DE2043885A1

DE2043885A1 - Synthetische Schmiermittel für die spanende und spanlose Metallbearbeitung

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Publication number: DE2043885A1
Application number: DE19702043885
Authority: DE
Inventors: JOaChIm1DIpL-ChCm-Dr. 4330 Mülheim. ClOm 11-00 Marx
Original assignee: R.W. Moll & Co, 4330 Mülheim-Styrum
Priority date: 1970-06-18
Filing date: 1970-09-04
Publication date: 1972-03-09
Also published as: CH555886A; US3980571A; FR2105236A1; FR2105236B1; LU63350A1; DE2043885C3; DE2043885B2; BE768601A; GB1345593A

Description

PATENTANWALT DR. HANS-GÜNTHER EGGERT, DIPLOMCHEMIKER

5 KOtN-LINDENTHAL PETER-KINTGEN-STRASSE 2

KoIn₅ den 6. August 1970 Eg/Rö/Cl/74

R, .W. Moll & Co.j Mülheim (Ruhr)-Styrum, Schwerinstr. 34-38

Synthetische Schmiermittel für die spanende'und spanlose Metallbearbeitung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein synthetisches Schmiermittel für die spanende und spanlose Metallbearbeitung auf der Basis kettenförmiger, hochmolekularer Substanzen,, die in wässriger Lösung angewendet werden können, wobei die Konzentration der hochmolekularen Substanzen je nach Bearbeitungsvorgang variieren und insbesondere sehr gering sein kann.

Die für die Metallbearbeitung verwendeten Schmiermittel müssen einerseits in der Lage sein, die bei dem Bearbeitungsvorgaiig im Werkzeug und / oder im Werkstück auftretende Wärme möglichst schnell abzuführen, andererseits müssen sie bei spanloser Bearbeitung die Reibung zwischen Werkzeug und zu bearbeitendem Werkstück herabsetzen. Die Stellen, an denen eine Pestkörperberührung zwischen Werkzeug und Werkstück stattfindet - dies ist der sog. "SchmierspaliJ - müssen durch das flüssige Schmiermittel voneinander getrennt werden. Eine ideale Trennung ist weder möglich, noch darf sie sein, weil durch die Arbeitsgänge am Werkstoff Pestkörperberührungen notwendig sind. Bei einer Lagerschmierung erreicht man beispielsweise eine gute Schmierung, wenn das Schmiermittel,

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das im Schmierspalt unter hohen Druck gebracht wird, diesen Druck auch aushält. Daher ist das Druckaufnahmevermögen für die Schmiermittel ebenfalls sehr wichtig. Bei der Auswahl der Schmierstoffe für die verschiedensten Anwendungsgebiete ist außerdem das Verhalten des Schmiermittels unter der durch Reibung erzeugten Wärme wichtig. Die Viskosität von öl oder Öl enthaltenen Schmiermitteln sinkt mit steigender Temperatur, wodurch die Schmiereigenschaften nachteilig beeinflußt "werden, weil durch die verminderte Viskosität weniger öl im Schmierspalt vorhanden ist, um den notwendigen Film zu liefern, um die Trennung zwischen Werkzeug und j} Werkstück sowie die Druckaufnahme zu bewirken.

Ursprünglich wurden als Schmiermittel reine öle und Fette angewandt, jedoch besitzen diese im allgemeinen eine unzulängliche Wärmeabfuhr, so daß man weitgehend auf Emulsionen, insbesondere wässrige Emulsionen übergegangen ist. Dabei handelte es sich in den meisten Fällen um Öl-in-Wasser-Emulsionen, die einen besseren Kühleffekt aufweisen und überall dort eingesetzt werden, wo schnell laufende Bearbeitungsvorgänge in der Massenproduktion die Abfuhr einer großen Wärmemenge in der Zeiteinheit erforderlich machen.

Als Schmiermittel für die spangebende Metallbearbeitung P sind ebenfalls hochmolekulare Substanzen, u.d zwar Polymere von Äthylenoxyd mit Fettalkohoien, Fettsäuren, Aminen oder Glycolen bekannt. Jedoch werden diese Stoffe nur als solche und im wesentlichen nicht in wässriger Lösung verwendet.

So sind z.B. Schmiermittel üblich, die 6o bis 80 % Fettsäureester, z.B. in Form eines Methyl-, Glycol- oder Glycerinesters natürlicher Fettsäuren mit 4o bis 20 fo Emulgator in „2 bis ^>%iger wässriger Lösung enthalten. Man ka· η derartige Emulsionen als Schmiermittel bei sog. leichteren Bear-

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beitungsvorgängen anwenden, also solchen bei denen infolge der Vorschubgeschwindigkeit unter Materialabnähme in der Zeiteinheit an den Werkzeugen keine zu großen Belastungen auftreten. Irgendwelche Rücksichten hinsichtlich, der Rückstandsbildung nach dem Glühen bei der Schmiermittelzusammensetzung sind nicht erforderlich, da Ja bei einer spanenden Bearbeitung die fertigen Stücke sowieso keiner Glühbehandlung unterzogen werden. So werden derzeit für Bohren und insbesondere Schleifen wasserlösliche Schmierstoffe obiger Art verwendet. Pur schwerere Bearbeitungsvorgänge, wie Innengewindeschneiden, Tieflochbohren oder Höhnen werden fast ausschließlich legierte öle angewandt, wobei die öle vorwiegend Mineralölraffinate mit einer Viskosität von 2 bis 25° Engler (E) bei 20° C sind und verschiedene Hochdruckzusätze, wie organische Schwefel- und Stickstoffverbindungen oder Chlorkohlenwasserstoffe, enthalten. Im allgemeinen werden diese Öle mit Chlorgehalten zwischen 0,2 und 20 % verwendet.

Für die spanlose Metallbearbeitung verwendet man bisher z.B. ein Schmiermittel mit 8o bis 90 % Mineralölraffinat, 3 bis 15° E, 10 bis 20 % Emulgatoren in Form von Fettsäuren, Fettalkoholen, Fettalkoholsulfonaten, Fettsäureaminen, Oxäthylaten und dergleichen sowie 0,5 bis 5 % druckerhöhende Zusätze, wie Fettsäuren oder Amine. Die bekannten Schmiermittel für spanlose Metallbearbeitung sind meistens Öl-in-Wasser-Emulsionen mit einem ölgehalt von 3 bis 7 #· Sie stellen einen Kompromiß zwischen der guten Schmierwirkung des Öls und der guten Kühlwirkung des Wassers dar.

Bei der Auswahl der Schmierstoffe für die verschiedensten Anwendungsgebiete ist außer Schmierwirkung und Kühleffekt auch deren Fließverhalten zu berücksichtigen. Bei einem Schmierstoff für Umformungsvorgänge in der Kälte ist auch

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der Korrosionsschutz und die Rückstandsfreiheit nach dem Glühprozeß, die Alterungsbeständigkeit und die Stabilität auch hinsichtlich des biologischen Abbaus von Bedeutung.

Das Fließ.verhalten, insbesondere die Mindestviskosität, ist abhängig von der Molekülgröße und -form sowie von der Temperatur. So soll das S climierstoff molekül in der Lösung möglichst wenig geknäuelt, sondern möglichst sperrig mit langen Seitenketten oder raumfüllenden Gruppen, wie Hydrocarbon- oder Heterogruppen, aufgebaut sein. Solche Stoffe sind auch in großer Verdünnung relativ zäh, schwerkomprimierbar und daher günstig hinsichtlich des Druckaufnahmevermögens.

Aufgrund der vielen verschiedenen Paktoren, die die Eigenschaften eines Schmiermittels für die Metallbearbeitung beeinflussen, ist es offensichtlich äußerst schwierig, wenn nicht unmöglich, das Verhalten eines bestimmten Schmiermittels bei einer bestimmten Anwendung vorher zu sehen. Bisher übliche Schmiermittel, die für einen bestimmten Zweck verwendet werden, können nicht unbedingt für andere Metallbearbeitungsvorgänge benutzt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein neues synthetisches Schmiermittel für die Metallbearbeitung herzustellen, das gegenüber dem bisher bekannten Schmiermittel verbessert ist " und sowohl für die spanlose als auch für die spangebende Metallbearbeitung ohne Erwärmen, also Kaltwalzen, Ziehen und Pressen von Stählen oder nicht Eisenmetallen, aber auch Bohren, insbesondere Tieflochbohren, Drehen, Schälen, Fräsen oder Reiben von Stählen und Buntmetallen und dergleichen verwendet werden kann. Das Schmiermittel soll eine sehr gute Schmierwirkung und zugleich eine gute Kühlwirkung besitzen, zudem biologisch abbaubar sein und keine merkliche Alterung besitzen.

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Gegenstand der Erfindung ist somit ein Schmiermittel für die spanende und spanlose Bearbeitung von Metallwerkst.of-' fen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es wenigstens ein wasserlösliches hochmolekulares, lineare Seitenketten tragendes Polymeres enthält, daß entweder aus einem Mischpolymerisat des A'thylenoxyds mit höheren Alkylenoxyden mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen, wobei die Kettenlänge des Äthylenoxydmischpolymerisats etwa 50 bis 500 Kettenglieder beträgt, 3ln Mischpolymerisat aus Acrylsäure und Acrylsäureester von Alkoholen mit etwa 1 bis 12 Kohlenstoffatomen oder mehr, wobei die Kettenlänge der Acrylsäuremischpolymerisate etwa 100 bis 500 Kettenglieder beträgt, Polyvinylpyrrolidon mit einem Molekulargewicht von .' 10.000 bis 1.000.000 oder Polyvinylalkohol mit einem Molekulargewicht größer als 10.000 enthält. . '

Zu den infrage kommenden Seitenketten gehören beispielsweise Alkyl-, Alkylen-, Cycloalkyl-, Cycloalkylen-, Aryl- wie Styrol- oder andere Kohlenwasserstoffgruppen, die durch andere Atome oder Seitenketten wie Hydroxyl-, Äther-, Ester-, Phosphatgruppen oder dergleichen substituiert werden können. Im allgemeinen überschreitet die Zahl der Atome jeder Seitenkette nicht die Zahl 12. Als Seitenketten kommen insbesondere Kohlenwasserstoffe wie Alkyl-, insbesondere niedrige Alkyl- wie Methylgruppen infrage. Die einfachsten Beispiele sind Polypropylenoxyd oder Polymethyl-methacrylat mit ihren Methylgruppen.

Das erfindungsgemäße Schmiermittel kann als Konzentrat gelagert und benutzt werden, das etwa 4 Teile Wasser für einen Teil der hochmolekularen Stoffe enthält. Es werden diejenigen Konzentrationen bevorzugt, die in homogener wäss-" riger Lösung wenigstens 20 Gew.-^ der hochmolekularen Wasserlöslichen Stoffe enthalten, obwohl die Konzentration

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auch etwa 90 % betragen kann.

Pur die meisten Anwendungen wird das Schmiermittel in einer verdünnten homogenen Lösung von 0,1 bis 10, insbesondere 0,5 bis 5 und vorzugsweise 1 bis 2 Gew.-% der hochpolymeren wasserlöslichen Substanz oder einer Mischung dieser Substanzen verwendet.

Das Schmiermittel enthält vorzugsweise übliche Korrosionsinhibitoren insbesondere zur Vermeidung der Rostbildung an Elsen.oder auch der Korrosion an NE-Metallen wie z.B. Kupfer, Aluminium usw. Dem Schmiermittel werden die Korrosionsinhibitoren in Form von Phosphaten, Benzoaten, Oxalaten, Citraten, Tartraten, Salizylateh, insbesondere in Form ihrer Salze mit /alkenolamin, insbesondere mit einem Ethanolamin, vorzugsweise in einer Menge von 0,1 bis 2 Gew.-^ und insbesondere in einer Menge von 0,5 bis 1 Gew.-^ bezogen auf das Schmiermittel zugesetzt. Oxalate und Citrate sind als Inhibitoren besonders beim Tiefziehen von Chromstählen geeignet, weil hier Phosphate ohne Wirkung sind. Insbesondere kommen hier Diäthanolaminphosphat oder Triäthanolaminphosphat infrage. Weitere brauchbare Zusätze sind Benzoesäure, Triäthanolamin und/oder Morpholin.

Ein bevorzugtes Schmiermittel ist eine homogene wässrige W Lösung eines linearen Seitenketten tragenden Mischpolymerisats von Äthylenoxyd mit höheren Alkylenoxyden mit j5 bis 8 Kohlenstoffatomen oder aus einem Mischpolymerisat von Acrylsäure oder Methacrylsäure mit Acryl- oder Methacrylsäureestern. Bei dem letzteren Schmiermittel wird die Wasserlöslichkeit durch.die Ester bewirkt. Wenn gewünscht kann das Schmiermittel Korrosionsinhibitoren oder andere Schmiermittelzusätze enthalten.

Das wasserlösliche Schmiermittel kann in Konzentrationen von 0,5 bis zu etwa 90 % verwendet werden. Bei Anwendungen,

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bei denen beträchtliche Drücke auftreten, werden die höheren Konzentrationen bevorzugt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die Mischpolymerisate des Ä'thylenoxyds, der Acryl- oder Methacrylsäure oder ihrer Ester wie oben beschrieben in Verbindung mit Polyvinylpyrrolidon in einer Konzentration von O,1 bis 5 % oder mit Polyvinylalkohol mit einem Molekulargewicht von 10.000 bis 100.000 in einer Konzentration von 0,1 bis 5 % angewandt. Polyvinylpyrrolidon oder Polyvinylalkohol sind ebenfalls alleine als Schmiermittel geeignet, wobei insbesondere eine verdünnte wässrige Lösung von 0,5 bis 5 % verwendet wird. Die verwendeten Polymere besitzen ein Molekulargewicht im Bereich von etwa 30.000 bis 1.000.000 oder' höher.

Von den weiter oben erwähnten Rostsehutzmitteln wird insbesondere Äthanolaminhydrogenphosphat oder Triäthanolaminphosphat benutzt, da diese Zusätze in organischer oder wässriger Lösung eine nur geringe basische Reaktion zeigen (max. PH 8,5)· Sie sind insbesondere für diejenigen Schmiermittel geeignet, die ein Druckaufnahmevermögen bis zu 150 kg aufweisen. Morpholin kann als Gasphaseninhibitor zusetzt werden.

Vorteilhaft hat sich auch die Verwendung von Glykolen als Zusatz für die erfindungsgemäßen Schmiermittel gezeigt, da diese Stoffe dem starken Klebeffekt der Hochpolymeren entgegen wirken. Außerdem dienen sie als Hautschutzmittel für die eventuell mit dem Schmiermittel in Berührung kommenden Arbeiten. Vorzugsweise werden Propandiol-l,2, Propandiol-1,3, Bütandiol-1,2, Butandiol-1,3 und Butandiol-1,4 verwendet. Ebenso ist der Zusatz von Propantriol möglich. Die Glykole werden in Mengen von 5 bis §0 %, vorzugsweise 10 bis 20 % dem erfindungsgemäßen Schmiermittel beigegeben.

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Die Viskosität der wässrigen Lösung ,kann durch die Auswahl • der Kettenlänge der angewandten Produkte eingestellt werden. Das Viskositätsverhalten der polymeren Substanzen ist sehr günstig, da die Kurven der Viskositätsindizes extrem flach verlaufen.

Um als Schmiermittel verwendbar zu sein, darf das Polymeri-. sat nur einen Trübungspunkt besitzen, der bei l$iger Lösung nicht unter 30° C liegt. Ein weiteres Kriterium ist die Viskosität. Im allgemeinen darf eine 5$ige wässrige Lösung keine höhere Viskosität haben als 50 cPs bei 20° C.

Die Mischpolymerisate, die in dem erfindungsgemäßen Schmiermittel verwendet werden, sollen in einem bestimmten vom Molekulargewicht abhängigen Verhältnis zueinander stehen. In dem in Fig. 1 dargestellten Diagramm ist die Abhängigkeit des Molgewichts des Propylenoxydpolymerisats zum Ä'thylenoxyd im Molekül in Gew.-% dargestellt. Die in den in der Fig. 1 gestrichelt gezeichneten Bereich A fallenden Mischpolymer!-: sate eignen sich besonders gut als Schmiermittel. Die Herstellung eines solchen Mischpolymerisats geschieht beispielsweise so, daß man zunächst Polypropylen mit einem Molekulargewicht von 800 vorlegt und dann mit Hilfe von Kthylenoxyd auf ein Molekulargewicht von 1200 erhöht.

Lösungen dieser Substanzen zeigen bereits gegenüber den bekannten Schmierstoffen und Emulsionen bei gleichen Metallverarbeitungsvorgängen eine beträchtliche verbesserte Lastaufnähme. Darüber hinaus haben sie verschiedene wesentliche Vorteile, so sind sie biologisch abbaufähig und entsprechen daher den wasserwirtschaftlichen Vorschriften.

Sie hinterlassen auf dem bearbeiteten Werkstück nach dem Glühen keinerlei Rückstände, was bei spanlosen Bearbeitungsvorgängen sehr wesentlich ist. Beim Umformungsvorgang selbst

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zeichnen sie sich durch besonders hohe Druckaufnahme aus, so daß z.B. beim Walzen die Stichanzahl zum Abwälzen eines gewissen Abwalzgrades und der Kraftbedarf verringert werden kann. Sie haben eine überlegene Kühlwirkung, so daß die Arbeitsgeschwindigkeiten erhöht werden können. Sie sind ganz allgemein gesprochen bei den verschiedensten Vorgängen von der leichten Verformung bis zu schweren Abwalzvorgängen anzuwenden. Bei der spangebenden Bearbeitung kann eine um Größenordnungen höhere Werkzeugstandzeit beobachtet werden. Eine Verbesserung um 100 % ist nichts ungewöhnliches, manchmal erreicht man sogar eine Verlängerung der Standzeiten gegenüber üblichen Bohr- oder Kühlmitteln um mehrere 100 %. Dies ist besonders bemerkenswert, weil sich diese bedeutende Verbesserung gerade bei schweren Arbeitsvorgängen zeigt und dort sehr überraschend .ist.

•Bei der Kaltumformung, insbesondere von Eisenwerkstoffen und Blechen in großem Umfang, stellt es immer wieder ein gewisses Problem dar, das Schmiermittel rationell wiederzugewinnen. Aus wasserhygienischen Gründen kann man, ganz abgesehen von den Kostenverlusten, die bekannten Kühlmittel nicht in die Flüsse lassen. Es sind daher kostspielige Regeneriervorrichtungen und Verfahren erforderlich* Die erfindungsgemäßen Schmiermittel können jedoch als hochverdünnte Lösung ohne Bedenken in die Flüsse abgelassen werden. Die in den erfindungsgemäßen Schmiermitteln vorhandenen hochpolymeren Substanzen sind biologisch abbaufähig. Die Kosten für die beim Ablassen in die Flüsse verlorengehenden Substanzen sind wegen des geringen Anteils in dem Schmiermittel selbst sehr gering. Eine Aufarbeitung der erfindungsgemäßen Schmiermittel ist also im Hinblick auf die hochpolymeren Substanzen nicht erf orderlichj, sondern käme nur in Betracht, wenn eine Einsparung an Wasserverbrauch dies erforderlich machen würde.

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- ίο -

Die erfindungsgemäß zur Anwendung gelangenden Schmierstoffe sind in wasserfreiem Zustand zähflüssige öle bis harte wachsartige Stoffe. In wässriger Lösung besitzen sie in Abhängigkeit von Kettenlänge und Molekulargewicht sehr hohe Zähigkeiten. Die Kettenlänge der erfindungsgemäß zur Anwendung gelangenden Schmierstoffe soll im Hinblick auf die steil ansteigenden Viskosität mit zunehmendem Molekulargewicht auf etwa 50 bis 500 Kettenglieder beschränkt sein. Dies entspricht bei Mischpolymerisaten aus Polypropylen- und Polyäthylenoxiden einem Molekulargewicht (MG) von etwa 1000 bis 6000 und bei den Polyvinylpyrrolidonen oder PoIyvinylalkoholen von etwa 30.000 bis ca. 1.000.000.

Ein weiterer Vorteil ist, daß die Lösungen der erfindungsgemäßen Schmierstoffe in einem Temperaturbereich zwischen 10 bis 8o° C ihr hervorragendes Viskositäts-Temperatur-Verhältnis beibehalten. Sie sind weitgehend alterungsbeständig und stabil. Die hervorragende Lastaufnahme gegenüber üblichen Schmierstoffen geht eindeutig aus folgender Tabelle hervor, wobei zu berücksichtigen ist, daß der Peststoffgehalt der erfindungsgemäßen, wässrigen Lösung ja nur in der Größenordnung von 1 % liegt.

Mineralöl 5° E bei 20° C 90 kg Lastaufnahmever

mögen

Rüböl, rein l6o kg "

Emulsion A 5 $

Mineralöl-Basis ι 80 kg "

Mineralöl 5 E + 15 % Emulgator

"Emuisogen" (BASF)

Emulsion B, 5 %

Fettöl-Basisi 100 kg "

Stearinsäuremethylester + 15 %

Emulgator "Emuisogen EL" (BASF)

Pluracol (Wyandoth Chemical Corp.) l4o kg " erf.gem. Schmierstoffe

■polypropylen/Polyäthylenoxid 1βθ kg " # wässrige Lösung, MG 8000

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erf. gem. Schmierstoffe l#ige

wässrige Lösung

Polypropylenoxyd/Polyvinyl- 250 kg Lastaufnahmevermögen pyrrolidon MG 40.000

Bei diesen erfindungsgemäßen Schmierstoffe fallen die Verhältnisse der Molekulargewichte der mischpolymerisierten Substanzen inden;in Pig. 1 angegebenen Bereich.

Die Bestimmung des Lastaufnahmevermögens erfolgte im Vierkugelapparat mit Stahlkugeln (nach DIN-Entwurf 51550) bei einer Laufzeit von 1 Min. Als Standardsubstanz für Bewertung von Schmierstoffen dient vielfach Rüböl.

In Fig. 2 ist die Abhängigkeit des Lastaufnahmevermögens cms hochpolymeren Schmiermittels als l$ige wässrige Lösung bei 20° C vom Molekulargewicht gezeigt. Das im Vierkugelapparat ermittelte Lastaufnahmevermögen ergibt in halblogarithmischer Darstellung (d.h. bei Verwendung einer logarithmischen Skala für das Molekulargewicht) eine ansteigende Gerade.

Es ist bekannt, daß üblicherweise für spangetoende Verformungen unter niedrigen Belastungen oder von leicht zerspanendem Material (Zugfestigkeit bis ca. 75 kg/mm ) Emulsionen als Schmier- und Kühlöle verwandt werden. Es zeigte sich, daß die erfindungsgemäßen hochmolekularen Schmiermittel wegen ihres hohen LastaufnähmeVermögens und der damit verbundenen Verschleißminderung in ihrer Leistung Emulsionen weit übertreffen. Bei einer Konzentration von ca. 2 % in Wasser lassen sieh erhebliche Vorteile erzielen. Die bei Emulsionen üblichen Schnittgeschwindigkeiten -sie sind stark materialabhängig- lassen sich um 20 bis 50 % steigern, gleichzeitig erhält man noch eine Standzeiterhöhung von mindestens 50 $>. Beim Sägen, Hobeln, Schälen z.B. von Rohr und Draht betragen die Standzeiterhöhungen der Werkzeuge über loo ji: 209811/1493

Die überlegene Wirksamkeit der erfindungsmäßen Schmiermittel zeigt sich besonders deutlich, wenn man folgende Zahlen über die erreichbaren Schnittgeschwindigkeiten beim Bohren betrachtet. Wird ein Stahl der Klassifikation St yj mit den üblichen Emulsionen gebohrt, so erreicht man maximale Schnittgeschwindigkeiten von j5O bis 4o m/min. Wendet man für den gleichen Zweck die erfiiidungsgemäße etwa l#ige Lösung der hochmolekularen Substanzen an, so lassen sich Schnittgeschwindigkeiten von 40 bis 65 m/min erreichen. Für den wesentlich härteren Stahl St 50 liegen die entsprechenden Werte für Emulsionsschmierung bei 8 bis 15 m/min und bei den erfindungsgemäßen Schmiermitteln bei 20 bis 35 m/min.

Bei schweren Zerspanungsaufgaben wie bei Material einer Zugfestigkeit über 90 kg/mm und hohen Belastungen, wie sie beim Tieflochbohren z.B. von Stahl St 50 mit Schnittgeschwindigkeiten von über 100 m/min üblich sind, wurden bisher nur hochlegierte öle eingesetzt. Auch bei diesen Arbeitsgängen sind die erfindungsgemäßen hochmolekularen Schmiermittel mit großem Erfolg einsetzbar. Bereits bei gleicher Arbeitsleistung (Werkzeugstandzeit, Schnittgeschwindigkeit, Oberflächengüte) ist der Vorteil sehr groß, da nämlich bei gleichen Schmierstoffgestehungskosten pro kg infolge der großen Verdünnung der erfindungsgemäßen hochmolekularen Stoffe die tatsächlichen Kosten auf 5 bis 10 % sinken. Ebenso läßt sich das erf iiidungsgemäße Schmiermittel aber auch in konzentrierter Form oder in 15 bis 25#iger Verdünnung mit Wasser zum Tiefziehen von Stahl- und Edelstahlteilen sowie zum Draht- und Rohrziehen verwenden. Insbesondere beim Tiefziehen lassen sich die dabei auftretenden Rückstände mit Wasser leicht abwaschen, so daß eine gute und schnelle Welterverarbeitung ermöglicht wird.

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Abgesehen von den schon gewürdigten Vorteilen der erfindungsgemäßen Schmiermittel ist der Kostenfaktor nicht außer Acht zu lassen. Bei einer Tiefbohranlage benötigt man beispielsweise 3000 kg hochlegiertes öl, wie es bisher angewandt wurde. Dies entspricht einem Kapitalbedarf von etwa DM 4.500. Bei den erfindungsgemäßen hochverdünnten Lösungen der hochmolekularen Stoffe ist nur etwa 1/10 des Betrages anzusetzen. Abgesehen von dieser beträchtlichen Kostensenkung beobachtet man infolge der guten Kühlwirkung eine Standzeitverbesserung der Werkzeuge sowie eine Erhöhung der Schnittgeschwindigkeiten um etwa 10 bis 25 #.. Höhere Steigerungen wären zwar theoretisch möglich, sind jedoch aus konstruktiven Gründen auf den bestehenden Anlagen meistens nicht zu realisieren.

Die erfindungsgemäßen Schmiermittel können für die Bearbeitung von Metall wie Stahl, Messing, Aluminium, Titan, Tantal, Uran, Kupfer und Legierungen verschiedener Metalle verwendet werden. Die Erfindung wird anhand folgender Beispiele näher erläutert, wobei alle Teile Gewichtsteile und alle Prozente Gew. -% bedeuten:

Beispiel 1

Ein Konzentrat aus 15 # Mischpolymerisat von Polypropylen- und Polyäthylenoxyd mit einem Molekulargewicht von etwa 2.000, 5 % des gleichen Polymerisats jedoch mit einem Molekulargewicht von etwa 8.000 mit 6 % Korrosionsinhibitor, wie Morpholin oder Triäthanolamin und 7 4 % Wasser wird hergestellt. 5 Teile dieses Konzentrats bilden zusammen mit 95 Teilen Wasser die endgültige Schmiermittelzusammensetzung. Das entspricht einem Gehalt von 0,75 % niedermolekularem und 0,25 % höhermolekularem Mischpolymerisat im Schmiermittel.

Mit diesem Schmiermittel läßt sich Bandstahl in sehr wirtschaftlicher Weise abwälzen. Entsprechend günstig gestaltete sieh die Verwendung bei der Verarbeitung von Kupfer und Messing.

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Beispiel 2

Beispiel 1 wurde dahingehend abgewandelt, daß 15 % eines Mischpolymerisats mit einem Molekulargewicht von 3000 und 5 % Polyvinylpyrrolidon mit einem Molekulargewicht von etwa 20.000 zur Anwendung gelangte. In diesem Fall wurde es zum Walzen von Kupferschienen mit sehr gutem Erfolg angewandt. Außerdem wurde das Schmiermittel aber auch für neue Materialien und neue Formen verwendet. Beispielsweise konnten dünne Folien durch Walzen auf Foliendicken von 5 /U im Falle von Kupfer, Zinn, Gold oder Messing und Foliendicken von 30 /u bei Stahl (Siliciumstahl) hergestellt werden.

Beispiel 3

Ein Konzentrat aus 50 Teilen Wasser, 20 Teilen Propylenglykol, | 5 Teilen Morpholin (oder Triäthanolamin), 20 Teile Mischpolymerisat aus Polypropylenoxyd und Polyäthyleno;cyd mit einem Molekulargewicht von etwa 3.000 und 2 Teilen Polyvinylpyrrolidon mit einem Molekulargewicht von etwa 1.000.000 wurde hergestellt. 2,5 Teile des Konzentrats wurden mit V/asser zu 100 Teilen der endgültigen Schmiermittelmischung verdünnt.

Dieses Schmiermittel diente zum Walzen von Aluminiumblechen bei hohen Walzgeschwindigkeiten mit ausgezeichneten Resultaten. Das Schmiermittel wurde nicht regeneriert, sondern ins Abwassersystera gelassen.

Beispiel 4

Ein Konzentrat aus 20 Teilen eines Mischpolymerisats aus Propy- w lenoxyd und Äthylenoxyd mit einem Molekulargewicht von ca. 6.000, 16 Teilen Benzoesäure, 9 Teilen Triäthanolamin, 16 Teilen Triäthanolaminphosphat, 6 Teilen Morpholin und 34 Teilen Wasser wurde hergestellt. 5 Teile dieses Konzentrats wurde mit Wasser zu 100 Teilen der endgültigen Schmiermittelmischung verdünnt.

Das Lastaufnahmevermögen (Vierkugelapparat, Laufzeit 1 min) betrug 300 kg. Die Mischung wurde für das Bohren von Stählen angewandt, wobei bei einem Stahl St 37 eine durchschnittliche Schnittgeschwindigkeit von 45 m/min und bei St 50 von 25 m/min erreicht wurde. _209811/U93

Beispiel 5

Ein Konzentrat aus 20 Teilen eines Mischpolymerisats von Styroloxyd und Kthylenoxyd mit einem Molekulargewicht von etwa 10.000, l6 Teilen Benzoesäure, 9 Teilen Triäthanolamin, 16 Teilen Triäthanolaminphosphat, 6 Teilen Morpholin und Jk Teilen Wasser wurde hergestellt. 5 Teile dieses Konzentrats wurden mit Wasser zu 100 Teilen der Schmiermittelmischung verdünnt. Diese Mischung wurde ebenfalls zum Bohren von Stählen angewandt, Das Lastaufnahmevermögen betrug ebenfalls 300 kg» Mit diesem Schmiermittel wurde eine Verbesserung von etwa 30 bis 50 % gegenüber konventionellen Schmiermitteln erreicht. Außerdem konnte es günstig zur Bearbeitung von extrem harten Metallegierungen verwendet wer» ^v den.

Beispiel 6

Ein Konzentrat aus 20 Teilen eines Mischpolymerisats von Cyelohe:tyloxyd und Äthylenoxyd mit einem Molekulargewicht von etwa 12.000, 5 Teilen eines Mischpolymerisats aus Propylenoxyd und Κ^'^Ιβηοχ;?:! mit einem Molekulargewicht von etwa 2.000, 5 Teilen Polyvinylpyrrolidon mit eitlem Molekulargewicht von etwa 30.000, 16 Teilen Benzoesäure, 9 Teilen Triethanolamin, 15 Teilen Triäthanolaminphosphat, 6 Teilen Morpholin und 2k Teilen Wasser wurde hergestellt. 5 Teile dieses Konzentrats wurden mit Wasser zu 100 Teilen der Schmiermittelmischung verdünnt. ·

Dieses Schmiermittel wurde ebenfalls für das Bohren von Stählen angewandt. Das Lastaufnahmevermögen betrug zwischen 380 bis 400 kg. Durchschnittliche Schnittgeschwindigkeiten von 6p m/min konnten für einen Stahl der Klassifikation St 37 und von 30 m/min bei St 50 erreicht werden. Dieses

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Schmiermittel kann sehr hohe Drucke'aufnehmen, wie sie beispielsweise beim Tieflochbohren bei der Herstellung von Gewehrläufen auftreten. Das Schmiermittel kann außerdem beim Höhnen von Metallen zur Herstellung von Oberflächen mit besonders hohem Glanz benutzt werden.

Beispiel 7 ·

Ähnliche Ergebnisse werden erreicht, wenn man das Mischpolymerisat aus Cyclohexyloxyd und Äthylenoxyd durch ein Mischpolymerisat aus Propylenoxyd und Äthylenoxyd mit einem Molekulargewicht von 8.000 ersetzt.

Beispiel 8

Ein Konzentrat aus 15 Teilen eines Mischpolymerisats aus Propylenoxyd und Äthylenoxyd mit einem Molekulargewicht von ca. 4.4-00 bei einem Verhältnis der Propylen- zu den Äthylenradikalen von 2,1 : 1, 5 Teilen Polyvinylpyrrolidon mit einem Molekulargewicht von etwa 800.000, 10 Teilen Diäthanolaminphosphat sowie 46 Teilen einer Korrosionsinhibitormischung wie in den vorhergehenden Beispielen und 24 Teilen Wasser wurde hergestellt. 5 Teile dieses Konzentrats wurden mit Wasser zu 100 Teilen der Schmiermittelmischung verdünnt.

W Dieses Schmiermittel wurde mit ausgezeichneten Resultaten bei der Formgebung von Stahl beispielsweise zu Schienen, Stäben, U-Eisen usw. verwendet. Auch beim Gewindeschneiden hat sich diese Mischung bewährt.

Beispiel 9

Ein Konzentrat aus 20 Teilen eines wasserlöslichen Mischpolymerisats aus Acrylsäureisopropylester und Methacrylsäure (wie in der DT-PS 862 956 beschrieben), mit einem

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- τι -

Molekulargewicht von etwa 15.000, 15 Teilen Äthylenglykol sowie 46 Teilen einer Korrosionsinhibitormischung wie in den vorhergehenden Beispielen und 29 Teilen Wasser wurde hergestellt. 5 Teile dieses Konzentrats wurden mit Wasser zu 100 Teilen der Schmiermittelmischung verdünnt.

Beispiel 10

fiin konzentrat aus 20 Teilen eines Mischpolymerisats aus Propylenoxyd und Äthylenoxyd mit einem Molekülargewicht von etwa 2.500 und einem Verhältnis von dem Propylenoxydzum Kthylehoxyämoribmereri von 1,8 : 1, 4 Teilen Polyvinylalkohol mit einem Molekulargewicht von etwa 10.000 sowie 46 Teilen der Korrosionsinhibitormischühg wie in den vorher gehehderi Beispielen und 50 Teilen Wasser wurde hergestellt, ίο Teile dieses Konzentrats wurden mit Wasser zu 100 Teilen der Schrriiermitteimischung verdünnt.

Dieses Schmiermittel eignet sich besonders für Fräs- und Schrieidbeärbeitungsvorgänge sowie zum Hobeln von Stahl.

i ii

Ein Konzentrat aus 20 Teilen eines Mischpolymerisats aus Propylenoxyd ürid Sthylenoxyd mit einem Molekulargewicht von etwa 4.4oo und einem Verhältnis der Propylen- zu den Ktnyierirädikäien von 2,1 : 1, 5 ieilen Polyvinylpyrrolidon mit einem Molekulargewicht von etwa 200.000, 15 Teilen Diäthänolamihphosphat und 30 Teilen Propyienglykol wurde hergestellt.

Dieses Schmlermittei ist besonders geeignet zum Schleifen von Stähl iind Peinstzienschleiferi von Stahl zur Hersteilürig von Präzisionsinstrumenten".

ORIGINAL INSPECTED

Beispiel 12

Ein Mischpolymerisat von 2j5 Teilen Äthylenoxyd und 15 Teilen Butylenoxyd, 50 Teilen Propylenglykol und 2 Teilen Morpholin wird mit 10 Teilen Masser gemischt. Dieses konzentrat eignet sich besonders zum Tiefziehen von MetaÜen \mä Ziehen von Rohren.

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ORIGINAL INSPECTED

Claims

Patentansprüche

1. Schmiermittel für die spanende und spanlose Bearbeitung von Metallwerkstoffen, gekennzeichnet durch wenigstens 1 wasserlösliches, hochmolekulares, lineare Seitenketten tragendes Polymerisationsprodukt, das aus einem Mischpolymerisat des Kthylenoxyds mit höheren Alkylenoxyden mit 5 bis 8 Kohlenstoffatomen und einer Kettenlänge von etwa 50 bis 500 Kettenglieder, aus einem Mischpolymerisat von Acryl- oder Methacrylsäure und Acryl- oder Methacrylsäureestern von Alkoholen mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen oder mehr und einer Kettenlänge von etwa 100 bis 500 Kettengliedern, Polyvinylpyrrolidon mit einem Molekulargewicht von etwa 100.000 bis 1.000.000 oder einem Polyvinylalkohol mit einem Molekulargewicht von etwa 10.000 bis 1.000.000 besteht.

2. Schmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerenketten Substituenten tragen.

j>. Schmiermittel nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine verdünnte Lösung des Polymeren im Bereich von 0,1 bis 90 Gew.-%.

4. Schmiermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine verdünnte Lösung des Polymeren im Bereich von etwa 0,5 bis 10

5. Schmiermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ι
nicht überschreitet.

gekennzeichnet, daß seine Viskosität 50 cPs bei 20° C

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6. Schmiermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5* gekennzeichnet durch einen Trübungspunkt, der bei l$iger wässriger Lösung nicht unter 30° C liegt.

7. Schmiermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Molgewicht des Propylenoxydpolymerisats zum Äthylenoxyd im Molekül in
den in Pig. I dargestellten Bereich (A) fällt.

8. Schmiermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da- ^ durch gekennzeichnet, daß es eine wässrige Lösung

' eines Mischpolymerisats von Polypropylenoxyd und

Polyäthylenoxyd mit niedrigem Molekulargewicht mit
einem Mischpolymerisat von Polypropylenoxyd und
Polyäthylenoxyd mit hohem Molekulargewicht ist.

9. Schmiermittel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Molekulargewicht der Polymerisate etwa 2.000 und 8.000 beträgt.

10. Schmiermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 0,1 bis 5 Gew.-% Polyvinylpyrrolidon.

11. Schmiermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 0,1 bis 5 Gew.-% Polyvinylalkohol.

12. Schmiermittel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Mischung von 0,5 bis 5 Gew.-# eines Mischpolymerisats von Äthylenoxyd und 0,1 bis 5 Gew.-^ Polyvinylpyrrolidon.

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Schmiermittel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Mischung von 0,5 bis 5 Gew.-^ eines Mischpolymerisats von Äthylenoxyd und 0,1 Ms 5 Gew.-^ Polyvinylalkohol. .

Schmiermittel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Mischung von 0,5 bis 5 Gew.-^ eines Mischpolymerisats der Acrylsäure und 0,1 bis 5 Gew.-% Polyvinylalkohol.

15* Schmiermittel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Mischung eines Mischpolymerisats von A'thylenoxyd und Cyclohexyl-, Butylen- oder Styroloxyd.

16. Schmiermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch einen Zusatz von Glykolen in Men-

- gen von 5 bis 50 $, vorzugsweise 10 bis 20 ^.

17. Schmiermittel nach Anspruch l6, gekennzeichnet durch einen Zusatz von Propandiol-1,2, Propandiol-l,j5> Butandiol-1,2, Butandiol-1,3, Butandiol-1,4 und/oder Propantriol, ,

18. Schmiermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch einen Zusatz von Korrosionsinhibitoren.

19. Schmiermittel nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch einen Zusatz von Phosphaten, Benzoaten, Oxalaten, Citraten, Tartraten und/oder Salizylaten in Form ihrer Salze mit einem Alkenolamin, insbesondere Äthanolamin.

20. Schmiermittel nach Anspruch 18 oder 19, gekennzeichnet durch einen Zusatz von Benzoesäure, Triäthanolamin und/oder Morpholin. .

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