Wässrige Metallbearbeitungsflüssigkeiten für spanabhebende Schneidearbeiten

Abstract

 Gegenstand der Erfindung sind Metallbearbeitungs­flüssigkeiten für spanabhebende Schneidearbeiten mit einem Gehalt an

a) mindestens 1 einfachen Salz und/oder Doppel­salz von Ammonium, Akalimetallen und/oder Metallen der zweiten Gruppe des Periodischen Systemes, das im Schmelzzustand bis minde­stens 1 000°C stabil ist, als Schmiermittel
und gegebenenfalls

b) mindestens 1 Substanz, welche in wäßriger Phase während des Arbeitsablaufes der Metall­bearbeitung "Tribopolymere" zu bilden vermag, als Promotor(en)
und/oder gegebenenfalls

c) mindestens 1 von mineralischen, pflanzlichen und/oder synthetischen Schmierstoffen ver­schiedenen, in Metallbearbeitungsflüssigkei­ten üblichen Zusatzstoff(en).

Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung dieser Flüssigkeiten bei spanabhebenden Schneidear­beiten.

Beschreibung

[0001] Im allgemeinen bestehen die Metallbearbeitungsflüs­sigkeiten für spanabhebende Schneidearbeiten aus Mineral­ölen, Pflanzenölen und/oder synthetischen Ölen. Sie wer­den an sich mit oder ohne spezifische Zusätze, wie Hoch­druckzusätze ["extreme pressure" beziehungsweise EP], Rostschutzmittel, Schaumverhütungsmittel, Farbstoffe und/oder Geruchstoffe, oder in Form von Emulsionen von Öl-in-Wasser verwendet. Seltener werden andere physikali­sche Zustandsformen der Flüssigkeiten benutzt, wie Wasser-in-Öl-Emulsionen und chemische Lösungen von beson­deren synthetischen wasserlöslichen Schmiermitteln, im allgemeinen Polyalkylenglykolen (auch Polyätheröle ge­nannt), beispielsweise Äthylenoxyd/Propylenoxyd-Polyäthern beziehungsweise Äthylenoxyd/Propylenoxyd/Tetrahydrofuran-­Polyäthern, wobei der Verbreitung der letzteren der mit ihnen verbundene hohe Aufwand hinderlich ist.

[0002] Wie oben erwähnt, war bis jetzt die Verwendung der verschiedenen organischen Schmiermittel Voraussetzung für die Schmierung der Schneidefläche des Werkzeugs. Der schwache Punkt dieser Technik ist, daß eine wirksame Schmierung nur in einem Temperaturbereich, der von der mittleren Flüssigkeitstemperatur (Mittel aus der Umge­bungstemperatur und der Temperatur des Schmiermittels bei seiner Rückkehr in die Wanne der Maschine nach der Metall­bearbeitung, das heißt im allgemeinen Mittel aus 0 bis 30°C und aus 30 bis 40°C) bis zur Zerfallstemperatur des Schmiermittels (300 bis 400°C) reicht, besteht. Diese Temperatur ist aber sicher viel niedriger als die, welche das Schmiermittel an der am meisten beanspruchten Stelle der Werkzeugschneide tatsächlich vorfindet. Im Fach­schrifttum ist diese Temperatur mit etwa 1 000°C und höher angegeben. Folglich wird, was die Schmierung be­trifft, die am meisten beanspruchte Schneidefläche des Werkzeugs im Temperaturbereich zwischen der Zerfalls­temperatur des Schmiermittels und der effektiven Tem­peratur an der Schneide gar nicht oder nur ungenügend geschmiert.

[0003] Aus dem Fachschrifttum sind sowohl mineralische (wie Petroleum) und/oder pflanzliche und/oder synthetische Schmierstoffe als auch wäßrige Metallbearbeitungsflüs­sigkeiten in Form von Emulsionen (von Mineralöl) und Lösungen (von wasserlöslichen synthetischen Schmierstof­fen), die bei der Metallbearbeitung durch Spanabheben verwendet werden, bekannt. Es handelt sich jedenfalls um Schmiermittel, die bekanntlich einige wichtige nach­teilige Eigenschaften haben, die im folgenden schema­tisch aufgezählt werden:

I) Für die allein verwendeten Schmiermittel: Erheblich höherer Aufwand als mit Emulsionen.

II) Für Öl-in-Wasser-Emulsionen:

a) Möglichkeit eines Brechens der Emulsion durch äußere Faktoren, welches zu einer Verminderung (Verarmung) des Ölanteiles der Emulsion führen kann.

b) Bakterielle Einflüsse auf das Schmiermittel von seiten spezifischer Bakterien, die zum Beispiel den Schwefel des Mineralöles in übel­riechende Gase verwandeln.

c) Die oberflächenaktiven Zusätze der Schneid­flüssigkeit emulgieren auch die Werkzeugma­ schinenöle (hydraulischen Öle und Schlitten­öle), so daß diese nicht mehr von der Emul­sion getrennt werden können.

d) Schließlich die Schwierigkeit, eines schnelle und wirksame Filtration durchzuführen, bei der die festen Substanzen verschiedener Herkunft beseitigt werden könnten.

III) Für Lösungen wasserlöslicher synthetischer Schmiermittel:

a) Bedeutend höherer Aufwand als mit Emulsionen.

b) Vorliegen von klebrigen Rückständen, die nach Verdunstung des Wassers nur sehr schwer von den Schlitten der Werkzeugmaschinen zu ent­fernen sind.

[0004] Es ist bereits auch bekannt, Mineralöle und -fette, die als Zusatz Borate in Suspension enthalten (J. H. Adams: Borate - A New Generation EP Gear Lubricant. 31th ASLE Annual Meeting in Philadelphia, May 10-13, 1976), sowie wäßrige Lösungen, die Borax, aber immer gleichzei­tig auch synthetische (organische) Schmierstoffe, wie Poly­alkylenglykole, und/oder andere Lösungsmittel, wie Alkohole, enthalten (deutsche Patentschriften 1 903 453 und 1 903 455), zur spanabhebenden Metallbearbeitung zu verwenden. In all diesen Fällen ist vorgesehen, daß der Borax immer zusammen mit Mineralölen (wie aus Petroleum), Pflanzenölen oder syn­thetischen Ölen (wie Polyalkylenglykolen), verwendet wird. Außerdem ist es bekannt, in Metallbearbeitungsflüssigkeiten verschiedene Borsäureester zu verwenden, aber immer nur zu­sammen mit Ölen, in welchen sie emulgiert werden, und nur, um bakterielle Reaktionen zu verhindern.

[0005] Weiterhin wurde in den letzten Jahren in Laboratorien mit Substanzen, welche während des Arbeitsablaufes der Me­tallbearbeitung "Tribopolymere" zu bilden vermögen, experi­mentiert. Diese Substanzen wurden aber immer nur als Zu­sätze in Mineralölen und synthetischen Ölen und Fetten, jedoch niemals in wäßrigen Lösungen verwendet (Chiarot­tino, Del Ross, Falsetti: "Tribopolimeri: fattore anti­usura e modificatori die attrito". Ingegneria Meccanica, N⁰ 9, Settembre 1981 und N⁰ 12, Dicembre 1981).

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Be­hebung der Nachteile der bekannten Schmiermittel mit ge­ringem Aufwand verbundene wäßrige Metallbearbeitungsflüs­sigkeiten für spanabhebende Schneidearbeiten mit überlege­nen Schmiereigenschaften und sonstigen für die Metallbear­beitung für spanabhebende Schneidearbeiten wesentlichen Eigenschaften, deren sämtliche Bestandteile wasserlöslich sind und welche frei von mineralischen Schmierstoffen und pflanzlichen und synthetischen Ölen sind, zu schaffen.

[0007] Das Obige wurde überraschenderweise durch die Erfin­dung erreicht.

[0008] Gegenstand der Erfindung sind daher wäßrige Metallbe­arbeitungsflüssigkeiten für spanabhebende Schneidearbeiten mit Wasser als alleinigem Lösungsmittel für die übrigen Be­standteile, welche durch einen Gehalt an

a) mindestens 1 einfachen Salz und/oder Doppel­salz von Ammonium, Alkalimetallen und/oder Metallen der zweiten Gruppe des Periodischen Systemes, das im Schmelzzustand bis minde­stens 1 000°C stabil ist, als Schmiermittel
und gegebenenfalls

b) mindestens 1 Substanz, welche in wäßriger Phase während des Arbeitsablaufes der Metall­bearbeitung "Tribopolymere" zu bilden vermag, als Promotor(en)
und/oder gegebenenfalls

c) mindestens 1 von mineralischen, pflanzlichen und/oder synthetischen Schmierstoffen ver­schiedenen, in Metallbearbeitungsflüssigkei­ten üblichen Zusatzstoff(en)

gekennzeichnet sind.

[0009] Mit der obigen Definition der in Metallbearbeitungs­flüssigkeiten üblichen Zusatzstoffe [Bestandteil(e) c)] sind auch ausdrücklich übliche Polyalkylenglykole ausge­schlossen. Als in Metallbearbeitungsflüssigkeiten übli­che[r] Zusatzstoffe(e) [Bestandteil(e) c)] kommen vor al­lem 1 oder mehr Rostschutzmittel, sonstige[s] Korrosions­schutzmittel, Schaumverhütungsmittel antibakterielle[s] Mittel, Farbstoff(e) und/oder Geruchstoff(e) in Frage.

[0010] Vorteilhaft enthalten die erfindungsgemäßen Metall­bearbeitungsflüssigkeiten als einfache(s) Salz(e) und/­/oder Doppelsalz(e) [Bestandteil(e) a)] [ein] Borat(e) und/oder Phosphat(e). Dabei enthalten sie vorzugsweise als [ein] einfaches Salz Borax und/oder als [ein] Dop­pelsalz Natriumammoniumhydrogenphosphat [Bestandteil(e) a)]. Borax schmilzt bei 350 bis 450°C und wird zu einer glasigen, wasserfreien Masse, die bei 1 500°C ihren Sie­depunkt hat. In den verschiedenen erfindungsgemäßen Me­tallbearbeitungsflüssigkeiten wird Borax anderen Substan­zen vorgezogen, weil er in wäßrigen Lösungen ein sehr gutes Korrosionsschutzmittel sowie ein gutes Rostschutz­ mittel ist. Somit kann unter besonderen Bedingungen in den erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten auf einen Rostschutzzusatz verzichtet werden.

[0011] Im Gegensatz zu den Schmiermitteln des Standes der Technik für spanabhebende Schneidearbeiten enthalten die erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten das Salz, wie Borax, nicht zusammen mit mineralischen, pflanzlichen und/oder synthetischen Schmierstoffen und somit nicht in öliger Phase, sondern in wäßriger Flüssigkeit.

[0012] Zweckmäßig enthalten die erfindungsgemäßen Metallbe­arbeitungsflüssigkeiten das beziehungsweise die einfa­che(n) Salz(e) und/oder Doppelsalz(e) [Bestandteil(e) a)] in Mengenanteilen von 0,01 Gew.-%, bezogen auf die Gesamt­menge der Bestandteile der Metallbearbeitungsflüssigkei­ten {einschließlich des Wassers}, bis zur Löslichkeits­grenze des beziehungsweise der einfachen Salze[s] und/­/oder Doppelsalze[s] [Bestandteil(e) a)].

[0013] Was die Substanz(en), welche in wäßriger Phase während des Arbeitsablaufes der Metallbearbeitung "Tribopolymere" zu bilden vermag beziehungsweise vermögen [Bestandteil(e) b)], betrifft, handelt es sich bei ihnen um wasserlösli­che chemische Verbindungen verschiedener Art, die viel­fach durch das Vorliegen von Sauerstoff charakterisiert sind. Die Tribopolymere, welche sie zu bilden vermag be­ziehungsweise vermögen, sind im allgemeinen Oligomere. Diese Bildung von Tribopolymeren erfolgt an den meistbe­lasteten Stellen unter folgenden Bedingungen: Gleichzei­tige Wirkung der 3 Parameter Temperatur, katalytische Wir­kung der bearbeiteten oder zu bearbeitenden Metallober­flächen und schließlich deren relative Bewegung.

[0014] Vorteilhaft enthalten die erfindungsgemäßen Metall­bearbeitungsflüssigkeiten als Substanz(en), welche in wäßriger Phase während des Arbeitsablaufes der Metallbe­arbeitung "Tribopolymere" zu bilden vermag beziehungswei­se vermögen, [Bestandteil(e) b)] [einen] wasserlösliche[n] Alkohol(e), Ester und/oder Äther einschließlich polymerer Kondensationsprodukte derselben. Bevorzugt enthalten sie als Substanz(en), welche in wäßriger Phase während des Arbeitsablaufes der Metallbearbeitung "Tribopolymere" zu bilden vermag beziehungsweise vermögen, [Bestandteil(e) b)] [einen] Alkylphenolpolyglykoläther mit einem Moleku­largewicht über 500, insbesondere mit einem mittleren Ge­halt an 6 bis 50 Äthylenoxydmolekülen. Besonders bevor­zugt ist beziehungsweise sind der beziehungsweise die Al­kylphenolpolyglykoläther [Bestandteil(e) b)] [ein] sol­che[r] mit einem mittleren Gehalt an 6 bis 15¸ ganz be­sonders 11 bis 13, Äthylenoxydmolekülen. Weitere Beispiele sind von den Alkoholen Octylalkohol und p-(Methyl)-benzyl-­alkohol, von den Estern Milchsäureäthylester und Buttersäu­reäthylester und von den Äthern Diäthylenglykolmonobutyl­äther. Übliche Polyalkylenglykole fallen jedoch nicht dar­unter, da sie keine Tribopolymere in wäßriger Phase zu bil­den vermögen.

[0015] Im Gegensatz zum Stand der Technik wird beziehungswei­se werden in den erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüs­sigkeiten die Substanz(en), welche in wäßriger Phase wäh­rend des Arbeitsablaufes der Metallbearbeitung "Tribopoly­mere" zu bilden vermag beziehungsweise vermögen, [Bestand­teil(e) b)] nicht zusammen mit mineralischen, pflanzli­chen und/oder synthetischen Schmierstoffen verwendet, son­dern in wäßriger Lösung, so daß es sich um solche, welche in wäßriger Phase Tribopolymere zu bilden vermögen, han­deln muß.

[0016] Es wurden bisher keine chemischen Substanzen mit die­ser Fähigkeit in wäßriger Lösung verwendet. Zweckmäßig enthalten die erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüs­sigkeiten die Substanz(en), welche in wäßriger Phase wäh­ rend des Arbeitsablaufes der Metallbearbeitung "Tribopoly­mere" zu bilden vermag beziehungsweise vermögen, [Bestand­teil(e) b)] in Mengenanteilen von 0,001 bis 5 Gew.-%, be­zogen auf die Gesamtmenge der Bestandteile der Metallbear­beitungsflüssigkeiten {einschließlich des Wassers}. Dabei sind Mengenanteile von 0,001 bis 2 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Bestandteile der Metallbearbeitungsflüs­sigkeiten {einschließlich des Wassers}, bevorzugt. Höhere Mengen bringen meistens keine zusätzlichen Vorteile mit sich.

[0017] Das beziehungsweise die in den erfindungsgemäßen Me­tallbearbeitungsflüssigkeiten enthaltene(n) einfache(n) Salz(e) und/oder Doppelsalz(e) von Ammonium, Alkalimetal­len und/oder Metallen der zweiten Gruppe des Periodischen Systemes [Bestandteil(e)], welche als durch Salzschmel­zung flüssige Schmierstoffe wirken, sichern eine gute Schmierung genau im bei der Metallbearbeitung vorliegen­den Temperaturbereich (400 bis 1 000°C und höher). So geht aus der weiter unten stehenden Tabelle 2 hervor, daß mit der erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeit I mit einem Gehalt an der geringen Menge von nur 0,53 Gew.-% Borax gegenüber der Vergleichsflüssigkeit B, welche eine 5 gew.-%-ige Emulsion des organischen Schmierstoffes Mi­neralöl ist, also die 10-fache Schmierstoffmenge enthält, dennoch viel bessere Verschleißergebnisse erzielt werden. Sogar der Vergleich mit dem Mineralöl mit Hochdruckzu­sätzen [Vergleichsflüssigkeit A] in der weiter unten stehenden Tabelle 1 zeigt bessere Verschleißergebnisse für die erfindungsgemäße Metallbearbeitungsflüssigkeit I bei einem Schmierstoffmengenverhältnis von etwa 1 : 200. Auch bei härterem Metallmaterial ist die erfindungsgemäße Metallbearbeitungsflüssigkeit I der Vergleichsflüssigkeit B, welche eine 5 gew.-%-ige Emulsion des organischen Schmierstoffes Mineralöl ist, überlegen, wie es aus den weiter unten stehenden Tabellen 3 und 4 hervorgeht.

[0018] Zweckmäßig liegt in den erfindungsgemäßen Metallbear­beitungsflüssigkeiten das Wasser in einem Mengenanteil von mindestens 80 Gew.-%, vorzugsweise 91,5 bis 99,5 Gew.-%, vor.

[0019] Der gegebenenfalls vorliegende Gehalt an [einer] Sub­stanz(en), welche in wäßriger Phase während des Arbeits­ablaufes der Metallbearbeitung "Tribopolymere" zu bilden vermag beziehungsweise vermögen, [Bestandteil(e) b)] bringt folgende Vorteile mit sich.

A) Höhere Leistungen die Reibung und den Verschleiß betreffend, auch bei sehr kleinen Mengen.

B) Erheblicher Synergismus in Gegenwart der einfachen Salze und/oder Doppelsalze von Ammonium, Alkalime­tallen und/oder Metallen der zweiten Gruppe des Periodischen Systemes mit Schmiereigenschaften [Be­standteil(e) a)] der erfindungsgemäßen Metallbear­beitungsflüssigkeiten.

C) Vollkommene Wasserlöslichkeit, die einen raschen Einsatz garantiert, und zwar an jedem von der Me­tallbearbeitungsflüssigkeit, erreichbaren Punkt.

[0020] Falls sowohl [ein] einfache[s] Salz(e) und/oder Dop­pelsalz(e) [Bestandteil a)] als auch [eine] Substanz(en), welche in wäßriger Phase während des Arbeitsablaufes der Metallbearbeitung "Tribopolymere" zu bilden vermag bezie­hungsweise vermögen, [Bestandteil(e) b)] vorliegen, kön­nen deren Gewichtsanteile in einem weiten Bereich variie­ren. Bevorzugte Gewichtsverhältnisbereiche ergeben sich aus den oben als bevorzugt angegebenen Mengenanteilsbe­reichen dieser Bestandteile.

[0021] Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten bei spanabhebenden Schneidearbeiten.

[0022] Die Erfindung wird an Hand der folgenden Beispiele näher erläutert. In diesen sind die Gewichtsanteile des Boraxes (Na₂B₄O₇) auf das wasserfreie Salz bezogen ange­geben.

Beispiel 1

[0023] Flüssigkeit I folgender Zusammensetzung: Borax      0,53 Gew.-%
Wasser      99,47 Gew.-%.

[0024] Die Prüfbedingungen waren wie folgt:
Bohren normalgeglühter Stahlplatten C 40 mit einer Stärke von 30 mm mit einem Spiralbohrer (Durchmes­ser: 10 mm) aus Hochleistungsschnellstahl (HS-steel) mit einem Vorschubsteigungswinkel τ = 30°, einem Freiwinkel α = 10° und einem Spiralwinkel β = 118°. Der Spiralbohrertyp sowie die obigen Werte τ, α und β waren für alle Beispiele gleich.
Der Vorschub war in diesem Beispiel und allen an­deren Beispielen 0,11 mm/U.
Die Schneidegeschwindigkeit war in diesem Beispiel 1 (Tabellen 1 und 2) 20 m/min, was 630 U/min. ent­spricht. Diese Geschwindigkeit wird für Spiralbohrer mit einem Durchmesser von 10 mm Durchmesser als nor­mal angesehen.

[0025] Die Kriterien, welche den Abschluß der Prüfung bestimm­ten, waren die folgenden 2:

1.) Abnormer Anstieg des durchschnittlichen Verschleis­ses auf der Schneide.

2.) Verschleiß in mm auf der Schneide gleich Breite der Fase.

[0026] Die Kriterien für eine Vergleichsbewertung der verschie­denen Flüssigkeiten waren ebenfalls 2:

1.) Vergleich der Verschleißmittelwerte in mm auf der Schneide nach Ausführung einer gleichen Anzahl von Bohrungen unter gleichen Bedingungen.

2.) Wert der relativen Effektivität R, der sich aus dem Verhältnis des Verschleißmittelwertes in mm auf der Schneide des mit der Vergleichsflüssigkeit arbeiten­den Spiralbohrers und dem Verschleißmittelwert in mm auf der Schneide des mit der erfindungsgemäßen Flüssigkeit arbeitenden Spiralbohrers ergibt, wobei die Anzahl der Bohrungen und die Bedingungen gleich waren.

[0027] Die Kriterien, die den Abschluß der Prüfung bestimmten, und die der Vergleichsbewertung der verschiedenen Flüssig­keiten, waren die einzigen, die auch in allen folgenden Beispielen angewandt wurden.

[0028] In der folgenden Tabelle 1 sind die Werte der erfin­dungsgemäßen Flüssigkeit I und eines als Vergleichsflüs­sigkeit A herangezogenen Schneideöles auf Mineralölbasis mit Hochdruckzusätzen [EP-Zusätzen] zusammengestellt. Die folgende Tabelle 2 enthält die Werte der erfindungsgemäßen Flüssigkeit I und einer als Vergleichsflüssigkeit B heran­gezogenen 5 gew.-%-igen Emulsion von emulgierbarem Mineral­öl. Bei allen Bedingungen, bei welchen der Verschleiß zu groß war, um annehmbar zu sein, stehen in den Tabellen Striche (-).

[0029] Aus der obigen Tabelle 2 geht hervor, daß mit der erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeit I mit einem Gehalt an der geringen Menge von nur 0,53 Gew.-% Borax gegenüber der Vergleichsflüssigkeit B, welche eine 5 Gew.-%-ige Emulsion des organischen Schmierstoffes Mineralöl ist, also die 10-fache Schmierstoffmenge ent­hält, dennoch viel bessere Verschleißergebnisse erzielt werden. Auch der Vergleich mit dem Mineralöl mit Hoch­druckzusätzen [Vergleichsflüssigkeit A] in der obigen Tabelle 1 zeigt bessere Verschleißergebnisse für die er­findungsgemäße Metallbearbeitungsflüssigkeit I bei einem Schmierstoffmengenverhältnis von etwa 1 : 200.

Beispiel 2

[0030] Flüssigkeit II folgender Zusammensetzung:
Borax      0,53 Gew.-%
Netzmittel für Wasserfarben PEG 400 ML der Firma COMIEL, Milano, Italien      0,01 Gew.-%
Nicht-ionogenes Schaumverhü­tungsmittel SURFINOL 104 der Firma AIR PRODUCT and Chemi­cals Inc., Pasadena, USA      0,01 Gew.-%
Wasser      99,45 Gew.-%

[0031] Die Prüfungen mit der erfindungsgemäßen Flüssigkeit II ergaben unter gleichen Bedingungen wie die mit der er­findungsgemäßen Flüssigkeit I gemäß der Tabelle 2 gute Wiederholbarkeitswerte der Bohrarbeiten und denselben Wert der relativen Effektivität R von etwas höher als 1,5 nach 110 Bohrungen wie mit der erfindungsgemäßen Flüssigkeit I (Tabelle 2) bei Verwendung derselben Ver­gleichsflüssigkeit B aus einer 5 gew.-%-igen Emulsion des Mineralöles. Diese Prüfung hat Kontrollwert, weil sie zeigt, daß die Leistungsfähigkeit des Boraxes durch das gleichzeitige Vorliegen von Netz­mitteln und Schaumverhütungszusätzen (ohne Silicone) nicht wesentlich verändert wird.

Beispiel 3

[0032] Flüssigkeit III folgender Zusammensetzung:
Borax      0,53 Gew.-%
Wasserlöslicher Alkylphenolpoly­glykoläther mit einem Molekular­gewicht etwas unter 800 und einem mittleren Gehalt an 12,7 Äthylen oxydmolekülen      0,01 Gew.-%
Wasser      99,46 Gew.-%

[0033] In der erfindungsgemäßen Flüssigkeit III hat der Bo­raz außer der beschriebenen Wirkung (flüssiger Schmier­stoff aus Salzschmelzung) eine Wirkung als Korrosions- ­und Rostschutzmittel.

[0034] In der folgenden Tabelle 3 sind der Verschleiß und die relative Effektivität R der erfindungsgemäßen Flüssig­keiten I und III bei Heranziehung der Vergleichsflüs­ sigkeit B aus einer 5 Gew.-%-igen Emulsion des Mineralöles zusammengestellt. Die Bohrun­gen wurden in diesem Fall an vergüteten Stahlplatten C 40, die eine Härte von HB 220 hatten und somit härter waren als die in den Beispielen 1 und 2 verwendeten normalge­glühten Platten, durchgeführt. Bohrertyp, Geschwindigkeit und Vorschub waren wie im Beispiel 1.

[0035] Aus der obigen Tabelle 3 geht hervor, daß der Wert der relativen Effektivität R der erfindungsgemäßen Flüs­sigkeit III im Vergleich zu dem der erfindungsgemäßen Flüssigkeit I nach 60 Bohrungen noch wesentlich besser ist. Diese Tatsache ist der Gegenwart der verwendeten kleinsten Menge des wasserlöslichen Alkylphenolpolygly­koläthers zuzuschreiben. Die erfindunggemäße Flüssigkeit III hatte selbst nach 80 Bohrungen einen geringeren Ver­schleiß als die 5 gew.-%-ige Emulsion des Mineralöles [Vergleichsflüssigkeit B] und die er­findungsgemäße Flüssigkeit I nach 60 Bohrungen. Auch dies zeigt, daß durch die gleichzeitige Verwendung eines Sal­zes, wie Borax [Bestandteil a)], und einer Substanz, wel­che in wäßriger Phase während des Arbeitsablaufes der Me­tallbearbeitung "Tribopolymere" zu bilden vermag [Bestand­teil b)], bei weiterer Verringerung des Verschleißes ein bedeutender Synergismus erzielt wird.

[0036] Die Gegenwart des wasserlöslichen Alkylphenolpolygly­koläthers in der erfindungsgemäßen Flüssigkeit III gab Anlaß, das Verhalten einer Schneideflüssigkeit, die außer Wasser nur 0,01 Gew.-% wasserlöslichen Alkylphenolpoly­glykoläther mit einem Molekulargewicht etwas unter 800 und einem mittleren Gehalt an 12,7 Äthylenoxymolekülen enthielten, im Vergleich zur erfindungsgemäßen Flüssig­keit I, die außer Wasser nur Borax enthielt, zu untersu­chen. Dies geschah unter gleichen Arbeitsbedingungen wie die im Beispiel 1 (Tabellen 1 und 2). Die Versuche mit einer Flüssigkeit dieses Typs haben gezeigt, daß nach nur 50 Bohrungen die beiden Schneideflächen einen unregelmäßi­gen Verschleiß mit Ausbrüchen aufwiesen, was eine erneute Werkzeugschleifung nötig machte.

Beispiel 4

[0037] Auch in diesem Beispiel wurde die erfindungsgemäße Flüssigkeit III des Beispieles 3 mit der erfindungsgemäßen Flüssigkeit I des Beispieles 1 verglichen. Als Vergleichs­flüssigkeit wurde immer die 5 gew.-%-ige Emulsion des Mi­neralöles [Vergleichsflüssigkeit B] verwendet. Der einzige Unterschied zwischen diesem Bei­spiel 4 und dem Beispiel 3 (und der auf dieses sich be­ziehenden Tabelle 3) besteht darin, daß die Geschwindig­keit von 20 m/min. auf 29 m/min. erhöht wurde (letztere Geschwindigkeit entspricht 920 U/min.). Bei Spiralbohrern mit einem Durchmesser von 10 mm raten die Werkzeugher­steller normalerweise von dieser Geschwindigkeit ab. In diesem Fall jedoch wurde sie aus 2 Gründen gewählt:

a) Um die Prüfung zu erschweren.

b) Um höhere Arbeitsgeschwindigkeiten zu prüfen (sol­che würden eine Senkung der Ausführungszeit und da­mit des Aufwandes bedeuten).

[0038] Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 4 zusam­mengestellt.

[0039] Die Daten der obigen Tabelle 4 zeigen sehr deutlich die Überlegenheit in der relativen Effektivität R nach 30 Bohrungen der erfindungsgemäßen Flüssigkeit III gegen­über der erfindungsgemäßen Flüssigkeit I und der 5 gew.-%-igen Emulsion von Mineralöl [Vergleichsflüssigkeit B]. Außerdem ist die Über­legenheit der erfindungsgemäßen Flüssigkeit III in der Anzahl der durchführbaren Bohrungen (50 statt 30) gegen­über der erfindungsgemäßen Flüssigkeit I und der 5 gew.-%-igen Emulsion von Mineralöl [Vergleichsflüssig­keit B] zu sehen.

[0040] Zusammenfassend ist festzustellen, daß sich die Wir­kung des wasserlöslichen Alkylphenolpolyglykoläthers [Bestandteil b)] als sehr gut erwiesen hat und zwar so­wohl was den Verschleiß an der Schneide als auch was die Anzahl der Bohrungen bei normaler Geschwindigkeit (Ta­belle 3) sowie auch bei höheren Geschwindigkeiten (Ta­belle 4) betrifft. Damit ist nachgewiesen, daß die er­findungsgemäßen Flüssigkeiten eine sofortige Anpassungs­fähigkeit an verschiedene Situationen haben. Die Möglich­keit, höhere Geschwindigkeiten zu verwenden, ist von In­teresse, da dadurch der Bearbeitungsaufwand gesenkt wer­den kann.

Beispiel 5

[0041] Es wurde eine erfindungsgemäße Flüssigkeit IV verwen­det. Diese hatte die gleiche Zusammensetzung wie die er­findungsgemäße Flüssigkeit III, jedoch mit folgender Ab­weichung. In der Flüssigkeit III wurde der wasserlösliche Alkylphenolpolyglykoläther [Bestandteil b)] als techni­sches Produkt, der Borax [Bestandteil a)] dagegen als rei­nes chemisches Produkt verwendet, während in der Flüssig­ keit IV auch der Borax ein technisches Produkt (Firma Altair, Milano) war. Somit enthielt die erfindungsgemäße Flüssigkeit IV als Bestandteile 2 technische Produkte.

[0042] Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 5 zu­sammengestellt.

[0043] Aus der obigen Tabelle 5 geht hervor, daß der Unter­schied zwischen der erfindungsgemäßen Flüssigkeit III und der erfindungsgemäßen Flüssigkeit IV innerhalb der Grenzen einer guten Wiederholbarkeit der Bohrarbeit liegt (7% bei einer Geschwindigkeit von 20 m/min und 9% einer Ge­schwindigkeit von 29 m/min.)

Beispiel 6

[0044] Flüssigkeit V der folgenden Zusammensetzung:
Borax      0,53 Gew.-%
Wasserlöslicher Alkylphenolpo­lyglykoläther mit einem Mole­kulargewicht etwas unter 800 und einem mittleren Gehalt an 12,7 Äthylenoxydmolekülen      0,01 Gew.-%
Schaumverhütungszusatz (Silicone Antifoam Emulsion SAG 7133 der Firma Union Carbide)      0,01Gew.-%
Farbstoff (Blu Liquido Idrosolu­bile 5 gew.-%-ige Lösung in Was­ser der Firma Esperis, Milano)      0,01 Gew.-%
Geruchstoff (Eucaliptus 70-75 der Firma Esperis, Milano      0,01 Gew.-%
Wasser      99,43 Gew.-%.

[0045] Alle Bestandteile waren technische Produkte.

[0046] Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 6 zu­sammengestellt.

[0047] Die obige Tabelle 6 enthält vergleichende Prüfdaten der erfindungsgemäßen Flüssigkeiten V und IV. Diese Gegen­überstellung ist auf Grund des Vorliegens von Farbstoff, Grundstoff und emulgiertem Silicon in der erfindungsgemäßen Flüssigkeit V veranlaßt, da auch sehr kleine Mengen die­ser Substanzen Verhaltensänderungen der erfindungsgemäßen Flüssigkeit V gegenüber der erfindungsgemäßen Flüssigkeit IV vermuten lassen. Um die Unterschiede der beiden erfin­dungsgemäßen Flüssigkeiten IV und V deutlicher zu machen, ist in der Tabelle 6 hinsichtlich des Verschleißes kein Mittelwert wie in allen vorherigen Tabellen, sondern ein Höchstwert angegeben. Dieser Höchstwert ist bekanntlich immer auf der Außenseite der beiden Schneideflächen nahe der Fase zu finden. Aus der obigen Tabelle 6 geht hervor, daß die erfindungsgemäße Flüssigkeit V keine großen Ver­haltensunterschiede gegenüber der erfindungsgemäßen Flüs­sigkeit IV zeigt, und zwar sowohl bei normaler Schneidege­schwindigkeit [630 U/min.] (trotz größerer Anzahl von Boh­rungen mit der Flüssigkeit V) als auch bei höherer Schnei­degeschwindigkeit [920 U/min.]. Beide erfindungsgemäße Flüssigkeiten IV und V haben jedenfalls ein entschieden besseres Verhalten als die 5 gew.-%-ige Emulsion von Mi­neralöl [Vergleichsflüssigkeit B].
Diese Prüfungen zeigen sehr deutlich, daß emulgierte Sub­stanzen, wie Silicone, und Substanzen, die aus Vertriebs­gründen der Flüssigkeit zugesetzt wurden, wie Farbstoffe und Geruchstoffe, keinen Einfluß auf den Wirkungsgrundme­chanismus haben.

[0048] Analog gute Ergebnisse konnten beispielsweise auch mit erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten, die 0,26 Gew.-% Borax und 0,01 Gew.-% wasserlöslichen Alkylphenolpolyglykoläther mit einem Molekulargewicht et­was unter 800 und einem mittleren Gehalt an 12,7 Äthylen­oxydmolekülen oder 0,53 Gew.-% Borax und 0,02 GEW.-% wasserlöslichen Alkylphenolpolyglykoläther mit einem Mo­lekularlgewicht etwas unter 800 und einem mittleren Gehalt an 12,7 Äthylenoxydmolekülen enthielten, erzielt werden.

Ansprüche

1.) Wäßrige Metallbearbeitungsflüssigkeiten für span­abhebende Schneidearbeiten mit Wasser als alleini­gem Lösungsmittel für die übrigen Bestandteile, ge­kennzeichnet durch einen Gehalt an

a) mindestens 1 einfachen Salz und/oder Doppel­salz von Ammonium, Alkalimetallen und/oder Metallen der zweiten Gruppe des Periodischen Systemes, das im Schmelzzustand bis minde­stens 1 000°C stabil ist, als Schmiermittel
und gegebenenfalls

b) mindestens 1 Substanz, welche in wäßriger Phase während des Arbeitsablaufes der Metall­bearbeitung "Tribopolymere" zu bilden vermag, als Promotor(en)
und/oder gegebenenfalls

c) mindestens 1 von mineralischen, pflanzlichen und/oder synthetischen Schmierstoffen ver­schiedenen, in Metallbearbeitungsflüssigkei­ten üblichen Zusatzstoff(en).

2.) Metallbearbeitungsflüssigkeiten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als einfache(s) Salz(e) und/oder Doppelsalz(e) [Bestandteil(e) a)] [ein] Borat(e) und/oder Phosphat(e) enthalten.

3.) Metallbearbeitungsflüssigkeiten nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie als [ein] einfaches Salz Borax und/oder als [ein] Doppelsalz Natriumammoniumhydrogenphosphat [Bestandteil(e) a)] enthalten.

4.) Metallbearbeitungsflüssigkeiten nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie das bezie­hungsweise die einfache(n) Salz(e) und/oder Dop­pelsalz(e) [Bestandteil(e) a)] in Mengenanteilen von 0,01 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Bestandteile der Metallbearbeitungsflüssigkeiten, bis zur Löslichkeitsgrenze des beziehungsweise der einfachen Salze[s] und/oder Doppelsalze[s] [Be­standteil(e) a)] enthalten.

5.) Metallbearbeitungsflüssigkeiten nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Sub­stanz(en), welche in wäßriger Phase während des Arbeitsablaufes der Metallbearbeitung "Tribopoly­mere" zu bilden vermag beziehungsweise vermögen, [Bestandteil(e) b)] [einen] wasserlösliche[n] Alkohol(e), Ester und/oder Äther enthalten.

6.) Metallbearbeitungsflüssigkeiten nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Sub­stanz(en), welche in wäßriger Phase während des Arbeitsablaufes der Metallbearbeitung "Tribopoly­mere" zu bilden vermag beziehungsweise vermögen, [Bestandteil(e) b)] [einen] Alkylphenolpolygly­koläther mit einem Molekulargewicht über 500, ins­besondere mit einem mittleren Gehalt an 6 bis 50 Äthylenoxydmolekülen, enthalten.

7.) Metallbearbeitungsflüssigkeiten nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Sub­stanz(en), welche in wäßriger Phase während des Arbeitsablaufes der Metallbearbeitung "Tribopoly­mere" zu bilden vermag beziehungsweise vermögen, [Bestandteil(e) b)] in Mengenanteilen von 0,001 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Bestandteile der Metallbearbeitungsflüssigkei­ten, enthalten.

8.) Verwendung der Metallbearbeitungsflüssigkeiten nach Anspruch 1 bis 7 bei spanabhebenden Schneidearbei­ten.