DE3780498T2

DE3780498T2 - Oelschmiermittel fuer die plastische verarbeitung von metallmaterial.

Info

Publication number: DE3780498T2
Application number: DE8787301986T
Authority: DE
Inventors: Shigeki Kimura; Takeshi Kobori
Original assignee: NIPPON KOUSAKUYU CO Ltd
Current assignee: NIPPON KOUSAKUYU CO Ltd
Priority date: 1986-04-14
Filing date: 1987-03-09
Publication date: 1993-05-06
Anticipated expiration: 2007-03-10
Also published as: JPH0672233B2; JPS62241994A; US4761241A; EP0242040A2; DE3780498D1; EP0242040A3; EP0242040B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein ölhaltiges Schmiermittel zur plastischen Kaltverarbeitung von Metallmaterial, insbesondere ein ölhaltiges Schmiermittel zur plastischen Kaltverarbeitung, wie Ziehen, Kontraktion von Flächen, Walzen und Hämmern von Metallmaterial.
Zur plastischen Kaltverformung, wie Ziehen, Verringern des Querschnitts (Ziehen), Walzen und Kammern von Metallmaterial, werden verschiedene Arten von Schmiermitteln zugeführt, um Reibungsschäden (oxidieren) des Metallformzeugs, des Preßwerkzeugs und so weiter und des zu bearbeitenden Materials, wie Stahlrohr und Stahlblech, zu vermeiden und sowohl die Qualität des bearbeiteten Produkts zu verbessern, als auch den Verschleiß des Werkzeugs zu verringern.
Bei konventionellen Ziehölen und Preßölen, die als ölhaltige Schmiermittel wirken, werden als Basisöl Mineralöle oder synthetische Schmieröle verwendet, denen Schmierkraftverbesserer und Extremdruckadditive zugesetzt werden. Sie weisen jedoch eine geringe Hitzebeständigkeit auf, und wenn der Bearbeitungsgrad hoch wird und die Kontaktfläche zwischen dem zu bearbeitenden Material und dem Werkzeug gesteigert wird, neigen sie zu Schmierfilmrissen mit daraus resultierender Oxidation. Deshalb waren sie nur für einen verhältnismäßig leichten Bearbeitungsgrad verwendbar ( zum Beispiel Senken, Bohren, Fräsen), und es war völlig undurchführbar, sie zum Ziehen von Stahlrohren und dergleichen, unter den harten Bearbeitungsbedingungen, die dort herrschen, zu verwenden. Auch wird eine Metallkorrosion verursacht, wenn sie Extremdruckadditive enthalten.
Bei den konventionellen ölhaltigen Schmiermitteln, bei denen ein synthetisches Schmieröl als Basisöl fungiert, werden im allgemeinen Polybuten, α-Olefin, Oligomer, Polyethylenglycol und so weiter verwendet und zur Verbesserung der Schmierfähigkeit werden im allgemeinen Fette und Öle, gesättigte und ungesättigte Fettsäuren mit 10 oder mehr Kohlenstoffatomen, Fettsäure-Ester, Phosphate, Alkohol und so weiter verwendet. Darüber hinaus finden im allgemeinen als Extremdruckadditive chemische Verbindungen Verwendung, die Schwefel oder Chlor enthalten.
Das Basisöl ist ein Träger, der die Funktion hat, das ölhaltige Schmiermittel und das Extremdruckadditiv in einer stabilen Art gelöst zu erhalten und es in den Bereich zu befördern, in dem die Schmierung benötigt wird. Mineralöle und synthetische Öle weisen keine festen polaren Gruppen auf und besitzen eine geringe Schmierfähigkeit. Folglich können sie nicht selbst als Schmiermittel verwendet werden; sie lassen jedoch im allgemeinen keine chemischen Veränderungen zu, wie Oxidation und Verschlechterungen, und werden deshalb als Basisöl verwendet.
Der Schmierkraftverbesserer ist das Material, das von dem Basisöl zu der metallischen Reibungsoberfläche zugeführt wird, die eine Schmierung benötigt, und die Schmierwirkung wird durch den Schmierkraftverbesserer erzeugt, der adsorbiert wird. Fette und Öle, Fettsäuren und so weiter, sind Verbindungen mit langen Molekülketten, mit einem hohen Molekulargewicht, und sie weisen an einem Ende des Moleküls eine feste polare Gruppe auf. Durch die Wirkung einer solchen polaren Gruppe werden die Moleküle fest angelagert und entlang der Metalloberfläche konfiguriert und bilden dadurch einen Adsorptionsfilm. Darüber hinaus wird, wegen der gegenseitigen Anziehungskraft zwischen den langen Molekularketten, die gebildet werden, um den Adsorptionsfilm zu bilden, der Film standhaft und fest und weist einen Schmiereffekt auf, um die Reibung zu verringern. Wenn jedoch die Temperatur ansteigt, wird die Konfiguration der Moleküle gestört, und bei ungefähr 150ºC trennt sich der Film ab und die Schmierwirkung geht verloren. Da die Schmierkraftverbesserer ihre Schmierwirkung verlieren, wenn die Temperatur 150ºC oder darüber erreicht, ist das Hinzufügen eines Schmierkraftverbesserers unter schwierigen Schmierbedingungen nicht effektiv. Statt dessen wird ein Extremdruckadditiv hinzugefügt, das die gewünschte Schmierwirkung bei hohen Temperaturen gewährleistet.
Das Extremdruckadditiv ist das Material, das in der gleichen Art durch das Basisöl zu den Reibungsoberflächen zugeführt wird, die eine Schmierung benötigen, wie der Schmierkraftverbesserer, und durch chemische Reaktion mit dem Metall einen Film auf der Metalloberfläche bildet, wenn der plastische Bearbeitungsgrad hoch wird und der Kontaktbereich zwischen dem Material, das bearbeitet werden soll, und dem Werkzeug, mit den resultierenden extremen Druckbedingungen, mit der dazugehörenden hohen Temperatur und hohem Druck, vergrößert wird. Durch die Bildung des oben erwähnten Films verhindert das Extremdruckadditiv durch die Verringerung der Reibung die Oxidation und verbessert die Hitzebeständigkeit des Schmiermittels. Chemische Verbindungen, die Chlor oder Schwefel enthalten, unterscheiden sich entsprechend in ihrem Reaktionstemperaturbereich. Deshalb werden sie in Abhängigkeit von ihrem Verwendungszweck hinzugefügt, wenn sie zusammen mit dem Basisöl und dem Schmierkraftverbesserer verwendet werden. Als Extremdruckadditiv, das Chlor enthält, wird in vielen Fallen ein gechlortes Paraffin verwendet, und bei 150ºC bis 250ºC wird durch thermische Zersetzung die C-Cl-Bindung zerstört und es werden Cl&sub2; oder HCl gebildet. Damit ist die Schmierwirkung bei extremem Druck gegeben. Ein derartiges Extremdruckadditiv hat jedoch den Nachteil, daß eine Hydrolyse verursacht und HCl freigesetzt wird, wenn Wasser anwesend ist, wodurch ernsthafte Korrosionen verursacht werden. Der Grenztemperaturbereich für die Schmierung mit Schwefelverbindungen beträgt ungefähr 250ºC bis 350ºC.
Die herkömmlichen ölhaltigen Schmiermittel enthalten auch zusätzlich zu den oben erwähnten drei Bestandteilen feste Schmierstoffe, wie Graphit und Molybdändisulfid, welche ihnen beigemischt sind, mit dem Ziel, die Hitzebeständigkeit zu verbessern. Derartige ölhaltige Schmiermittel neigen jedoch dazu, ein Oxidieren zu verursachen, und sie können, ebenso wie die anderen ölhaltigen Schmiermittel, nur für einen verhältnismäßig niedrigen Grad der Bearbeitung verwendet werden (zum Beispiel Senken, Bohren, Fräsen). Außerdem haben solche ölhaltigen Schmiermittel Nachteile, einschließlich der Tatsache, daß die Ölzuführung wegen des Vorhandenseins der festen Schmierstoffagensen schwierig werden kann, da sich diese in der Metallform sammeln oder Wartungsprobleme verursachen können.
Wie oben beschrieben wurde, werden der Schmierkraftverbesserer und das Extremdruckadditiv, bei der Verwendung von ölhaltigen Schmiermitteln mit Basisöl, zu der Metall-Reibungsoberfläche zugeführt und darauf adsorbiert. Dann zeigt im Temperaturbereich von Zimmertemperatur bis ungefähr 150ºC, als dem Fluidschmierbereich, In dem der Schmierkraftverbesserer die Erhaltung des Ölfilms sichert, der Schmierkraftverbesserer die gewünschte Schmierwirkung. Im Grenzschmierbereich mit höherer Temperatur und mit härteren Bearbeitungsbedingungen, wirkt hingegen das Extremdruckadditiv zur Erhaltung des Ölfilms und zeigt eine Schmierwirkung. Das ölhaltige Schmiermittel ist jedoch im Hinblick auf den niedrigen Grad der wirklichen Schmierwirkung, bedingt durch die geringe Hitzebeständigkeit des ölhaltigen Schmiermittels, nur für einen niedrigen Grad der plastischen Bearbeitung, zum Ziehen von Stahlrohr und dergleichen, geeignet.
Auf der anderen Seite kann das ölhaltige Schmiermittel durch bloßes Aufbringen auf die zu bearbeitende Metalloberfläche angewendet werden. Deshalb ist das Verfahren einfach und es ist auch ziemlich leicht , das Schmiermittel nach der Bearbeitung zu entfernen.
Es wurden folglich verschiedene Verfahren zur Verbesserung der Hitzebeständigkeit eines Schmiermittel herkömmlich angewendet, wie sie nachfolgend betrachtet werden.
Beim Kaltziehen von Stahlrohren wurden zum Beispiel die folgenden Verfahren verwendet:
a) Das Stahlrohr wird beim Vorschub mit einer chemischen Konversionsschicht behandelt (zum Beispiel Phosphatschicht, Oxalsäure-Oxidationsschicht) und wird außerdem mit einem zweiten Schmiermittel versehen (zum Beispiel metallische Seife, wie Natriumstearat und Öl).
b) Das Stahlrohr wird beim Vorschub mit einem flüssigen synthetischen Harz beschichtet (flüssig erhalten durch Emulgierung eines synthetischen Harzes oder durch Auflösen eines synthetischen Harzes in einem Lösungsmittel) und die Beschichtung wird durch Trocknen verfestigt.
Außerdem wurden beim Ziehen von plattenförmigem Metallmaterial die folgenden Verfahren angewendet:
c) Der Schmierfilm wird durch direkte Beschichtung des Materials mit Drucköl verstärkt, das mit einer spezifisch hohen Viskosität hergestellt wird.
d) Es wird Drucköl mit zugesetzten Extremdruckadditiven zum direkten Beschichten des Materials verwendet.
e) Nach dem Beschichten des Materials mit einer Lösung aus synthetischem Harz, wie Vinylchloridharz, wird eine Aushärtung durch Trocknen durchgeführt.
f) Der Film aus synthetischem Harz wird direkt auf die Oberfläche des zu bearbeitenden Materials aufgeklebt.
Diese Verfahren sind jedoch im Bezug auf die Einfachheit der Schmierung, die Schnelligkeit der Entfernung nach der Bearbeitung und die Reinheit der Metalloberfläche nicht befriedigend.
Vom praktischen Gesichtspunkt:
Das Verfahren a), das oben betrachtet wurde, ermöglicht es dem Schmiermittel, eine ausreichende Schmierwirkung zu zeigen, auch wenn der Grad der Bearbeitung (Ziehen) hoch ist. Da jedoch das Schmiermittel chemisch reaktiv ist, ist es schwierig, die Bearbeitungslösung zu kontrollieren, und da auch die Lebensdauer des Schmiermittels kurz ist, ist es nötig, verbrauchten Lösungsabfall während der Bearbeitung häufig abzuführen. Deshalb hat dieses Verfahren ein ökonomisches Problem und gleichzeitig kann es zur Verschmutzung der Umwelt führen. Daneben ist es, da der Schmierfilm so gut haftet, schwierig, den Film nach der Bearbeitung vom Produkt zu entfernen. Weiterhin ist die chemische Behandlung selbst schwierig durchzuführen, wenn das Material hoch antikorrosiv ist, da die Bearbeitung chemisch reaktiver Art ist, und eine homogene chemische Konversionsschicht kann nicht gebildet werden.
Das Verfahren b) besteht im physikalischen Aufkleben des Films auf die Oberfläche des metallischen Materials und es wird ein Schmiermittel erzeugt, das Schmiereigenschaften aufweist, die denen, des nach dem Verfahren a) hergestellten Mittels überlegen sind. Das Verfahren leidet jedoch unter dem Nachteil, daß es eine ausgedehnte Trocknung benötigt, um den Schmierfilm zu erhalten. Auch wird die Entfernung des Films nach der Bearbeitung schwieriger , da der Schmierfilm fester wird.
Das Verfahren c) ist insofern mangelhaft, als die Bearbeitbarkeit mit einem Ansteigen der Viskosität schlechter wird und das Verfahren d) ist insofern unvorteilhaft, als es eine etwas eingeschränkte Korrosionsreaktion verwendet, eine stärkere Korrosion bei der Anwesenheit von Wasser verursacht wird und so weiter.
Die Verfahren e) und f) ermöglichen Ziehen bei hohem Grad des Ziehens und Tiefziehens, was mit dem Ziehöl und dem Drucköl nicht erreichbar ist. Sie haben aber die Unzulänglichkeiten, daß sie eine umfangreiche Arbeit für das Trocknen und das Aufkleben des Harzfilms erfordern, und auch insofern, als sie im Vergleich zum Ziehöl und Drucköl beachtlich höhere Kosten haben.
Wie aus den obigen Betrachtungen hervorgeht, hat jedes von ihnen einen oder mehrere Nachteile, obwohl die konventionellen Schmiermittel charakteristische Wirkungen haben.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, zumindest die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik zu minimieren, und das Ziel dieser Erfindung ist es, ein ölhaltiges Schmiermittel für die plastische Kaltverarbeitung von Metallmaterial zu schaffen, das eine Hitzebeständigkeit aufweist, die etwa gleich derjenigen von Schmiermitteln ist, die durch konventionelle chemische Konversionsbeschichtung oder synthetische Filmschichten für den Bereich vom Flüssig-Schmierbereich bis zum Grenzschmierbereich erreicht werden.
Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, ein ölhaltiges Schmiermittel für die plastische Kaltverarbeitung von Metallmaterial zu schaffen, das keine Korrosion an dem Metallmaterial verursacht.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein ölhaltiges Schmiermittel für die plastische Kaltverarbeitung von Metallmaterial vorgeschlagen, das die Polymere von entweder einem oder beiden der 2-ethylpolyacrylathexyl-Ester und Polymethacrylsäurelaurin-Ester enthält, verbunden mit mindestens einer Art oder nicht weniger als zwei Arten von Schmierkraftverbesserern, die bei Raumtemperatur flüssig und mit den genannten Polymeren in einem bestimmten Verhältnis verträglich sind, als Verdünnungsöl, wobei die genannten Schmierkraftverbesserer aus raffiniertem Schweineschmalz, Ölsäure, Phosphat, Ester mit sterischer Hinderung, Isostearinsäure, oder C&sub1;&sub8; gesättigtem höherem Alkohol und Gemischen daraus ausgewählt sind.
Wir haben gefunden, daß ein ölhaltiges Schmiermittel erhalten wird, wenn die Polymere von entweder einem oder beiden der 2-ethylpolyacrylathexyl-Ester und Methacrylsaurelaurin-Ester mit einer Art oder nicht weniger als zwei Arten von Schmierkraftverbesserern, als Verdünnungsöl, in einem bestimmten Verhältnis vermischt werden, die bei Raumtemperatur flüssig und mit den vorgenannten Polymeren verträglich sind. Als Schmierkraftverbesserer, die bei Raumtemperatur flüssig und mit den oben genannten Polymeren verträglich sind, werden raffiniertes Schweineschmalz, Ölsaure, Phosphat, Ester mit sterischer Hinderung, Isostearinsäure und C&sub1;&sub8; gesättigter höherer Alkohol sowie Gemische derselben verwendet.
Die Erfinder dieser Erfindung führten eine Studie mit einem ölhaltigen Schmiermittel durch, das die geringste Hitzebeständigkeit unter denen aufweist, die in verschiedenen Schmierverfahren verwendet werden, das aber das Verfahren vereinfachen kann und nach der Bearbeitung leicht zu entfernen ist, mit dem Ziel seine Korrosionswirkung auf Metalle zu beseitigen und es mit einer Hitzebeständigkeit zu versehen, vergleichbar mit der, die mit ölhaltigen Schmiermitteln bei konventioneller chemischer Konversionsbehandlung oder Beschichtungsbehandlung erreicht wird, um es dadurch für eine Anwendung beim Ziehen von Stahlrohren geeignet zu machen.
Zuerst entschieden die Erfinder, nochmals die mangelhaften Eigenschaften der konventionellen Schmiermittel zu überprüfen.
(1) Die Korrosionswirkung auf Metalle geht von den Extremdruckadditiven aus, die in den ölhaltigen Schmiermitteln enthalten sind, und sofern ein Extremdruckadditiv vorhanden ist, ist die Korrosion von Metallen unvermeidbar.
(2) Mineralöle und synthetische Schmieröle, die als Basisöl verwendet werden, sind bei hohen Temperaturen und unter hohem Druck stabil, sie weisen jedoch eine extrem geringe Hitzebeständigkeit auf. Aus diesem Grund werden Schmierkraftverbesserer und Extremdruckadditive zugesetzt.
Auf der Grundlage der oben erwähnten Bedingungen begannen die Erfinder ihre Untersuchungen von Verbindungen mit hohem Molekulargewicht, Substanzen, die chemisch stabil sind (nicht reaktiv) und die eine weit größere Hitzebeständigkeit (Grad der Ölfilmfestigkeit) aufweisen, als die konventionellen Mittel, gerade im Grenzschmierbereich (hohe Temperatur, hoher Druck), ohne ein Extremdruckadditiv zu verwenden.
Die Erfinder nahmen an, daß von den Verbindungen mit hohem Molekulargewicht (Polymere), diejenigen mit merklich hohem Molekulargewicht eine hohe chemische Stabilität aufweisen und als Basisöl geeignet sind, und auch, daß einige von ihnen eine große Hitzebeständigkeit aufweisen.
Folglich wurde festgelegt, daß von unzähligen Verbindungen mit hohem Molekulargewicht diejenigen ausgewählt wurden, die nicht aufgelöst werden mußten (die, die bei Raumtemperatur nicht in Form einer Paste, von Puder, Körnern oder Stücken vorliegen). Als Ergebnis wurden vier Arten von Substanzen gefunden, die bei Raumtemperatur flüssig waren, nämlich:
(1) Polybuten, (2) ein Copolymer von Ethylen und α-Olefin, (3) Polybutadien und (4) Butylpolyacrylester.
Dann wurden bei der Untersuchung ihrer physikalischen Eigenschaften (durchschnittliches Molekulargewicht und Viskosität) die Ergebnisse erzielt, die in der Tabelle 1 gezeigt sind. Die vier Arten von Substanzen wurden nachfolgend einem Bauden-Test und einem Ziehtest, als Bestimmungsverfahren für Schmiereigenschaften, unterzogen, und die Resultate sind in den Tabellen 2 und 3 gezeigt. Für den Bauden-Test wurde mit jeder Probe die Oberfläche eines rostfreien Stahls (SUS 304) beschichtet und die Prüftemperatur wurde bei 100ºC gehalten, eine Stahlkugel von 4,76 mm Durchmesser wurde mit einer Last von 2 kg auf die beschichtete Oberfläche gedrückt und es wurde eine hin- und hergehende Bewegung mit einer Geschwindigkeit von 0,8 mm/s ausgeführt. Unter den vorgenannten Bedingungen wurden die verschiedenen Reibungskoeffizienten der Proben ermittelt. Dann wurde der Reibungskoeffizient u zu Beginn und die Anzahl der Reibungen bis zum Erreichen von u = 0,2, als Hitzebeständigkeit, bestimmt. Tabelle 1 (physikalische Eigenschaften) geprüfte Probeagens durchschnittliches Molekulargewicht Viskosität Tabelle 2 (Bauden-Test) Reibungskoeffizient Anzahl der Reibungen bis zum Erreichen von Nicht weniger als Tabelle 3 (Ziehtest) Zustand des Rohrs innere Oberfläche äußere Oberfläche Zustand des Dorns Zuglast Dornschublast

Bemerkungen

1. Auswertung des Rohrzustands

··... ausgedehnte Oxidation
·... leicht oxidiert
*... es wurden metallischer Glanz und Streifen durch Ölfilmrisse beobachtet
... leichte Streifenbildung
#... es wurden keine Abnormitäten beobachtet

2. Zustand des Dorns

··... ausgedehnte Oxidation
·... leicht oxidiert
... es wurde Wolkigkeit beobachtet
#... es wurden keine Abnormitäten beobachtet

3. Zuglast . . . angegeben mit maximaler Zuglast (Brutto-zuglast)

4. Dornschublast . . . angegeben mit maximaler Schublast

5. geprüft unter den Ziehbedingungen IV der Tabelle 13

In der Tabelle 2 beträgt der Reibungskoeffizient u von (4) 0,160, und das ist beachtlich niedriger, als der allgemeine, für Schmierstoffe geeignete maximale Schwellenwert 0,2. Auch die Anzahl der Reibungen, bis der Reibungskoeffizient u den Wert 0,2 erreichte, ist beachtlich größer (100 oder darüber). Auch in der Tabelle 3 zeigt (4) einen bemerkenswert hohen Wert für den Zugtest.
Damit wurde festgestellt, daß von den geprüften Materialien (1) bis (4) nur Butylpolyacrylester von (4) besser war.
Deshalb nahmen die Erfinder an, daß Verbindungen mit hohem Molekulargewicht, mit einer Molekularstruktur ähnlich der von Butylpolyacrylester eine hohe Schmierfähigkeit aufweisen würden und suchten eine, die bei Raumtemperatur flüssig ist, ausgewählt unter den Polyacrylsäuren, Polymethacrylsauren und Copolymeren der Acrylsäureester sowie Methacrylsäureester.
Da Polyacrylsäuren eine niedrige Fließpunkttemperatur haben, obwohl das von der Anzahl der Kohlenstoffe im Esterteil abhängt, sind viele von ihnen bei Raumtemperatur flüssig.
Im allgemeinen haben Polymethacrylsäuren eine hohe Fließpunkttemperatur. Folglich weisen viele von ihnen bei Raumtemperatur Pulverform oder einen festen Zustand auf. Diejenigen von solchen Methacrylsäuren, die bei Raumtemperatur flüssig vorgefunden wurden, waren Polymethacrylsäurelaurinester und 2-ethylpolymethacrylathexylester.
Da die Copolymere von Acrylsäureester und Methacrylsäureester bei Raumtemperatur übermäßig viskos oder im festem Zustand sind, wurde entschieden, daß sie für den Erhalt eines flüssigen Schmiermittels nicht geeignet sind.
Die Tabelle 4 zeigt die physikalischen Eigenschaften (durchschnittliches Molekulargewicht und Viskosität) der ausgewählten hochmolekularen Verbindungen. Die Tabellen 5 und 6 zeigen die Ergebnisse des Ziehtests, durchgeführt im Hinblick auf die Hitzebeständigkeit.
Wie in den Tabellen 5 und 6 gezeigt, ist jede der gemäß Tabelle 4 ausgewählten hochmolekularen Verbindungen im Ergebnis besser, als die kommerziellen Produkte. Das zeigen die besonders guten Resultate (7) und (8). Tabelle 4 Nr. geprüfte Probeagens Durchschnittliches Molekulargewicht Viskosität Butylpolyacrylester Butylpolyacrylatester Ethylpolyacrylatester 2-ethylpolyacrylatester 2-ethylpolyacrylathexylester Polymethacrylsäurelaurinester Tabelle 5 Nummer der geprüften Probeagensen kommerzielles Produkt Ziehtest Zustand des Rohrs innere Oberfläche äußere Oberfläche Zustand des Dorns maximale Zuglast maximale Dornschublast Bemerkungen: 1. Das kommerzielle Produkt ist das Metallbearbeitungsfluid G-755B (Produktname) der Nippon Kosakuyu Co., LTD. Ein Schmieröl zum Ziehen, das gechlortes Paraffin als primäre Komponente enthält; Viskosität bei 100ºC = 30 · 10&supmin;³ Pa · s. 2. Der Test wurde unter den Ziehtestbedingungen I in der Tabelle 13 durchgeführt. Tabelle 6 Nummer der geprüften Probeagensen kommerzielles Produkt Ziehtest Zustand des Rohrs innere Oberfläche äußere Oberfläche Zustand des Dorns maximale Zuglast maximale Dornschublast Bemerkungen: 1. Das kommerzielle Produkt ist das Metallbearbeitungsfluid G-755B der Nippon Kosakuyu Co., Ltd. Ein Schmieröl zum Ziehen, das gechlortes Paraffin als primäre Komponente enthält; Viskosität bei 100ºC = 30 · 10&supmin;³ Pa · s. 2. Der Test wurde unter den Ziehtestbedingungen II in der Tabelle 13 durchgeführt.
Entsprechend den Tabellen 5 und 6 weisen alle hochmolekularen Verbindungen, die entsprechend der Tabelle 4 ausgewählt wurden, im Vergleich zu den kommerziellen Produkten eine hohe Viskosität auf. Deshalb schätzten die Erfinder ein, daß ihre alleinige Verwendung die Bearbeitbarkeit verringern würde. Es muß bemerkt werden, daß bei normalem Betrieb, wenn die kinematischen Viskosität bei 50ºC nicht 1000 mm²/s oder weniger beträgt, die Ölzuführung schwierig zu handhaben ist. Folglich wurde 2-ethylpolymethacrylathexylester von (8) als ungeeignet für die Verwendung angesehen und verworfen, da die Viskosität extrem hoch ist.
Als nächstes wurde eine Untersuchung durchgeführt, mit dem Ziel, die Viskosität zu verringern, ohne die Schmierfähigkeit zu verringern (Hitzebeständigkeit). Als Verfahren zur Verringerung der Viskosität wurde ein Verdünnungsöl in Betracht gezogen, dessen Flammpunkt bei 150ºC oder darüber liegt, und das bei Raumtemperatur bei niedriger Viskosität flüssig ist. Als Verdünnungsöl wird im allgemeinen ein Schmierkraftverbesserer verwendet. Wie zu Beginn gesagt wurde, sind die Schmierkraftverbesserer Fette und Öle, gesättigte und ungesättigte Fettsäuren mit zehn und mehr Kohlenstoffatomen, Fettsäureester, Phosphate, Alkohol und so weiter, aber diejenigen, die bei Raumtemperatur mit geringer Viskosität flüssig sind, und die einen Flammpunkt über 150ºC oder darüber aufweisen, sind zum Beispiel: (a) raffiniertes Schweineschmalz, (b) Ölsäure, (c) Phosphat, (d) Ester mit sterischer Hinderung, (e) Isostearinsäure und (f) C&sub1;&sub8; gesättigter höherer Alkohol, und obwohl (g) Mineralöl als Basisöl verwendet wird, wird es im allgemeinen auch als Verdünnungsöl genommen.
Die oben betrachteten Verdünnungsöle von (a) bis (g) sind praktisch nicht so zu verwenden, wie sie sind, und Ihre Verträglichkeit mit den oben genannten Komponenten (4), (5), (6), (7) und (9), die mit ihnen zu vermischen sind, muß befriedigend sein. Deshalb wurden alle möglichen Kombinationen von (4), (5), (6), (7) und (9) mit (a) bis (g) in Betracht gezogen, sie wurden in einem Verhältnis von 1:1 in Gewichtsprozenten vermischt, und es wurde die Verträglichkeit geprüft. So wurden die in der Tabelle 7 gezeigten Ergebnisse erzielt.
Dann wurde aus der Tabelle 7 bestimmt, daß (7) und (9) eine gute Verträglichkeit sowohl im Bezug auf die Arten der Schmierkraftverbesserer (a) bis (f), als auch mit (g) aufweisen, und daß sie deshalb für die Zwecke dieser Erfindung geeignet sind, und die Reihe der ausgewählten Mischungen wurde auf 2-ethylpolyacrylathexylester von (7) und Polymethacrylsäurelaurinester von (9) eingeschränkt.
Die Schmierkraftverbesserer sind nicht auf (a) bis (f) begrenzt, die oben betrachtet wurden, aber da sie bei Raumtemperatur flüssig und mit den oben erwähnten Polymeren verträglich sind, können sie als Schmierkraftverbesserer in dieser Erfindung verwendet werden.
Darüber hinaus ist die Bedeutung der Schmierkraftverbesserer von der herkömmlicher Fälle verschieden, obwohl sie gemischt sind. Wie in den Tabellen 5 und 6 gezeigt, wirken sie, im Gegensatz zu den konventionellen synthetischen Schmierölen, nicht als Basisöl, da (7) und (9) eine hohe eigene Hitzebeständigkeit aufweisen. Der Schmierkraftverbesserer wird als Verdünnungsöl zugegeben. Tabelle 7 Nummer der geprüften Probeagensen Mineralöl (machine-10) raffiniertes Schweineschmalz Ölsäure Phosphat Ester mit sterischer Hinderung Isostearinsäure C gesättigter höherer Alkohol Bemerkungen: vollkommen verträglich * wolkig-flüssiger Zustand, neigt zum Entmischen · vollkommen in zwei Lagen getrennt
Dem obigen folgend werden mit jedem von 2-ethylpolyacrylathexylester von (7) und Polymethacrylsäurelaurinester von (9) die Komponenten (a) bis (g) entsprechend vermischt. Bei der Verwendung derselben wurden viele Arten von Testölen präpariert, indem das Mischungsverhältnis angepaßt wurde, so daß die Viskosität bei 50ºC ungefähr 80, 150, 300 und 600 mm²/s wurde. Dann wurden die Verträglichkeit und die Hitzebeständigkeit erneut auf der Grundlage des Ziehtests geprüft, und es wurden die Resultate erzielt, die in Tabelle 8, Tabelle 9, Tabelle 10, und Tabelle 11 gezeigt sind.
In Tabelle 8, Tabelle 9, Tabelle 10 und Tabelle 11 sind drei Arten, nämlich (a), (b) und (c) mit 2-ethylpolyacrylathexylester von (7) und Polymethacrylsäurelaurinester von (9) vermischt, das bedeutet aber nicht, daß (d) Ester mit sterischer Hinderung, (e) Isostearinsäure, und (f) C&sub1;&sub8; gesättigter höherer Alkohol ausgeschlossen wurden. Es können alle Schmierkraftverbesserer, die bei Zimmertemperatur flüssig und mit den oben genannten Polymeren verträglich sind, verwendet werden. Tabelle 8 (kinematische Viskosität bei 50ºC ungefähr 80 mm²/s) Nr. der Testölprobe Gewichts-% der Schmiermittelkomponenten Basisöl Verdünnungsöl Ölverbesserer Verträglichkeit kinematische Viskosität bei 50ºC (mm²/s) Ziehtest Bedingung Zustand des Rohrs innere Oberfläche äußere Oberfläche Zustand des Dorns maximale Zuglast maximale Dornschublast Bemerkungen: Die Verträglichkeit ist entsprechend der Tabelle 7 dargestellt. Die Tests wurden unter den Ziehtestbedingungen II und III der Tabelle 13 durchgeführt Tabelle 9 (kinematische Viskosität bei 50ºC ungefähr 80 mm²/s) Nr. der Testölprobe Gewichts-% der Schmiermittelkomponenten Basisöl Verdünnungsöl Ölverbesserer Verträglichkeit kinematische Viskosität bei 50ºC (mm²/s) Ziehtest Bedingung Zustand des Rohrs innere Oberfläche äußere Oberfläche Zustand des Dorns maximale Zuglast maximale Dornschublast Bemerkungen: Die Verträglichkeit ist entsprechend der Tabelle 7 dargestellt. Die Tests wurden unter den Ziehtestbedingungen II und III der Tabelle 13 durchgeführt Tabelle 10 (kinematische Viskosität bei 50ºC ungefähr 80 mm²/s) Nr. der Testölprobe Gewichts-% der Schmiermittelkomponenten Basisöl Verdünnungsöl Ölverbesserer herkömmliches Produkt Verträglichkeit kinematische Viskosität bei 50ºC (mm²/s) Ziehtest Bedingung Zustand des Rohrs innere Oberfläche äußere Oberfläche Zustand des Dorns maximale Zuglast maximale Dornschublast Bemerkungen: Die Verträglichkeit ist entsprechend der Tabelle 7 dargestellt. Die Tests wurden unter den Ziehtestbedingungen II und III der Tabelle 13 durchgeführt Das konventionelle Vergleichsprodukt ist G-755B (Produktname) der Nippon Kosakuyu Co., Ltd. Es ist ein Schmieröl zum Ziehen, das gechlortes Paraffin als Hauptkomponente enthält. Viskosität bei 100ºC = 30 · 10&supmin;³ Pa · s Tabelle 11 (kinematische Viskosität bei 50ºC ungefähr 80 mm²/s) Nr. der Testölprobe Gewichts-% der Schmiermittelkomponenten Basisöl Verdünnungsöl Ölverbesserer Verträglichkeit kinematische Viskosität bei 50ºC (mm²/s) Ziehtest Bedingung Zustand des Rohrs innere Oberfläche äußere Oberfläche Zustand des Dorns maximale Zuglast maximale Dornschublast Bemerkungen: Die Verträglichkeit ist entsprechend der Tabelle 7 dargestellt. Die Tests wurden unter den Ziehtestbedingungen II und III der Tabelle 13 durchgeführt
Es wurde aus den Tabellen 8 bis 11 erkannt, daß ein Oxidieren an den äußeren und inneren Oberflächen des geprüften Materials (gezogene Rohre) weniger auftritt, wenn der Schmierkraftverstärker als Verdünnungsöl beigefügt wird, als es beim Schmieren dann auftritt, wenn das entsprechende Polymer als alleinige Komponente verwendet wird. Besonders die mit Ölsäure oder Phosphat verdünnten sind zum Schmieren besser geeignet, und auch solche, mit hoher Viskosität sind proportional besser in ihrer Wirkung. Im Falle von 80 mm²/s wurde ein leichtes Oxidieren beobachtet. Der Fall, in dem Mineralöl als Verdünnungsöl zugegeben wurde, war unbefriedigend in der Wirkung.
Als nächstes wurde die Hitzebeständigkeit der Proben geprüft, die durch Verdünnen mit einem Verdünnungsöl erhalten wurden (gleiche Gewichtsprozente beim Mischen), hergestellt durch Kombinieren von nicht nur einer Art, sondern nicht weniger als zwei Arten, ausgewählt aus Schweinefett, Ölsäure und Phosphat.
Die Verdünnungsöle (gleiche Gewichts%-Mischung) wurden durch Mischen von nicht weniger als zwei Arten, ausgewählt aus Schweinefett, Ölsäure und Phosphat, hergestellt, und die entsprechenden Verdünnungsöle, die so erhalten wurden, wurden (auch in diesem Falle war das Mischungsverhältnis in Gewichts% zwischen den Komponenten gleich) mit 2-ethylpolyacrylathexylester oder Polymethacrylsäurelaurinester vermischt. Es wurde auch eine Regulierung der kinematischen Viskosität vorgenommen, derart, daß sie bei 50ºC ungefähr 300 mm²/s betrug. Auf diese Weise wurden viele Arten von Testölen hergestellt. Zusammen mit den auf konventionelle Weise erhaltenen Produkten (Schmiermittel) wurden die Testöle durch den Ziehtest, unter den Testbedingungen IV in Tabelle 13 geprüft, und es wurden die in der Tabelle 12 gezeigten Ergebnisse erzielt. Die Testbedingungen IV weisen eine 45,9-prozentige Verringerung des Querschnitts auf und das ist ein Bearbeitungsgrad (Beanspruchung), dicht an der Grenze für das Ziehen von Kohlenstoffstahlrohren in einem Zug. Wenn die Beanspruchung geringfügig erhöht wird, wird das Material zerstört.
Aus den in der Tabelle 12 gezeigten Resultaten wurde gefunden, daß die durch die vorliegende Erfindung geschaffenen Schmiermittel eine Hitzebeständigkeit haben, die im wesentlichen gleich der der herkömmlichen Schmiermittel ist (solche, die durch chemische Konversionsschichten und durch die synthetischen Beschichtungsverfahren erhalten wurden). Es wurde auch gefunden, daß die Metalloberflächen, die bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Schmiermittel erhalten wurden, sauberer waren, als die, die bei der Verwendung konventioneller Schmiermittel erhalten wurden, wenn die äußere Metalloberfläche des Stahlrohrs nach dem Ziehen unter Verwendung von Schmiermitteln entsprechend der vorliegenden Erfindung mit solchen Metalloberflächen verglichen wurden, die unter Verwendung konventioneller Schmiermittel gezogen wurden.
Durch die obigen Resultate wurde bestätigt, daß die Proben, die durch Vermischen des Verdünnungsöls hergestellt wurden, das aus einer einzigen Komponente besteht, ausgewählt aus Ölsäure, Schweinefett und Phosphat, die die Schmierkraftverstärker darstellen, oder die aus zwei oder mehr Komponenten, zusammengesetzt sind, ausgewählt aus den obigen Schmierkraftverstärkern mit entweder 2-ethylpolyacrylathexylester oder Polymethacrylsäurelaurinester, eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit aufweisen, verglichen mit derjenigen von Schmiermitteln, die durch chemische Konversionsbeschichtungen oder Harzbeschichtungen hergestellt sind.
Da darüber hinaus 2-ethylpolyacrylathexyl-Ester und Polymethacrylsäurelaurin-Ester miteinander verträglich sind, kann das Verdünnungsöl, bestehend aus einer einzigen Komponente, oder den kombinierten Komponenten, ausgewählt aus Ölsäure, Schweineschmalz und Phosphat, mit einer Mischung aus 2-ethylpolyacrylathexyl-Ester und Polymethacrylsäurelaurin-Ester vermischt werden. Tabelle 12 (Ziehtest) Nr. des geprüften Öls Zusammensetzung des Verdünnungsöls Basisöl Zustand des Rohrs Oberfläche innen außen Zustand des Dorns max. Zugbelastung max. Dornbelastung Viskosität bei 50ºC (mm²/s) Ölsäure und Schweinefett Ölsäure und Phosphat Schweinefett und Phosphat Ölsäure, Schweinefett und Phosphat Stand der Technik Phosphat als Basis und Natriumstearin Harzbeschichtungsverfahren Bemerkungen: 1. Die Verträglichkeit ist in der gleichen Weise dargestellt wie in der Tabelle 7. 2. Die Basisöle 7 und 9 entsprechen der Tabelle 4. 3. Die Verdünnungsöle (h), (a), (b), (c) und (d) entsprechen der Tabelle 8. Tabelle 13 (Zusammenstellung der Ziehtestbedingungen) Geprüftes Probenmaterial Qualität: Kohlenstoffstahlrohr für mechanische Konstruktionen 0,2% C (STKM-13C) Hauptrohrmaße: Außendurchmesser 25,4 mm Wandstärke 2,5 mm Beölung: getaucht Bedingungen Abmessungen nach dem Ziehen (Außendurchmesser · Wandstärke) Querschnittsreduzierung Dorn Ziehgeschwindigkeit sphärischer Dorn
Wie aus den Tabellen 8 bis 11 zu erkennen ist, wird die Schmierfähigkeit der Polymere verringert, wenn das Mineralöl hinzugefügt wird. Bei der Querschnittsverringerung bei Metallblechen zum Beispiel sind jedoch, im Vergleich zum Ziehen von Stahlrohr, die Schmierbedingungen beachtlich leichter. Wenn deshalb ein extrem billiges Mineralöl hinzugefügt werden kann, ohne daß eine signifikante Verschlechterung der Schmierfähigkeit verursacht wird, ist es möglich, das Mineralöl als Füller zu verwenden (Verlängerungsagens) und deshalb ist das wirtschaftlich. Folglich wurde die Möglichkeit des Zumischens von Mineralöl im Bezug auf die Schmierfähigkeit der Polymere bezüglich der Hitzebeständigkeit bei der plastischen Kaltbearbeitung untersucht, um es für die Durchführung der plastischen Kaltbearbeitung verwendbar zu machen, bei einer Hitzebeständigkeit, die größer ist, als die der gezeigten konventionellen ölhaltigen Schmiermittel, obwohl sie geringer ist, als die der gezeigten konventionellen chemischen Konversionsschicht-Schmierung und der synthetischen Harzschicht-Schmierung.
Für den oben erwähnten Zweck stellten die Erfinder Testöle her, indem ferner Mineralöle in verschiedenen Verhältnissen mit ölhaltigen Schmiermitteln vermischt wurden, die durch das Mischen des obengenannten Verdünnungsöls mit 1-ethylpolyacrylathexylester erhalten wurden. Dann wurde beim Durchführen eines Querschnittsreduzierungstests (Ziehen) die Beziehung zwischen der Verringerung der Schmierfähigkeit und dem Verhältnis des zugefügten Mineralöls geprüft. Die Resultate sind In der Tabelle 14 gezeigt. Wie in dieser Tabelle zu erkennen ist, hat jedes Testöl einen Schmierfähigkeitsbereich, der bestens für die Querschnittsreduzierung (Ziehen) von Metallblech geeignet ist, wenn er in Übereinstimmung mit dem Mischungsverhältnis bestimmt wurde. Tabelle 14 (Querschnittsreduzierungstest) Rohlingsdurchmesser (mm) Reduzierungsverhältnis = Rohlingdurchmesser abzüglich Stempeldurchmesser ölhaltiges Schmiermittel Mineralöl Gewichts-% des Testöls Teile Viskosität* herkömmliches Produkt handelsübliches Drucköl Harzbeschichtungsschmierung * kinematische Viskosität bei 50ºC in mm²/s. A. Bemerkungen: 1. Zylinderziehen (Querschnittsreduzierung) Testbedingung Stempeldurchmesser: 40 mm; Schulter: 4,5 mm R Matritzendurchmesser: 42,58 mm; Schulter: 9,1 mm R geprüftes Probenmaterial: spez. 0,8 mm dick (kalt gewalztes Stahlblech) Ziehgeschwindigkeit: 20 m/min Beullast: 700 kg 2. O . . . Ziehen erfolgreich verlaufen; · . . . zerstört 3. kinematische Viskosität bei 50ºC. 4. Für das Produkt gemäß dieser Erfindung wurde die Probe H6 in Tabelle 9 verwendet. 5. Als Verdünnungsöl wurde das Maschinenöl 220 verwendet, das eine ähnliche Viskosität wie H6 in Tabelle 9 hat. 6. Als kommerzielles Drucköl wurde Druck-Maschinenöl Nr. 640 (Metallbearbeitungsfluid) der Nippon Kosakuyu verwendet (Viskosität bei 50ºC 160 mm²/s, mit Chlorschwefelsystem-Extremdruckadditiv gemischt). 7. Für das Harzbeschichtungs-Schmierverfahren wurde ein Harzbeschichtungsschmiermittel mit dem kommerziellen Namen "Lubcoat N-7" von Nippon Kosakuyu verwendet.
Letzlich wurde für die Probematerialien zum Ziehen und für die Querschnittverringerungstests unter Verwendung des Testöls entsprechend dieser Erfindung durch Variieren des Mischungsverhältnisses der entsprechenden obengenannten Komponenten der folgende Versuch durchgeführt. Die Probematerialien wurden in eine wäßrige Lösung von 3% Natriumorthosilikat eingetaucht, das auf 60ºC erwärmt war. Im Ergebnis konnte jede Probe völlig vom Fett befreit werden. Es wurde auch keine Verfärbung oder Korrosion des Stahlmaterials verursacht.
Wie aus der oben gegebenen Beschreibung ersichtlich ist, hat das ölhaltige Schmiermittel für die plastische Kaltverarbeitung von Metallmaterial, das durch diese Erfindung geschaffen wurde, die folgenden Wirkungen:
(1) Obwohl es ein ölhaltiges Schmiermittel ist, hat es eine Hitzebeständigkeit, wie sie bei der Schmierung mittels der chemischen Konversionsbeschichtung und der Beschichtung mit synthetischem Harz zu verzeichnen ist. Folglich kann bei verschiedenen Arten der plastischen Kaltverarbeitung, bei denen die Qualität des resultierenden Produkts durch die Schmierung mittels der chemischen Konversionsbeschichtung und der Beschichtung mit synthetischem Harz sichergestellt wurde, anstelle dieser Beschichtungsschmiermittel das direkte Beölungsverfahren angewendet werden. Deshalb wird die Schmiermittelbehandlung einfach und unproblematisch. Im Ergebnis wird das Verfahren einfacher, als das Verfahren mit der chemischen Konversionsbeschichtung und der synthetischen Harzbeschichtung und ein derartiges direktes Beölungssystem kann auch bei kontinuierlichen Verfahren angewendet werden. Weiterhin sind verschiedene Arten plastisch kaltbearbeiteter Produkte, deren Qualität durch die Schmierung mittels einer chemischen Konversionsbeschichtung oder einer synthetischen Harzbeschichtung sichergestellt wurde, bezüglich der Entfernung des Schmieröls leicht zu behandeln, nachdem sie unter Verwendung des ölhaltigen Schmiermittels bearbeitet wurden. So wird die Metalloberfläche sauberer, als die der Produkte, die unter Verwendung einer Schmierung mittels einer chemischen Konversionsbeschichtung oder einer synthetischen Harzbeschichtung bearbeitet wurden. Auch kann, wenn die Schmierkraft etwas geringer sein kann, wie bei der Querschnittsreduzierung von Metallblechen, Mineralöl als Füller verwendet werden.
(2) Da es nicht nur Extremdruckadditive enthält, sondern auch andere Materialien, die eine hohe Reaktionsfähigkeit haben, korrodiert das Metallmaterial nicht, deshalb können die Mängel der Schmiermittel des Standes der Technik überwunden werden.

Claims

Ölhaltiges Schmiermittel für die plastische Kaltverarbeitung von Metallmaterial, enthaltend die Polymere eines oder beider Ester von 2-Ethyl-Polyacrylat-Hexyl- Ester und Polymethacrylsäure-Laurin-Ester, vermischt mit mindestens einer Art von die Schmierfähigkeit verbessernden Mitteln, die bei Raumtemperatur flüssig sind und als ein Verdünnungsöl in einem bestimmten Verhältnis mit den Polymeren kompatibel sind, wobei die die Schmierfähigkeit verbessernden Mittel ausgewählt werden aus raffiniertem Schweineschmalz, Ölsäure, Phosphat, Ester mit sterischer Hinderung, Isostearinsäure oder gesättigte höhere Alkohole mit 18 C-Atomen und deren Mischungen.