DE2807501A1

DE2807501A1 - Verfahren zur verminderung des schneidwerkzeugverschleisses bei der mechanischen bearbeitung, insbesondere beim stanzen und schneiden, von metallischen werkstoffen

Info

Publication number: DE2807501A1
Application number: DE19782807501
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl Chem Dr Marx
Original assignee: Moll & Co R W
Current assignee: Moll & Co R W
Priority date: 1978-02-22
Filing date: 1978-02-22
Publication date: 1979-08-23
Also published as: DE2807501C2

Description

Verfahren zur Verminderung des Schneidwerkzeugverschleisses
bei der mechanischen Bearbeitung, insbesondere beim Stanzen und Schneiden, von metallischen Werkstoffen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung des Verschleisses von Schneidwerkzeugen bei der mechanischen Bearbeitung, insbesondere beim Stanzen und Schneiden, von metallischen Werkstoffen wie Blechen und Bändern. Durch die vielfach erforderliche besondere Glühbehandlung bei der Herstellung weichmagnetischer Werkstoffe nach DIN 17405 (Fassung 1970), DIN 41301 (Fassung 1967), DIN 46400 (Fassung 1972) und DIN 1624 (Fassung 1954) wird ein grobes Korn gezüchtet, das in bestimmten Fällen sogar in Walzrichtung orientiert ist. Diese auch Textur genannte Grobkornbildung bringt eine schlechte Verformbarkeit der metallischen Werkstoffe durch Schneiden und Stanzen mit sich, wobei es unerheblich ist, woher die Verschlechterung der Verformbarkeit im einzelnen herrührt.
Es wurde festgestellt, daß eine aus anderen Gründen notwendige Beschichtung von Blechen und Metallbändern z.B. mit Papier oder Lacken, oft zu erheblichen Verbesserungen beim Stanzen führte.
Jedoch waren diese Erfahrungen unspezifisch und es ließ sich kein signifikanter Zusammenhang zwischen Beschichtungssystem und Stanzverbesserungen erkennen.
Für die Massenverarbeiter solcher Bleche und Bänder ist jedoch der beim Stanzen oder Schneiden auftretende Verschleiss der Schneidwerkzeuge schon allein in bezug auf die Kosten von entscheidender Bedeutung, so daß andere Anforderungen an die Beschichtungen oft dahinter zurücktreten müssen.
Es wurde nun überraschend gefunden, daß man die Schneid- und Stanzbarkeit von Blechen und Bändern aus metallischen Werkstoffen durch eine bestimmte Beschichtung entscheidend verbessern kann.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Verbesserung der Schneid-und Stanzbarkeit von Blechen und Bändern und die damit verbundene Verminderung des Verschleisses an den Schneid- und Stanzwerkzeugen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man die Oberfläche der metallischen Werkstoffe vor der mechanischen Bearbeitung mit einer wässrigen Dispersion eines mit einem Amin neutralisierten schwach alkalisch eingestellten Copolymerisates aus Acryl- oder Methacrylsäureestern und/oder Hydroxy-C1#4-alkylacrylaten mit Acrylsäure oder Methacrylsäure und Acrylnitril im Gemisch mit einem 4,4'-Dioxydiphenylalkan, insbesondere mit 4,4'-Dioxydiphenylpropan, gegebenenfalls unter Zusatz eines oder mehrerer Pigmente oder pigmentähnlicher Stoffe und/oder eines reaktiven methylolhaltigen Produkts, überzieht und den Überzug bei einer Temperatur von mindestens 15o0C, vorzugsweise zwischen 200 und 25o0C, einbrennt. Es bildet sich dabei ein dünner,# festhaftender, glänzender Überzug auf der Blechoberfläche mit guter Temperatur- und Alterungsbeständigkeit.
Die Acrylatdispersion wird in an sich bekannter Weise hergestellt durch Copolymerisation von Alkylestern, wie Methyl-, Äthyl-, Butyl- oder Hexylestern der Acryl- oder Methacrylsäure, oder Hydroxy-C 1-4 -alkylacrylaten, wie z.B. Glycylacrylat, mit Acrylsäure und Acrylnitril, wobei die Copolymerisate eine Säurezahl von So bis 150, vorzugsweise 9o bis loo, besitzen.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dem Copolymerisat eine solche Menge eines Amins zuzusetzen, die zur Absättigung der freien Carboxylgruppen unter Salzbildung ausreicht.
Vorzugsweise wird hierbei die wässrige Dispersion auf einen pH-Wert zwischen 7 und 8,5 eingestellt. Dadurch werden die Polymeren wasserlöslich gemacht. Dies hat den bedeutenden Vorteil, daß hierdurch weitgehend lösungsmittelfreie, unbrennbare Überzugs-Formulierungen entstehen, die gefahrlos zu verarbeiten sind. Als Amin eignen sich kettenförmige oder ringförmige Mono-, Di- oder Trialkylamine wie auch Mono-, Di-und Trialkylolamine. Die Alkylreste besitzen dabei 1 bis lo, vorzugsweise 1 bis 6 Kohlenstoffatome. Bei den kettenförmigen Alkylaminen und Alkylolaminen sind Alkylreste mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen besonders bevorzugt. Geeignete Amine sind z.B. Triäthylamin, Cyclohexylamin, Morpholin, Dimethyläthanolamin, Diisopropyläthanolamin usw.
Gegebenenfalls können den wässrigen Dispersionen der Copolymeren reaktive methylolhaltige Produkte, wie z.B. Aminoplaste, insbesondere Melaminharze oder Harnstoff-Formaldehydharze, zugesetzt werden.
Auch übliche Pigmente und/oder anorganische Füllstoffe können der wässrigen Dispersion zugesetzt werden. Als Pigmente werden insbesondere Lithopone, Glimmer (Mica), geblähter Glimmer, Kreide, Je204, Cr203 oder feinverteiltes Aluminiumpulver eingesetzt.
Ebenso können pigmentähnliche organische Amide oder Polyamide vom Typ Stearoylamid oder Äthylen-bis-stearoylamid zugesetzt werden, die den Vorschub der beschichteten Bleche bei schnellen Schneid- und Stanzvorgängen wesentlich erleichtern.
Mit den erfindungsgemäßen Verbindungen wurden Versuche durchgeführt, die ihre stanzverbessernde Wirkung gegenüber Beschichtungen nach dem Stand der Technik nachweisen. Die Versuche wurden auf einer schnellaufenden 16 Mp-Exenterpresse mit 5 Hüben/sec. durchgeführt. Das Werkzeug selber wurde in ein spielfrei arbeitendes 2-Säulen-Führungsgestell mit Kugelführung eingebaut. Als Werkstoff für die Schneidplatten und Stempel diente ein legierter Kaltarbeitsstahl.
Die Härte des Werkzeugs nach Rockwell lag zwischen 56 und 65 HRC.
Es wurden einerseits die Grathöhe von Butzen und Lochrand als auch andererseits der Verschleiss des Werkzeugs gemessen. Der Schneidvorgang ist insoweit bekannt, als angenommen werden kann, daß der Werkstoff zunächst plastisch verformt und dann geschnitten wird, bis er schließlich nach Erschöpfung des Formänderungsvermögens in Richtung der maximalen Schubspannung einreißt. Noch ungeklärt ist der exakte Zusammenhang zwischen einer Gratbildung und dem Werkzeugverschleiß, da diese Eigenschaften nicht proportional sind.
Es konnte jedoch festgestellt werden, daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Stanz- bzw. Schneidverbesserung umso größer war, je schlechter sich der unbehandelte Werkstoff stanzen bzw. schneiden ließ.
Es wurden zwei Proben untersucht. Probe A ist ein schlecht stanzbares weichmagnetisches Bandmaterial mit der Stärke 0,5 mm, grobkorngeglüht, Gehalt an C : o,o2 % Si : 3,44 % Al : o,25 % Probe B ist ein gut stanzbares Material gleicher Stärke und gleicher Behandlung mit einem Gehalt an C : o,o3 % Si : O, 90 % Al : o,15 % Die Zahl der Schnitte, die beim Schneiden ohne Schmiermittel zu einem Verschleiss von ca. So ;im am Stempel führen, geht aus der folgenden Tabelle hervor (Messgenauigkeit ca. + 5 %): Tabelle I Zahl der Schnitte ohne Be- beschich- beschich- beschichtet schich- tet mit Pa- tet mit mit Formulietung pier o,o1 mm Phenolharz- rung gemäß lack o,o1 mm Beispiel 2 o,ol mm Probe A 20 ooo 120 ooo 120 ooo 340 ooo Probe B 44 ooo 140 ooo 145 ooo 320 ooo Aus technischen Gründen, besonders zur Verbesserung der Wärmefestigkeit und zur Vermeidung der Schwindung beim Erwärmen, wie auch aus Kostengründen ist es oft notwendig, die Überzüge zu pigmentieren. Daher wurde die Schneidbarkeit pigmentierter und unpigmentierter Überzüge gemäß der Erfindung geprüft. Die Ergebnisse finden sich in der folgenden Tabelle II.
Tabelle II Zahl der Schnitte Probe A, beschichtet mit Formulierung gemäß Beispiel 2 1) als Klarlack o,ol mm 340 ooo 2) Pigmentiert mit Kreide 1:1 auf Festkörper loo 000 3) Pigmentiert mit Je203 1:1 auf Festkörper 130 ooo 4) Pigmentiert auf Cr203 1:1 auf Festkörper 70 ooo 5) Pigmentiert mit Lithopone 1:1 auf Festkörper 250 ooo 6) Pigmentiert mit Mica 1:1 auf Festkörper 235 ooo 7) Pigmentiert mit Alupulver 5 % auf Festkörper 340 ooo - 350 ooo Aus Tabelle II geht hervor, daß die erfindungsgemäß behandelten Proben A 5) bis A 7) trotz eines Zusatzes von Pigment noch eine erhebliche Schneidverbesserung gegenüber den nach dem Stand der Technik mit Papier und Phenolharzlacken überzogenen Proben (vgl. Tabelle I) besitzen.
Für die erfindungsgemäß einzusetzenden wässrigen Dispersionen können die Einzelkomponenten der Acrylat-Copolymerisate vorzugsweise in Mengen innerhalb der folgenden Bereiche vorhanden sein: 80 - 9o % Acrylester (Butyl- oder Methyl) 5 - 1o % 2-Hydroxyäthylacrylat 2,5 - 5,0 % Acrylnitril 2,o - 3,o % Acrylsäure Die resultierenden Acrylat-Copolymerisate ergeben zähe Harze mit einer Säurezahl zwischen So und loo. Sie lagen den folgenden Beispielen zugrunde.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele näher erläutert: Beispiel 1 Eine Dispersion aus 20 Gew.% Acrylat-Copolymerisat (Säurezahl 2,5) mit ca. 75 % Festkörper neutralisiert mit lo Gew.% Diisopropylamin, und 5 Gew.% 4,4 1-Dioxy-diphenyl-2, 2-propan, 2 Gew.% Aminoplast (Methanolveräthertes Melaminformaldehydharz 60 Gew.% in Wasser) und o,5 Gew.% Polyacrylamid in 62,5 Gew.% Wasser mit einem pH-Wert von 8 wird auf Metallbänder aufgebracht und ergibt nach dem Trocknen bei 220-250°Cr das weniger als eine Minute benötigt, einen glänzenden, harten Film hoher Schwund-und Alterungsbeständigkeit.
Beispiel 2 Eine Dispersion aus 25 Gew.% Acrylat-Copolymerisat mit ca. 75 % Festkörper, neutralisiert mit 12 Gew.% Dimethyläthanolamin, und 2,5 Gew. 4,4'-Dioxydiphenyl-2,2-propan, 2,5 Gew.% Aluminiumpulver und o,5 Gew.% Stearoylamid in 57,5 Gew.% Wasser wird auf Metallbänder aufgebracht und ergibt nach dem Trocknen bei 220 - 2500C einen harten, glänzenden Film.

Claims

Patentansprüche 1.j Verfahren zur Verminderung des Schneidwerkzeugverschleisses 9 bei der mechanischen Bearbeitung, insbesondere beim Stanzen und Schneiden, von metallischen Werkstoffen wie Blechen oder Bändern, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche der Werkstoffe vorher mit einer wässrigen Dispersion eines mit einem Amin neutralisierten oder schwach alkalisch eingestellten Acrylat-Copolymerisats aus Acryl-oder Methacrylsäureester und/oder Hydroxy-C1 4-alkylacrylaten mit Acrylsäure oder Methacrylsäure und Acrylnitril im Gemisch mit einem 4,4'-Dioxydiphenylalkan, gegebenenfalls unter1 Zusatz eines oder mehrerer Pigmente oder pigmentähnlicher Stoffe und/oder eines reaktiven methylolhaltigen Produkts, überzieht und den Überzug bei Temperaturen von mindestens 1500C einbrennt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Copolymerisat mit einer Säurezahl im Bereich zwischen So und 150 verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Copolymerisat mit einer Säurezahl im Bereich zwischen 9o und oo verwendet.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Amine kettenförmige Mono-, Di- oder Trialkylamine und/oder Mono-, Di- oder Trialkylolamine mit Alkylresten mit t bis 6C-Atomen verwendet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man Triäthylamin, Dimethyläthanolamin oder Diisopropyläthanolamin einsetzt.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Amine ringförmige Mono-, Di- oder Trialkyl- bzw.

-alkylolamine mit Alkylresten mit 1 bis 6 C-Atomen verwendet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man Cyclohexylamin oder Morpholin einsetzt.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man das Amin in solchen Mengen zusetzt, daß-die wässrige Dispersion sich auf einen pH-Wert zwischen 7 und 8,5 einstellt.
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Copolymerisat aus 80 bis 9o Gew.% Acrylsäureester, 5 bis 1o Gew,% 2-Hydroxyäthylacrylat 2,5 bis 5,o " Acrylnitril und 2,o bis 3,o ~ Acrylsäure zusammengesetzt ist.
lo. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch# gekennzeichnet, daß man als'4,4' -Dioxydiphenylalkan das 4,4 -Dioxydiphenylpro,pan zusetzt.
11. Verfahren nach Anspruch 1 bis lo, dadurch gekennzeichnet,. daß man als reaktives methylolhaltiges Produkt Aminoplaste, insbesondere Melamin- oder Harnstoff-Formaldehydharze zusetzt.
12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man ein pigmentähnfiches organisches Amid oder Polyamid zusetzt.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man zusätzlich ein anorganisches Pigment und/oder einen anorganischen Füllstoff zusetzt.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbrenntemperatur des Überzuges 200 bis 2500C beträgt.