DE2254378A1 - Verfahren zur vorbehandlung von massenteilen fuer die spanlose kaltumformung - Google Patents
Verfahren zur vorbehandlung von massenteilen fuer die spanlose kaltumformungInfo
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Description
Frankfurt/M., den 3.11.72
Aktiengesellschaft DrRh/MSchu
7099
Verfahren zur Vorbehandlung von Massenteilen für die
spanlose Kaltumformung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbehandlung von einfach geformten Massenteilen aus Eisen
wan Stahl für die spanlose Kaltumformurig, wobei wäßrige
Suspensionen verwendet werden, die Phosphorsäure, suspendierte
Substanzen mit Schichtgitterstruktur, z.B. Molybdändisulfid^-Graphit,
sowie Tensid und gegebenenfalls weitere Zusätze enthalten. Diese Mittel werden unter bestimmten
Anwendungsbedingungen und Bemessungsvorschriften auf die Massenteile aufgebracht.
Es ist bekannt, ölfreie wäßrige Dispersionen von festen
Schmierstoffen mit Schichtgitterstruktur, z,B. MoSo, WSp,
Graphit,, unter Zusatz anorganischer Verdickungsmittel und ggf. "weiteren Zusätzen an Phosphorsäure,; Metallphosphaten,
Depolarisataren, z.B. Mtrat, Nitrit, Chlorat usw.^ als
Schmiermittel für die spanlose Kaltumformung; zu verwenden,
(DAS 1 103 497). Der Auftrag erfolgt dabei beispielsweise
durch Aufpinseln ,Auf sp ritzen oder Tauchen mit anschließender
Trocknung des Films. Für die Anwendung auf
Massenkleinteile ist die angegebene Verfahrensweise zu umständlich und zeitraubend.
Wäßrige Dispersionen, die Phosphor saure,, Molybdändisulf id,
organische Verdickungsmittel und z.B. zusätzlich Salpetersäure enthalten, sind in der britischen Patentschrift
409821/0966 " 2 "
767 572 beschrieben. Der Auftrag des Mittels auf die Oberfläche der zu verformenden V/erkstücke erfolgt durch
Bürsten, wobei durch zusätzliche Anwendung von Hitze eine Beschleunigung der Reaktion und eine Trocknung des Überzugs
bewirkt wird. Auch die Anwendung dieses Verfahrens ist umständlich und zeitraubend.
Ein neuerer Verfahrensgang zur Vorbereitung von eisernen Kleinteilen für die spanlose Kaltumformung ist in der
Zeitschrift "mrv.metallpraxis Oberflächentechnik" (5 (1972) S.A33 - A35) beschrieben. Hierbei werden die
Werkstücke in sich drehenden Trommeln behandelt, wobei der Kontakt mit den Lösungen in der Weise erfolgt» daß
die rotierenden Trommeln in die verschiedenen Bäder eingetaucht v/erden. Im einzelnen umfaßt der Arbeitsgang folgende
Stufen: Reinigen / Wasserspülen / Phosphatieren, beispielsweise mit einer Zinkphosphatlösung / Spülen
mit Wasser bei etwa 8OC/ Behandeln in einer stabilen
wäßrigen Suspension bei 80 - 85 0C, die Molybdändisulfid,
Binder und Filmbildner enthält / Drehen der Trommel an der Luft zur Trocknung der Teile, wobei ggf. Heißluft zusätzlich
angewendet werden kann. Dieses hier beschriebene Verfahren liefert hervorragende Verformungsergebnisse,
besitzt jedoch den Nachteil, durch die aufeinanderfolgende Anwendung verschiedener Stufen umständlich und zeitraubend
zu sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren bringt gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, daß in einer sehr einfachen Anwendung
in nur einer Stufe Massenkleinteile aus Eisen und Stahl gleichzeitig phosphatiert und mit einem schmierenden Überzug versehen werden, wobei eine Kontrolle der
Schichtdicke innerhalb enger Toleranzen und ihre Anpassung an die Erfordernisse der jeweils vorliegenden Kaltumfor-
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mungsart möglich ist. Ferner ist es vorteilhaft, daß bei
dem Verfahren kein Abwasser anfällt· Es ist somit in die Reihe der umweltfreundlichen Prozesse einzustufen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Vorbehandlung von einfachgeformten
Massenteilen aus Eisen und Stahl für die spanlose Kaltumformung verwendet an sich bekannte wäßrige
Suspensionen, die Phosphorsäure, suspendierte Substanzen mit Schichtgitterstruktur, Tensid und ggf. Verdickungsmittel
sowie schwer lösliche Phosphate bildende. Kationen enthalten. Es ist dadurch gekennzeichnet, daß
die zunderfreien Werkstücke mit einer Eigentemperatur zwischen 50 und 150 0C, vorzugsweise 70 bis 100 0C in
einem sich bewegenden, beispielsweise rotierenden oder vibrierenden,Behälter eine Relativbewegung gegeneinander
ausführen und dabei mit so viel wäßriger Suspension in Berührung gebracht v/erden, daß pro Quadratmeter Werkstückoberfläche
5-5Og Aktivgehalt der Suspension entfallen. Unter Aktivgehalt wird hierbei der nicht verdampfbare Anteil
der Suspension verstanden. Die Bewegung in dem Behälter wird so lange fortgesetzt, bis die überwiegende Wassermenge
verdampft ist*
Die im Rahmen der Erfindung verwendeten wäßrigen Suspensionen enthalten vorzugsweise so viel Phosphorsäure, daß
das Gewichtsverhältnis H3PO^ : H2O=(O,01 - 0,25) zu 1 beträgt.
In die Gruppe der Schichtstruktur-Pigmente gehören u.a. Molybdändisulfid, Wolframdisulfid, Bornitrid und
Graphit.· Der Gewichtsanteil des Schichtstruktur-Pigments im Aktivgehalt der Suspension liegt· vorzugsweise zwischen
30 und 99%· Die benutzten Tenside müssen säurestaTail sein
und dienen zur Benetzung der Metall- und/oder der Pigmentoberfläche. Sie können aus der Gruppe der nichtionogenen,
anionaktiven, kationaktiven und auch amphoteren oberflächenaktiven Substanzen ausgewählt werden. Als sehr
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vorteilhaft haben sich kationaktive Produkte, z.B. ölsäureimidazolin-Derivate
gezeigt.
Die ggf. mitverwendeten Verdickungsmittel können aus der
Gruppe der bekannten anorganischen und organischen Verdickungsmittel ausgewählt werden. Typische Vertreter sind
Bentonite, feinverteilte Kieselsäure, Zellulosederivate, Polysaccharide, Polyacrylamide u.dgl. Als schwer lösliche
Phosphate bildende Kationen kommen z.B. Zink, Calcium, Mangan, Eisen, Magnesium und andere in Betracht. Zur
besseren Fixierung des Schichtstruktur-Pigments auf der
Metalloberfläche ist auch die Mitverwendung von filmbildenden Produkten, beispielsweise säurestabilen Kunstharzdispersionen
sowie wasserlöslichen hochmolekularen organischen Verbindungen, möglich. Einer zu starken Schaumentwicklung
während des Bewegungsvorganges kann durch Einsatz geeigneter Antischaummittel, z.B. aus der Gruppe
der Siliconöle, entgegengewirkt werden. Die Suspensionen können zusätzlich Mittel enthalten, die den Angriff der
wäßrigen Phosphorsäure auf die Stahloberfläche erhöhen. Hierzu zählen insbesondere Oxidationsmittel, wie Nitrate,
Nitrite, Wasserstoffsuperoxid u. dgl. In gleicher V/eise wirken geringe Mengen edlere Metalle, z.B. Kupfer, Nickel
und Cobalt.
Für Suspensionen, die im Zusammenhang mit der Erfindung angewendet
werden können, ist die Einhaltung nachstehender Rahmenrezeptur vorteilhaft:
5-50% MoS2, vorzugsweise 20 - 40%
0,5-14% H3PO^, vorzugsweise 4-8%
0,05-2% Verdickungsmittel, vorzugsweise 0,1-1% 0,05-1% Tensid, vorzugsweise 0,1-0,6%
Rest Wasser
- 5 -A 0982 1 /0966
Die für die Erfindung benutzten Werkstücke einfacher Form
können Drahtabschnitte, Blechronden, Butzen, Stangenabschnitte, zylindrische sowie quaderförmige Metallteile
sein.
Wichtig ist, daß die Oberfläche der Werkstücke frei von Zunder und sonstigen harten nichtmetallischen Verunreinigungen
ist. Demgegenüber stören Flugrost, ein leichter Fett- oder Ölbelag nicht. Eine Phosphat!erung der Teile
vor der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nicht erforderlich, ist jedoch andererseits auch-nicht
störend. Zum Reinigen der Werkstücke eignen sich insbesondere die umweltfreundlichen Verfahren des Strahlens,
des Schutzgasglühens sowie des Scheuerns in Trommeln bzw. Vibrationsbehältern. Es ist jedoch auch möglich, bekannte
Beizverfahren anzuwenden.
Die im Rahmen der Erfindung erforderliche Eigentemperatur
der Teile von 50 - 150 0C, vorzugsweise 70 - 100 0C, läßt
sich z.B. durch Anwärmen in einem Ofen, durch Vorspülen
in heißem Wasser sowie durch Einwirkung von Strahlung oder Warmluft erreichen.
Zur Erzeugung der erfindungsgemäß notwendigen Relativbewegung der Teile werden diese z.B. in sich drehende Trommeln,;
in vibrierende Tröge oder Rinnen gegeben. Die Relativbewegung kann durch Einbau von Schikanen intensiviert
werden. Ziel dieser Maßnahmen ist, daß die Werkstücke während der Behandlung an ihrer Oberfläche aufeinanderreiben,
-gleiten sowie aufeinanderschlagen. .
Die Bemessung des Aktivgehalts bezieht sich primär auf die Oberfläche der Werkstücke. Sie kann sich aber auch auf das
Gewicht der Werkstücke beziehen, wenn eine einigermaßen
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verläßliche Relation zwischen Oberfläche und Gewicht vorhanden ist. Für leichtere Umformungen arbeitet man im
unteren Bereich, für stärkere Verformungen im oberen Bereich. Überraschend war, daß bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise
die Schichtdicke des Schmierfilms auch bei ungleichmäßig geformten Werkstücken auf allen Flächen relativ
einheitlich ist.
Die Behandlung in dem sich bewegenden Behälter wird so geführt, daß am Ende der überwiegende Anteil des Wassers verdampft.
Die zur Verdampfung des Lösungsmittels erforderliche Energie wird vielfach bereits in ausreichender Menge von
der Eigenwärme der Teile geliefert. Die Abführung der Lösungsmitteldämpfe kann durch Einblasen von Luft auf oder
in die Behälterfüllung erleichtert werden. Es ist jedoch auch möglich, durch zusätzliche Anwendung von Wärme von
außen während der Behandlung der Teile den Trocknungsprozeß zu unterstützen. Hierzu kann Warmluft, Wärmestrahlung
sowie die Zuführung von Wärme über die Behälterwandungen dienen.
Die wäßrigen Suspensionen werden erfindungsgemäß, vorzugsweise
bei Raumtemperatur, auf die in dem sich bewegenden Behälter befindlichen Teile gegeben. Man kann jedoch auch
die wäßrige Suspension vorwärmen.
Unter bestimmten Bedingungen hat es sich als günstig erwiesen, einige Zeit nach der Zugabe der wäßrigen Suspension
zum Behälterinhalt ein neutralisierend wirkendes Agens zuzusetzen.
Hierdurch wird überschüssige, noch nicht ausreagierte Säure in neutrale, indifferente Verbindungen übergeführt.
Derartige Neutralisationsmittel können z.B. sein: Zinkoxidpulver, Calciumoxidpulver, Calciumkarbonatpulver, Magnesiumoxidpulver,
aber auch neutralisierende Verbindungen aus der Gruppe der Alkalien, z.B. Natriumkarbonat, Trinatriumphosphat,
Borax. . - 7 -
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Im Rahmen der Erfindung kann es vorteilhaft sein, zusätzlich zu den Werkstücken elastische Körper in den sich bewegenden
Behälter zu geben. Diese können z.B. dazu dienen, bei der Behandlung von schweren Teilen Oberflächenbeschädigungen
durch zu starkes Aufschlagen zu unterbinden. Bei elastischen Körpern, deren Abrieb schmierend wirkt, ergibt sich
als zusätzlicher Vorteil der Einbau dieses Abriebs in die Schmierschicht. Zu den elastischen Körpern mit Schmiereigenschaften
gehören z.B. Polyäthylen, Polypropylen, Polyamid und polymere Fluorkohlenwasserstoffe. Die Größe und Zahl
der elastischen Körper pro Behälterfüllung hängt yon der Art der Behälterbewegung sowie der Menge und Größe der
Werkstücke ab. Sie können als relativ große Teilchen vorliegen, es ist jedoch auch die Anwendung von feinkörnigem
elastischem Material möglich.
Dieses kann u.U. ohne weitere Zerkleinerung mit in die Schmierschicht eingebaut werden.
In Tabelle 1 sind einige Rahmenrezepturen für geeignete,
wäßrige Suspensionen aufgeführt."
Die erfindungsgemäße Verfahrensweise sei anhand einiger
Beispiele erläutert:
100 kg verzunderte Stahldrahtabschnitte mit einem Durchmesser von 15 mm und einer Höhe von ebenfalls 15 mm wurden zunächst
in 15%iger Salzsäure bei RT 25 Min. gebeizt und damit von '
Zunder befreit. Anschließend wurde in Wasser gespült und in 85 0C heißem Wasser nachgespült. Auf diese Weise erhielten
die Teile die nötige Eigentemperatur. Sie wurden dann in eine zylindrische Trommel mit um 45 ° zur Senkrechten geneigten
Drehachse übergeführt und mit 100 g des Mittels Nr.1
- 8 409821/0 9.6 6
ι ρ
(s. Tab. 1) pro m Werkstoffoberfläche Übergossen. Dies
2 entsprach ca. 39 g Aktivgehalt pro m Werkstoffoberfläche.
Die Teile wurden 15 Min. getrommelt, wobei die Trommel 30 UpM ausführte. Anschließend wurde Warmluft eingeblasen
und weitere 5 Min. getrommelt. Danach war die Werstückoberflache
frei von Feuchtigkeit. Die Teile zeigten einen gleichmäßigen Überzug aus Molybdändisulfid und Eisenphosphat,
der fest auf dem metallischen Untergrund haftete. Die Werkstücke wurden im Kaltfließpreßverfahren zu
Hohlkörpern umgeformt. Der Prozeß verlief einwandfrei, d.h, ohne Riefenbildung am Werkstück bzw. V/erkzeug. '"
0 9 8 2 1 /0966
O CD*
O CO C7> CD
O I
| 1 | Rest | 2 | 5 | Gewichtsprozent | 3 | 4 | 5 | 6 | ,5 | 7 | 8 | «, | Rest | |
| Mittel Nr. | 30 | 25 | 6 | 25 | 15 | 25 | ,6 | 10 | ||||||
| MoS2 | 1 | 30 | ,06 | |||||||||||
| WS2 | 5 | 50 | 30 | |||||||||||
| Graphit | 8 | 5 | 10 | 8 | 6 | 8 | 5 | 2 | ||||||
| H3PO4 | 0,5 | 0, | 1 | 0,5 | 2 | 0 | 0,5 | 0,5 | ||||||
| Tensid | 0,6 | 0, | 0,3 | 1 | 0,3 | ο | 0,3 | 1 | ||||||
| Verdickungs mittel |
0,06 | 0, | Rest | 0,05 | 0,1 | 0,2 | ο | Rest | 0,1 | 0,05 | ||||
| Antischaum mittel |
1» | |||||||||||||
| Zink- o rthopho sphat |
Manganorthopho s- phat |
2 | 3 | |||||||||||
| Zinkpyrophos- phat |
15 | |||||||||||||
| Calciumphos- phat |
3 | |||||||||||||
| Wasser | Rest | Rest | Rest | Rest | ||||||||||
cn
CO -<l OO
100 kg Stahlblechronden, deren Oberfläche rost- und zunderfrei, jedoch mit einem dünnen Fettfilm bedeckt
war und die einen Durchmesser von 80 mm und eine Dicke von 5 mm aufwiesen, v/urden durch Tauchen in annähernd
100 0C heißem Wasser vorgewärmt. Anschließend wurden
sie in einen Vibrationstrog übergeführt und nach Zusatz von 40 g Mittel Nr. 7 (s. Tab. 1) einer Vibration
ausgesetzt. Die angewendete Suspensionsmenge entsprach
2
ca. 22 g Aktivgehalt pro m Werkstückoberflache. Die Vibration wurde 15 Min. lang durchgeführt, wobei' während der gesamten Zeit Warmluft über die Oberfläche der Teile geblasen wurde. Auch hier bildete sich durch die Behandlung ein festhaftender Phosphatschmiermittelfilm, der eine einwandfreie Kaltumformung bei anschließendem Verpressen zu Näpfen ermöglichte.
ca. 22 g Aktivgehalt pro m Werkstückoberflache. Die Vibration wurde 15 Min. lang durchgeführt, wobei' während der gesamten Zeit Warmluft über die Oberfläche der Teile geblasen wurde. Auch hier bildete sich durch die Behandlung ein festhaftender Phosphatschmiermittelfilm, der eine einwandfreie Kaltumformung bei anschließendem Verpressen zu Näpfen ermöglichte.
- 11 409821/0966 Patentansprüche
Claims (5)
1. Verfahren zur Vorbehandlung van einfach geformten
Massenteilen aus Eisen und Stahl für die spanlose Kaltumformung unter Verwendung wäßriger Suspensionen, die
Phosphorsäure, suspendierte Substanzen mit Schichtgitterstruktur, z.B. MoSp, WS2, Graphit/sowie Tensid und
gegebenenfalls Verdickungsmittel sowie schwerlösliche Phosphate bildende Kationen enthalten, dadurch
gekennzeichnet, daß die zunderfreien Werkstücke mit einer Eigentemperatur zwischen 50 und 150 0C,
vorzugsweise 70 bis 100 0C, in einem sich bewegenden,
beispielsweise rotierenden oder vibrierenden^Behälter
eine Relativbewegung gegeneinander ausführen und dabei mit soviel wäßriger Suspension in Berührung gebracht
2
werden, daß pro 1 m Werkstückoberfläche 5 bis 50 g Aktivgehalt entfallen und die Bewegung so lange fortgesetzt wird, bis die überwiegende Wassermenge verdampft ist.
werden, daß pro 1 m Werkstückoberfläche 5 bis 50 g Aktivgehalt entfallen und die Bewegung so lange fortgesetzt wird, bis die überwiegende Wassermenge verdampft ist.
2. Verfahren nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet,
daß die Verdampfung des Wassers aus dem Behälter durch Luftzuführung, beispielsweise Warmluft,
unterstützt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die wäßrige Suspension bei Raumtemperatur in den sich bewegenden Behälter gegeben
wird.
- 12 -
409 82 1/0966
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3» dadurch
gekennzeichnet, daß in den sich bewegenden Behälter zusätzlich zu den Werkstücken elastische
Körper, beispielsweise aus Polyäthylen, Polypropylen, Polyamid, polymeren fluorierten Kohlenwasserstoffen,
Gummi gegeben werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach geraumer Einwirkzeit
der wäßrigen Suspension auf die Eisen- und Stahlwerkstücke neutralisierend wirkende Verbindungen,
vorzugsweise in Pulverform, z.B. Zinkoxid, Calciumoxid, Calciumkarbonat, Natriumkarbonat, Trinatriumphosphat
und/oder Borax in den Behälter gegeben werden.
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