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Die Erfindung betrifft einen Umformschmierstoff zum Schmieren eines Ausgangsbauteils während eines Umformprozesses. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Umformbauteils mit dem Umformschmierstoff sowie die Verwendung des Umformschmierstoffs bei der Herstellung von Getriebebauteilen.
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In Getrieben kommen zunehmend Umformteile anstelle von mechanisch bearbeiteten Bauteile zum Einsatz. Aufgrund komplexer Anforderungen an Werkstoff und Bauteilqualität sowie Materialstärken werden hier hoch additivierte Umformöle eingesetzt, welche immer höhere Viskositäten aufweisen. Bis zur Endbearbeitung des Werkstückes bzw. bis zum Einbau des fertigen Bauteils erfolgen deshalb aufwändige Waschprozesse und auch Zwischen-und Endkonservierungsprozess, die wiederum mit anderen Fluiden während des gesamten Fertigungsprozesses abzustimmen sind.
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Die Druckschrift
DE 10 2011 113 158 A1 offenbart ein Verfahren zur Metallbearbeitung eines Werkstücks, wobei das Werkstück, vor oder während der Bearbeitung des Werkstücks mit einem Werkzeug, mit einem niedrigviskosen bis pastösen Schmierstoff in Kontakt gebracht wird, wobei der Schmierstoff aus wasserlöslichem Polyethylenglycol besteht oder aus einer Mischung aus wasserlöslichem Polyethylenglycol und einem oder mehreren Zusätzen. Insbesondere wird das Verfahren zur nicht-spanenden Metallbearbeitung, nämlich zur Metallumformung, verwendet wird, wobei der Schmierstoff als Umformschmierstoff ausgebildet ist.
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Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, einen Umformschmierstoff der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher verbesserte Eigenschaften hinsichtlich der Verwendung bei Umformprozessen aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Umformschmierstoff mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 sowie eine Verwendung des Umformschmierstoffes mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, den Zeichnungen und der Beschreibung.
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Die Erfindung betrifft einen Umformschmierstoff, welcher zum Schmieren eines Ausgangsbauteils während eines Umformprozesses ausgebildet und/oder geeignet ist. Bevorzugt hat der Umformschmierstoff die Funktion eine Reibung und/oder eine Reibungswärme während des Umformprozesses zu reduzieren. Bevorzugt ist der Umformschmierstoff als ein nichtwassermischbarer und/oder mineralölhaltiger und/oder chlorfreier Umformschmierstoff ausgebildet. Insbesondere kann der Umformschmierstoff zur Anwendung bei einem Kalt- und/oder Warmumformprozess ausgebildet und/oder geeignet sein. Im Speziellen ist der Umformschmierstoff für eine Schwerstumformung geeignet. Der Umformprozess kann beispielsweise ein Walz-, Biege-, Tiefzieh- und/oder Strangpressverfahren umfassen. Das Ausgangsbauteil ist vorzugsweise aus einem Metall oder einer metallischen Legierung, wie z.B. Stahl, gefertigt.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Umformschmierstoff ein Grundöl und mindestens oder genau ein Korrosionsschutz-Additiv umfasst. Vorzugsweise ist das Grundöl als ein mineralisches oder synthetisches Grundöl ausgebildet. Das Korrosionsschutz-Additiv hat dabei die Funktion das Werkstück selbst sowie gegebenenfalls entsprechende Werkzeuge gegen Korrosion zu schützen. Beispielsweise kann das Korrosionsschutz-Additiv als Bestandteil überbasisches Calcium und/oder überbasisches Natrium umfassen.
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Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die Kombination eines Grundöls mit einem Korrosionsschutz-Additiv, ein Umformschmierstoff vorgeschlagen wird, welcher das Werkstück sowie die entsprechenden Werkzeuge über die Dauer der gesamten Bearbeitung, insbesondere während des Umformprozesses, konserviert und somit vor Korrosion schützt. Somit können aufwändige Waschprozesse sowie die Verwendung von zusätzlichen Korrosionsschutzmitteln vermieden werden, sodass der Fertigungsprozess vereinfacht und die Fertigungskosten reduziert werden können. Zudem kann die durch die Verwendung des Umformschmierstoffs die Bauteilqualität sowie die Lebensdauer der Werkzeuge verbessert werden.
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In einer konkreten Umsetzung ist vorgesehen, dass der Umformschmierstoff als Grundöl ein niedrigviskoses Grundöl mit einem Anteil von 20 bis 50 Gew.-% umfasst. Insbesondere ist das Grundöl ein mit Wasserstoff behandeltes Schmieröl (Erdöl), vorzugsweise gemäß EINECS: 276-738-4. Alternativ kann das niederviskose Grundöl ein Grundöl der Gruppe III oder ein reraffiniertes Öl der Gruppe III sein. Insbesondere ist unter einem Grundöl der Gruppe III ein hydrogecracktes synthetisches Grundöl zu verstehen. Anders ausgedrückt ist unter einem Grundöl der Gruppe III ein mineralisches Grundöl zu verstehen, welches durch sogenanntes Hydrocracking raffiniert wird. Prinzipiell weisen Grundöle der Gruppe III eine Grundsubstanz mit einem Anteil von größer oder gleich 90 Prozent, insbesondere Gew.-%, gesättigte Verbindungen und einen Anteil von kleiner oder gleich 0,03 Prozent, insbesondere Gew.-%, Schwefel sowie einen Viskositätsindex von größer 120 auf. Insbesondere kann durch die Verwendung eines Gruppe III Grundöls ein Oxidationsschutz verbessert werden.
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In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass der Umformschmierstoff als Korrosionsschutz-Additiv ein Sulfonat mit einem Anteil von 1 bis 5 Gew.-% umfasst. Insbesondere ist das Sulfonat ein Natrium- oder Calciumsulfonat. Bevorzugt ist das Sulfonat ein neutrales oder basisches Calciumsulfonat, vorzugsweise gemäß EINECS: 263-093-9.
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In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Umformschmierstoff ein oder mehrere Anti-Wear-Additive als weiteren Zusatz mit einem Anteil von 1 bis 5 Gew.-% umfasst. Insbesondere dient das Anti-Wear-Additiv, auch als Verschleißschutz-Additiv bekannt, dazu, einen Verschleiß zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug während der Bearbeitung zu reduzieren. Durch den Zusatz des Anti-Wear-Additivs kann die Lebensdauer des eingesetzten Werkzeuges verlängert werden.
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In einer alternativen oder optional ergänzenden Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein oder mehrere Extrem-Pressure-Additive als weiteren Zusatz mit einem Anteil von 1 bis 10 Gew.-% umfasst. Insbesondere dient das Extrem-Pressure-Additiv, auch als Hochdruckadditiv bekannt, dazu, eine Schutzschicht zwischen Werkstück und Werkzeug bei extrem hohen Drücken, beispielsweise bei Schwerstumformung, zu erzeugen, um ein Verschweißen zwischen Werkzeug und Werkstück zu verhindern. Im Speziellen in Kombination des Sulfonats als Korrosionsschutz-Additiv mit einem geschwefelten Extrem-Pressure-Additiv, kann das Sulfonat den Schwefel aktivieren, um die Wirkung des Extrem-Pressure-Additivs zu verbessern. Durch den Zusatz des Extrem-Pressure-Additivs können die tribologischen Eigenschaften des Umformschmierstoffs verbessert und somit die Lebensdauer des eingesetzten Werkzeuges verlängert werden.
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Insbesondere ergänzen sich das Grundöl und das Korrosionsschutz-Additiv und/oder das mindestens eine Anti-Wear-Additiv und/oder das mindestens eine Extrem-Pressure-Additive zu 100 Gew.%.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Umformbauteils mit dem Umformschmierstoff wie dieser bereits zuvor beschrieben wurde, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- - Bereitstellen eines Ausgangsbauteils;
- - Auftragen des Umformschmierstoffs auf das Ausgangsbauteil;
- - Umformen des Ausgangsbauteils in einem Umformwerkzeug, um das Umformbauteil herzustellen, wobei der Umformschmierstoff nach dem Umformen als Korrosionsschutz auf dem Umformbauteil verbleibt.
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Das Ausgangsbauteil kann vorzugsweise als ein Halbzeug, beispielsweise ein Bandstahl gemäß DIN EN 10048 ausgebildet sein. Insbesondere wird der Umformschmierstoff vor dem Umformen ein- oder beidseitig, vorzugsweise vollflächig, auf das Ausgangsbauteil aufgetragen. Alternativ kann das Ausgangsbauteil jedoch auch vor oder während des Umformens durch den Umformschmierstoff umflutet oder zumindest teilweise in den Umformschmiersoff eingetaucht werden. Bevorzugt kann das Umformbauteil unmittelbar nach dem Umformen einem weiteren Bearbeitungsprozess unterzogen oder zwischengelagert werden. Im Speziellen bildet des Korrosionsschutz-Additiv einen permanenten Korrosionsschutz auf der Oberfläche, des Umformbauteils, sodass das Umformbauteil auch bei der weiteren Verarbeitung vor Korrosion geschützt ist. Durch das Verbleiben des Umformschmierstoffes bzw. Korrosionsschutz-Additivs als Korrosionsschutz auf dem Bauteil, können Waschprozesse im Folgeschritt vermieden und das Aufbringung von zusätzlichen Korrosionsschutzmitteln eingespart werden. Somit können bei der Fertigung des Bauteils benötigte Prozessmedien und Maschinenequipment reduziert und zugleich die Maschinenauslastung erhöht werden, sodass die Bauteil- und Fertigungskosten deutlich reduziert werden können.
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In einem weiteren Verfahrensschritt ist vorgesehen, dass das Umformbauteil zur Herstellung eines Rohlings oder eines Fertigteils, insbesondere eines Getriebebauteils, unmittelbar nach dem Umformen in einem Trennverfahren bearbeitet wird, wobei der Umformschmierstoff nach dem Trennverfahren als Korrosionsschutz auf dem Rohling bzw. dem Fertigteil verbleibt. Vorzugsweise wird das Umformbauteil direkt nach dem Umformen ohne einen zwischengeschalteten Waschprozess in dem Trennverfahren bearbeitet. Insbesondere ist unter dem Trennverfahren ein Fertigungsverfahren gemäß DIN 8580 zu verstehen. Bevorzugt kann das Umformbauteil in dem Trennverfahren durch Scherschneiden und/oder Spanen bearbeitet werden.
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In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass das Umformbauteil in dem Trennverfahren durch Stanzen bearbeitet wird. Insbesondere wird das Umformbauteil hierzu unmittelbar nach dem Umformen in einem Stanzwerkzeug, z.B. einer Stanzpresse, bearbeitet, wobei der Umformschmierstoff nach dem Stanzen als Korrosionsschutz weiterhin auf dem Rohling bzw. dem Fertigteil verbleibt.
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In einer alternativen oder optional ergänzenden Konkretisierung ist vorgesehen, dass Umformbauteil in dem Trennverfahren durch Entgraten bearbeitet wird. Vorzugsweise wird das Umformbauteil beim Entgraten spanend mit geometrisch unbestimmter Schneide bearbeitet. Insbesondere kann das Umformbauteil unmittelbar nach dem Umformen oder nach dem Stanzen entgratet werden, wobei der Umformschmierstoff nach dem Entgraten als Korrosionsschutz weiterhin auf dem Rohling bzw. dem Fertigteil verbleibt.
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Es ist bevorzugt vorgesehen, dass das Umformbauteil durch Gleitschleifen mit einem Schleifmittel entgratet wird. Insbesondere ist Gleitschleifen in der DIN 8589 festgelegt und auch als Gleitspanen oder Trowalisieren bekannt. Vorzugsweise wird das Umformbauteil beim Gleitschleifen zusammen mit Schleifkörpern in einen Behälter gegeben, wobei der Behälter eine rotierende und/oder oszillierende Bewegung ausführt, sodass durch eine dadurch erzeugte Relativbewegung zwischen dem Umformbauteil und den Schleifkörpern Material abgetragen wird. Insbesondere bei flächigen Umformbauteilen, wie z.B. Lamellen, dient der Umformschmierstoff dazu, ein Verkleben zwischen den einzelnen Umformbauteilen während des Gleitschleifens zu verhindern.
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In einer konkreten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Schleifmittel eine Vielzahl an Schleifkörpern in einer wässrigen Flüssigkeit umfasst. Insbesondere dient die wässrige Flüssigkeit dazu, den entstehenden Abrieb der Schleifkörper und den Materialabtrag des Umformbauteils aufzunehmen und abzutransportieren. Dabei weist die wässrige Flüssigkeit demulgierende Eigenschaften auf, sodass sich der Umformschmierstoff und die wässrige Flüssigkeit von selbst abscheiden. Insbesondere sind demulgierende Eigenschaften dahingehend zu verstehen, dass sich der Umformschmierstoff leicht und problemlos von der wässrigen Flüssigkeit, trennen lässt. Vorzugsweise ist das Demulgierverhalten des Umformschmierstoffs und der wässrigen Flüssigkeit derart aufeinander abgestimmt, dass eine Austragung des Umformschmierstoffs ermöglicht und ein Zusetzen der Schleifsteine mit dem Umformschmierstoff verhindert wird. Beispielsweise kann die wässrige Flüssigkeit, beispielsweise über eine Zentrifuge und/oder einen Ölabscheider, nach dem Schleifvorgang von dem Umformschmierstoff gereinigt werden, sodass der Umformschmierstoff und/oder die wässrige Flüssigkeit wiederverwendet werden können.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft die Verwendung des Umformschmierstoffs bei der Herstellung von Getriebebauteilen. Im Speziellen kann der Umformschmierstoff bei der Herstellung von Lamellen, beispielsweise von Brems- und/oder Kupplungslamellen, von Klinken, z.B. Sperrklinken, und/oder Stegsternen eingesetzt werden. Beispielsweise wird hierzu das als Bandstahl ausgebildete Ausgangsbauteil unter Verwendung des Umformschmierstoffs zu dem Umformbauteil umgeformt und anschließend durch Stanzen und/oder Gleitschleifen zu dem fertigen Getriebebauteil gefertigt. Bevorzugt jedoch ist der Umformschmierstoff für alle umformtechnisch herstellbaren Bauteile einsetzbar.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigt:
- 1 eine stark schematisierte Darstellung eines Umformwerkzeugs mit einem Umformbauteil als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine schematische Blockdarstellung eines Verfahrens als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Einander entsprechende oder gleiche Teile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer stark schematisierten Darstellung ein Umformwerkzeug 1 zur Herstellung eines Umformbauteils 2 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Umformwerkzeug 1 ist beispielhaft als ein Tiefziehwerkzeug ausgebildet. Prinzipiell kann das Umformwerkzeug 1 jedoch als ein beliebiges Umformwerkzeug, z.B. auch als ein Werkzeug zum Schub-, Biege-, Zugdruck- oder Zugumformen, ausgebildet sein.
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In dem Umformwerkzeug 1 ist das Umformbauteil 2 angeordnet, wobei das Umformbauteil 2 beispielsweise aus einem flachen Ausgangsbauteil, z.B. ein Bandstahl, umgeformt wurde. Das Ausgangsbauteil wurde hierzu vor dem Umformen in eine Haltevorrichtung 3 des Umformwerkzeugs 1 eingelegt und anschließend zur Bearbeitung und zur Herstellung des Umformbauteils 2 durch einen Stempel 4 des Umformwerkzeugs 1 umgeformt. Das Umformbauteil 2 kann beispielsweise als ein Getriebebauteil, z.B. eine Lamelle, Klinke oder Stegstern, ausgebildet sein. Beispielsweise ist das Umformbauteil 2 für den Einsatz in einem Getriebe oder einem Drehmomentwandler geeignet.
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Zwischen dem Umformbauteil 2 und dem Umformwerkzeug 1 ist insbesondere in einem Kontaktbereich ein Umformschmierstoff 5 angeordnet. Der Umformschmierstoff 5 wurde dabei vor dem Umformen auf das Ausgangsbauteil aufgetragen. Beispielsweise kann der Umformschmierstoff 5 beidseitig und/oder vollflächig auf das Ausgangsbauteil, beispielsweise mittels Eintauchen, Besprühen oder dergleichen, aufgetragen werden. Der Umformschmierstoff 5 verbleibt dabei während der Dauer des gesamten Umformvorgangs zwischen Umformwerkzeug 1 und dem Umformbauteil 2, um eine Reibung und Reibungswärme zwischen dem Umformwerkzeug 1 und dem zu bearbeitenden Ausgangsbauteil bzw. Umformbauteil 2 zu minimieren. Dadurch können Verschleiß, Bruch und Kaltverschweißung zwischen dem Umformwerkzeug 1 und dem Umformbauteil 2 verhindert werden und das Umformbauteil 2 selbst sowie das Umformwerkzeug 1 geschont werden.
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Der Umformschmierstoff 5 umfasst ein Grundöl mit einem Anteil von mindestens 20 Gew.-% sowie ein Korrosionsschutz-Additiv mit einem Anteil von mindestens 1 Gew.-%. Das Grundöl ist beispielsweise ein niedrigviskoses, nichtwassermischbares Grundöl der Gruppe III oder ein mit Wasserstoff behandeltes Schmieröl gemäß El-NECS: 276-738-4. Das Korrosionsschutz-Additiv ist beispielsweise ein Sulfonat, insbesondere ein Cacliumsulfonat, gemäß EINECS: 263-093-9. Optional kann dem Umformschmierstoff 5 ein Anti-Wear-Additiv mit einem Anteil von mindestens 1 Gew.-% und/oder ein Extreme-Pressure-Additiv mit einem Anteil von mindestens 1 Gew.-% zugesetzt werden, um tribologische Eigenschaften des Umformschmierstoffes 5 zu verbessern. Es sei darauf hingewiesen, dass das Grundöl, das Korrosionsschutzadditiv sowie ggf. das Anti-Wear-Additiv und/oder das Extreme-Pressure-Additive sich zu 100 Gew.-% ergänzen.
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Das Korrosionsschutz-Additiv hat dabei die Aufgabe eine Schutzschicht auf dem Umformbauteil 2 zu bilden, um das Umformbauteil 2 nach der Bearbeitung, z.B. bei einer Zwischenlagerung, vor Korrosion zu schützen. Somit verbleibt der Umformschmierstoff 5 nach dem Umformvorgang auf der Oberfläche des fertigen Umformbauteils 2 um einen Korrosionsschutz für das Umformbauteil 2 zu bilden.
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Nach dem Umformen müssen die Bauteile in der Regel gewaschen und anschließend wieder mit einem Korrosionsschutz appliziert werden. Je nach Bauteil (Stegsterne, Klinken) sind teilweise noch wässrige Entgratungsprozesse (Gleitschleifen) zwischengeschaltet. Durch die Verwendung des Umformschmierstoffes 5 können aufwändige Bearbeitungsschritte und Waschprozesse entfallen, was zu einer Kostenoptimierung und einer Vereinfachung des Fertigungsprozesses führt. Bevorzugt weist der Umformschmierstoff 5 zudem eine hohe Getriebeölverträglichkeit auf, sodass das mit dem Umformschmierstoff 5 versehene fertige Getriebebauteil ohne einen vorherigen Wasch- oder Reinigungsprozess in ein entsprechendes Getriebe verbaut werden kann.
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2 zeigt ein Verfahren anhand einer schematischen Blockdarstellung als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Verfahren dient insbesondere zur Fertigung von Getriebebauteilen. Dabei wird in einem ersten Schritt S1 ein Ausgangsbauteil, z.B. Bandstahl, bereitgestellt.
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In einem zweiten Schritt S2 wird der Umformschmierstoff 5, wie bereits in 1 beschrieben, auf das Ausgangsbauteil aufgetragen. Insbesondere wird der Umformschmierstoff 5 derart auf das Ausgangsbauteil aufgetragen, dass das gesamte Ausgangsbauteil mit dem Umformschmierstoff 5 versehen ist.
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In einem dritten Schritt S3 wird das Ausgangsbauteil in dem Umformwerkzeug 1, wie in 1 beschrieben, umgeformt, vorzugsweise kaltumgeformt, um das Umformbauteil 2 zu fertigen, wobei der Umformschmierstoff 5 nach dem Umformen auf dem Umformbauteil 2 als Korrosionsschutz verbleibt.
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In einem vierten Schritt S4 wird das Umformbauteil 2 unmittelbar nach dem Umformprozess mittels eines Trennverfahrens zu dem fertigen Getriebebauteil weiterbearbeitet. Beispielsweise kann das Umformbauteil 2 mittels Gleitschleifen spanend bearbeitet, insbesondere entgratet, werden. Hierzu wird das Umformbauteil 2 zusammen mit einem Schleifmittel aus einer Vielzahl an Schleifkörpern in einer wässrigen Flüssigkeit in einen rotierenden und/oder Behälter gegeben, wobei durch eine Relativbewegung zwischen den Schleifkörpern und dem Umformbauteil 2 ein Materialabtrag erfolgt. Die wässrige Flüssigkeit weist dabei demulgierende Eigenschaften auf, sodass sich der Umformschmierstoff 5 und die wässrige Flüssigkeit nicht miteinander vermischen bzw. von selbst abscheiden.
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Bevorzugt bleibt der Umformschmierstoff 5 nach dem Gleitschleifen weiterhin als Korrosionsschutz auf dem fertigen Getriebebauteil, sodass das Auftragen eines zusätzlichen Korrosionsschutzes eingespart werden kann. Zusätzlich sorgt der Umformschmierstoff 5 dafür, dass bei einem gemeinsamen Gleitschleifen von mehreren der Umformbauteile ein Verkleben der Umformbauteile untereinander möglichst vermieden werden.
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Alternativ oder optional ergänzend wird das Umformbauteil 2 in dem Trennverfahren mittels Stanzen beabeitet, wobei der Umformschmierstoff 2 nach dem Stanzen auf dem Stanzteil als Korrosionsschutz verbleibt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Umformwerkzeug
- 2
- Umformbauteil
- 3
- Haltevorrichtung
- 4
- Stempel
- 5
- Umformschmierstoff
- S1
- erster Schritt
- S2
- zweiter Schritt
- S3
- dritter Schritt
- S4
- vierter Schritt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011113158 A1 [0003]
