DE4212667A1 - Pulverfoermiges schmiermittel zur verwendung beim schmieden von aluminiumlegierungen - Google Patents

Pulverfoermiges schmiermittel zur verwendung beim schmieden von aluminiumlegierungen

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Description

Für die vorliegende Anmeldung wird die Priorität der japanischen Patentanmeldung 176539/1991 vom 17. Juli 1991 in Anspruch genom­ men.
Die Erfindung betrifft ein pulverförmiges Schmiermittel, welches beim Kaltschmieden, Warmschmieden oder Heißschmieden von Aluminiumlegierungen verwendet und zu diesem Zweck mit Hilfe von herkömmlichen Sprühverfahren oder einem elektrostatischen Sprühverfahren auf die Metallform oder die Legierung gesprüht wird.
Schmiedeteile finden sehr häufig Anwendung für Teile in Flugzeugen, Fahrzeugen, elektrischen Anlagen etc., wobei man im Zuge der Verringerung des Gewichts des Materials zunehmend von Eisen auf Leichtmetall übergeht, zum Beispiel auf Aluminiumlegierungen. Beim Schmieden wird das Schmiermittel oder Schmieröl zwischen Metallform und Werkstoff eingebracht und so das Aneinanderhaften von Werkstoff und Metallform verhindert und das Herauslösen des Schmiedestücks aus der Form erleichtert.
Als Schmiermittel beim Schmieden von Aluminiumlegierungen werden im allgemeinen öllösliche Schmiermittel verwendet, denen Graphit und wasserlösliche Schmiermittel beigemengt werden, die aus synthetischem Ester, Silikonöl, Graphit, Hochdruckzusatz und oberflächenaktiven Mitteln bestehen.
Im Zuge der Weiterentwicklung der Schmiedetechniken für Aluminiumlegierungen und im Rahmen der Verringerung des Gewichts verschiedener Teile hat sich in den letzten Jahren zunehmend die Notwendigkeit eines Schmiermittels gezeigt, das die Herstellung von Produkten hoher Qualität und sehr guter Bearbeitbarkeit erlaubt. Herkömmliche Schmiermittel können diese Anforderungen nicht erfüllen. Bei öllöslichen Schmiermitteln zeigten sich zum Beispiel Probleme wie Rauchbildung, Verschmutzung der Werkstätte, Entzündungsgefahr etc. Bei wasserlöslichen Schmiermitteln sind die Probleme dergestalt, daß nach deren Verwendung das Abwasser behandelt werden muß, um so die Wasserverschmutzung zu kontrollieren, was durch die für diesen Zwecke notwendigen Anlagen hohe Kosten mit sich bringt. Demzufolge bestand ein dringender Bedarf eines neuartigen Schmiermittels zur Verwendung beim Schmieden von Aluminiumlegierungen.
Damit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein pulverförmiges Schmiermittel zur Verwendung beim Schmieden von Aluminiumlegierungen zur Verfügung zu stellen, das bei gleichzeitiger Umweltfreundlichkeit die Herstellung von Produkten hoher Qualität und guter Bearbeitbarkeit erlaubt.
Diese Aufgabe wird bei einem Schmiermittel nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 erfindungsgemäß durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.
Dazu weist das Schmiermittel gemäß vorliegender Erfindung, die auf der Grundlage detaillierter Studien und systematischer Experimente unter Berücksichtigung der vorstehend genannten Situation gemacht wurde, eine Mischung aus einem pulverförmigen oder granulierten Schmiermittelbasismaterial auf, das zusammengesetzt ist aus einer anorganischen Verbindung, die als Schmiermittel in fester Form verwendet wird, und einer organischen Verbindung, die dem Schmiermittelbasismaterial eine haftende Wirkung verleiht, wobei beide pulverförmige oder granulierte Beschaffenheit aufweisen oder das Schmiermittelbasismaterial mit der organischen Verbindung beschichtet ist.
Das herausragendste Merkmal vorliegender Erfindung ist die pulverförmige oder granulierte Beschaffenheit des Schmiermittelbasismaterials.
Effektiv ist es, den Anteil der organischen Verbindung im Verhältnis zur anorganischen Verbindung in einem Bereich von 0,1 bis 50 Gewichtsprozent zu wählen. Der Grund dafür ist, daß die Haftwirkung der anorganischen Verbindung an den Innenseiten der Metallform nicht ausreicht, wenn der Anteil kleiner ist als 0,1 Gewichtsprozent. Ist der Anteil dagegen größer als 50 Gewichtsprozent, kommt es zu Rauchbildung und zu einem Schrumpfen, wodurch das Schmiedestück nur schwer aus der Metallform zu lösen ist, das heißt, die Schmierwirkung und die Maßgenauigkeit des Produkts werden herabgesetzt.
Für das erfindungsgemäß zu verwendende Schmiermittelbasismaterial gibt es keine Einschränkungen, vorausgesetzt, daß es aus einer festen anorganischen Mischung gebildet ist, die als Schmiermittel verwendet wird. Vorzugsweise verwendet man hierfür Bornitrid, Fluorid, Talk, Mika, Metalloxyde, Siliziumnitrid, Borverbindungen, Schwefelverbindungen und Phosphorverbindungen. Jedoch ist auch die Anwendung anderer bekannter Festschmierstoffe möglich, wie sie bisher als Schmiermittel verwendet wurden, wie zum Graphit, Molybdändisulfid etc. Diese anorganischen Verbindungen zeigen pulverförmige oder granulierte Beschaffenheit, und es wird entweder nur eine Art derselben oder aber es werden zwei oder mehrere Arten davon in kombinierter Form verwendet.
Auch gibt es keine besonderen Einschränkungen, was die erfindungsgemäß verwendeten organischen Verbindungen betrifft, sofern diese über Eigenschaften verfügen, die den vorgenannten anorganischen Verbindungen eine haftende und sich verteilende Wirkung verleihen. Im allgemeinen verwendet man hierfür Metallseife, hochmolekulare Verbindungen und flüssige oder pastenförmige Verbindungen, die durch eine Cyclodextrinverbindung pulverisiert oder granuliert werden. Für die Metallseife wird vorzugsweise ein mit Natrium, Kalzium, Aluminium, Barium, Lithium, Kalium, Magnesium oder Zink erweitertes Karbonsäuregerüst verwendet. Für die hochmolekulare Verbindung dienen vorzugsweise Polyethylen, Polypropylen, Epoxidharz, Silikonharz, Naturwachs, Phenolharz, Acrylharz, Alkydharz, Urethanharz, Styrolharz oder Fluorkunststoff. Synthese-Ester, natürliche Fette, Mineralöle, Silikonöl, Polyphenylether, Polyalkylenglykol oder Ethylen-Propylen-Copolymer werden vorzugsweise für die flüssige oder pastenförmige Verbindung verwendet. Diese organischen Verbindungen werden mit dem Schmiermittelbasismaterial in pulverisierter oder granulierter Form oder in einem erwärmten schmelzflüssigen Zustand vermengt. Demzufolge werden bei dem erfindungsgemäßen Schmiermittel sowohl das Schmiermittelbasismaterial als auch die organische Verbindung in pulverisierte oder granulierte Form gebracht, oder das pulverisierte oder granulierte Schmiermittelbasismaterial wird mit der organischen Verbindung beschichtet. Es wird entweder nur eine Art der vorgenannten organischen Verbindungen verwendet, oder aber es werden zwei oder mehrere Arten davon in kombinierter Form verwendet. Die Metallseife, die hochmolekulare Verbindung und die pulverisierte flüssige oder pastenförmige Verbindung können kombiniert und verwendet werden.
Das Schmiermittelbasismaterial des erfindungsgemäßen pulverförmigen Schmiermittels zur Verwendung beim Schmieden von Aluminiumlegierungen ist zumindest pulverförmig oder granuliert. Deshalb ist es selbst dann schwer löslich, wenn es während des Schmiedevorgangs einer Wärmeeinwirkung unterzogen ist. Das Schmiedestück kann leicht aus der Metallform herausgenommen werden, und Gaseinschluß in dem Schmiedestück wird verhindert, wodurch die Genauigkeit und Qualität des Produkts verbessert werden.
Da das erfindungsgemäße Schmiermittel pulverisiert oder granuliert ist und auch kein Wasser enthält, kommt es im Gegensatz zu wasser­ löslichen Schmiermitteln nach der Benutzung zu keiner Wasserverschmutzung. Auch wird die Arbeitsumgebung nicht verschmutzt, wie das bei öllöslichen Schmiermitteln der Fall ist. Die Kosten für die Behandlung des Abwassers und für den Schutz der Umgebung vor Verschmutzung werden eingespart. Das erfindungsgemäße Schmiermittel enthält darüber hinaus keine öligen Stoffe, weshalb Rauchbildung und Brandgefahr ausgeschlossen sind und entsprechende Sicherheit gegeben ist.
Da das Schmiermittelbasismaterial des erfindungsgemäßen Schmiermittels zumindest über pulverförmige oder granulierte Beschaffenheit verfügt, läßt sich der Werkstoff (Aluminiumlegierung) zuverlässig von der Innenseite der Metallform lösen, wobei der Spielraum zwischen Werkstoff und Metallform dem Körnchendurchmesser der Pulver- oder Granulatpartikel des Schmierstoffbasismaterials rund um den Bereich der Metallform entspricht, an dem das Schmiermittel haftet. Da das Schmiermittel gleichmäßig an der Innenseite der Metallform haftet, wird ein direkter Kontakt zwischen Werkstoff und Innenseite der Metallform und damit ein Aneinanderhaften während der plastischen Verformung verhindert. Die Abnutzung der Metallform läßt sich kontrollieren und die Bearbeitbarkeit verbessern.
Das erfindungsgemäße Schmiermittel zur Verwendung beim Schmieden von Aluminiumlegierungen, das aus einer Mischung der organischen Verbindung mit dem eine organische Verbindung aufweisenden Schmiermittelbasismaterial besteht, ist dergestalt, daß zumindest das Schmiermittelbasismaterial über pulverförmige oder granulierte Beschaffenheit verfügt. Deshalb läßt sich die Verformungsrate der Aluminiumlegierung während der plastischen Verformung minimieren, ein Aneinanderhaften zwischen Werkstoff und Metallform wird verhindert, und es lassen sich Schmiedeprodukte hoher Qualität erzeugen. Darüber hinaus ist auch eine vollständige Kontrolle der Umweltbelastung während des Schmiedevorgangs und danach möglich.
Speziell die Qualität der hergestellten Schmiedeprodukte läßt isch verbessern, indem der Anteil der organischen Verbindung im Verhältnis zur anorganischen Verbindung in einem Bereich von 0,1 bis 50 Gewichtsprozent gewählt wird. Darüber hinaus läßt sich der vorstehend genannte Effekt noch verstärken, wenn Bornitrid, Fluorid, Talk, Mika, Metalloxide, Siliziumnitrid, Borverbindungen, Schwefelverbindungen und Phosphorverbindungen für die anorganische Verbindung und Metallseife, die das mit Natrium, Kalzium, Aluminium, Barium, Kalium, Magnesium oder Zink erweiterte Karbonsäuregerüst aufweist, oder die hochmolekulare Verbindung wie Polyethylen, Polypropylen, Epoxidharz, Silikonharz, Naturwachs, Phenolharz, Akrylharz, Alkydharz, Urethanharz, Styrolharz oder Fluorkunststoff für die organische Verbindung und Synthese-Ester, natürliche Fette, Mineralöle, Silikonöl, Polyphenylenether, Polyalkylenglykol oder Äthylen- Propylen-Copolymer für die durch eine Cyclodextrinverbindung pulverisierte oder granulierte flüssige oder pastenförmige Verbindung verwendet werden. Dabei kann das für die jeweiligen Schmiedevorgänge am besten geeignete Schmiermittel hergestellt werden durch die Verwendung von zwei oder mehreren Arten der vorgenannten anorganischen und organischen Verbindungen jeweils in kombinierter Form.
Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung, die darauf jedoch nicht beschränkt ist, werden nachfolgend beschrieben.
Es wurden die im folgenden aufgeführten Schmiermittel (A) bis (D) hergestellt und im Rahmen des vorgenannten Schmiedeverfahrens im Zusammenhang mit einer Aluminiumlegierung getestet. Die in der anhängenden Tabelle aufgeführten Werte wurden verglichen und geprüft. Es wurde die hochfeste Legierung JIS 2014 (japanische Industrienorm) verwendet. Die Schmiedetemperatur betrug 390°C, und das Schmiermittel wurde mit Hilfe eines elektrostatischen Sprühverfahrens aufgesprüht.
Aus den Ausführungsformen (A) bis (D) wurden zwei Arten von Gemischen hergestellt, nämlich ein Gemisch, bei welchem die organische Verbindung mit der anorganischen Verbindung in Pulver- oder Granulatform vermengt wurde, und ein Gemisch, bei welchem die organische Verbindung mit der anorganischen Verbindung in einem erwärmten, schmelzflüssigen Zustand vermischt wurde. Die beiden Gemischarten wurden untersucht, wobei die Ergebnisse für beide gleich waren. Eine organische Verbindung, in welcher natürliches Fett im Rahmen eines experimentellen Verfahrens mit einer Cyclodextrinverbindung pulverisiert wurde, wurde für die organische Verbindung in dem Schmiermittel (D) verwendet. Alle anderen Verbindungen waren jedoch marktüblich.
  • (A) Die erste Ausführungsform der Erfindung ist gebildet aus einer Mischung von 90 Teilen Mika (durchschnittliche Teilchengröße 6 Mikron) und 10 Teilen Polyethylen.
  • (B) Die zweite Ausführungsform der Erfindung ist gebildet aus einer Mischung von 70 Teilen Bornitrid, 60 Teilen Mika und 30 Teilen Kalziumstearat.
  • (C) Die dritte Ausführungsform der Erfindung ist gebildet aus einer Mischung von 70 Teilen Talk, 10 Teilen Siliziumnitrid, 10 Teilen natürlichem Wachs und 10 Teilen Zinkstearat.
  • (D) Die vierte Ausführungsform der Erfindung ist gebildet aus einer Mischung von 20 Teilen Bornitrid, 60 Teilen Talk, 5 Teilen Natriumtetraborat und 15 Teilen pulverisiertem natürlichen Fett.
  • (E) Nur Bornitrid (vergleiche erste Ausführungsform).
  • (F) Handelsübliches Schmiermittel für Schmiedeverfahren, zusammengesetzt aus Öl, natürlichem Fett und Graphit (vergleiche zweite Ausführungsform).
  • (G) Handelsübliches Schmiermittel für Schmiedeverfahren, zusammengesetzt aus Carboxylat, synthetischem Wachs, Hochdruckzusatz und oberflächenaktivem Mittel (vergleiche dritte Ausführungsform).
Tabelle

Claims (7)

1. Pulverförmiges Schmiermittel zur Verwendung beim Schmieden von Aluminiumlegierungen, das eine Mischung aus einem pulverförmigen oder granulierten Schmiermittelbasismaterial aufweist, das zusammengesetzt ist aus einer für das Schmiermittel in fester Form verwendeten anorganischen Verbindung und einer dem Schmiermittelbasismaterial eine haftende Eigenschaft verleihenden organischen Verbindung, dadurch gekennzeichnet, daß beide Pulver- oder Granulatform besitzen oder das Schmiermittelbasismaterial mit der organischen Verbindung überzogen ist.
2. Schmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der organischen Verbindung im Verhältnis zur anorganischen Verbindung 0,1 bis 50 Gewichtsprozent beträgt.
3. Schmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganische Verbindung einen oder mehrere der Stoffe Bornitrid, Fluorid, Talk, Mika, Metalloxide, Siliziumnitrid, Borverbindungen, Schwefelverbindungen und Phosphorverbindungen aufweist.
4. Schmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Verbindung eine oder mehrere Arten von Metallseife verschiedener Art, hochmolekularen Verbindungen verschiedener Art und flüssigen oder pastenförmigen Verbindungen aufweist, die durch eine Cyclodextrinverbindung pulverisiert oder granuliert wurden.
5. Schmiermittel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallseife ein mit Natrium, Kalzium, Aluminium, Barium, Lithium, Kalium, Magnesium oder Zink erweitertes Karbonsäuregerüst aufweist.
6. Schmiermittel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die hochmolekulare Verbindung Polyethylen, Polypropylen, Epoxidharz, Silikonharz, natürliches Wachs, Phenolharz, Acrylharz, Alkydharz, Urethanharz, Styrolharz oder Fluorharz aufweist.
7. Schmiermittel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssige oder pastenförmige Verbindung Synthese-Ester, natürliche Fette, Mineralöle, Silikonöl, Polyphenylenether, Polyalkylenglykol oder ein Äthylen-Propylen-Copolymer aufweist.
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