CH660023A5 - Hochtemperaturschmierstoff fuer die spanlose heissumformung von metallen. - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Hochtemperaturschmierstoff für die spanlose Heissumformung von Metallen, enthaltend einen Festschmierstoff und ein rückstandsfrei sich zersetzendes organisches Produkt.
Es ist aus der CH-PS 596 294 ein Hochtemperaturschmiermittel aus Graphit, einem Alkylenpolymerisat oder -mischpolymerisat und einem Dispergiermittel bekannt. Das in derartigen Schmiermitteln angewendete Polymerisat brennt während der Umformung des Metalles rückstandsfrei ab, wobei man davon ausgehen kann, dass anfänglich die Polymerisatschmelze und später deren gasförmigen Zersetzungs-5 produkte schmierwirksam sind.
In der DE-OS 24 30 249 wird ein Hochtemperaturschmierstoff für die Heissumformung von Metallen auf der Basis eines Phosphat-Borat-Glases, eines die Schmierung verbrennenden Zusatzstoffes und eines Treibwirkung auslösen-10 den, rückstandsfrei sich zersetzenden organischen Produktes beschrieben.
Diese bekannten Schmiermittel erbringen an sich hervorragende Schmierleistungen. Für die Anwendung bei hohen Temperaturen, insbesondere bei der Verwendung auf Werk-15 zeugen oder Werkstücken, die Temperaturen von über 350 °C und besonders Temperaturen von 600 °C und darüber aufweisen, war aber ein starkes Abfallen der Schmierleistung zu beobachten.
Die Zusätze von Alkaliphosphatborat-Schmelzprodukten 20 ergeben ein Produkt, das als weiteren Nachteil schlechte Benetzungseigenschaften auf heissen Oberflächen zeigt. Um diesen Nachteil zu beheben, war es notwendig, die Schmiermitteldispersion mit Kieselsäuren zu stabilisieren. Die Kieselsäure ihrerseits hat aber wieder einen schlechten Einfluss auf 25 das Schmierverhalten und die Lebensdauer der Werkzeuge. Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, einen Hochtemperaturschmierstoff vorzuschlagen, der die genannten Nachteile nicht aufweist und bei Temperaturen über 600 °C zu geschlossenen und voll wirksamen Schmierfilmen führt. 30 Erfindungsgemäss wird die Aufgabe mit einem Hochtemperaturschmierstoff nach Anspruch 1 gelöst.
Zweckmässig besteht der anorganische Zusatz aus einer Mischung aus 0,2 bis 25 Gew.-% Borverbindung, 0,2 bis 98,8 Gew.-% Polyphosphat und 1 bis 99,6 Gew.-% Alkalisilikat. 35 Vorzugsweise kommen als Polyphosphate Madrellsche Salze oder Kurrolsche Salze zur Anwendung. Dabei handelt es sich um Verbindungen der Art (NaPCh)n mit n = 6-50000, vorzugsweise 6-10000.
Die Borverbindung kann in löslicher und vorzugsweise in 40 schwerlöslicher oder unlöslicher Form angewendet werden.
Als Borverbindung können beispielsweise Borax, Borsäure, B2O3, KBsOs • 4H2O angewendet werden.
Das zur Anwendung gelangende Alkalisilikat ist bevorzugt ein Natronwasserglas oder Kaliwasserglas mit einem 45 SiCh-Gehalt zwischen 21 und 47 Gew.-%.
Die Anwendung der bevorzugt genannten unlöslichen oder schwerlöslichen Verbindung ist besonders vorteilhaft, im Hinblick auf die Benetzung heisser Oberflächen und insbesondere auf die gleichmässige Schichtdicke des Hochtempeso raturschmierstoffes auf den Werkzeug- und/oder Werk-stücksoberflächen bei Temperaturen über 350 °C und insbesondere bei 600 °C und darüber.
Die Mengenverhältnisse der einzelnen Komponenten können für den Festschmierstoff 1 bis 90 Gew.-%, für das in 55 Wärme rückstandsfrei sich zersetzende organische Produkt 1 bis 50 Gew.-%, für den erfindungsgemässen anorganischen Zusatz 1 bis 80 Gew.-% und für das organische Stabilisie-rangsmittel 0,2 bis 80 Gew.-% betragen.
In einer erfindungsgemässen, vorzugsweisen Ausführung 60 wird das sich rückstandsfrei zersetzende organische Produkt in Schmierstoffen zur Anwendung für Temperaturen bis 350 °C in Mengen von maximal 50 Gew.-%, und sich linear für Temperaturen von 600 °C und darüber auf maximal 5 Gew.-% verringernd, eingesetzt.
65 Typische Schmierstoffe für eine Anwendung bei Temperaturen von 350 °C können demnach 40 bis 90 Gew.-% Festschmierstoff, 10 bis 50 Gew.-% organisches Produkt, 0,2 bis 5 Gew.-% anorganischen Zusatz und 0,2 bis 5 Gew.-% organi-
sches Stabilisierungsmittel enthalten.
Für Schmierstoffe, die bei Temperaturen von 600 0 C und darüber angewendet werden sollen, lautet die Zusammensetzung zweckmässig 10 bis 90 Gew.-% Festschmierstoff, 1 bis 15 Gew.-% organisches Produkt, 10 bis 80 Gew.-% anorganischer Zusatz und 0,2 bis 4 Gew.-% organisches Stabilisierungsmittel.
Als Festschmierstoff können Graphit, M0S2 (Molybdän-disulfid), CaF2 oder BN eingesetzt werden.
Von den Festschmierstoffen führt Graphit zu besonders guten Ergebnissen. Aus der Reihe der Graphite werden solche mit hoher Reinheit, beispielsweise über 96%, und einer durchschnittlichen Korngrösse von nicht mehr als 300 Mikrometer bevorzugt. Die besten Ergebnisse lassen sich mit einem Graphit von 99,5% Reinheit und einer durchschnittlichen Korngrösse von 100 Mikrometer erzielen.
Die sich in Wärme rückstandsfrei zersetzenden organischen Produkte sind beispielsweise Alkylenhomopolymere oder -copolymere. Es werden darunter die Homo- und Copo-lymere von Arylalkenen, a,ß-ungesättigte Säuren und Ester, ß,y-ungesättigten Säuren und Ester, Alkene (Monoolefine, Diolefine usw.), Vinylester, Vinylalkohole, ungesättigte diba-sische Säuren und Ester (Dicarboxalsäuren und -ester), Alkyl-ester und azyklische Säuren und Ester verstanden.
Das Alkylenhomopolymer oder -copolymer kann Polyäthylen, Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Polybutadien, Poyvinylacetat, Poyvinylpropionat, ein Copolymer aus Methylmethacrylat und Styrol, ein Copolymer aus Methylen-methacrylat und Alphamethylstyrol, Polydiallylphthalat, Polypropylen, ein Copolymer aus Styrol und Butadien, Polymethylmethacrylat, ein Copolymer aus Vinylacetat und Dibu-tylmaleinat, ein Copolymer aus Vinylacetat und Aethylen und Polyisobutylen, sein.
Diese Polymere können allein oder im Gemisch unterein-der angewendet werden.
Der Hochtemperaturschmierstoff kann noch eine Reihe weiterer Zusätze enthalten. Dazu gehören mikrobiologisch aktive Komponenten und Netzmittel.
Besonders vorteilhaft an vorliegenden erfindungsgemässen Schmierstoffen ist die völlige Abwesenheit von Kieselsäure, die in der Regel in Form hochdispersen Siliciumoxids vorliegt und bei Zusammensetzungen, die Polyphosphate enthalten, als Stabilisator angewendet werden muss. Die Kieselsäure ist an sich unerwünscht, da sie einen schlechten Einfluss auf das Schmierverhalten und auf die Lebensdauer der Werkzeuge hat.
Bei bekannten Formulationen war das Problem der Stabilisierung des Hochtemperaturschmierstoffes durch ein Ersetzen der Kieselsäure durch beispielsweise Cellulosen oder Polysaccharide nicht zu lösen. In wässriger Suspension neigen derartige Stoffgemiche zum Koagulieren und werden dann unbrauchbar.
Durch die erfindungsgemässe Mischung des anorganischen Zusatzes im Kombination mit den organischen Stabilisatoren konnten diese Nachteile behoben werden.
Als organische Stabilisatoren eignen sich Polysaccharide und Cellulosen, vorzugsweise Alkylcellulosen.
660 023
Erfindungsgemäss soll der Hochtemperaturschmierstoff zum Gebrauch als 5 bis 50 gew.-%ige wässrige Dispersion vorliegen. Die Dispersion weist zweckmässig eine Viskosität von 0,5 bis 15 Pa s bei 10 bis 30 °C auf.
Um die Viskosität der Dispersion zu erreichen, kann schon der im Hochtemperaturschmierstoff enthaltene organische Stabilisator ausreichend sein. Es ist aber auch möglich, durch einen Verdicker oder ein Gemisch von Verdickern die Viskosität zu steuern. Aus der Reine vx>n geeigneten Verdik-kern eignen sich z.B. wasselösliche Polysaccharide, Alkylcellulosen, Polyvinyialkohole, Polyarylate, Polyvinvlpyrrolidon, gegebenenfalls Mineralien, wie Tone.
Wie erwähnt, wird der Hochtemperaturschmierstoff in der Regel in Form einer wässrigen Dispersion angewendet. Die wässrige Dispersion kann auf das Werkzeug und/oder das zu bearbeitende Werkstück, die Temperaturen von 100 bis über 900 °C aufweisen können, aufgetragen werden. Bei der Berührung der heissen Oberflächen verdampft das Wasser, und es bildet sich ein Film gleichmässiger Schichtdicke aus.
Erweist sich der Einsatz einer Dispersion als nicht zweckmässig, so kann der Hochtemperaturschmierstoff auch in pulverisierter Form eingesetzt werden. Dabei wird beispielsweise das Werkzeug und/oder das Werkstück eingepudert oder durch den Schmierstoff gerollt oder gezogen.
Die erfindungsgemässen Schmierstoffe eignen sich besonders für die Anwendung bei Temperaturen um 600 °C und darüber. Die hohe Temperaturstabilität der Schmierstoffe und insbesondere die Stabilität des Schmierfilmes wurden im wesentlichen durch den hohen Anteil an anorganischem Zusatz erreicht.
Der erfindungsgemässe Hochtemperaturschmierstoff eignet sich deshalb beispielsweise für die Schmierung von Werkzeug, z.B. Dorn, Dornstange oder Matrize, und Werkstücken, beispielsweise Luppe oder Rohr, bei der Warmverformung in sogenannten «multiple pipe mills», Konti-Strassen, Pilgerschrittwalzwerken, Asselstrassen, Stossbankanlagen, Stangenpressen oder Anstauchpressen
Beispiel 1
Ein Hochtemperaturschmiermittel wurde hergestellt aus 70 Gew.-% Wasser und 30 Gew.-% schmieraktiven Bestandteilen, bestehend aus 54 Gew.-% kristallinem Graphit mit 96%iger Reinheit, 11 Gew.-% unlöslichem Natriummetaphosphat (Madrellsches Salz), 5 Gew.-% Borax, 10 Gew.-% Natriumsilikat (Wasserglas mit einem Molverhältnis Si02/Na20 = 3,3), 18 Gew.-% Polyäthylen in Pulverform (mit einem Schmelzindex von 70 g/10 Min. (nach ASTM D 1238-73 T), 2 Gew.-% Alkylcellulose.
Das Hochteperaturschmiermittel wies eine Viskosität von 1,9 Pa s, gemessen bei 20° C nach Epprecht mit einem Rhéo-mat 15 der Contraves, auf. Die vorliegende Formulation zeigte die günstigsten Eigenschaften bei relativ niedrigen Anwendungstemperaturen von 20 bis 250° C in Kontistrassen oder Pilgerstrassen.
Die genannte Formulation wurde mittels einer Sprühvorrichtung auf Werkzeuge (z.B. Dorne) gesprüht. Der Reibungskoeffizient war 0,037.
3
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
G
Claims (13)
- 660 023
- 2. Hochtemperaturschmierstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der anorganische Zusatz in Form einer Mischung aus 0,2 bis 25 Gew.-% Borverbindung, 0,2 bis 98,8 Gew.-% Polyphosphat und 1 bis 99,6 Gew.-% Alkalisilikat besteht.2PATENTANSPRÜCHE . 1. Hochtemperaturschmierstoff für die spanlose Heissumformung von Metallen, enthaltend einen Festschmierstoff und ein in der Wärme rückstandsfrei sich zersetzendes organisches Produkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierstoff weiters einen anorganischen Zusatz in Form einer Mischung aus einem schwer- oder unlöslichen Polyphosphat, einer Borverbindung und einem Alkalisilikat und ein organisches Stabilisierungsmittel enthält.
- 3. Hochtemperaturschmierstoff nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Polyphosphate Madrellsche Salze oder Kurrolsche Salze enthalten sind.
- 4. Hochtemperaturschmierstoff nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Borverbindung in schwerlöslicher Form enthalten ist.
- 5. Hochtemperaturschmierstoff nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Borverbindung Borax, Borsäure, B2O3, KBâ08-4H20, allein oder im Gemisch, enthalten sind.
- 6. Hochtemperaturschmierstoff nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Alkalisilikat ein Natronwasserglas oder Kaliwasserglas mit einem SiCh-Gehalt zwischen 21 und 47 Gew.-% angewendet enthalten sind.
- 7. Hochtemperaturschmierstoff nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als organische Stabilisierungsmittel Polysaccharide und Cellulosen, allein oder im Gemisch untereinander, enthalten sind.
- 8. Hochtemperaturschmierstoff nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Cellulosen Alkylcellulosen enthalten sind.
- 9. Hochtemperaturschmierstoff nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierstoff 1 bis 90 Gew.-% Festschmierstoff, vorzugsweise Graphit, 1 bis 50 Gew.-% des rückstandsfrei sich zersetzenden organischen Produktes, 1 bis 80 Gew.-% des anorganischen Zusatzes und 0,2 bis 80 Gew.-% eines organischen Stabilisierungsmittels enthält.
- 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierstoff als wässrige Dispersion mit einer Viskosität von 0,5 bis 15 Pa s bei 10 bis 30 °C vorliegt.10. Hochtemperaturschmierstoff nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierstoff als 5 bis 50 Gew.-% wässrige Dispersion vorliegt.
- 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierstoff 5 bis 50 Gew.-% eines in der Wärme rückstandsfrei sich zersetzenden organischen Produktes enthält.11. Hochtemperaturschmierstoff nach Ansprüchen 1 bis
- 12. Hochtemperaturschmierstoff nach Ansprüchen 1 bis
- 13. Verwendung des Hochtemperaturschmierstoffes nach Ansprüchen 1 bis 12, zum Schmieren von Dornstangen bei der Herstellung nahtloser Rohre und bei Verarbeitungstemperaturen von 400 bis 1100 °C.
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