(57)【要約】      （修正有）【課題】時効硬化型アルミニウムム合金板を固溶化熱処理後にドライ状態でホットスタンピング加工すると焼付きが発生し成形できないため、前記ホットスタンピング加工において、潤滑剤を使用して金型と材料界面の接触間に潤滑膜を介在させ前記焼付きを発生させないためのホットスタンピング加工用潤滑剤の提供。【解決手段】時効硬化型アルミニウムム合金板の固溶化熱処理後のプレス加工において、潤滑剤を使用して金型と材料界面の接触間に潤滑膜が介在することによりプレス加工中に焼付きを発生させないためにホットスタンピング加工用潤滑剤として、ストレート型及びエマルション型の液体潤滑剤であって、ベース油に油性向上剤、極圧添加剤、固体潤滑剤等を含有するホットスタンピング用潤滑剤。エマルション型で用いられるときは上記潤滑剤に界面活性剤、水等を含有するホットスタンピング用潤滑剤。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金板のホットスタンピングにおける熱間プレス加工に用いられるストレート型及びエマルション型の液体潤滑剤であって、ベース油に油性向上剤、極圧添加剤、固体潤滑剤等を含有するホットスタンピング用潤滑剤。エマルション型で用いられるときは上記潤滑剤に界面活性剤、水等を含有するホットスタンピング用潤滑剤。
【請求項２】
前記ベース油の粘度は２０ｃＳｔ〜５００ｃＳｔである。請求項１に記載のホットスタンピング用潤滑剤
【請求項３】
前記ベース油が合成エステル油、鉱油、及び油脂からなる群から選択される１種類または２種類以上である。請求項１または２のいずれかに記載のホットスタンピング用潤滑剤。
【請求項４】
前記潤滑剤の合計質量を１００質量％とした場合、ストレート型では、前記ベース油を５０〜１００質量％、前記油性向上剤を０〜２０％、前記極圧潤滑剤を０〜５０％、及び前記固体潤滑剤を０〜３０％を含有、エマルション型では、ストレート型潤滑剤に前記界面活性剤を０．３〜１０質量％、及び前記水を４０から９５質量％を含有する、請求項１〜３に記載のホットスタンピング用潤滑剤。
【請求項５】
前記固体潤滑剤の平均粒径が１０ｎｍ〜２０μｍである。請求項１〜４のいずれかに記載のホットスタンピング用潤滑剤。
【請求項６】
前記固体潤滑剤が合成雲母、黒鉛、ナノカーボン、有機ヘクトライト、メラミンー無水シアヌール酸縮重合物（ＭＣＡ）、リン酸亜鉛、クエン酸カルシウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、窒化ホウ素、チタン酸カルシウム、及び粉末セルロースからなる群から選択される１種類または２種類以上である。請求項１〜５のいずれかに記載のホットスタンピング用潤滑剤。
【請求項７】
前記油性向上剤が、高級アルコール、高級脂肪酸、及び合成エステルからなる群から選択される１種類または２種類以上である。請求項１〜６のいずれかに記載のホットスタンピング用潤滑剤。
【請求項８】
前記極圧添加剤が、硫黄系極圧剤、りん系極圧剤、及び有機金属系極圧剤からなる群から選択される１種類または２種類以上である。請求項１〜７のいずれかに記載のホットスタンピング用潤滑剤。
【請求項９】
エマルション型潤滑剤の場合に添加される前記界面活性剤が、エチレンオキサイド・プロピレンオキサイド・ブロックポリマー型、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル型、ポリオキシエチレン脂肪酸エーテル型、及びポリオキシエチレン・ソルビタン脂肪酸エステル型からなる群から選択される１種類または２種類以上の界面活性剤である。請求項１〜８のいずれかに記載のホットスタンピング用潤滑剤。
【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を用いホットスタンピング加工により自動車、飛行機などの部品を製造する際、熱間プレス加工において焼付きを発生させないためのホットスタンピング加工用潤滑剤に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  地球温暖化の原因となる温室効果ガスのＣＯ２削減のため、自動車、飛行機などの輸送機器の構造材料を軽量化することによる燃費向上が求められている。金属材料の分野においては、その強度を増加させる、その重量を減少させることによる軽量化を行う開発が行われている。【０００３】  従来の材料の鋼板材料においては、１２００ＭＰａ級の超ハイテン鋼板を冷間プレスにより自動車部品を製造するか、１５００ＭＰａ以上の高強度を有する鋼板の自動車用部材を最近ホットスタンピングプロセスが用いて製造する方法が用いられている。金属板材料において更なる軽量化を求めるならば鋼よりも比重の小さく、比強度が高いアルミニウム合金材料の利用が検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２４１１４３
【特許文献２】ＷＯ２０１３０１５１１０Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  自動車プレス部材用アルミニウム合金板としては５０００系列、６０００系列の材料が用いられている。これらのアルミニウム材料は３００ＭＰａ程度の引張強度を有するが、成形性が優れていないため複雑な形状の部品をプレス加工することは困難である。そのため、ダイスとブランクホルダーの温度を２００℃以上、ポンチの温度を１００℃未満にする温間プレス成形により成形性の改善する技術開発が行われている。一方、材料側からは合金設計の観点から成形性の優れたアルミニウム合金材料の開発も行われている。しかし、更なる複雑な形状を有したプレス部材の製造やプレス成形されたアルミニウム合金材料の強度が５００ＭＰａを超える部材の製造が望まれている。本発明は、これを可能するため５０００系，７０００系などの時効硬化型アルミニウム合金板を用い、ホットスタンプング加工により自動車、飛行機などの部品を製造する際、熱間プレス加工において焼付きを発生させないためのホットスタンピング加工用潤滑剤を提案するものである。【０００６】  上記課題を解決するための手段としては、高強度を有したアルミニウム部品をホットスタンピングの加工に用いて製造するために時効硬化型アルミニウム合金を用いる。時効硬化型アルミニウム合金は固溶化熱処理後にプレス加工を行い、仮死点において加工されたアルミニウム合金板を金型に保持させ、その部材に焼入れを行う。つづいて、時効熱処理を行うことにより高強度を有したアルミニウム部材をなる。このような時効硬化型アルミニウム合金板をホットスタンピング加工に用いることにより、高強度を有したアルミニウム部品を製造する方法が最も適切な解決策となる。【０００７】  ホットスタンピング加工においては、時効硬化型アルミニウムム合金板を固溶化熱処理後にプレス加工において、高張力鋼板におけるプレス加工のようにドライ加工で行うと激しい焼付きが発生し、プレス加工を行うことができない。本発明は、時効硬化型アルミニウムム合金板の固溶化熱処理後のプレス加工において、潤滑剤を使用して金型と材料界面の接触間に潤滑膜が介在することによりプレス加工中に焼付きを発生させないためにホットスタンピング加工用潤滑剤を提供することである。【０００８】  熱間プレス加工中に焼付きを発生させないホットスタンピング加工用潤滑剤を使用し、金型表面に一様に付着した潤滑膜を被膜するが、ＤＬＣ，ＤＬＣ−Ｓｉ，ＴｉＮ，ＣｒＮ，ＴｉＣＮ，ダイアモンドなどの硬質薄膜を表面に被膜した金型を用いることもある。
【発明を解決するための手段】
【０００９】  本発明者らは、上記課題を解決すべく研究を重ねた結果、特定の構成の潤滑剤が上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は下記のアルミニウム合金のホットスタンピング用潤滑剤に係わる。
１．本発明のホットスタンピング用潤滑剤は、アルミニウム合金板のホットスタンピング    における熱間プレス加工に用いられるストレート型及びエマルション型の液体潤滑剤    であって、ベース油に油性向上剤、極圧添加剤、固体潤滑剤等を含有するホットスタ    ンピング用潤滑剤。エマルション型で用いられるときは上記潤滑剤に界面活性剤、水    等を含有するホットスタンピング用潤滑剤。
２．前記ベース油の粘度は２０ｃＳｔ〜５００ｃＳｔである。上記項１に記載のホットス    タンピング用潤滑剤
３．前記ベース油が合成エステル油、鉱油、及び油脂からなる群から選択される１種類ま    たは２種類以上である。上記項１または２のいずれかに記載のホットスタンピング用    潤滑剤。
４．前記潤滑剤の合計質量を１００質量％とした場合、ストレート型では、前記ベース油    を５０〜１００質量％、前記油性向上剤を０〜２０％、前記極圧潤滑剤を０〜５０％    、及び前記固体潤滑剤を０〜３０％を含有、エマルション型では、ストレート型潤滑    剤に前記界面活性剤を０．３〜１０質量％、及び前記水を４０から９５質量％を含有    する、上記項１〜３に記載のホットスタンピング用潤滑剤。
５．前記固体潤滑剤の平均粒径が１０ｎｍ〜２０μｍである。上記項１〜４のいずれかに    記載のホットスタンピング用潤滑剤。
６．前記固体潤滑剤が合成雲母、黒鉛、ナノカーボン、有機ヘクトライト、メラミンー無    水シアヌール酸縮重合物（ＭＣＡ）、リン酸亜鉛、クエン酸カルシウム、水酸化カル    シウム、炭酸カルシウム、窒化ホウ素、チタン酸カルシウム、及び粉末セルロースか    らなる群から選択される１種類または２種類以上である。上記項１〜５のいずれかに    記載のホットスタンピング用潤滑剤。
７．前記油性向上剤が、高級アルコール、高級脂肪酸、及び合成エステルからなる群から    選択される１種類または２種類以上である。上記項１〜６のいずれかに記載のホット    スタンピング用潤滑剤。
８．前記極圧添加剤が、硫黄系極圧剤、りん系極圧剤、及び有機金属系極圧剤からなる群    から選択される１種類または２種類以上である。上記項１〜７のいずれかに記載のホ    ットスタンピング用潤滑剤。
９．エマルション型潤滑剤の場合に添加される前記界面活性剤が、エチレンオキサイド・    プロピレンオキサイド・ブロックポリマー型、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル型    、、ポリオ岸エチレン脂肪酸エーテル型、及びポリオキシエチレン・ソルビタン脂肪    酸エステル型からなる群から選択される１種類または２種類以上の界面活性剤である    。上記項１〜８のいずれかに記載のホットスタンピング用潤滑剤。
【発明の効果】
【００１０】  本発明の時効硬化型アルミニウム合金板のホットスタンピング加工における固溶化熱処理後のプレス加工において、本発明のホットスタンピング用潤滑剤を使用して、金型または材料表面に一様に潤滑剤を付着させることにより、焼付きを発生させることなくプレス成形が可能となり、工具焼入れを行った後、時効熱処理を行うことにより、アルミニウム部品の強度を非常に大きくすることを可能にする。本発明は、地球温暖化の原因となる温室効果ガスのＣＯ２削減のため、輸送機器の構造材料を軽量化することにより燃費向上を可能にすることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】  本発明のホットスタンピング用潤滑剤は、アルミニウム合金板のホットスタンピングにおける熱間プレス加工に用いられるストレート型及びエマルション型の液体潤滑剤であって、ベース油に油性向上剤、極圧添加剤、固体潤滑剤等を含有すること及びエマルション型で用いられるときは上記潤滑剤に界面活性剤、水等を含有することを特徴とする。
【００１２】  時効効果型アルミニウム合金板のホットスタンピングのプロセスの熱間プレス加工の際に、金型と材料界面の接触間に潤滑膜が介在することによりプレス加工中に焼付きを発生させないように、金型または材料表面に一様に付着させる潤滑剤を開発することが本発明の形態である
【００１３】  本発明のアルミニウム合金板のホットスタンピング用潤滑剤の熱間プレス中の耐焼付き性を評価するために、熱間平板引抜き試験機を用いた。
【００１４】  本発明のアルミニウム合金のホットスタンピングの熱間プレス加工に用いるストレート型及びエマルション型潤滑剤を用いて、金型または材料表面に一様に付着させるためにスプレイノズルを用いる。
【００１５】  本研究で用いる時効硬化型アルミニウム合金は、２０００系列、６０００系列、７０００系列などに基づいたものである。
【００１６】  熱間プレス加工中に焼付きを発生させないために、本発明のホットスタンピング加工用潤滑剤を使用し、金型表面に一様に付着した潤滑膜を被膜するが、ＤＬＣ，ＤＬＣ−Ｓｉ，ＴｉＮ，ＣｒＮ，ＴｉＣＮ，ダイアモンドなどの硬質薄膜を表面に被膜した金型を用いることもある。
【実施例】
【００１７】  以下、本発明の実施例を具体的に説明する。板厚２．０ｍｍの７０７５アルミニウム合金板を表面粗さ０．２ＲａμｍのＳＫＤ６１の工具、油性及び水溶性の潤滑剤を用いて４８０℃に加熱し、約４００℃の温度の７０７５アルミニウム合金鈑を垂直荷重３．５ｋＮ（面圧８ＭＰａ）、すべり速度１０ｍｍ／ｍｉｎの条件で平板引抜き加工を行った。潤滑剤が油性潤滑剤の場合は工具表面に塗布し、水溶性潤滑剤の場合は２０％水溶液を２００℃に加熱した工具表面に噴霧し、乾燥させた。測定した摩擦係数の関係から，引抜き距離の２０ｍｍから４０ｍｍ間の摩擦係数の平均値の値を各試験における摩擦係数値とした。【００１８】  アルミニウム合金のホットスタンピング用に適用可能な潤滑剤として、現在熱間塑性加工用に使用されている水溶性潤滑剤と油性潤滑剤の比較を行った。水溶性潤滑剤として水溶性黒鉛潤滑剤と水溶性高分子潤滑剤、油性潤滑剤として粘度４８ｃＳｔの合成エステル油を使用した。図１に３種類の潤滑剤の２回の試験結果の摩擦係数と引抜き距離の関係を示す。
水溶性黒鉛潤滑剤の摩擦係数は引抜き距離２０ｍｍから３０ｍｍまでは０．１３と低い値を示すが、それ以上の引抜き距離になると摩擦係数は急激に高くなり焼付きが発生し、試験片が伸び、摩擦係数が測定できなくなる事態も生じた（図１（ａ））。同じく、水溶性高分子潤滑剤の摩擦係数は、引抜き距離の最初から０．２と高く、引抜きを進めると、途中から試験片が伸び、焼付きが発生し、摩擦係数の測定ができなくなる事態が生じた（図４（ｂ））。
一方、合成エステル油の油性潤滑剤の摩擦係数は、引抜き距離の最初から最後まで０．１５と一定の低い値を示し、焼付きが発生していないことが理解できた（図１（ｃ））。この結果からアルミニウム合金のホットスタンピング用に適用可能な潤滑剤としては、油をベースにした油性潤滑剤を開発することにした。【００１９】  油性潤滑剤の合成エステル油の粘度を４８及び５００ｃＳｔの２種類の油性潤滑剤の摩擦係数の測定を行った。引抜き試験片の温度を３７０℃として、試験を行った。試験結果の摩擦係数と引抜き距離の関係を図２に示す。図２の結果から、摩擦係数は粘度にはあまり影響を受けないこと、合成エステル油が摩擦係数の安定性に優れ、焼付きが発生しにくいことが理解できた。潤滑剤の操作性から、できる限り低粘度の合成エステル油が望ましいとして本発明の潤滑剤を開発した。【００２０】  低粘度の合成エステル油をベース油として、油性向上剤、極圧添加剤、及び固体潤滑剤を添加した潤滑剤の耐焼付き性を調べ、本発明のアルミニウム合金のホットスタンピングの熱間プレス加工に用いる潤滑剤を提案する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】アルミニウム合金板のホットスタンピング用の３種類の潤滑剤の摩擦係数とストロークの関係
【図２】粘度の異なる合成エステル油の摩擦係数とストロークの関係
【図１】
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【図２】
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