＯＵ↑仁①』ｏＱＱく
５
５０
３２
５○
２１
５０
１０
５０
４４
○３
０
０
０
０
０
０
FlatdieWavydie[Ｗ16］Wavydie[W17］
Fig.１８InfluenceofdiegometryongeometIyongaling
thgiew
Material:SCM435(巾19ｍｍ）
おいてもNo.１の場合と同じように,.表面積拡大率の増
Drawingspeed:0.8ｍｍ/s
加につれて焼付き量も増える傾向がある．潤滑剤No.４
Materialreduction：１０％
の場合，ダイスＷｌ７の焼付き量は平面ダイスの約１０
倍程度となった.潤滑剤No.３はいずれのダイスにおい
ても焼付き量が少ない．これらの状況は摩擦係数とよ
く対応している.‘
’
２
５．４材料表面層の化学成分分析
ｐＷ〈､承
JXA-8900R電子顕微鏡ＥＰＭＡを用い,潤滑剤のNo.ｌ
ＮＯ
～No.4において平面ダイス,波形ダイスWl6及びＷｌ７
500
でSCM435材をストローク700ｍｍまで引抜いた場合
0００１５００２０００２５００
s↑roke／ｍ、
の試験片表面層成分の分析を行った．
Fig.１６Variationfrictioncoeficentwithdrawing
Fig.１９はダイスＷｌ６を用いて引抜いた場合のスト
strokefOrNo､1,No.2,No.３ａｎｄNo.４（defbrmation
ローク700ｍiにおける材料表面層の化学成分を示す．
inducedbywavydieWl7）
Feの成分割合は潤滑膜の破損や潤滑膜厚を評価する
指標となるのでＦｅに注目する．基準潤滑剤No.１およ
び潤滑剤No.３におけるＦｅ割合は,潤滑剤No.２および
）
51(
コーティング型冷間鍛造用潤滑剤の性能評価玩・今村・丸茂・済木
６
1
No.４の場合に比べ少ないが，このことは潤滑膜が損な
■ＦｅＺＣ□○皿Ｐ園Ｚｎ国ＣＯ目ＮＣ園○↑ｈｅｒｓ
われにくいことを示している．一方,潤滑剤No.４にお
いてはＦｅの成分が最も多く潤滑膜強度が弱いといえ
一一
雲
、
一
Ⅲ
lllllI
〆
一
■■
Bｅｆ
－
一
三雲
易
／
＝
ク
；
霊彰認■
／
一一
一
一
ノノ
0％
フ
〆
、
一一
２０％
ク
ー ＝
、
／／
４０％
Ｅ■■』
６０％
一一
Ｅ○一○駅へ仁○一一一ｍ○ＱＥｏＵＥのＥ①一山
80％
ン
＜
～
一一一
■ＦｅＺＣ□○mＰ国Ｚｎ画ＣＯ目ＮＣ□Ｃｌ□Ｆ囲○1ｈｅｒｓ
一
■Ｐ■■
Ｅ○一○駅へ匡○差⑭○ＱＥｏＵ↑仁①Ｅ①一山
は摩擦係数の変化状態と良く対応している．
％
％
％２
％０
％
０
０
０
８０
６４
00％
なく，潤滑膜はあまり損なわれてない．これらの結果
００％
伽
る．ダイスＷｌ７においても同様の傾向がみられる．平
面ダイスを用いた場合には,各潤滑剤ともＦｅ割合は少
ク
ｉ／
ブ
、
ブ Ｉ
FＬＡＴＷ１６Ｗ1６Ｗ1７Ｗ１７
Ｅ
ｘ
ｐ
Ｃｒｅｓ↑ＲｏｏｌＣｒｅｓ↑ＲＯＣ↑
Ｉｉ
Fig.２０ChemicalelementcompositiontakeｎａｔｄｉｆｆｅｒＥｎｔ
ｒｃｇｉｏｎｓｏｆｔｈｅｄｒａｗｎｓｐｅｃｉｍｅｎｗｈｅｎＮｏ・ｌｗａｓｕｓｅｄ
／
／
一
6．簡易被膜型潤滑剤の性能評価
二
ＣｒｅｓｌＲｏｏ１Ｃｒｅｓ１ＲｏｏｆＣｒｅｓ１Ｒｏｏ
ＮＯ
Ｎ０．２
Ｃｒｅｓ１Ｒｏｏ１
Ｎｏ．３
新たに開発された簡易被膜型冷間鍛造用潤滑剤の性
Ｎｏ､４
能試験を本モデル試験法で行った．
Figl9Chemicalelementcompositiontekenatdiferent
regionsofthedrawnspecimenwhenlubricantsNo､１，
ここでは，白色水'性潤滑剤ｗ-69Ａ（Phoshonate＋
phoshonatemetalsoap）の潤滑性能を評価した．材料は
No.2,No.３ａｎｄＮｏ４ｆｂｒｄｉｅＷｌ６
Sl5Cの棒鋼を使用した．材料表面に脱脂，水洗，乾燥，
簡易被膜付け及び乾燥を経て潤滑被膜を形成させた後
Fig.20は潤滑剤No.ｌを用いた場合の引抜き前後の化
学成分および各成分の量を示している．平面ダイスで
引抜いた材料表面のＦｅの成分は試験前の状況とほと
んど変わらない．ダイスＷｌ６を用いた試験片の谷部
（試験片の谷部はダイスの山部である）ではＦｅの成分
に引抜き試験を行った．
Fig.２１は潤滑剤w-69Aの温度特性を調べた結果であ
る．ダイス初期温度150℃の場合はダイス初期温度
25℃の場合より摩擦係数が低下するが，ダイス初期温
が27％増加している．当然，潤滑剤成分もそれぞれ実
度200℃の場合はダイス初期温度25℃の場合より摩擦
験前より減少している.Ｗｌ７では試験片谷部のFeの成
係数は高くなる．潤滑剤w-69Aはダイス初期温度が
分が56％となった．これはダイス山部での表面積拡大
150℃の場合,行程300ｍｍまでの摩擦係数は約０．１６と
が大きいため，潤滑膜が薄くなり破壊しやすいからで
低く，良好な潤滑′性能を示している．
ある．逆に，Ｗｌ７では試験片山部のＦｅの成分は実験
Fig.２２は潤滑剤w-69Aを用いた場合のダイスへの焼
前とほぼ同じであり，Ｗｌ６では試験片の山部よりかな
付き量とダイス温度との関係である．摩擦係数が高い
り少ない．これはＷｌ７においてダイス山部(試験片谷
200℃の場合は焼付き量も多いが，摩擦係数が小さい
部に対応）からダイス谷部（試験片山部に対応）への
150℃の場合は焼付き量も少なくなっている．温度の
潤滑剤の流れ込みが大きいためと思われる．しかし，
影響は焼付き量にも反映されていることがわかる．
ダイスＷｌ７での試験片の谷部でも潤滑剤は残ってい
7．結言
る
．
試験前後の材料表面成分を定性，定量的に分析した
結果はＦｅの成分の増減が表面積拡大率に関係
著者らが開発した局所引抜き型摩擦試験機を利用し
していることを示している．
て，冷間鍛造に用いられる燐酸塩系被膜潤滑剤，燐を
含有しない硬質被膜潤滑剤および簡易被膜型潤滑剤の
）
61(
熊本大学工学部研究報告第５０巻第１号（平成１３年－６）
７
1
性能試験を行った．得られた結論は下記のとおりであ
度，短いすべり距離および小さな表面積拡大率で
る
．
加工限界に至る．
（１）燐酸塩系被膜潤滑剤の潤滑‘性能は摩擦界面温度
（２）大きな表面積拡大を引起こす波形ダイスを利用
の影響を強く受ける．界面温度の上昇によって摩
して試験することで，燐を含有しない硬質被膜系
擦係数は低下するが300℃を越えると性能は劣化
潤滑剤の潤滑性能を評価することができた．具体
し加工限界に至る．室温では，被加工材料の表面
的には，摩擦係数の計測，ダイスへの焼付き量の
積拡大率を大きくすると摩擦係数に大きな差が認
計測，ダイス表面および素材表面のＥＰＭＡを行う
められるようになる．一方，温度が高くなると摩
ことで，潤滑剤性能を正確に評価した．３種類の
擦係数の差が減少する．しかし，表面積拡大率の
潤滑剤のうち，潤滑剤No.３（ステアリン酸カルシ
大きいＷ１７ダイスでは，温度200℃を越えると，
ウム系金属石鹸Ｂ）は燐酸塩系被膜潤滑剤に匹敵
行程200ｍｍ以上で加工限界に至る.前加工で被膜
する潤滑性能を示した．
厚さが減少すると，続く加工では相対的に低い温
（３）簡易被膜型潤滑剤の性能に及ぼす摩擦界面温度
５５５４５３５２５
仁ｏ雲。逼半ｏゼの一。準のＣＯ
５０
０３０
０２０
Ｑ１
０
０４０
の影響を評価した．ダイス初期温度150℃の場合
ＥｘＰＥＲＩＭＥＮＴＡＬＣｏＮＤｍＯＮｓ：
の潤滑性能が良好であった．200℃の場合では，
Typeofdie：FIatsur6ace
Drawingspeed：３５０ｍｍ/min
室温の場合より潤滑‘性能は低下した．
以上のことより，本試験法は冷間鍛造で使用される
MateriaIreductiOn:１２％
異なるタイプの潤滑剤の実用性能評価に非常に有効で
Lubricantw-69A
あることが示された．現在，多くの潤滑剤メーカーで
--Heateddieｓ[200℃］
冷間鍛造用高性能潤滑剤が次々に開発されているが，
il響
;"､
本試験法はこれらの潤滑剤の性能評価を迅速に，容易
にかつ正確に評価するのに非常に優れた試験法である
といえる．
0.1
0.05
０
謝 辞
０１００２００３００４００５００６００
本研究の一部は天田金属加工機械技術振興財団の研
ＳｔｒＯｋｅ[m］
究開発助成を受けて行われた．また，住友金属工業㈱，
Fig.２１Varitonfrictonceficentwihnitaldie
tempraturefbrw-69Ａ
日立金属㈱および日本パーカライジング㈱には試験材
料の提供等，本研究にご協力頂いた．ここに厚く御礼
申し上げます〃
ＥＸＰＥＲｌＭＥＮＴＡＬＣ○ＮＤＩＴ'○ＮS：
Ｔｙｐｅｏｆｄｉｅ：ＦＩＣ↑surfoce
0.008
Drowingspeed：5.8ｍｍ/S
参考文献
0.007
1）玩立群・今村康博・丸茂康男・済木弘行：熊
LubricOn↑：ｗ-69Ａ
本大学工学部研究報告，Ｖｂ､50,No.１（2001)，１．
語;'俵型
●
ｏＥ、↑二○一①芸①仁一一一ＣＯ
６０
５０
４０
３０
２
０
０
００
００
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０
０
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％
2『
1:n↑
ociuderl↑
『
oOeiM
淫さ
●
iIl§
1L
0.001
０
２５℃１５０℃２００℃
Diesurfoce↑ｅｍｐｅｒｏ↑ure
Fig､２２Influenceofinitialdietemperatureongaling
thgiew
）
71(