DE2330806A1

DE2330806A1 - Schmiermittel fuer die spanlose verformung von metallen

Info

Publication number: DE2330806A1
Application number: DE2330806A
Authority: DE
Inventors: Hans Dieter Grasshoff
Original assignee: Deutsche Texaco AG
Current assignee: Wintershall Dea Deutschland AG
Priority date: 1973-06-16
Filing date: 1973-06-16
Publication date: 1975-02-06
Also published as: FR2233386A1; JPS5036506A; SE7407404L; FR2233386B1; DE2330806B2; SE401197B; US4138348A; GB1435426A; IT1012877B; CH594044A5

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein mineralölfreies, wasserlösliches, pastöses Schmiermittel, welches neben einer in Wasser emulgierten Alkalimetallseife, ein Neutralfett und ein Alkalimetallsalz einer Borsäure enthält, für die spanlose Verformung von Metallen.

Bei der spanlosen Metallformung sind die für den Tribologen wichtigsten Gebiete das Schmieden, Valzen und Ziehen. Gemeinsam ist den für diese Metallbearbeitungstechniken erforderlichen Schmierstoffen die Aufgabe gestellt, den Bearbeitungsvorgang zu erleichtern und zur Verbesserung der gefertigten Werkstücke beizutragen. Beim Ziehen unterscheidet

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man das Preß-, Rohr-,Stangen-, Stab- und Drahtziehen. Beim Preßziehen ist insbesondere das Tiefziehen von Blechen von schmiertechnischem Interesse. Als Ziehmittel für das Tiefziehen wurden z. B. Seifenlösungen, H₂0-lösliche 01-emulsionen, beispielsweise mit oder ohne chemisch-aktive Additiven, Trockenseifenfilme und Phosphatüberzüge vorgeschlagen und eingesetzt. Beim Rohr- und Stangenziehen dienen Ziehöle, Seifen oder Ziehfette als Schmiermittel. Beim Rohrziehen wird die Schmiermittelauswahl von der Vorbehandlung der Rohre beeinflußt. Die beim Drahtziehen zum Einsatz gelangenden Schmiermittel sind z. B. Trockenseifenverbindungen, Ziehmittellösungen als Emulsionen mit verschiedenen Emulgatoren und weiteren Zusätzen, sowie Ziehöle und Ziehfette.

In der DT-AS Nr. 1 088 646 wird vorgeschlagen, Borsäure oder Borsäureverbindungen, welche mindestens noch eine freie OH-Gruppe am Boratom ausweisen, in äquimolarer Mischung mit natürlichen oder synthetischen Harzen, die eine oder mehrere freie Carboxyl- und/oder Hydroxylgruppen besitzen, in einem Mineralöl als Ziehschmiermittel einzusetzen. Durch diese .Mischung soll ein ein verbessertes Druckaufnahmevermögen aufweisendes Ziehschmiermittel erhalten werden.

Der Erfindungsgegenstand, wie er in der DT-AS Nr. 1 030 offenbart wird, ist ein Verfahren zur Herstellung eines Hilfsmittels auf Seifenbasis für die Metallverformung. Nach diesem Verfahren soll ein leichtes, granuliertes, nicht backendes Schmiermittel für die Schmierung von Metall vor dessen Verformung erhalten werden, welches sich aus einer Fettsäure, Soda, NaCl, Borax und Wasser zusammensetzt. Bei der Beschreibung der Erfindung wird angegeben, daß ein schnelles Auflösen des Schmiermittels aufgrund seiner granulierten, porösen Beschaffenheit und seiner geringen

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Teilchengröße nur durch Verwendung von Soda und nicht durch Eingabe von NaOH, geschweige denn durch Zugabe von Pottasche oder KOH erreicht werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, bestehende Vorurteile, wie sie beispielhaft in der zitierten DT-AS Nr. 1 030 95^ zum Ausdruck kommen, zu überprüfen mit dem Ziel, verbesserte Schmiermittel für die spanlose Verformung von Metallen zu finden.

Die Lösung dieser Aufgabe gelang durch ein konsistentes Schmiermittel für die spanlose Verformung von Metallen, wobei das Schmiermittel mineralölfrei, wasserlöslich und pastös ist. Zur Herstellung werden die folgenden Komponenten eingesetzt:

a) ein Neutralfett und/oder pflanzliches Öl

b) eine Fettsäure oder ein Gemisch von Fettsäuren

c) ein Alkalimetallhydroxid

d) Wasser
und

f) ein Alkalimetallsalz einer Borsäure.

Der fertige Schmiermittelansatz enthält:

das Neutralfett oder pflanzliche Öl die Alkalimetallseife

Wasser und

das Borat eines Alkalimetalls.

Unter "Neutralfett" wird ein tierisches Fett verstanden, welches von dem dem Ansatz zugesetzten Alkalimetallhydroxid nicht verseift worden ist und das als Talg im Handel erhält lich ist. Bevorzugt wird im erfindungsgemäßen Schmiermittel der Einsatz von Rindstalg, welcher hauptsächlich aus mit Glycerin veresterter Palmitin-, Stearin-, Öl- und Linolsäure besteht. Erfindungszugehörig ist auch die Maßnahme,

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ein pflanzliches Öl anstelle des Neutralfettes oder zusammen mit dem letzteren in den Schmiermittelansatz einzubringen. Als pflanzliche Öle sind beispielsweise Öle vom Raps (Rüböl), Senf, Lein, Olive, Sojabohne oder der Kokospalme verwendbar. Insbesondere Rüböl, Kokosöl oder Palmkernöl werden in das Schmiermittel eingearbeitet.

Unter "Fettsäure" werden alle Fettsäuren verstanden, die sich auf bekanntem Wege aus dem Neutralfett oder den pflanzlichen Ölen gewinnen lassen und im Regelfall als ein Gemisch von beispielsweise die Zusammensetzung des Talgs bestimmenden Fettsäuren vorliegen. Diese Fettsäuren weisen 10 bis 35 C-Atome,vorzugsweise 10-25 C-Atome, auf. Das Gemisch der bei der Verseifung des Talgs erhaltenen Fettsäuren wird ohne auf eine weitere Raffinierung abzielende Behandlung, jedoch kann eine Härtung der Fettsäure durchgeführt werden, direkt zur Formulierung des Schmiermittels eingesetzt. Es führt nicht aus dem Bereich der Erfindung heraus, wenn anstelle eines auf dem beschriebenen Wege erhaltenen Fettsäuregemisches Fettsäuren, wie beispielsweise Stearin-, Palmitin-, Margarin-, Myristin-, Öl- oder Linolsäure, allein zur Verwendung gelangen. Man wird aber aus Kostengründen in der Regel die in technischer Qualität käuflichen Säuren verwenden, wobei dann neben der gewünschten Säure als Hauptbestandteil noch weitere, keinen Einfluß auf die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Schmiermittels ausübenden Bestandteile vorliegen können.

Zur in-situ-Herstellung der Metallseife wird ein Hydroxid eines Alkalimetalls in einer zur Seifenbildung ausreichenden Menge der vorgelegten Mischung, bestehend aus Neutralfett und/oder Öl und Fettsäure, zugegeben. KOH und NaOH haben sich als vorteilhaft für die Herstellung des Schmiermittels erwiesen, und sie werden in einer für die Seifenbildung ausreichenden, aber zur Verseifung des Fettes bzw.

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des Öls nicht ausreichenden Menge eingesetzt.

Alkalimetallsalze von Borsäuren sind erfindungswesentlicher Bestandteil des Schmiermittels, da, wie sich bei der Prüfung der Schmiermittelansätze zeigte, ohne diese Salze keine vorteilhaften Eigenschaften für die Verwendung bei der Verformung von Metallen erzielen lassen: Die borsauren Salze, Borate, leiten sich von der Bor- und der m-Borsäure, sowie von wasserärmeren Formen ab. Die technisch wichtigsten Borate leiten sich von der Heptoxotetraborsäure ab, und es werden für das erfindungsgemäße Schmiermittel bevorzugt Alkalimetalltetraborate der allgemeinen Formel ΜβρΒ^Ογ, wobei Me ein Metall der 1. Hauptgruppe des Periodischen Systems ist, eingesetzt.

Die Mengen der einzusetzenden Komponenten werden durch die folgenden Bereiche bestimmt, in Gew.-% (bezogen auf den fertigen Ansatz):

Neutralfett oder	Öl	: 20	bis	50
Seifenanteil		: 10	bis	30
Borat		: 0,5	bis	6
Wasser		: Rest

Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung ist, neben der Anwesenheit von Borat, das Verhältnis von Neutralfett und/oder öl zur Seife. Beste Ergebnisse werden erzielt, wenn das Verhältnis Neutralfett und/oder Öl/Seife bei etwa 2 bis 3 :- 1 liegt. .

Die Herstellung der Schmiermittel erfolgt dergestalt, daß, .' man die Fettsäure und das Fett und/oder öl in einem geeig- ' neten Behälter vorl-egt und auf ca. 80⁰C erhitzt. Zur Sei-r'r , fenbildung gibt man dem Ansatz bei dieser Temperatur das ..-. ■ Hydroxid gelöst in Wasser zu. Nach Beenden der Soifenbil- .0;

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dung erfolgt bei intensiver Rührung die Zugabe des restlichen Wassers und des Borates. Zur Prüfung des Schmiermittels erfolgte die Penetrationsmessung nach DIN 51804 und die Messung des Druckaufnahmevermögens nach DIN 51350 auf dem Vierkugelapparat. ·

Die Versuche und die Prüfergebnisse sind in der Tabelle zusammengefaßt.

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TABELLE

Versuch

Ausgangsmaterialien

in Kg

Fettsäure

Tranfettsäure, gehärtet 180

Fett/Öl

Hydroxid

Borat

H₂O

Prüfergebni s se

Penetration ι

α, Druckaufnahmevermögen _§ (Gutkraft)

Talg 400

KOH 37

383

180 1200 N

Talgfettsaure 170	Stearinsaure . 200	Tranfettsäure, gehärtet 100
Talg 380	Rüböl 400	Talg 250
KOH	NaOH	KOH
35	29	21
Na₂B₄O₇	K₂B₄O₇	Na₂B₄O₇
20	20	50
395	351	579
200 mm/10	220 mm/10	240 mm/10
1600 N	1800 N	2200 N

NJ CO CO CD OO CD CD

Der Versuch A wurde ohne Boratzusatz durchgeführt und diente als Vergleichsversuch.

Aus den Ergebnissen der Versuche B-D läßt sich das hohe Druckaufnahmevermögen der erfindungsgemäßen Schmiermittel im Vergleich zum Versuch A entnehmen. Beim Tiefziehen liegt die Anzahl der einwandfrei, d.h. ohne Riefen, Risse usw., gefertigten Stücke bei Einsatz des Schmiermittels sehr hoch, während beim Drahtziehen ein stark verminderter Verschleiß des Zieheisens bzw. Drahtabriebs festgestellt wurde.

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Claims

Pate nt ansprUche

1. Schmiermittel für die spanlose Verformung von Metallen bestehend aus einem Neutralfett und/oder einem pflanzlichen Öl, einer Alkalimetallseife, Wasser und einem Alkalimetallsalz einer Borsäure.

2. Schmiermittel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

20 bis 50 Gew.-% Neutralfe.tt und/oder Öl 10 bis 30 Gew.-% Alkalimetallseife 0,5 bis 6 Gew.-96 Alkalimetallsalz einer Borsäure Rest Wasser.

3. Schmiermittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis Neutralfett und/oder Öl zur Seife etwa 2 bis 3 : 1 beträgt.

4. Schmiermittel nach einem der AnsprUche 1 bis 3_t d a ^; durch gekennzeichnet, daß als Neutralfett ein tierisches Fett, vorzugsweise Rindstalg, eingesetzt wird. ...

5. Schmiermittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ·; dadurch gekennzeichnet-, dad als zur Seifenbildung verwendete Fettsäure eine aus dem

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tierischen Fett durch Verseifung erhaltene Fettsäure oder deren Gemische eingesetzt wird, wobei die Fettsäure 10 bis 35 C-Atome, vorzugsweise 10 - 25 C-Atome, aufweist.

6-. Schmiermittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Alkalimetallsalz einer ßorsviuro Alkalisalzo der Heptoxotetraborsäure, vorzugsweise Natrium- oder Kaliumtetraborat, eingesetzt werden.

7. Schmiermittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als pflanzliches Öl Rüböl, Kokosöl oder Palmkernöl eingesetzt wird.

8. Verfahren zur Herstellung des Schmiermittel, dadurch gekennzeichnet, daß man die Fettsäure,oder ein Gemisch von Fettsäuren _t und Fett und/oder Öl in einem Kessel vorlegt, auf ca. 80°C erhitzt, eine zur Seifenbildung ausreichende, aber keine zur Verseifung ausreichende Menge Alkalihydroxid gelöst in einem Teil Wasser zugibt, nach Beenden der Seifenbildung unter intensivem Rühren das restliche Wasser und das Borat einrührt.

9. Verwendung des in den vorhergehenden Ansprüchen beschriebenen Schmiermittels für das Ziehen von Metallen.

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