DE3519078A1 - Verfahren zur kaltumformung metallischer werkstuecke - Google Patents
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Description
Prof, Dr. Karl Stetter h RosenheimrÖ.0^1585
Die Fertigung metallischer Formteile erfolgt häufig durch Kaltumformung, wobei dem
Werkstück ohne Vorwärmung durch die Einwirkung hoher äußerer Kräfte die gewünschte
Form gegeben wird. Arten des Kaltumformens sind z.B. das Draht-, Stangen-, Rohr-, Profil-, Tief- und Abstreckziehen, ferner das Kaltfließpressen, Kaltstauchen und
Kaltwalzen.
Es ist bekannt, bei der Kaltumformung von Metallen Schmiermittel einzusetzen, um
die Ergebnisse durch Verringerung der Reibung zwischen dem Werkstück und dem Formwerkzeug zu verbessern. Als Schmiermittel werden Mineralöle mit oder ohne
Hochdruckzusätzen, tierische und pflanzliche Öle, Fette und Wachse sowie Metallseifen
auf Fettsäurebasis, insbesondere auf Stearinsäurebasis, eingesetzt.
Bei Verwendung der bekannten Schmiermittel führt die Kaltumformung von Metallen in
vieler Hinsicht zu unbefriedigenden Ergebnissen. Es werden häufig die erwünschten
hohen Umformgrade und Umformgeschwindigkeiten nicht erreicht. Auch werden infolge
auftretender Kaltverschweißungen ("Fressen") und Ziehriefenbildung die erstrebten
Maßgenauigkeiten und Oberflächengüten der Werkstücke sowie ausreichend lange Standzeiten der Werkzeuge nicht erzielt. Diese Nachteile treten insbesondere in
schwierigeren Fällen der Kaltumformung auf, z.B. beim Drahtziehen, Rohrziehen, Profilziehen oder Kaltfließpressen von Stählen, vor allem von höherlegierten Stählen.
In schwierigeren Fällen ist eine Kaltumformung unter Verwendung herkömmlicher Schmiermittel in der Regel überhaupt nur möglich, wenn vor der Umformung auf die
Werkstückoberfläche zusätztliche Trenn- bzw. Schmiermittelträgerschichten aufgebracht
werden. Die Aufbringung der Trenn- bzw. Schmiermittelträgerschichten muß im allgemeinen in aufwendiger Weise chemisch durch Reaktion meist bestimmter Salzlösungen
mit der Werkstückoberfläche unter Ausbildung entsprechender Überzüge auf der Werkstückoberfläche erfolgen (z.B. "Phosphatierung", "Oxalierung"). Nur in weniger
schwierigen Fällen genügt auch eine physikalische Aufbringung durch Eintrocknenlassen
von Salzlösungen auf der Werkstückoberfläche, wobei jedoch die physikalische Aufbringung
häufig völlig unzureichende Ergebnisse liefert. Die Trennschichten beein-
ORIGWAL INSPECTED
trächtigen im übrigen oft die Oberflächenqualität der Werkstücke und erfordern einen
hohen Aufwand für ihre Wiederentfernung vor der Weiterbearbeitung der Werkstücke,
wobei außerdem aufarbeitungsbedürftige Abwässer anfallen. Zudem reicht die Wirkung
der Trenn- bzw. Trägerschichten in schwierigen Fällen der Kaltumformung häufig zur
Erzielung akzeptabler Umformergebnisse nicht aus.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Kaltumformung metallischer Werkstücke
den Ablauf zu vereinfachen und die Ergebnisse zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei der Kaltumformung als
Schmiermittel entweder Polymerisate von 1-OIefinen oder die Oxidationsprodukte solcher
Polymerisate oder die Veresterungs- und/oder Verseifungsprodukte der Oxidationsprodukte, gegebenenfalls im Gemisch miteinander und/oder mit anderen Stoffen, eingesetzt
werden.
Die mit der Erfindung im Vergleich zu bekannten Verfahren erzielten Vorteile bestehen
insbesondere darin, daß höhere Umformgrade und höhere Umformgeschwindigkeiten, ferner höhere Maßgenauigkeiten und bessere Oberflächengüten der Werkstücke
sowie längere Standzeiten der Werkzeuge erreicht werden. Auch lasssen sich die Umformungen
mit deutlich verringertem Energieaufwand und verringerter Umweltbelastung durchführen. Darüber hinaus kann in vielen Fällen die Aufbringung zusätzlicher
Trenn- bzw. Schmiermitteiträgerschichten vereinfacht werden oder ganz entfallen.
Unter den beim erfindungsgemäßen Verfahren als Schmiermittel eingesetzten Polymerisaten
von 1-Olefinen sind Homopolymerisate von C_-C. „-Alkenen mit endständiger
Doppelbindung, vorzugsweise der C_-C.--Alkene, vor allem des Ethens, des Propens, des 1-Butens, des 3-Methyl-1-butens, des 1-Pentens, des 1-Hexens und des
1-Octens, zu verstehen, sowie Copolymerisate dieser !-Olefine miteinander, ferner
Copolymerisate dieser !-Olefine mit bis zu 50, vorzugsweise bis zu 30, insbesondere
bis zu 20, vor allem aber bis zu 15 Gew.-%, an sauerstoff haltigen !-Olefinen.
Polymerisate sind z.B. die handelsüblichen Polyethylene, Polypropylene, Polybutylene
usw., wie sie nach bekannten Verfahren, beispielsweise durch Hoch-, Mittel- oder
Niederdruckpoiymerisation erhalten werden. Copolymerisate der 1-Olefine enthalten
gleichzeitig mindestens zwei unterschiedliche 1-Olefinbausteine. Hierzu gehören z.B.
Polyethylene mit einem Gehalt von bis zu 30, vorzugsweise bis zu 20, insbesondere bis
zu 10 Gew.-%, an anderen !-Olefinen wie Porpen, !-Buten usw. Auch die neuerdings
* 6
unter der Bezeichnung LLDPE verfügbaren Copolymerisate des Ethylens mit höheren
!-Olefinen sind hierzu zu rechnen. Copolymerisate der 1-Olefine mit sauerstoffhaltigen
Olefinen sind z.B. Copolymerisate des Ethylens mit Vinylestern der Carbonsäuren wie
Vinylacetat oder Vinylpropionat, ferner mit Vinylethern oder 1,2-ethylenisch ungesättigten
Carbonsäuren und deren Derivaten wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Ethacryisäure, Crotonsäure, Fumarsäure, Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid, Itaconsäure,
Mesaconsäure oder den Estern dieser Säuren. Die verwendeten Polymerisate unterliegen
hinsichtlich ihrer Struktur und ihrer Molekülgröße keiner Beschränkung. Beispielsweise
können Polymerisate mit hohen oder niedrigen Verzweigungsgraden herangezogen werden. Auch ist es möglich, niedermolekulare wachsartige Polymerisate mit
Molekülmassen zwischen 200 und 20 000 (Schmelzviskositäten ca. 5 bis 100 000 mPas
bei 16O0C) und höher molekulare, kunststoffartige Polymerisate mit Molekülmassen zwischen
20 000 und 5 000 000 (Schmelzindices MFI 190/2,16 ca. 1000 bis 0,001 g/10 min.)
einzusetzen. Besonders gut eignen sich die mehr niedermolekularen Polymerisate mit
Molekülmassen zwischen 200 und 100 000, vorzugsweise zwischen 500 und 30 000, vorteilhaft
zwischen 800 und 20 000, insbesondere zwischen 1000 und 15 000, vor allem aber zwischen 3000 und 10 000. Hauptsächlich Polymerisate mit gleichzeitig hohen
Schmelzpunkten (MOO, vorzugsweise >110, insbesondere >120, vor allem
>130°C), hohen Schmelzviskositäten (>100, vorzugsweise >500, insbesondere MOOO, vor allem MOOOO
mPas bei 1700C), und hohen Kristallinitäten (MO, vorzugsweise
>30, insbesondere >50, vor allem >60%) weisen hervorragende Schmier eigenschaften für die Kaltumformung
von Metallen auf, insbesondere beispielsweise beim Tiefziehen oder Abstreckziehen.
Copolymerisate, die auch aus sauerstoffhaltigen Monomerbausteinen aufgebaut sind,
sind kaum kristallin, besitzen aber aufgrund der bei Ihnen gegebenen Polarität noch
speziell weiter verbesserte Schmiereigenschaften.
Unter Oxidationsprodukten der Polymerisate sind Produkte zu verstehen, die im
allgemeinen durch Luftoxidation der Polymerisate entstehen. Die Luftoxidation kann
nach bekannten Verfahren erfolgen, z.B. bei niedermolekularen Polymerisaten durch
Vermischen der Polymerisate im geschmolzenen Zustand mit Luft oder bei höhermolekularen
Polymerisaten durch Behandlung der Polymerisate bei erhöhten Temperaturen mit Luft im festen Zustand oder im geschmolzenen Zustand feinverteilt in einem
inerten Dispersionsmittel. Die Oxidate weisen Säurezahlen zwischen 5 und 150, vorzugsweise
zwischen 10 und 70, vorteilhaft zwischen 15 und 50, insbesondere aber zwischen 20 und 45 sowie Schmelzviskositäten zwischen 5 und 100 000, vorzugsweise
zwischen 50 und 50000, vorteilhaft zwischen 100 und 30 000, insbesondere zwischen
500 und 20 000, vor allem aber zwischen 1000 und 15 000 mPas bei 16O0C auf. Ihre
Schmelzpunkte liegen über 90, vorzugsweise über 100, insbesondere über 110, vor
allem aber über 115°C. Insbesondere Oxidate mit hohem Gehalt an Dicarbonsäuren und
Oxidate mit gleichzeitig hohen Schmelzpunkten, hohen Schmelzviskositäten, hohen
Kristallinitäten und hohen Polaritäten zeichnen sich als Schmierstoffe bei der Kaltumformung
von Metallen auch in schwierigeren Fällen durch ein hervorragendes Haft-, Trenn- und Gleitverhalten aus.
Die Veresterungs- und/oder Verseifungsprodukte der Oxidationsprodukte werden erhalten,
indem man die Oxidate mit ein- oder mehrwertigen Alkoholen bzw. mit einbis dreiwertigen Metallionen oder mit Ammoniumionen teilweise oder vollständig
verestert bzw. verseift oder zunächst teilweise verestert und anschließend die noch
freien Carboxylgruppen teilweise oder vollständig verseift.
Als Veresterungskomponenten kommen hauptsächlich in Betracht: einwertige C.- bis
C22-Alkanole, zweiwertige Alkohole wie 1,2-Ethandiol, 1,2-Propandiol, 1,4-Butandiol
oder Etheralkohole wie Diethylenglykol, ferner höherwertige Alkohole wie Trimethylolpropan
oder Pentaerythrit, gegebenenfalls im Gemisch miteinander. Als Verseifungskomponenten
werden in der Regel Li+, Na , K+, Mg ,Ca ,Ba ,Al , NH. und
Ammoniumionen organischer Amine in Form ihrer Hydroxide, Carbonate, Acetate, Stearate u.a. Salze eingesetzt, gegebenenfalls im Gemisch miteinander. Die Durch- ■
führung der Veresterung bzw. Verseifung erfolgt im allgemeinen in bekannter Weise
durch Verrühren der geschmolzenen Oxidate mit .den Veresterungs- bzw. Verseif ungskomponenten
bis zum gewünschten Veresterungs- bzw. Verseifungsgrad. Die Veresterung bzw. Verseifung kann auch durch inniges Vermischen der festen pulverisierten
Oxidate mit den festen, dispergierten oder gelösten Reaktionspartnern erfolgen. Bei
Verwendung von dispergierten oder gelösten Reaktionspartnern kann das entstehende
Produkt in feuchter, gegebenenfalls in suspendierter Form, oder nach dem Trocknen in
Pulverform für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden. In einer anderen
Ausführungsform können die Verseifungsprodukte hergestellt werden, indem die Oxidationsprodukte
oder die teilweise vorveresterten Oxidationsprodukte im geschmolzenen Zustand, gegebenenfalls unter Zugabe von Emulgatoren, mit der in Wasser gelösten
oder dispergierten Verseifungskomponente verrührt werden. Dabei entstehen wäßrige
Lösungen oder Dispersionen der Verseifungsprodukte, die als solche vorteilhaft für das
erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden können.
■'S
Die Veresterungs- und/oder Verseifungsprodukte, insbesondere die Verseifungsprodukte,
weisen gegenüber den zugrundeliegenden Oxidaten im allgemeinen erhöhte Schmelzpunkte
und Schmelzviskositäten sowie modifizierte Kristailinitäten und Polaritäten auf.
Ihre Schmelzpunkte liegen über 100, vorzugsweise über 110, insbesondere über 120,
vorteilhaft über 140, vor allem über 1600C, ihre Schmelzviskositäten über 100,
vorzugsweise über 500, insbesondere über 1 000, vorteilhaft über 5 000, vor allem über
10 000 mPas bei 1800C. Die Veresterungs- und/oder Verseifungsprodukte besitzen
gegenüber den Oxidaten in bestimmter Hinsicht weiter optimierte Schmiereigenschaften
durch eine speziell gegebene Kombination von hohen Schmelzpunkten, hohen Schmelzviskositäten, hohen Kristailinitäten sowie durch eine spezielle Ausgewogenheit
zwischen polaren und unpolaren Anteilen. Als besonders vorteilhaft haben sich vor
allem die Verseifungsprodukte erwiesen, die Schmierfilme mit speziell herausragendem
Gleit-, Haft- und Trennvermögen sowie erhöhter Reißfestigkeit bilden und diese Eigenschaften auch unter extremen Druck- und Temperaturbelastungen beibehalten.
Die veresterten und vor allem die verseiften Oxidationsprodukte eignen sich deswegen
in ganz besonderer Weise zum Einsatz als Schmiermittel bei schwierigen Kaltumformungen
von Metallen, z.B. beim Rohrziehen, Profilziehen, Drahtziehen oder Kaltfließpressen, vorzugsweise bei schwer verformbaren Metallen wie Stählen, vor
allem hochlegierten Stählen, auch Edelstahlen, z.B. säurefesten Chrom- und Chrom-Nickel-Stählen.
Die Polymerisate, deren Oxidate oder die Veresterungs- und/oder Verseifungsprodukte
der Oxidate können für das erfindungsgemäße Verfahren für sich, im Gemisch miteinander
oder im Gemisch mit anderen Stoffen als Schmiermittel für die Kaltumformung von Metallen eingesetzt werden. Als andere Mischungskomponenten kommen
beispielsweise Mineralöle, pflanzliche oder tierische Öle, Fette, Wachse oder Harze
sowie Fettsäuren, Fettalkohole, Seifen, synthetische Öle oder Harze, z.B. Polyglykole
und deren Derivate, sehr niedermolekulare Polyethylene oder Ester, in Betracht. Ferner können den Schmiermitteln beim erfindungsgmäßen Verfahren übliche Zusatzstoffe
wie Hochdruckwirkstoffe, insbesondere auch EP-Additive, ferner Pigmente, Füllstoffe, Emulgatoren, Tenside, Netzmittel, Verdicker, Haftverbesserer, Korrosionsinhibitoren
und Antioxidantien zur Abrundung der Eigenschaften beigemischt werden.
Die Polymerisate, deren Oxidate oder die Veresterungs- und/oder Verseifungsprodukte
der Oxidate lassen sich für das erfindungsgemäße Verfahren als Schmiermittel in Form
von Pulvern, Dispersionen oder Lösungen einsetzen. In Pulverform weisen die Schmier-
stoffe eine für die Verwendung vorteilhafte gute Rieselfähigkeit auf, die im Unterschied
zu herkömmlichen Schmiermitteln auch bei höherer Luftfeuchtigkeit erhalten bleibt. Bei Dispersionen und Lösungen dienen bevorzugt Wasser und Chlorkohlenwasserstoffe
als Dispersions- bzw. Lösungsmittel. Die Herstellung der Dispersionen kann
unter Hinzufügung bekannter ionischer oder nichtionischer Emulgatoren erfolgen. Die
Aufbringung der Schmiermittel auf die Werkstücke wird nach bekannten Verfahren vorgenommen,
z.B. durch Aufpudern, Streichen, Tauchen, Fluten, Spritzen oder im Durchlaufverfahren,
gegebenenfalls bei erhöhten Temperaturen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei allen Arten der Kaltumformung metallischer
Werkstücke vorteilhaft angewandt werden, beispielsweise beim Draht-, Stangen-, Rohr-, Profil-, Tief- und Abstreckziehen oder beim Kaltfließpressen, Kaltstauchen und
Kaltwalzen. Besonders zeigen sich die Vorteile der erfindungsgemäßen Arbeitsweise bei
den schwierigeren Umformverfahren, z.B. beim Rohrziehen, Profilziehen, Drahtziehen
oder Kaltfließpressen.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich vorteilhaft zur Kaltumformung von allen
gängigen metallischen Werkstoffen, z.B. von nicht-, nieder- oder hochlegierten Stählen,
Edelstahlen, verzinkten Stählen, Nichteisenmetallen, etwa Magnesium, Aluminium,
Kupfer, Nickel, Titan, Zirkon und deren Legierungen. Im besonderen kommen die
Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Kaltumformung schwer umformbarer
Metalle zum tragen, z.B. bei austenitischen und ferritischen 5tählen, insbesondere
bei hochlegierten Stählen, auch Edelstahlen, z.B. säurebeständigen Chromoder
Chrom-Nickel-Stählen, ferner bei verzinkten Stählen. Wegen der hervorragenden
Schmierwirkung der eingesetzten Schmierstoffe sind beim erfindungsgemäßen Verfahren
im allgemeinen mehrere aufeinanderfolgende Umformungen ohne dazwischengeschaltetes
Nachschmieren möglich.
Aufgrund des hervorragenden Gleit-, Haft-, und Trennvermögens sowie der ausgezeichneten
Filmfestigkeit der eingesetzten Schmierstoffe kann beim erfindungsgemäßen Verfahren in der Regel selbst bei schwierigen Umformprozessen die zusätzliche
Aufbringung einer Trenn- bzw. Schmiermittelträgerschicht auf die Werkstücke vor der
Kaltumformung entfallen. Dadurch ergeben sich gegenüber bekannten Umformverfahren
verringerte Kosten, verringerte Abwasserprobleme und verbesserte Oberflächenqualitäten
der Endprodukte. Beim erfindungsgemäßen Verfahren können jedoch die eingesetzten Schmierstoffe auch in Kombination mit bekannten Trenn- bzw Schmier-
'/'/IO
mittelträgerschichten benutzt werden. Dadurch können bei besonders schwierigen Kaltumformungen
von Metallen in manchen Fällen weitere Vorteile erzielt werden, beispielsweise beim Ziehen kompliziert geformter Profile aus Edelstahlen. Dabei
genügt im allgemeinen die einfachere physikalische Aufbringung der Trenn- bzw. Schmiermittelträgerschichten durch Auftrocknenlassen entsprechender Lösungen bzw.
Dispersionen auf der Werkstückoberfläche zur Erzielung hervorragender Ergebnisse.
Die aufwendigere chemische Aufbringung der Trenn- bzw. Schmiermittelträgerschichten
durch chemische Reaktion entsprechender Lösungen bzw. Dispersionen mit der Werkstückoberfläche bringt nur in extremen Fällen zusätzliche Vorteile.
Aufgrund der hervorragenden Schmierwirkung der eingesetzten Schmierstoffe werden
beim erfindungsgemäßen Verfahren im Vergleich zu bekannten Verfahren allgemein höhere Umformgrade und höhere Umformgeschwindigkeiten, ferner höhere Maßgenauigkeiten
und bessere Oberflächengüten der Werkstücke sowie längere Standzeiten der Werkzeuge erreicht. Kaltverschweißungen ("Fressen") mit den damit verbundenen
Beeinträchtigungen der Werkstückoberflächen durch Ziehriefen und Beeinträchtigungen
der Werkzeugstandzeiten durch Aufschweißungen treten nicht oder nur in stark verringertem
Maße auf. Das erfindungsgemäße Verfahren verringert ferner den Energieverbrauch und den Anfall von Abwässern.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich auch dadurch aus, daß Schmierstoffe
benutzt werden, die keine gesundheitsschädlichen Stoffe enthalten und auch keine
Stoffe wie Chlor, Schwefel oder Bor enthalten, durch die die Eigenschaften der bearbeiteten Werkstoffe nachteilig beeinflußt werden. Die Schmierstoffe wirken auf
Metalle nicht korrosiv, sondern korrosionsschützend. Nach der Umformung lassen sie
sich nach Bedarf mit einfachen Mitteln und Methoden, beispielsweise mittels üblicher
alkalischer oder neutraler Reiniger oder auch mittels organischer Lösungsmittel nach
üblichen Reinigungsverfahren rückstandsfrei von der Metalloberfläche entfernen. Ein
spezieller Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht ferner darin, daß sich die
benutzten Schmiermittel auch durch eine einfache Vakuum-Wärme-Behandlung, beispielsweise
im Vorstadium der Wärmenachbehandlung des Werkstücks, durch Verdampfen
rückstandsfrei wieder von der Werkstückoberfläche entfernen lassen.
Aus Edeistahlblech werden im Tiefziehverfahren Näpfe hergestellt unter Verwendung
der in folgender Tabelle aufgeführten Polymerisate als Schmiermittel.
Beisp. Nr. |
Art des Polymerisats | Schmelzp. 0C |
Schmelzvisk. mPa s (1700C) |
MFI 190/2,16 g/10 min |
Kristallinitat % |
1 | verzweigtes Poly ethylen |
116 | 830 | - | 25 |
2 | lineares Polyethy len |
12* | 520 | - | 59 |
3 | lineares Polyethy len |
133 | 29000 | - | 62 |
* | lineares Polyethy len |
13* | - | 15 | 68 |
5 | Ethylen/Propylen- Copolymerisat (5 Gew.-% Propen) |
126 | - | 8 | 38 |
6 | verzweigtes Poly ethylen |
112 | - | 18 | 12 |
7 | Polypropen | 158 | 2500 | - | 68 |
8 | Ethylen/Vinylace- tat-Copolymerisat (8% Vinylacetat) |
100 | — | 3 | — |
9 | Ethylen/Acrylsäu- re-Copolymerisat (6% Acrylsäure) |
108 | 560 | — | — |
Die Polymerisate werden in Xylol gelöst und mit einem Pinsel auf das Blech in dünner
Schicht aufgetragen. Nach dem Abdunsten des Lösungsmittels werden aus den Blechen
Näpfe gezogen. Es werden Näpfe mit hoher Maßgenauigkeit und hoher Oberflächenqualität
(geringe Rauhigkeit und hoher Glanz) erhalten, wobei die Beispiele 3, 8 und 9 zu den relativ besten Ergebnissen führen. Bei Zusatz üblicher Hochdruckwirkstoffe
werden weiter verbesserte Ergebnisse erhalten.
Gleiche Tiefziehversuche unter Verwendung von herkömmlichen Ziehölen als Schmiermitteln
erfordern wesentlich höhere Stempelkräfte und liefern Produkte mit deutlich geringerer Oberflächenqualität.
Y Ά
Blanker Stahldraht mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,85% wird gezogen, indem die in
folgender Tabelle aufgeführten Oxidationsprodukte von Polymerisaten als Schmiermittel
eingesetzt werden.
Beisp. | Art des Oxidates | Eigenschaften < | SZ* | des Oxidates | SV* | Erzielte Umformergebnisse | Oberflächen qualität |
Nr. | Schmp.* 0C |
15 | VZ* | 5100 | Ziehgeschwin digkeit, m/sec |
gut | |
10 | Polyethylenoxidat | 128 | 24 | 24 | 1600 | 13 | sehr gut |
11 | Polyethylenoxidat | 118 | 68 | 38 | 150 | 15 | gut |
12 | Polyethylenoxidat | 108 | 41 | 95 | 350 | 14 | sehr gut |
13 | Polyethylenoxidat | 101 | 17 | 56 | 150 | 14 | gut |
14 | Polyethylenoxidat | 114 | 18 | 31 | 4200 | 10 | sehr gut |
15 | Ethylen/Vinylace- tat-Coploymerisat- oxidat |
103 | 16 | 90 | 410 | 14 | befriedigend |
16 | Polyethylenoxidat | 105 | 26 | 29 | 280 | 9 | gut |
17 | Polyethylenoxidat | 102 | 48 | 10 |
* Schmp. = Schmelzpunkt, SZ = Säurezahl, VZ = Verseifungszahl, SV = Schmelzviskosität
(mPas bei 14O0C)
Die Schmiermittel werden im festen Zustand eingesetzt, indem der Draht vor dem
Werkzeug durch das pulverisierte Schmiermittel läuft. Der Draht wird in 15 Zügen in
seinem Durchmesser auf 1/4 des ursprünglichen Wertes reduziert. Es werden die in der
Tabelle angegebenen Umformergebnisse erzielt.
Wird der Ziehversuch mit herkömmlichen Schmiermitteln, z.B. auf Fettsäureseifen-Basis,
durchgeführt, so werden durchwegs geringere Ziehgeschwindigkeiten und weniger gute Drahtoberflächen erhalten. Außerdem tritt bei herkömmlichen Schmiermitteln ein
höherer Ziehsteinverschleiß auf.
Edelstahldraht wird gezogen, indem wäßrig-alkalische Dispersionen aus Oxidationsprodukten von Polymerisaten als Schmiermittel eingesetzt werden.
Es wird von den gleichen Oxidationsprodukten von Polymerisaten wie in den Beispielen
10 bis 17 ausgegangen. Die Oxidationsprodukte werden zunächst in wäßrig-alkalische
Dispersionen übergeführt, indem sie im geschmolzenen Zustand zusammen mit den nach der Säurezahl berechneten Mengen an Kaliumhydroxid sowie zusammen mit
Emulgatoren (5 Gew.-% ethoxilierter Fettalkohol, bezogen auf Oxidat) in heißem Wasser
dispergiert werden. Es werden Dispersionen mit den in folgender Tabelle aufgeführten
Eigenschaften erhalten.
Beisp. | Eingesetztes Oxidat | Eigenschaften der Dispersion | pH-Wert | Visko | Erzielte Umformergebnisse | Oberflächen |
Nr. | Oxidat wie in Beisp. | Feststoff | sität | Ziehgeschwin | qualität | |
Nr. | gehalt | mPas | digkeit | |||
Gew.-SK | 9 | 15 | m/sec | gut | ||
18 | 10 | 6 | 8 | 13 | 5 | sehr gut |
19 | 11 | 4 | 8 | 6 | 7 | sehr gut |
20 | 12 | 5 | 8 | 8 | 6 | sehr gut |
21 | 13 | 4 | 8,5 | 10 | 6 | befriedigend |
22 | 14 | 6 | 8 | 15 | 4 | sehr gut |
23 | 15 | 3 | 9 | 10 | ON | befreidigend |
24 | 16 | 5 | 8,5 | 8 | 4 | gut |
25 | 17 | 6 | 5 |
Der Edelstahldraht (Z 2 CN 18-10) wird jeweils mit den Schmiermitteldispersionen
durch Tauchen und anschließendes Trocknen beschichtet und in 15 Zügen vom Ausgangsdurchmesser
6,5 mm auf den Enddurchmesser von 1,2 mm verformt. Es werden die in der Tabelle angegebenen Umformergebnisse erzielt. Die Ergebnisse sind durchwegs
deutlich besser als sie unter gleichen Bedingungen mit herkömmlichen Schmierstoffen
erhalten werden. Mit herkömmlichen Schmierstoffen wird der Draht riefig und bricht teilweise.
Es werden Schmiermittel hergestellt, indem die in den Beispielen 10 bis 17 benutzten
Oxidationsprodukte von Polymerisaten in Verseifungsprodukte übergeführt werden. Zu
diesem Zweck werden die pulverisierten Oxidationsprodukte durch Vermischen mit der
äquivalenten Menge an Kalilauge verseift. Es werden die in der folgenden Tabelle
aufgeführten Versuchsprodukte erhalten.
Beisp. | Eingesetztes Oxidat | Eigenschaften der Verseifungsprodukte | Säurezahl | Schmelzviskos. | Umformergebnisse |
Nr. | Oxidat wie in Beisp. | Schmelzp. | mg KOH/g | mPas (1900C) | Maßge- Oberflä- |
Nr. | 0C | 2 | - | nauigk. chengüte | |
26 | 10 | >190 | 3 | - | gut gut |
27 | 11 | >190 | 5 | - | sehr gut sehr gut |
28 | 12 | >190 | - | sehr gut gut | |
29 | 13 | >190 | 2 | >20 000 | sehr gut sehr gut |
30 | 14 | 188 | 2 | >30 000 | befried. befried. |
31 | 15 | 172 | 3 | >20 000 | sehr gut gut |
32 | 16 | 176 | 3 | >20 000 | befried. befried. |
33 | 17 | 187 | gut befried. |
In Rundstäbe aus austenitischem Chrom-Nickel-Stahl von 30 mm Durchmesser werden
in einem Zug vier symmetrisch angeordnete Nuten mit je 5 mm Tiefe und 5 mm Breite
eingezogen, wobei die in obiger Tabelle aufgeführten Verseifungsprodukte von Polymerisaten
als Schmiermittel eingesetzt werden. Es werden die in der Tabelle angegebenen Umformergebnisse erzielt. Die Werkstückoberfläche enthält noch soviel
Schmiermittel, daß ohne Nachschmieren weitere Züge möglich sind.
Werden die Ziehversuche mit herkömmlichen Schmiermitteln, beispielsweise auf Fettsäureseifen-Basis
durchgeführt, so lassen sich allenfalls annähernd gleich gute Ergebnisse nur erzielen, wenn auf die Werkstücke vor der Umformung eine Trenn- bzw.
Schmiermittelträgerschicht auf Eisenoxalatbasis durch chemische Behandlung der Oberfläche
mit entsprechenden Lösungen aufgebracht wird.
Ein Polyethylenoxidat mit der Säurezahl 68, der Verseifungszahl 99, dem Tropfpunkt
HO0C und der Schmelzviskosität 150 mPas bei 1400C wir durch Verrühren der
Oxidatschmelze mit der halben äquivalenten Menge Calciumhydroxid zur Hälfte verseift.
Man erhält ein Verseifungsprodukt mit der Säurezahl von 32 , der Verseifungszahl
von 72, dem Tropfpunkt von 1070C und der Schmelzviskosität von 1500 mPas bei
14O0C. Das Verseifungsprodukt wird in Pulverform als Schmiermittel beim Einziehen
asymmetrischer Kanten in einen Vierkantstab aus Edelstahl eingesetzt. Es wird ein
maßgenaues Profil mit scharfen Kanten und hellblanker Oberfläche erhalten.
Der Versuch wird wiederholt, wobei auf die Werkstückoberfläche zuvor durch chemische
Behandlung mit einer entsprechenden Lösung eine Trenn- bzw. Schmierstoffträgerschicht
auf Eisenoxalatbasis aufgebracht wird. Es werden - im Vergleich zum Versuch ohne Trenn- bzw. Trägerschicht - graduell weiter verbesserte Umformergebnisse
erzielt.
Bei Benutzung herkömmlicher Schmiermittel auf Fettsäureseifen-Basis ist ein Ziehen
des Profils ohne vorheriges Aufbringen einer Trenn- bzw. Trägerschicht nicht möglich.
Nach dem Aufbringen einer Trenn- bzw. Trägerschicht ist das Ziehen zwar prinzipiell
möglich, es werden aber deutlich schlechtere Ergebnisse erzielt als beim erfindungsgemäßen
Verfahren, z.B. tritt starke Riefenbildung und hoher Werkzeugverschleiß auf.
Ein Polyethylenoxidat mit der Säurezahl 68, der Verseifungszahl 99, dem Tropfpunkt
il0°C, der Schmelzviskosität 150 mPas bei 1400C und der Molekülmasse 2200 wird
mit der entsprechenden Menge Stearylalkohol bis auf eine Säurezahl von 15 verestert.
Man erhält ein Produkt mit der Säurezahl 15, der Verseifungszahl 120, dem Tropfpunkt
1040C und der Schmelzviskosität 250 mPas bei 14O0C. das in Pulverform als Schmiermittel
zum Kaltumformen eines Vierkantstabes aus Edelstahl in einen Sechskantstahl durch Ziehen verwendet wird. Es wird ein Endprodukt mit ausgezeichneter Maßgenauigkeit und hoher Oberflächengüte erhalten.
Der Versuch wird wiederholt mit dem Unterschied, daß das Polyethylenoxidat zunächst
mit der entsprechenden Menge Stearylalkohol bis auf eine Säurezahl von 30 verestert
und dann mit Calciumhydroxid bis auf eine Säurezahl von 15 verseift wird. Man erhält
ein Produkt mit der Säurezahl 15, der Verseifungszahl 105, dem Tropfpunkt 108°C und
der Schmelzviskosität 1700 mPas bei 1400C. Bei der anschließenden Verwendung des
Produktes als Schmiermittel zum Kaltumformen des Vierkantstabes in den Sechskantstab
werden im Vergleich zu oben insofern noch weiter verbesserte Ergebnisse erzielt als sich die Umformung mit verringertem Kraftaufwand durchführen läßt,
deich gute Ergebisse werden erzielt, wenn das oben benutzte, nur veresterte Schmiermittel
unter Zumischung von Füllstoffen (Talkum, Kalk) eingesetzt wird.
Claims (1)
- Patentansprüche1. Verfahren zur Kaltumformung metallischer Werkstücke,dadurch gekennzeichnet, daß als Schmiermittel entweder Polymerisate von !-Olefinen oder die Oxidationsprodukte solcher Polymerisate oder die Veresterungs- und/oder Verseifungsprodukte der Oxidationsprodukte, gegebenenfalls im Gemisch miteinander und/oder mit anderen Stoffen sowie gegebenenfalls in Verbindung mit Trenn- bzw. Schmiermittelträgerschichten, eingesetzt werden.2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß als Polymerisate von 1-Olefinen die Homopolymerisate von C2-C.g-Alkenen mit endständiger Doppelbindung, vorzugsweise der C2-C^- Aikene. vor allem des Ethens, des Propens, des 1-Butens, des 3-Methyl-l-butens, des 1-Pentens, des 1-Hexens und des 1-Octens, oder die Copolymerisate dieser 1-Olefine miteinander oder die Copolymerisate dieser 1-Olefine mit bis zu 50, vorzugsweise bis zu 30, insbesondere bis zu 20, vor allem bis zu 15 Gew.%, an sauerstoffhaltigen !-Olefinen, als Oxidationsprodukte die Oxidationsprodukte dieser Polymerisate und als Veresterungs-/und oder Verseifungsprodukte die Veresterungs-/und oder Verseifungsprodukte dieser Oxidationsprodukte eingesetzt werden.3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2,dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerisate Molekülmassen zwischen 200 und !00 000, vorzugsweise zwischen 500 und 30 000, vorteilhaft zwischen 800 und 20 000, insbesondere zwischen 1000 und 15 000, vor allem zwischen 3 000 und 10 000, Schmelzpunkte über 100, vorzugsweise über 110, insbesondere über 120, vor allem über 1300C, Schmelzviskositäten über 100, vorzugsweise über 500, insbesondere über 1000, vor allem über 10 000 mPas bei 1700C und Kristallisationsgrade über 10, vorzugsweise über 30, insbesondere über 50, vor allem über 60%, aufweisen.k. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2,dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidationsprodukte Säurezahlen zwischen 5 und 150, vorzugsweise zwischen 10 und 70, vorteilhaft zwischen 15 und 50, insbesonderezwischen 20 und 45, Schmelzviskositäten zwischen 5 und 100 000, vorzugsweise zwischen 50 und 50 000, vorteilhaft zwischen 100 und 30 000, insbesondere zwischen 500 und 20 000, vor allem zwischen 1000 und 15 000 mPas bei 16O0C, Schmelzpunkte über 90, vorzugsweise über 100, insbesondere über 110, vor allem über 1150C und einem Dicarbonsäuregehalt über 10, vorzugsweise über 20, vorteilhaft über 40, insbesondere über 60, vor allem über 80 Gew.-%, aufweisen.5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2,dadurch gekennzeichnet, daß die Veresterungs- und/oder Verseifungsprodukte die Veresterungs- und/oder Verseifungsprodukte der Oxidate mit ein- oder mehrwertigen Alkoholen und/oder mit ein- bis dreiwertigen Metallionen oder Ammoniumionen sind.6. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2 und 5,dadurch gekennzeichnet, daß die Veresterungs- und/oder Verseifungsprodukte der Oxidationsprodukte durch Vermischen der pulverisierten festen, dispergierten oder gelösten Oxidationsprodukte mit den festen, dispergierten oder gelösten Veresterungs- und/oder Verseifungskomponenten in fester, dispergierter oder gelöster Form hergestellt und in fester, dispergierter oder gelöster Form eingesetzt werden.7. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2, 5 und 6,dadurch gekennzeichnet, daß die Veresterungs- und/oder Verseifungsprodukte Schmelzpunkte über 100, vorzugsweise über 110, insbesondere über 120, vorteilhaft über 140, vor allem über 16O0C, und Schmelzviskositäten über 100, vorzugsweise über 500, insbesondere über 1000, vorteilhaft über 5 000, vor allem über 10 000 mPas bei 1800C aufweisen.8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7,dadurch gekennzeichnet, daß den Schmiermitteln als Mischungskomponenten Mineralöle, pflanzliche oder tierische Öle, Fette, Wachse oder Harze, Fettsäuren, Fettalkohole, Seifen, synthetische Öle oder Harze, Hochdruckwirkstoffe, Pigmente, Füllstoffe, Emulgatoren, Tenside, Netzmittel, Verdicker, Haftverbesserer, Korrosionsschutzmittel und Antioxidantien beigemischt werden.9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8,dadurch gekennzeichnet, daß die Schmiermittel in Form von Pulvern, Dispersionen oder Lösungen eingesetzt werden.10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9,dadurch gekennzeichnet, daß als Trenn- bzw. Schmiermittelträgerschichten solche auf Phosphat- oder Oxalatbasis eingesetzt werden.
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