JP6195525B2 - 温間・熱間塑性加工用潤滑剤の再生方法、温間・熱間塑性加工における水性潤滑剤の循環方法、及び、被加工材の温間・熱間塑性加工方法 - Google Patents
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(1)温間・熱間塑性加工にて供給された後の潤滑剤使用液は、新液(使用前の潤滑剤)と比較して組成が変化している。
(2)潤滑剤使用液においては、特に付着性を担う成分である付着性向上剤の減少が認められる。
(3)潤滑剤に含まれる付着性向上剤の分析については、NMR、IR等のスペクトル分析にて実施可能であるが、当該分析機器は高価であり、また、温間・熱間塑性加工ラインの現場における実使用には向かない。
(4)潤滑剤に含まれる付着性向上剤の含有量については、潤滑剤の動粘度を測定することにより簡易的且つ定量的に求めることができる。
(5)すなわち、潤滑剤使用液の再生時及び循環使用時に、潤滑剤使用液の動粘度を指標として、使用前後における当該動粘度の変化に基づいて付着性向上剤を適宜添加するようにすれば、原液のロスを最小限にとどめつつ定量的に潤滑剤使用液を再生することができ、潤滑剤を安定して循環使用することができる。
第1の本発明は、温間・熱間塑性加工工程にて用いられた後の潤滑剤使用液の動粘度を測定する工程と、動粘度の測定値に基づいて、潤滑剤使用液に添加する付着性向上剤の添加量を決定する工程と、決定した添加量に基づいて、潤滑剤使用液に付着性向上剤を添加する工程と、を備えることを特徴とする、温間・熱間塑性加工用潤滑剤の再生方法である。
図1に一実施形態に係る本発明の温間・熱間塑性加工用潤滑剤の再生方法(再生方法S10)を示す。図1に示すように、再生方法S10は、温間・熱間塑性加工工程にて用いられた後の潤滑剤使用液を水で希釈する工程(糖度及び/又は導電率を測定する工程)S1と、当該水で希釈した後の潤滑剤使用液の動粘度を測定する工程S2と、動粘度の測定値に基づいて、潤滑剤使用液に添加する付着性向上剤の添加量を決定する工程S3と、決定した添加量に基づいて、潤滑剤使用液に付着性向上剤を添加する工程S4とを備えている。
工程S1においては、被加工材の温間・熱間塑性加工工程にて用いられた後の潤滑剤使用液を水で希釈する。
工程S2においては、水で希釈した後の潤滑剤使用液の動粘度を測定する。
工程S3においては、工程S2において測定した潤滑剤使用液の動粘度の測定値に基づいて、潤滑剤使用液に添加する付着性向上剤の添加量を決定する。
工程S4においては、工程S3において決定した添加量に基づいて、潤滑剤使用液に付着性向上剤を添加する。これにより、潤滑剤使用液は使用前の潤滑剤と同等の性能に復元され、改めて温間・熱間塑性加工用潤滑剤として使用可能となる。
図2に一実施形態に係る本発明の温間・熱間塑性加工用潤滑剤の循環方法(循環方法S20)を示す。図2に示すように、循環方法S20においては、温間・熱間塑性加工工程にて用いられた後の潤滑剤使用液を回収する工程S11と、再生方法S10により潤滑剤使用液を潤滑剤へと再生する工程(回収された潤滑剤使用液を水で希釈する工程S1、希釈した潤滑剤使用液の動粘度を測定する工程S2、動粘度の測定値に基づいて、潤滑剤使用液に添加する付着性向上剤の添加量を決定する工程S3、及び、決定した添加量に基づいて、潤滑剤使用液に付着性向上剤を添加する工程S4、ただし工程S1は任意工程)と、再生した潤滑剤を再び温間・熱間塑性加工工程にて用いる工程S12と、が繰り返し行われる。
工程S11においては、潤滑剤を温間・熱間塑性加工工程にて供給した後、当該温間・熱間塑性加工工程にて用いられた後の潤滑剤使用液を回収する。温間・熱間塑性加工工程から潤滑剤使用液を回収する手段・方法については特に限定されるものではない。金型或いは工具から流れ落ちた潤滑剤使用液を、配管等によって誘導して回収する形態等が挙げられる。
循環方法S20において、回収した潤滑剤使用液は、上述した再生方法S10を経て潤滑剤へと再生される。再生方法S10については上述した通りであり、説明を省略する。
工程S12においては、工程S1〜S4(或いは工程S2〜S4)を経て得られる潤滑剤を再び温間・熱間塑性加工工程における潤滑剤として用いる。本発明では、潤滑剤使用液に付着性向上剤を必要分だけ添加することで、潤滑性能等を十分に復元することができ、温間・熱間塑性加工工程を問題なく行うことができる。
本発明は、上記した再生方法や循環方法の他、温間・熱間塑性加工方法としての側面も有する。すなわち、上記の再生方法により再生してなる温間・熱間塑性加工用潤滑剤を用いて被加工材を加工する、被加工材の温間・熱間塑性加工方法である。或いは、上記の循環方法により潤滑剤を循環させながら被加工材の温間・熱間塑性加工を行う、被加工材の温間・熱間塑性加工方法である。
本発明に適用可能な好ましい潤滑剤(温間・熱間塑性加工工程にて用いられる潤滑剤)について説明する。
1.1.模擬実験の内容
潤滑剤原液1の10%水希釈液(潤滑剤原液が全体の10体積%となるように水を加えてなる新液。以下、「新液1」という場合がある)について、使用前後における組成の変化を確認すべく、模擬実験を行った。潤滑剤原液1の組成(すなわち10%希釈前の組成)は、下記表1に示した通りである。尚、付着性向上剤A1としてイソブチレン−マレイン酸共重合体のナトリウム塩(分子量約10万)を、潤滑性向上剤B1としてイソフタル酸のナトリウム塩を、冷却性向上剤C1として炭酸ナトリウムを用いた。
上述の通り回収液は濃縮して回収されているため、糖度及び導電率が使用前の新液1と同等となるように水で希釈を行った。このようにして希釈した回収液(以下、「評価液1」という)の組成と、新液1の組成とを比較した。結果を以下の表2に示す。
2.1.潤滑剤の調製
(実施例1)
上記した評価液1の動粘度が新液1と同等となるまで、評価液1に付着性向上剤A1を添加し、実施例1に係る潤滑剤とした。具体的には、評価液1(100質量部)に対して、付着性向上剤A1’を1質量部添加することで、動粘度が新液と同等である潤滑剤が得られた。
尚、付着性向上剤A1’は付着性向上剤A1(15質量%)と水(85質量%)とからなる混合液である。すなわち、実施例1に係る潤滑剤は、評価液1(100質量部)に対して付着性向上剤A1を0.15質量部、水を0.85質量部添加したものに相当する。
評価液1(100質量部)に対して、潤滑剤原液1を1質量部添加し、比較例1に係る潤滑剤とした。
評価液1の動粘度が新液と同等となるまで、評価液1に潤滑剤原液1を添加し、比較例2に係る潤滑剤とした。具体的には、評価液1(100質量部)に対して、潤滑剤原液を3質量部添加することで、動粘度が新液1と同等である潤滑剤が得られた。
上記の新液1をそのまま潤滑剤として用いた。
図4に示したような模擬装置を用いて、被加工材表面への潤滑剤の付着性を評価した。具体的には、200℃に加熱した鋼板の表面に潤滑剤を同条件にてスプレー塗布し、鋼板に付着した成分の重量を測定した。重量が多いほど付着性に優れるといえる。評価結果を下記表5に示す。
図5に示したような模擬装置を用いてスパイクテストを行い、潤滑剤の潤滑性を評価した。具体的には、加熱した金型上に潤滑剤をスプレー塗布したうえで被加工材(φ25mm、高さ30mmの円柱状のS45C材、加熱温度900℃)を載置し、プレスして塑性加工を行った。成形荷重が低いほど潤滑性に優れるといえる。スパイクテストの試験条件の詳細を下記表3に、潤滑剤のスプレー塗布の条件を下記表4に、評価結果を下記表5に示す。
一方、評価液に実施例1における付着性向上剤の添加量と同量の原液を添加した比較例1に係る潤滑剤は、新液と比較して動粘度が十分に復元されず、付着性能及び潤滑性能ともに、新液よりも劣る結果となった。
また、評価液の動粘度が新液と同等となるまで評価液に原液を添加した比較例2に係る潤滑剤は、新液と同等の付着性能、潤滑性能を示したが、糖度や導電率が著しく上昇しており、付着性に関与しない潤滑成分を不要に添加する結果となり、原液のロスが多かった。
付着性向上剤A1以外の付着性向上剤、潤滑性向上剤B1以外の潤滑性向上剤、或いは、冷却性向上剤C1以外の冷却性向上剤を用いた場合について、上記と同様の手法にて試験を行った。
各潤滑剤原液の組成(すなわち10%希釈前の組成)は、下記表6〜9に示した通りである。尚、付着性向上剤A2としてアクリル酸−マレイン酸共重合体のナトリウム塩(分子量約7万)を、付着性向上剤A3としてヒドロキシエチルセルロース(分子量約9万)を、付着性向上剤A4として付着性向上剤A1と同じものを、付着性向上剤A5としてイソブチレン−マレイン酸共重合物のカリウム塩(分子量約10万)を、潤滑性向上剤B2としてアジピン酸のナトリウム塩を、潤滑性向上剤B3としてイソフタル酸のカリウム塩を、冷却性向上剤C2として炭酸カリウムを用いた。
(実施例2)
上記した評価液2の動粘度が新液2と同等となるまで、評価液2に付着性向上剤A2を添加し、実施例2に係る潤滑剤とした。具体的には、評価液2(100質量部)に対して、付着性向上剤A2’を1質量部添加することで、動粘度が新液と同等である潤滑剤が得られた。
尚、付着性向上剤A2’は付着性向上剤A2(15質量%)と水(85質量%)とからなる混合液である。すなわち、実施例2に係る潤滑剤は、評価液2(100質量部)に対して付着性向上剤A2を0.15質量部、水を0.85質量部添加したものに相当する。
上記した評価液3の動粘度が新液3と同等となるまで、評価液3に付着性向上剤A3を添加し、実施例3に係る潤滑剤とした。具体的には、評価液3(100質量部)に対して、付着性向上剤A3’を1質量部添加することで、動粘度が新液と同等である潤滑剤が得られた。
尚、付着性向上剤A3’は付着性向上剤A3(15質量%)と水(85質量%)とからなる混合液である。すなわち、実施例3に係る潤滑剤は、評価液3(100質量部)に対して付着性向上剤A3を0.15質量部、水を0.85質量部添加したものに相当する。
上記した評価液4の動粘度が新液4と同等となるまで、評価液4に付着性向上剤A4(付着性向上剤A1)を添加し、実施例4に係る潤滑剤とした。具体的には、評価液4(100質量部)に対して、付着性向上剤A4’を1質量部添加することで、動粘度が新液と同等である潤滑剤が得られた。
尚、付着性向上剤A4’としては付着性向上剤A1’と同様のものを用いた。すなわち、実施例4に係る潤滑剤は、評価液4(100質量部)に対して付着性向上剤A1を0.15質量部、水を0.85質量部添加したものに相当する。
上記した評価液5の動粘度が新液5と同等となるまで、評価液5に付着性向上剤A5を添加し、実施例5に係る潤滑剤とした。具体的には、評価液5(100質量部)に対して、付着性向上剤A5’を1質量部添加することで、動粘度が新液と同等である潤滑剤が得られた。
尚、付着性向上剤A5’は付着性向上剤A5(15質量%)と水(85質量%)とからなる混合液である。すなわち、実施例5に係る潤滑剤は、評価液5(100質量部)に対して付着性向上剤A5を0.15質量部、水0.85質量部添加したものに相当する。
評価液2(100質量部)に対して、潤滑剤原液2を1質量部添加し、比較例3に係る潤滑剤とした。
評価液2の動粘度が新液2と同等となるまで、評価液2に潤滑剤原液2を添加し、比較例4に係る潤滑剤とした。具体的には、評価液2(100質量部)に対して、潤滑剤原液を3質量部添加することで、動粘度が新液2と同等である潤滑剤が得られた。
評価液3(100質量部)に対して、潤滑剤原液3を1質量部添加し、比較例5に係る潤滑剤とした。
評価液3の動粘度が新液3と同等となるまで、評価液3に潤滑剤原液3を添加し、比較例6に係る潤滑剤とした。具体的には、評価液3(100質量部)に対して、潤滑剤原液3を3質量部添加することで、動粘度が新液3と同等である潤滑剤が得られた。
評価液4(100質量部)に対して、潤滑剤原液4を1質量部添加し、比較例7に係る潤滑剤とした。
評価液4の動粘度が新液4と同等となるまで、評価液4に潤滑剤原液4を添加し、比較例8に係る潤滑剤とした。具体的には、評価液4(100質量部)に対して、潤滑剤原液4を3質量部添加することで、動粘度が新液4と同等である潤滑剤が得られた。
評価液5(100質量部)に対して、潤滑剤原液5を1質量部添加し、比較例9に係る潤滑剤とした。
評価液5の動粘度が新液5と同等となるまで、評価液5に潤滑剤原液5を添加し、比較例10に係る潤滑剤とした。具体的には、評価液5(100質量部)に対して、潤滑剤原液5を3質量部添加することで、動粘度が新液5と同等である潤滑剤が得られた。
上記の新液2をそのまま潤滑剤として用いた。
上記の新液3をそのまま潤滑剤として用いた。
上記の新液4をそのまま潤滑剤として用いた。
上記の新液5をそのまま潤滑剤として用いた。
図4に示したような模擬装置を用いて、被加工材表面への潤滑剤の付着性を評価した。具体的には、200℃に加熱した鋼板の表面に潤滑剤を同条件にてスプレー塗布し、鋼板に付着した成分の重量を測定した。重量が多いほど付着性に優れるといえる。評価結果を下記表10〜13に示す。
図5に示したような模擬装置を用いてスパイクテストを行い、潤滑剤の潤滑性を評価した。具体的には、加熱した金型上に潤滑剤をスプレー塗布したうえで被加工材(φ25mm、高さ30mmの円柱状のS45C材、加熱温度900℃)を載置し、プレスして塑性加工を行った。試験条件やスプレー条件については上述した通りである。成形荷重が低いほど潤滑性に優れるといえる。評価結果を下記表10〜13に示す。
一方、評価液に、実施例2〜5における付着性向上剤の添加量と同量の原液を添加した比較例3、5、7及び9に係る潤滑剤は、新液と比較して動粘度が十分に復元されず、付着性能及び潤滑性能ともに、新液よりも劣る結果となった。
また、評価液の動粘度が新液と同等となるまで評価液に原液を添加した比較例4、6、8及び10に係る潤滑剤は、新液と同等の付着性能、潤滑性能を示したが、糖度や導電率が著しく上昇しており、付着性に関与しない潤滑成分を不要に添加する結果となり、原液のロスが多かった。
上記実験では900℃における潤滑性を評価したが、それよりも低温或いは高温の条件においても、所望の効果が奏されることを確認すべく、さらに試験を行った。具体的には、実施例1、比較例1、2及び参考例1に係る潤滑剤を用いて、700℃における潤滑性評価、1100℃における潤滑性評価を行った。結果を以下の表14に示す。
温間・熱間塑性加工の条件によって潤滑剤使用液の濃縮の度合い等が異なり、再生時に添加すべき付着性向上剤の最適添加量も自ずと異なる。本発明では、動粘度を指標として付着性向上剤を添加すればよく、付着性向上剤の添加量については新液と使用液との相対的な関係によって特定されるものである。
また、付着性向上剤の添加方法については、上記の実施例にて示したような「水とともに添加する形態」の他、固体の付着性向上剤をそのまま直接、潤滑剤使用液に添加する形態であってもよい。
潤滑剤使用液に付着性向上剤を添加する場合に動粘度を指標とすることの重要性を示す。
付着性向上剤A1’の添加量を変化させたこと以外は実施例1と同様にして参考例6、7に係る潤滑剤を得て、実施例1と同様の条件にて付着性や潤滑性を評価した。結果を以下の表15に示す。
参考例6については、新液と比較して、付着性、潤滑性ともに悪化した。
一方、参考例7においては、潤滑剤の潤滑性能自体は良好な結果となったものの、付着性向上剤を過剰に添加したことによるコスト増大(付着性向上剤のロス)が懸念されるほか、付着量が過剰に増大することによって生じる製品の劣化(付着性向上剤の製品への残留)、金型の型堀部分へ成分が過剰に付着することによりその過剰付着成分による製品への転写傷等も懸念される。
すなわち、付着性向上剤を添加することで潤滑剤使用液の付着性及び潤滑性の向上(潤滑剤としての性能の復元)がある程度可能と言えるが、その添加量が不足すると性能は十分に復元せず、一方、その添加量が過剰となると、潤滑性能の復元自体は可能であるものの新たな問題が発生する。そのため、本発明のように動粘度を指標とすることで、はじめて、付着性向上剤を過不足なく添加でき、再生時の原液のロスが少なく、且つ、潤滑剤使用液を定量的に再生することができることが分かる。
Claims (7)
- 温間・熱間塑性加工工程にて用いられた後の潤滑剤使用液の動粘度を測定する工程と、
前記動粘度の測定値に基づいて、前記潤滑剤使用液に添加する付着性向上剤の添加量を決定する工程と、
決定した前記添加量に基づいて、前記潤滑剤使用液に付着性向上剤を添加する工程と、
を備えることを特徴とする、温間・熱間塑性加工用潤滑剤の再生方法。 - 前記潤滑剤使用液の糖度及び/又は導電率を指標として、該潤滑剤使用液を水で希釈する工程をさらに備える、請求項1に記載の方法。
- 前記付着性向上剤が、イソブチレン−マレイン酸共重合体のアルカリ金属塩、ポリアクリル酸のアルカリ金属塩;アクリル酸−マレイン酸共重合物のアルカリ金属塩;ヒドロキシエチルセルロース;カルボキシメチルセルロース及びそのアルカリ金属塩からなる群から選ばれる1種以上である、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記温間・熱間塑性加工にて用いられる潤滑剤には、前記付着性向上剤に加えて、イソフタル酸のナトリウム塩若しくはカリウム塩、及び、アジピン酸のナトリウム塩若しくはカリウム塩から選ばれるいずれか1種以上が含有されている、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
- 温間・熱間塑性加工工程にて用いられた後の潤滑剤使用液を回収する工程と、
請求項1〜4のいずれかに記載の方法により、前記潤滑剤使用液を潤滑剤へと再生する工程と、
再生した潤滑剤を再び温間・熱間塑性加工工程にて用いる工程と、
を繰り返すことを特徴とする、温間・熱間塑性加工工程における潤滑剤の循環方法。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の再生方法により再生してなる温間・熱間塑性加工用潤滑剤を用いて被加工材を加工する、被加工材の温間・熱間塑性加工方法。
- 請求項5に記載の循環方法により潤滑剤を循環させながら被加工材の温間・熱間塑性加工を行う、被加工材の温間・熱間塑性加工方法。
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