茎 夢 三 禁 室 = 裏 ；

熊 本 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 5 0 巻 第 １ 号 （ 平 成 １ ３ 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

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1 ． 緒 宮

高性能冷間鍛造用潤滑剤の性能評価を行う場合，鍛 造中の摩擦界面の表面積拡大，温度，面圧，すべり速 度，工具表面粗さ，材料の表面構造等が性能試験にで きるだけ正確に反映されて取込まれなければならない．

特に，加工中に接触界面で生じる表面積の拡大は潤滑 膜厚さを減じさせる．また，界面温度は潤滑剤の物理 的・化学的特'性に影響を及ぼす重要なパラメータとな る．そこで，前報')では，前後方押し出しや歯形工具 の押込みの剛塑性有限要素法解析を行い，鍛造加工に おける厳しい局所変形部の表面積拡大を評価した．さ らに，塑性変形による加工発熱や工具面上のすべりに 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 は鍛造における厳しい表面積拡大，連続鍛造における 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 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．

平成１３年５月７日受付

･ ’ 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 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

2．実験条件および方法

開発した局所引抜き型摩擦試験機'）を利用して，冷 間鍛造用高性能潤滑剤の性能試験を行う．摩擦試験で は,Fig.1に示すような様々な表面積拡大に対応できる 波形ダイス'）を用いて基準となる油系潤滑剤，高性能 燐酸塩系被膜潤滑剤（燐酸塩被膜十金属石鹸)，燐を含 有しないＣａ系被膜潤滑剤および簡易被膜型潤滑剤の 摩擦特性を調べた．油系潤滑剤の性能試験には引抜き 棒鋼としてSCR420を用いた．被膜潤滑剤の‘性能試験 には引抜き棒鋼として，ＳＣＭ435（ぴ=904ｇｏ･l2MPa）お よびＳｌ５Ｃ（び=800EqlMPa）を用いた．これらの棒鋼 表面に潤滑処理を施し試験を行う．

Specimen ^VＶ１４

Ｗ1６

VＶ１７ Heater

Fig・lToolgeometricalconfigurations

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０

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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 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 が0.4以上の大きな摩擦係数を示した.これは材料が高 面圧を受けるため，潤滑油が摩擦面に残らないからで 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 系潤滑剤の使用が必要になる．現在，燐酸塩系被膜潤 滑剤が冷間鍛造用高性能潤滑剤として最もよく使用さ れている．次節では，本研究の比較基準にもなる燐酸 塩系被膜潤滑剤の評価を行う．

い場合に対して，室温（約２５℃）の素材を引抜いてい る．ダイスを200℃に初期加熱した場合について見る と，Ｔｏｕｌは焼付きや摩擦係数の著しい上昇がない限り，

ほぼ一定温度となる．Touiは，ほぼ摩擦環境の温度で あり，この例では約'90℃である.そのときの摩擦係 数媒はほぼ0.05である．

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Lubricant:(Zincphosphate+meta1s◎ap)Ａ

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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 ０ ０ ２ ０ ０ ３ ０ ０ ４ ０ ０ ５ ０ ０ Ｓ↑ｒｏｋｅ／mm

Fig､２Variationofapparentcoefficientoffrictionwith drawingstrokefOroillubricantsA,Ｂ,ＣａｎｄＤ

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．

さらに高温のＴｏｕｔにおいて，摩擦係数を評価する場 合には素材加熱を併用している．Fig.４に平面ダイスの 場合と波形ダイスＷｌ４の場合を示す.いずれの場合も Ｔｏｕｉが300℃を越えると潤滑性能が劣化していくこと 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 数の温度依存性を見たものである．燐酸塩系被膜潤滑 剤についてよく知られているように，摩擦界面相当温 度Ｔｏｕ１の増加につれて〆は減少し，250℃～300℃で 最小となる．300℃を越えると潤滑性能が急に劣化し はじめ，ほぼ320℃になると潤滑膜が燃焼して潤滑性 能を完全に失い，引抜き限界となる．

Ｐへ言。』の』己、』ｇＥの」

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 るが,SCM435材とＳｌ５Ｃ材では潤滑剤を構成する各成 分量（Tablel）が異なっているので，それぞれ潤滑剤 Ａ及びＢと区別する．本試験機によってダイス温度環 境を想定した条件下で平面ダイスと波形ダイスを使用

して引抜き実験を行う．

４．１摩擦係数に及ぼす加工面温度の影響

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 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 度Ｔｏｕｉを熱画像装置'）で計測した例をFig.３に示す．

この例ではダイスを200℃に初期加熱した場合としな

マｗﾂｑｗｖ‘.ｖＭｖ”

皇 i

茎 夢 三 禁 室 = 裏 ；

4．燐酸塩系被膜潤滑剤の性能試験

( 1 0

）

０ ０ １ ０ ０ ２ ０ ０ ３ ０ ０ ４ ０ ０ ５ ０ ０

ＳｔｒＯｋｅ／mm

Fig､３Variationofmaterialtemperatureandinterface f r i c t i o n w i t h s t r o k e ( i n i t i a l d i e t e m p e r a t u r e : ２５℃）

Chemical compounds

A m o u n t O f r e s i d u e g / ｍ２

Lub.Ａ(SCM435） Lub.Ｂ(S15C）

before drawing

after drawing

befbre drawing

after drawiｎ ９

Sodiumstearate 1.63 ０ 2.32 ０

Zincstearate 0.7 ０ 1．０３ ０

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２ 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

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 ている．温度依存性の大きな潤滑剤の場合，加工速度 は界面温度に影響し，摩擦係数に著しい影響を与える ので，潤滑剤の性能評価には温度評価が極めて重要に

なる．

４．３摩擦係数に及ぼす表面積拡大の影響

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 で，検討対象の問題に応じて選択しなければならない．

ここでは，波形ダイス（Ｗ14,Ｗ17）と平面ダイスで の結果を比較する．棒材はＳｌ５Ｃ材（＃１２mm)で燐酸 塩系被膜潤滑剤Ｂを使用する.棒材の断面減少率は8％，

棒材の引抜き速度は5.8ｍｍ/sである．ダイス初期温度

が25℃，200℃，300℃の結果をFig.９（a），（b）～

Fig.11（a）.，（b）に示す．

初期温度が25℃であった素材温度Ｔoutは，平面ダイ スで75℃,最も表面積拡大の大きいＷｌ７ダイスで１１０

℃まで上昇している．平面ダイスの場合には摩擦係数 が０．１５で十分な潤滑‘性能を発揮している．波形ダイス Ｗｌ７はＷｌ４より丸みが小さく，波高さが大きく，表 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．

このように表面積拡大の影響がはっきりと見られる．

各種波形ダイスを使用することで，同じ潤滑剤を使用 しても局所変形の厳しさに応じて摩擦係数が異なるこ 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

L u b r i c a n t : ( z i n c p h o s p h a t e + m e t a l s o a p ) B

Material:S15C(｡12ｍｍ),Drawingspeed:5.8ｍｍ/s Materialreduclion:8％，Dietemperature：２５℃

Lubricant:（Zincphosphate+metalsoap)Ａ

Ｐへ言。」の』己⑯』ｇＥの』

5.8ｍｍ/ｓ／１２．５ｍｍ/ｓ

０５０５０５０５２０７５２１１１ ０００００３１９７５１１

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Ｔｙｐｅｏｆｄｉｅｓ:WavydieW14 MateriaI：SCM435

Materialreduction：９％

一芸窯饗：

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（a

） Ｔｙｐｅｏｆｄｉｅｓ:WavydieW14 MateriaI：ＳＣＭ４３５，Materialreduction：９％

０ １ ０ ０ ２ ０ ０ ３ ０ ０ Stroke／ｍｍ

( a

）

4 0 0 ５ ０ ０

L u b r i c a n t : ( z i n c p h o s p h a t e + m e t a l s o a p ) B

Material:S15C(巾12ｍｍ),Drawingspeed:5.8ｍｍ/s Materialreduction:8％，Dietemperature：２５℃

４２１８６４２０１１０００００００００００

コこ◎種。遅」。〕この一。一と①。。》この』且〔ゼ

Fig.８１nfluenceofdrawingspeedontemperatureand

interfacefriction

( 1 2

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０ １ ０ ０ ２ ０ ０ ３ ０ ０ ４ ０ ０ S 0 0 Stroke／ｍｍ

（b

） Fig.９１nfluenceofsurfaceexpansionontemperaturBand

i n t e r f a c e f r i c t i o n ( i n i t i a l d i e t e m p e r t u r e

= 2 5

℃）

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u b r i c a n I : ( z i n c p h o s p h a t e + m e t a l s o a p ) B Material:S15C(中12ｍｍ),Drawingspeed:5.8ｍｍ/s

Materialreduction:8％，Dietemperature：200℃ ^{)BlsoapmetaI_』hate+hospincpnt:(zrica｣b} Material:S15C(○12ｍｍ),Drawingspeed:5.8ｍｍ/s Materialreduction:8％，Dietemperature：300℃

００００００８６４２２１１１１

男へ一コｓ↑⑪』ョ：。Ｅ⑪Ｐ

L u b r i c a n t : ( z i n c p h o s p h a t e + m e t a l s o a p ) B

Material:S15C(巾12ｍｍ),Drawingspeed:5.8ｍｍ/s Materialreduction:8％，Dietemperature：200℃

００００００８６４２３２２２２

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熊 本 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 5 0 巻 第 １ 号 （ 平 成 １ ３ 年 － ６ ）

4 0 0 ５ ０ ０

患瀞彰e●篭蝕

L A 1 b r i c a n t : ( z i n c p h o s p h a t e + m e t a l s o a p ) B

Material:S15C(｡12ｍｍ),Drawingspeed:5.8ｍｍ/s M a t e r i a l r e d u c t i o n : 8

％，Dietemperature：300℃

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０ １ ０ ０ ２ ０ ０ ３ ０ ０ ４ ０ ０ S 0 0 Strokc／ｍｍ

（b

） Fig.１１Influenceofsurfaceexpansionontemperature

a n d i n t e r f a c e f r i c t i o n ( i n i t i a l d i e t e m p e r a t u I e

= 3 0 0

℃）

性能を調べた．潤滑剤Ａもしくは潤滑剤Ｂを施した 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 塩被膜の残留量は少なく,初期の1/5程度まで低下して いる．また，潤滑剤Ａに比べ，石けん成分の残留が極 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 例をFig.１３に示す．連続加工を想定し初期ダイス温度

を変化させた結果である．行程初期では初期ダイス温 度の相違による摩擦係数の差はあまり見られない．前 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 限界が現れている．したがって，潤滑膜の厚さ減少や 潤滑剤の加工に伴う性能劣化を引抜き限界条件と摩擦 係数値から評価できる．

潤滑'性能が改善し，いずれの場合も摩擦係数が0.15前 後まで低下する．表面拡大率の影響はあまり見られな

い．

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 250℃程度に達すると摩擦係数は0.1以下まで低下す る．一方，表面積拡大が大きいＷ１７の場合には，引抜 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 係数は低下するが膜厚さも減少していると見られる．

４．４工程累積の影響

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，

多工程の影響を調べるために平面ダイスで加工後，続 いて波形ダイスＷｌ４を用いて二段引抜きを行い,潤滑

０ １ ０ ０ ２ ０ ０ ３ ０ ０ ４ ０ ０ S 0 0 Stroke／ｍｍ

（）b Fig.1OInfluenceofsurfaceexpansionontemperatu1℃

a n d i n t e r f a c e f r i c t i o n ( i n i t i a l d i e t e m p e r a t u I B

= 2 0 0

℃）

４２●●１１

1

４ 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

Table2Chemicalcompositionsoflubricants Lubricant:zincphosphate+metalsoap

TemperatureOfdie:150℃

Drawingspeed：5.8ｍｍ/s、TooI:ｆｌａｔｄｉｅ

自負 へ

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 ルト用ＳＣＭ４３５棒鋼を試験に用いる．潤滑剤の分類を Table2に示す．ここで比較の基準となる潤滑剤は，燐 酸塩系被膜潤滑剤（No.l）である．

５．２連続引抜きの場合の表面積拡大と摩擦状態 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，

No.４では，それぞれ約0.11,0.12,0.13となり，これ

らの潤滑剤はほぼ同程度の潤滑性能を示している．

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 を示す．ダイスＷｌ６の場合，行程500ｍｍまででは，

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匡○一﹈一のｏＱＥＯｏ︺このＥの一の一⑩ｏ−Ｅの二

( 1 4

）

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後となり，大きな相違が見られない．潤滑剤No.４の場 合,摩擦係数ﾉαは約０．２５以上と最も大きく行程250ｍｍ 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 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 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 な表面積拡大を伴う母材変形に追随できない．

潤滑剤性能は表面積拡大の違いによってそれぞれ異 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 示した.加工条件が一番過酷なＷ１７ダイスでは1本目 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 なった．摩擦係数はダイス先端半径の減少とともに増 加する．摩擦係数は行程の進展に伴い増加し，表面積 拡大率が大きければ大きいほど，大きな傾きで増加す るという傾向も現れている

５．３工具面の焼付き量

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 き量は試験前後のダイスの重量を測定することで求め た．

各ダイスを比較すると潤滑剤No.ｌを使用した場合 には，加工条件が一番過酷で表面積拡大率の大きい Ｗｌ７ダイスの表面への焼付き量が多い．他の潤滑剤に

○ Ｚ ｎ Ｎ ａ Ｆ ｅ Ｐ Ｃ Ｏ Ｃ ａ

ＣｈｅｍｉｃａＩｅＩｅｍｅｎｔｓ

Ｆｉｇ・l2ChemicalcompoundSandchemicalelementsleft onthedrawnspecimenｓ

一○↑匡①一Ｕ一一一の○○↑この」ＯＱＱく

5．燐を含まない硬質被膜潤滑剤の性能評価

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ユ仁○一↑Ｕ一堂

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０ ５ ０ １ ０ ０ １ ５ ０ ２ ０ ０ Ｓ↑ｒｏｋｅ／mm

Fig・l31nfluenceoftwo-stagedrawingoninterface f r i c t i o n

（lststage:flatdie,2,．stage:ｗａｖｙｄｉｅＷｌ４）

番 号 潤滑剤構成

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

No.４ ＰＴＦＥ(テフロン)を５％添加したＣａ系金

属 石 鹸

1 ５

１２３４■●ａ。◎００ＯＮＮＮＮｂｂｂｂｕｕｕｕＬＬＬＬン，，シ一一一一一一一一１２３４ＮＮＮＮ

熊 本 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 5 0 巻 第 １ 号 （ 平 成 １ ３ 年 － ６ ）

Ｌｕｂｒｉｃｏｎ↑:Ｎｏ．２

５２５‐５０２０ＪＱ０

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Material:SCM435(ｳ19ｍｍ）

Drawingspeed:0.8ｍｍ/ｓ

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（函Ｅ）函匡一一一⑩。 鞭黙簿螺〆零踊噌蒋舗醗曜蝉

２５１５００ＪＱ０００

ユヘ仁○一↑Ｕ一』↑一○↑この一○一室の○。

〕 ｎ ： １ ０ ％ 〆 Ｎ ｏ ４

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Ｍｏ↑eriol｢ｅｄｕｃ↑iｏｎ：１０％

０ ２ ０ ０ ４ ０ ０ ６ ０ ０ ８ ０ ０ １ ０ ０ ０ １ ２ ０ ０ Ｓ↑roke／mm

Fig・l4Variationoffrictioncoefficientwithdrawing strokefbrNo､1,No.2,No.３ａｎｄNo.4(defbrmation i

n d u c e d b y f l a t d i e

）

０ ５ ０ ０ １ ０ ０ ０ １ ５ ０ ０ ２ ０ ０ ０ ２ ５ ０ ０ Ｓ↑ｒｏｋｅ／mm

Figl71nfluenceofdiegeometryoninterfacefrictionfbr

lubricantNo.２

3 ０

図Ｌｏａｄｃｅｌｌｓｉｄｅ■NOn-IoadceIlside

Material:SCM435(中19ｍｍ）

５４５３５２５１５０４０３０２○１０００００ＯＯ

ユ仁○一↑Ｕ一』↑○↑仁①一○一一一の○。↑仁①」ｏＱＱく

０ 2 ５

〕 ｎ ： １ ０ ％

Fig.１６Variationoffrictioncoefficientwithdrawing

strokefOrNo､1,No.2,No.３ａｎｄNo.４（defbrmation inducedbywavydieWl7）

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

加につれて焼付き量も増える傾向がある．潤滑剤No.４ 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.‘

５．４材料表面層の化学成分分析 JXA-8900R電子顕微鏡ＥＰＭＡを用い,潤滑剤のNo.ｌ

～No.4において平面ダイス,波形ダイスWl6及びＷｌ７ でSCM435材をストローク700ｍｍまで引抜いた場合 の試験片表面層成分の分析を行った．

Fig.１９はダイスＷｌ６を用いて引抜いた場合のスト ローク700ｍiにおける材料表面層の化学成分を示す．

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

５ ０ ５ ０ ０ １ ０ ０ ０ １ ５ ０ ０ ２ ０ ０ ０ ２ ５ ０ ０

Ｓ↑roke／mm

Fig・l5ValiationoffTictioncoefficientwithdrawing

strokefbrNo､1,No.2,No.３ａｎｄNo.４（defbmlation inducedbywavydieW16）

０

５４５３５２５１５０４○３０２○１０００００００

ユｃＯ二塁」○一ｏ↑仁①一ｏ一幸①ＯＵ↑仁①』ｏＱＱく

Ｎ １ Ｎ ２ Ｎ ､ ３ Ｎ ､ ４ Ｎ ､ １ Ｎ ､ ２ Ｎ ３ Ｎ ､ ４ Ｎ ､ １ Ｎ ､ ２ Ｎ ､ ３ Ｎ ､ ４

FlatdieWavydie[Ｗ16］Wavydie[W17］

Fig.１８InfluenceofdiegeometryongeometIyongalling w e i g h t

0 ０ ０ １ ５ ０ ０ ２ ０ ０ ０ ２ ５ ０ ０ s↑roke／ｍ、

500

Drawingspeed:0.8ｍｍ/s Materialreduction：１０％

ＮＯ ｐＷ〈､承

’２

Bｅｆ Ｅｘｐ 1

６

６０％

No.４の場合に比べ少ないが，このことは潤滑膜が損な 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 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 なく，潤滑膜はあまり損なわれてない．これらの結果 は摩擦係数の変化状態と良く対応している．

Fig.２０ChemicalelementcompositiontakeｎａｔｄｉｆｆｅｒＥｎｔ

ｒｃｇｉｏｎｓｏｆｔｈｅｄｒａｗｎｓｐｅｃｉｍｅｎｗｈｅｎＮｏ・ｌｗａｓｕｓｅｄ

■ Ｆ ｅ Ｚ Ｃ □ ○ 皿 Ｐ 園 Ｚ ｎ 国 Ｃ Ｏ 目 Ｎ Ｃ 園 ○ ↑ ｈ ｅ ｒ ｓ

00％

２０％

％％％％％０００００

８６４２

Ｅ○一○駅へ匡○差⑭○ＱＥｏＵ↑仁①Ｅ①一山

6．簡易被膜型潤滑剤の性能評価

■ Ｆ ｅ Ｚ Ｃ □ ○ m Ｐ 国 Ｚ ｎ 画 Ｃ Ｏ 目 Ｎ Ｃ □ Ｃ ｌ □ Ｆ 囲 ○ 1 ｈ ｅ ｒ ｓ

００％

0％

Ｅ○一○駅へ仁○一一一ｍ○ＱＥｏＵＥのＥ①一山

80％

F Ｌ Ａ Ｔ Ｗ １ ６ Ｗ 1 ６ Ｗ 1 ７ Ｗ １ ７ Ｃｒｅｓ↑ＲｏｏｌＣｒｅｓ↑ＲＯＣ↑

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

Ｎ０．２ Ｎｏ．３

４０％

ＮＯ

二

7 ． 結 言

Ｃｒｅｓ１Ｒｏｏ１

Ｎｏ､４

ＣｒｅｓｌＲｏｏ１Ｃｒｅｓ１ＲｏｏｆＣｒｅｓ１Ｒｏｏ

新たに開発された簡易被膜型冷間鍛造用潤滑剤の性 能試験を本モデル試験法で行った．

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

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 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 度200℃の場合はダイス初期温度25℃の場合より摩擦 係数は高くなる．潤滑剤w-69Aはダイス初期温度が 150℃の場合,行程300ｍｍまでの摩擦係数は約０．１６と 低く，良好な潤滑′性能を示している．

Fig.２２は潤滑剤w-69Aを用いた場合のダイスへの焼

付き量とダイス温度との関係である．摩擦係数が高い 200℃の場合は焼付き量も多いが，摩擦係数が小さい 150℃の場合は焼付き量も少なくなっている．温度の 影響は焼付き量にも反映されていることがわかる．

( 1 6

）

著者らが開発した局所引抜き型摩擦試験機を利用し 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 Figl9Chemicalelementcompositiontekenatdifferent

regionsofthedrawnspecimenwhenlubricantsNo､１，

No.2,No.３ａｎｄＮｏ４ｆｂｒｄｉｅＷｌ６

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 が27％増加している．当然，潤滑剤成分もそれぞれ実 験前より減少している.Ｗｌ７では試験片谷部のFeの成 分が56％となった．これはダイス山部での表面積拡大 が大きいため，潤滑膜が薄くなり破壊しやすいからで ある．逆に，Ｗｌ７では試験片山部のＦｅの成分は実験 前とほぼ同じであり，Ｗｌ６では試験片の山部よりかな り少ない．これはＷｌ７においてダイス山部(試験片谷 部に対応）からダイス谷部（試験片山部に対応）への 潤滑剤の流れ込みが大きいためと思われる．しかし，

ダイスＷｌ７での試験片の谷部でも潤滑剤は残ってい 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

していることを示している．

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Ｔｙｐｅｏｆｄｉｅ：ＦＩＣ↑surfoce Drowingspeed：5.8ｍｍ/S

M O

↑『oei l r e d u c

↑i o n : 1 2

％『 LubricOn↑：ｗ-69Ａ

1 ７

0.008

0.007

度，短いすべり距離および小さな表面積拡大率で 加工限界に至る．

（２）大きな表面積拡大を引起こす波形ダイスを利用 して試験することで，燐を含有しない硬質被膜系 潤滑剤の潤滑性能を評価することができた．具体 的には，摩擦係数の計測，ダイスへの焼付き量の 計測，ダイス表面および素材表面のＥＰＭＡを行う ことで，潤滑剤性能を正確に評価した．３種類の 潤滑剤のうち，潤滑剤No.３（ステアリン酸カルシ ウム系金属石鹸Ｂ）は燐酸塩系被膜潤滑剤に匹敵 する潤滑性能を示した．

（３）簡易被膜型潤滑剤の性能に及ぼす摩擦界面温度 の影響を評価した．ダイス初期温度150℃の場合 の潤滑性能が良好であった．200℃の場合では，

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 異なるタイプの潤滑剤の実用性能評価に非常に有効で あることが示された．現在，多くの潤滑剤メーカーで 冷間鍛造用高性能潤滑剤が次々に開発されているが，

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．

性 能 試 験 を 行 っ た ． 得 ら れ た 結 論 は 下 記 の と お り で あ る．

（１）燐酸塩系被膜潤滑剤の潤滑‘性能は摩擦界面温度 の影響を強く受ける．界面温度の上昇によって摩 擦係数は低下するが300℃を越えると性能は劣化

し加工限界に至る．室温では，被加工材料の表面 積 拡 大 率 を 大 き く す る と 摩 擦 係 数 に 大 き な 差 が 認 められるようになる．一方，温度が高くなると摩 擦係数の差が減少する．しかし，表面積拡大率の 大きいＷ１７ダイスでは，温度200℃を越えると，

行程200ｍｍ以上で加工限界に至る.前加工で被膜 厚さが減少すると，続く加工では相対的に低い温

参 考 文 献

1 ） 玩 立 群 ・ 今 村 康 博 ・ 丸 茂 康 男 ・ 済 木 弘 行 ： 熊 本大学工学部研究報告，Ｖｂ､50,No.１（2001)，１．

ＥｘＰＥＲＩＭＥＮＴＡＬＣｏＮＤｍＯＮｓ：

Typeofdie：FIatsur6ace Drawingspeed：３５０ｍｍ/min MateriaIreductiOn:１２％

Lubricantw-69A --Heateddieｓ[200℃］

５５５４５３５２５５０４０３０２Ｑ１０００００

仁ｏ雲。逼半ｏゼの一。準のＣＯ

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’ 篭 ｡

本研究の一部は天田金属加工機械技術振興財団の研 究開発助成を受けて行われた．また，住友金属工業㈱，

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〃

０ １ ０ ０ ２ ０ ０ ３ ０ ０ ４ ０ ０ ５ ０ ０ ６ ０ ０ ＳｔｒＯｋｅ[mm］

Fig.２１Variationoffrictioncoefficientwithinitialdie temperaturefbrw-69Ａ

ＥＸＰＥＲｌＭＥＮＴＡＬＣ○ＮＤＩＴ'○ＮS：

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熊 本 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 ５ ０ 巻 第 １ 号 （ 平 成 １ ３ 年 － ６ ）

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２ ５ ℃ １ ５ ０ ℃ ２ ０ ０ ℃ Diesurfoce↑ｅｍｐｅｒｏ↑ure

Fig､２２Influenceofinitialdietemperatureongalling w e i g h t