DE2100757A1

DE2100757A1 - Verfahren zur spanenden Bearbeitung von Metallen in Gegenwart eines Kühl schmiermittels

Info

Publication number: DE2100757A1
Application number: DE19712100757
Authority: DE
Inventors: Warren Ray Wilmington Del Steinacker (VStA) P
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1970-01-09
Filing date: 1971-01-08
Publication date: 1971-07-22
Also published as: SE361496B; US3624242A; CH547344A; DE2100757B2; GB1345241A

Description

E.I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY 10th and Market Streets, Wilmington, Delaware 19 898, V.St.A,

Verfahren zur spanenden Bearbeitung von Metallen in Gegenwart eines Kühlschmiermittels

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum spanenden Bearbeiten von Metallen, z.B. zum Bohren, Fräsen, Anbohren, Gewindeschneiden, Räumen, Drehen oder dergleichen, in Berührung mit einem Kühlschmiermittel, das aus Trichlormonofluormethan besteht oder Trichlormonofluormethan enthält.

Die spanende Bearbeitung von Metallen wird in Gegenwart verschiedener Flüssigkeiten durchgeführt, die als Kühlschmiermittel empfohlen und verwendet werden. Zu diesem Zweck verwendet man z.B. Mineralöle, Fette, Fettsäuren, Seifen, sulfonierte Öle, Wachse, Öl-Wasser-Emulsionen usw. Es war bisher die gewöhnliche Werkstattpraxis, das Werkstück und das Werkzeug mit einem Strahl des Kühlschmiermittels zu überfluten, normalerweise wird das Kühlschmiermittel, besonders bei in grossem Massetab durchgeführten Arbeitsvorgängen, in mehr oder weniger reiner Form zurückgewonnen, mitunter wieder auf die richtige

109830/1756

Zusammensetzung gebracht und dann wieder dem Gebrauch zugeführt. E.Ii.H, Bastian hat diesen Stand der Technik in seinem Buch "Metal Working Lubricants", Verlag McGraw-Hill Book Co., Inc., New York, 1951» zusammengefasst.

Bei Bohrarbeiten im offenen Gelände, wie z.B. beim Bohren eines teilweise montierten Luftrahmens, ist es unpraktisch, sich der herkömmlichen Werkstattmethode des Überflutens von Wex'kseug und Werkstück zu bedienen. Man hat daher bisher, wenigstens beim Bohren von Aluminiumlegierungen, entweder überhaupt kein Kühlschmiermittel angewandt, wodurch die Werkzeuglebensdauer verringert wurde, oder man hat ein Kühlschmiermittel von Zeit zu Zeit durch Aufstreichen oder auf ähnliche Weise aufgetragen. Dabei mussten die bisher üblichen, nicht verdampfungsfähigen Flüssigkeiten durch Abwischen und · häufig mit einem Lösungsmittel entfernt werden, besonders wenn die betreffende Fläche anschliessend mit einer Anstrichfarbe versehen "werden sollte.

Die USA-Patentschrift 3 129 182 beschreibt die spanende Bearbeitung von Metallen in Berührung mit einem verdampfungsfähigen Kühlschmiermittel, nämlich Äthylenglykolmonobutyläther in 1,1,2-Trichlor-1,2,2-trifluoräthan.

Es wurde nun ein Verfahren zum spanenden Bearbeiten von Metallen gefunden, durch das die Werkzeuglebensdauer verlängert wird.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur spanenden Bearbeitung von Metallen in Berührung mit einem Kühlschmiermittel, das aus einem Chlorfluorinethan besteht oder ein solches enthält.

Gemäns der Erfindung werden Metalle in Berührung mit einem verdampfungsfähigen Kühlschmiermittel, das aus i'richloririonofluormethan bestellt oder Trichlormonofluormethan enthält,

- 2 10 9 8 3 0/17 5 6

OE-4976-A S 21Ü07 57

spanend bearbeitet, z.B. gebohrt, gefräst, gedreht usw. Bei dem Verfahren zur spanenden Bearbeitung von Metallen ist die Art der Zuführung des Kühl8chroiermittel3 zwar nicht ausschlaggebend; gewöhnlich bedient man sich jedoch einer von zwei verschiedenen Methoden. Die erste Methode ist die Zuführung des Kühlschraiermittels in Form eines massiven Flüssigkeitsstrahls, und die zweite Methode ist die Zuführung des Kühlochmiermittels in Form von Tröpfchen, die mittels einer Zerstäuberdüse in einem Druckluftstrom verteilt und teilweise verdampft sind. Es wurde gefunden, dass die letztere Me- · thode die Werkzeuglebenodauer um wesentlich mehr verlängert als die Methode des Zuführens des Kühlschmiermittels in Form eines massiven Flüssigkeitsstrahls. Die Werkzeuglebensdauer ' kann auch durch Erhöhung der Zuführungsgeschwindigkeit des Kühlschmiermittels in Form eines massiven Flüssigkeitsstrahls oder mittels der Zerstäuberdüse verlängert werden. Die Menge des zuzuführenden Kühlschmierraittels ergibt sich für den Fachmann ohne weiteres und soll ausreichen, um die Maschine beim Arbeiten zu schmieren und zu kühlen. Das Kühlschmiermittel kann ausser Trichlormonofluormethan noch andere Verbindungen enthalten.

Die verschiedenen Variablen hinsichtlich der Art der Zuführung des Kühlschmiermittels sind nicht völlig unabhängig voneinander. Wenn man z.B. grössere Luftmengen zuführt, kann man mit geringeren Mengen an Kühlschmiermittel die gleiche Werkzeuglebensdauer erzielen.

Es gibt auch praktische Grenzen für die Zuführung des Kühlschmiermittels; bei Verwendung von Zerstäuberdüsen führt z.B. die Zuführung von mehr als etwa 3»6 kg je Stunde zur Ansammlung von Flüssigkeit auf dem Werkstück. Der Wirkungsgrad der Zerstäuberdüse hinsichtlich der Dispergierung der Flüssigkeitströpfchen in der Luft sowie die Menge der gleichzeitig mit der Flüssigkeit aus der Düse ausgestossenen Luft beeinflussen natürlich ebenfalls die Ansammlung von Flüssigkeit

1 09830/1756

auf dem Werkstück.

Bei der Anwendung des erfindungsgeroäs3en Verfahrens kann man das KühlSchmiermittel mit einer Geschwindigkeit von etwa 1,8 kg/Std. durch eine Druckabfalldüse bei einem Luftdruck von etwa 3»3 kg/cm zuführen. Bei dieser Arbeitsweise sollen jedoch vorzugsweise die Flüssigkeitszuführungsgeschwindigkeit und der Luftdruck auf die Beschaffenheit der Schneidbzw. Bohrmaschine und den jeweiligen Arbeitsvorgang abgestimmt werden.

In begrenzten Räumen sollen Yorsichtsmassnahmen ergriffen werden, um die Arbeiter gegen die Ansammlung zu hoher Kon- · zentrationen der Dämpfe des Kühlschmiermittels zu schützen. Die von der American Conference of Governmental Industrial Hygienists aufgestellten Normen lassen einen Schwellenwert von 1000 ppm für die Fluorkohlenstoffverbindung in dem Kühl- · schmiermittel zu. Die Dämpfe des erfindungsgemäss verwendeten Kühlschmiermittels weisen eine geringere Giftigkeit auf und sind nicht entflammbar.

In dem nachstehenden Beispiel beziehen sich die Teile auf Gewichtsmengen.

Wert und Wirkungsgrad des Verfahrens gemäss der Erfindung werden durch Bestimmung der relativen Werkzeuglebensdauer beim spanenden Bearbeiten von Metallen nach diesen Verfahren aufgezeigt.

Die relative Werkzeuglebensdauer beim Bohren wird geschätzt, indem man die Anzahl der Löcher zählt, die unter genormten Bedingungen in Proben aus einer Aluminiumlegierung gebohrt werden können, bevor die Schneidkante des Bohrers, gemessen quer über die Nuten am Umfang hinweg, sich um 0,038 mm abge-. schliffen hat. Dies wird mit Hilfe eines Mikroskops mit Mikrometerokular bei 40-facher Vergrösserung bestimmt.

10.9 830/1756

0R-4976-A ■ ^S 2 Ί 007 57

Die Probestücke aus der Aluminiumlegierung bestehen aus je zwei zusammengeschraubten, 6,35 mm dicken Platten von 10,2 cm χ 15,2 cm aus der Aluminiumlegierung 7O75-T6. Diese Legierung ist in "Chemical· Engineer's Handbook", Verlag McGraw-Hill Book Co., New York, 4.Auflage, auf Seite 23-40 beschrieben und· wird gewöhnlich beim Flugzeugbau verwendet. Der Bohrer geht durch beide Stücke, d.h. durch eine Metalldicke von 12,7 mm, hindurch.

Die zum Bohren der Aluminiumlegierung verwendeten Versuchsbohrer sind Spiralbohrer mit hoher Gewindegangsteigung (hohem! Drallwinkel) mit einem Durchmesser von 6,35 mm, Ne·.· 957, hergestellt von der Cleveland Twist Drill Co., Cleveland, Ohio, V.St.A. Pur jeden Versuch werden Bohrer aus dem gleichen Po- · sten verwendet. Die Bohrer laufen mit einer Geschwindigkeit von 3640 U/Min, um und dringen in das Werkstück mit den in den nachstehenden Beispielen angegebenen stetigen Geschwindigkeiten ein.

Das Kühlschmiermittel wird dem Werkstück durch eine'Düse zugeführt, die in einem Winkel von etwa 30° zum Werkstück auf das Bohrloch zu gerichtet ist.

Die Zerstäuberdüse, die einen Sprühnebel aus in einem Druckluftstrom verteilten Tröpfchen des Kühlschmiermittels aussendet, ist die sogenannte "Spraymist"-Düse, hergestellt von der Bijur Lubricating Corporation, Rochelle Park, New Jersey, V.St.A. Hierbei werden die von dieser Firma mit '

B-101 bezeichnete Düse mit biegsamem Ansatz und die mit B-136 bezeichnete Düsenspitze verwendet. Diese Düse kennzeichnet sich dadurch, dass Druckluft und Kühlschmiermittel dem Düsenkopf durch zwei konzentrische Rohre zugeführt werden, und zwar das Kühlschmiermittel durch das innere Rohr und die Druckluft. durch den Ringraum zwischen beiden Rohren. Die konzentrischen. Rohre münden in einen Sprühkopf von verhältnismässig grossem Raurainhalt ein, aus dem das Gemisch am anderen Ende durch ein.

1 09830/1756

1,27 mm weites Loch austritt. In dem Sprühkopf herrscht ein beträchtlicher Druckabfall und anscheinend eine erhebliche Turbulenz, die eine gute Durchmischung gewährleistet. Diese Düse wird als Druckabfalldüse bezeichnet.

In diesem Beispiel wird die mittlere Leistung von drei Bohrern und die Standardabweichung in drei Parallelversuchen angegeben.

Hinsichtlich der Güte der Bohrmaschine ist bekannt, dass die . Lebensdauer der Bohrer beim Bohren von Aluminium erhöht wird, wenn man abgenutzte Lager und die abgenutzte Bohrerwelle einer alten Bohrmaschine durch neue Teile ersetzt. Die Versuche dieses Beispiels werden mit einer alten Bohrmaschine durchgeführt.

Beispiel

Vergleich zwischen Fluor- und Chlorfluorverbindungen als Kühlschmiermittel beim spanenden Bearbeiten von Metall

Dieses Beispiel erläutert die Leistung verschiedener Pluor- und Ohlorfluorverbindungen, einschliesslich Trichlormonofluormethan, als Kühlschmiermittel beim Bohren einer Alumi- . niumlegierung. Alle angegebenen Verbindungen sind normalerweise flüssig mit Ausnahme des Dichlordifluormethans, welches normalerweise gasförmig ist.

Die Versuohsbedingungen sind die folgenden:

Zuführung durch Druokabfalldüse

Flüssigkeitsströmungsgeachwindigkeit: 1,8 kg/Std.

Luftdruck: 3,3 kg/cm²

Bohrervorsohubgeschwindigkelt: 0,30 mm/Umdrehung

Die Ergebnisse finden sich in der nachstehenden Tabelle:

10 9 830/1756

0R-4976-A	1	2100757
Kühlschmiermittel	Leistung (mittlere Anzahl der bis zum Ver sagen des Boh rers ausgebohr ten Löcher)	Standard abweichung (Löcher ie Bohrer;
Keines	54	9,3
Perfluordimethylcyclobutan	105	• 3,1
1,1,2-Trichlor-1,2,2-tri- fluoräthan	135	1,7
Dichlordifluormethan*	U2	2,6
2,2-Dichlor-3,3,3-trifluor- äthan	145	2,0
1,1,2,2-Tetrachlor-1,2-di- fluoräthan	155	6,0
1,2-Dibromtetrafluoräthan	164	3,3
Trichlormonofluorroethan	165	2,2

* Zugeführt als kalter nasser Sprühnebel.

Dieses Beispiel zeigt den Wert des Verfahrens gemäss der Erfindung für die Verlängerung der Werkzeuglebensdauer und vergleicht ferner die Leistung von Trichlormonofluormethan ■ als Kühlschmiermittel mit den Leistungen anderer als Kühlschmiermittel verwendeter Fluor- und Chlorfluorkohlenwasserstoffe. Man beachte, dass das Trichlormonofluormethan die anderen Chlorfluorkohlenwasserstoffe an Leistung deutlich übertrifft und den Pluorkohlenstoffverbindungen mindestens ebenbürtig oder überlegen ist.

109830/1756

Claims

E.I. du Pont de Nemours 8. Januar 1971

and, Company OR-4976-A

Patentanspruch.

Verfahren zur spanenden Bearbeitung von Metallen in Gegenwart eines Kühlschmierinittels, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlschmiermittel verwendet wird, das aus Trichlormonofluormethan besteht oder Trichlormonofluorxnethan enthält.

109830/1756