[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erleichterung der Kaltumformung von Metallen
durch Aufbringen eines Schmierstoffilmes.
[0002] Es ist bekannt, zur Erleichterung der Kaltumformung einen Schmierstoffilm auf der
Metalloberfläche zu erzeugen, um dadurch Verschleiß und Reibung von Werkstücken bzw.
Werkzeug zu reduzieren. Der Schmierstoffilm kann z. B. durch ein Schmieröl, dem ggf.
Hochdruckadditive und/oder Viskositätsregler zugegeben sind, gebildet werden, wenn
die Werkstücke einer relativ leichten Umformung unterworfen werden sollen. Bei Werkstücken
mit beabsichtigter starker Umformung ist es hingegen üblich, zunächst ein in organischem
Lösungsmittel gelöstes Harz als Schmierstoff zu applizieren und dann ein Schmieröl
aufzubringen.
[0003] Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die Einsatzmöglichkeiten von Metallen zunehmend
vielfältiger werden, entstehen gewisse Probleme, wenn mit herkömmlichen Schmierschichten
versehene Metalle in nicht von vornherein vorhersehbarer Weise schweren Umformungen
unterworfen werden sollen. Darüberhinaus sind die mit üblicherweise organischem Lösungsmittel
verdünnten Schmiermittel in sofern nachteilig, als nach der Umformung der Schmierfilmrest
nicht in einfacher Weise mit Hilfe eines alkalischen Reinigers entfernt werden kann,
sondern Arbeitsplatz und Umwelt beeinträchtigende organische Lösungsmittel erforderlich
sind.
[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, die den bekannten, insbesondere vorgenannten Verfahren
zur Erleichterung der Kaltumformung anhaftenden Nachteile zu beseitigen und ein Verfahren
bereit zu stellen, daß auch schwere Umformungen zuläßt und bei dem Schmierfilmreste
in einfacher Weise mit alkalischen Reinigern entfernt werden können.
[0005] Die Aufgabe wird gelöst, in dem das Verfahren der Eingangs genannten Art entsprechend
der Erfindung derart ausgestaltet wird, daß man auf die Oberflächen der umzuformenden
Metalle zunächst durch Auftrocknen einer wäßrigen Lösung, die Polyethylenimin mit
einem Molekulargewicht von 1 000 bis 100 000 und ein thermoplastisches wasserlösliches
Harz enthält, einen Film mit einem Schichtgewicht von 0,5 - 15 g/m
2 (angegeben als Trockengewicht) erzeugt und anschließend auf diesen Film ein Schmieröl
aufbringt.
[0006] Das innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens einzusetzende Polyethylenimin besitzt
in der Regel in Folge primärer, sekundärer und tertiärer Amingruppen eine verzweigte
Struktur. Wenn das Molekulargewicht unter 1 000 ist, ist die Zähigkeit des erzielbaren
Filmes vergleichsweise gering, so daß bei der Kaltumformung ein Filmbruch auftreten
kann. Bei einem Molekulargewicht über 100 000 sind zwar die Schmiereigenschaften des
Schmierfilms unverändert gut, jedoch wird durch die hohe Viskosität des Filmbildners
die Handhabung erschwert. Das Molekulargewicht sollte im Bereich von 30 000 bis 100
000 liegen.
[0007] Das thermoplastische Harz kann beispielsweise Polyacrylsäureester, Polyacrylamid,
Polyvinylpyrrolidon oder ein Copolymer von Äthylenimin und anderen Vinylverbindungen,
wie von verseiftem Polyvinylacetat, sein. Andere mit Ethylenimin copolymerisierbare
Vinylverbindungen sind beispielweise Vinylacetat, Styrol, Methylvinyläther, Acrylamid,
Vinylpyrrolidon und dergleichen. Vorzugsweise besteht das thermoplastische Harz aus
modifiziertem Polyvinylacetat, insbesondere einem solchen mit einem Verseifungsgrad
von 70 % oder mehr.
[0008] Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin den Schmierstoffilm
durch Auftrocknen einer Lösung zu erzeugen, in der das Gewichtsverhältnis von Polyethylenimin
zu thermoplastischem Harz 1 : 4 bis 1 : 0,67 beträgt.
[0009] Schließlich kann es - je nach Art der vorgesehenen Kaltumformung - von Vorteil sein,
der den Schmierstofffilm bildenden Lösung Festschmierstoffe, wie Graphit, Molybdändisulfid,
Talk, Teflon, Bornitrid, Kalziumkarbonat, Melamin-/Cyanursäure-Addukte und dgl. zuzusetzen.
[0010] Das in der ersten Verfahrensstufe erhaltene Filmgewicht ist insofern von Bedeutung
als mit einem Schichtgewicht unter 0,5 g/m
2 ein nur unzureichendes Schmiervermögen erzielbar ist und in extremen Verformungsfällen
ein Fressen zwischen Werkzeug und Werkstück auftreten kann. Sofern das Schichtgewicht
15 g/m
2 übersteigt, wird der Schmierstoff vom Umformwerkzeug oder dem Ziehstein abgestreift
und dadurch die Umformvorrichtung verunreinigt.
[0011] Besonders günstige Ergebnisse werden erzielt, wenn in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung
der Erfindung ein Film mit einem Schichtgewicht von 0,5 bis 3 g/m
2 im Falle einer nachfolgenden Kaltumformung, z. B. durch Tiefziehen oder Walzen, bzw.
von 5 bis 10 g/m
2 im Falle einer nachfolgenden Kaltumformung, z. B. durch Draht- oder Rohrzug oder
Kaltfließpressen, erzeugt wird.
[0012] Der in der ersten Stufe aufgebrachte Schmierfilm hat zusätzlich die Fähigkeit, die
Metalloberfläche aus Eisen oder Stahl vor Korrosion zu schützen, so daß die auf diese
Weise bandelten Artikel bedenkenlos gelagert werden können.
[0013] Das in der zweiten Stufe aufzubringende Schmieröl ist konventioneller Art und kann
Fette, Öle oder Mineralöle als Basis enthalten. Die Dicke der Schmierölschicht sollte
0,5 bis 5 gMiM2 betragen.
[0014] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird auf den zunächst erzeugten
Film als Schmieröl ein Salz von primärem, sekundären oder tertiärem Amin mit hochmolekularer
organischer Säre oder ein organischer Phosphatester aufgebracht. Darin sollte das
aliphatische Amin eine Kohlenstoffkette von 8 bis 22 C-Atomen aufweisen. Als hochmolekulare
Säuren kommen insbesondere Fettsäuren mit 8 bis 22 C-Atomen, Dicarbonsäuren mit 4
bis 12 C-Atomen und polymerisierte Fettsären, z. B. dimere Fettsären, in betracht.
Der Phosphatester kann ein Alkylester mit 12 bis 30 C-Atomen oder ein Polyoxyäthylenalkylphosphorsäureester
sein. Wenn die Kaltumformung im Walzen besteht und neben der Schmierwirkung des Schmieröls
auch eine Kühlwirkung erwünscht ist, kann das Schmieröl als wässrige Emulsion eingesetzt
werden.
[0015] Durch Zusatz eines Bariumsalzes von Petroleumsulfonat kann der Korrosionsschutz des
zu verformenden Metalles - insbesondere aus Eisen oder Stahl - weiterhin verbessert
werden.
[0016] Die wässrige Lösung gemäß der ersten Stufe kann auf übliche Weise z. B. durch Tauchen,
Spritzen, Aufbürsten. Fluten oder Rollenauftrag appliziert werden. Die Auftrocknung
erfolgt an der Luft, zweckmäßigerweise mit Warmluft. Anschließend wird das Schmieröl
aufgebracht. Auch dies geschieht auf herkömmliche Weise.
[0017] Bei speziellen Verfahren der Kaltumformung, z. B. beim Tiefziehen genügt es mitunter,
lediglich eine Seite der Metalloberfläche mit der Polyäthylenimin und thermoplastisches
Harz enthaltenden Lösung in Kontakt zu bringen und demzufolge nur auf dieser Oberfläche
einen Schmierfilm aufzutrocknen. Das Schrriieröl wird jedoch auf beiden Seiten aufgebracht.
[0018] Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens gelingt es Energie zu sparen, den Prozess
der Vorbereitung der Metalloberflächen zu vereinfachen und umweltschonend zu arbeiten.
Der in der ersten Stufe aufgebrachte Film haftet fest auf der Metalloberfläche, so
daß ein Abstreifen beim Kontakt zwischen Werkzeug und Werkstück in der ersten Phase
des Kaltumformungsprozesses unterbleibt. Bei der Umformung erwärmt sich das Werkstück
bis auf Temperaturen von ca. 100 - 150°C infolge von Umformarbeit und Reibungswärme.
Dabei plastifiziert sich der Schmierstoffilm und kann die auftretende Oberflächenvergrößerung
ohne Filmbruch mitvollziehen.
[0019] Wie die der Konzeption der Erfindung vorangehenden Versuche gezeigt haben, wird der
mit der Erfindung erzielte Vorteil nicht erreicht, wenn das Schmieröl der wässrigen
Lösung von Polyäthylenimin und thermoplastischem Harz zugesetzt wird. In diesem Falle
wird die Haftung des Filmes stark verringert mit dem Ergebnis, daß der Schmierfilm
bei der Kaltumformung abgestreift wird.
[0020] Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele beispielsweise und näher erläutert.
Beispiele 1 bis 3
[0021] 10 Gew.-%-ige wässrige Lösungen unterschiedlicher Mischungen von Polyäthylenimin
und modifiziertem Polyvinylacetat mit Mischungsverhältnissen gemäß Tabelle 1 wurden
auf Stahlronden (90 mm Durchmesser; 0,8 mm Dicke; Stahlqualität SUS 304) mit einer
Rakel aufgebracht, so daß nach Trocknung mit Heißluft von 100°C ein Schichtgewicht
von 5 g
/m2 resultierte.
[0022] Diese Schicht wurde mit einem Schmieröl versehen, das zu 90 Gew.-% aus Mineralöl
und zu 10 Gew.-% aus Rapsöl bestand.
[0023] Anschließend erfolgte die Umformung der Ronden durch Tiefziehen. Hierzu diente die
Testvorrichtung Modell Nr. TF 102-12 der Firma Tokyo Weighing and Testing Machine
Mfg. Co. Die Testbedingungen waren:
Faltenhalterdruck: 1 t
Stempelgeschwindigkeit: 200 mm/min.
äßerer Stempeldurchmesser: 40 mm
Schulterradius: 4 x Stempelradius
das Ziehverhältnis in Prozent = (1-D/Do) x 100 wobei
Do der Außendurchmesser der Ronde und
D der Außendurchmesser nach dem Ziehen ist.
[0024] Die Ergebnisse des Tiefziehens und hinsichtlich der Entfernbarkeit des restlichen
Schmierfilmes sind in der der Tabelle 3 aufgeführt. Zur Entfernung des Schmierfilmes
wurden die gezogenen Werkstücke 20 Min. in einen auf 50°C erwärmten 3 %-igen wässrigen
Reiniger (Cleaner 4360 der Firma Nihon Parkerizing Co., Ltd.) getaucht. Danach wurde
der Grad der Schmierfilmentfernung durch Benetzen mit Wasser ermittelt.
Beispiele 4 bis 7
[0025] In einer weiteren Versuchsserie wurden mit den Produkten und unter den Bedingungen
der Beispiele 1 bis 3 beschichtete Ronden getestet. Lediglich das Verhältnis von Polyäthylenimin
und modifiziertem Polyvinylacetat war verschieden und entsprach den Angaben gemäß
Tabelle 2.
Die erzielten Ergebnisse hinsichtlich Tiefziehbarkeit und Entfernbarkeit des restlichen
Schmiermittels sind in Tabelle 3 angegeben.
[0026] Vergleichsversuch: Hierzu dienten die gleichen Stahlronden wie in den Beispielen
1 bis 7, jedoch wurde ein konventionelles Schmiermittel aufgebracht. Auch hierfür
sind die Ergebnisse in Tabelle 3 aufgeführt.
[0027] Aus Tabelle 3 ergibt sich, daß das erfindungsgemäße Verfahren mit hervorragenden
Ergebnissen im Vergleich zum konventionellen Verfahren verbunden ist. Die besten Ergebnisse
wurden mit der Verfahrensführung gemäß Beispiel 1 bis 3 erzielt, bei dem das Verhältnis
von Polyäthylenimin zu thermoplastischem Harz im bevorzugten Bereich liegt. Aber auch
bei den Ergebnissen, die gemäß Beisp. 4 bis 7 erhalten wurden und die einen Fertigzug
nicht erlaubten, ist die Überlegenheit gegenüber herkömmlichen Verfahren deutlich
sichtbar. Schließlich zeigt Tabelle 3, daß bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
der nach der Umformung verbliebene Schmiermittelreste einwandfrei entfernbar waren,
wohingegen es beim Vergleichsversuch kaum entfernt werden konnte.
1. Verfahren zur Erleichterung der Kaltumformung von Metallen durch Aufbringen eines
Schmierstoffilmes, dadurch gekennzeichnet, daß man auf die Oberfläche der umzuformenden
Metalle zunächst durch Auftrocknen einer wäßrigen Lösung, die Polyethylenimin mit
einem Molekulargewicht von 1 000 bis 100 000 und ein thermoplastisches wasserlösliches
Harz enthält, einen Film mit einem Schichtgewicht von 0,5 - 15 g/m2 (angegeben als Trockengewicht) erzeugt und anschließend auf diesen Film ein Schmieröl
aufbringt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Film durch Auftrocknen
einer Lösung erzeugt, die Polyethylenimin mit einem Molekulargewicht von 30 000 bis
100 000 enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Film durch
Auftrocknen einer Lösung erzeugt, dessen thermoplastisches Harz aus modifiziertem
Polyvinylacetat mit einem Verseifungsgrad von 70 % und mehr besteht.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß man den Film durch Auftrocknen einer Lösung erzeugt, in der das Gewichtsverhältnis
von Polyethylenimin zu thermoplastischem Harz 1 : 4 bis 1 : 0,67 beträgt.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß man einen Film mit einem Schichtgewicht von 0,5 bis 3 g/m2 im Falle einer nachfolgenden Kaltumformung durch Tiefziehen oder Walzen, von 5 bis
10 g/m2 im Falle einer nachfolgenden Kaltumformung durch Draht- oder Rohrzug oder Kaltfließpressen
erzeugt.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß man auf den zunächst aufgebrachten Film als Schmieröl ein Salz von primären, sekundärem
oder tertiärem Amin mit hochmolekularer organischer Säure oder einen organischen Phosphatester
aufbringt.
1. A process to facilitate cold-working of metals by the application of a film of
lubricant, characterized in that on the surface of the metals to be worked an aqueous
solution, which contains polyethyleneimine having a molecular weight from 1,000 to
100,000 and a thermoplastic water-soluble resin, is dried in situ so as to produce
thereon a film having a layer weight of 0.5 to 15 g/m2 (stated as dry weight) and a lubricating oil is subsequently applied to that film.
2. A process according to claim 1, characterized in that the film is produced by drying
in situ of a solution which contains polyethyleneimine having a molecular weight from
30,000 to 100,000.
3. A process according to claim 1 or 2, characterized in that the film is produced
by drying in situ of a solution in which the thermoplastic resin consists of modified
polyvinyl acetate which has a degree of saponification of 70 % and more.
4. A process according to any of claims 1 to 3, characterized in that the film is
produced by drying in situ of a solution in which the weight ratio of polyethyleneimine
to thermoplastic resin is 1 : 4 to 1 : 0,67.
5. A process according to any of claims 1 to 4, characterized in that a film having
a layer weight from 0.5 to 3 g/m2 is produced in case of a subsequent cold-working by deep-drawing or rolling and a
film having a layer weight of 5 to 10 g/m2 is produced in case of a subsequent cold-working by wire or tube drawing or by cold
extrusion.
6. A process according to any of claims 1 to 5, characterized in that the lubricating
oil which is applied to the initially applied film consists of a salt of a primary,
secondary or tertiary amine with an organic acid having a high molecular weight or
of an organic phosphate ester.
1. Procédé pour faciliter le formage à froid de métaux par dépôt d'une pellicule de
substance lubrifiante, caractérisé en ce qu'il consiste à produire d'abord, à la surface
des métaux à former, en appliquant et en laissant sécher une solution aqueuse, qui
contient une polyéthylèneimine ayant une masse moléculaire de 1 000 à 100 000 et une
résine thermoplastique soluble dans l'eau, une pellicule ayant un poids par unité
de surface de 0,5 à 15 g/m2 (exprimé en poids à sec) et ensuite à déposer une huile lubrifiante sur cette pellicule.
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à produire
la pellicule en appliquant et en laissant sécher une solution qui contient une polyéthylèneimine
ayant une masse moléculaire de 30 000 à 100 000.
3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste à produire
la pellicule en appliquant et en laissant sécher une solution dont la résine thermoplastique
est constituée de poly(acétate de vinyle) modifié ayant un taux de saponification
de 70 % et davantage.
4. Procédé suivant l'une ou plusieurs des revendications 1 à 3, caractérisé en ce
qu'il consiste à produire la pellicule en appliquant et en laissant sécher une solution
dans laquelle le rapport pondéral de la polyéthylèneimine à la résine thermoplastique
est compris entre 1 : 4 et 1 : 0,67.
5. Procédé suivant l'une ou plusieurs des revendications 1 à 4, caractérisé en ce
qu'il consiste à produire une pellicule ayant un poids par unité de surface de 0,5
à 3 g/m2 dans le cas d'un formage à froid subséquent par emboutissage profond ou par laminage,
et de 5 à 10 g/m2 dans le cas d'un formage à froid subséquent par tréfilage ou par étirage de tube
ou par filage à froid à la presse.
6. Procédé suivant l'une ou plusieurs des revendications 1 à 5, caractérisé en ce
qu'il consiste à déposer, sur la pellicule qui a été déposée d'abord, comme huile
de lubrification, un sel d'amine primaire, secondaire ou tertiaire et d'un acide organique
de grande masse moléculaire ou d'un phosphate organique.