DE1270724B

DE1270724B - Verwendung von Olefinen oder Mischungen von Olefinen als Schmiermittel zur spanlosen und spanabhebenden Bearbeitung von Aluminium

Info

Publication number: DE1270724B
Application number: DEP1270A
Authority: DE
Inventors: Robert Victor Klint; Robert Stephen Owens; Leon Edward St Pierre
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1963-10-24
Filing date: 1964-10-21
Publication date: 1968-06-20
Also published as: NL6412237A; GB1081135A; US3288715A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

ClOm

Deutsche Kl.: 23 c-1/04

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1270 724
P 12 70 724.3-43
21. Oktober 1964
20. Juni 1968

Bekanntlich verwendet man zur spanlosen und spanabhebenden Bearbeitung von Metallen Schmiermittel, um die erforderlichen Bearbeitungskräfte zu verringern und eine glatte und glänzende Oberfläche zu erzielen. Hierfür wurden bisher Pflanzenöle sowie spezielle Wachse verwendet. Es hat sich nun herausgestellt, daß Olefine oder Mischungen von Olefinen der allgemeinen Formel

R [CR = CR"] R' R'[CR = CR"] R

in der R Wasserstoff, R' Wasserstoff oder Methyl und R" ein geradkettiger Alkylrest mit 8 bis 35 Kohlenstoffatomen ist, als besonders vorteilhafte Schmiermittel zur spanlosen und spanabhebenden Bearbeitung von Aluminium geeignet sind.

Es wurde bereits versucht, die erfindungsgemäß verwendeten Olefine zum Schmieren von Lagern zu verwenden. Hierbei wurde jedoch gefunden, daß trotz des geringen Reibungskoeffizienten eine starke Abnutzung der aneinandergleitenden Lagerflächen auftritt. Deshalb wurde bisher angenommen, daß ungesättigte Verbindungen bei Schmiermitteln zum Kaltwalzen von Aluminiumlegierungen unerwünscht sind. Es war daher nicht vorauszusehen, daß die erfindungsgemäß verwendeten Olefine vorteilhaft als Schmiermittel bei der spanlosen und spanabhebenden Bearbeitung von Aluminium eingesetzt werden können. Bei Verwendung von Olefinen der oben angegebenen Art als Schmiermittel bei der Bearbeitung von Aluminium kommt man nämlich mit geringen Bearbeitungskräften aus. Außerdem erzielt man eine hochglänzende Aluminiumfläche und bei der spanabhebenden Bearbeitung setzt sich am Bearbeitungswerkzeug kein Aluminium an. Die Verwendung von Olefinen der oben angegebenen Art hat den weiteren Vorteil, daß sie nach der Bearbeitung des Aluminiums unter verhältnismäßig einfachen Bedingungen von der Aluminiumoberfläche ohne Rückstände verflüchtigt werden können. Das ist eine wesentliche Verbesserung gegenüber den üblicherweise zur Herstellung von gewalztem Aluminiumblech verwendeten Massen, da sich eine intensive Bearbeitung zur Entfernung des Schmiermittels erübrigt. Die erfindungsgemäßen Schmiermittel sind außerdem insofern vorteilhaft, als sie das Reinigen, Schärfen und Auswechseln der bearbeitenden Geräte weitgehend überflüssig machen und dadurch eine weitaus längere Lebensdauer für diese garantieren.

Zu den erfindungsgemäß verwendeten linearen Verbindungen gehören z. B. Decen-1, Dodecen-1, Tetra-Verwendung von Olefinen oder Mischungen von Olefinen als Schmiermittel zur spanlosen und
spanabhebenden Bearbeitung von Aluminium

Anmelder:

General Electric Company, Schenectady, N. Y.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. M. Licht, Dr. R. Schmidt,
Dipl.-Wirtsch.-Ing. A. Hansmann
und Dipl.-Phys. S. Herrmann, Patentanwälte,
8000 München 2, Theresienstr. 33

Als Erfinder benannt:
Robert Stephen Owens, Latham, N. Y.;
Leon Edward St. Pierre, Schenectady, N. Y.;
Robert Victor Klint, Newton Square, Pa.
(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 24. Oktober 1963
(318 520)

decen-1, a-Methyltetradecen-1, Dodecen-2, Tetradecen-2, Pentadecen-1, Hexadecen-1 (Ceten), ct-Methylhexadecen-1, Octadecen-1, Octadecen-2, als auch Mischungen derartiger Olefine, die durch Kracken von Paraffinen oder aus dem Fischer-Tropsch-Verfahren erhalten wurden.

Vorzugsweise werden Olefine mit einer geraden ungesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoffkette verwendet, welche bei einer Kette von 12 bis 15 Kohlenstoffatomen in 1-Stellung oder 2-Stellung ungesättigt sind.

Solche Olefine können allein oder als Mischungen, gegebenenfalls mit geeigneten Lösungmitteln, z. B. Benzol, Toluol, chlorierten Kohlenwasserstoffen, Kerosen usw., verwendet werden. Wäßrige Emulsionen der Olefine können ebenfalls verwendet werden.

Der Ausdruck »Kaltbearbeiten« oder »Kaltwalzen« von Aluminium bezieht sich auf die Herstellung von

809 560/446

Aluminiumgegenständen bei einer Temperatur von weniger als 350°C.

Beispiel 1
Tabelle I

Schmiermittel zum Schneiden	Zusammensetzung Gesamtzahl der Kohlenstoffatome
Nr. 1	C₁₆ bis C₂₀
Nr. 2	C₁₁Ws-C₁₅
Nr. 3	^12 "^S ^16
Nr. 4	Hexadecen-1
Nr. 5	ein bekanntes Wachs (1 Teil) gelöst in SAE-10 Spindelöl (10 Teile)

Tabelle II Vorschubkraft

30

Zur Prüfung wurde eine Axelson-Drehbank mit einer Ausladung von 35 cm und einem veränderlichen Antrieb von 20 PS verwendet. Die Schneidvorrichtung bestand aus Wolframcarbid mit einer Härte von 27,8 Brinell. Das verwendete Aluminium war die Legierung 1100 mit einem Durchmesser von 4,8 cm und einer Länge von 61 cm. Jede Schmierfiüssigkeit, die für das Schneiden verwendet wurde, wurde in der Weise bewertet, wie andere für das Schneiden von Aluminium verwendete Flüssigkeiten, indem ein Aluminiumstab bei einer Schneidgeschwindigkeit von 305 bis 1740 cm je Minute und einer Schnittiefe von 0,25 cm und einem Vorschub von 0,025 cm je Umdrehung aufgewendet wird. Mit einem Sanborn-Aufzeichnungsgerät mit vier Kännchen wurden die Kräfte aufgezeichnet, die ein Drehbank-Kraftmesser lieferte. Die gemessenen Werte der Tangentialkraft oder der Schneidkraft (in Kilogramm, bezeichnet als Ft), die der Longitudinalkraft oder die Vorschubkraft (in Kilogramm, bezeichnet als F£) und die Radialkraft (in Kilogramm, Fr) werden in dieser Weise angegeben. Die Vorschubkraft und die Radialkraft sind wesentliche Anzeige für die verminderte Reibung der Schneidvorrichtung, welche den Aluminiumgegenstand bearbeiten soll, die erfindungsgemäß die Reibung herabsetzen soll. Die Prüfungsergebnisse enthalten auch die Ergebnisse, die beim trockenen Schneiden von Aluminium (d. h. ohne Anwendung irgendeiner Flüssigkeit) und bei Verwendung von Cetan allein als Schneidflüssigkeit erzielt wurden. Unter diesen Prüfungsbedingungen war die Schneidgeschwindigkeit mit etwa der gleichen Kraft Ft (in Kilogramm) für die Flüssigkeiten Nr. 1 bis 5 angewendet worden. Die Flüssigkeit Nr. 2 erwies sich allerdings um etwa 10 bis 35 % besser als die anderen. Der trockene Lauf (ohne Verwendung von Schmiermitteln) und der bei Anwendung von Cetan ergab bei den Prüfungsbedingungen außergewöhnlich hohe Kräfte. Die Verbesserung bei Anwendung der erfindungsgemäßen Olefine für die Bearbeitung von Aluminiumgegenständen wurde eindeutig, wenn die speisende Kraft Fl und die Radialkraft Fr gemessen wurden. Die nachstehende Tabelle II führt die Werte für die speisende Kraft und Tabelle II für die Radialkraft an (in Kilogramm), welche bei den verschiedenen Schneidfiüssigkeiten bei den zwei angegebenen Schneidgeschwindigkeiten aufgewendet werden mußten.

5 Nr. der Schneidflüssigkeit	Schneidgeschwindigkeit cm/Min.	Kraft kg
Nr. 1 j	305	9,1
10 _r Nr. 2 J	1740 305	8,1 0,9
Nr. 3 [	1740 305	2,3 3,2
¹⁵Nr.4 {	1740 305	8,1 4,5
Nr. 5 /	1740 305	9,1 6,8
²⁰ Cetan (	1740 305 1740 305	41 27 50 45
trocken \	1740	110

Tabelle III Radialkraft

Nr. der
Schneidflüssigkeit

Nr. 1

Nr. 2

Nr. 3 j

Nr. 4 j

Nr. 5 j

trocken I

Cetan

50 Schneidgeschwindigkeit cm/Min.

305 1740

Beispiel 2

Kraft kg

29 61

12,6 2,6

Bei diesem Beispiel wurde das gleiche Aluminium, nämlich 1100 mit einer Brinell-Härte von 27,2 mit der gleichen Vorrichtung geschnitten wie im Beispiel 1. Die aufgetretenen speisenden Kräfte und das Oberflächenprofil des bearbeiteten Aluminiumgegenstandes wurden (mit Hilfe eines Talysurf-Oberflächenprüfgerätes) ermittelt und der Grad der Rauheit der durchschnittlichen Mittellinie (CLA) wurde gemessen. Diese Messungen wurden gemacht, nachdem das Aluminium in einer Menge von 0,025 cm je Umdrehung zugeführt worden ist. Die Tiefe des Einschnittes betrug 0,25 cm und die Schneidgeschwindigkeit 305 cm/Min. Unter diesen Bedingungen wurde das trockene Aluminium bestimmt, und zwar bei Verwendung von Cetan, Ceten, und das bekannte Wachs gelöst in Spindelöl wie im Beispiel 1. Die nachstehende Tabelle IV gibt die Ergebnisse der Vorschubkraft Fl

(in Kilogramm) an und die jeweilige Rauheit, wobei deren niedrigere Werte eine besser polierte Oberfläche anzeigen.

	Tabelle IV	Vorschub kraft kg
Schneidflüssigkeit		7,7 25 32 50
Ceten
Wachsmischung Cetan
Trocken
CLA-Rauheit in Tausendsteln Zentimeter
114 150 147 195

Es wird auffallen, daß die CLA-Rauheit des mit Ceten bearbeiteten Aluminiums erheblich geringer war als die bei Verwendung einer herkömmlichen Schneidfiüssigkeit, insbesondere der Wachsmischung.

Beispiel 3

Wurde Aluminiumdraht durch eine Form, die in eine Mischung von a-Olefinen mit einer Kettenlänge von C₁₁ bis C₁₅ (s. Tabelle I) getaucht, dann stellte man fest, daß der reduzierte, gezogene Aluminiumdraht unter einer geringeren Kraftaufwendung ausgezogen werden konnte und eine besser polierte Oberfläche besaß (im Vergleich zu einem matten Aussehen) als ein Draht, der unter Anwendung der üblichen Schmiermittel ausgezogen worden war.

35

40

45

Beispiel 4

Bei diesem Beispiel wurde Aluminiumblech in üblicher Weise durch mit Motoren angetriebene Reduzierwalzen geschickt, wobei eine Mischung von a-Olefinen mit einer Kettenlänge von C₁₁ bis C₁₅ (s. Tabelle I) an der Berührungsfläche von den Walzen mit dem Aluminiumblech verwendet wurde. Das Aluminiumblech besaß ursprünglich eine Stärke von etwa 0,215 cm. Gewöhnlich wurde das nachstehend angegebene Schema bei vier Durchgängen angewendet, wenn das beste im Handel erhältliche Schmiermittel für das Auswalzen von Aluminium von annähernd 0,215 cm auf 0,063 cm durchgeführt werden sollte.

(a) 0,215 cm -> 0,144 cm

0,144 cm -> 0,108 cm
0,108 cm -» 0,082 cm
0,082 cm -> 0,063 cm

Der Grund, weshalb vier Durchgänge erforderlich waren, war daß die im Handel erhältlichen Schmiermittel keine stärkere Reduktion des Aluminiums je Durchgang gestatten, ohne daß der Aluminiumfilm aufbrach oder die Oberfläche durch eine Ansammlung von Aluminium beeinträchtigt wurde, was zu einer unansehnlichen Oberfläche führen würde. Wurde hingegen die Mischung der oben beschriebenen Olefine an Stelle der im Handel erhältlichen Schmiermittel bei dem gleichen Walzvorgang verwendet, dann wurde ermöglicht, daß das Aluminiumblech von 0,215 cm auf 0,063 cm in zwei Durchgängen (s. unten), ohne eine Beschädigung des Bleches zu verursachen, durchgeführt werden konnte, da der Zwischenraum zwischen den Walzen geschlossen werden konnte, ohne daß zusätzlich Kraft aufgewendet werden mußte, d. h. mehr Kraft als bei vier Durchgängen.

(b) 0,215 cm — 0,108 cm

0,108 cm — 0,063 cm

Die vorteilhaften Eigenschaften der erfindungsgemäß verwendeten Olefine werden auch in diesem Fall erkenntlich. Die vorgeschlagenen Olefine ermöglichten nicht nur eine schnellere Reduktion als die bekannten Schmiermittel, sondern lieferten auch ein glänzenderes Aussehen.

Beispiel 5

Dieses Ausführungsbeispiel beschreibt die Wirkung anderer ungesättigter organischer Verbindungen, die an Stelle der erfindungsgemäß empfohlenen Olefine verwendet wurden. Insbesondere wurden bei Verwendung der Vorrichtung und der Aluminiumart von Beispiel I Oleinsäure (mit einer mittleren olefinischen Ungesättigtheit an Stelle der erfindungsgemäß verwendeten mit einer abschließenden Ungesättigtheit), ein ungesättigter Polyester, insbesondere ein Pflanzenöl, welches überwiegend aus Glyceriden der Fettsäuren, bei denen meistens die Säurereste Leinölsäurereste oder Oleinsäurereste oder Hexadecanoinsäurereste waren, und geringe Mengen von Säureresten der Palmitinsäure, Myristinsäure und Stearinsäure geprüft. Außerdem wurden Ceten und Mischungen der Olefine mit einer Kettenlänge von C₁₁ bis C₁₅, C₁₂ bis C₁₆ und C₁₆ bis C₂₀, Cetan und Kerosen bei einer Schneidgeschwindigkeit von 305 cm/Min., einer speisenden Kraft von 0,025 cm je Umdrehung und einem Einschnitt von 0,25 cm Tiefe in ähnlicher Weise wie im Beispiel 1 geprüft. Der Vergleich beruhte in erster Linie auf den Auswirkungen der oben angegebenen Flüssigkeiten und auf der Art des Abschliffe durch die Schneidvorrichtung. Der beste Span ist von durchgehender Länge, ohne daß an den Kanten Anreicherungen entstehen, und wird durch eine ständige Verformung des Metalls vor dem bearbeitenden Werkzeug gebildet, so daß kein Bruch entsteht und ein gleichmäßiger Fluß der Späne über die bearbeitende Vorrichtung läuft. Eine derartige Bearbeitung bedeutet, daß zwischen Span und bearbeitender Vorrichtung eine geringe Reibung entsteht, so daß eben im Hinblick auf das Ansehen, den Kraftverbrauch und die Lebensdauer der bearbeitenden Vorrichtung die günstigsten Bedingungen geliefert werden. Wenn die Späne gleich nach dem Abspanen in kleine Teile zerlegt werden, dann ist damit angezeigt, daß ein unzureichendes Schmiermittel verwendet wurde, welches die Oberfläche des Aluminiumgegenstandes im Aussehen beeinträchtigt und außerdem die bearbeitende Vorrichtung stark abnutzt. Nach der Durchführung der beschriebenen Prüfungen wurde festgestellt, daß bei Verwendung von Cetan, C₁₁ bis C₁₅, C₁₂ bis C₁₆ und C₁₆ bis C₂₀ (in flüssiger Form) lange Späne abgezogen wurden und daß das bearbeitete Aluminium glatt und hochpoliert war. Im Gegensatz dazu waren die Späne bei Verwendung anderer Flüssigkeiten, z. B. von pflanzlichen ölen, Cetanen, Kerosen und Oleinsäure in kurze Stücke zerbrochen und neigten zum Zusammenschluß. Darüber hinaus war die Oberfläche des bearbeiteten Aluminiums recht rauh, und in einigen Fällen (z. B. bei Verwendung von Cetan) schien sie von der bearbeitenden Vorrichtung »abgefressen« zu sein. Gleichzeitig trat an den Kanten der geschnittenen Probe leicht ein Zuwachs von Aluminium auf, welcher

anzeigte, daß während der Bearbeitung ein großer Widerstand aufgetreten war.

Claims

Patentanspruch:

Verwendung von Olefinen oder Mischungen von Olefinen der allgemeinen Formel

oder

R [CR = CR"] R'
R'[CR = CR"] R

in der R Wasserstoff, R' Wasserstoff oder Methyl und R" ein geradkettiger Alkylrest mit 8 bis 35 Kohlenstoffatomen ist, als Schmiermittel zur spanlosen und spanabhebenden Bearbeitung von Aluminium.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Bellmanns Euzyklopädie der Technischen Chemie, ίο Bd. 10, S. 40.

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