アルミニウム合金板温間成形用潤滑油及びアルミニウム合金板温間成形方法
【課題】粉末物質を含有せずに１５０℃以上の温度にて使用可能なアルミニウム合金板の温間成形性用の潤滑油を提供する。
【解決手段】炭素数８〜１２の１−アルケンの重合体であるポリアルファオレフィンの配合割合が脂肪酸ポリオールエステル１００重量部に対して２０〜７０重量部であり、４０℃における動粘度が１０〜１０００ｍｍ2/sであり、流動点が２０℃以下である潤滑油。脂肪酸ポリオールエステル及びポリアルファオレフィンの４０℃における動粘度が、それぞれ、５〜３００ｍｍ2/s及び３０〜１３０００ｍｍ2/sであることが好ましい。該潤滑油をアルミニウム合金板の表面と裏面の一方又は双方に塗布し、ダイスとしわ押さえ金型の一方又は双方を１５０〜３００℃に加熱し、前記アルミニウム合金板を前記ダイス及びしわ押さえ金型で挟持し、ポンチ、あるいは水冷したポンチを押し込む温間成形方法。
【解決手段】炭素数８〜１２の１−アルケンの重合体であるポリアルファオレフィンの配合割合が脂肪酸ポリオールエステル１００重量部に対して２０〜７０重量部であり、４０℃における動粘度が１０〜１０００ｍｍ2/sであり、流動点が２０℃以下である潤滑油。脂肪酸ポリオールエステル及びポリアルファオレフィンの４０℃における動粘度が、それぞれ、５〜３００ｍｍ2/s及び３０〜１３０００ｍｍ2/sであることが好ましい。該潤滑油をアルミニウム合金板の表面と裏面の一方又は双方に塗布し、ダイスとしわ押さえ金型の一方又は双方を１５０〜３００℃に加熱し、前記アルミニウム合金板を前記ダイス及びしわ押さえ金型で挟持し、ポンチ、あるいは水冷したポンチを押し込む温間成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金板の温間成形方法及び温間成形されるアルミニウム合金板に塗布される温間成形用潤滑油に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の自動車軽量化の対策として、鋼板よりも比強度の高いアルミニウム合金板の使用が検討され、実用化が進められている。しかし、アルミニウム合金板の成形性は鋼板に比べて劣るため、適用が可能な部品が限定され、また、部品の形状により成形の困難さを緩和していることもある。
【０００３】
そのため、従来より、アルミニウム合金板の成形性を改善するため様々な特殊成形方法の適用が検討されている。温間成形、即ち、ダイス及びしわ押さえの金型温度を１５０〜３００℃に加熱し、ポンチを冷却するプレス成形方法もその一例である（例えば、非特許文献１）。この成形方法では鋼板並みの成形性の確保が期待できるため、検討は進められているものの、未だ実用化には至っていない。
【０００４】
温間成形の実用化に対する大きな障害の一つが潤滑剤である。通常の冷間でのプレス成形に使用される潤滑油の使用温度の上限は、１５０℃程度であり、２００℃以上、更には２５０〜３００℃での温間成形への適用は困難である。これは、温度の上昇による潤滑油の粘度の低下や、揮発、発煙などが問題になるためである。
【０００５】
そのため、従来、温間成形には、固体潤滑剤、例えば、二硫化モリブデン、黒鉛粉末、窒化ホウ素粉末、四弗化エチレン樹脂、雲母などを利用した、水系又は油系の潤滑剤が使用されていた。更に、温間成形の温度域での潤滑性を向上させるため、飽和脂肪酸の石鹸の水溶液や、これに二硫化モリブデンなどを加えた潤滑剤が提案されている（例えば、特許文献１、２）。
【０００６】
しかし、これらの固体潤滑剤は、温間成形前の塗布（及び乾燥）や、温間成形後の洗浄に時間を要するため、生産性が低い。
【０００７】
一方、温間成形用潤滑油として脂肪酸ポリオールエステルを主成分とする潤滑油が提案されている（例えば、特許文献３）。しかしながら、この潤滑油を二硫化モリブデン等の固体潤滑剤と比較すると、なお成形性が劣り、アルミニウム合金板の温間成形用潤滑油としては十分でない。
【０００８】
【非特許文献１】阿部佑二、吉田正勝、「５１８２アルミニウム合金板材のダブルシンク形温間成形」、軽金属、１９９４年、軽金属学会発行、第４４巻、第４号、ｐ．２４０−２４５
【特許文献１】特開平７−６２３７９号公報
【特許文献２】特開平８−７３８８３号公報
【特許文献３】特開２００４−３２３５６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記のような実状に鑑みてなされたものであり、アルミニウム合金板の温間成形に好適な、耐熱性に優れた温間成形用潤滑油及びそれを使用するアルミニウム合金板温間成形方法、更には、温間成形性に優れたアルミニウム合金板の提供を課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、熱安定性が高く、動粘度が温度の影響を受けにくい、即ち温度粘度指数が高いポリアルファオレフィンを用いることで高温時の油膜厚を確保し、更に、油膜厚みが十分でないような境界潤滑領域での摩擦係数が低い脂肪酸ポリオールエステルと併用することでニ硫化モリブデンと同等の潤滑性が得られるという知見に基づいてなされたものであり、その要旨は以下の通りである。
（１） 炭素数８〜１２の１−アルケンの重合体であるポリアルファオレフィンの配合割合が脂肪酸ポリオールエステル１００重量部に対して２０〜７０重量部であり、４０℃における動粘度が１０〜１０００ｍｍ2/sであり、流動点が２０℃以下であることを特徴とするアルミニウム合金板温間成形用潤滑油。
（２） 前記４０℃における動粘度が５０〜３００ｍｍ2/sであることを特徴とする上記（１）記載のアルミニウム合金板温間成形用潤滑油。
（３） ４０℃における脂肪酸ポリオールエステルの動粘度が５〜３００ｍｍ2/sであり、４０℃におけるポリアルファオレフィンの動粘度が３０〜１３０００ｍｍ2/sであることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載のアルミニウム合金板温間成形用潤滑油。
（４） 前記４０℃における脂肪酸ポリオールエステルの動粘度が２０〜３００ｍｍ2/sであり、前記４０℃におけるポリアルファオレフィンの動粘度が３００〜３５００ｍｍ2/sであることを特徴とする上記（３）に記載のアルミニウム合金板温間成形用潤滑油。
（５） 上記（１）〜（４）の何れかに記載の温間成形用潤滑油をアルミニウム合金板の表面と裏面の一方又は双方に塗布し、ダイスとしわ押さえ金型の一方又は双方を１５０〜３００℃に加熱し、前記アルミニウム合金板を前記ダイス及びしわ押さえ金型で挟持し、ポンチを押し込むことを特徴とするアルミニウム合金板温間成形方法。
（６） ポンチを水冷することを特徴とする上記（５）に記載のアルミニウム合金板温間成形方法。
（７） アルミニウム合金板の、ダイスとしわ押さえ金型に接する部分とポンチに接する部分の温度差を５０〜３００℃とすることを特徴とする上記（５）又は（６）に記載のアルミニウム合金板温間成形方法。
（８） アルミニウム合金板が、質量％で、Ｍｇ：２．０〜８．０％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなることを特徴とする上記（５）〜（７）の何れか１項に記載のアルミニウム合金板温間成形方法。
（９） アルミニウム合金板が、さらに、質量％で、Ｆｅ：０．５％以下、Ｓｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．３％以下、Ｚｎ：０．３％以下、Ｔｉ：０．３％以下、Ｂ：０．１％以下の１種又は２種以上を含有することを特徴とする上記（８）に記載のアルミニウム合金板温間成形方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、金型の発錆及び作動不良の懸念がなく、生産性に優れたアルミニウム合金板の温間成形技術が構築され、難成形部品へのアルミニウム合金板の適用が可能となり、自動車などの輸送機器への適用により車体の軽量化が達成されるなど、産業上の貢献が極めて顕著である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
温間成形は、図１に示したように、高温のダイス４及びしわ押さえ金型２でアルミニウム合金板３のフランジ部分を加熱し、ポンチ１を低温のままとする成形方法である。この成形方法は、金型の温度差によって材料間に温度差を生じさせ、この温度差による材料内の強度差を利用し、高い成形性を得るものである。即ち、ダイス４としわ押さえ２に接する材料のフランジ部分は高温になるために変形し易くなり、深絞りの流入抵抗が低下する。一方、ポンチに接する材料部分はフランジ部分よりも低温であるためその強度は高温部のそれよりも高く、これにより流入力が高くなる。そのため、温間成形では、高い成形性が得られる。しかし、温間成形により、高い成形性を得るには、潤滑油の性能も重要である。
【００１３】
本発明の潤滑油は、従来の冷間プレス成形用の潤滑油と同等の作業性を有し、温間成形用の固体潤滑剤と同等の潤滑性能を有する、アルミニウム合金板温間成形用潤滑油（以下、本発明の潤滑油ともいう。）及びそれを用いたアルミニウム合金板温間成形方法（以下、本発明の成形方法ともいう。）である。本発明の潤滑油は、塗布及び洗浄に要する時間が冷間プレス成形と同等であるため、本発明の成形方法は生産性に優れる。
【００１４】
本発明の潤滑油は、熱安定性が高く、温度粘度指数が高いポリアルファオレフィンを用いることで高温時の油膜厚を確保し、更に境界潤滑領域での摩擦係数が低い脂肪酸ポリオールエステルと併用することでニ硫化モリブデンと同等の潤滑性を有する。具体的には、ダイス及びしわ押さえ金型の温度である１５０℃以上での十分な油膜厚と流動性が確保されるため、高絞り比であっても二硫化モリブデンと同等の成形性能が得られる。
【００１５】
本発明の潤滑油は、１５０〜３００℃に加熱される前にアルミニウム合金板の表面と裏面の一方又は双方に塗布しても良く、加熱後に塗布しても良い。加熱前後の潤滑油の塗布は、一般的な方法、例えば、静電塗布、ロールコーター塗布、吹き付け塗布、浸漬、捌け塗りなどによって行うことが可能である。
【００１６】
温間プレスにより成形した部品を自動車などの輸送機器に適用する場合、成形後に塗装などの処理を行う場合が多い。そのため、塗装などの表面処理を行う前には、成形品を脱脂して、十分な水濡れ性を確保する必要がある。本発明の潤滑油は、固体潤滑剤とは異なり、一般的な脱脂方法、例えば溶剤洗浄、酸洗、湯洗、アルカリ脱脂などの方法で脱脂することにより十分な水濡れ性を確保することができる。
【００１７】
本発明者らの検討によれば、本発明の潤滑油をアルミニウム合金板に塗布して温間成形した場合も、１５０〜３００℃に加熱した金型に塗布しても、蒸発、焦げ付き、自然発火することはなく、潤滑油として十分な粘性を有した形態を維持していた。即ち、本発明の潤滑油は、従来の二硫化モリブデン等と同等に温間成形用の潤滑剤として使用可能である。なお、従来、汎用プレス油、即ち冷間プレスにて使用されているプレス油は、この温度範囲では、自然発火や焦げ付きを生じ、成形に必要な潤滑性が得られず、温間成形への使用は不可能であった。
【００１８】
以下、本発明の潤滑油及び成形方法について詳細に説明する。
【００１９】
本発明の潤滑油は、ポリアルファオレフィンと脂肪酸ポリオールエステルとを含み、アルミニウム合金板の温間成形に用いられる。
【００２０】
ポリアルファオレフィンは、炭素数８〜１２の１−アルケンの重合体であり、熱安定性が高く、温度粘度指数が高い性質を有している。このために、炭素数８〜１２の１−アルケンの重合体であるポリアルファオレフィンは、４０℃における動粘度が同程度であっても、１００℃での動粘度が高くなり、温間成形において、高温での十分な油膜厚みを確保することができる。１−アルケンの炭素数が８未満では、十分に高い温度粘度指数が得られないことがある。一方、その炭素数が１２を超えると、重合度が適当でないポリアルファオレフィンとなり、温度粘度指数が低下することがある。したがって、ポリアルファオレフィンにおける１−アルケンの炭素数は、８〜１２であり、好ましくは９〜１１である。
なお、ポリアルファオレフィンは、炭素数８〜１２の１−アルケンの水素添加された重合体であることが好ましい。これにより、二重結合を減少させることができるため、熱安定性が更に向上する。
【００２１】
ポリアルファオレフィンは、１種の１−アルケンからなるホモポリマーであってもよく、２種以上の１−アルケンからなるコポリマーであってもよい。また、コポリマーの場合、その重合形式で分類して、ランダムコポリマー、交互コポリマー、ブロックコポリマーの何れであってもよい。ポリアルファオレフィンは、１種又は２種以上から構成されていてもよい。
【００２２】
脂肪酸ポリオールエステルは、天然油脂と合成エステルの総称であり、境界潤滑領域における摩擦係数が低く、温間成形性を高める成分である。脂肪酸ポリオールエステルは、脂肪酸と多価アルコールとのエステルであり、たとえば、天然油脂や、脂肪酸と多価アルコールとの反応等で得られる合成エステル等が挙げられる。天然油脂としては、パーム油、ヤシ油、ヒマシ油、豚脂、及び牛脂等が挙げられる。
【００２３】
合成エステルにおける脂肪酸としては、たとえば、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、イソステアリン酸、アラキン酸、ベヘン酸等の炭素数８〜２２の飽和脂肪酸；カプロレイン酸、リンデル酸、ミリストレイン酸、パルミトレイン酸、オレイン酸、カドレイン酸、エルカ酸等の炭素数８〜２２の不飽和脂肪酸等を挙げることができる。熱安定性を考慮すれば、飽和脂肪酸が望ましいが、直鎖飽和脂肪酸では流動点が高くなりすぎることがあるため、飽和分岐脂肪酸や不飽和脂肪酸を単独で用いたり、併用したりすることがある。また、脂肪酸ポリオールエステルでは、脂肪酸の一部として、コハク酸やアジピン酸等のジカルボン酸や、ダイマー酸、トリマー酸、ヒドロキシステアリン酸、リシノレイン酸等を用いて、その分子量を大きくしてもよい。
【００２４】
合成エステルにおける多価アルコールとしては、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、グリセリン、ポリグリセリン、エチレングリコール、プロピレングリコール、ソルビタン等が挙げられる。
【００２５】
合成エステルは、脂肪酸と多価アルコールとのエステル生成物であり、そのエステル化率について特に限定はなく、多価アルコールのすべての水酸基がエステル化されたフルエステルでもよく、多価アルコールの一部がエステル化された部分エステルでもよい。脂肪酸ポリオールエステルは、１種又は２種以上から構成されていてもよい。
【００２６】
本発明の温間成形用潤滑油に含まれるポリアルファオレフィンの配合割合は、脂肪酸ポリオールエステル１００重量部に対して２０〜７０重量部であり、２０重量部未満の場合、７０重量部超の場合には、十分な温間成形性が得られないことがある。ポリアルファオレフィンの配合割合の好ましい範囲は３０〜６０重量部、更に好ましくは４０〜５０重量部である。
【００２７】
本発明の温間成形用潤滑油の４０℃における動粘度は、１０ｍｍ2/s未満の場合は、温間成形性が十分でないことがある。一方、その動粘度が１０００ｍｍ2/sを超える場合は、温間成形後において、一般的な脱脂方法での温間成形用潤滑油の脱脂が困難になることがある。したがって、温間成形用潤滑油の動粘度は１０〜１０００ｍｍ2/s（４０℃）とする。なお、本発明において、動粘度はＪＩＳ Ｋ ２２８３にしたがって測定される。温間成形用潤滑油の動粘度の好ましい範囲は３０〜６００ｍｍ2/s（４０℃）、より好ましい範囲は５０〜３００ｍｍ2/s（４０℃）、更に好ましくは１００〜２５０ｍｍ2/s（４０℃）、最適範囲は１３０〜２３０ｍｍ2/s（４０℃）である。
【００２８】
本発明の温間成形用潤滑油の流動点は、２０℃超であると、一般的な方法によるアルミニウム板への塗布が困難になることがある。したがって、温間成形用潤滑油の流動点は２０℃以下とする。流動点は、ＪＩＳ Ｋ ２２６９に準拠して測定する。流動点の好ましい範囲は０℃以下であり、更に好ましくは−５℃以下である。
【００２９】
４０℃におけるポリアルファオレフィンの動粘度は、温間成形性を向上させるために、３０ｍｍ2/s以上にすることが好ましく、温間成形後、一般的な脱脂方法で容易に脱脂できるようにするには、１３０００ｍｍ2/s以下にすることが好ましい。更に脱脂性及び温間成形性を確保するためには、４０℃におけるポリアルファオレフィンの動粘度を１００〜１００００ｍｍ2/s（４０℃）とすることが好ましく、より好ましくは３００〜３５００ｍｍ2/s（４０℃）、更に好ましくは８００〜２０００ｍｍ2/s（４０℃）であり、最適な範囲は１０００〜１５００ｍｍ2/s（４０℃）である。
【００３０】
４０℃における脂肪酸ポリオールエステルの動粘度は、温間成形性を向上させるために、５ｍｍ2/s以上にすることが好ましく、温間成形後、一般的な脱脂方法で容易に脱脂できるようにするには、３００ｍｍ2/s以下にすることが好ましい。更に脱脂性及び温間成形性を確保するためには、脂肪酸ポリオールエステルの動粘度を、１０ｍｍ2/s（４０℃）以上とすることが好ましく、より好ましくは２０ｍｍ2/s（４０℃）以上、更に好ましくは３０〜２５０ｍｍ2/s（４０℃）であり、最適な範囲は４０〜２００ｍｍ2/s（４０℃）である。
【００３１】
本発明の温間成形用潤滑油には、上記で説明したポリアルファオレフィン及び脂肪酸ポリオールエステル以外に、添加剤を含んでいてもよい。このような添加剤としては、酸化防止剤、脂肪酸、アルコール、乳化剤、極圧添加剤等が例示される。
【００３２】
乳化剤は、後工程でのアルカリ脱脂工程での洗浄性の向上に寄与する。酸化防止剤は、熱安定性を向上させるために特に好ましく、その具体例として、アミン系酸化防止剤、フェノール系酸化防止剤等が例示される。本発明の温間成形用潤滑油が酸化防止剤を更に含有する場合、その配合割合は、本温間成形用潤滑油に対して０．２〜３重量％であると好ましく、金型への焼き付が防止され、更に脱脂性を向上することができる。
【００３３】
添加剤として、例えば、オレイン酸を添加すると、潤滑性能を補助する油性向上剤として作用する。更に、トリエタノールアミンと組み合せると、脂肪酸アミン塩となり、乳化剤として作用する。
【００３４】
次に、本発明の潤滑油を用いたアルミニウム合金板の温間成形方法について説明する。
【００３５】
ダイス及びしわ押さえ金型の加熱温度は３００℃以下とする。これにより、本発明の潤滑油を用いたアルミニウム合金板の温間成形が可能になる。一方、ダイス及びしわ押さえ金型の加熱温度が１５０℃未満では、フランジ部の変形抵抗の低下が不十分であるため、下限を１５０℃以上とする。フランジ部の変形抵抗は、ダイス及びしわ押さえ金型の加熱温度の上昇によって低下するため、２００℃以上とすることが好ましく、２５０〜３００℃の範囲が最適な範囲である。
【００３６】
更に、ポンチに接する材料の温度とダイス及びしわ押さえ金型に接する材料の温度差を大きくするためには、ポンチ内に配管を設け、水冷により冷却することが好ましい。なお、ポンチの冷却水は３０℃以下で良く、通常の水道水の温度で冷却は可能である。なお、ポンチの温度は低いほど好ましく、１０℃以下とすれば成形性が極めて良好になる。
【００３７】
ここで、ポンチを冷却するためには、ポンチ内に設けた配管を冷却装置に接続し、温度管理された冷媒を循環させることが好ましい。冷媒及び冷却装置を用いる際には、配管等を考慮すると−５０℃以上が実用的な範囲であり、−３０〜０℃の範囲が最適である。ポンチを効率良く冷却するには、冷媒をエチレングリコール水溶液とすることが好ましい。また冷媒には、メタノール、エタノール等のアルコール類又は塩化メチレン等の有機ハロゲン化合物を使用しても良い。冷媒を冷却する水冷装置は特に制限されるものではなく、汎用の装置を用いれば良い。ポンチ肩部の冷却を促進するためには、ポンチと対向するカウンターポンチを設けても良く、カウンターポンチにも水冷手段を設け、ポンチと同じ温度に冷却することが好ましい。
【００３８】
また、ポンチに接する材料の温度とダイス及びしわ押さえ金型に接する材料の温度差は、材料の熱伝導があるために、ダイス及びしわ押さえ金型とポンチの温度差よりも小さくなる。良好な成形性を得るには、材料の、ダイス及びしわ押さえ金型に接する部分と、ポンチに接する部分との温度差を、５０℃以上とすることが好ましい。そのためには、ダイス及びしわ押さえ金型とポンチとの温度差を９０℃以上とすることが好ましい。これにより、アルミニウム合金板のフランジ部とポンチ肩部に相当する部分の強度差を適正な範囲とすることが可能になり、プレス成形性を更に向上させることができる。
【００３９】
温間成形に適した材料は、温度の上昇によって強度が低下する材料である。アルミニウム合金板の場合は、Ａｌ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｚｎ系合金は、温間成形時の加熱温度域で析出物が生成し、強度変化が生じる可能性がある。そのため、Ｍｇの固溶強化により強度を得るＡｌ−Ｍｇ系のアルミニウム合金が、温間成形に好適な材料である。
【００４０】
特に、Ｍｇの添加量が、２．０％以上であると高強度が得られるため、好ましい。一方、Ｍｇを８％超添加すると熱間加工性が劣化することがあり、製造コストが高くなる。
【００４１】
また、Ｍｎ及びＣｒは、アルミニウム合金の結晶粒の粗大化を防止する元素であるが、Ｍｎを１．５％超、Ｃｒを０．５％超添加すると、製造時の熱間加工性が劣化する。したがって、Ｍｎ及びＣｒの添加量の上限は、それぞれ、１．５％及び０．５％である。また、アルミニウム合金板の結晶粒が粗大化すると、成形品の表面性状が劣化して美観を損ない、強度が低下することもあるため、Ｍｎを０．０５％以上、Ｃｒを０．０５％以上添加することが好ましい。
【００４２】
上記のＭｇ、Ｍｎ、Ｃｒの残部は、Ａｌ及び不可避的不純物とすれば良いが、質量％で、Ｆｅ：０．５％以下、Ｓｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．３％以下、Ｚｎ：０．３％以下、Ｔｉ：０．３％以下、Ｂ：０．１％以下の１種又は２以上を含有しても良い。
【実施例】
【００４３】
実施例１
表１に示したＮｏ．１〜７の潤滑油と、Ｎｏ．８の二硫化モリブデンを使用して、アルミニウム合金板の温間成形を行って限界絞り比を評価し、また、アルミニウム合金板に塗布した後の洗浄の難易を評価した。なお、二硫化モリブデンは、水に１０％の粉末二硫化モリブデンを分散させた潤滑剤である。
【００４４】
表１のＮｏ．１〜７の潤滑油については、脂肪酸ポリオールエステルの種類（エステルＡ、エステルＢ）と量、ポリアルファオレフィンの種類（ＰＡＯ−Ａ、ＰＡＯ−Ｂ、ＰＡＯ−Ｃ）と量、ポリオールエステル１００重量部に対するポリアルファオレフィンの配合割合、動粘度、流動点を示す。表１において、Ｎｏ．８の動粘度及び流動点の欄の「−」は、測定していないことを意味する。
【００４５】
表１に示したように、一部の潤滑油には、添加剤として、オレイン酸、トリエタノールアミンを添加した。表１には、オレイン酸、トリエタノールアミンの量を示した。なお、脂肪酸ポリオールエステルの量、ポリアルファオレフィンの量、添加剤であるオレイン酸及びトリエタノールアミンの量は、潤滑油に対する質量％である。
【００４６】
表２に、ポリオールエステルの組成及び４０℃の動粘度を、表３にポリアルファオレフィンの組成と、４０℃の動粘度及び温度粘度指数を示す。また、動粘度及び温度粘度指数は、ＪＩＳ Ｋ ２２８３に準拠して測定し、温度粘度指数は４０℃と１００℃における動粘度から求めた。流動点は、ＪＩＳ Ｋ ２２６９に準拠して測定した。
【００４７】
【表１】
【００４８】
【表２】
【００４９】
【表３】
【００５０】
アルミニウム合金板の成分組成は、質量％にて４．５％のＭｇを含有するものであり、残部はＡｌ及び不可避的不純物である。このアルミニウム合金板は、板厚１ｍｍに冷延後、５００〜５６０℃での熱処理を施して製造した。潤滑剤は、板材を金型に装着する前に表面及び裏面の両方に２ｇ/ｍ2以上塗布した。なお、何れの潤滑油も、従来の汎用潤滑油と同様の方法で塗布することができ、作業性も従来の汎用潤滑油と同程度であった。一方、二硫化モリブデンは、塗布後、乾燥に時間を要した。
【００５１】
温間成形は、図１に示した装置を用いて行った。金型は、直径７５ｍｍ円筒ポンチ（肩R５mm）と直径８０ｍｍ円筒ダイス（肩R５mm）であり、しわ押さえを用いた。ポンチは、内部に設けた配管によって、冷却水を循環させて冷却し、２５℃に保持した。ダイス及びしわ押さえ金型は、埋め込んだヒーターにより２５０℃に保持した。このとき、アルミニウム合金板に熱電対を接着し、ポンチとダイス、及びしわ押さえ部に接する材料部分の温度を計測したところ、ポンチの肩部分の温度は１０５℃であり、ダイス及びしわ押さえ部の温度は２５０℃であった。
【００５２】
潤滑剤を塗布したアルミニウム合金板を、しわ押さえ圧（ＢＨＦ）を１ｔとして挟持し、ポンチを押し込み、限界絞り比を評価した。ここで、破断無く深絞り成形が可能となる板材のブランクの直径をポンチ直径（７５ｍｍ）で除した値を限界絞り比とした。
【００５３】
表１に示したように、本発明の潤滑油は、限界絞り比が高く、二硫化モリブデン潤滑剤とほぼ同等の潤滑性能を示すことがわかる。一方、Ｎｏ．４〜７は、ポリオールエステル１００重量部に対するポリアルファオレフィンの配合割合が本発明の範囲外であり、限界絞り比が低下している。
【００５４】
次に、温間成形後のアルミニウム合金板に付着した潤滑剤を、乾燥した布と有機溶剤、具体的にはアセトンによってふき取り、洗浄の難易を評価した。本実施例にて使用した合金の成分は、質量％にてＭｇ：４．５％、Ｓｉ：０．１％、Ｆｅ：０．１％、Ｃｕ：０．２％、Ｚｎ：０．１％、Ｔｉ：０．１％、Ｂ：０．０５％であり、熱間圧延、冷間圧延により板厚を１ｍｍとした後、３５０℃の熱処理を実施し、試験に供した。温間成形の条件は上記と同様である。
【００５５】
表１に示したように、Ｎｏ．１〜７の潤滑油は、乾燥した布と有機溶剤、具体的にはアセトンによって容易にふき取ることが可能であり、洗浄の難易を「易」と評価した。一方、二硫化モリブデン潤滑剤の場合では、ふき取りに要した時間は潤滑油の２倍以上であった。したがって、二硫化モリブデン潤滑剤の洗浄の難易を「難」と評価した。したがって、本発明潤滑油は従来剤である二硫化モリブデン潤滑剤と比較し、成形後の潤滑油、潤滑剤除去特性に優れることは明らかである。
【００５６】
実施例２
表４に示した潤滑油を使用して、実施例１と同様に、アルミニウム合金板の温間成形を行って限界絞り比を評価し、温間成形後のアルミニウム合金板に付着した潤滑剤を、乾燥した布とアセトンによってふき取り、洗浄の難易を評価した。なお、脂肪酸ポリオールエステルは、表２のエステルＡ、表５のエステルＣ、エステルＤ、エステルＥを用いた。また、ポリアルファオレフィンは、表３のＰＡＯ−Ａ、表６のＰＡＯ−Ｄ、ＰＡＯ−Ｅ、ＰＡＯ−Ｆを用いた。
【００５７】
アルミニウム合金板合金の成分は、質量％にてＭｇ：４．５％、Ｓｉ：０．１％、Ｆｅ：０．１％、Ｃｕ：０．２％、Ｚｎ：０．１％、Ｔｉ：０．１％、Ｂ：０．０５％であり、熱間圧延、冷間圧延により板厚を１ｍｍとした後、３５０℃の熱処理を実施し、試験に供した。温間成形の条件は実施例１と同様である。
【００５８】
【表４】
【００５９】
【表５】
【００６０】
【表６】
【００６１】
表４に示したように、本発明の潤滑油は、限界絞り比が高く、表１の二硫化モリブデン潤滑剤とほぼ同等の潤滑性能を示すことがわかる。一方、Ｎｏ．１９は、ポリオールエステルが入っておらず、本発明の範囲外であり、限界絞り比が低下し、また、動粘度が高いため、洗浄の難易の評価が「難」である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】板材を装着した状態の金型の断面の模式図である。
【符号の説明】
【００６３】
１ ポンチ
２ しわ押さえ
３ アルミニウム合金板
４ ダイス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金板の温間成形方法及び温間成形されるアルミニウム合金板に塗布される温間成形用潤滑油に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の自動車軽量化の対策として、鋼板よりも比強度の高いアルミニウム合金板の使用が検討され、実用化が進められている。しかし、アルミニウム合金板の成形性は鋼板に比べて劣るため、適用が可能な部品が限定され、また、部品の形状により成形の困難さを緩和していることもある。
【０００３】
そのため、従来より、アルミニウム合金板の成形性を改善するため様々な特殊成形方法の適用が検討されている。温間成形、即ち、ダイス及びしわ押さえの金型温度を１５０〜３００℃に加熱し、ポンチを冷却するプレス成形方法もその一例である（例えば、非特許文献１）。この成形方法では鋼板並みの成形性の確保が期待できるため、検討は進められているものの、未だ実用化には至っていない。
【０００４】
温間成形の実用化に対する大きな障害の一つが潤滑剤である。通常の冷間でのプレス成形に使用される潤滑油の使用温度の上限は、１５０℃程度であり、２００℃以上、更には２５０〜３００℃での温間成形への適用は困難である。これは、温度の上昇による潤滑油の粘度の低下や、揮発、発煙などが問題になるためである。
【０００５】
そのため、従来、温間成形には、固体潤滑剤、例えば、二硫化モリブデン、黒鉛粉末、窒化ホウ素粉末、四弗化エチレン樹脂、雲母などを利用した、水系又は油系の潤滑剤が使用されていた。更に、温間成形の温度域での潤滑性を向上させるため、飽和脂肪酸の石鹸の水溶液や、これに二硫化モリブデンなどを加えた潤滑剤が提案されている（例えば、特許文献１、２）。
【０００６】
しかし、これらの固体潤滑剤は、温間成形前の塗布（及び乾燥）や、温間成形後の洗浄に時間を要するため、生産性が低い。
【０００７】
一方、温間成形用潤滑油として脂肪酸ポリオールエステルを主成分とする潤滑油が提案されている（例えば、特許文献３）。しかしながら、この潤滑油を二硫化モリブデン等の固体潤滑剤と比較すると、なお成形性が劣り、アルミニウム合金板の温間成形用潤滑油としては十分でない。
【０００８】
【非特許文献１】阿部佑二、吉田正勝、「５１８２アルミニウム合金板材のダブルシンク形温間成形」、軽金属、１９９４年、軽金属学会発行、第４４巻、第４号、ｐ．２４０−２４５
【特許文献１】特開平７−６２３７９号公報
【特許文献２】特開平８−７３８８３号公報
【特許文献３】特開２００４−３２３５６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記のような実状に鑑みてなされたものであり、アルミニウム合金板の温間成形に好適な、耐熱性に優れた温間成形用潤滑油及びそれを使用するアルミニウム合金板温間成形方法、更には、温間成形性に優れたアルミニウム合金板の提供を課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、熱安定性が高く、動粘度が温度の影響を受けにくい、即ち温度粘度指数が高いポリアルファオレフィンを用いることで高温時の油膜厚を確保し、更に、油膜厚みが十分でないような境界潤滑領域での摩擦係数が低い脂肪酸ポリオールエステルと併用することでニ硫化モリブデンと同等の潤滑性が得られるという知見に基づいてなされたものであり、その要旨は以下の通りである。
（１） 炭素数８〜１２の１−アルケンの重合体であるポリアルファオレフィンの配合割合が脂肪酸ポリオールエステル１００重量部に対して２０〜７０重量部であり、４０℃における動粘度が１０〜１０００ｍｍ2/sであり、流動点が２０℃以下であることを特徴とするアルミニウム合金板温間成形用潤滑油。
（２） 前記４０℃における動粘度が５０〜３００ｍｍ2/sであることを特徴とする上記（１）記載のアルミニウム合金板温間成形用潤滑油。
（３） ４０℃における脂肪酸ポリオールエステルの動粘度が５〜３００ｍｍ2/sであり、４０℃におけるポリアルファオレフィンの動粘度が３０〜１３０００ｍｍ2/sであることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載のアルミニウム合金板温間成形用潤滑油。
（４） 前記４０℃における脂肪酸ポリオールエステルの動粘度が２０〜３００ｍｍ2/sであり、前記４０℃におけるポリアルファオレフィンの動粘度が３００〜３５００ｍｍ2/sであることを特徴とする上記（３）に記載のアルミニウム合金板温間成形用潤滑油。
（５） 上記（１）〜（４）の何れかに記載の温間成形用潤滑油をアルミニウム合金板の表面と裏面の一方又は双方に塗布し、ダイスとしわ押さえ金型の一方又は双方を１５０〜３００℃に加熱し、前記アルミニウム合金板を前記ダイス及びしわ押さえ金型で挟持し、ポンチを押し込むことを特徴とするアルミニウム合金板温間成形方法。
（６） ポンチを水冷することを特徴とする上記（５）に記載のアルミニウム合金板温間成形方法。
（７） アルミニウム合金板の、ダイスとしわ押さえ金型に接する部分とポンチに接する部分の温度差を５０〜３００℃とすることを特徴とする上記（５）又は（６）に記載のアルミニウム合金板温間成形方法。
（８） アルミニウム合金板が、質量％で、Ｍｇ：２．０〜８．０％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなることを特徴とする上記（５）〜（７）の何れか１項に記載のアルミニウム合金板温間成形方法。
（９） アルミニウム合金板が、さらに、質量％で、Ｆｅ：０．５％以下、Ｓｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．３％以下、Ｚｎ：０．３％以下、Ｔｉ：０．３％以下、Ｂ：０．１％以下の１種又は２種以上を含有することを特徴とする上記（８）に記載のアルミニウム合金板温間成形方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、金型の発錆及び作動不良の懸念がなく、生産性に優れたアルミニウム合金板の温間成形技術が構築され、難成形部品へのアルミニウム合金板の適用が可能となり、自動車などの輸送機器への適用により車体の軽量化が達成されるなど、産業上の貢献が極めて顕著である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
温間成形は、図１に示したように、高温のダイス４及びしわ押さえ金型２でアルミニウム合金板３のフランジ部分を加熱し、ポンチ１を低温のままとする成形方法である。この成形方法は、金型の温度差によって材料間に温度差を生じさせ、この温度差による材料内の強度差を利用し、高い成形性を得るものである。即ち、ダイス４としわ押さえ２に接する材料のフランジ部分は高温になるために変形し易くなり、深絞りの流入抵抗が低下する。一方、ポンチに接する材料部分はフランジ部分よりも低温であるためその強度は高温部のそれよりも高く、これにより流入力が高くなる。そのため、温間成形では、高い成形性が得られる。しかし、温間成形により、高い成形性を得るには、潤滑油の性能も重要である。
【００１３】
本発明の潤滑油は、従来の冷間プレス成形用の潤滑油と同等の作業性を有し、温間成形用の固体潤滑剤と同等の潤滑性能を有する、アルミニウム合金板温間成形用潤滑油（以下、本発明の潤滑油ともいう。）及びそれを用いたアルミニウム合金板温間成形方法（以下、本発明の成形方法ともいう。）である。本発明の潤滑油は、塗布及び洗浄に要する時間が冷間プレス成形と同等であるため、本発明の成形方法は生産性に優れる。
【００１４】
本発明の潤滑油は、熱安定性が高く、温度粘度指数が高いポリアルファオレフィンを用いることで高温時の油膜厚を確保し、更に境界潤滑領域での摩擦係数が低い脂肪酸ポリオールエステルと併用することでニ硫化モリブデンと同等の潤滑性を有する。具体的には、ダイス及びしわ押さえ金型の温度である１５０℃以上での十分な油膜厚と流動性が確保されるため、高絞り比であっても二硫化モリブデンと同等の成形性能が得られる。
【００１５】
本発明の潤滑油は、１５０〜３００℃に加熱される前にアルミニウム合金板の表面と裏面の一方又は双方に塗布しても良く、加熱後に塗布しても良い。加熱前後の潤滑油の塗布は、一般的な方法、例えば、静電塗布、ロールコーター塗布、吹き付け塗布、浸漬、捌け塗りなどによって行うことが可能である。
【００１６】
温間プレスにより成形した部品を自動車などの輸送機器に適用する場合、成形後に塗装などの処理を行う場合が多い。そのため、塗装などの表面処理を行う前には、成形品を脱脂して、十分な水濡れ性を確保する必要がある。本発明の潤滑油は、固体潤滑剤とは異なり、一般的な脱脂方法、例えば溶剤洗浄、酸洗、湯洗、アルカリ脱脂などの方法で脱脂することにより十分な水濡れ性を確保することができる。
【００１７】
本発明者らの検討によれば、本発明の潤滑油をアルミニウム合金板に塗布して温間成形した場合も、１５０〜３００℃に加熱した金型に塗布しても、蒸発、焦げ付き、自然発火することはなく、潤滑油として十分な粘性を有した形態を維持していた。即ち、本発明の潤滑油は、従来の二硫化モリブデン等と同等に温間成形用の潤滑剤として使用可能である。なお、従来、汎用プレス油、即ち冷間プレスにて使用されているプレス油は、この温度範囲では、自然発火や焦げ付きを生じ、成形に必要な潤滑性が得られず、温間成形への使用は不可能であった。
【００１８】
以下、本発明の潤滑油及び成形方法について詳細に説明する。
【００１９】
本発明の潤滑油は、ポリアルファオレフィンと脂肪酸ポリオールエステルとを含み、アルミニウム合金板の温間成形に用いられる。
【００２０】
ポリアルファオレフィンは、炭素数８〜１２の１−アルケンの重合体であり、熱安定性が高く、温度粘度指数が高い性質を有している。このために、炭素数８〜１２の１−アルケンの重合体であるポリアルファオレフィンは、４０℃における動粘度が同程度であっても、１００℃での動粘度が高くなり、温間成形において、高温での十分な油膜厚みを確保することができる。１−アルケンの炭素数が８未満では、十分に高い温度粘度指数が得られないことがある。一方、その炭素数が１２を超えると、重合度が適当でないポリアルファオレフィンとなり、温度粘度指数が低下することがある。したがって、ポリアルファオレフィンにおける１−アルケンの炭素数は、８〜１２であり、好ましくは９〜１１である。
なお、ポリアルファオレフィンは、炭素数８〜１２の１−アルケンの水素添加された重合体であることが好ましい。これにより、二重結合を減少させることができるため、熱安定性が更に向上する。
【００２１】
ポリアルファオレフィンは、１種の１−アルケンからなるホモポリマーであってもよく、２種以上の１−アルケンからなるコポリマーであってもよい。また、コポリマーの場合、その重合形式で分類して、ランダムコポリマー、交互コポリマー、ブロックコポリマーの何れであってもよい。ポリアルファオレフィンは、１種又は２種以上から構成されていてもよい。
【００２２】
脂肪酸ポリオールエステルは、天然油脂と合成エステルの総称であり、境界潤滑領域における摩擦係数が低く、温間成形性を高める成分である。脂肪酸ポリオールエステルは、脂肪酸と多価アルコールとのエステルであり、たとえば、天然油脂や、脂肪酸と多価アルコールとの反応等で得られる合成エステル等が挙げられる。天然油脂としては、パーム油、ヤシ油、ヒマシ油、豚脂、及び牛脂等が挙げられる。
【００２３】
合成エステルにおける脂肪酸としては、たとえば、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、イソステアリン酸、アラキン酸、ベヘン酸等の炭素数８〜２２の飽和脂肪酸；カプロレイン酸、リンデル酸、ミリストレイン酸、パルミトレイン酸、オレイン酸、カドレイン酸、エルカ酸等の炭素数８〜２２の不飽和脂肪酸等を挙げることができる。熱安定性を考慮すれば、飽和脂肪酸が望ましいが、直鎖飽和脂肪酸では流動点が高くなりすぎることがあるため、飽和分岐脂肪酸や不飽和脂肪酸を単独で用いたり、併用したりすることがある。また、脂肪酸ポリオールエステルでは、脂肪酸の一部として、コハク酸やアジピン酸等のジカルボン酸や、ダイマー酸、トリマー酸、ヒドロキシステアリン酸、リシノレイン酸等を用いて、その分子量を大きくしてもよい。
【００２４】
合成エステルにおける多価アルコールとしては、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、グリセリン、ポリグリセリン、エチレングリコール、プロピレングリコール、ソルビタン等が挙げられる。
【００２５】
合成エステルは、脂肪酸と多価アルコールとのエステル生成物であり、そのエステル化率について特に限定はなく、多価アルコールのすべての水酸基がエステル化されたフルエステルでもよく、多価アルコールの一部がエステル化された部分エステルでもよい。脂肪酸ポリオールエステルは、１種又は２種以上から構成されていてもよい。
【００２６】
本発明の温間成形用潤滑油に含まれるポリアルファオレフィンの配合割合は、脂肪酸ポリオールエステル１００重量部に対して２０〜７０重量部であり、２０重量部未満の場合、７０重量部超の場合には、十分な温間成形性が得られないことがある。ポリアルファオレフィンの配合割合の好ましい範囲は３０〜６０重量部、更に好ましくは４０〜５０重量部である。
【００２７】
本発明の温間成形用潤滑油の４０℃における動粘度は、１０ｍｍ2/s未満の場合は、温間成形性が十分でないことがある。一方、その動粘度が１０００ｍｍ2/sを超える場合は、温間成形後において、一般的な脱脂方法での温間成形用潤滑油の脱脂が困難になることがある。したがって、温間成形用潤滑油の動粘度は１０〜１０００ｍｍ2/s（４０℃）とする。なお、本発明において、動粘度はＪＩＳ Ｋ ２２８３にしたがって測定される。温間成形用潤滑油の動粘度の好ましい範囲は３０〜６００ｍｍ2/s（４０℃）、より好ましい範囲は５０〜３００ｍｍ2/s（４０℃）、更に好ましくは１００〜２５０ｍｍ2/s（４０℃）、最適範囲は１３０〜２３０ｍｍ2/s（４０℃）である。
【００２８】
本発明の温間成形用潤滑油の流動点は、２０℃超であると、一般的な方法によるアルミニウム板への塗布が困難になることがある。したがって、温間成形用潤滑油の流動点は２０℃以下とする。流動点は、ＪＩＳ Ｋ ２２６９に準拠して測定する。流動点の好ましい範囲は０℃以下であり、更に好ましくは−５℃以下である。
【００２９】
４０℃におけるポリアルファオレフィンの動粘度は、温間成形性を向上させるために、３０ｍｍ2/s以上にすることが好ましく、温間成形後、一般的な脱脂方法で容易に脱脂できるようにするには、１３０００ｍｍ2/s以下にすることが好ましい。更に脱脂性及び温間成形性を確保するためには、４０℃におけるポリアルファオレフィンの動粘度を１００〜１００００ｍｍ2/s（４０℃）とすることが好ましく、より好ましくは３００〜３５００ｍｍ2/s（４０℃）、更に好ましくは８００〜２０００ｍｍ2/s（４０℃）であり、最適な範囲は１０００〜１５００ｍｍ2/s（４０℃）である。
【００３０】
４０℃における脂肪酸ポリオールエステルの動粘度は、温間成形性を向上させるために、５ｍｍ2/s以上にすることが好ましく、温間成形後、一般的な脱脂方法で容易に脱脂できるようにするには、３００ｍｍ2/s以下にすることが好ましい。更に脱脂性及び温間成形性を確保するためには、脂肪酸ポリオールエステルの動粘度を、１０ｍｍ2/s（４０℃）以上とすることが好ましく、より好ましくは２０ｍｍ2/s（４０℃）以上、更に好ましくは３０〜２５０ｍｍ2/s（４０℃）であり、最適な範囲は４０〜２００ｍｍ2/s（４０℃）である。
【００３１】
本発明の温間成形用潤滑油には、上記で説明したポリアルファオレフィン及び脂肪酸ポリオールエステル以外に、添加剤を含んでいてもよい。このような添加剤としては、酸化防止剤、脂肪酸、アルコール、乳化剤、極圧添加剤等が例示される。
【００３２】
乳化剤は、後工程でのアルカリ脱脂工程での洗浄性の向上に寄与する。酸化防止剤は、熱安定性を向上させるために特に好ましく、その具体例として、アミン系酸化防止剤、フェノール系酸化防止剤等が例示される。本発明の温間成形用潤滑油が酸化防止剤を更に含有する場合、その配合割合は、本温間成形用潤滑油に対して０．２〜３重量％であると好ましく、金型への焼き付が防止され、更に脱脂性を向上することができる。
【００３３】
添加剤として、例えば、オレイン酸を添加すると、潤滑性能を補助する油性向上剤として作用する。更に、トリエタノールアミンと組み合せると、脂肪酸アミン塩となり、乳化剤として作用する。
【００３４】
次に、本発明の潤滑油を用いたアルミニウム合金板の温間成形方法について説明する。
【００３５】
ダイス及びしわ押さえ金型の加熱温度は３００℃以下とする。これにより、本発明の潤滑油を用いたアルミニウム合金板の温間成形が可能になる。一方、ダイス及びしわ押さえ金型の加熱温度が１５０℃未満では、フランジ部の変形抵抗の低下が不十分であるため、下限を１５０℃以上とする。フランジ部の変形抵抗は、ダイス及びしわ押さえ金型の加熱温度の上昇によって低下するため、２００℃以上とすることが好ましく、２５０〜３００℃の範囲が最適な範囲である。
【００３６】
更に、ポンチに接する材料の温度とダイス及びしわ押さえ金型に接する材料の温度差を大きくするためには、ポンチ内に配管を設け、水冷により冷却することが好ましい。なお、ポンチの冷却水は３０℃以下で良く、通常の水道水の温度で冷却は可能である。なお、ポンチの温度は低いほど好ましく、１０℃以下とすれば成形性が極めて良好になる。
【００３７】
ここで、ポンチを冷却するためには、ポンチ内に設けた配管を冷却装置に接続し、温度管理された冷媒を循環させることが好ましい。冷媒及び冷却装置を用いる際には、配管等を考慮すると−５０℃以上が実用的な範囲であり、−３０〜０℃の範囲が最適である。ポンチを効率良く冷却するには、冷媒をエチレングリコール水溶液とすることが好ましい。また冷媒には、メタノール、エタノール等のアルコール類又は塩化メチレン等の有機ハロゲン化合物を使用しても良い。冷媒を冷却する水冷装置は特に制限されるものではなく、汎用の装置を用いれば良い。ポンチ肩部の冷却を促進するためには、ポンチと対向するカウンターポンチを設けても良く、カウンターポンチにも水冷手段を設け、ポンチと同じ温度に冷却することが好ましい。
【００３８】
また、ポンチに接する材料の温度とダイス及びしわ押さえ金型に接する材料の温度差は、材料の熱伝導があるために、ダイス及びしわ押さえ金型とポンチの温度差よりも小さくなる。良好な成形性を得るには、材料の、ダイス及びしわ押さえ金型に接する部分と、ポンチに接する部分との温度差を、５０℃以上とすることが好ましい。そのためには、ダイス及びしわ押さえ金型とポンチとの温度差を９０℃以上とすることが好ましい。これにより、アルミニウム合金板のフランジ部とポンチ肩部に相当する部分の強度差を適正な範囲とすることが可能になり、プレス成形性を更に向上させることができる。
【００３９】
温間成形に適した材料は、温度の上昇によって強度が低下する材料である。アルミニウム合金板の場合は、Ａｌ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｚｎ系合金は、温間成形時の加熱温度域で析出物が生成し、強度変化が生じる可能性がある。そのため、Ｍｇの固溶強化により強度を得るＡｌ−Ｍｇ系のアルミニウム合金が、温間成形に好適な材料である。
【００４０】
特に、Ｍｇの添加量が、２．０％以上であると高強度が得られるため、好ましい。一方、Ｍｇを８％超添加すると熱間加工性が劣化することがあり、製造コストが高くなる。
【００４１】
また、Ｍｎ及びＣｒは、アルミニウム合金の結晶粒の粗大化を防止する元素であるが、Ｍｎを１．５％超、Ｃｒを０．５％超添加すると、製造時の熱間加工性が劣化する。したがって、Ｍｎ及びＣｒの添加量の上限は、それぞれ、１．５％及び０．５％である。また、アルミニウム合金板の結晶粒が粗大化すると、成形品の表面性状が劣化して美観を損ない、強度が低下することもあるため、Ｍｎを０．０５％以上、Ｃｒを０．０５％以上添加することが好ましい。
【００４２】
上記のＭｇ、Ｍｎ、Ｃｒの残部は、Ａｌ及び不可避的不純物とすれば良いが、質量％で、Ｆｅ：０．５％以下、Ｓｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．３％以下、Ｚｎ：０．３％以下、Ｔｉ：０．３％以下、Ｂ：０．１％以下の１種又は２以上を含有しても良い。
【実施例】
【００４３】
実施例１
表１に示したＮｏ．１〜７の潤滑油と、Ｎｏ．８の二硫化モリブデンを使用して、アルミニウム合金板の温間成形を行って限界絞り比を評価し、また、アルミニウム合金板に塗布した後の洗浄の難易を評価した。なお、二硫化モリブデンは、水に１０％の粉末二硫化モリブデンを分散させた潤滑剤である。
【００４４】
表１のＮｏ．１〜７の潤滑油については、脂肪酸ポリオールエステルの種類（エステルＡ、エステルＢ）と量、ポリアルファオレフィンの種類（ＰＡＯ−Ａ、ＰＡＯ−Ｂ、ＰＡＯ−Ｃ）と量、ポリオールエステル１００重量部に対するポリアルファオレフィンの配合割合、動粘度、流動点を示す。表１において、Ｎｏ．８の動粘度及び流動点の欄の「−」は、測定していないことを意味する。
【００４５】
表１に示したように、一部の潤滑油には、添加剤として、オレイン酸、トリエタノールアミンを添加した。表１には、オレイン酸、トリエタノールアミンの量を示した。なお、脂肪酸ポリオールエステルの量、ポリアルファオレフィンの量、添加剤であるオレイン酸及びトリエタノールアミンの量は、潤滑油に対する質量％である。
【００４６】
表２に、ポリオールエステルの組成及び４０℃の動粘度を、表３にポリアルファオレフィンの組成と、４０℃の動粘度及び温度粘度指数を示す。また、動粘度及び温度粘度指数は、ＪＩＳ Ｋ ２２８３に準拠して測定し、温度粘度指数は４０℃と１００℃における動粘度から求めた。流動点は、ＪＩＳ Ｋ ２２６９に準拠して測定した。
【００４７】
【表１】
【００４８】
【表２】
【００４９】
【表３】
【００５０】
アルミニウム合金板の成分組成は、質量％にて４．５％のＭｇを含有するものであり、残部はＡｌ及び不可避的不純物である。このアルミニウム合金板は、板厚１ｍｍに冷延後、５００〜５６０℃での熱処理を施して製造した。潤滑剤は、板材を金型に装着する前に表面及び裏面の両方に２ｇ/ｍ2以上塗布した。なお、何れの潤滑油も、従来の汎用潤滑油と同様の方法で塗布することができ、作業性も従来の汎用潤滑油と同程度であった。一方、二硫化モリブデンは、塗布後、乾燥に時間を要した。
【００５１】
温間成形は、図１に示した装置を用いて行った。金型は、直径７５ｍｍ円筒ポンチ（肩R５mm）と直径８０ｍｍ円筒ダイス（肩R５mm）であり、しわ押さえを用いた。ポンチは、内部に設けた配管によって、冷却水を循環させて冷却し、２５℃に保持した。ダイス及びしわ押さえ金型は、埋め込んだヒーターにより２５０℃に保持した。このとき、アルミニウム合金板に熱電対を接着し、ポンチとダイス、及びしわ押さえ部に接する材料部分の温度を計測したところ、ポンチの肩部分の温度は１０５℃であり、ダイス及びしわ押さえ部の温度は２５０℃であった。
【００５２】
潤滑剤を塗布したアルミニウム合金板を、しわ押さえ圧（ＢＨＦ）を１ｔとして挟持し、ポンチを押し込み、限界絞り比を評価した。ここで、破断無く深絞り成形が可能となる板材のブランクの直径をポンチ直径（７５ｍｍ）で除した値を限界絞り比とした。
【００５３】
表１に示したように、本発明の潤滑油は、限界絞り比が高く、二硫化モリブデン潤滑剤とほぼ同等の潤滑性能を示すことがわかる。一方、Ｎｏ．４〜７は、ポリオールエステル１００重量部に対するポリアルファオレフィンの配合割合が本発明の範囲外であり、限界絞り比が低下している。
【００５４】
次に、温間成形後のアルミニウム合金板に付着した潤滑剤を、乾燥した布と有機溶剤、具体的にはアセトンによってふき取り、洗浄の難易を評価した。本実施例にて使用した合金の成分は、質量％にてＭｇ：４．５％、Ｓｉ：０．１％、Ｆｅ：０．１％、Ｃｕ：０．２％、Ｚｎ：０．１％、Ｔｉ：０．１％、Ｂ：０．０５％であり、熱間圧延、冷間圧延により板厚を１ｍｍとした後、３５０℃の熱処理を実施し、試験に供した。温間成形の条件は上記と同様である。
【００５５】
表１に示したように、Ｎｏ．１〜７の潤滑油は、乾燥した布と有機溶剤、具体的にはアセトンによって容易にふき取ることが可能であり、洗浄の難易を「易」と評価した。一方、二硫化モリブデン潤滑剤の場合では、ふき取りに要した時間は潤滑油の２倍以上であった。したがって、二硫化モリブデン潤滑剤の洗浄の難易を「難」と評価した。したがって、本発明潤滑油は従来剤である二硫化モリブデン潤滑剤と比較し、成形後の潤滑油、潤滑剤除去特性に優れることは明らかである。
【００５６】
実施例２
表４に示した潤滑油を使用して、実施例１と同様に、アルミニウム合金板の温間成形を行って限界絞り比を評価し、温間成形後のアルミニウム合金板に付着した潤滑剤を、乾燥した布とアセトンによってふき取り、洗浄の難易を評価した。なお、脂肪酸ポリオールエステルは、表２のエステルＡ、表５のエステルＣ、エステルＤ、エステルＥを用いた。また、ポリアルファオレフィンは、表３のＰＡＯ−Ａ、表６のＰＡＯ−Ｄ、ＰＡＯ−Ｅ、ＰＡＯ−Ｆを用いた。
【００５７】
アルミニウム合金板合金の成分は、質量％にてＭｇ：４．５％、Ｓｉ：０．１％、Ｆｅ：０．１％、Ｃｕ：０．２％、Ｚｎ：０．１％、Ｔｉ：０．１％、Ｂ：０．０５％であり、熱間圧延、冷間圧延により板厚を１ｍｍとした後、３５０℃の熱処理を実施し、試験に供した。温間成形の条件は実施例１と同様である。
【００５８】
【表４】
【００５９】
【表５】
【００６０】
【表６】
【００６１】
表４に示したように、本発明の潤滑油は、限界絞り比が高く、表１の二硫化モリブデン潤滑剤とほぼ同等の潤滑性能を示すことがわかる。一方、Ｎｏ．１９は、ポリオールエステルが入っておらず、本発明の範囲外であり、限界絞り比が低下し、また、動粘度が高いため、洗浄の難易の評価が「難」である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】板材を装着した状態の金型の断面の模式図である。
【符号の説明】
【００６３】
１ ポンチ
２ しわ押さえ
３ アルミニウム合金板
４ ダイス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素数８〜１２の１−アルケンの重合体であるポリアルファオレフィンの配合割合が脂肪酸ポリオールエステル１００重量部に対して２０〜７０重量部であり、４０℃における動粘度が１０〜１０００ｍｍ2/sであり、流動点が２０℃以下であることを特徴とするアルミニウム合金板温間成形用潤滑油。
【請求項２】
前記４０℃における動粘度が５０〜３００ｍｍ2/sであることを特徴とする請求項１記載のアルミニウム合金板温間成形用潤滑油。
【請求項３】
４０℃における脂肪酸ポリオールエステルの動粘度が５〜３００ｍｍ2/sであり、４０℃におけるポリアルファオレフィンの動粘度が３０〜１３０００ｍｍ2/sであることを特徴とする請求項１又は２に記載のアルミニウム合金板温間成形用潤滑油。
【請求項４】
前記４０℃における脂肪酸ポリオールエステルの動粘度が２０〜３００ｍｍ2/sであり、前記４０℃におけるポリアルファオレフィンの動粘度が３００〜３５００ｍｍ2/sであることを特徴とする請求項３に記載のアルミニウム合金板温間成形用潤滑油。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の温間成形用潤滑油をアルミニウム合金板の表面と裏面の一方又は双方に塗布し、ダイスとしわ押さえ金型の一方又は双方を１５０〜３００℃に加熱し、前記アルミニウム合金板を前記ダイス及びしわ押さえ金型で挟持し、ポンチを押し込むことを特徴とするアルミニウム合金板温間成形方法。
【請求項６】
ポンチを水冷することを特徴とする請求項５に記載のアルミニウム合金板温間成形方法。
【請求項７】
アルミニウム合金板の、ダイスとしわ押さえ金型に接する部分とポンチに接する部分の温度差を５０〜３００℃とすることを特徴とする請求項５又は６に記載のアルミニウム合金板温間成形方法。
【請求項８】
アルミニウム合金板が、質量％で、Ｍｇ：２．０〜８．０％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなることを特徴とする請求項５〜７の何れか１項に記載のアルミニウム合金板温間成形方法。
【請求項９】
アルミニウム合金板が、さらに、質量％で、Ｆｅ：０．５％以下、Ｓｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．３％以下、Ｚｎ：０．３％以下、Ｔｉ：０．３％以下、Ｂ：０．１％以下の１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項８に記載のアルミニウム合金板温間成形方法。
【請求項１】
炭素数８〜１２の１−アルケンの重合体であるポリアルファオレフィンの配合割合が脂肪酸ポリオールエステル１００重量部に対して２０〜７０重量部であり、４０℃における動粘度が１０〜１０００ｍｍ2/sであり、流動点が２０℃以下であることを特徴とするアルミニウム合金板温間成形用潤滑油。
【請求項２】
前記４０℃における動粘度が５０〜３００ｍｍ2/sであることを特徴とする請求項１記載のアルミニウム合金板温間成形用潤滑油。
【請求項３】
４０℃における脂肪酸ポリオールエステルの動粘度が５〜３００ｍｍ2/sであり、４０℃におけるポリアルファオレフィンの動粘度が３０〜１３０００ｍｍ2/sであることを特徴とする請求項１又は２に記載のアルミニウム合金板温間成形用潤滑油。
【請求項４】
前記４０℃における脂肪酸ポリオールエステルの動粘度が２０〜３００ｍｍ2/sであり、前記４０℃におけるポリアルファオレフィンの動粘度が３００〜３５００ｍｍ2/sであることを特徴とする請求項３に記載のアルミニウム合金板温間成形用潤滑油。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の温間成形用潤滑油をアルミニウム合金板の表面と裏面の一方又は双方に塗布し、ダイスとしわ押さえ金型の一方又は双方を１５０〜３００℃に加熱し、前記アルミニウム合金板を前記ダイス及びしわ押さえ金型で挟持し、ポンチを押し込むことを特徴とするアルミニウム合金板温間成形方法。
【請求項６】
ポンチを水冷することを特徴とする請求項５に記載のアルミニウム合金板温間成形方法。
【請求項７】
アルミニウム合金板の、ダイスとしわ押さえ金型に接する部分とポンチに接する部分の温度差を５０〜３００℃とすることを特徴とする請求項５又は６に記載のアルミニウム合金板温間成形方法。
【請求項８】
アルミニウム合金板が、質量％で、Ｍｇ：２．０〜８．０％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなることを特徴とする請求項５〜７の何れか１項に記載のアルミニウム合金板温間成形方法。
【請求項９】
アルミニウム合金板が、さらに、質量％で、Ｆｅ：０．５％以下、Ｓｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．３％以下、Ｚｎ：０．３％以下、Ｔｉ：０．３％以下、Ｂ：０．１％以下の１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項８に記載のアルミニウム合金板温間成形方法。
【図１】
【公開番号】特開２００８−２７４２５６（Ｐ２００８−２７４２５６Ａ）
【公開日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９２８７４（Ｐ２００８−９２８７４）
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（３９０００２１５２）日本クエーカー・ケミカル株式会社 (7)
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【出願人】（０００１０７５３８）古河スカイ株式会社 (572)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（３９０００２１５２）日本クエーカー・ケミカル株式会社 (7)
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【出願人】（０００１０７５３８）古河スカイ株式会社 (572)
【Ｆターム（参考）】
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