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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer
Schutzschicht mit Schmierwirkung zur Verhinderung der Metall-Oxidation
und Stahl-Verzunderung von Matrizen und umzuformenden Werkstücken
bei der Halbwarm- und Warmmassivumformung. Des weiteren betrifft
die Erfindung eine Schutzschicht mit Schmierwirkung zur Verhinderung
der Metall-Verzunderung von Matrizen und umzuformenden Werkstücken
bei der Halbwarm- und Warmmassivumformung, die in Form eines Gleitlacks
oder eines Pulver oder einer Pulvermischung oder einer Kombination
aus den vorgenannten Komponenten auf die Matrizen und/oder umzuformenden
Werkstücke aufgetragen wird.
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Durch
Umformen, d. h. durch Schmieden hergestellte Werkstücke
sind aufgrund ihrer guten mechanischen Eigenschaften besonders zum
Einsatz in Bereichen geeignet, bei denen hohe Anforderungen an Sicherheit,
Lebensdauer und Zuverlässigkeit gestellt werden.
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Die
Umformwerkzeuge (Matrizen) sind hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt,
die an der Oberfläche durch thermische, tribologische und
chemische Beanspruchungen überlagert werden. Dies kann zu
einer kurzen und damit verbesserungswürdigen Lebensdauer
der Werkzeuge führen. Darüber hinaus sind die
Werkzeuge während des Umformvorgangs thermischen Beanspruchungen
ausgesetzt. Außerdem können an der Werkzeugoberfläche
Oxidationsvorgänge und chemische Reaktionen mit Schmierstoffen,
Zunderpartikel, Bruchstücken aus Werkzeugen und Werkstücken
und dergleichen auftreten.
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Weitere
Beanspruchungen der Werkzeuge und Werkzeugteile entstehen durch
thermische Beanspruchungen. Beim z. B. Gesenkschmieden weist das
Werkzeug während des Schmiedevorgangs (Warmmassivumformung)
ein zeitlich und örtlich verändertes Temperaturfeld
auf. Mit steigender Temperatur nehmen die Festigkeitseigenschaften
und der Verschleißwiderstand der Werkzeuge ab. Die zyklisch-thermischen
Beanspruchungen bewirken zudem mechanische Spannungen, die zu Temperaturwechselrissen
führen können.
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Auch
unterliegen die Werkzeuge, wie oben erwähnt, tribologischen
Beanspruchungen, die auf die auftretenden Relativbewegungen zwischen
dem sich plastisch verformenden Werkstück und der Werkzeugoberfläche
zurückzuführen sind.
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Um
die Verschleißfestigkeit von Werkzeugen bei der Halbwarm-
und Warmumformung zu erhöhen, werden die Werkzeuge oberflächenbehandelt,
z. B. nitriert, wobei ein Salzbadnitrieren und Gasnitrieren oder auch
ein Plasmanitrieren angewendet wird.
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Eine
weitere Schädigung der Werkzeuge entsteht vorwiegend bei
Al- und Al-Legierungen durch den Materialtransfer (Aufschweissungen).
Dieser Auftrag besteht aus Werkstückmaterial und ist auf
starken Materialfluß bzw. erhöhte Reibung in Bereichen
mit hohen Umformgraden zurückzuführen. Um diesen
Materialaufbau und den Verschleiß zu unterbinden, soll
die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück vermindert
werden.
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Die
erhöhten Werkstücktemperaturen bei der Halbwarm-
und Warmmassivumformung haben unterschiedliche Auswirkungen auf
die oberflächennahen Werkzeugbereiche und weisen zum Teil
einen großen Einfluß auf die Standzeit der eingesetzten
Werkzeuge auf. Besonders bei der Warmmassivumformung führen die
hohen Werkstücktemperaturen zu einer starken Erwärmung
im Kontaktbereich zwischen Werkzeug und Werkstück. Neben
der Oberflächenbeschaffenheit von Werkzeug und Werkstück
hat die Prozeßtemperatur einen deutlichen Einfluß auf
die im Kontaktbereich vorliegenden Reibungsbedingungen. Steigende
Reibkräfte führen dabei zur Vergrößerung
der notwendigen Umformkräfte und damit zu einer erhöhten
Werkzeugbelastung. Diese Belastungen führen zum einen zum
Verschleiß und zum anderen zu Materialauftrag auf die Werkzeugoberfläche.
Um den auftretenden Materialabtrag an der Oberfläche des
Werkzeugs zu vermindern, kann die Reibung und damit die Werkzeugbelastung
durch den Einsatz von Schmierstoffen gesenkt werden.
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Zur
Schmierung der Werkstücke und/oder Werkzeuge werden standardmäßig
zur Verminderung der Reibung, größere Mengen wasser-/öl-
und graphithaltige Schmierstoffe in die Matrize (Werkzeug) gesprüht, die
aufgrund ihrer ölbasischen Zusammensetzung vor und während
der Warmumformung verdampfen und sich an den heißen Teilen
der Umformpresse entzünden können. Deshalb ist
in der Praxis anzutreffen, dass unter einer Schutzgasatmosphäre
(Stickstoff) gearbeitet wird. Durch die Ablagerung von Verbrennungsrückständen
müssen sowohl die umgeformten Teile als auch die Werkzeuge
nach der Umformung gereinigt werden. Auch muß bei der Verwendung
von leicht entzündlichen Schmierstoffen, die Abluft, die
aus Luft-Öl-Dämpfen besteht, durch spezielle Filtersysteme
gereinigt werden. Wasserbasierte Schmierstoffe können verstärkt zu
Korrosion und Temperaturwechselbeanspruchungen führen.
Ein weiterer Nachteil bei der Verwendung von wasser-/öl-
und graphithaltigen Schmierstoffen ist, daß dieses Waschwasser
aus den Nassfilteranlagen verunreinigt wird und separat entsorgt
werden muß. Nicht zu vernachlässigen ist auch
die Abkühlung der Werkzeuge durch eingesprühte
wasser-/öl-basierte Schmierstoffe, wodurch zusätzlich
Wärmeenergie zur Aufrechterhaltung der Werkzeugtemperatur
benötigt wird.
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Die
zyklische Erwärmung und Abkühlung der Werkzeuge
wirkt sich direkt auf die Werkzeugstandzeiten aus, da sich durch
diese ständig wiederholenden Temperaturänderungen
die Lebensdauer der Werkzeugteile deutlich verkürzt und
sie infolge der Verschleißerscheinungen ausgetauscht werden
müssen.
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Aus
der
DE 691 03 160
T2 ist ein rheologisch steuerbares Schmiermittel auf Glasbasis
für die Heißmetallbearbeitung bekannt, das ein
Gemisch aus einem Glaspulver, einem organischen Bindemittel, einem rheologischen
Mittel und einem Benetzungs- und Viskositätsmodifiziermittel
umfaßt. Diese Komponenten können entweder als
eine trockene Mischung oder in einem Träger dispergiert
angewendet werden. Nachteilig an den Schmiermitteln auf Glasbasis
ist jedoch, daß insbesondere bei Präzisions- und
Fertigschmiedearbeiten bei Titan- und Titanlegierungen aufgrund
der hohen Festigkeit dieser Legierungen extrem hohe Drucke bei der Warmmassivumformung
notwendig sind, was zu hoher Reibung führt, die durch diese
Schmiermittel nicht ausgeschlossen werden kann. Außerdem
sind die Schmiermittel hohen Scherbeanspruchungen und Temperaturen
ausgesetzt, die dazu führen können, daß sie
ihre Schmiereigenschaften verlieren, wodurch die metallischen Werkzeuge
schnell verschleißen und die Oberflächen rissig
werden. Auch können durch die mögliche thermische
Zersetzung der organischen Bindemittel bei den erhöhten
Temperaturen Brandgase entstehen. Bei Verwendung von anorganischen
Bindemitteln anstelle der organischen ist in Verbindung mit reaktiven
Glaspulvern von einer stark reduzierten Lagerdauer auszugehen.
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Die
DE 100 44 111 A1 beschreibt
ein Verfahren zum Schmieren von Umform- und Urformwerkzeugen, insbesondere
zum Schmieren von Warmschmiedevorrichtungen und eine Vorrichtung
zum Durchführen dieses Verfahrens. Hierzu wird ein Pulver
auf Graphitbasis oder Graphit auf die zu schmierenden Oberflächen
des Werkzeugs aufgesprüht, das Pulver elektrostatisch mit
hoher Spannung aufgeladen, so daß es sich auf den zu schmierenden
Oberflächen mit der ionisierten Luft niederschlägt
und dort eine Schmiermittelschicht bildet. Bei der Schmierung mit
Graphit in Form Pasten, Suspensionen und dergleichen haftet der
Schmierstoff jedoch nicht immer dort, wo er am meisten gebraucht
wird, sondern kann von den Kanten und vertikalen oder zur Umformung
annähernd vertikalen und schrägen Flächen
abtropfen oder läßt sich auf diese Flächen
nicht aufbringen. Ein weiterer Nachteil dieses Schmiermittels auf
Graphitbasis besteht in einem schmutzigen, nicht rein zu haltenden
Arbeitsplatz und damit der Umwelt. Auch sind derartige Schmiermittel
leicht brennbar und hinterlassen dann verkokste Rückstände
auf den bearbeiteten Werkstücken, die dann im nachfolgenden
Umformschritt zu abrasivem Verschleiß führen.
Im Falle des Schmiedens von Stahl entstehen sog. Zundernarben im
Werkstück, was gleichbedeutend mit Ausschuss ist. Des weiteren
neigen derartige Schmiermittel auf Graphitbasis zur Rauchentwicklung,
insbesondere wenn sie mit Fetten und Ölen verwendet werden,
was bei der Warmmassivumformung nicht nur lästig ist, sondern
neben Umweltschäden auch zu Beeinträchtigungen
der damit hantierenden Beschäftigten führt. Auch
sind grafithaltige Produkte zwar leicht aufladbar verlieren aber
auch schnell ihre Ladung wieder nachdem sie auf die Metalloberfläche
aufgetroffen sind.
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Ein
weiteres Hochtemperaturschmiermittel für die Warmumformung
metallischer Werkstoffe ist aus der
CH 629 845 A5 bekannt, das auf der Verwendung
von Bornitrid basiert. Die Komponenten dieses Schmiermittels liegen
bei Raumtemperatur in Pulverform vor und es enthält neben
Bornitrid noch mindestens eine weitere, Sauerstoff enthaltende Borverbindung,
(wahrscheinlich Borosilikat) wobei das Schmiermittel bei Betriebstemperatur
eine glasartige, viskose Konstitution aufweist. Auch bei diesem
Schmiermittel ist es schwierig zu gewährleisten, daß es
den Anforderungen hinsichtlich der Haftfestigkeit, Temperatur- und
Druckbeständigkeit genügt und auf den zu schützenden
und zu schmierenden Metalloberflächen einen ausreichenden,
langlebigen Schmierfilm bildet. Auch plattiert hexagonales Bornitrid
gerne unter Druckbelastung auf.
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Da
durch die Maßnahmen, die hinsichtlich des Brandschutzes
(Schutzgasatmosphäre), des Umweltschutzes (gesonderte Entsorgung
des Abwassers, zusätzliche Wärmeenergie, Verringerung
der benötigten Schmierstoffmenge und der zum Auftragen
benötigten, getrockneten und ölfreien Druckluft),
sowie der Lebensdauer der Werkzeuge die Produktionskosten deutlich
erhöht werden, besteht ein Bedarf an kompatiblen Schmierstoffsystemen,
die schwer oxidierbar sind, leicht entsorgt werden können
und mit denen die Lebensdauer der Umformwerkzeuge erhöht
wird. Die in Flüssigkeiten suspendierten schmierwirksamen
Komponenten bekannter Schmiermittel, von denen einige oben beschrieben
sind, müssen naß auf das Werkstück aufgetragen
werden, wobei letzteres sich meist auf Raumtemperatur oder jedenfalls
auf einer beträchtlich unterhalb der Arbeitstemperatur
liegenden Temperatur befindet. Das flüssige Medium muß soll
vor der Erwärmung auf Arbeitstemperatur trocknen oder verdampfen.
Wird das Schmiermittel, wie beispielsweise Bornitrid, in fester Form
durch Sprühen eines Pulvers aufgebracht, so läßt
seine Haftfestigkeit and der Metalloberfläche zu wünschen übrig.
Außerdem können mit diesem Verfahren dichte, zusammenhängende
Aufträge nicht hergestellt werden. Glasartige Schmiermittel
weisen insbesondere bei gekühlten Werkzeugen meistens eine
zu hohe Viskosität auf, die das Entfernen des Werkzeugs
nach dem Schmiedevorgang aus der Form erschweren. Zudem reagieren
einige auf Glaspulver basierende Festschmierstoffe mit anorganischen
Bindemitteln (Wasserglas) weshalb bislang ausschließlich
Produkte in Pulverform und keine Gleitlacke mit derartigen anorganischen
Bindemitteln und Glaspulver als Festschmierstoff in der Halbwarm-
und Warmmassivumformung anzutreffen sind. Einige Gläser
zeigen zudem bei hohen Arbeitstemperaturen Zersetzungserscheinungen,
wodurch ihre Schmierfähigkeit und Schmierwirkung stark
beeinträchtigt werden. Ein weiteres Problem besteht in
dem unzureichenden Auftragen des Schmiermittels von kritischen Bereichen
des Werkstücks, hier sind insbesondere Ecken und Kanten
mit einem kleinen Krümmungsradius zu nennen.
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Ziel
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erzeugung einer
Schutzschicht mit Schmierwirkung zur Verminderung der Metall-Verzunderung
von Werkstücken, Werkzeugen und Matrizen bei der Warmmassivumformung
bereitzustellen, mit dem sowohl der Verschleiß als auch
der Materialauftrag an der Oberfläche von Werkzeugen bei
der Halbwarm- und Warmmassivumformung verringert wird und mit dem
die oben beschriebenen Nachteile überwunden werden und
zudem zu einer hervorragenden Güte der umgeformten Teile
sowie niedrige Ausschussraten führt.
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Ein
weiteres Ziel ist die Bereitstellung einer nicht entzündlichen,
umweltverträglichen Schutzschicht mit Schmierwirkung, mit
der die Lebensdauer der Umformwerkzeuge durch Verminderung der Reibung
zwischen dem umzuformenden Werkstück und dem Umformwerkzeug
erhöht wird, und die Metall-Oxidation und Stahl-Verzunderung
vermindert wird. Außerdem soll die Lagerdauer des Gleitlackes
im üblichen Rahmen bei mindestens 6 Monaten liegen.
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Dieses
Ziel wird durch ein Verfahren zur Erzeugung einer Schutzschicht
mit Schmierwirkung zur Verminderung der Metall-Oxidation und Stahl-Verzunderung
auf der Oberfläche des umzuformenden Werkstückes
erreicht. Im Rahmen dieses Verfahrens kann auch das Umformwerkzeug
mit dieser Schutzschicht beschichtet werden. Diese Schutzschicht
kann sowohl aus einem Gleitlack als auch aus einem Pulver oder einer Pulvermischung
oder einer Kombination aus den vorgenannten Komponenten bestehen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung einer
Schutzschicht mit Schmierwirkung zur Verminderung der Metall-Oxidation
und Stahl-Verzunderung von Werkstücken und/oder Werkzeugen
bei der Warmmassivumformung umfaßt die Schritte
- (1) Auftragen eines Gleitlackes in Form eines
dünnen Schmierstoffilms auf die kalte Oberfläche
des umzuformenden Werkstücks und/oder Werkzeugs,
- (2) (induktives) Erhitzen des umzuformenden Werkstücks
und/oder Werkzeugs, ggf. ohne vorherige Trocknung
- (3) Auftragen eines fluidisierten und elektrostatisch aufgeladenen
aus einem Pulver oder Pulvergemischs bestehenden Schmierstoffs auf
die Oberfläche des (induktiv) erhitzten umzuformenden Werkstücks und/oder
Werkzeugs, wobei das fluidisierte Schmiermittel pneumatisch gefördert,
dann optional durch Korona- oder Triboladung elektrostatisch aufgeladen
und anschließend auf die Oberfläche des umzuformenden
Werkstücks und/oder Werkzeugs aufgesprüht wird,
- (4) Einbringen des beschichteten umzuformenden Werkstück
in die Matrize, die ggf. zuvor mit dem vorgenannten Schmierstoff
beschichtet wird,
- (5) Masseverteilung des umzuformenden Werkstücks oder
Werkszeugs in der Matrize und
- (6) ein- oder mehrstufiges Schmieden des beschichteten Werkstücks
bis zur endgültigen Form.
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Vorteilhafterweise
kann der Gleitlack bereits auf die kalte Oberfläche des
umzuformenden Werkstücks oder Werkzeugs aufgetragen werden,
wobei ein Trocknungs- oder Verdampfungsschritt nicht notwendig ist und
das Werkstück direkt der Induktionserwärmung unterzogen
werden kann. In einer modifizierten Ausführungsform kann
zum mehrschichtigen Auftrag des Gleitlackes, was bei extremen Umformvorgängen
notwendig sein kann, dieser Prozessschritt wiederholt werden.
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Nach
der Induktionserwärmung kann ein weiterer Schmierstoff,
der durch die Ausnutzung der durch die durch elektrische Aufladung
erzeugten unterschiedlichen elektrischen Potentiale zwischen dem
fluidisierten Schmierstoff und den zu behandelnden Oberflächen
niedergeschlagen wird aufgetragen werden und anschließend
die Umformung durchgeführt werden.
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Ein
weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahren
besteht darin, daß die Schutzschicht mit Schmierwirkung
zur Verminderung der Metall-Oxidation und Stahl-Verzunderung von
Werkstücken und/oder unbeschichtete Werkzeugen bei der
Warmmassivumformung auch dadurch erzeugt werden kann, daß
der
Gleitlack optional durch Korona- oder Triboladung elektrisch aufgeladen
und anschließend in Form eines dünnen Schmierfilms
auf die kalte Oberfläche des umzuformenden Werkstücks
und/oder Werkzeugs aufgesprüht wird,
ggf. der aufgesprühte
Gleitlacks durch Wärmezufuhr getrocknet wird,
das
beschichtete umzuformenden Werkstück in die Matrize eingebracht
wird und/oder die Matrize zuvor mit dem Gleitlack beschichtet wird,
das
umzuformende Werkstücks und/oder Werkszeug in der Matrize
einer Masseverteilung unterzogen wird, und
das beschichtete
Werkstück und/oder Werkzeug einem ein- oder mehrstufigen
Schmiedenvorgang zugeführt wird.
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Hier
besteht der Vorteil in der Verwendung des Gleitlacks, der direkt
auf die zu schmierenden Oberflächen aufgesprüht
wird und an dieser Stelle haftet, wobei der Schritt des Fluidisierens
entfallen kann. Die Beschichtung der Matrize mit Gleitlack ist insbesondere
bei Wechsel- oder Changiergesenken vorteilhaft.
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Weiterhin
kann zwischen den einzelnen Stufen des Umformvorganges Gleitlack
und/oder Pulver und/oder Pulvergemisch erneut appliziert werden.
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Ein
besonderer Vorteil bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
besteht auch darin, daß sowohl das Werkstück als
auch die Matrize mit der Schutzschicht mit Schmierwirkung versehen
werden kann, wodurch die Lebensdauer der Matrize verlängert
wird.
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Das
ein- oder mehrstufige Schmieden wird in Abhängigkeit vom
Material, bei Aluminium bei Temperaturen des umzuformenden Werkstücks
zwischen 500°C bis 530°C durchgeführt,
d. h., sie wird in der Regel zwischen 60 und 80% des Schmelzpunktes
des jeweilig verarbeiteten Materials durchgeführt.
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Rohlinge
aus Stahl oder Titan werden induktiv auf Temperaturen von bis zu
1200°C erhitzt, wobei der jeweilige Gleitlack diesen Temperaturen
und oxidativen Angriffen standhalten muß. Durch den erfindungsgemäßen
Schutzfilm mit Schmierwirkung wird verhindert, daß das
Werkstück auf dem kurzen Weg vom Induktionsofen zur Presse
eine Metall-Verzunderung stattfindet und so ein Materialverlust
bei dem Werkstück vermieden wird und das Schmiedewerkzeug
durch die abrasive Wirkung der Verzunderung nicht geschädigt
wird. Durch den erfindungsgemäßen Schutzfilm wird
die behandelte Oberfläche wirksam gegen Luftzutritt und
damit gegen Verzunderung geschützt. Ein weiterer Vorteil
der erfindungsgemäßen Schutzschicht ist die mechanische
Beständigkeit während des Transports zur Presse.
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In
einer weiteren Ausführungsform wird der Gleitlack in einer
oder mehreren Schichten auf das umzuformende Werkstück
vor dem Umformvorgang bzw. den Umformvorgängen aufgebracht.
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Der
Schmierstoff ist entweder ein Pulver oder eine Pulvermischung, die
aus einem oder mehreren Festschmierstoffen und gegebenenfalls einem
oder mehreren Polymeren besteht. Die Festschmierstoffe haben eine
mittlere Korngröße von 5 bis 80 μm.
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Die
Festschmierstoffe werden ausgewählt aus der Gruppe bestehend
aus verschiedenen Phospaten, wie Calciumphosphat, Wachsen, wie PE-Wachs
mit einer bestimmten Schmelzviskosität und Molmasse, Bornitrid,
Graphit, Metallphosphate und -pyrophosphate, wie Zinkphosphat und/oder
Kupferpyrophospat, Metallstearate, z. B. Aluminiumstearat, Metallsulfide,
z. B. Zinnsulfid und/oder Molybdänsulfid, Talk, Glimmer.
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Als
Fluidisierungsshilfsstoffe werden beispielsweise Aerosile oder Aluminiumoxid
verwendet.
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Ein
erfindungsgemäßes Pulver oder Pulvergemisch besteht
aus folgenden Komponenten:
0 bis
100 Gewichts-% | Festschmierstoffe, |
0 bis
100 Gewichts-% | Wachs
und |
0 bis
10 Gewichts-% | Additiv |
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Vorzugsweise
besteht ein Pulver oder Pulvergemisch aus
10
bis 30 Gewichts-% | Calciumphosphat, |
65
bis 85 Gewichts-% | Wachs
und |
0 bis
10 Gewichts-% | Fluidisierungsshilfsstoffen. |
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Wenn
als Schmierstoff ein Gleitlack eingesetzt wird, umfaßt
dieser einen auf wasserbasierenden Gleitlack aus einem anorganischen
Bindemittel mit Festschmierstoffen mit einer mittleren Korngröße
von 5 bis 50 μm.
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Ein
Gleitlack hat vorzugsweise folgende Komponenten: Lösemittel,
Bindemittel, Festschmierstoff und/oder Pigment und übliche
Additive.
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Das
Lösemittel kann Wasser sein. Das Bindemittel kann eine
anorganische Verbindung, wie Wasserglas oder Siliziumdioxid sein
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Als
Festschmierstoffe und/oder Pigmente eigenen sich u. a. Molybdänsulfid,
Talk, Glimmer, Zinnsulfid, Zinkpyrophosphat, Bornitrid, Zinksulfid,
Calciumpyrophosphat, Calciumphosphat.
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Als übliche
Additive werden Korrosionsschutzmittel, Oxidationsschutzmittel,
Verschleißschutzmittel, Lackadditive, Entschäumer,
Netzmittel und dergleichen verwendet.
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Die
Werkstücke und/oder Werkzeuge auf denen der Schutzfilm
mit Schmierwirkung aufgetragen werden kann, bestehen aus Metallen
oder Metalllegierungen, die ausgewählt werden aus der Gruppe
bestehend aus Aluminium, Magnesium, Titan, Aluminium-, Magnesium-,
Titan-, Stahl- und Messinglegierungen.
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Der
erfindungsgemäße Schutzfilm mit Schmierwirkung
zur Verminderung der Metall-Oxidation und Stahl-Verzunderung bei
der Warmmassivumformung besteht aus einem Gleitlack umfassend ein
Lösemittel, ein anorganisches Bindemittel, einen oder mehrere
Festschmierstoffe mit einer mittleren Korngröße
von 5 bis 80 μm, Pigmente und übliche Additive.
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Der
erfindungsgemäße Schutzfilm mit Schmierwirkung
zur Verminderung der Metall-Oxidation und Stahl-Verzunderung bei
der Warmmassivumformung besteht aus dem Gleitlack und einem Pulver
oder Pulvergemisch umfassend einen oder mehrere Festschmierstoffe
mit einer mit mittleren Korngröße von 5 bis 80 μm und
ein Fluidisierungshilfsmittel.
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Ein
bevorzugter Gleitlack für Aluminium, Magnesium, Aluminium-,
Magnesium- und Messinglegierungen setzt sich zusammen aus:
5 bis
20 Gewichts-% | Molybdänsulfid |
0,5
bis 10 Gewichts-% | Graphit |
0,5
bis 18 Gewichts-% | Siliziumdioxid |
7 bis
25 Gewichts-% | Aluminiumphosphat |
5 bis
25 Gewichts-% | Additiven |
ad
Wasser 100 Gewichts-%. | |
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Für
Titan, Titan-, Stahllegierungen setzt sich der Gleitlack folgendermaßen
zusammen:
2 bis
20 Gewichts-% | Bornitrid |
4 bis
30 Gewichts-% | Glaspulver |
5 bis
27 Gewichts-% | Wasserglas |
5 bis
25 Gewichts-% | Additiven |
ad
Wasser 100 Gewichts-%. | |
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren wird auf die umzuformenden
Werkstücke ein Gleitlack-Schmierstofffilm von 5 bis 50 μm,
vorzugsweise 15 bis 25 μm aufgetragen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zum Schmieren von umzuformenden
Werkstücken und/oder Werkzeugen kann bei Halbwarm- und
Warmmassivumformverfahren von Werkstücken aus Metallen
oder Metalllegierungen, wie Aluminium und Magnesium, Aluminium-
und Magnesium- sowie Titan, Titan-, Stahl- und Messinglegierungen
angewendet werden. Insbesondere eignet es sich für Komponenten
für die Automobilindustrie, Teile von Gehäusen,
Armaturen, Querlenkern, Schwenklagern, Wasserpumpengehäuse,
Felgen, Bremssättel, Synchronringen und dergleichen.
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1 zeigt
ein Verfahren zur Herstellung von Al-Querlenkern für die
Automobilindustrie.
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Dieses
beispielhaft beschriebene Verfahren umfaßt die Schritte:
- 1. Vorbereitung des Stangenmaterials durch
Beschichten mit dem erfindungsgemäßen Schmierstoff
(Gleitlack)
- 2. ggf. Trocknen
- 3. Einbrennen und induktives Erhitzen des Stangenmaterials auf
Verarbeitungstemperatur in einem Prozessschritt
- 4. Querstauchen des Stangenmaterials
- 5. je nach weiterer Anwendung ggf. Biegen des Werkstückes
- 6. je nach weiterer Anwendung ggf. erneutes Erhitzen
- 7. ein- oder mehrstufiges Schmieden (Vor- und/oder Fertigschmieden)
- 8. ggf. Entgraten des Werkstückes
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2 zeigt
einen typischen Umformprozeß mit allen oben beschriebenen
Varianten des tribologischen Verfahrens.
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Der
Vorteil der Verwendung des erfindungsgemäßen Gleitlacks
und des erfindungsgemäßen fluidisierten Pulvers
oder der erfindungsgemäßen Pulvermischungen gegenüber
den bekannten graphithaltigen Schmierstoffen auf Öl- oder
Wasserbasis besteht nicht nur in der Verhinderung von Bränden
während und nach der Massivumformung und der Vermeidung
von Sondermüll durch kontaminiertes Abwasser und separat zu
entsorgenden Abluftfiltern, sondern zeigt sich vor allem in der
Güte der fertigen umgeformten Werkstücke (Formfüllung,
Gefüge und damit Festigkeit des Endbauteils).
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Durch
die Verwendung des Schmierstoffs als fluidisiertes Pulver oder Pulvermischung
bzw. in Form eines Gleitlacks kann ein gleichmäßiger
und deckender Auftrag auf den zu behandelnden Oberflächen
der umzuformenden Werkstücke als auch der Umformwerkzeuge
erreicht werden. Dies führt zu einer Verminderung der Reibung
zwischen den behandelten Oberflächen.
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Weiterhin
wird durch die Verwendung von schwer oxidierbar Schmierstoffen die
Ablagerung von Oxidations-Verbrennungsrückständen
sowohl auf den Oberflächen der umzuformenden Werkstücke
als auch auf den Oberflächen der Umformwerkzeuge verhindert.
Auch hierdurch wird eine weitere Verringerung der Reibung erreicht
und so die Standzeit der Werkzeuge verlängert.
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Eine
weitere Einsparung der Produktionskosten wird auch durch die geringere
Menge an Schmierstoff (zum Teil bis zu Faktor 50) erreicht, die
sich aus der neuartigen Kombination von kompatiblen Schmierstoffkonzepten
ergeben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 69103160
T2 [0011]
- - DE 10044111 A1 [0012]
- - CH 629845 A5 [0013]