DE2100785A1

DE2100785A1 - Kühlschmiermittel für die spanende Bearbeitung von Metallen

Info

Publication number: DE2100785A1
Application number: DE19712100785
Authority: DE
Inventors: Murray Borton Newark Del Parker (V St A ) P C08h 13 00
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: 1971-09-30
Also published as: GB1272548A; FR2076019A7; US3634247A

Description

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

Kühlschmiermittel für die spanende Bearbeitung von Metallen

Die Erfindung betrifft ein Kühlschmiermittel, das aus Trichlormonofluormethan oder 1,1,2-Trichlor-1,2,2-trifluoräthan und Nitromethan oder Nitroäthan besteht.

Die spanende Bearbeitung von Metallen wurde bereits in Gegenwart verschiedener Flüssigkeiten durchgeführt, die als Kühlschmiermittel empfohlen und verwendet wurden. Hierzu gehören Mineralöle, Fette, Fettsäuren, Seifen, sulfonierte Öle, Wachse, Öl-Wasser-Emulsionen usw. In neuerer Zeit sind auch Fluorkohlenatoffverbindungen als Kühlschmiermittel verwendet worden; vgl. USA-Patentschrift 3 129 182.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kühlschmiermittel für die spanende Bearbeitung von Metallen, das aus einem Chlorfluoralkan und einem Nitroalkan besteht. Das Chlorfluoralkan ist entweder 1,1,2-Trichlor~1,2,2-trifluoräthan oder Trichlormono-· fluormethan, und das Nitroalkan, das in dem Kühlschmiermittel ' in Mengen von etwa 6 bis 15 Gewichtsprozent enthalten ist, hat

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entweder 1 oder 2 Kohlenstoffatcnie im Molekül.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der in Form eines Diagramms die Abhängigkeit der lebensdauer des Bohrers beim Bohren einer Aluminiumlegierung von der Konzentration des Nitroalkane in dem Kühlschmiermittel dargestellt ist. Die Kurve zeigt die Leistung bei einer Flüssigkeitszuführungsgeschwindigkeit von 0,9 kg/ Std. und einer Luftströraungsgeschwindigkeit von 57,5 l/Min.

Gegenstand der Erfindung ist ein verdampfungsfähigea Kühlschmiermittel, das bei der spanenden Bearbeitung von Metallen* z.B. beim Bohren, Fräsen, Drehen usw., verwendet werden kann .

h und aus einem Gemisch aus einem Chlorfluoralkan und etwa 6 bis 15 Gewichtsprozent eines Nitroalkane mit 1 oder 2 Kohlenstoffatomen im Molekül besteht. Bei der spanenden Bearbeitung von Metallen ist die Art der Anwendung des Kühlschmiermittels zwar nicht kritisch, normalerweise bedient man sich jedoch » einer von zwei verschiedenen Methoden. Die erste Methode ist die Zuführung des Kühlschmiermittels in Form eines massiven Flüssigkeitsstrahls und die zweite Methode ist die Zuführung des Kühlschmiermi^tels in Form von Tröpfchen, die mittels einer Serstäubungsdüse in sinem Druckluftstrom verteilt und teilweise verdampft sind. Es wurde gefunden, dass die letztgenannte Methode die Werkzeviglebensdauer um wesentlich mehr verlängert als die Zuführung in Fora eines massiven Fltissigkeits-

P strahle.

Die Ghlorfluoralkane, die in den Kühlschmierraitteln gemäss der Erfindung verwendet werden können, sind 1,1,2-Trichlor-i,2,2-trifluoräthan und Trichlormonofluormethan. Die Nitroalkane sind Nitromethan und Nitroäthan. Wie die Beispiele 1 .und 2 zeigen, führt die Zunahme des Anteils an dem Nitroalkan in dem Kühlschmiermittel im Bereich von etwa 6 bis 15 Gewichtsprozent zur Erhöhung der Werkzeuglebensdauer. Die Werkzeuglebensdauer kann auch durch Erhöhung der Zuführungsgeschwindigkeit des

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Kühlschmiermittels in Form eines massiven Strahls oder in zerstäubter Form verlängert werden.

Die verschiedenen Variablen in der Art der Zuführung des Kühlschmiermittels sind nicht völlig unabhängig voneinander. Wenn man z.B. ein grösseres Luftvolumen zuführt, kann man mit geringeren Mengen an Kühlschmiermittel von konstantem Nitromethangehalt die gleiche Werkzeuglebensdauer erzielen.

Es gibt auch praktische Grenzen; zum Beispiel sammelt sich beim Auftragen des Kühlschmiermittels aus Zerstäuberdüsen in Mengen von mehr als etwa 3,6 kg/Std. Flüssigkeit auf dem Werkstück an. Enthält das Kühlschmiermittel mehr als etwa 15 # Nitromethan,· so sammeln sich Nitromethanrückstände auf dem Werkstück an. Der Wirkungsgrad der Zerstäuberdüse hinsichtlich der Verteilung -der Kühlschmiermitteltröpfchen in der Luft sowie die Menge der gleichzeitig aus der Düse ausgestossenen Luft beeinflussen natürlich ebenfalls die Ansammlung von Flüssigkeit auf dem Werkstück. Nitroalkane von höherem Molekulargewicht als Nitromethan sind zwar verwendbar, führen jedoch noch leichter zur Ansammlung von Flüssigkeit auf dem Werkstück, weil sie eine geringere Flüchtigkeit haben.

Bei Anwendung der Kühlschmiermittel gemäss der Erfindung ist die bevorzugte Zusammensetzung etwa 8 Gewichtsprozent Nitromethan in Lösung in ,Irichlormonofluormethan. Vorzugsweise führt man diese Lösung mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,9 bis 2,7 kg/Std. durch eine Zerstäuberdüse gleichzeitig mit etwa 28 bis 57 1 Luft je Minute zu. Es wird ferner bevorzugt, die Zuführungsgeschwindigkeiten dieser beiden Bestandteile innerhalb der angegebenen Grenzen auf die Beschaffenheit der Schneid- bzw· Bohrmaschine und den jeweiligen Arbeitsvorgang abzustimmen.

In.begrenzten Räumen sollen Vorsichtsmassnahmen getroffen werden, um die Arbeiter gegen die Ansammlung übermässig hoher

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Konzentrationen an den Dämpfen des Kühlschmiermittels zu schützen. Die von der American Conference of Governmental Industrial Hygienists aufgestellten Normen lassen einen Schwellenwert τοη 1000 ppm für die Fluorkohlenstoffverbindung des Kühlschmiermittels und einen Schwellenwert von 100 ppm für das Nitroäthan oder Nitromethan zu. Die Dämpfe der Kühlschmiermittel im Bereich der Erfindung weisen eine geringere Giftigkeit auf und sind nicht brennbar. Wenn eine beträchtliche Verdampfung (von mehr als 50 Volumprozent) stattfindet, reichert sich das Kühlschmiermittel an Nitroalkan an, bis es sohliesslich entflammbar wird.

In den nachfolgenden Beispielen beziehen sich die Teile auf ^ Gewichtsmengen.

Beispiele

Wert und Wirkungsgrad der Kühlschmiermittel gemäss der Erfindung werden durch Bestimmung der relativen Werkzeuglebehsdauer beim spanenden Bearbeiten von Metallen in Berührung mit diesen Kühlsohmiermitteln aufgezeigt.

Die relative Werkzeuglebensdauer beim Bohren wird geschätzt, indem man die Anzahl der Löcher zählt, die unter genormten Bedingungen in Proben aus einer Aluminiumlegierung und aus rostfreiem Stahl Nr. 516 gebohrt werden können, bevor die Schneidkante des Bohrers, gemessen quer über die Nuten am Um-P ' fang hinweg, sich um 0,038 mm abgeschliffen hat. Dies wird mit Hilfe eines Mikroskops mit Mikrometerokular bei 40-facher Vergrösserung bestimmt.

Die Probestücke aus der Aluminiumlegierung bestehen aus je zwei zusammengeschraubten, 6,35 rom dicken Flatten 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

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wird gewöhnlich beim Flugzeugbau verwendet. Der Bohrer geht durch beide Stücke, d.h. durch eine Metalldicke von 12,7 mm, hindurch.

Die Probestücke aus rostfreiem Stahl Nr. 316 bestehen aus je vier zusammengeschraubten, 3,2 mm dicken Platten von 10,2 cm χ 15,2 cm.

Die zum Bohren der Aluminiumlegierung verwendeten Versuchsbohrer sind Spiralbohrer mit hoher Gewindegangsteigung (hohem Drallwinkel) mit einem Durchmesser von 6,35 mm, Nr. 957» her>gestellt von der Cleveland Twist Drill Co., Cleveland, Ohio, V.St.Α, Für jeden Versuch werden Bohrer aus dem gleichen Posten 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.

Zum Bohren des rostfreien Stahls werden 6,35 mm dicke Kobalt-135°-Spitzbohrer (split point drills) Nr. 817, hergestellt von der Cleveland Twist Drill Co., verwendet.

Das Kühlschmiermittel wird dem Werkstück durch Düsen zugeführt, die in einem Winkel von etwa 30° zum Werkstück auf das Bohrloch zu gerichtet sind. Die Düsen stossen einen Sprühnebel aus in einem Druckluftstrom verteilten Kühlschmiermitteltröpfchen aus.

Die in Beispiel 1 verwendete Venturidüse wird von der Mamco Mfg. Co., Seattle, Washington, V.St.A., hergestellt. Diese Düse kennzeichnet sich dadurch, dass das Kühlschmiermittel vom Umfang eines mittig gelegenen Luftkanals angesaugt wird. Das Kühlschmiermittel wird dem Umfang an einer e~twas vor der inneren Venturidüse gelegenen Stelle durch einen Sinterring aus rostfreiem Stahl zugeführt, dessen innerer Teil gegen den Luftkanal hin offen ist. Das Kühlschmiermittel wird dem aus-' seren Umfang des Sinterringes zugeführt* Die mit den angesaug-

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ten Kühlsohmiermitteltröpfchen beladene Luft strömt dann durch ein 2,5 cm langes Rohr von 6,4 mm lichter Weite, durch das das Gemisoh aus der Düse austritt· Diese Düse wird als Venturidüse bezeichnet.

In Beispiel 2 wird eine zweite Art von Zerstäuberdüse, nämlioh die sogenannte ^!tSpraymist"-Düse, hergestellt von der Biour Lubricating Corporation, Rochelle Park, New Jersey, V.St.Α., verwendet. 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 Rauminhalt ein, aus dem das Gemisch am anderen Ende durch ein 1,27 mm weites Loch austritt. In dem Sprühkopf herrscht beträchtliche !Turbulenz, wodurch eine gute Vermischung gewährleistet wird* Diese Düse wird als Druokabfalldüse bezeichnet.

Bei den Versuchen mit Zerstäuberdüsen wird die Druckluft den Düsen bei den in den Beispielen angegebenen Drücken zugeführt.' Wenn in den Beispielen die Luftströmungsgeschwindigkeit angegeben ist, so wurde diese mittels einer mit Masseinteilung versehenen Schwebekörpervorrichtung gemessen. Plüssigkeits-Strömungsgeschwindigkeiten werden aus dem Gewichtsverlust des Vorratsbehälters und ausserdem mittels einer mit Masseinteilung versehenen Schwiromkörpervorrichtung bestimmt.

Wo in den Beispielen die Standardabweichung angegeben ist, ist die mittlere Leistung von drei Bohrern und die Standardabweichung in drei Parallelversuchen angegeben.

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Beispiel 1

Dieses Beispiel erläutert den Wert der Flüssigkeiten gemäss der Erfindung als Kühlschmiermittel beim Bohren von rostfreiem Stahl Nr. 316.

Die Versuchsbedingungen sind die folgenden:

Zuführung durch:

Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit:

Luftströmungsgeschwindigkeit:

Flüssigkeitsdruck: Luftdruck:
Bohrergeschwindigkeit:

Bohrervorschubgeschwindigkeit:

Venturidüse 1,8 kg/Std.

68,0 l/Min. 2,81 kg/cm² 5,62 kg/cm² 175 U/Min.

0,076 mm/Sek,

Die Ergebnisse sind die folgenden:

Kühlschmiermittel	Leistung (Löcher je Bohrer)	Standard abweichung
1,1,2-Trichlor-1,2,2-tri- fluoräthan mit
6,0 Gew.-^ Nitromethan	13,0	0,0
10,0 Gew.-9» Nitromethan	15,7	0,5
15,0 Gewi-?£.Nitromethan	17,3	0,5

Trichlormonofluormethan mit 6,0 Gew.-?£ Nitromethan

51,5

0,5

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Einfluss der Nitromethankonzentration in Trichlormonofluor— methan und Einfluss anderer Variabler beim Bohren von Aluminium mit der Bohrmaschine

Dieses Beispiel erläutert die Verwertbarkeit der Flüssigkeiten gemäss der Erfindung als Kühlschmiermittel in einer Bohrmaschine von hohem Gütegrad und zeigt die Tatsache, dass die sich in einer verlängerten Lebensdauer des Bohrers widerspiegelnde Leistung von der Nitromethankonzentration abhängt.

Die Versuchsbedingungen sind die folgenden:

Zuführung durch» Druokabfalldüse

Bohrervorschubgeschwindigkeit 0,15 ann/Uindrehung.

Bei diesem Versuch, dessen Ergebnisse durch die Kurve der Abbildung dargestellt werden, wird die Flüssigkeit mit einer Geschwindigkeit von 0,9 kg/Std. und die Luft mit einer Geschwindigkeit von 57,5 l/Min, zugeführt. Aus der Kurve ist ersichtlich, dass eine Erhöhung der Nitroalkankonzentration zwischen 6 und 15 Gewichteprozent zu einer entsprechenden Verlängerung der Lebensdauer des Bohrers führt.

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Claims

E.I. du Pont de Nemours 8. Januar I97I and Company OR-4976 Patentansprüche

1. Kühlschmiermittel für die spanende Bearbeitung von Metallen, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem Gemisch aus Trichlormonofluormethan oder 1,1,2-Triohlor-1,2,2-trifluoräthan und etwa 6 bis 15 Gewichtsprozent eines Nitroalkane mit 1 oder 2 Kohlenstoffatomen je Molekül "besteht.

2. Kühlschmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem Gemisch aus 1,1,2-Trichlor-i,2,2-trifluoräthan und Nitromethan besteht.

3. Kühlschmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem Gemisch aus Triohlormonofluormetham und Nitromethan besteht.

4-· Kühlschmiermittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es etwa 8 Gewichtsprozent Nitromethan enthält.

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L e e r s e i t e