金属材料のプレス加工方法
【課題】 プレス加工品の加工精度を向上させることが可能であり、従来よりも金型の長寿命化を図ることができる金属材料のプレス加工方法を提供する。
【解決手段】 金属材料と金型との間に潤滑油を供給した状態で、表面処理を施した金型を使用して金属材料をプレス加工する方法であって、前記表面処理は、平均粒径３０μｍ以上８０μｍ以下の高速度金型鋼からなる微粒子を、１３０ｍ／ｓ以上１７０ｍ／ｓ以下の噴射速度で金型の表面に吹き付けた後に、平均粒径４０μｍ以上７０μｍ以下のセラミックス材料からなる微粒子を、１３０ｍ／ｓ以上１７０ｍ／ｓ以下の噴射速度で金型の表面に吹き付ける処理であり、前記潤滑油は、潤滑油基油に、硫黄系極圧剤と、有機亜鉛化合物と、カルシウム系添加剤と、エステル化合物とを配合してなる潤滑油である、金属材料のプレス加工方法。
【解決手段】 金属材料と金型との間に潤滑油を供給した状態で、表面処理を施した金型を使用して金属材料をプレス加工する方法であって、前記表面処理は、平均粒径３０μｍ以上８０μｍ以下の高速度金型鋼からなる微粒子を、１３０ｍ／ｓ以上１７０ｍ／ｓ以下の噴射速度で金型の表面に吹き付けた後に、平均粒径４０μｍ以上７０μｍ以下のセラミックス材料からなる微粒子を、１３０ｍ／ｓ以上１７０ｍ／ｓ以下の噴射速度で金型の表面に吹き付ける処理であり、前記潤滑油は、潤滑油基油に、硫黄系極圧剤と、有機亜鉛化合物と、カルシウム系添加剤と、エステル化合物とを配合してなる潤滑油である、金属材料のプレス加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材料のプレス加工方法に関する。更に詳しくは、金属材料と金型との間に潤滑油を供給した状態で、表面処理を施した金型を使用して金属材料を加工する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属材料のプレス加工方法としては、打抜き加工、半抜き加工、曲げ加工、バーリング加工等の各種の方法が知られている。このような金属材料のプレス加工の際には、金属材料（被加工材料）と金型の間に潤滑油が供給される。これにより、金属材料と金型の間における摩擦熱の発生が防止されるとともに、加工面におけるバリ等の発生が防止されている。また、潤滑油を供給することによって、加工品の加工精度の向上が図られるとともに、ダイスやパンチなどの金型の長寿命化が図られている。
【０００３】
金属材料のプレス加工の際に使用される潤滑油としては、塩素系潤滑油が使用されることが多い。しかし、塩素系潤滑油は、加工時あるいは経時的にその中に含まれる塩素系添加剤成分が分解して被加工材料や金型を錆びさせる問題点が指摘されている。また、塩素系潤滑油は、焼却処理時における有害物質の発生や、焼却炉の腐食・損傷等の問題が指摘されている。したがって、塩素系の物質を含有せず、しかも、塩素系潤滑油と同等かあるいはそれ以上の耐焼付性能や潤滑性能を有するプレス加工用の潤滑油が望まれている。
【０００４】
そこで、塩素系の添加剤を含有しない潤滑油としては、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。しかし、特許文献１に記載の潤滑油は、切削加工用の潤滑油であり、耐焼付性能や潤滑性能が十分ではなく、金属材料のプレス加工、特に、精密せん断加工用の潤滑油として使用するためには性能が不十分である。
また、特許文献２及び特許文献３には、過塩基性金属のスルホネートと硫黄系極圧剤等を含有した切削加工油剤組成物が開示されている。しかし、これらの潤滑油は、一般的な金属加工において良好な潤滑性能を発揮するものの、精密せん断加工等の難易度の高いプレス加工では、十分な潤滑性能を発揮できないという問題がある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１５５２９３号公報
【特許文献２】特許第２６４１２０３号公報
【特許文献３】特開平８−２０７９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明は、金属材料と金型の間の摩擦をより低減することが可能であり、プレス加工品の加工精度を向上させることが可能になるとともに、従来よりも金型の長寿命化を図ることが可能になる金属材料のプレス加工方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、金属材料のプレス加工の際に使用する潤滑油と、それに組み合わせて使用する金型の表面処理方法の両方に着目した。その結果、ある特定の組成を有する潤滑油と、ある特定の条件で表面処理を施した金型とを使用した場合に、従来よりも加工品の加工精度を向上させることが可能であり、しかも、金型の長寿命化を図ることが可能になることを見出して、以下の発明を完成するに至ったのである。
第１の発明は、金属材料と金型との間に潤滑油を供給した状態で、表面処理を施した金型を使用して金属材料をプレス加工する方法であって、前記表面処理は、平均粒径３０μｍ以上８０μｍ以下の高速度工具鋼からなる微粒子を、１３０ｍ／ｓ以上１７０ｍ／ｓ以下の噴射速度で金型の表面に吹き付けた後に、平均粒径４０μｍ以上７０μｍ以下のセラミックス材料からなる微粒子を、１３０ｍ／ｓ以上１７０ｍ／ｓ以下の噴射速度で金型の表面に吹き付ける処理であり、前記潤滑油は、潤滑油基油に、硫黄系極圧剤と、有機亜鉛化合物と、カルシウム系添加剤と、エステル化合物とを配合してなる潤滑油であって、前記硫黄系極圧剤における硫黄含有量が５重量％以上であり、前記有機亜鉛化合物における亜鉛含有量が０．５重量％以上であり、前記カルシウム添加剤におけるカルシウム含有量が０．５重量％以上であり、前記エステル化合物の含有量が１．０重量％以上の潤滑油である（「重量％」は、潤滑油全量を基準とする）、金属材料のプレス加工方法である。
第２の発明は、上記第１の発明において、表面処理を施した金型の表面に、さらに窒化チタンコーティング処理を施した金型を使用して金属材料をプレス加工する、金属材料のプレス加工方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、金属材料のプレス加工において、金属材料と金型の間の摩擦をより低減でき、プレス加工品の加工精度をより向上させることが可能になるとともに、従来よりも金型の長寿命化を図ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、金属材料と金型との間に潤滑油を供給した状態で、表面処理を施した金型を使用して金属材料をプレス加工する方法であって、前記表面処理は、平均粒径３０μｍ以上８０μｍ以下の高速度工具鋼からなる微粒子を、１３０ｍ／ｓ以上１７０ｍ／ｓ以下の噴射速度で金型の表面に吹き付けた後に、平均粒径４０μｍ以上７０μｍ以下のセラミックス材料からなる微粒子を、１３０ｍ／ｓ以上１７０ｍ／ｓ以下の噴射速度で金型の表面に吹き付ける処理であり、前記潤滑油は、潤滑油基油に、硫黄系極圧剤と、有機亜鉛化合物と、カルシウム系添加剤と、エステル化合物とを配合してなる潤滑油であって、前記硫黄系極圧剤における硫黄含有量が５重量％以上であり、前記有機亜鉛化合物における亜鉛含有量が０．５重量％以上であり、前記カルシウム添加剤におけるカルシウム含有量が０．５重量％以上であり、前記エステル化合物の含有量が１．０重量％以上の潤滑油である（「重量％」は、潤滑油全量を基準とする）、金属材料のプレス加工方法である。
以下では、まず、本発明に使用する「潤滑油」について説明し、その次に、金型の表面処理方法について説明する。
【００１０】
［潤滑油について］
本発明に使用する潤滑油は、潤滑油基油に、（ａ）硫黄系極圧剤と、（ｂ）有機亜鉛化合物と、（ｃ）カルシウム系添加剤と、（ｄ）エステル化合物と、を配合してなる金属材料のプレス加工用の潤滑油である。本発明に使用する潤滑油は、塩素系の添加剤を含有せず、しかも、塩素系潤滑油と同等あるいはそれ以上の高い耐焼付性能及び潤滑性能を有している。
【００１１】
本発明に係る潤滑油では、鉱油、合成油、及び油脂の中から選ばれる少なくとも１種が潤滑油基油として用いられる。これらの鉱油、合成油、及び油脂については、一般に金属の加工油の基油として用いられているものであればよく、特に制限するものではないが、４０℃における動粘度が１ｍｍ2 ／ｓ以上１０００ｍｍ2 ／ｓ以下の範囲にあるものが好ましく、５ｍｍ2 ／ｓ以上１００ｍｍ2 ／ｓ以下の範囲にあるものがより好ましい。
【００１２】
このような鉱油、合成油、及び油脂には各種のものがあり、用途などに応じて適宜選定すればよい。
鉱油としては、例えば、石油精製業の潤滑油製造プロセスで常法を用いて精製される鉱油を使用することができる。より具体的には、例えば、原油を常圧蒸留および減圧蒸留して得られた潤滑油留分を、溶剤脱れき、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、接触脱ろう、水素化精製、硫酸洗浄、白土処理などの処理を１つ以上行って精製したものが挙げられる。
【００１３】
合成油としては、例えば、ポリα−オレフィン、α−オレフィンコポリマー、ポリブテン、アルキルベンゼン、ポリオキシアルキレングリコール、ポリオキシアルキレングリコールエーテル、シリコーンオイルなどを挙げることができる。
【００１４】
また、油脂の具体例としては、牛脂、豚脂、大豆油、菜種油、米ぬか油、ヤシ油、パーム油、パーム核油、並びにこれらの水素化物などを挙げることができる。
【００１５】
本発明に係る潤滑油においては、上記基油のうちの１種のみを単独で用いてもよく、２種以上の基油を混合して用いてもよい。
【００１６】
つぎに、潤滑油基油に配合される４つの成分、すなわち、（ａ）硫黄系極圧剤、（ｂ）有機亜鉛化合物、（ｃ）カルシウム系添加剤、及び（ｄ）エステル化合物、について説明する。
【００１７】
（ａ）硫黄系極圧剤について
硫黄系極圧剤としては、硫黄原子を有し、極圧効果を発揮しうるものを使用することができる。硫黄系極圧剤の具体例としては、例えば、硫化油脂、硫化脂肪酸、硫化エステル、硫化オレフィン、ポリサルファイド類、チオカーバメート類、硫化鉱油などを挙げることができる。ここで、硫化油脂は硫黄と油脂（ラード油，鯨油，植物油，魚油等）を反応させて得られるものである。その具体例としては、硫化ラード、硫化なたね油、硫化ひまし油、硫化大豆油などを挙げることができる。硫化脂肪酸の例としては、硫化オレイン酸などを、硫化エステルの例としては、硫化オレイン酸メチルや硫化米ぬか脂肪酸オクチルなどを挙げることができる。
【００１８】
硫化オレフィンは、炭素数２〜１５のオレフィン又はその２〜４量体を、硫黄、塩化硫黄等の硫化剤と反応させることによって得られる。
【００１９】
ポリサルファイド類の具体例としては、ジベンジルポリサルファイド、ジ−ｔｅｒｔ−ノニルポリサルファイド、ジドデシルポリサルファイド、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルポリサルファイド、ジオクチルポリサルファイド、ジフェニルポリサルファイド、ジシクロヘキシルポリサルファイドなどを挙げることができる。
【００２０】
チオカーバメート類の具体例としては、ジンクジチオカーバメート、ジラウリルチオジプロピオネート、ジステアリルチオジプロピオネートなどを挙げることができる。
【００２１】
硫化鉱油とは、鉱油に単体硫黄を溶解させたものをいう。単体硫黄を溶解させる鉱油は特に制限はないが、例えば、上記基油の説明において例示された鉱油系潤滑油基油を使用することができる。
【００２２】
本発明において、上記（ａ）成分は一種用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。また、その硫黄含有量は、潤滑油全量基準で、好ましくは１重量％以上５０重量％以下、より好ましくは、５重量％以上３０重量％以下の範囲である。この範囲よりも少なすぎると、潤滑性能を維持できない場合があり、この範囲よりも多すぎると、配合量に見合う効果の向上が得られないので好ましくない。なお、ここでいう「硫黄含有量」とは、（ａ）成分における硫黄原子の含有量のことであり、硫黄の原子量に基づいて計算により求めることが可能である。
【００２３】
（ｂ）有機亜鉛化合物について
有機亜鉛化合物の好ましいものとしては、ジアルキルジチオリン酸亜鉛（以下、ＺｎＤＴＰという。）、及び、ジアルキルジチオカルバミン酸亜鉛（以下、ＺｎＤＴＣという。）を挙げることができる。ＺｎＤＴＰ、及び、ＺｎＤＴＣのアルキル基は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。すなわち、ＺｎＤＴＰの構造式では、リン原子に対して酸素原子を介して２つのアルキル基が結合しているが、これらのアルキル基は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。また、ＺｎＤＴＣの構造式では、窒素原子に対して２つのアルキル基が結合しているが、これらのアルキル基は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。ＺｎＤＴＰ及びＺｎＤＴＣのアルキル基は、炭素数３以上のアルキル基又はアリール基が好ましい。
【００２４】
本発明においては、上記（ｂ）成分は一種用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。また、その亜鉛含有量は、潤滑油全量基準で、好ましくは０．０１重量％以上１０重量％以下、より好ましくは、０．５重量％以上５重量％以下の範囲である。この範囲よりも少なすぎると、潤滑性能を維持できない場合があり、この範囲よりも多すぎると、配合量に見合う効果の向上が得られないので好ましくない。なお、ここでいう「亜鉛含有量」とは、（ｂ）成分における亜鉛原子の含有量のことであり、亜鉛の原子量に基づいて計算により求めることが可能である。
【００２５】
（ｃ）カルシウム系添加剤
カルシウム系添加剤の好ましいものとして、カルシウムスルフォネート、カルシウムサリシレート、カルシウムフェネートが挙げられる。特に動粘度、価格の点より、カルシウムスルフォネートが好ましい。より好ましくは、塩基性カルシウムスルフォネートである。更に好ましくは、塩基価が３００ｍｇＫＯＨ／ｇ以上の塩基性カルシウムスルフォネートである。
【００２６】
本発明においては、上記（ｃ）成分は一種用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。また、そのカルシウム含有量は、潤滑油全量基準で、好ましくは０．０１重量％以上１０重量％以下、より好ましくは、０．５重量％以上５重量％以下の範囲である。この範囲よりも少なすぎると、潤滑性能を維持できない場合があり、この範囲よりも多すぎると、配合量に見合う効果の向上が得られないので好ましくない。なお、ここでいう「カルシウム含有量」とは、（ｃ）成分におけるカルシウム原子の含有量のことであり、カルシウムの原子量に基づいて計算により求めることが可能である。
【００２７】
（ｄ）エステル化合物
エステル化合物の好ましいものとして、ポリオールエステルと、コンプレックスエステルを挙げることができる。潤滑油基油に対しては、これらのうち１種のみを配合してもよく、２種以上を配合してもよい。
ポリオールエステルとは、脂肪族多価アルコールと直鎖状又は分岐状の脂肪酸とのポリオールエステル類のことである。ポリオールエステル類を形成する脂肪族多価アルコールとしては、例えば、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、ジトリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、ジトリメチロールエタン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール等を挙げることができる。また、上記脂肪族多価アルコールと直鎖状又は分岐状の脂肪酸との部分エステル類も使用できる。
コンプレックスエステルとは、脂肪族多価アルコールと直鎖状又は分岐状の脂肪酸、及び直鎖状又は分岐状の脂肪族二塩基酸とのコンプレックスエステル類のことである。脂肪族多価アルコール成分としては、例えば、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール等を挙げることができる。また、脂肪酸成分としては、例えば、脂肪族カルボン酸、例えばヘプタデシル酸、ステアリン酸、ノナデカン酸、アラキン酸、ベヘニン酸、リグノセリン酸等を挙げることができる。二塩基酸としては、例えば、コハク酸、アジピン酸、ペメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、カルボキシオクタデカン酸、カルボキシメチルオクタデカン酸、ドコサン二酸等を挙げることができる。
【００２８】
エステル化合物は、１００℃での動粘度が１００ｍｍ2 ／ｓ以上１００００ｍｍ2 ／ｓ以下の範囲にあるものが好ましく、１０００ｍｍ2 ／ｓ以上５０００ｍｍ2 ／ｓ以下の範囲にあるものがより好ましい。
エステル化合物の含有量は、潤滑油全量を基準として、０．５重量％以上４０重量％以下であることが好ましい。より好ましくは、１．０重量％以上２０重量％以下である。エステル化合物の含有量がこの範囲よりも少なすぎると、耐焼付き性能が低下する傾向があり、この範囲よりも多すぎると、潤滑油が高粘度になり取り扱い性が悪化する。
【００２９】
本発明に係る潤滑油は、潤滑油基油に上記（ａ）〜（ｄ）成分を配合することにより得られるが、プレス加工油としての基本的な性能を維持するために、本発明の目的を阻害しない範囲で、各種公知の添加剤等を適宜配合することができる。
【００３０】
上記各種公知の添加剤としては、防錆剤、酸化防止剤、防食剤、着色剤、消泡剤、香料等が挙げられる。上記防錆剤としては、カルシウム系防錆剤、バリウム系防錆剤、ワックス系防錆剤等を、上記酸化防止剤としては、アミン系化合物、フェノール系化合物等を、上記防食剤としては、ベンゾトリアゾール、トリルトリアゾール、メルカプトベンゾチアゾール等を、必要に応じて適宜添加することができる。上記着色剤としては、染料や顔料等を用いることができる。
【００３１】
本発明において、金型の表面に微粒子を吹き付けるための装置は、重力式のブラスト装置を使用しても良い。
【００３２】
本発明において、金型の表面に噴射する微粒子は、（Ａ）平均粒径が３０μｍ以上８０μｍ以下の高速度工具鋼（ハイス）からなるほぼ球形の微粒子と、（Ｂ）平均粒径が４０μｍ以上７０μｍ以下のセラミックス材料からなるほぼ球形の微粒子の２種類を使用する。なお、ここでいう平均粒径とは、ふるいで分けたときに粉末の重量が二分される径、すなわちメジアン径（ｄ５０）のことである。
上記（Ａ）高速度工具鋼からなる微粒子は、ＪＩＳ規格でＳＫＨに相当する高速度工具鋼からなる微粒子であり、吹き付ける対象となる金型の硬度よりも高い硬度のものを用いると良い。
上記（Ｂ）セラミックス材料からなる微粒子は、一般にセラミックスと呼ばれることのある材料からなる微粒子であり、吹き付ける対象となる金型の硬度よりも高い硬度のものを用いると良い。
【００３３】
金型の表面に表面処理を施すことによって、金型の表面においてＡ３変態点以上の急熱及び急冷が繰り返されるので、圧縮残留応力の発生に伴う表面の加工硬化、疲労強度の増加といった効果を同時に得ることができる。なお、このような表面処理による金属表面の硬化処理方法自体は、特公平２−１７６０７等によって既に公知となっている技術である。
【００３４】
また、金型の表面に表面処理を施すことによって、金型の表面には微細な凹部が無数に形成される。この凹部は微細な凹部であり、この凹部が潤滑油を溜めておくための「油溜まり」の機能を果たすことになる。この結果、金属材料を金型によってプレス加工したときに、金型の表面には潤滑油が保持されやすくなるので、油切れが防止され、金型の表面における摩擦が著しく低減されることになる。なお、金型の表面の摩擦をより低減するためには、形状が球形あるいはほぼ球形の微粒子を使用するのが好ましい。形状が球形の微粒子を使用した場合、金型の表面には断面が円弧状の凹部が形成されるので、その結果、潤滑油の表面張力が作用しやすくなり、金型の表面に潤滑油がより保持されやすくなるからである。
【００３５】
［金属材料のプレス加工方法について］
本発明に係る金属材料のプレス加工方法は、上記で説明した「潤滑油」を使用することが一つ目の特徴であり、上記で説明した「表面処理」を施した金型を使用することが二つ目の特徴である。つまり、上記で説明したある特定の組成を有する「潤滑油」と、上記で説明したある特定の条件の「表面処理」とを組み合わせることによって、それぞれを単独で実施した場合よりも優れた効果を得ることができる。
【００３６】
金型の表面に表面処理を施した後に、金型の表面に窒化チタンコーティング処理（ＴｉＮコーティング処理）を施すことによって、金型の表面硬度が向上する。これにより、金型の使用寿命をより長くすることが可能である。なお、窒化チタンコーティングの方法は特に制限するものではなく、各種公知のコーティング方法を用いることが可能である。例えば、ＰＶＤ法（物理蒸着法）による窒化チタンコーティング処理を施すことが可能である。
【００３７】
本発明に係る金属材料のプレス加工方法は、打抜き加工や穴あけ加工等のせん断加工や、ファインブランキング加工（ＦＢ加工）等のプレス加工に適用した場合に特に優れた効果を発揮する。
【００３８】
物
本発明に係る金属材料のプレス加工方法は、いかなる金属材料に対しても適用可能である。例えば、本発明を使用して、ステンレス鋼、合金鋼、炭素鋼、アルミニウム合金等をプレス加工することが可能である。本発明は、特に、炭素鋼や合金鋼に対して優れた効果を発揮する。
【００３９】
また、本発明に使用する上記で説明した潤滑油は、塩素成分を含有しないため、製品や金型の発錆の問題を回避することができる。本発明に使用する潤滑油は、被加工材料である金属の種類に限定されることなく用いることができる。例えば、ステンレス鋼、合金鋼、炭素鋼、アルミニウム合金等に対して使用することができる。本発明に使用する潤滑油は、このうち特に炭素鋼、合金鋼に対して優れた効果を発揮する。
【００４０】
本発明に係る金属材料のプレス加工方法によれば、金属材料のプレス加工精度が向上する。潤滑油の供給方法は特に制限するものではないが、例えば、ローラーによる金属材料表面への塗布、スプレーによる金属材料表面への塗布、などの方法を採用することが可能である。あるいは、被加工材料である金属材料の表面ではなく、金型の表面に対して潤滑油を塗布してもよい。金属材料と金型との間に潤滑油を供給することによって、金型の錆びや損傷を防止することができるので、金型の使用寿命を長くすることができる。また、金属材料と金型の間の摩擦を低減できるので、プレス加工面におけるバリ等の発生を防止でき、金属材料のプレス加工精度を向上させることが可能である。
【実施例】
【００４１】
以下、本発明に係る金属材料のプレス加工方法の具体的な実施例について説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００４２】
まず、以下に示す基油及び各種の添加剤成分を用いて、表１に示す組成を有する潤滑油１〜８を調製した。
（基油）
基油１：パラフィン系鉱油（４０℃における動粘度：４５０ｍｍ２／ｓ）
基油２：ナフテン系鉱油（４０℃における動粘度：４６ｍｍ２／ｓ）
基油３：パラフィン系鉱油（４０℃における動粘度：１０ｍｍ２／ｓ）
（ａ）成分
ａ１：ポリサルファイド（硫黄含有量：３７重量％）
ａ２：ポリサルファイド（硫黄含有量：３２重量％）
ａ３：硫化油脂（硫黄含有量：１５重量％）
ａ４：硫化油脂（硫黄含有量：１１重量％）
（ｂ）成分
ｂ１：ＺｎＤＴＰ（亜鉛含有量：９重量％ 硫黄含有量：１６質量％）
ｂ２：ＺｎＤＴＰ（亜鉛含有量：５重量％ 硫黄含有量：１１質量％）
ｂ３：ＺｎＤＴＰ（亜鉛含有量：９重量％ 硫黄含有量：１５質量％）
（ｃ）成分
ｃ１：カルシウムスルフォネート（カルシウム含有量：１５重量％）
（ｄ）成分
ｄ１：ポリオールエステル及び／又はコンプレックスエステル
（その他の成分）
ｅ１：塩素化パラフィン（塩素含有量：５０重量％）
ｅ２：植物系油脂
ｅ３：合成油
【００４３】
表１に示す組成にて調製した潤滑油１〜８について、以下の装置・方法を用いて性能評価を行った。
（評価試験装置）
プレス機：ＡＩＤＡ リンクプレス ＶＬ−６０００（生産速度：７０ｓｐｍ）
材料送り：２３．５ｍｍ
被加工材料：ＳＰＨ４４０（板幅：７０ｍｍ 板厚：４．６ｍｍ）
潤滑油の供給方法：樹脂ロールにて被加工材料表面に均一に供給
パンチ１：ＳＫＤ１１
パンチ２：ＳＫＤ１１＋ＴｉＮコーティング
ダイス ：ＳＫＤ１１
【００４４】
（評価方法）
表１の組成にて調製した潤滑油１〜８を、被加工材料の表面に対して樹脂ロールにて均一に供給した後に、２種類のパンチにて、縦１０ｍｍ×横１２ｍｍ×深さ４．６ｍｍの穴を２箇所に同時に打抜きした。そして、パンチによる打抜きに要したプレス荷重を測定するとともに、打抜き後のパンチ表面の状態を目視にて観察して評価を行った。また、打抜き後の穴のせん断面の状態を目視にて観察して評価を行った。
【００４５】
【表１】
【００４６】
表１では、潤滑油１〜８の組成を重量部で表している。また、「硫黄分（％）」とあるのは、潤滑油全量を基準としたときの、（ａ）成分に含まれる硫黄分（硫黄原子）の割合（重量％）を示している。「亜鉛分（％）」とあるのは、潤滑油全量を基準としたときの、（ｂ）成分に含まれる亜鉛分（亜鉛原子）の割合（重量％）示している。「カルシウム分（％）」とあるのは、潤滑油全量を基準としたときの、（ｃ）成分に含まれるカルシウム分（カルシウム原子）の割合（重量％）を示している。「エステル分（％）」とあるのは、潤滑油全量を基準としたときの、（ｄ）成分の割合（重量％）を示している。
【００４７】
表１の結果を見れば分かるように、潤滑油７を使用した場合には、打抜き加工後のパンチ表面の状態が良好であった。具体的には、パンチの表面における焼付きや損傷等が全く確認されず、また、ＳＫＤ１１の材質にＴｉＮコーティングを施したパンチを用いた場合でも、コーティングの脱落や剥離等は全く確認されなかった。パンチにより打抜きされた穴のせん断面の状態も極めて良好であり、穴の周囲におけるバリやダレが少なく、予定した寸法通りの精密な穴が形成されていた。これに対して、潤滑油１〜６，８を使用した場合には、パンチの表面及び穴のせん断面の状態は概ね良好ではあるものの、パンチによる打抜き加工に要するプレス荷重が増大する結果となった。
以上の結果より、本発明に係る金属材料のプレス加工方法において使用する潤滑油（潤滑油７）は、潤滑油それ自体でも高い性能を有していることが判明した。
【００４８】
次に、以下の条件で、金型の使用寿命を評価するための試験を行った。
（評価試験装置）
プレス機：ＡＩＤＡ リンクプレス ＶＬ−６０００（生産速度：７０ｓｐｍ）
材料送り：２３．５ｍｍ
被加工材料：ＳＰＨ４４０（板幅：７０ｍｍ 板厚：４．６ｍｍ）
潤滑油：表１の「潤滑油７」
潤滑油の供給方法：樹脂ロールにて被加工材料表面に均一に塗布
パンチ１：ＳＫＤ１１
パンチ２：ＳＫＤ１１＋ＴｉＮコーティング
パンチ３：ＳＫＤ１１＋ＴｉＡｌＮコーティング
パンチ４：ＳＫＤ１１＋ＴｉＣＮコーティング
ダイス ：ＳＫＤ１１
【００４９】
（評価方法）
表１の「潤滑油７」の組成を有する潤滑油を、被加工材料の表面に対して樹脂ロールを用いて均一に供給した後に、パンチ１〜４を使用して、縦１０ｍｍ×横１２ｍｍ×深さ４．６ｍｍの穴を２箇所に同時に打抜きした。そして、パンチによる打抜きに要したプレス荷重を測定するとともに、パンチ損傷が何回にて発生するか評価を行った。結果を以下の表２に示す。
【００５０】
【表２】
【００５１】
表２の結果を見れば分かるように、ＳＫＤ１１にＴｉＮコーティング処理を施したパンチの使用寿命が一番長いことが判明した。
【００５２】
次に、表面処理を施したパンチを使用して同様の試験を行った。具体的には、ＳＫＤ１１のパンチの表面に、平均粒径６０μｍの球状の高速度工具鋼（ハイス）からなる微粒子を、１３０ｍ／ｓ以上１７０ｍ／ｓ以下の噴射速度で吹き付けた後に、平均粒径６０μｍの球状のセラミック材料からなる微粒子を、１３０ｍ／ｓ以上１７０ｍ／ｓ以下の噴射速度で吹き付けた。表面処理の後、さらに、パンチの表面にＰＶＤ法にて窒化チタンコーティング処理を施した（これを「パンチ５」とする）。パンチ５を使用して、パンチによる打抜きに要したプレス荷重を測定するとともに、パンチ損傷が何回にて発生するか評価を行った。結果を以下の表３に示す。
【００５３】
【表３】
【００５４】
表３に示す結果を見ればわかるように、ＳＫＤ１１に表面処理を施した後に窒化チタンコーティング処理を施した金型（パンチ５）の場合には、単にＳＫＤ１１に窒化チタンコーティングを施した金型（パンチ２）よりも、パンチによる打抜き加工に要するプレス荷重が小さくなることが判明した。
【００５５】
次に、以下の生産装置において金型の使用寿命を評価した。結果を表４に示す。
（生産装置）
プレス機：ファインツール製 油圧プレス機（生産速度：２５ｓｐｍ）
被加工材料：ＳＰＨ４４０（板幅：７０ｍｍ 板圧：４．６ｍｍ）
生産部品：自動車シート用リクライニング部品
使用する潤滑油：潤滑油７（本発明）、及び、潤滑油８（比較例）
潤滑油の供給方法：樹脂ロールにて被加工材料の表面に均一に塗布
使用するパンチ：パンチ５（本発明）、及び、パンチ２（比較例）
【００５６】
【表４】
【００５７】
表４に示す結果を見れば分かるように、パンチ５と潤滑油７とを組み合わせることによって、プレス加工品のせん断面の状態が極めて良好になることが判明した。また、パンチ５と潤滑油７とを組み合わせることによって、パンチ損傷回数が約１０万回となり、パンチの使用寿命が飛躍的にアップすることが判明した。
つまり、この結果から、ある特定の組成を有する潤滑油（潤滑油７）と、ある特定の条件で表面処理を施した金型（パンチ５）を使用して金属材料をプレス加工することによって、プレス加工品の加工精度を向上させることが可能になるとともに、従来の方法よりも金型の長寿命化を図ることが可能になることを実証できた。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材料のプレス加工方法に関する。更に詳しくは、金属材料と金型との間に潤滑油を供給した状態で、表面処理を施した金型を使用して金属材料を加工する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属材料のプレス加工方法としては、打抜き加工、半抜き加工、曲げ加工、バーリング加工等の各種の方法が知られている。このような金属材料のプレス加工の際には、金属材料（被加工材料）と金型の間に潤滑油が供給される。これにより、金属材料と金型の間における摩擦熱の発生が防止されるとともに、加工面におけるバリ等の発生が防止されている。また、潤滑油を供給することによって、加工品の加工精度の向上が図られるとともに、ダイスやパンチなどの金型の長寿命化が図られている。
【０００３】
金属材料のプレス加工の際に使用される潤滑油としては、塩素系潤滑油が使用されることが多い。しかし、塩素系潤滑油は、加工時あるいは経時的にその中に含まれる塩素系添加剤成分が分解して被加工材料や金型を錆びさせる問題点が指摘されている。また、塩素系潤滑油は、焼却処理時における有害物質の発生や、焼却炉の腐食・損傷等の問題が指摘されている。したがって、塩素系の物質を含有せず、しかも、塩素系潤滑油と同等かあるいはそれ以上の耐焼付性能や潤滑性能を有するプレス加工用の潤滑油が望まれている。
【０００４】
そこで、塩素系の添加剤を含有しない潤滑油としては、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。しかし、特許文献１に記載の潤滑油は、切削加工用の潤滑油であり、耐焼付性能や潤滑性能が十分ではなく、金属材料のプレス加工、特に、精密せん断加工用の潤滑油として使用するためには性能が不十分である。
また、特許文献２及び特許文献３には、過塩基性金属のスルホネートと硫黄系極圧剤等を含有した切削加工油剤組成物が開示されている。しかし、これらの潤滑油は、一般的な金属加工において良好な潤滑性能を発揮するものの、精密せん断加工等の難易度の高いプレス加工では、十分な潤滑性能を発揮できないという問題がある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１５５２９３号公報
【特許文献２】特許第２６４１２０３号公報
【特許文献３】特開平８−２０７９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明は、金属材料と金型の間の摩擦をより低減することが可能であり、プレス加工品の加工精度を向上させることが可能になるとともに、従来よりも金型の長寿命化を図ることが可能になる金属材料のプレス加工方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、金属材料のプレス加工の際に使用する潤滑油と、それに組み合わせて使用する金型の表面処理方法の両方に着目した。その結果、ある特定の組成を有する潤滑油と、ある特定の条件で表面処理を施した金型とを使用した場合に、従来よりも加工品の加工精度を向上させることが可能であり、しかも、金型の長寿命化を図ることが可能になることを見出して、以下の発明を完成するに至ったのである。
第１の発明は、金属材料と金型との間に潤滑油を供給した状態で、表面処理を施した金型を使用して金属材料をプレス加工する方法であって、前記表面処理は、平均粒径３０μｍ以上８０μｍ以下の高速度工具鋼からなる微粒子を、１３０ｍ／ｓ以上１７０ｍ／ｓ以下の噴射速度で金型の表面に吹き付けた後に、平均粒径４０μｍ以上７０μｍ以下のセラミックス材料からなる微粒子を、１３０ｍ／ｓ以上１７０ｍ／ｓ以下の噴射速度で金型の表面に吹き付ける処理であり、前記潤滑油は、潤滑油基油に、硫黄系極圧剤と、有機亜鉛化合物と、カルシウム系添加剤と、エステル化合物とを配合してなる潤滑油であって、前記硫黄系極圧剤における硫黄含有量が５重量％以上であり、前記有機亜鉛化合物における亜鉛含有量が０．５重量％以上であり、前記カルシウム添加剤におけるカルシウム含有量が０．５重量％以上であり、前記エステル化合物の含有量が１．０重量％以上の潤滑油である（「重量％」は、潤滑油全量を基準とする）、金属材料のプレス加工方法である。
第２の発明は、上記第１の発明において、表面処理を施した金型の表面に、さらに窒化チタンコーティング処理を施した金型を使用して金属材料をプレス加工する、金属材料のプレス加工方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、金属材料のプレス加工において、金属材料と金型の間の摩擦をより低減でき、プレス加工品の加工精度をより向上させることが可能になるとともに、従来よりも金型の長寿命化を図ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、金属材料と金型との間に潤滑油を供給した状態で、表面処理を施した金型を使用して金属材料をプレス加工する方法であって、前記表面処理は、平均粒径３０μｍ以上８０μｍ以下の高速度工具鋼からなる微粒子を、１３０ｍ／ｓ以上１７０ｍ／ｓ以下の噴射速度で金型の表面に吹き付けた後に、平均粒径４０μｍ以上７０μｍ以下のセラミックス材料からなる微粒子を、１３０ｍ／ｓ以上１７０ｍ／ｓ以下の噴射速度で金型の表面に吹き付ける処理であり、前記潤滑油は、潤滑油基油に、硫黄系極圧剤と、有機亜鉛化合物と、カルシウム系添加剤と、エステル化合物とを配合してなる潤滑油であって、前記硫黄系極圧剤における硫黄含有量が５重量％以上であり、前記有機亜鉛化合物における亜鉛含有量が０．５重量％以上であり、前記カルシウム添加剤におけるカルシウム含有量が０．５重量％以上であり、前記エステル化合物の含有量が１．０重量％以上の潤滑油である（「重量％」は、潤滑油全量を基準とする）、金属材料のプレス加工方法である。
以下では、まず、本発明に使用する「潤滑油」について説明し、その次に、金型の表面処理方法について説明する。
【００１０】
［潤滑油について］
本発明に使用する潤滑油は、潤滑油基油に、（ａ）硫黄系極圧剤と、（ｂ）有機亜鉛化合物と、（ｃ）カルシウム系添加剤と、（ｄ）エステル化合物と、を配合してなる金属材料のプレス加工用の潤滑油である。本発明に使用する潤滑油は、塩素系の添加剤を含有せず、しかも、塩素系潤滑油と同等あるいはそれ以上の高い耐焼付性能及び潤滑性能を有している。
【００１１】
本発明に係る潤滑油では、鉱油、合成油、及び油脂の中から選ばれる少なくとも１種が潤滑油基油として用いられる。これらの鉱油、合成油、及び油脂については、一般に金属の加工油の基油として用いられているものであればよく、特に制限するものではないが、４０℃における動粘度が１ｍｍ2 ／ｓ以上１０００ｍｍ2 ／ｓ以下の範囲にあるものが好ましく、５ｍｍ2 ／ｓ以上１００ｍｍ2 ／ｓ以下の範囲にあるものがより好ましい。
【００１２】
このような鉱油、合成油、及び油脂には各種のものがあり、用途などに応じて適宜選定すればよい。
鉱油としては、例えば、石油精製業の潤滑油製造プロセスで常法を用いて精製される鉱油を使用することができる。より具体的には、例えば、原油を常圧蒸留および減圧蒸留して得られた潤滑油留分を、溶剤脱れき、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、接触脱ろう、水素化精製、硫酸洗浄、白土処理などの処理を１つ以上行って精製したものが挙げられる。
【００１３】
合成油としては、例えば、ポリα−オレフィン、α−オレフィンコポリマー、ポリブテン、アルキルベンゼン、ポリオキシアルキレングリコール、ポリオキシアルキレングリコールエーテル、シリコーンオイルなどを挙げることができる。
【００１４】
また、油脂の具体例としては、牛脂、豚脂、大豆油、菜種油、米ぬか油、ヤシ油、パーム油、パーム核油、並びにこれらの水素化物などを挙げることができる。
【００１５】
本発明に係る潤滑油においては、上記基油のうちの１種のみを単独で用いてもよく、２種以上の基油を混合して用いてもよい。
【００１６】
つぎに、潤滑油基油に配合される４つの成分、すなわち、（ａ）硫黄系極圧剤、（ｂ）有機亜鉛化合物、（ｃ）カルシウム系添加剤、及び（ｄ）エステル化合物、について説明する。
【００１７】
（ａ）硫黄系極圧剤について
硫黄系極圧剤としては、硫黄原子を有し、極圧効果を発揮しうるものを使用することができる。硫黄系極圧剤の具体例としては、例えば、硫化油脂、硫化脂肪酸、硫化エステル、硫化オレフィン、ポリサルファイド類、チオカーバメート類、硫化鉱油などを挙げることができる。ここで、硫化油脂は硫黄と油脂（ラード油，鯨油，植物油，魚油等）を反応させて得られるものである。その具体例としては、硫化ラード、硫化なたね油、硫化ひまし油、硫化大豆油などを挙げることができる。硫化脂肪酸の例としては、硫化オレイン酸などを、硫化エステルの例としては、硫化オレイン酸メチルや硫化米ぬか脂肪酸オクチルなどを挙げることができる。
【００１８】
硫化オレフィンは、炭素数２〜１５のオレフィン又はその２〜４量体を、硫黄、塩化硫黄等の硫化剤と反応させることによって得られる。
【００１９】
ポリサルファイド類の具体例としては、ジベンジルポリサルファイド、ジ−ｔｅｒｔ−ノニルポリサルファイド、ジドデシルポリサルファイド、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルポリサルファイド、ジオクチルポリサルファイド、ジフェニルポリサルファイド、ジシクロヘキシルポリサルファイドなどを挙げることができる。
【００２０】
チオカーバメート類の具体例としては、ジンクジチオカーバメート、ジラウリルチオジプロピオネート、ジステアリルチオジプロピオネートなどを挙げることができる。
【００２１】
硫化鉱油とは、鉱油に単体硫黄を溶解させたものをいう。単体硫黄を溶解させる鉱油は特に制限はないが、例えば、上記基油の説明において例示された鉱油系潤滑油基油を使用することができる。
【００２２】
本発明において、上記（ａ）成分は一種用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。また、その硫黄含有量は、潤滑油全量基準で、好ましくは１重量％以上５０重量％以下、より好ましくは、５重量％以上３０重量％以下の範囲である。この範囲よりも少なすぎると、潤滑性能を維持できない場合があり、この範囲よりも多すぎると、配合量に見合う効果の向上が得られないので好ましくない。なお、ここでいう「硫黄含有量」とは、（ａ）成分における硫黄原子の含有量のことであり、硫黄の原子量に基づいて計算により求めることが可能である。
【００２３】
（ｂ）有機亜鉛化合物について
有機亜鉛化合物の好ましいものとしては、ジアルキルジチオリン酸亜鉛（以下、ＺｎＤＴＰという。）、及び、ジアルキルジチオカルバミン酸亜鉛（以下、ＺｎＤＴＣという。）を挙げることができる。ＺｎＤＴＰ、及び、ＺｎＤＴＣのアルキル基は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。すなわち、ＺｎＤＴＰの構造式では、リン原子に対して酸素原子を介して２つのアルキル基が結合しているが、これらのアルキル基は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。また、ＺｎＤＴＣの構造式では、窒素原子に対して２つのアルキル基が結合しているが、これらのアルキル基は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。ＺｎＤＴＰ及びＺｎＤＴＣのアルキル基は、炭素数３以上のアルキル基又はアリール基が好ましい。
【００２４】
本発明においては、上記（ｂ）成分は一種用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。また、その亜鉛含有量は、潤滑油全量基準で、好ましくは０．０１重量％以上１０重量％以下、より好ましくは、０．５重量％以上５重量％以下の範囲である。この範囲よりも少なすぎると、潤滑性能を維持できない場合があり、この範囲よりも多すぎると、配合量に見合う効果の向上が得られないので好ましくない。なお、ここでいう「亜鉛含有量」とは、（ｂ）成分における亜鉛原子の含有量のことであり、亜鉛の原子量に基づいて計算により求めることが可能である。
【００２５】
（ｃ）カルシウム系添加剤
カルシウム系添加剤の好ましいものとして、カルシウムスルフォネート、カルシウムサリシレート、カルシウムフェネートが挙げられる。特に動粘度、価格の点より、カルシウムスルフォネートが好ましい。より好ましくは、塩基性カルシウムスルフォネートである。更に好ましくは、塩基価が３００ｍｇＫＯＨ／ｇ以上の塩基性カルシウムスルフォネートである。
【００２６】
本発明においては、上記（ｃ）成分は一種用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。また、そのカルシウム含有量は、潤滑油全量基準で、好ましくは０．０１重量％以上１０重量％以下、より好ましくは、０．５重量％以上５重量％以下の範囲である。この範囲よりも少なすぎると、潤滑性能を維持できない場合があり、この範囲よりも多すぎると、配合量に見合う効果の向上が得られないので好ましくない。なお、ここでいう「カルシウム含有量」とは、（ｃ）成分におけるカルシウム原子の含有量のことであり、カルシウムの原子量に基づいて計算により求めることが可能である。
【００２７】
（ｄ）エステル化合物
エステル化合物の好ましいものとして、ポリオールエステルと、コンプレックスエステルを挙げることができる。潤滑油基油に対しては、これらのうち１種のみを配合してもよく、２種以上を配合してもよい。
ポリオールエステルとは、脂肪族多価アルコールと直鎖状又は分岐状の脂肪酸とのポリオールエステル類のことである。ポリオールエステル類を形成する脂肪族多価アルコールとしては、例えば、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、ジトリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、ジトリメチロールエタン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール等を挙げることができる。また、上記脂肪族多価アルコールと直鎖状又は分岐状の脂肪酸との部分エステル類も使用できる。
コンプレックスエステルとは、脂肪族多価アルコールと直鎖状又は分岐状の脂肪酸、及び直鎖状又は分岐状の脂肪族二塩基酸とのコンプレックスエステル類のことである。脂肪族多価アルコール成分としては、例えば、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール等を挙げることができる。また、脂肪酸成分としては、例えば、脂肪族カルボン酸、例えばヘプタデシル酸、ステアリン酸、ノナデカン酸、アラキン酸、ベヘニン酸、リグノセリン酸等を挙げることができる。二塩基酸としては、例えば、コハク酸、アジピン酸、ペメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、カルボキシオクタデカン酸、カルボキシメチルオクタデカン酸、ドコサン二酸等を挙げることができる。
【００２８】
エステル化合物は、１００℃での動粘度が１００ｍｍ2 ／ｓ以上１００００ｍｍ2 ／ｓ以下の範囲にあるものが好ましく、１０００ｍｍ2 ／ｓ以上５０００ｍｍ2 ／ｓ以下の範囲にあるものがより好ましい。
エステル化合物の含有量は、潤滑油全量を基準として、０．５重量％以上４０重量％以下であることが好ましい。より好ましくは、１．０重量％以上２０重量％以下である。エステル化合物の含有量がこの範囲よりも少なすぎると、耐焼付き性能が低下する傾向があり、この範囲よりも多すぎると、潤滑油が高粘度になり取り扱い性が悪化する。
【００２９】
本発明に係る潤滑油は、潤滑油基油に上記（ａ）〜（ｄ）成分を配合することにより得られるが、プレス加工油としての基本的な性能を維持するために、本発明の目的を阻害しない範囲で、各種公知の添加剤等を適宜配合することができる。
【００３０】
上記各種公知の添加剤としては、防錆剤、酸化防止剤、防食剤、着色剤、消泡剤、香料等が挙げられる。上記防錆剤としては、カルシウム系防錆剤、バリウム系防錆剤、ワックス系防錆剤等を、上記酸化防止剤としては、アミン系化合物、フェノール系化合物等を、上記防食剤としては、ベンゾトリアゾール、トリルトリアゾール、メルカプトベンゾチアゾール等を、必要に応じて適宜添加することができる。上記着色剤としては、染料や顔料等を用いることができる。
【００３１】
本発明において、金型の表面に微粒子を吹き付けるための装置は、重力式のブラスト装置を使用しても良い。
【００３２】
本発明において、金型の表面に噴射する微粒子は、（Ａ）平均粒径が３０μｍ以上８０μｍ以下の高速度工具鋼（ハイス）からなるほぼ球形の微粒子と、（Ｂ）平均粒径が４０μｍ以上７０μｍ以下のセラミックス材料からなるほぼ球形の微粒子の２種類を使用する。なお、ここでいう平均粒径とは、ふるいで分けたときに粉末の重量が二分される径、すなわちメジアン径（ｄ５０）のことである。
上記（Ａ）高速度工具鋼からなる微粒子は、ＪＩＳ規格でＳＫＨに相当する高速度工具鋼からなる微粒子であり、吹き付ける対象となる金型の硬度よりも高い硬度のものを用いると良い。
上記（Ｂ）セラミックス材料からなる微粒子は、一般にセラミックスと呼ばれることのある材料からなる微粒子であり、吹き付ける対象となる金型の硬度よりも高い硬度のものを用いると良い。
【００３３】
金型の表面に表面処理を施すことによって、金型の表面においてＡ３変態点以上の急熱及び急冷が繰り返されるので、圧縮残留応力の発生に伴う表面の加工硬化、疲労強度の増加といった効果を同時に得ることができる。なお、このような表面処理による金属表面の硬化処理方法自体は、特公平２−１７６０７等によって既に公知となっている技術である。
【００３４】
また、金型の表面に表面処理を施すことによって、金型の表面には微細な凹部が無数に形成される。この凹部は微細な凹部であり、この凹部が潤滑油を溜めておくための「油溜まり」の機能を果たすことになる。この結果、金属材料を金型によってプレス加工したときに、金型の表面には潤滑油が保持されやすくなるので、油切れが防止され、金型の表面における摩擦が著しく低減されることになる。なお、金型の表面の摩擦をより低減するためには、形状が球形あるいはほぼ球形の微粒子を使用するのが好ましい。形状が球形の微粒子を使用した場合、金型の表面には断面が円弧状の凹部が形成されるので、その結果、潤滑油の表面張力が作用しやすくなり、金型の表面に潤滑油がより保持されやすくなるからである。
【００３５】
［金属材料のプレス加工方法について］
本発明に係る金属材料のプレス加工方法は、上記で説明した「潤滑油」を使用することが一つ目の特徴であり、上記で説明した「表面処理」を施した金型を使用することが二つ目の特徴である。つまり、上記で説明したある特定の組成を有する「潤滑油」と、上記で説明したある特定の条件の「表面処理」とを組み合わせることによって、それぞれを単独で実施した場合よりも優れた効果を得ることができる。
【００３６】
金型の表面に表面処理を施した後に、金型の表面に窒化チタンコーティング処理（ＴｉＮコーティング処理）を施すことによって、金型の表面硬度が向上する。これにより、金型の使用寿命をより長くすることが可能である。なお、窒化チタンコーティングの方法は特に制限するものではなく、各種公知のコーティング方法を用いることが可能である。例えば、ＰＶＤ法（物理蒸着法）による窒化チタンコーティング処理を施すことが可能である。
【００３７】
本発明に係る金属材料のプレス加工方法は、打抜き加工や穴あけ加工等のせん断加工や、ファインブランキング加工（ＦＢ加工）等のプレス加工に適用した場合に特に優れた効果を発揮する。
【００３８】
物
本発明に係る金属材料のプレス加工方法は、いかなる金属材料に対しても適用可能である。例えば、本発明を使用して、ステンレス鋼、合金鋼、炭素鋼、アルミニウム合金等をプレス加工することが可能である。本発明は、特に、炭素鋼や合金鋼に対して優れた効果を発揮する。
【００３９】
また、本発明に使用する上記で説明した潤滑油は、塩素成分を含有しないため、製品や金型の発錆の問題を回避することができる。本発明に使用する潤滑油は、被加工材料である金属の種類に限定されることなく用いることができる。例えば、ステンレス鋼、合金鋼、炭素鋼、アルミニウム合金等に対して使用することができる。本発明に使用する潤滑油は、このうち特に炭素鋼、合金鋼に対して優れた効果を発揮する。
【００４０】
本発明に係る金属材料のプレス加工方法によれば、金属材料のプレス加工精度が向上する。潤滑油の供給方法は特に制限するものではないが、例えば、ローラーによる金属材料表面への塗布、スプレーによる金属材料表面への塗布、などの方法を採用することが可能である。あるいは、被加工材料である金属材料の表面ではなく、金型の表面に対して潤滑油を塗布してもよい。金属材料と金型との間に潤滑油を供給することによって、金型の錆びや損傷を防止することができるので、金型の使用寿命を長くすることができる。また、金属材料と金型の間の摩擦を低減できるので、プレス加工面におけるバリ等の発生を防止でき、金属材料のプレス加工精度を向上させることが可能である。
【実施例】
【００４１】
以下、本発明に係る金属材料のプレス加工方法の具体的な実施例について説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００４２】
まず、以下に示す基油及び各種の添加剤成分を用いて、表１に示す組成を有する潤滑油１〜８を調製した。
（基油）
基油１：パラフィン系鉱油（４０℃における動粘度：４５０ｍｍ２／ｓ）
基油２：ナフテン系鉱油（４０℃における動粘度：４６ｍｍ２／ｓ）
基油３：パラフィン系鉱油（４０℃における動粘度：１０ｍｍ２／ｓ）
（ａ）成分
ａ１：ポリサルファイド（硫黄含有量：３７重量％）
ａ２：ポリサルファイド（硫黄含有量：３２重量％）
ａ３：硫化油脂（硫黄含有量：１５重量％）
ａ４：硫化油脂（硫黄含有量：１１重量％）
（ｂ）成分
ｂ１：ＺｎＤＴＰ（亜鉛含有量：９重量％ 硫黄含有量：１６質量％）
ｂ２：ＺｎＤＴＰ（亜鉛含有量：５重量％ 硫黄含有量：１１質量％）
ｂ３：ＺｎＤＴＰ（亜鉛含有量：９重量％ 硫黄含有量：１５質量％）
（ｃ）成分
ｃ１：カルシウムスルフォネート（カルシウム含有量：１５重量％）
（ｄ）成分
ｄ１：ポリオールエステル及び／又はコンプレックスエステル
（その他の成分）
ｅ１：塩素化パラフィン（塩素含有量：５０重量％）
ｅ２：植物系油脂
ｅ３：合成油
【００４３】
表１に示す組成にて調製した潤滑油１〜８について、以下の装置・方法を用いて性能評価を行った。
（評価試験装置）
プレス機：ＡＩＤＡ リンクプレス ＶＬ−６０００（生産速度：７０ｓｐｍ）
材料送り：２３．５ｍｍ
被加工材料：ＳＰＨ４４０（板幅：７０ｍｍ 板厚：４．６ｍｍ）
潤滑油の供給方法：樹脂ロールにて被加工材料表面に均一に供給
パンチ１：ＳＫＤ１１
パンチ２：ＳＫＤ１１＋ＴｉＮコーティング
ダイス ：ＳＫＤ１１
【００４４】
（評価方法）
表１の組成にて調製した潤滑油１〜８を、被加工材料の表面に対して樹脂ロールにて均一に供給した後に、２種類のパンチにて、縦１０ｍｍ×横１２ｍｍ×深さ４．６ｍｍの穴を２箇所に同時に打抜きした。そして、パンチによる打抜きに要したプレス荷重を測定するとともに、打抜き後のパンチ表面の状態を目視にて観察して評価を行った。また、打抜き後の穴のせん断面の状態を目視にて観察して評価を行った。
【００４５】
【表１】
【００４６】
表１では、潤滑油１〜８の組成を重量部で表している。また、「硫黄分（％）」とあるのは、潤滑油全量を基準としたときの、（ａ）成分に含まれる硫黄分（硫黄原子）の割合（重量％）を示している。「亜鉛分（％）」とあるのは、潤滑油全量を基準としたときの、（ｂ）成分に含まれる亜鉛分（亜鉛原子）の割合（重量％）示している。「カルシウム分（％）」とあるのは、潤滑油全量を基準としたときの、（ｃ）成分に含まれるカルシウム分（カルシウム原子）の割合（重量％）を示している。「エステル分（％）」とあるのは、潤滑油全量を基準としたときの、（ｄ）成分の割合（重量％）を示している。
【００４７】
表１の結果を見れば分かるように、潤滑油７を使用した場合には、打抜き加工後のパンチ表面の状態が良好であった。具体的には、パンチの表面における焼付きや損傷等が全く確認されず、また、ＳＫＤ１１の材質にＴｉＮコーティングを施したパンチを用いた場合でも、コーティングの脱落や剥離等は全く確認されなかった。パンチにより打抜きされた穴のせん断面の状態も極めて良好であり、穴の周囲におけるバリやダレが少なく、予定した寸法通りの精密な穴が形成されていた。これに対して、潤滑油１〜６，８を使用した場合には、パンチの表面及び穴のせん断面の状態は概ね良好ではあるものの、パンチによる打抜き加工に要するプレス荷重が増大する結果となった。
以上の結果より、本発明に係る金属材料のプレス加工方法において使用する潤滑油（潤滑油７）は、潤滑油それ自体でも高い性能を有していることが判明した。
【００４８】
次に、以下の条件で、金型の使用寿命を評価するための試験を行った。
（評価試験装置）
プレス機：ＡＩＤＡ リンクプレス ＶＬ−６０００（生産速度：７０ｓｐｍ）
材料送り：２３．５ｍｍ
被加工材料：ＳＰＨ４４０（板幅：７０ｍｍ 板厚：４．６ｍｍ）
潤滑油：表１の「潤滑油７」
潤滑油の供給方法：樹脂ロールにて被加工材料表面に均一に塗布
パンチ１：ＳＫＤ１１
パンチ２：ＳＫＤ１１＋ＴｉＮコーティング
パンチ３：ＳＫＤ１１＋ＴｉＡｌＮコーティング
パンチ４：ＳＫＤ１１＋ＴｉＣＮコーティング
ダイス ：ＳＫＤ１１
【００４９】
（評価方法）
表１の「潤滑油７」の組成を有する潤滑油を、被加工材料の表面に対して樹脂ロールを用いて均一に供給した後に、パンチ１〜４を使用して、縦１０ｍｍ×横１２ｍｍ×深さ４．６ｍｍの穴を２箇所に同時に打抜きした。そして、パンチによる打抜きに要したプレス荷重を測定するとともに、パンチ損傷が何回にて発生するか評価を行った。結果を以下の表２に示す。
【００５０】
【表２】
【００５１】
表２の結果を見れば分かるように、ＳＫＤ１１にＴｉＮコーティング処理を施したパンチの使用寿命が一番長いことが判明した。
【００５２】
次に、表面処理を施したパンチを使用して同様の試験を行った。具体的には、ＳＫＤ１１のパンチの表面に、平均粒径６０μｍの球状の高速度工具鋼（ハイス）からなる微粒子を、１３０ｍ／ｓ以上１７０ｍ／ｓ以下の噴射速度で吹き付けた後に、平均粒径６０μｍの球状のセラミック材料からなる微粒子を、１３０ｍ／ｓ以上１７０ｍ／ｓ以下の噴射速度で吹き付けた。表面処理の後、さらに、パンチの表面にＰＶＤ法にて窒化チタンコーティング処理を施した（これを「パンチ５」とする）。パンチ５を使用して、パンチによる打抜きに要したプレス荷重を測定するとともに、パンチ損傷が何回にて発生するか評価を行った。結果を以下の表３に示す。
【００５３】
【表３】
【００５４】
表３に示す結果を見ればわかるように、ＳＫＤ１１に表面処理を施した後に窒化チタンコーティング処理を施した金型（パンチ５）の場合には、単にＳＫＤ１１に窒化チタンコーティングを施した金型（パンチ２）よりも、パンチによる打抜き加工に要するプレス荷重が小さくなることが判明した。
【００５５】
次に、以下の生産装置において金型の使用寿命を評価した。結果を表４に示す。
（生産装置）
プレス機：ファインツール製 油圧プレス機（生産速度：２５ｓｐｍ）
被加工材料：ＳＰＨ４４０（板幅：７０ｍｍ 板圧：４．６ｍｍ）
生産部品：自動車シート用リクライニング部品
使用する潤滑油：潤滑油７（本発明）、及び、潤滑油８（比較例）
潤滑油の供給方法：樹脂ロールにて被加工材料の表面に均一に塗布
使用するパンチ：パンチ５（本発明）、及び、パンチ２（比較例）
【００５６】
【表４】
【００５７】
表４に示す結果を見れば分かるように、パンチ５と潤滑油７とを組み合わせることによって、プレス加工品のせん断面の状態が極めて良好になることが判明した。また、パンチ５と潤滑油７とを組み合わせることによって、パンチ損傷回数が約１０万回となり、パンチの使用寿命が飛躍的にアップすることが判明した。
つまり、この結果から、ある特定の組成を有する潤滑油（潤滑油７）と、ある特定の条件で表面処理を施した金型（パンチ５）を使用して金属材料をプレス加工することによって、プレス加工品の加工精度を向上させることが可能になるとともに、従来の方法よりも金型の長寿命化を図ることが可能になることを実証できた。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料と金型との間に潤滑油を供給した状態で、表面処理を施した金型を使用して金属材料をプレス加工する方法であって、
前記表面処理は、平均粒径３０μｍ以上８０μｍ以下の高速度工具鋼からなる微粒子を、１３０ｍ／ｓ以上１７０ｍ／ｓ以下の噴射速度で金型の表面に吹き付けた後に、平均粒径４０μｍ以上７０μｍ以下のセラミックス材料からなる微粒子を、１３０ｍ／ｓ以上１７０ｍ／ｓ以下の噴射速度で金型の表面に吹き付ける処理であり、
前記潤滑油は、潤滑油基油に、硫黄系極圧剤と、有機亜鉛化合物と、カルシウム系添加剤と、エステル化合物とを配合してなる潤滑油であって、前記硫黄系極圧剤における硫黄含有量が５重量％以上であり、前記有機亜鉛化合物における亜鉛含有量が０．５重量％以上であり、前記カルシウム添加剤におけるカルシウム含有量が０．５重量％以上であり、前記エステル化合物の含有量が１．０重量％以上の潤滑油である（「重量％」は、潤滑油全量を基準とする）、金属材料のプレス加工方法。
【請求項２】
表面処理を施した金型の表面に、さらに窒化チタンコーティング処理を施した金型を使用して金属材料をプレス加工する、請求項１に記載の金属材料のプレス加工方法。
【請求項１】
金属材料と金型との間に潤滑油を供給した状態で、表面処理を施した金型を使用して金属材料をプレス加工する方法であって、
前記表面処理は、平均粒径３０μｍ以上８０μｍ以下の高速度工具鋼からなる微粒子を、１３０ｍ／ｓ以上１７０ｍ／ｓ以下の噴射速度で金型の表面に吹き付けた後に、平均粒径４０μｍ以上７０μｍ以下のセラミックス材料からなる微粒子を、１３０ｍ／ｓ以上１７０ｍ／ｓ以下の噴射速度で金型の表面に吹き付ける処理であり、
前記潤滑油は、潤滑油基油に、硫黄系極圧剤と、有機亜鉛化合物と、カルシウム系添加剤と、エステル化合物とを配合してなる潤滑油であって、前記硫黄系極圧剤における硫黄含有量が５重量％以上であり、前記有機亜鉛化合物における亜鉛含有量が０．５重量％以上であり、前記カルシウム添加剤におけるカルシウム含有量が０．５重量％以上であり、前記エステル化合物の含有量が１．０重量％以上の潤滑油である（「重量％」は、潤滑油全量を基準とする）、金属材料のプレス加工方法。
【請求項２】
表面処理を施した金型の表面に、さらに窒化チタンコーティング処理を施した金型を使用して金属材料をプレス加工する、請求項１に記載の金属材料のプレス加工方法。
【公開番号】特開２００８−５５４２６（Ｐ２００８−５５４２６Ａ）
【公開日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３３６９９９（Ｐ２００５−３３６９９９）
【出願日】平成１７年１１月２２日（２００５．１１．２２）
【出願人】（０００２４１５００）トヨタ紡織株式会社 (2,945)
【出願人】（０００２１１１４５）中京化成工業株式会社 (15)
【出願人】（０００１５４０８２）株式会社不二機販 (25)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月２２日（２００５．１１．２２）
【出願人】（０００２４１５００）トヨタ紡織株式会社 (2,945)
【出願人】（０００２１１１４５）中京化成工業株式会社 (15)
【出願人】（０００１５４０８２）株式会社不二機販 (25)
【Ｆターム（参考）】
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