JP3227721B2 - 鍛造用潤滑剤の性能を評価する方法および装置 - Google Patents

鍛造用潤滑剤の性能を評価する方法および装置

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、金属とくに鋼の鍛造に
使用する潤滑剤の性能を評価する方法と、その評価の実
施に使用する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】鋼などの金属を熱間、温間または冷間で
鍛造して加工するに当り、さまざまな潤滑剤が使用され
ている。 それぞれの場合に最適な潤滑剤を決定するた
めの、潤滑性能の評価方法が種々案出されており、それ
らの中で、リング圧縮試験法、前方押出し法、後方押出
し法などが、実際の鍛造に近い条件で評価できるとし
て、広く行なわれている。 リング圧縮試験法は、材料
と金型の間にある潤滑剤の性能を絶対値で評価できるこ
とが長所であるが、潤滑面上の表面積の拡大比(鍛造に
より生じた新生面を加えた表面積の、旧表面積に対する
比)が高々3程度であり、実用加工における表面積拡大
比が10に及ぶ後方押出などの鍛造に関しては、適切な
評価方法といえない。
【0003】前方押出し法は、前方押出し時の荷重の大
小と成形後の素材表面の損傷の程度によって判断する方
法で、後者については定性的な評価しかできないという
不満がある。
【0004】後方押出し法は、それ自体が試験法という
よりも成形方法の一種であり、この方法で成形する場合
の潤滑剤を評価するには、最適の試験方法ということが
できる。 しかし逆に、信頼できる結果を得ようとする
と実際の加工に使用する工具を使用すべきことになっ
て、工具製作の費用がかさむことや繰り返し試験におけ
る再現性という点で、採用しやすい評価方法とはいえな
い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、鍛造
に用いる潤滑剤の評価技術を高め、繰り返し試験が容易
であって再現性が高く、表面積拡大比を実用条件に近く
とることができ、かつ潤滑剤性能を定量的に評価できる
技術を確立することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の金属の鍛造に使
用する潤滑剤の性能を評価する方法は、図1および図2
に示すように、水平面に対して小さく傾斜した上方ロー
ト部分と大きく傾斜した下方ロート部分とがアールをつ
けた移行部分により接続されたロート状の内面形状を有
するダイに円柱状の金属片をのせ、潤滑剤の適用下に荷
重をかけてこの金属片をダイに押し込んで成形すること
によりダイ形状に従うスパイクを形成したのち、成形さ
れた金属片を押し込み方向と逆の方向から突き出す操作
を行ない、一定の押込量を達成するのに要した荷重、形
成されたスパイクの高さおよび突き出しに要する荷重と
の値にもとづいて潤滑剤の性能を決定することからな
る。
【0007】本発明の鍛造用潤滑剤の性能を評価する装
置は、ロート状の内面形状をもつダイ(1)、このダイ
に金属片(7A)を押し込んでスパイク(71)を形成
させる押込ヘッド(2)、および形成されたスパイクを
有する成形品(7B)をスパイク先端から突き出すエジ
ェクターピン(3)を圧縮試験機の機構に組み込んでな
り、ダイの内面形状は水平面に対して小さく傾斜した上
方ロート部分(11)と大きく傾斜した下方ロート部分
(12)とがアールをつけた移行部分(13)により接
続された形状であり、押込ヘッド(2)は金属片に接す
る表面に同心円状の溝を多数設けてあり、押込ヘッドの
加工荷重を測定するロードセル(4)に加えて、エジェ
クターピンの突出荷重を測定するロードセル(5)をそ
なえた装置である。
【0008】図2にみるダイの形状において、水平面に
対して小さく傾斜したロート部分の傾きを角θ2で、大
きく傾斜したロート部分の傾斜を垂直面に対する傾きの
角θ1で、また移行部分のアールの値をRであらわす
と、それぞれ下記の範囲が好適である。 θ2=1〜15°、とくに10° θ1=1〜5°、と
くに3° R=0.5〜10mm
【0009】
【作用】図3の上部に示すように本発明に従って押込試
験を行なったとき、潤滑剤(8)が有効に作用すると、
金属片(7A)はダイ(1)のロート状の面を小さい摩
擦で滑りながら変形して行くから、同図左下にみるよう
に高いスパイク(71)が形成され、潤滑剤があまり働
かないと、同図右下にみるように、金属片は単に押し潰
されて横方向にはみ出した形になり、スパイク(71)
の高さは相対的に低い。 従って、潤滑性能は形成され
たスパイクの高さによっても評価できる。次に、エジェ
クターで突き出すときに要する荷重がどうであるかもま
た、潤滑剤の性能のひとつである。
【0010】ダイの形状が上記の原理による潤滑性能の
評価にとって重要であること、容易に理解されるとおり
であって、とくに前記の角度θ1は、スパイクの成長の
あり方を規定するものであるから、適切に定めなければ
ならない。 その点については、後に実施例に関して述
べる。
【0011】なお、押込ヘッド表面の同心円状の溝は、
金属片の横方向への拡がりを防ぎ、スパイクの形成を助
長するのに役立つのであって、そのこともまた、容易に
理解されるとおりである。
【0012】
【実施例】上述したダイ形状とくにθ1の決定に関し
て、つぎの条件の実験を数値解析により行なった。
【0013】θ1=1°,3°,5°、θ2=10°(一
定)、R=5mm 剪断摩擦係数=0.0,0.15,0.30,0.6
0,0.90 被加工金属:SUS304およびDSK2U(大同特殊
鋼の鋼種記号で、AISIのSUSXM7に相当する冷
間塑性加工用ステンレス鋼) 試験片:径25mm×高さ30mm 押込み量:金型ギャップ(Lg)3.4mmまで 数値解析のためのデータとして、上記2種の金属につい
て、温度200℃および400℃において行なった圧縮
試験の応力ー歪み曲線のデータを使用した。
【0014】得られたスパイク高さ(Hs)と押込荷重
との関係を、各剪断摩擦係数においてプロットすると図
4のとおりである。 この結果から、剪断摩擦係数の大
小がよくスパイク高さの変化に反映して潤滑性能の評価
に好都合であるダイ形状としてはθ2=3°が最適であ
るとの結論に至った。
【0015】そこで、θ2=3°のダイを製作して、図
1に示した試験装置を組み立てた。被加工金属として上
記のDSK2Uを用い、径25mm×高さ30mmの試験片
に加工した。 それらの下面に、表1の潤滑被膜を塗布
して乾燥し、または塗布せず、表2の補助潤滑油と組み
合わせ使用した。
【0016】 表1 潤滑被膜 成 分 A MoS2(粉末のアルコール分散ぺースト) B K2SO4(水溶液) 押込試験は、表3に示した潤滑被膜−補助潤滑剤の組
み合わせで、試験片温度200℃,400℃および50
0℃において行なった。 金型ギャップLgは、2.7
3mmである。
【0017】 表3 潤滑被膜 補助潤滑剤 No. な し な し II III 1 ○ ○ 2 ○ ○ 3 ○ ○ 4 ○ ○ 5 ○ ○ 6 ○ ○ 7 ○ ○ 8 ○ ○ 400℃における押込荷重とスパイク高さの関係を図5
に、押込荷重とエジェクター荷重との関係を図6にそれ
ぞれ示す。 この結果から、DSK2Uの温間の鍛造に
はMoS2系の潤滑剤が適切であり、補助潤滑剤なしに
単独で使用するのがよいと結論された。 低い荷重でも
高いスパイクが形成できることから、材料と鍛造金型の
間の加工時の滑りがよく、またエジェクター荷重が低い
ことから、成形後の金型と成形品の間の焼付きがなく残
存被膜量が多いことがわかるからである。
【0018】実際、DSK2Uの後方押出し成形にこの
潤滑剤を使用したところ、他の潤滑剤を使用したときよ
り外観の美しい成形品が得られた。
【0019】[比較例]前記No.1〜8の各組み合わせ
について、リング圧縮試験法(据込み率55%)による
潤滑剤性能の試験を行なったところ、図7に示す結果を
得た。 図のデータによれば、本発明の試験法と実用化
工において好成績をおさめたNo.7が剪断摩擦係数が高
く、他の潤滑剤に対して優位にあるという評価が与えら
れないことになる。
【0020】
【発明の効果】本発明の潤滑剤性能評価方法によれば、
実用的な加工条件に近い条件の下に鍛造を行なって性能
を評価できるから、従来の諸方法より適確な結論が出せ
る。使用する装置は、とりたてて構造が複雑になるわけ
でなく、工具も1種類で広範囲の金属や潤滑剤に共通に
使用できるから、コストが嵩むことはない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の鍛造用潤滑剤の性能評価装置につい
て、主要部の構成を示す縦断面図。
【図2】 図1の装置の、ダイの部分の詳細を示す縦断
面図。
【図3】 図1の装置を用いて鍛造(押込成形)を行な
ったときの金属片の、剪断摩擦係数の差によるスパイク
形成の状況を示す断面図。
【図4】 ダイ形状決定のために行なった数値解析によ
る、スパイク高さと押込荷重の関係をプロットしたグラ
フ。
【図5】 本発明の実施例のデータであって、スパイク
高さと押込荷重の関係を示すグラフ。
【図6】 やはり実施例のデータであって、突出荷重と
押込荷重の関係を示すグラフ。
【図7】 比較例のデータであって、リング圧縮試験法
により様々な潤滑剤を評価したときの、剪断摩擦係数と
温度の関係を示すグラフ。
【符号の説明】
1 ダイ 11 上方ロート部分 12 下方ロート部分 13
移行部 2 押込ヘッド 3 エジェクターピン 4 ロードセル(押込荷重測定用) 5 ロードセル(突出荷重測定用) 7A 金属試験片 7B 成形品 71 スパイク 8 潤滑剤 Lg 金型ギャップ Hs スパイク高さ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B21J 3/00,13/02 G01N 3/40

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属の鍛造に使用する潤滑剤の性能を評
    価する方法であって、水平面に対して小さく傾斜した上
    方ロート部分と大きく傾斜した下方ロート部分とがアー
    ルをつけた移行部分により接続されたロート状の内面形
    状を有するダイに円柱状の金属片をのせ、潤滑剤の適用
    下に荷重をかけてこの金属片をダイに押し込んで成形す
    ることによりダイ形状に従うスパイクを形成したのち、
    成形された金属片を押し込み方向と逆の方向から突き出
    す操作を行ない、一定の押込量を達成するのに要した荷
    重、形成されたスパイクの高さおよび突き出しに要する
    荷重との値にもとづいて潤滑剤の性能を決定することか
    らなる方法。
  2. 【請求項2】 金属の鍛造に使用する潤滑剤の性能を評
    価する装置であって、ロート状の内面形状をもつダイ
    (1)、このダイに金属片(7A)を押し込んでスパイ
    ク(71)を形成させる押込ヘッド(2)、および形成
    されたスパイクを有する成形品(7B)をスパイク先端
    から突き出すエジェクターピン(3)を圧縮試験機の機
    構に組み込んでなり、ダイの内面形状は水平面に対して
    小さく傾斜した上方ロート部分(11)と大きく傾斜し
    た下方ロート部分(12)とがアールをつけた移行部分
    (13)により接続された形状であり、押込ヘッドは金
    属片に接する表面に同心円状の溝を多数設けてあり、押
    込ヘッドの加工荷重を測定するロードセル(4)に加え
    て、エジェクターピンの突出荷重を測定するロードセル
    (5)をそなえた装置。
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