(57)【要約】【目的】工具表面処理と環境に優しい潤滑剤との組合せで厳しい冷間加工を可能にする。【構成】工具表面処理としてシリコン含有のダイヤモンドライクカーボンを用い，これに組合わせる潤滑剤として被加工材料にセッケン皮膜を塗布することにより冷間加工を行う。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具表面に硬質表面被膜としてSi含有のダイヤモンドライクカーボン（以下，「DLC-Si」という。）をコーティングした金型を用い，ビレット潤滑剤としてセッケン皮膜を用いて行うことを特徴とする冷間加工方法。
【請求項２】
請求項１のセッケン皮膜のセッケンとして，加工後に水で容易に除去できるナトリウムセッケン、カルシウムセッケン，リチウムセッケン，アルミセッケン及び亜鉛セッケンからなる群より選ばれた少なくとも1種以上のセッケンを用いることを特徴とする請求項記載１の冷間加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷間加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
しごき加工や冷間鍛造のような厳しい加工においても金型表面処理によって焼付きを防止できる．しかしその欠点は，金型表面処理皮膜だけでは加工に必要な荷重を低減することができないということであった．
それを補うためには，たとえば当該金型表面処理皮膜と高性能な潤滑油とを組み合わせて使用し，高性能な潤滑油の助けを借りて，摩擦を低減しなくてはならなかった．一方，高性能な潤滑油には，環境上好ましくないが多くの添加剤が含まれている．（非特許文献，たとえば：北村憲彦・大森俊英，ボール通し試験の潤滑状態に及ぼす潤滑油と型材の影響：塑性と加工（日本塑性加工学会誌）第39巻，題448号（1998年5月），pp. 452-456）
金型表面処理皮膜のうち炭素系のダイヤモンドライクカーボン（DLC）は焼付き防止と低摩擦を両立するものとして期待されている．板の深絞りのような軽加工では潤滑油なしの加工も可能であるとの報告（非特許文献：平成17年度塑性加工春季講演会2005．5．25〜27，pp. 51-52)もある．
しかし，さらに条件の厳しいしごき加工や冷間鍛造においては，DLCと言えども無潤滑加工は不可能であった．その際でも，何も添加剤のない鉱油とDLCと組み合わせたものは，鉱油とTiNやVCなどの他の表面処理に比べて，加工荷重は小さいとはいえた．しかし添加剤配合油に比べれば明らか加工荷重は過大であった．（非特許文献：平成17年度塑性加工春季講演会2005．5．25〜27，pp. 53-54）
【非特許文献１】北村憲彦・大森俊英，ボール通し試験の潤滑状態に及ぼす潤滑油と型材の影響：塑性と加工（日本塑性加工学会誌）第39巻，題448号（1998年5月），pp. 452-456
【非特許文献２】平成17年度塑性加工春季講演会2005．5．25〜27，pp. 51-52
【非特許文献３】平成17年度塑性加工春季講演会2005．5．25〜27，pp. 53-54
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
解決しようとする問題点は，しごき加工や冷間鍛造のような厳しい加工で焼付き防止と摩擦低減を両立させ，しかも地球環境にも優しい成形潤滑技術が適用できないという点である．耐焼付き性に優れた工具材料としてはＶＣやＴｉＮといった炭化物や窒化物を工具表面に被覆する方法があるが，これらの化合物には摩擦を低減する機能はない．一方ＤＬＣには多くの報告があるように低摩擦効果が存在する．しかしＤＬＣ皮膜は密着性が不足してしごき加工や冷間鍛造に代表される厳しい加工やアルミニウムやステンレス鋼を成形する金型などのような場合には，皮膜が早期に剥離して実用できない．さらに摩擦低減や焼付き防止に大きな効果がある潤滑剤はその効果を発揮するために塩素や硫黄，リンといった元素の化合物を配合せざるを得ず，その製造，使用，リサイクル過程において地球環境を汚染する危険性が高く，それを果たすためには多くの資金が必要な状況にある．
これを解決するために低摩擦を発現し，工具寿命の長い，しかも環境にやさしい成形加工技術を提供すること目的とする．
【課題を解決するための手段】
【０００４】
第１の発明の冷間加工方法は、工具表面に硬質表面被膜としてSi含有のダイヤモンドライクカーボン（以下，「DLC-Si」という。）をコーティングした金型を用い，さらにビレット潤滑剤としてセッケン皮膜を用いるという組合せで行うことを特徴とする。
第１の発明の冷間加工方法は、炭素系皮膜DLC-Siをコーティングした金型を用いる．
このコーティングにより、金型にはより厳しい接触に耐えられるように密着力が向上し、焼付き防止性能が高いばかりでなく，摩擦低減性能にも優れるものになる．密着性は、一般のＤＬＣに比較して非常に優れている．
また、第２の発明の冷間加工方法は、第１の発明のセッケン皮膜のセッケンとして，加工後に水で容易に除去できるナトリウムセッケン、カルシウムセッケン，リチウムセッケン，アルミセッケン及び亜鉛セッケンからなる群より選ばれた少なくとも1種以上のセッケンを用いることを特徴とする。このセッケン皮膜（潤滑皮膜）を併用することにより、厳しいしごき加工や冷間鍛造のような厳しい加工でも実用可能である。
【発明の効果】
【０００５】
（１）焼付き防止性能が高い．（２）摩擦低減性能に優れている．（３）金型表面処理皮膜の密着性が高く，耐久性が高い．（４）被加工材への潤滑処理は極めて単純・容易である．（５）加工後の潤滑はお湯で容易に除去できる．（６）手洗いの用の一般セッケンと同じ成分を用いるので，廃液の環境への負荷は極めて少ない．
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
金型にはより厳しい接触に耐えられるように密着力を向上させた炭素系皮膜DLC-Siを用い，これに組合わせる潤滑剤としては環境とコストの面で最も有利なのは日常に手洗いに用いる石鹸の主成分であるナトリウムセッケンを用いる形態が望ましい．
【実施例１】
【０００７】
図１は、ボール通し型しごき加工の型構成を示す．1は型に相当するボールである．2はボールを押し込むためのパンチ．3は被加工材料であって，これにセッケン潤滑処理を施す．通常は3に下地のリン酸塩処理を施すか，高性能な極圧添加剤含有の潤滑油を塗布する．4はコンテナであって，これにより３の材料変形を拘束し，内面しごき加工を効果的に高める．この加工では材料の表面のひずみが3以上にも達することが明らかにされている．その変形は，通常の単純な引張り試験に換算して約20倍に伸びるような大変形であるため過酷な潤滑条件になる．そのために表面処理のない金型（ここではボール）でしごき加工を行う場合には，非常に高性能な潤滑が必要である．
図2は加工に伴うボール押込み荷重の変化を比較したグラフである．良好な潤滑状態に対応して最大ボール押込み荷重は低く保たれるが，潤滑膜が破れるとボール押込み荷重が増加する。DLC-Siとセッケンとを組合せた場合には，もっとも優れた潤滑剤とされるセッケンとリン酸塩皮膜処理との組み合わせ潤滑膜の場合と比べて遜色なく，極めて良好である．
図３は最大ボール押込み荷重を比較したグラフである．DLC-Siとセッケンとを組合わせた場合には，高級な添加剤含有潤滑油の場合に結果と比べても同等以上の性能を示している．しかしながら高級な潤滑はコストと環境面で問題がある．
図4，図5はボール表面の損傷状況を示す写真である．DLC-SiとNaセッケンとを組合わせた場合には，TiNとセッケンを組合わせた場合やZnセッケンと組合わせた場合など以上に摩擦低減性能が高く，さらに型（ここではボール）表面の擦過傷も極めて少なかった．摩擦低減性能はあまりないが耐焼付き防止性能は高いタイプの従来型の硬質表面被膜に比べても優れた潤滑性能を示す組み合わせであるといえる．
【実施例２】
【０００８】
図6は後方せん孔加工の型構成を示す．後方せん孔は図中に示すようにビレット端面をパンチで押込み，カップ状の製品を成形する加工法で，初期表面が成形に伴って数百％以上も拡大する，潤滑にとって非常に厳しい加工である．本実施例に用いたパンチの先端形状を図中に示す．パンチは高速度工具鋼で製作しそれにＤＬＣ−Ｓｉ皮膜を被覆したものと焼入れ焼戻しのみを行なったパンチとで成形荷重を比較した．ビレットにはＮａ石けんを被覆した．その結果を表1に示す．これによればＤＬＣ−Ｓｉ被覆パンチでは１４ｍｍという成形深さが焼付き無く，低い荷重で得られたが，焼入れ焼戻しパンチでは１１ｍｍ深さで摩擦が異常に大きくなり，成形荷重も測定範囲以上に上昇してしまった．ＤＬＣ−Ｓｉ被覆パンチの耐焼付き性，低摩擦特性の効果が示されている．
【０００９】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００１０】
金型に施したDLC-Siコーティングが被加工材料の凝着を防ぎ，摩耗を抑制し，同時にセッケン皮膜によって摩擦を低減する．加工中には接触状態が厳しくなり，部分的にセッケン皮膜が破れる箇所も発生する．しかし，DLC-Siが他の表面処理に比べて摩擦低減性能に優れているので，少しの破れであれば，実用上問題のない程度の摩擦も低減することが可能である．以上のような効果により，広く成形加工に適用できる．
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ボール通し型しごき加工方法を示した説明図である．
【図２】加工に伴うボール押込み荷重の変化を比較したグラフである．
【図３】最大ボール押込み荷重を比較したグラフである．
【図４】ボール表面の損傷状況を示す図である．
【図５】ボール表面の損傷状況を示す図である．
【図６】後方せん孔加工の型構成を示す図である．
【符号の説明】
【００１２】
１    ボール（焼入れ・焼き戻ししたSKH51，金型に相当）
２    ボール通し用パンチ
３    被加工材（S10C)
４    コンテナ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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