EP0224522B1 - Verfahren zur spanlosen umformung von metallen - Google Patents

Description

• Die Fertigung metallischer Formteile erfolgt häufig durch spanlose Umfor- mung, wobei dem Werkstück ohne oder mit Vorwärmung durch die Einwirkung hoher äußerer Kräfte die gewünschte Form gegeben wird. Arten des span- losen Metallumformens sind z.B. das Draht-, Stangen-, Rohr-, Profil-, Tief- und Abstreckziehen, ferner das Kaltfließpressen, Kaltstauchen, Pilgern, Kalt- und Warmwalzen oder das Schmieden.
• Es ist bekannt, bei der spanlosen Umformung 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 Fettsaürebasis, insbesondere auf Stearinsäurebasis, eingesetzt.
• Bei Verwendung der bekannten Schmiermittel führt die spanlose Umformung von Metallen in vieler Hinsicht zu unbefriedigenden Ergebnissen. Es werden häufig die erwünschten hohen Umformgrade und Umformgeschwindigkeiten nicht erreicht. Auch werden infolge auftretender Kaltverschweißungen und Ziehriefenbildung die erstrebten Maßgenauigkeiten und Oberflächengüten der Werkstücke sowie ausreichend lange Standzeiten der Werkzeuge nicht erzielt. Hinzu kommt, daß bei herkömmlichen Schmiermitteln zur Erreichung eines spürbaren Schmiereffektes oft chlor-, schwefel- und phosphorhaltige Zusatz­stoffe erforderlich sind, durch die die Metalloberflächen verfärbt oder korro­diert werden und die Umwelt stark belastet wird. Die genannten Nachteile treten insbesondere in schwierigeren Fällen der Metallumformung auf, z.B. beim Drahtziehen, Rohrziehen, Profilziehen, Kaltfließpressen oder Gesenk­schmieden von Stählen, vor allem von höherlegierten Stählen. In schwie­rigeren Fällen ist eine Metallumformung unter Verwendung herkömmlicher Schmiermittel in der Regel überhaupt nur möglich, wenn vor der Umformung auf die Werkstückoberfläche zusätzliche 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 er­ folgen (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 beeinträchtigen 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 Metallumformung häufig zur Erzielung akzep­tabler Umformergebnisse nicht aus.
• Aus der EP-A-0 028 384 ist es bekannt, daß Produkte der Luftoxidation von Polymerisaten von Ethylen mit 0, 5 bis 50 Gew.-% anderen olefinischen, sauerstoffhaltigen Comonomeren wachsartige Produkte liefern, die als Haushalts-Bodenpflege­mittel oder auch Gleitmittel für die Kunststoffverarbeitung geeignet sind. Sie weisen die Vorteile auf, aus ihren Emulsionen mit hohem Selbstglanz aufzutrocknen und rutsch­feste Filme zu bilden bzw. bei ihrer Verwendung als Gleit­mittel für die Kunststoffverarbeitung eine hohe Transparenz und hohe Ausstoßraten zu gewährleisten.
• Aus der DE-OS 30 47 915 ist es ferner bekannt, daß durch Oxidation von pulverförmigen oder geschmolzenen Polyolefinen mit schwefelsaurer Chromsäurelösung helle, harte, sauerstoff­haltige Wachsprodukte entstehen.
• Beide genannten Veröffentlichungen erwähnen neben der bevor­zugten Verwendung auf dem Putzmittelgebiet in offensichtlich rein spekulativer Weise zahlreiche andere Möglichkeiten einer Verwendung, ohne dazu nähere Ausführungen zu enthalten oder die tatsächliche Eignung dieser Produkte für alle diese Verwendungen glaubhaft zu machen.
• Das gilt insbesondere für die Erwähnung einer Verwendung als Schmiermittel für die Metallbearbeitung, wobei dieser all­gemeine Begriff die spanabhebende Bearbeitung genauso umfaßt wie die spanlose Bearbeitung. Es ist dem Fachmann jedoch gut bekannt, daß an ein Schmiermittel für die spanlose Metall­bearbeitung ganz andere Anforderungen gestellt werden als an solche für die spanabhebene Metallbearbeitung. Insbeson­dere gibt die offensichtlich rein spekulative Erwähnung einer Eignung als Schmiermittel für die Metallbearbeitung einem Fachmann, der ein Verfahren zur spanlosen Umformung von Metallen, insbesondere auch ein bekanntermaßen schwie­rig durchzuführendes derartiges Verfahren wie Drahtziehen, Rohrziehen, Profilziehen, Kaltfließpressen oder Gesenkschmie­den von Stählen verbessern will, keinerlei Veranlassung, von den noch dazu voneinander deutlich unterschiedlichen Produk­ten der obigen Veröffentlichungen die gewünschte Lösung seines Problems zu erwarten, und ein derartiger Fachmann erhält aus den beiläufigen Bemerkungen der genannten Ver­öffentlichungen keinerlei nacharbeitbare Lehre zum technischen Handeln.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur spanlosen Umformung von Metallen unter Verwendung eines syn­thetischen Schmiermittels, das gegebenenfalls in Verbindung mit Trenn- und/oder Schmiermittelträgerschichten verwendet wird, so zu verbessern, daß bei derartigen Verfahren höhere Umformgrade und höhere Umformgeschwindigkeiten erreichbar werden und Werkstücke erhalten werden können, die höhere Maßgenauigkeiten und bessere Oberflächengüten aufweisen, wobei gleichzeitig längere Standzeiten der Werkzeuge erreicht werden.
• Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst durch ein Verfahren zur spanlosen Umformung von Metallen unter Verwendung eines synthetischen Schmiermittels, das ge­gebenenfalls in Verbindung mit Trenn- und/oder Schmiermittel­trägerschichten verwendet wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Schmiermittel ausgewählt ist aus den Produkten der Luftoxidation von Polymerisaten von 1-Olefinen mit Säure­zahlen zwischen 5 und 150 mg KOH/g, Schmelzviskositäten zwi­schen 5 und 100000 mPa s bei 160°C sowie Schmelzpunkten über 90°C sowie
• Veresterungs- und Verseifungsprodukten dieser Oxidationspro­dukte sowie Gemischen der genannten Substanzen, wobei dieses Schmiermittel in reiner Form oder im Gemisch mit anderen an sich bekannten Mischungsbestandteilen von Schmiermitteln ein­gesetzt wird.
• 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 lassen sich die Umformungen mit deutlich verringertem Ener­gieaufwand und verringerter Umweltbelastung durchführen. Darüber hinaus kann in vielen Fällen die Aufbringung zusätzlicher Trenn- bzw. Schmiermittelträgerschichten vereinfacht werden oder ganz entfallen.
• Die beim erfindungsgemäßen Verfahren als Schmiermittel eingesetzten Oxidate von Polymerisaten von 1-Olefinen sind Oxidate von Homopolymerisaten von C₂-C₁₈-Alkenen mit endständiger Doppelbindung, vorzugsweise der C₂-C₁₂-Alkenen, 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 von Copolymerisaten dieser 1-Olefine miteinander und ferner von Copolymerisaten dieser 1-Olefine mit bis zu 50, vorzugsweise bis zu 30, insbesondere bis zu 20, vor allem aber bis zu 15 Gew.-%, an sauerstoffhaltigen 1-Olefinen.
• In die Luffoxidation eingesetete polymerisate sind z.B. die handelsüblichen Polyethylene, Polypropylene, Poly­butylene usw., wie sie nach bekannten Verfahren, beispielsweise durch Hoch-, Mittel- oder Niederdrukpolymerisation 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 l-Olefi­nen wie Propen, 1-Buten usw. Auch die neuerdings unter der Bezeichnung LLDPE verfügbaren Copolymerisate des Ethylens mit höheren 1-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, Ethacrylsäure, Crotonsäure, Fumarsäure, Maleinsäure, Malein­säureanhydrid Itaconsäure Mesaconsäure oder den Estern dieser Säuren. Es ist möglich, niedermolekulare wachsartige Polymerisate mit Molekülmassen zwi­schen 200 und 20000 (Schmelzviskositäten ca. 5 bis 100000 mPas bei 160°C) und höhermolekulare, kunststoffartige Polymerisate mit Molekülmassen zwi­schen 20000 und 5000000 (Schmelzindices MFI 190/2, 16 ca. 1000 bis 0, 001 g/10 min.) einzusetzen.
• Unter den Oxidationsprodukten der Polymerisate sind Produkte zu verstehen, die durch Luftoxidation der Polymerisate entstehen. Ihre Herstel­lung kann nach bekannten Verfahren erfolgen, z.B. aus niedermolekularen Po­lymerisaten durch Vermischen der polymerisate im geschmolzenen Zustand mit Luft oder besonders vorteilhaft aus höhermolekularen Polymerisaten durch ßehandlung der Polymerisate bei erhöhten Temperaturen mit Luft im festen Zustand oder im geschmolzenen Zustand feinverteilt in einem inerten Dispersionsmittel. Ein derartiges Verfahren ist in der DE-OS 20 35 706 beschrieben. Die Oxidate weisen Säurezahlen zwischen 5 und 150, vorzugsweise zwischen 10 und 70, vorteilhaft zwischen 15 und 50, insbesondere zwischen 20 und 45 mg KOH/g, sowie Schmelzviskositäten zwischen 5 und 100000, vorzugsweise zwischen 50 und 50000, vorteilhaft zwischen 100 und 30000, insbesondere zwischen 500 und 20000, vor allem zwischen 1000 und 15 000 mPas bei 160°C auf. Ihre Schmelzpunkte liegen über 90, vorzugsweise über 100, insbesondere über 110, vor allem über 115°C. Die Schmelzpunkte der Oxidate von Copolymerisaten liegen eher in den unteren der angegebenen Bereiche. Insbesondere Oxidate mit hohem Gehalt an Dicarbonsäuren (> 10, vorzugsweise >20, vorteilhaft >40, insbesondere >60, vor allem >80 Gew.-%), wie sie bei der Oxidation höhermolekularer Polymerisate (Molekülmassen >5000, vorzugsweise >10000) entstehen, und Oxidate mit gleichzeitig ver­gleichsweise hohen Schmelzpunkten, hohen Schmelzviskositäten, hohen Kri­stallinitäten und hohen Polaritäten besitzen als Schmierstoffe bei der Metall­umformung auch in schwierigeren Fällen hervorragende Eigenschaften.
• Die Veresterungs- und/oder Verseifungsprodukte der Oxidate 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 dann die noch freien Carboxylgruppen teilweise oder vollständig verseift.
• Als Veresterungskomponenten kommen hauptsächlich in Betracht: einwertige C₁- bis C₂₂-Alkanole, zweiwertige Alkohole wie 1, 2-Ethandiol, 1, 2-Propan­diol, 1, 4-Butandiol oder Etheralkohole wie Diethylenglykol und höhere Poly­alkylenglykole, ferner höherwertige Alkohole wie Trimethylolpropan oder Pentaerythrit, gegebenenfalls im Gemisch miteinander. Als Verseifungskom­ponenten werden in der Regel Li⁺, Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Ba²⁺, Zn²⁺, Pb²⁺, Al³⁺, NH₄⁺ und Ammoniumionen organischer Amine in Form ihrer Hydroxide, Carbonate, Acetate, Stearate u.a. Salze eingesetzt, gegebenenfalls im Ge­misch miteinander. Die Durchführung der Veresterung bzw. Verseifung erfolgt im allgemeinen in bekannter Weise durch Verrühren der geschmolzenen Oxi­date mit den Veresterungs- bzw. Verseifungskomponenten, gegebenenfallsin Gegenwart geeigneter Katalysatoren, bis zum gewünschten Veresterungs- bzw. Verseifungsgrad. Ein derartiges Vorfahren ist in der DE-OS 22 01 862 beschnieben. Die Veresterung bzw. Verseifung kann auch durch inniges Vermischen der festen pulverisierten, suspendierten, dispergierten oder gelösten Oxidate mit den festen, suspendierten, dispergierten oder gelösten Reaktionspartnern erfolgen. Bei Verwendung von suspendierten, dispergierten der gelösten Reaktionspartnern kann das entstehende Produkt in feuchter, gegebenenfalls in suspendierter bzw. dispergierter Form, oder nach dem Trocknen in Pulverform für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt wer­en. 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 auch als solche vorteilhaft für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden können.
• Die Verseifungsprodukte, weniger die Veresterungsprodukte, weisen gegenüber den zugrundeliegenden Oxidaten im allgemeinen erhöhte Schmelzpunkte und Schmelzviskositäten auf. Bei den Verseifungsprodukten liegen die Schmelz­punkte über 100, vorzugsweise über 110, insbesondere über 120, vorteilhaft über 130, vor allem über 140°C, die Schmelzviskositäten über 100, vorzugs­weise über 500, insbesondere über 1000, vorteilhaft über 3000, vor allem über 5000 mPas bei 180°C. Für die Veresterungsprodukte gelten eher die un­teren der angegebenen Bereiche. Die Veresterungs- und/oder Verseifungspro­dukte besitzen gegenüber den Oxidaten in bestimmter Hinsicht weiter opti­mierte Schmiereigenschaften durch eine speziell gegebene Kombination von vergleichsweise hohen Schmelzpunkten, hohen Schmelzviskositäten, hohen Kristallinitäten 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 Umformungen von Metallen, z.B. beim Rohrziehen, Profilziehen, Drahtziehen, Pilgern, Walzen, Kaltfließpressen, Stauchen oder Schmieden, vorzugsweise bei schwer verformbaren Metallen wie Stählen, vor allem hochlegierten Stählen, auch Edelstählen, z.B. säurefesten Chrom- und Chrom-Nickel-Stählen.
• Die Oxidate oder die Veresterungs- und/oder Verseifungsprodukte der können für das erfindungsgemäße Verfahren für sich, im Gemisch miteinander oder im Gemisch mit anderen Stoffen als Schmiermittel für die Umformung von Metallen eingesetzt werden. Als ande­re Mischungskomponenten kommen beispielsweise Mineralöle, pflanzliche oder tierische Öle, Fette, Wachse oder Harze sowie Fettsäuren, Fettalkohole, Sei­fen, synthetische Harze oder Öle, vorzugsweise Polyalkylenglykole und deren Derivate, sehr niedermolekulare Polyethylene oder Ester, in Betracht. Ferner können den Schmiermitteln beim erfindungsgemäßen Verfahren übliche Zu­satzstoffe wie Hochdruckwirkstoffe (z.B. chlor-, schwefel- oder phosphor­haltige Substanzen) ferner Pigmente und Füllstoffe (z.B. Kalk, Kreide, Tal­kum, Borax, Soda, Glimmer, Graphit, Molybdändisulfid, Wolframdisulfid, Bor­nitrid, Jod, Glas) Emulgatoren, Tenside, Netzmittel, Verdicker (z.B. Mont­morillonit), Haftverbesserer, Bindemittel, Korrosionsinhibitoren und Antioxi­dantien zur Abrundung der Eigenschaften beigemischt werden.
• Die Oxidate oder die Veresterungs- und/oder Verseifungsprodukte der Oxidate lassen sich für das erfindungsgemäße Verfahren als Schmiermittel in Form von Pulvern, Suspensionen, Dispersionen oder Lösun­gen einsetzen. In Pulverform weisen die Schmierstoffe eine für die Ver­wendung vorteilhafte gute Rieselfähigkeit auf, die im Unterschied zu her­kömmlichen Schmiermitteln auch bei höherer Luftfeuchtigkeit erhalten bleibt. Bei Suspensionen, Dispersionen und Lösungen dienen bevorzugt Wasser, Mineralöle, natürliche oder synthetische Öle und Chlorkohlenwasserstoffe, ge­gebenenfalls im Gemisch miteinander, als Suspensions-, Dispersions- bzw. Lösungsmittel. Als besonders vorteilhaft erweisen sich dabei Polyalkylengly­kole aufgrund einer lösungsvermittelnden Wirkung sowohl bei der Zubereitung der erfindgungsgemäßen Schmierstoffe als auch bei ihrer Wiederentfernung von der Metalloberfläche. Die Herstellung der Suspensionen und Dispersionen kann unter Hinzufügung bekannter ionischer oder nichtionischer Emulgatoren sowie Netzmittel 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 und unter Nachtrocknen des Werkstücks.
• Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei allen Arten der spanlosen Umfor­mung von Metallen vorteilhaft angewandt werden, beispielsweise beim Draht-, Stangen-, Rohr-, Profil-, Tief-, Streck-, und Abstreckziehen oder beim Kaltfließpressen, Kaltstauchen, Prägen, Reduzieren, Pilgern, Walzen, Schneiden und Schmieden. Das Verfahren beschränkt sich nicht auf das Kalt­umformen von Metallen, sondern schließt das Halbwarm- und Warmumformen von Metallen mit ein, z.B. das Warmwalzen, das Gesenkschmieden oder das Strangpressen, insbesondere auch bei Nichteisenmetallen. Besonders zeigen sich die Vorteile der erfindungsgemäßen Arbeitsweise bei den schwierigeren Umformverfahren, z.B. beim Rohrziehen, Profilziehen, Drahtziehen, Rohr­pilgern, Walzen, Kaltfließpressen, Stauchen oder Schmieden.
• Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich vorteilhaft zur Umformung von allen gängigen metallischen Werkstoffen, z.B. von kohlenstoffarmen oder kohlenstoffreichen Stählen, nicht-, nieder- oder hochlegierten Stählen, Edel­stählen, verzinkten, verkupferten oder anderweitig metallisch beschichteten Stählen, Nichteisenmetallen, etwa Magnesium, Aluminium, Kupfer, Messing, Bronze, Zink, Blei, Nickel, Titan, Zirkon, Wolfram und deren Legierungen. Im besonderen kommen die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Umformung schwer umformbarer Metalle zum tragen, z.B. bei austenitischen und ferritischen Stählen, insbesondere bei hochlegierten, vor allem nicht­rostenden Stählen, vorzugsweise Edelstählen, 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 Umformung 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. Schmiermit­telträgerschichten benutzt werden. Dadurch können bei besonders schwierigen Umformungen von Metallen in manchen Fällen weitere Vorteile erzielt wer­ den, beispielsweise beim Ziehen kompliziert geformter Profile aus Edel­stählen oder beim Kaltfließpressen. Dabei genügt im allgemeinen die ein­fachere physikalische Aufbringung der Trenn- bzw. Schmiermittelträger­schichten durch Auftrocknenlassen entsprechender Lösungen bzw. Disper­sionen auf der Werkstückoberfläche (z.B. Kälkung, Boraxierung) zur Erzielung hervorragender Ergebnisse. Die aufwendigere chemische Aufbringung der Trenn- bzw. Schmiermittelträgerschichten durch chemische Reaktion ent­sprechender Lösungen bzw. Dispersionen mit der Werkstückoberfläche (z.B. Phosphatierung, Oxalierung, Verkupferung) 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 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, Phosphor oder Bor enthal­ten, durch die die Eigenschaften der bearbeiteten Werkstoffe, z.B.infolge Verfärbungen und Korrosion, nachteilig beeinflußt werden und die Umwelt stark belastet wird. 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, neutraler oder saurer Reiniger oder auch mittels organischer Lösungsmittel, nach üblichen Reinigungsverfahren rückstandsfrei von der Metalloberfläche entfernen. Ei n 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.
Beispiele 1 bis 8
• Blanker Stahldraht mit einem Kohlenstoffgehalt von 0, 85% wird gezogen, in­dem die in folgender Tabelle aufgeführten Oxidationsprodukte von Polymeri­saten als Schmiermittel eingesetzt werden.

  
• 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.
Beispiele 9 bis 16
• 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 1 bis 8 ausgegangen. Die Oxidationsprodukte werden zunächst in wäßrig-alkalische Dispersionen übergeführt, indem sie im geschmolzenen Zu­stand zusammen mit den nach der Säurezahl berechneten Mengen an Kalium­ hydroxid sowie zusammen mit Emulgatoren (5 Gew.-% ethoxilierterFett­alkohol, bezogen auf Oxidat) in heißem Wasser dispergiert werden. Es werden Dispersionen mit den in folgender Tabelle aufgeführten Eigenschaften er­halten.

  
• 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.
• Gleichartige Ergebnisse werden mit den oben aufgeführten Schmiermitteln erzielt, wenn sie zum Ziehen von Edelstahlrohren eingesetzt werden. Mit her­kömmlichen Schmiermitteln lassen sich annähernd gleich gute Ergebnisse nur erreichen, wenn stark umweltbelastende und korrodierende Schmiermittel auf Basis Chlorparaffin herangezogen werden oder wenn die Rohre zunächst durch Oxalierung in aufwendiger Weise vorbehandelt und dann mit speziellen Fettsäureseifen nachbehandelt werden.
• Werden die erfindungsgemäßen Schmierstoffe unter Zusatz geringer Mengen an Polyalkylenglykolen eingesetzt, so lassen sie sich nach erfolgter Umfor­mung besonders leicht wieder von der Metalloberfläche entfernen.
Beispiele 17 bis 24
• 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.

  
• 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.
Beispiele 25 bis 32
• Die Schmiermittel aus den Beipielen 26 bis 33 werden jeweils zusammen mit 30 Massen-% Polyethylenglykol, bezogen auf das Schmiermittel, in einem paraffinischen Mineralöl mit der Viskosität 168 mm²/s (20°C) bei einer Tem­peratur von 130°C gelöst. Auf diese Weise werden 8 Schmiermittel in Öl­phase erhalten, die zum Ziehen von Stahlrohren der Werkstoffqualität St 35 eingesetzt werden. Es werden folgende Ergebnisse erzielt:

  
• Mit herkömmlichen Schmiermitteln werden vergleichbar gute Ergebnisse nur erzielt, wenn auf die Rohre vor Zugabe des Schmiermittels in aufwendiger Weise eine Trenn- bzw. Trägerschicht auf Zinkplhosphatbasis aufgebracht wird.
Beispiele 33 bis 40
• Die Schmiermittel aus den Beispielen 17 bis 24 werden jeweils in einem flüssigen Polyglykol, das aus Ethylenoxid- und Propylenoxid-Einheiten aufge- baut ist, suspendiert. Die so erhaltenen flüssigen Schmiermittel werden zum Ziehen von Edelstahlrohren eingesetzt (= Beispiele 33 bis 40). Es werden bei niederen Ziehkräften hohe Umformgrade (bis zu 51%) und ausgezeichnete Oberflächenqualitäten erreicht. Innerhalb der Versuchsreihe ergibt sich die gleiche Qualitätsabstufung wie bei den Beispielen 25 bis 32. Die Schmiermit­tel zeichnen sich insbesondere auch durch eine leichte Entfernbarkeit von der Metalloberfläche nach erfolgter Umformung aus.
Beispiel 41
• Ein zylinderförmiger Stahlkörper der Werkstoffqualität St 35 wird durch Kaltfließpressen in eine Hülse übergeführt. Als Schmiermittel wird eine wäßrige Dispersion eines Polyethylenoxidates mit der Säurezahl 26, der Ver­seifungszahl 40, dem Schmelzpunkt 118°C, dem Dicarbonsäuregehalt von 84% und der Schmelzviskosität 1350 mPas bei 160°C eingesetzt. Die Umformung läuft mit vergleichsweise geringer Stempelkraft und minimaler Auswurfkraft ab und führt zu einem maßgenauen Formteil mit hoher Oberflächenquali­tät.Wird auf den Stahlkörper vor der Zugabe des Schmiermittels eine Schmier­mittelträgerschicht auf Zinkphosphatbasis aufgebracht, so werden nur un­wesentlich bessere Umformergebnisse erzielt.
• Mit einem herkömmlichen Schmierstoff auf Fettsäureseifen-Basisist der Kaltfließpreßvorgang nur durchführbar, wenn der Stahlkörper vorher zusätz­lich mit einer Schmiermittelträgerschicht auf Zinkphosphatbasis versehen wurde.
Beispiel 42
• Ein Polyethylenoxidat mit der Säurezahl 68, der Verseifungszahl 99, dem Tropfpunkt 110°C, dem Dicarbonsäuregehalt von 93% und der Schmelzviskosi­tät 150 mPas bei 140°C wird durch Verrühren der Oxidatschmelze mit der halben äquivalenten Menge Calciumhydroxid verseift. Man erhält ein Versei­fungsprodukt mit der Säurezahl 32, der Verseifungszahl 72, dem Tropfpunkt 107°C und der Schmelzviskosität 1500 mPas bei 140°C. 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 Umformergebisse erzielt.
• Bei Benutzung herkömmlicher Schmiermittel auf Fettsäureseifen-Basis ist ein Ziehen des Profils ohne vorheriges Aufbringen einer Trenn- bzw. Träger­ schicht 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.
Beispiel 43
• Ein Polyethylenoxidat mit der Säurezahl 68, der Verseifungszahl 99, dem Tropfpunkt 110°C, der Schmelzviskosität 150 mPas bei 140°C und der Mole­külmasse 1700 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 104°C und der Schmelzviskosität 250 mPas bei 140°C, das in Pulverform als Schmiermittel zum Kaltumformen eines Vierkantstabes aus Edelstahl in einen Sechskantstab 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 140°C. 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. Gleich gute Ergebnisse werden erzielt, wenn das oben benutzte, nur veresterte Schmiermittel unter Zumischung von Füllstoffen (Talkum, Kalk) eingesetzt wird.

Claims (9)

1. Verfahren zur spanlosen Umformung von Metallen unter Verwendung eines synthetischen Schmiermittels, das gegebenen­falls in Verbindung mit Trenn- und/oder Schmiermittelträger­schichten verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel ausgewählt ist aus den Produkten der Luftoxida­tion von Polymerisaten von 1-Olefinen mit Säurezahlen zwischen 5 und 150 mg KOH/g, Schmelzviskositäten zwischen 5 und 100000 mPa s bei 160°C sowie Schmelzpunkten über 90°C sowie Veresterungs- und Verseifungsprodukten dieser Oxidationspro­dukte sowie Gemischen der genannten Substanzen, wobei dieses Schmiermittel in reiner Form oder im Gemisch mit anderen, an sich bekannten Mischungsbestandteilen von Schmiermitteln ein­gesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Produkte der Luftoxidation die Oxidationsprodukte von Polymerisaten sind, die ausgewählt sind aus

- Homopolymerisaten von C₂-C₁₈-Alkenen mit endständiger Doppelbindung, vorzugsweise C₂-C₁₂-Alkenen und insbesondere von Ethen, Propen, 1-Buten, 3-Methyl-1-buten, 1-Penten, 1-Hexen und 1-Octen,

- Copolymerisaten derartiger 1-Olefine miteinander und

- Copolymerisaten derartiger 1-Olefine mit bis zu 50 Gew.-% an sauerstoffhaltigen 1-Olefinen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Herstellung der Oxidationsprodukte verwendeten Poly­merisate höhermolekulare Polymerisate mit Molekülmassen von mehr als 5000 und vorzugsweise mehr als 10000 sind.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidationsprodukte Säurezahlen zwi­schen 10 und 70 KOH/g, Schmelzviskositäten zwischen 50 und 50000 mPa s bei 160°C, Schmelzpunkte über 100°C sowie einen Dicarbonsäuregehalt über 10 Gew.-% aufweisen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Veresterungsprodukte der Oxidations­produkte mit ein- oder mehrwertigen Alkoholen verestert sind und die Verseifungsprodukte Verseifungsprodukte mit ein- bis dreiwertigen Metallionen oder mit Ammoniumionen sind.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Veresterungs- und Verseifungsprodukte der Oxidationsprodukte durch Vermischen der pulverisierten festen, suspendierten, dispergierten oder gelösten Oxidations­produkte mit den festen, suspendierten, dispergierten oder gelösten Veresterungskomponenten bzw. Verseifungskomponenten in fester, suspendierter, dispergierter oder gelöster Form hergestellt und in fester, suspendierter, dispergierter oder gelöster Form eingesetzt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Veresterungs- und Verseifungsprodukte Schmelzpunkte über 100°C sowie Schmelzviskositäten bei 180°C über 100 mPa s aufweisen.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel im Gemisch mit Mischungsbestandteilen eingesetzt wird, die ausgewählt sind aus der Gruppe, be­stehend aus Mineralölen, pflanzlichen oder tierischen Ölen, Fetten, Wachsen oder Harzen, Fettsäuren, Fettalkoholen, Seifen, synthetischen Harzen oder Ölen, Polyalkylenglykolen oder deren Derivaten, Hochdruckwirkstoffen, Pigmenten, Füllstoffen, Emulgatoren, Tensiden, Netzmitteln, Ver­dickern, Haftverbesserern, Bindemitteln, Korrosionsshutz­mitteln und Antioxidantien, sowie Mischungen von zwei oder mehr dieser Mischungsbestandteile.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel im Gemisch mit einem Suspensions-, Dispersions- bzw. Lösungsmittel eingesetzt wird, das aus­gewählt ist aus einer Gruppe, die besteht aus Wasser, Mineralölen, natürlichen oder synthetischen Ölen, Poly­alkylenglykolen oder Chlorkohlenwasserstoffen, sowie Mischungen von zwei oder mehr dieser Mittel.