DE2000035A1 - Kuehlschmiermittel fuer die zerspanende Metallbearbeitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hilfsstoff zur Erhöhung der Standwege bzw. Standzeiten von Schneidwerkzeugen, wie z.B. Fräser, Bohrer, Drehmeißel, Stanzwerkzeuge, u.a. sowie mit verschleißmindernden Schneidstoffen beschichteten Stählen.

Es ist bekannt, die Schneidleistung von Werkzeugen mit geometrisch bestimmter Schneide in verschiedenen Fällen durch zusätzliche Maßnahmen zu steigern, so z.B. bei Werkzeugen aus Schnellarbeitsstählen durch Nitrieren, Hartverchromen, Heißdampfbehandlung, Phosphatieren, Inchromieren, Befunken, Sulfidieren, Aufkohlen, Plasmasprühen usw. Außerdem werden häufig Kühlschmiermittel verwendet. Als aktivierende Bestandteile enthalten diese wässrigen oder öligen Systeme Salze, insbesondere Erdalkali- und Alkalimetallsalze, Seifen-Salzgemische, beispielsweise Borax-Natriumseife oder Glykole, Alkohole und andere in Wasser mischbare Flüssigkeiten. Neben Seifen und Alkalien, vornehmlich in wässriger Lösung angewandt, werden Kühlschmiermittel auf der Basis von Fettsäuren, Estern und Metallseifen eingesetzt. Die Reibungs- und Verschleißminderung entsteht hier infolge Reaktion mit den metallischen Werkstoffen. Diese hinsichtlich der thermischen Beanspruchbarkeit nur begrenzt einsetzbaren Stoffe werden von Kühlschmiermitteln übertroffen, die aus öllöslichen Verbindungen bestehen, bei denen insbesondere die Elemente Cl, S und P beteiligt sind. Auch der Einsatz von aggressiven Lösungen z.B. anorganische Säuren für die spanende Bearbeitung von Metallen wurde bereits beschrieben. Insbesondere sollen die Lösungen einen pH-Wert von 1-3 besitzen und den ph-Wert unabhängig von Konzentrationsschwankungen dadurch behalten, dass gepufferte Lösungen Verwendung finden. Beispielsweise werden schwerlösliche Schwermetall- und Calciumsalze bildende Säuren und als Puffersalze Schwermetall- oder Alkalisalze der gleichen Säuren verwendet. Die genannten Schwermetall- und Alkalimetallsalze haben also die Aufgabe, den ph-Wert in den genannten Grenzen aufrechtzuerhalten.

Es ist bekannt, dass auf Fräswerkzeugen während des Spanungsvorganges unter Verwendung einer äußeren Stromquelle kontinuierlich galvanische Bleischichten abgeschieden werden können, die ständig verschleißen, sich jedoch laufend neu bilden und den Schneidverschleiß verringern.

Alle genannten Maßnahmen haben den Nachteil, dass sich die Erhöhung der Standzeit bzw. Standwege sowie eine Steigerung der Arbeitsproduktivität nur in stark begrenztem Umfang erreichen lässt. Die thermische Beanspruchbarkeit wässriger Kühlschmiermittel ist begrenzt. Daraus ergeben sich enge Einsatzgrenzen bezüglich der Arbeitsdrucke, d.h. Arbeitsgeschwindigkeit und Spanbelastung sind begrenzt. Öle dagegen haben ein wesentlich geringeres Wärmeabfuhrvermögen als wässrige Lösungen. Aggressive Lösungen anorganischer Säuren stellen in der Mehrzahl der Fälle nur Teillösungen dar. Als Kühlschmiermittel verwendet, bewirken diese Lösungen eine unzulässig hohe Korrosion und zeigen mangelnde Verträglichkeit mit einer Reihe von Maschinenelementen. Als Folge der genannten Mängel ist in der Regel eine aufwendige Nachbehandlung erforderlich. Ferner müssen die Werkzeuge vor ihrem Einsatz oft einer zusätzlichen und teilweise sehr aufwendigen Bearbeitung unterzogen werden. Bereits vor dem Einsatz des Werkzeuges aufgebrachte Schichten verschleißen relativ schnell, so dass das Werkzeug nach verhältnismäßig kurzer Zeit regeneriert werden muss. Beim galvanischen Abscheiden von Bleischichten auf Fräswerkzeugen während des Spanungsvorganges ist eine zusätzliche äußere Stromquelle erforderlich. Außerdem ist die Stromübertragung auf das rotierende Werkzeug aufwendig und unsicher.

Zweck der Erfindung ist die Erhöhung der Standwege bzw. Standzeiten von Schneidwerkzeugen, die Steigerung der Arbeitsproduktivität beim Spanen, die Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit der bearbeiteten Werkstücke und eine bessere Spanungsmöglichkeit schwerspanbarer Werkstoffe.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses Vorhaben durch einen geeigneten auf die Werkzeugschneiden strömenden Hilfsstoff zu erreichen, der unter den bei der Zerspanung herrschenden Bedingungen zur Bildung von reibungs- und verschleißmindernden Schichten befähigt ist und auftretende schädliche Elektronenströme kompensiert, ohne die übrigen Aufgaben des Hilfsstoffes negativ zu beeinflussen.

Es wurde gefunden, dass durch Verwendung von wässrigen Schwermetallelektrolytlösungen ohne äußere Stromquelle bzw. von Metallelektrolytlösungen, deren metallische Bestandteile charakteristische Eigenschaften der Schwermetalle aufweisen, eine mehrfache Erhöhung der Standwege bzw. Standzeiten, eine Steigerung der Arbeitsproduktivität, u.a. erzielt wird.

Die Elektrolytlösung soll mit sattem Strahl laufend auf das im Einsatz befindliche Schneidwerkzeug strömen. Zur Verbesserung der Wirkung, z.B. Erhöhung der Benetzungsfähigkeit und zum Zwecke des Korrosionsschutzes von Maschine, Werkzeug und Werkstück werden entsprechende bekannte Zusätze, z.B. grenzflächenaktive Substanzen und Inhibitoren beigefügt.

Als geeignet erweist sich ein Kühlschmiermittel, dass aus 3-6 Masse-% Schwermetallsalz oder Metallsalz, dessen metallische Bestandteile charakteristische Eigenschaften der Schwermetalle aufweisen, 0,2-0,3 Massen-% wasserlösliche Nitrite, 5-20 Massen-% Polyalkoholen und deren Äthern, 3-10 Massen-% organische Basen und bis zu 88,2 Massen-% Wasser besteht.

Die Vorteile der erfinderischen Lösung bestehen insbesondere darin, dass mehrfache Standwege bzw. Standzeiten gegenüber den bisher bekannten Maßnahmen und deshalb eine Verringerung der Werkzeugkosten erreicht werden. Ferner ist eine rationellere Bearbeitung schwerzerspanbarer bzw. bisher nicht spanbarer Werkstoffe möglich. Es ist kein zusätzlicher Aufwand notwendig, da die Elektrolytlösungen wie die bekannten Kühlschmiermittel zu- und abgeführt werden können. Es tritt eine Erhöhung der Arbeitsproduktivität bei gleich bleibenden Standwegen bzw. Standzeiten und entsprechender Vergrößerung der Schnitt- bzw. Vorschubgeschwindigkeit ein.

Die Erfindung soll nachstehend an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden:

Beispiel 1:

Beim Walzfräsen von C 60 mit einem Walzfräser von 80 mm Durchmesser (Zähnezahl 10) und Verwendung einer Elektrolytlösung folgender Zusammensetzung:

3 Masse-% Nickelsulfat 7 H tief2 O 0,2 Masse-% Natriumnitrit 10 Masse-% Äthylpolyglykol 5 Masse-% Triäthanolamin 81,8 Masse-% Wasser (ph-Wert 8 bis 9)

wurden bei einer Schnittgeschwindigkeit von 35 m/min, einer Schnittiefe von 3 mm und einer Fräsbreite von 40 mm, Schruppschnitte mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 600 mm/min gefahren.

Die mittlere Verschleißmarkenbreite am Fräser betrug nach 30 000 mm Standweg 0,3 bis 0,4 mm.

Beispiel 2:

Beim Walzfräsen von C 60 mit einem Schnellarbeitsstahl konnten bei Verwendung eines handelsüblichen Nickelelektrolyten der Zusammensetzung Nickelgehalt 38-42 g/l, Chloridgehalt 8-10 g/l, Bohrsäuregehalt 16-18 g/l, pH-Wert 4-4,5 und Arbeitstemperatur von 20-60°C doppelte Standwege bei Anwendung von ca. dreifach höheren Schnittgeschwindigkeiten erreicht werden. Bei einer Schnittiefe von 3 mm stieg die Schnittgeschwindigkeit bei üblichen Standwegen (15 000 mm) von 17 m/min auf 70 m/min. Die gleichen Schnittbedingungen erbrachten bei der Verwendung von üblichen Bohrölemulsionen als Kühlschmiermittel einen totalen Verschleiß des Fräswerkzeuges bereits nach 600 mm Fräsweg.

Claims (3)

1. Verwendung von wässrigen Schwermetallelektrolytlösungen oder Lösungen von Metallsalzen, deren Kation bezüglich des Verschleißverhaltens Schwermetallcharakter haben im Gemisch mit Wirkstoffen, ohne äußere Stromquelle, als Kühlschmiermittel für die zerspanende Metallbearbeitung.

2. Schwermetallelektrolytlösung nach Anspr. 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus etwa 3 bis 6 Masse-% Schwermetallsalz 0,2 bis 0,3 Masse-% Natriumnitrit 5 bis 20 Masse-% Polyalkohol u. deren Äthern 3 bis 10 Masse-% organische Basen und bis zu 88,8 bis - Masse-% Wasser besteht.

3. Schwermetallelektrolytlösung nach Anspr. 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie vorzugsweise folgende Zusammensetzung besitzt 3 Masse-% Nickelsulfat 7 H tief2 O 0,2 Masse-% Natriumnitrit 10 Masse-% Äthylpolyglykol 5 Masse-% Triäthanolamin 81,8 Masse-% Wasser