鍛造工程における潤滑剤の選定と型寿命改善の実践例

鍛造工程と潤滑剤の重要性

鍛造は、自動車や機械部品など多くの産業分野で不可欠な加工技術です。
材料に圧力を加え、所定の形状に成形することで高い強度や耐久性を実現できます。
しかし、鍛造プロセスには高温・高圧・高速という過酷な条件が伴うため、金型や部品の損耗が避けられない課題となっています。
こうした中で潤滑剤の適切な選定は、焼付きや摩耗の防止だけでなく、型寿命の延長、製品品質の安定にも直結する非常に重要な要素です。

鍛造工程に用いられる潤滑剤の種類

潤滑剤にはさまざまな種類があり、鍛造工程の種類や素材、加工条件に応じて選定する必要があります。

黒鉛系潤滑剤

黒鉛系潤滑剤は、熱間鍛造工程で最も多用されているタイプです。
高温環境下でも優れた潤滑性を発揮し、型とワークの間に強固な潤滑膜を形成することで摩耗や焼き付きの防止に寄与します。
粉末状や水溶性ペーストなどさまざまな形態があり、希釈してスプレー塗布する方式が一般的です。
最近では環境や作業環境への配慮から無機質の灰分を低減したタイプや、黒鉛を含まない非黒鉛潤滑剤も開発されています。

非黒鉛系潤滑剤

化学合成物やポリマー、金属石鹸を基剤としたものが主流です。
黒鉛と比較して型の汚れが少なく、製品表面がきれいに仕上がるという特徴があります。
アルミ合金など非鉄金属の鍛造や、汚れを嫌う部品の生産で広く使用されます。

油性潤滑剤・乾式潤滑剤

冷間鍛造や温間鍛造では油性潤滑剤や乾式被膜型潤滑剤もよく使われます。
これらは、潤滑性だけでなく離型性の向上、冷却効果も期待されています。

潤滑剤選定のポイント

潤滑剤の選定にはさまざまな視点が求められます。

使用温度・鍛造品素材との適合性

熱間鍛造では高温に耐え得る潤滑剤が必要であり、冷間鍛造では常温でも十分な潤滑性が得られることが重要です。
また、アルミ合金やチタン合金など特殊材料には、それぞれに最適な専用潤滑剤が求められます。

塗布方法や作業性

量産工程では自動スプレー装置が導入されていることが多く、粉末・液体・ペースト状など塗布方法に適した形態で選ぶ必要があります。
また、作業環境改善の観点から無臭・低ミスト・低汚染タイプへの移行も進んでいます。

環境負荷と経済性

環境規制への対応や廃液処理コスト低減のために、VOC（揮発性有機化合物）成分の削減や水溶性タイプの採用が検討されています。
また、ランニングコストも大きな選定基準となるため、価格だけでなく消費量や機器の寿命、環境管理費も含め総合的に評価します。

型寿命を左右する要因と潤滑剤の役割

鍛造工程の最大の課題は金型の摩耗や損傷による型交換頻度増加です。

摩耗・焼き付きの防止

潤滑剤は摩擦を低減し、型とワークの間に適切な潤滑膜を形成することで、摩耗や焼き付きの発生を抑止します。
特に高温域では潤滑剤の炭化・焼成による膜形成能力が求められます。

型割れ・熱疲労の低減

型表面の急激な温度変動や局所的な発熱による熱疲労も型寿命を短縮させる要因です。
潤滑剤は型の冷却効果も持ち合わせており、効率的な塗布と冷却サイクルの構築により、型割れやクラック発生のリスクを低減します。

表面被膜の管理

適切な被膜厚みの制御は、製品精度や離型性にも直結します。
薄すぎれば摩耗が進み、厚すぎれば後工程の洗浄負担や製品不良の原因となるため、最適な潤滑剤と塗布条件の設定が重要です。

型寿命改善に成功した実践例

実際の鍛造現場ではどのような潤滑剤の選定や工夫によって型寿命改善を実現しているのでしょうか。

事例1：黒鉛潤滑剤の最適化による寿命延長

自動車用シャフトの熱間鍛造ラインでは、従来の黒鉛潤滑剤を使用して50ショットごとに型洗浄が必要でした。
分析の結果、潤滑剤膜が安定せず、型表面に残渣が付着しやすいことが摩耗・焼き付きの要因と判明しました。
そこで、粒子径の細かな黒鉛分散タイプ潤滑剤に見直し、スプレー装置も自動制御で被膜厚みを均一に。
結果、洗浄サイクルが大幅に延伸し、型寿命も1.5倍に改善しました。

事例2：非黒鉛潤滑剤の採用で汚れ・不良削減

アルミ鍛造ホイールの製造現場では、黒鉛潤滑剤の飛散による製品表面の黒点不良および作業環境悪化が課題でした。
非黒鉛系高分子潤滑剤に切り替えたことで製品表面の仕上がりが向上、飛散もなくなり型清掃頻度も大きく低減。
また、工場内の環境基準値もクリアし、型寿命も従来比30％アップとなりました。

事例3：水溶性タイプで環境負荷とコスト削減

建機部品の大量鍛造を行う工場では、油性潤滑剤から水溶性潤滑剤への転換を図りました。
課題は冷却効果のコントロールでしたが、噴射量と水分率を最適に設定。
油性潤滑剤使用時と遜色ない型寿命を維持しつつ、廃液処理コストや型表面の熱損傷が低減し、全体コストを10％削減できました。

潤滑剤を活用した型寿命改善のためのポイント

現場で型寿命改善を目指すには、以下のような観点を心がけることが重要です。

定期的な塗布条件の見直し

被膜厚みやスプレーパターン、噴霧量などの塗布条件は定期的に実測・見直しが必要です。
潤滑剤メーカーによる現場立ち合いや、型表面評価装置の活用が有効です。

潤滑剤のテストと技術サポートの活用

新規潤滑剤の導入時は、必ず現場条件に合わせたトライアルを実施しましょう。
また、メーカーの技術スタッフからのサポートやノウハウ活用も大きな力となります。

型材質や前段階工程との連携

型寿命は潤滑剤だけでなく、型の材質、熱処理方法、鍛造条件など多くの要素により決まります。
型製作やプレス条件設定、後工程の脱脂洗浄などとも連動して最適化を図る必要があります。

今後の展望とまとめ

近年、脱黒鉛や無機・合成系潤滑剤の開発が進み、よりクリーンで高効率な鍛造を実現する新製品が次々と登場しています。
また、AIやIoT技術を取り入れた自動潤滑制御システムの導入も徐々に増え、データに基づいた被膜管理やメンテナンスコストの抑制が実現しつつあります。
これらの新しい潮流を積極的に現場へ導入し、構造改革や環境管理も視野に入れながら取り組むことで、型寿命の延長・歩留まり向上・コスト削減につなげることができるでしょう。

潤滑剤の目利きと使いこなしは鍛造工程の品質とコストに直結します。
製品ごとの最適な潤滑剤選定・運用により、さらなる生産性向上と永続的な型寿命改善が期待できます。