DE2238604B2 - Verfahren zum aufbringen von trenn- oder schmiermitteln auf die oberflaechen der werkzeuge und der bei der spanlosen formgebung zu verarbeitenden werkstuecke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen von Trenn- oder Schmiermitteln auf die Oberflächen der Werkzeuge und der bei der spanlosen Formgebung zu verarbeitenden Werkstücke.

ίο Mit spanloser Formung bezeichnet man ^erfahren, wie sie beispielsweise in DlN 8582 bis 8587 zusammengefaßt sind. Druckguß, Spritzguß, Kokillenguß, sonstige Gießvorgänge, Preß- und Schmiedevorgänge, Tiefdreh- und Biegevorgänge, Kaltgießpressen, Sintern, Kaltwalzen, Drahtziehen, Stangenziehen, Rohrziehen, Formstanzen, Hohlprägen, Kaltstauchen, Kaltpressen u. dgL bezeichnet man ebenfalls als spanlose Formung.

Bei derartigen Verfahren ist es allgemein bekannt, daß die mit der Formung befaßten Werkzeuge im weitesten Sinne mit Trenn- oder Schmier- oder Ziehmitteln versehen werden müssen, deren Aufgabe dem Fachmann auf diesem Gebiet allgemein bekannt ist. Üblicherweise handelt es sich bei den hier verwendeten Mitteln um lösungsmittelhaltige Stoffe, die aus Gründen der Rationalisierung aufgesprüht, eingespritzt oder in sonstiger Weise aufgetragen werden müssen. Es ist auch bekannt, in speziellen Anwendungsfällen Fest- und Trockenschmierstoffe dieser Art zu verwenden, die mittels einer entsprechenden Vorbehandlung der Werkstücke oder Werkzeuge mit Binde- und Haftmitteln zum Haften an den entsprechenden Oberflächen gebracht verden.

Da bei den in Frage kommenden spanlosen Formungsverfahren diese Mittel aus Sicherheitsgründen jeglicher Art im Überschuß aufgebracht werden müssen, und aufgrund der für das jeweilige Formungsverfahren typischen Variablen ist den gesamten bekannten Trenn- oder Schmiermitteln und dem damit verbundenen Verfahren des Auftragens der wesentliche Nachteil gemeinsam, daß hiermit eine erhebliche Arbeitsplatzverschmutzung, sowie eine Umweltbelastung großen Ausmaßes verbunden ist, wie der mit diesen Verfahren vertraute Fachmann weiß.

Beim Druckguß beispielsweise ist die wichtigste Schmierstelle die Druckgußform, bei der Formtrennmittel eingesetzt werden, die Trenn- und Schmiereigenschaften haben müssen. Die Trennmittelanteile sind für die Formflächen und die Schmiermittelanteile für die Schieber, Auswerfer und Konizitäten erforderlich. Bei den bekannten Trenn- oder Schmiermitteln kommt es beim Druckgießen zu einer erheblichen Rauch- und Gasbildung, welche die Gefahr von Allergien und sonstigen Gesundheitsschädigungen einschließt Es ist beispielsweise erwiesen, daß bei längerem Einatmen

von den hierbei auftretenden ölnebeln vegetative Störungen und Kopfschmerzen, sowie auch lipoide Pneumonien und häufige Krebserkrankungen der Atemwege eintreten. Um die durch den Gesetzgeber festgelegten Werte der maximalen Arbeitsplatzkonzentrationen (MAK-Werte) einzuhalten, sind daher bei Verwendung der bekannten Trenn- oder Schmiermittel beim Druckgießen, wie auch bei anderen Formungsverfahren, aufwendige Absaug- und Abluftreinigungsanlagen erforderlich. Der Auftrag erfolgt bei dem bekannten Auftragsverfahren mittels Sprühgeräten, wobei damit gerechnet wird, daß ca. 50% des einen erheblichen Kostenanteil darstellenden Trenn- oder Schmiermittels nicht auf die eigentlich dafür vorgesehenen Flächen, d. h.

die Trennfläche bzw. kritischen Stellen, gelangt, sondern die gesamte Form und die umliegenden Bereiche mit erfaßt werden. Um eine gute Verteilung des Formtrennmittels zu erreichen, muß bei dem bekannten Auftragsverfahren auch quantitativ vergleichsweise sehr viel 5 eingesprüht werden, wobei durch Zusammenlaufen bzw. Tropfenbildung von Trenn- oder Schmiermittel auf der Form eine Oberschmierung möglich ist, was zu einer erhöhten Ausschußgefahr führt Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens beim Auftrag von Formtrennmitteln auf wasserlöslicher Basis, was für eine zusätzliche Formkühlung erforderlich sein kann, ist dieser Verlust zn gelösten Trenn- oder Schmiermitteln besonders hoch, und es entsteht ein Gemisch aus Wasserdampf und Trenn- oder Schmienutteldampf, d sr besonders umweltbelastend ist Wie schon erwähnt, ist die Arbeitsplatzverschmutzung hier besonders hoch, was heutzutage wegen des Arbeitskräftemangels, der je bekanntlicherweise vor allen Dingen in den sogenannten rauhen Betrieben, wie Gießereien usw., besonders stark ist, ein bedeutsames Kriterium darstellt.

Auf dem Gebiet des Druckgießens ist fernerhin noch die Kolbenschmierung zu erwähnen, bei der mittels der herkömmlichen Schmiermittel und bei den bekannten Verfahren des Auftragens die Arbeitsplatzverschmutzung besonders hoch ist.

Als weiteres Einsatzgebiet derartiger Trennmittel wird als Beispiel der Kunststoffspritzguß erwähnt, wo der Schwerpunkt bei dem Auftrag der Formtrennmittel liegt. Hierbei ist es bei den bekannten Formtrennmitteln sowie deren Auftrag insbesondere von Nachteil, daß eine Unterkühlung von Formpartien möglich ist, wobei zu beachten ist, daß beim Kunststoff-Spritzguß bei großer Sprengfläche eine ausgesprochen gleichmäßige Formtemperatur von großer Bedeutung ist, um eine Verfärbung oder Verformung der Teile zu vermeiden. Da bei herkömmlichen Trenn- oder Schmiermitteln für diese Zwecke bei deren Auftrag eine vollständig mengenmäßig gleiche Einsprühung der Formflächen nicht erreichbar ist, werden hierbei folglich die verschiedenen Teile oder Abschnitte der Form unterschiedlich abgekühlt, was zu den erwähnten Fehlern und somit einer Produktion von Ausschuß führen kann.

Als weiteres Einsatzgebiet der oben definierten Trenn- oder Schmiermittel wird der Kokillenguß und die übrigen bekannten Gießverfahren erwähnt, bei denen die Kokille bzw. die Gießform mit einer Schlichte oder einem Trennmittel eingesprüht oder bestrichen wird, und bei denen grundsätzlich die gleichen Nachteile auftreten, wie sie beim Druckguß beschrieben wurden.

Bei Preß- oder Schmiedeverfahren, wie auch bei Tiefzieh- oder Biegeverfahren stellt die mit den bekannten Trenn- oder Schmiermitteln und deren Auftrag verbundene Arbeitsplatzverschmutzung und Umweltbelastung wiederum den wesentlichsten Nachteil dar.

Schließlich wird noch als Beispiel der spanlosen Formung das Kaltfließpressen erwähnt, bei dem zur Zeit für die Vorbehandlung der Werkstücke ca. 75-80% der anfallenden Gesamtherstellungskosten verwendet werden müssen. Es wird hier beispielsweise mit M0S2-Pulver gearbeitet, wobei, um eine Haftung des Pulvers zu erreichen, erhebliche Vorbehandlungen der Werkstücke nötig sind. Fernerhin tritt hierbei die Gefahr von Schmierstoff- bzw. Pulvereinschlüssen in der Werkstückoberfläche auf, die einen ausgesprochenen Nachteil bei jeglicher Art von Nachbehandlung der Teile oder Weiterverarbeitung, beispielsweise spanabhebend oder durch Lackierung, darstellt

Verfahren zum Mikroverkapseln von natürlichen oder synthetischen ölartigen Flüssigkeiten bzw. ölen sind bereits bekannt (DTOS 2043 556 bzw. GB-PS 12 34805).

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für den Auftrag derartiger Trenn- oder Schmiermittel zu schaffen, bei dem die oben beschriebenen Nachteile vermieden werden.

Die Erfindung beruht hierbei auf der Erkenntnis, daß sich die in Frage kommenden Trenn- oder Schmiermittel, wie in der Arzneimittelindustrie für bitterstoffhaltige Substanzen oder bei der Herstellung von Durchschreibepapieren für Pigmente bekannt, mikroverkapseln lassen, und daß die Mikroverkapselung entsprechend dem Anwendungsgebiet anpaßbar ist Die Erfindung löst somit die ihr zugrundeliegende Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs definierten Art dadurch, daß das Trenn- oder Schmiermittel in mikroverkapselter Form auf die betreffenden Flächen aufgebracht wird und daß die MikroKapseln auf diesen, das Trenn- oder Schmiermittel freigebend, zerstört werden.

Der Erläuterung halber wird hinzugefügt, daß mit dem Ausdruck »mikroverkapselt« die in der Arzneimittelindustrie bzw. bei der Herstellung von Durchschreibepapieren bekannte Technik bezeichnet wird, Substanzen mit einer dünnen Wandung eines polymeren Materials kugelförmig derart zu umhüllen, daß sie als rieselfähiges Pulver weiterverarbeitet werden können.

Durch die Erfindung wird insbesondere der Vorteil erreicht, daß die gesamten oben beschriebenen Nachteile bekannter Verfahren zum Aufbringen derartiger Trenn- oder Schmiermittel entweder vollständig vermieden oder zumindest auf ein vertretbares Maß vermindert werden können. Ferner werden durch das erfindungsgemäße Verfahren neue Anwendungsgebiete erschlossen, und es ist insbesondere die Umweltbelastung herabgesetzt, was weiter unten noch genauer ausgeführt wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einiger beispielhaft angeführter Verfahren der spanlosen Formung nebst den dabei speziell erzielbaren Vorteilen näher erläutert.

Zunächst wird auf das Gebiet des Druckgießen Bezug genommen. Die Standzeit der Druckgießformen hängt entscheidend von der Verwendung geeigneter Trenn- oder Schmiermittel ab. Da die Druckgießform nach der Vorheizung mit Gasflamme bereits eine gewisse Betriebstemperatur aufweist, reicht es hierbei durch Wahl des geeigneten Schmelzpunktes der Mikrokapseln aus, diese in Form eines trockenen Pulvers auf die warme Formfläche aufzusprühen, wo dann die Mikrokapseln anschmelzen bzw. zerschmelzen und das Trenn- oder Schmiermittel freigeben. In der Praxis kann beobachtet werden, daß beim erfindungsgemäßen Auftrag von Trenn- und Schmiermitteln ein Teil der Mikrokapseln zerschmilzt und das Trenn- oder Schmiermittel freigibt, während ein Teil der Mikrokapseln lediglich anschmilzt und erst beim eigentlichen Druckgießformvorgang zerstört wird, was zusätzliche Vorteile bietet. Das Aufbringen der mikroverkapselten Trenn- oder Schmiermittel nach vorliegender Erfindung kann in selbsttätiger und gesteuerter Weise unter geringer Abwandlung mittels der hierzu bekannten Vorrichtung geschehen, wie sie beispielsweise in den deutschen Patenten 1143 970, 12 27 201 und 12 96 743 beschrieben sind. Somit ergibt sich aus dem Auftrag der

mikroverkapselten Trenn- oder Schmiermittel in voll- oder halbautomatisierter Arbeitsweise kein Nachteil gegenüber bekannten Trenn- oder Schmiermitteln.

Von besonderem Vorteil ist jedoch, daß die sonst übliche Rauch- und Gasbildung mit den damit verbundenen gesundheitsschädlichen Wirkungen und der Umweltbelastung enthält bzw. sehr gering wird, und somit wesentlich weniger aufwendige Absaug- und AbluftTfinigungsanlagen erforderlich sind, um die gesetzlich vorgeschriebenen MAK-Werte einzuhalten, Gegenüber dem Bekannten ist der Auftrag des Trennoder Schmiermittels beim erfindungsgemäßen Verfahren wesentlich gezielter und auf kritischen Stellen möglich, und nicht notwendige Flächen bleiben trocken, da, wie dies dem Fachmann auf dem eng begrenzten Spezialgebiet der Mikroverkapselung allgemein bekannt ist, der Schmelzpunkt der Mikrokapseln in sehr genauen Grenzen wählbar ist, und diese lediglich an den beanspruchten Flächen zum Anschmelzen gebracht werden können. Da eine ausgesprochen genaue und gezielte Verteilung der Trenn- oder Schmiermittel möglich ist, kann auch quantitativ erheblich weniger eingesetzt werden, was auf diesem Gebiet der Technik eine erhebliche Kostenersparnis darstel't. Ein Überschmieren ist mit mikroverkapselten Trenn- oder Schmiermitteln praktisch nicht möglich, da die überschüssigen Mikrokapseln als Pulver einfach zu Boden fallen, und sich somit keine Tropfen von Schmiermittel auf der Form mit der damit verbundenen erhöhten AusschuBgefahr bilden können. Von besonderem Vorteil ist es fernerhin, daß nach der Erfindung die Kühlung der Form lediglich mit Wasser erfolgen kann, wobei dann nur Dampf entsteht, der keinerlei Umweltverschmutzung mit sich bringt, worauf sich dann ein erneuter Auftrag der Mikrokapseln anschließt. Die Arbeitsplatzverschmutzung ist bei dem Verfahren nach der Erfindung annähernd Null, da sich der Überschluß lediglich als Pulver unterhalb der Maschine ansammelt und zusammengefegt werden kann, und sich somit keine Pfützen und Lachen aus Schmier- oder Trennmittel bilden, wie das zu dem üblichen Erscheinigungsbild von Druckgußanlagen gehört.

Auf dem Gebiet des Druckgießformens wäre dann noch die Kolbenschmierung zu erwähnen, bei der es bei der herkömmlichen Schmierung zu einer ausgesprochen großen Verschmutzung der Maschine und des Arbeitsplatzes kommt. Bei der Verwendung von mikroverkapselten Schmiermitteln kann die Verschmutzung in erheblichem Maße reduziert werden, was zur Gesamtwirtschaftlichkeit und Sauberkeit chs Verfahrens beiträgt.

Auf dem Gebiet des Kunststoff-Spritzgusses, bei dem es, wie schon erwähnt, zu keiner Unterkühlung von einzelnen Formpartien kommen darf, ist die erfindungsgemäße Verwendung der Formtrennmittel in mikroverkapselter Form von besonderem Vorteil, da hier jedem noch so kleinen Oberflächenbereich der Form durch Auftrag des Trennmittels eine nahezu konstante Wärmemenge entzogen wird, die durch das Schmelzen und den Rauminhalt der einzelnen Mikrokapsel bestimmt ist. Dies ermöglicht eine bisher nicht gekannte gleichmäßige Kühlung bzw. Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Temperatur der Formenoberfläche beim Auftrag des Formtrennmittels. Die saubere Arbeitsweise bei Schmierung mit mikroverkapselten Trenn- oder Schmiermitteln nach der vorliegenden Erfindung ist auf diesem Einsatzgebiet gleichfalls von Bedeutung.

Ferner sind die mikroverkapselten Trennmittel mit

großem Erfolg bei jeglicher Art von Gießverfahren anwendbar, wobei sie anstelle einer Schlichte verwendet werden und zum Anschmelzen bzw. Zerschmelzen an der Kokillenwandung oder Gießformwandung gebracht werden. Die erzielbaren Vorteile sind ähnlich wie auf dem Gebiet des Druckgießformens.

Bei Preß- oder Schmiedevorgängen ist vor allen Dingen wiederum die Arbeitspiatzverschmutzung der Faktor, der durch die Verwendung von mikroverkapsel-

ten Trenn- oder Schmiermitteln erheblich verringert wird, da die Mikrokapseln nur an denjenigen Stellen das darin enthaltene Trenn- oder Schmiermittel freigeben, wo eine Temperatur- bzw. Druckeinwirkung erfolgt Dies bedeutet mit anderen Worten, daß bei Über-

,< schmierung lediglich ein gewisser Staub- oder Pulveranfall neben der Form bzw. der Maschine entsteht.

Bei Tiefzieh- oder Biegevorgängen wird durch den Trockenauftrag von mikroverkapselten Trenn- oder Schmiermitteln gegenüber dem bekannten Naßauftrag

_M wiederum die Verschmutzung erheblich vermindert, da der Auftrag gezielt erfolgen kann, und zum anderen das Mittel seine Wirkung bzw. seinen eigentlichen Inhalt nur dort freigibt, und dieser flüssig wird, wo der Hauptbiegedruck entsteht.

Ein sehr interessantes Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung ist das Kaltfließpressen mit den oben beschriebenen Nachteilen bei Anwendung herkömmlicher Schmierverfahren, da hierbei die Mikrokapseln derart ausgebildet werden können, daß mit steigendem

Fließpreßdruck und mit den dabei auftretenden Temperaturen immer neue Schmieranteile aus dem mikroverkapselten Schmiermittel freigegeben werden. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß das Schmiermittel in einer Mischung von Mikrokapseln eingeschlossen ist, die verschiedene Schmelzpunkte und/oder eine verschiedene Druckfestigkeit aufweisen.

Durch die Erfindung wird noch das Gebiet der Sinderverfahren und der Pulvermetallurgie zusätzlich für Schmierstoffe in mikroverkapselter Form erschlösse sen. Bei der Pulvermetallurgie werden Metallpulver unter hohem Druck in einer bestimmten Form auf Fertigmaß gepreßt. Auch hierbei ist eine Schmierung der Form nötig, um das Teil wiederum aus der Form zu lösen. Die Trenn- oder Schmiermittel in mikroverkap seiter Form lassen sich hierbei einfach dem als Ausgangsprodukt verwendeten Metallpulver zusetzen, wobei die Wirkung durch den bei der Formung auftretenden hohen Druck freigegeben wird. Beim Sintern und bei der Pulvermetallurgie ist es weiterhin

jo noch möglich, daß die mikroverkapselten Schmierstoffe derart angewendet werden, daß sie einerseits bei der Formung als Schmiermittel wirken und andererseits, was insbesondere für Lagerwerkstoffe von Bedeutung ist, die Schmiereigenschaft über einen längeren Zeitraum beibehalten oder zusätzliche Schmiermittelmengen freisetzen, so daß hierdurch neue Werkstoffe für wartungsfreie Lager möglich sind.

Vorteilhaft ist es noch, daß, sollten auf gewissen Anwendungsgebieten pigmentierte Sprühmittel ver-

(o wendet werden, eine Entmischung nicht auftreten kann bzw. keine Wirkung zeigt, da sie lediglich im Inneren der Mikrokapseln erfolgt.

Das die Kapselung bildende Material kann jeweils den gestellten Anforderungen entsprechend gewählt werden. Um die erfindungsgemäß verwendeten Trenh- oder Schmiermittel lagerfähig zu machen, sollte dieses Material jedoch nicht hygroskopisch und gegen die verkapselten Trenn- oder Schmiermittel beständig sein.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind viele Abwandlungen möglich, ohne daß vom Grundgedanken der Erfindung abgewichen wird. So kann es beispielsweise vorteilhaft sein, als Trenn- oder Schmiermittel Gemische von Mikrokapseln verschiedenen Inhaltes zu verwenden, die sich erst im Belastungsfalle, sei es durch Temperatur oder durch Druck, miteinander vermischen und besondere Eigenschaften zeigen. Ferner ist es in derartigen Gemischen möglich, zusätzlich Mikrokapseln beizufügen, die lediglich ein Kühlmittel enthalten und die beispielsweise einen höheren Schmelzpunkt aufweisen als die übrigen Mikrokapseln, so daß die besondere Wirkung darin besteht, daß nur besonder: beanspruchte Stellen der ausgewählten Oberflächen, die durch eine hohe Temperatur gekennzeichnet sind zusätzlich gekühlt werden. Die Einsatzmöglichkeiter und Abwandlungsmöglichkeiten sind, wie dieses Bei spiel zeigt, praktisch unbegrenzt.

Claims (11)

1. <f

   Patentansprüche:

   L Verfahren zum Aufbringen von Trenn- oder -.-Schmiermitteln auf die Oberflächen der Werkzeuge und der bei der spanlosen Formgebung zu verarbeitenden Werkstücke, dadurchgekennzeichnet, daß das Trenn- oder Schmiermittel auf die betreffenden Flächen in mikroverkapselter Form aufgebracht wird, und daß die Mikrokapseln auf diesen, das Trenn- oder Schmiermittel freigebend zerstört werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trenn- oder Schmiermittel auf die Werkzeug- bzw. Werkstückoberflächen in mikroverkapselter Form aufgebracht wird, wobei die Mikrokapseln durch die Temperatur des Werkzeuges und/oder des Werkstückes anschmelzen.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Trenn- oder Schmiermittel auf die Werkzeug- bzw. Werkstückoberflächen in mikroverkapselter Form aufgebracht werden und die Mikrokapseln durch einen Lack oder Binder zum Haften an den betreffenden Flachen gebracht werden.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrokapseln auf die Oberflächen aufgesprüht oder aufgeblasen werden.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Mikrokapseln auf die Werkzeug- und/oder Werkstückoberflächen aufbringt, wobei die Mikrokapseln durch Schmelzen zerstört werden.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Mikrokapseln verschiedener Schmelzpunkte auf die beabsichtigten Flächen aufgebracht werden und zu verschiedenen Zeitpunkten und/oder an verschiedenen Stellen durch Schmelzen zerstört werden.
7. 7. Verfahrer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Oberflächen aufgebrachten Mikrokapseln durch Druck zerstört werden.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrokapseln verschiedener Druckfestigkeit auf die Werkzeug- und/oder Werksfückoberflächen aufgebracht und zu verschiedenen Zeitpunkten zerstört werden.
9. 9. Verfahren zum Aufbringen von Trenn- oder Schmiermitteln auf die Oberflächen der Werkzeuge und der bei der spanlosen, pulvermetallurgischen Formgebung zu verarbeitenden Werkstücke, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trenn- oder Schmiermittel dem Ausgangspulver in mikroverkapselter Form beigemischt wird und daß die Mikrokapseln während des Formens, das Trennoder Schmiermittel freigebend, zumindest teilweise zerstört werden.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgangspulver Mikrokapseln beigemischt werden, welche ein Schmiermittel zum Entformen enthalten.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgangspulver Mikrokapseln beigemischt werden, welche während des Formvorganges nicht zerstört werden und ein Schmiermitteldepot für den späteren Verbrauch, insbesondere bei Lagerteilen bilden.