DE19508247C1 - Kühlschmierstoff zur Metallverformung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlschmierstoff zur Metallverformung, vornehmlich zum Drahtziehen. Die Erfindung betrifft auch ein Ver­ fahren zur Herstellung des Produktes nach Patentanspruch 1.

Bei der Drahtherstellung werden überwiegend runde metallische Aus­ gangswerkstoffe durch geeignete Einrichtungen, meist Düsen, gezogen und dabei in ihrem Querschnitt verändert (profiliert). Stahl und NE- Metalle werden auf diese Weise kalt verformt. Die Werkzeuge sind Hart­ metall- oder Diamantscheiben mit konischen Bohrungen, die sogenannten Ziehsteine.

Die Profilierung erfolgt bei gleichbleibender Geschwindigkeit, wobei sich der Anfangsquerschnitt des Werkstückes auf das kleinste lichte Düsenprofil, dessen Form die Umbildung des Werkstückes bestimmt, re­ duziert. Bis zur Fertigform sind in der Regel mehrere Züge durch kleinerwerdende Düsen bzw. Ziehsteine erforderlich.

Die zum Umformen zu leistende Arbeit wird fast vollständig in Wärme umgesetzt, wobei eine Veränderung des Metallgefüges erfolgen kann, denn während der Umformung herrscht ein Zustand der Grenzreibung; d. h., die Rauhigkeitsspitzen der Oberflächen der Paarungskörper (Werkstück/Werkzeug) berühren sich.

Zum Abführen der Wärme, aber auch zur Minderung der Reibung an den Berührungsstellen zwischen Werkzeug und Werkstück und schließlich zur Verlängerung der Standzeiten der Werkzeuge werden Kühlschmier­ stoffe verwendet.

Kühlschmierstoffe unterteilt man in zwei Hauptgruppen:
Mit Wasser mischbare und mit Wasser nicht mischbare. Die Erstgenannten gliedern sich in emulgierbare und wasserlösliche Kühlschmierstoffe.

Ausgangsbasis für die Herstellung sind Mineralöle, Mineralfette, wasserunlösliche Seifen, pflanzliche und tierische Öle und Fette, Graphitzubereitungen sowie synthetische Stoffe. Während Mineralöle und -fette außer Kohlenwasserstoffen auch Verbindungen mit Schwefel, Stickstoff, Sauerstoff und Spurenelemente enthalten, bedarf es bei Einsatz dieser Stoffe einer großen Erfahrung, die Kühlschmierstoffe auf spezifische Anforderungen abzustimmen.

Der Einsatz mineralölhaltiger Kühlschmierstoffe bedingt eine umwelt­ sichere Lagerung und Handhabung und eine entsprechende Entsorgung der Rückstände. Auch synthetische Substanzen mit definierter mole­ kularer Struktur, ferner bestimmte Emulgatoren und andere Substanzen, können einen umweltsicheren Umgang erfordern.

Zu den synthetischen Kühlschmierstoffen zählen bspw. Mischungen aus Mineralölen und Polybutenen. Besonders für die Drahtherstellung aus Nichteisenmetallen werden neuerdings zunehmend mineralölfreie synthe­ tische Kühlschmierstoffe eingesetzt. Diese sind u. a. Derivate aus der fraktionierten Destillation pflanzlicher Öle, wobei Ester und Poly­ glykole eine wichtige Rolle spielen.

Kühlschmierstoffe werden hauptsächlich in Form von wäßrigen Emulsionen, weniger als Lösungen in Wasser angewandt. Ihnen setzt man Korrosions­ inhibitoren, Stabilisierungsmittel, Emulgatoren und Antischaum-Sub­ stanzen zu.

Korrosionsinhibitoren sind z. B. Borax, Natriumbenzoat, Aminseifen. Sie bewirken eine alkalische Einstellung der Ziehbäder. Der Alkalige­ halt ist nicht vergleichbar mit dem, der bei dem erfindungsgemäßen Produkt erforderlich ist. Letzterer ist höher.

Bei Drahtziehversuchen hat sich erwiesen, daß Mischungen aus löslichen und unlöslichen Seifen in mit Wasser disper­ gierter Form bei einem gewissen Alkaliüberschuß gegenüber bekannten Kühlschmierstoffen bemerkenswerte Vorteile bieten. Diese wurden auch gegenüber Dispersionen und Emulsionen, die Kalkseife enthalten, erkannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen umwelt­ freundlichen Kühlschmierstoff zu entwickeln, mit dem entscheidende Verbesserungen bei der Metallverformung, insbesondere höhere Ziehgeschwindigkeiten als bisher, erzielt werden.

Der Kühlschmierstoff gemäß der Erfindung ist gekennzeich­ net durch eine wäßrige Mischung einer wasserlöslichen Seife mit einer wasserunlöslichen Seife in feindisperser Form in alkalischer Einstellung, wobei der Anteil der wasserlöslichen Seife 20 bis 40%, der Anteil der wasser­ unlöslichen Seife 5 bis 12% und der Gehalt an freiem Alkali, berechnet als KOH, 0,4 bis 2,0%, bezogen auf das Fertigprodukt, beträgt.

Die mit dem erfindungsgemäßen Produkt erzielbaren Vor­ teile sind:

• - Hohe Temperaturbeständigkeit. Auch bei Temperaturen oberhalb 323 K anwendbar, so daß höhere Ziehgeschwin­ digkeiten als üblich möglich sind.
• - Sehr stabile Dispersion.
• - Lange Badstandzeiten.
• - Einfache Entsorgung der entwässerten Rückstände.
• - Geringe Schaumentwicklung.
• - Keine bakteriologische Zersetzung der Ziehbäder.
• - Schnelle Benetzung der Werkstücke, gutes Schmierver­ mögen, druckfest.
• - Konservierung der blanken Oberflächen der Werkstücke.
• - Langanhaltender Korrosionsschutz bei trockener Lagerung der Werkstücke.
• - Ungiftig, geruchsneutral, gut hautverträglich, deshalb bei der Anwendung keine Schutzmaßnahmen erforderlich.
• - Biologisch abbaubar, dadurch keine besonderen Vorkehrungen für die Lagerung und Handhabung nötig.
• - Einfaches Entsorgen des Abwassers.
• - Mit Wasser jeden Härtegrades mischbar.
• - Einfacher und schneller Badwechsel, da die Verschlammung gering ist.

Die in der Dispersion des erfindungsgemäßen Produktes vorhandene un­ lösliche Seife dient nicht nur - wie beim Kälken, d. h. beim Überziehen des Werkstückes mit Kalk oder Borax - als Schmiermittelträger, der die Täler zerklüfteten Werkstückoberfläche ausfüllt; sie ist gleichzeitig auch Trenngleitmittel und Schmierstoff. Das anwesende Alkali scheidet als Schmiermittelträger aus. Auch darin unterscheidet sich der erfin­ dungsgemäße Kühlschmierstoff von den Kalkseifenanteilen in alkalischen Seifenlösungen der bekannten Art.

Ebenfalls wesentlich ist, daß durch den Anteil an unlöslicher Seife der erfindungsgemäßen Dispersion die Reibungszahl - selbst bei Flächen­ pressungen von mehr als 200 kg/mm² - niedrig gehalten wird, und ein Zusammenbrechen der Dispersion bei hohen Temperaturen nicht erfolgt. Somit können wesentlich höhere Ziehgeschwindigkeiten erreicht werden, als dies mit den bekannten und vergleichbaren Kühlschmierstoffen möglich ist.

Vorzugsweise sollte der Anteil der wasserlöslichen Seife etwa 30% und der Anteil an wasserunlöslicher Seife etwa 8%, bezogen auf das Fertigprodukt, betragen.

Wesentlich ist, daß das Fertigprodukt mindestens 0,4% Alkali, berech­ net als KOH, enthält.

Bei dem Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Produktes wird ein Gemisch von technischen Fettsäuren mit einer Lauge eines eine lösliche Seife bildenden Metalles (z. B. Kalium oder Natrium) auf herkömmliche Art verseift. Erfindungsgemäß wird danach noch eine wäßrige, 10- bis 30%ige, vorzugsweise ca. 20%ige Halogensalzlösung eines mit Fett­ säure eine wasserunlösliche Seife bildenden Metalls (z. B. Calcium, Magnesium oder Zink) solange zugesetzt, bis 10 bis 40%, vorzugs­ weise ca. 25%, des löslichen Seifenanteils in einen wasserunlösli­ chen Seifenanteil umgesetzt sind, und anschließend wird eine alka­ lische Einstellung des Produktes vorgenommen.

Wesentlich ist, daß nach der Umsetzung des wasserlöslichen Seifen­ anteils in den wasserunlöslichen Seifenanteil das Gemisch mittels Kali- oder Natronlauge alkalisch eingestellt wird. Der Gehalt an freiem Alkali, berechnet als KOH, sollte bei 0,4 bis 2,0% liegen.

Wesentlich ist ferner, daß der Alkaligehalt der vorgesehenen An­ wendung entsprechend eingestellt wird. Erfindungsgemäß enthält das Fertigprodukt, das für die Verformung von z. B. Kupfer, Stahl und Eisen zum Einsatz kommt, 1 bis 2% freies Alkali, bezogen auf KOH, das Fertigprodukt z. B. für die Zinkbearbeitung ca. 0,4% freies Alkali. Außerdem kommt bei dem Fertigprodukt zur Zinkbearbeitung vornehmlich technische Ölsäure (Olein) als Ausgangsrohstoff zum Einsatz.

Der Alkaligehalt erfüllt in Verbindung mit der genannten Seifen­ lösung folgende Aufgaben:

• 1. Entgegen den Erfahrungen im Umgang mit Seifen minimiert er die unerwünschte und den Verformungsprozeß störende Schaumbildung.
• 2. Beim Ansetzen der Behandlungsbäder wird eine klumpenfreie und sehr feine Dispersion erzielt, so daß Zusätze, wie Alkohol und Emulgatoren nicht erforderlich sind.
• 3. Bei Stillstand der Ziehmaschine, z. B. über Nacht und übers Wochenende, werden die blanken Werkstücke vor Korrosion ge­ schützt; sie bleiben blank.
• 4. Bei Eisen- und Stahldrähten wirkt das Alkali nach dem Ziehvorgang als Konservierungsmittel. Bei trockener Lagerung hält die Kon­ servierung erfahrungsgemäß mindestens sechs Wochen.
• 5. Die Drähte können ohne Endkonservierung weiterverarbeitet werden.
• 6. Bei der Schweißdrahtherstellung sind zwischen dem vorletzten und dem letzten Zug ein Beizbad und ein Kupferbad zwischengeschaltet. Durch den hohen Alkaligehalt werden beim letzten Ziehgang, dem sogenannten Kalibrierzug, eventuelle Säurerückstände neutrali­ siert. Als Ziehergebnis entsteht ein gleichmäßig kupferfarbig glänzender Draht.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch so variiert werden, daß anstelle von technischen Fettsäuren Gemische aus pflanzlichen und tierischen Ölen und Fetten verseift werden. Ferner können zur Ver­ seifung von Fettsäuren sowie Ölen und Fetten zwei verschiedene Laugen verwendet werden.

Je nach der Beschaffenheit der Öl- und Fettrohstoffe und den zu er­ wartenden Temperaturverhältnissen bei der Lagerung des Fertigpro­ duktes werden entweder Kali- oder Natronlauge, ggf. auch beide zum Verseifen verwendet. Mit der Variation von Fetten und Laugen wird die Konsistenz des Fertigproduktes bestimmt.

Zur Herstellung einer Dispersion, wie sie in Drahtziehmaschinen ein­ gesetzt wird, werden ein Teil Fertigprodukt mit 7 bis 12 Teilen, vornehmlich 9 Teilen Wasser eines beliebigen Härtegrades vermischt.

Beispiel

Es kann mit dem erfindungsgemäßen Produkt Eisendraht von 1,8 mm⌀ mit 20 m/sec auf 0,8 mm⌀ oder mit 24 m/sec auf 1,0 mm⌀ bei einer Badtemperatur kleiner als 323 K gezogen werden. Hingegen liegen die Ziehgeschwindigkeiten bei Einsatz herkömmlicher Kühlschmierstoffe (z. B. Basis Schmierseife, ansulfonierte Fischöle, Mineralöl, Emul­ gatoren) unter 16 in/sec.

Üblicherweise wird die Badtemperatur kleiner als 323 K gehalten, weil sonst die Temperaturableitung am Ziehstein, an dem Temperatu­ ren von ca. 800 K entstehen, zu gering ist, was einen zu starken Verschleiß des Ziehsteines zur Folge hat. Bei Badtemperaturen ober­ halb 323 K bricht üblicherweise außerdem leicht die Wasser-Schmier­ mittel-Emulsion auseinander. Es wurde erkannt, daß ein kontinuier­ licher Zerfall der Emulsion punktuell im Bereich des Ziehsteines erfolgt. Beim Zerfall der Emulsion setzen sich Komponenten als Schlamm am Boden ab; sie finden sich aber auch als störende Abla­ gerung in Form eines dunklen Filmes auf dem gezogenen Draht. Erfah­ rungsgemäß werden derartig verunreinigte Drähte verworfen.

Claims (4)

1. Kühlschmierstoff zur Metallverformung, gekennzeichnet durch eine wäßrige Mischung einer wasserlöslichen mit einer wasserunlöslichen Seife in feindisperser Form in alkalischer Einstellung, wobei der Anteil der wasserlöslichen Seife 20 bis 40%, der Anteil der wasserunlöslichen Seife 5 bis 12% und der Gehalt an freiem Alkali, berechnet als KOH, 0,4 bis 2,0%, bezogen auf das Fertigprodukt, beträgt.

2. Verfahren zur Herstellung des Produktes nach Anspruch 1, bei welchem ein Gemisch von technischen Fettsäuren mit einer Lauge eines eine lösliche Seife bildenden Metalls verseift wird, dadurch gekennzeichnet, daß danach noch eine wäßrige, 10- bis 30%ige, vorzugsweise ca. 20%ige, Halogensalzlösung eines mit Fettsäure eine wasserunlösliche Seife bildenden Metalls solange zu­ gesetzt wird, bis 10 bis 40%, vorzugsweise ca. 25%, des löslichen Seifenanteils in einen wasserunlöslichen Seifenanteil umgesetzt sind, und anschließend eine alkalische Einstellung des Produkts vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle von technischen Fettsäuren Gemische aus pflanzlichen und tierischen Ölen und Fetten verseift werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verseifung von Fettsäuren sowie Ölen und Fetten zwei verschiedene Laugen verwendet werden.