WO1996020991A1 - Verfahren zur kaltumformung von aluminiumronden - Google Patents

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WO1996020991A1
WO1996020991A1 PCT/EP1995/005128 EP9505128W WO9620991A1 WO 1996020991 A1 WO1996020991 A1 WO 1996020991A1 EP 9505128 W EP9505128 W EP 9505128W WO 9620991 A1 WO9620991 A1 WO 9620991A1
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sodium
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Klaus-Dieter Nittel
Norbert Schwinke-Kruse
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Metallgesellschaft Aktiengesellschaft
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    • C10N2060/04—Oxidation, e.g. ozonisation

Definitions

  • the invention relates to a method for preparing aluminum blanks for cold forming into aluminum cans by applying a lubricant based on fatty acid metal salts to the bare aluminum surface.
  • aluminum cans especially as aerosol cans, is increasing worldwide. They are usually produced in such a way that - starting from an aluminum strip or rod - blanks are first produced, which are then brought into the final shape by deep drawing and ironing.
  • the preparation of a lubricating film plays a special role in preparation for the cold forming of the blanks. On the one hand, it should effectively prevent contact between the blank and the forming tool. On the other hand, it is desirable that residues of lubricating film can be removed as easily as possible after shaping, so that no residues which impair the painting remain.
  • a variety of methods have been proposed for preparing the round blanks for cold forming. You see in essentially two procedures. Either a conversion coating is applied first and then a metal soap, or the lubricant is applied directly to the metallic surface.
  • the first procedure is comparatively complex because of the two-stage pretreatment (conversion treatment and soaping) and the cleaning that follows the deformation in order to remove the remnants of soap and usually also of conversion coatings.
  • the second procedure generally requires complex lubricant formulations and also has the disadvantage that lubricant residues can only be removed with difficulty. In practice, only the application of zinc stearate has prevailed with regard to the second procedure, but this is associated with the disadvantage that the soap residues are difficult to remove.
  • the object of the invention is to provide a method for the preparation of aluminum blanks for cold forming into aluminum cans, which does not have the aforementioned disadvantages of the known methods or lubricants and which removes
  • Lubricant residues are allowed in a simple manner after cold forming.
  • the object is achieved by designing the method of the type mentioned at the outset in accordance with the invention in such a way that a lubricant is applied which is of solid to pasty consistency and is water-soluble, a mixture of fatty acid salts of sodium and potassium in a weight ratio of 3 : 1 to 1: 3 and 1 to 10 wt .-% low molecular weight, neutral reacting compound with free OH group contains.
  • a lubricant which contains fatty acid salt only of sodium or potassium does not adhere almost as well to the aluminum surface as the lubricant used according to the invention.
  • the content of low molecular weight, neutral reacting compound is also significantly involved in the excellent liability.
  • An intensive chemisorptive binding of the free OH group on the aluminum surface may be responsible for this.
  • the free OH group is very likely also a partner for the transfer of reactions between metal and lubricant.
  • Lubricants for the cold forming of metals are known from US Pat. No. 3,392,117, which are mixtures of Na soap with Li, K, NH 4 , Zn, Al, Ca and Mg soaps. Apart from the fact that only a specific selection from these soap mixtures leads to the water-soluble lubricants used according to the invention, the known lubricants - as the examples in particular show - are preferably used in the form of solutions. In addition, the focus is on the treatment of metal workpieces provided with a conversion coating. A special suitability of the lubricant for aluminum workpieces is also not mentioned.
  • the lubricant is usually prepared by reacting the molten fatty acid with the required amounts of sodium and potassium hydroxide dissolved in water. After the saponification is complete, the additive (s) is added at a reduced temperature. Then the water is largely expelled, the product is cooled and ground. - A -
  • the lubricant is generally used in its present form for application to the aluminum blanks. It is at best allowed a slight addition of water, which, however, the consistency of the lubricant may not change over the pasty state 'out. Under no circumstances should a flowable state be achieved.
  • the application of the lubricant is most conveniently carried out by rumming in rolling drums or drums, the discs being brought into intensive contact with the lubricant on all sides by a constant rolling process.
  • a lubricant which, as a low molecular weight, neutral reacting compound with free OH group, water, mono- or polyhydric alcohols with 1 to 4 carbon atoms, in particular ethanol or glycerol, and / or
  • ⁇ -polyolefins containing 12 to 18 carbon atoms in the alkyl chain of fatty alcohol, sodium, potassium or triethanolamine salt of oxidized ⁇ -polyolefins and / or neopentyl glycol.
  • Oxidized ⁇ -polyolefins or their saponification products which are known per se as lubricants or lubricant constituents, are described in EP-B-0 224 522.
  • a further advantageous embodiment of the invention consists in applying the lubricant in an amount of 4 to 15 g / m 2 . Flawless cold forming is guaranteed with this.
  • the lubricant used in the process according to the invention was prepared by first reacting melted hardened tallow fatty acid with sodium and potassium hydroxide dissolved in water in a weight ratio of 9: 4.5 (NaOH: KOH) at 98 to 100 ° C. The temperature was then mixed with the other lubricant components, after which the water was largely driven off, the residue was cooled and ground to a particle size of less than 1000 ⁇ m
  • the lubricant had the following components:
  • Aluminum blanks measuring 27 mm in diameter and 5 mm in height were brought into contact with the lubricant in such a way that the amount of lubricant applied was 8 g / m 2 .
  • the lubricant was produced analogously to Example 1. It contained the following components:
  • the lubricant was applied by rumming aluminum blanks with the dimensions according to Example 1, the lubricant application being 8 g / m 2 .
  • the forming process 1 of the blanks was flawless and the remaining lubricant was easily removed with a weakly alkaline cleaner.
  • the cans were characterized by a high gloss after the shaping and cleaning, which makes the printing appear more beautiful.

Abstract

Bei einem Verfahren zur Vorbereitung von Aluminiumronden für die Kaltumformung zu Aluminiumdosen bringt man auf die blanke Aluminiumoberfläche ein Schmiermittel auf, das von fester bis pastöser Konsistenz und wasserlöslich ist, ein Gemisch von fettsauren Salzen des Natriums und Kaliums im Gewichtsverhältnis 3 : 1 bis 1 : 3 sowie 1 bis 10 Gew.-% niedermolekulare, neutral reagierende Verbindung mit freier OH-Gruppe enthält. Besonders geeignete niedermolekulare, neutral reagierende Verbindung mit freier OH-Gruppe sind Wasser, ein- oder mehrwertige aliphatische Alkohole und/oder Polyethylenglykol mit einem Molekulargewicht von 200 bis 600. Vorzugsweise enthält das Schmiermittel zusätzlich geradkettige oder verzweigte Fettalkoholpolyglykolether, Natrium-, Kalium- oder Triethanolaminsalz von oxidierten α-Polyolefinen und/oder Neopentylglykol.

Description

Verfahren zur Kal umformun von Aluminiumronden
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbereitung von Aluminiumronden für die Kaltumformung zu Aluminiumdosen durch Aufbringen eines Schmiermittels auf Basis fettsaurer Metallsalze auf die blanke Aluminiumoberfläche.
Die Bedeutung von Aluminiumdosen, insbesondere als Aerosoldosen, nimmt weltweit zu. Ihre Herstellung erfolgt üblicherweise derart, daß - von einem Aluminiumband oder -stab ausgehend - zunächst Ronden hergestellt werden, die anschließend durch Tief- und Abstreckziehen in die endgültige Form gebracht werden.
Als Vorbereitung für die genannte Kaltumformung der Ronden spielt die Erzeugung eines Schmierfilms eine besondere Rolle. Er soll einerseits den Kontakt von Rohling und Verformungswerkzeug wirksam verhindern. Andererseits ist es wünschenswert, daß Schmierfilmreste nach der Formgebung möglichst einfach entfernt werden können, so daß keine die Lackierung beeinträchtigenden Rückstände verbleiben.
Zur Vorbereitung der Ronden für die Kaltumformung ist eine Vielzahl von Verfahren vorgeschlagen worden. Sie sehen im wesentlichen zwei Verfahrensweisen vor. Entweder wird zunächst ein Konversionsüberzug und anschließend eine Metallseife aufgebracht oder aber der Schmiermittelauftrag erfolgt direkt auf die metallische Oberfläche. Die erste Verfahrensweise ist wegen der zweistufigen Vorbehandlung (Konversionsbehandlung und Beseifung) und der sich an die Verformung anschließenden Reinigung zwecks E tfernung der Reste von Seife und üblicherweise auch von Konversionsüberzügen vergleichsweise aufwendig. Die zweite Verfahrensweise fordert im allgemeinen aufwendige Schmiermittelformulierungen und hat zudem den Nachteil, daß Schmiermittelreste nur schwierig entfernt werden können. In der Praxis hat sich hinsichtlich der zweiten Verfahrensweise praktisch nur die Applikation von Zinkstearat durchgesetzt, die jedoch mit dem Nachteil der schwierigen Entfernbarkeit der Seifenreste verbunden ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren für die Vorbereitung von Aluminiumronden für die Kaltumformung zu Aluminiumdosen bereitzustellen, das die vorgenannten Nachteile der bekannten Verfahrensweisen bzw. Schmiermittel nicht aufweist und das eine Entfernung von
Schmiermittelresten nach erfolgter Kaltumformung in einfacher Weise gestattet.
Die Aufgabe wird gelöst, indem das Verfahren der eingangs genannten Art entsprechend der Erfindung in der Weise ausgestaltet wird, daß man ein Schmiermittel aufbringt, das von fester bis pastöser Konsistenz und wasserlöslich ist, ein Gemisch von fettsauren Salzen des Natriums und Kaliums im Gewichtsverhältnis von 3:1 bis 1:3 sowie 1 bis 10 Gew.-% niedermolekulare, neutral reagierende Verbindung mit freier OH-Gruppe enthält. Die zur Konzeption der vorliegenden Erfindung vorgenommenen Versuche haben ergeben, daß ein Schmiermittel, das fettsaures Salz lediglich von Natrium oder Kalium enthält, nicht annähernd so gut auf der Aluminiumoberflache haftet wie das erfindungsgemäß eingesetzte Schmiermittel. Ebenso ist der Gehalt an niedermolekularer, neutral reagierender Verbindung maßgeblich an der vorzüglichen Haftung beteiligt. Hierfür ist möglicherweise eine intensive chemisorptive Bindung der freien OH-Gruppe an der Aluminiumoberfläche verantwortlich. Sehr wahrscheinlich stellt die freie OH-Gruppe auch einen Partner für den Reaktionstransfer zwischen Metall und Schmiermittel dar.
Zwar sind aus der US-A-3 392 117 Schmiermittel für die Kaltumformung von Metallen bekannt, die Mischungen von Na-Seife mit Li-, K-, NH4-, Zn-, AI-, Ca- und Mg-Seifen darstellen. Abgesehen davon, daß nur eine gezielte Auswahl aus diesen Seifengemischen zu den erfindungsgemäß eingesetzten wasserlöslichen Schmiermitteln führt, gelangen die bekannten Schmiermittel - wie insbesondere die Beispiele zeigen - vorzugsweise in Form von Lösungen zum Einsatz. Darüber hinaus steht die Behandlung von mit einem Konversionsüberzug versehenen metallischen Werkstücken im Vordergrund. Eine besondere Eignung des Schmiermittels für Werkstücke aus Aluminium ist zudem nicht erwähnt.
Die Herstellung des Schmiermittels geschieht üblicherweise derart, daß man die aufgeschmolzene Fettsäure mit den erforderlichen Mengen von in Wasser gelöstem Natrium- und Kaliumhydroxid zur Reaktion bringt. Nach Abschluß der Verseifung erfolgt bei abgesenkter Temperatur die Zugabe des oder der Zuschlagstoffe(s) . Anschließend wird das Wasser weitgehend ausgetrieben, das Produkt gekühlt und aufgemahlen. - A -
Zur Applikation auf den Aluminiumronden wird das Schmiermittel in der Regel in der vorliegenden Form eingesetzt. Es ist allenfalls ein geringfügiger Zusatz von Wasser zugelassen, wodurch sich jedoch die Konsistenz des Schmiermittels nicht über den pastösen Zustand' hinaus verändern darf. Keinesfalls darf ein fließfähiger Zustand erreicht werden.
Die Aufbringung des Schmiermittels geschieht am zweckmäßigsten durch Rommein in Rollfässern oder Trommeln, wobei die Ronden durch einen ständigen Abrollvorgang intensiv und allseitig mit dem Schmiermittel in Kontakt gebracht werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Schmiermittel eingesetzt, das als niedermolekulare, neutral reagierende Verbindung mit freier OH-Gruppe Wasser, ein- oder mehrwertige Alkohole mit 1 bis 4 C-Atomen, insbesondere Ethanol oder Glycerin, und/oder
Polyethylenglykol mit einem Molekulargewicht von 200 bis 600 enthält. Es hat sich gezeigt, daß die vorgenannten Verbindungen eine besonders hohe Haftung und/oder Reaktivität des Schmiermittels unter Umformbedingungen bewirken.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, ein Schmiermittel aufzubringen, das als weitere Komponente geradkettige oder verzweigte
Fettalkoholpolyglykolether mit 12 bis 18 C-Atomen in der Alkylkette des Fettalkohols, Natrium-, Kalium- oder Triethanolaminsalz von oxidierten α-Polyolefinen und/oder Neopentylglykol enthält. Oxidierte α-Polyolefine bzw. deren Verseifungsprodukte, die als Schmiermittel bzw. Schmiermittelbestandteil an sich bekannt sind, sind in EP-B-0 224 522 beschrieben. Derartige Zusätze, die die Wasserlöslichkeit des Schmiermittels nicht beeinträchtigen, verbessern die Gleiteigenschaften bei der Umformung der Ronden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, das Schmiermittel in einer Menge von 4 bis 15 g/m2 aufzubringen. Damit ist eine einwandfreie Kaltumformung mit Sicherheit gewährleistet.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, Aluminiumronden in einfacher Weise unter Verwendung eines kostenmäßig günstigen Schmiermittels zu Dosen umzuformen. Ein die Qualität der Dosen und die Standzeit der Umformwerkzeuge beeinträchtigender Kontakt zwischen Werkstück und Werkzeug wird mit Sicherheit vermieden. Die erhaltenen Dosen sind in einfacher Weise zu reinigen. Sie zeichnen sich durch einen hohen Glanz aus, was sich auch im Falle einer anschließenden Bedruckung vorteilhaft auswirkt.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele beispielsweise und näher beschrieben.
Beispiel 1
Das im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Schmiermittel wurde hergestellt, indem zunächst aufgeschmolzene gehärtete Taigfettsäure mit in Wasser gelöstem Natrium- und Kaliumhydroxid im Gewichtsverhältnis 9 : 4,5 (NaOH : KOH) bei 98 bis 100"C umgesetzt wurde. Nach Anschluß der Seifenbildung erfolgte bei abgesenkter Temperatur die Vermischung mit den weiteren Schmiermittelkomponenten. Anschließend wurde das Wasser weitgehend ausgetrieben, der Rückstand gekühlt und auf eine Teilchengröße kleiner 1000 μm aufgemahlen. In summarischer Darstellung wies das Schmiermittel folgende Bestandteile auf:
74,5 Gew. -Teile gehärtete Taigfettsäure,
9,0 Gew. -Teile festes Natriumhydroxid,
4,5 Gew.-Teile festes Kaliumhydroxid,
2,0 Gew. -Teile Wasser,
5,0 Gew. -Teile Polyethylenglykol (Molekulargewicht 200),
5,0 Gew. -Teile Natriumsalz von oxidiertem Polyethylen
Aluminiumronden mit den Abmessungen 27 mm Durchmesser, 5 mm Höhe wurden mit dem Schmiermittel derart in Kontakt gebracht, daß der Schmiermittelauftrag 8 g/m2 betrug.
Die auf diese Weise mit dem Schmiermittel versehenen Aluminiumronden wurden anschließend durch Napfrückwärtsfließpressen zu Dosen verformt. Es wurde festgestellt, daß der Verformungsvorgang einwandfrei und ohne Kontakt zwischen Werkstück und Werkzeug durchführbar war und daß die Schmiermittelreste von der Aluminiumdose mit Hilfe eines mildalkalischen Reinigers einfach entfernt werden konnten.
Beispiel 2
Die Herstellung des Schmiermittels erfolgte analog zu Beispiel 1. Es enthielt folgende Bestandteile:
74,5 Gew. -Teile gehärtete Taigfettsäure, 6,8 Gew.-Teile festes Natriumhydroxid, 6,7 Gew.-Teile festes Kaliumhydroxid, 5,0 Gew. -Teile Ethylenglykol,
5,0 Gew.-Teile Stearylalkoholpolyethylenglykolether mit 10 Ethylenoxidgruppen sowie 2,0 Gew. -Teile Wasser
Der Auftrag des Schmiermittels erfolgte durch Rommein von Aluminiumronden mit den Abmessungen gemäß Beispiel 1, wobei der Schmiermittelauftrag 8 g/m2 betrug.
Auch in diesem Fall war der UmformungsVorgang1 der Ronden einwandfrei und das restliche Schmiermittel mit einem schwach alkalischen Reiniger in einfacher Weise zu entfernen. Die Dosen zeichneten sich in allen Fällen nach der Umformung und Reinigung durch einen hohen Glanz aus, welcher die Bedruckung optisch schöner erscheinen läßt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Vorbereitung von Aluminiumronden für die Kaltumformung zu Aluminiumdosen durch Aufbringen eines Schmiermittels auf Basis fettsaurer Metallsalze auf die blanke Aluminiumoberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Schmiermittel aufbringt, das von fester bis pastöser Konsistenz und wasserlöslich ist, ein Gemisch von fettsauren Salzen des Natriums und Kaliums im Gewichtsverhältnis 3:1 bis 1:3 sowie 1 bis 10 Gew.-% niedermolekulare, neutral reagierende Verbindung mit freier OH-Gruppe enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Schmiermittel aufbringt, das als niedermolekulare, neutral reagierende Verbindung mit freier OH-Gruppe Wasser, ein- oder mehrwertige aliphatische Alkohole mit 1 bis 4 C-Atomen und/oder Polyet ylenglykol mit einem Molekulargewicht von 200 bis 600 enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Schmiermittel aufbringt, das geradkettige oder verzweigte Fettalkoholpolyglykolether mit 12 bis 18 C-Atomen in der Alkylkette des Fettalkohols, Natrium-, Kalium- oder Triethanolaminsalz von oxidierten α-Polyolefinen und/oder Neopentylglykol enthält.
4 • Verf hren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das Schmiermittel in einer
Menge von 4 bis 15 g/πr aufbringt.
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