DE4326210A1

DE4326210A1 - Neuartige Schmiermittelzusammensetzung auf Wasserbasis zum Kaltschlagstrangpressen von Zündkerzenkörpern oder anderen Metallteilen sowie Verfahren

Info

Publication number: DE4326210A1
Application number: DE4326210A
Authority: DE
Inventors: Edmond J Stoutenburg
Original assignee: Acheson Industries Inc
Current assignee: Acheson Industries Inc
Priority date: 1992-08-06
Filing date: 1993-08-04
Publication date: 1994-02-10
Also published as: JPH06184588A; US5307660A; BR9203946A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine neuartige Schmier mittelzusammensetzung auf Wasserbasis zum Kaltstrangpressen von Metallteilen, wie beispielsweise Zündkerzenkörpern o. ä. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein neuartiges Ver fahren zum Kaltformen von Metallteilen, bei dem die Schmier mittelzusammensetzung auf einzigartige Weise am Ende des Me tallformvorganges von den geformten Metallteilen entfernt werden kann. Die Erfindung ist für die meisten Arten von Kaltformverfahren geeignet, wie beispielsweise Kaltstrang pressen, Kaltziehen, Kaltstanzen, Gesenkschmieden, Lochen und/oder Schneiden von Stahl- oder Metallteilen.

In der Vergangenheit sind beispielsweise beim Kalt schlagstrangpressen von Zündkerzenkörpern, bei dem Zusammen setzungen aus Molybdändisulfid in Wasser als Schmiermittel überzug für die Metallkörper vor dem Kaltformverfahren (d. h. dem Kaltstrangpressen) verwendet wurden, ernsthafte Probleme aufgetreten. Die Gründe für diese Probleme waren zumindest dreifacher Art. Als erstes traten bei den Herstellern Probleme auf, die durch die Verschmutzung mit Molybdändisul fidstaub in der Fabrik verursacht wurden, wobei eine derar tige Verschmutzung in wünschenswerter Weise vermieden werden sollte. Als zweites wurde der Schmiermittelüberzug aus dem Molybdändisulfid in einem flüssigen Bad aufgebracht. In die sem Bad existierten Probleme in bezug auf das Absetzen des Molybdändisulfidpigmentes im Bad. Darüber hinaus mußte das flüssige Bad normalerweise auf einer konstanten Temperatur von 71°C gehalten werden, was teuer in der Unterhaltung war und wozu man sehr viel Wärmeenergie benötigte. Als drittes ergaben sich Probleme in bezug auf die Entfernung des Molyb dändisulfidschmiermittels. Die fertigen geformten Metall teile trugen einen verbrannten Film aus Molybdändisulfid, der danach Schweiß- und andere Vorgänge, bei denen es sich um notwendige Folgeschritte in Verbindung mit derartigen Me tallteilen handelt, verhinderte. Daher mußte das Molybdän disulfid physikalisch entfernt werden, entweder durch Ätzen oder durch Strahlputzen. Dieses Reinigen verursachte be trächtliche Kosten (Zeit, Energie und Manpower) für den Her steller. Es ist daher ein Wunsch der Hersteller, die vor stehend genannten Probleme zu vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Schmiermittelzusammensetzung auf Wasserbasis zu schaffen, die für das Kaltformen von Metall- oder Stahlteilen geeignet ist.

Die Erfindung bezweckt ferner die Schaffung einer neuartigen Schmiermittelzusammensetzung auf Wasserbasis, die besonders geeignet ist für das Kaltschlagstrangpressen von Zündkerzen körpern.

Des weiteren soll erfindungsgemäß eine neuartige Schmiermit telzusammensetzung auf Wasserbasis zum Kaltformen von Me tallteilen zur Verfügung gestellt werden, die die Durch führung eines sauberen Herstellverfahrens ermöglicht, gleichzeitig jedoch eine Schmiermittelzusammensetzung zur Verfügung stellt, die am Ende des Metallformverfahrens in wirksamer und wirtschaftlicher Weise entfernt werden kann.

Erfindungsgemäß soll auch ein neuartiges Verfahren zum Kalt formen von Metallteilen, wie beispielsweise Zündkerzenkör pern aus Stahl, und anderen Stahl- oder Metallteilen zur Verfügung gestellt werden.

Diese Aufgabe wird durch eine neuartige Schmiermittelzusam mensetzung auf Wasserbasis sowie ein entsprechendes Ver fahren nach den Patentansprüchen gelöst.

Kurz gesagt, stellt die Erfindung eine Schmiermittelzusam mensetzung auf Wasserbasis zum Kaltschlagformen von Metall teilen zur Verfügung, die frei von brennbaren aliphatischen und alicyclischen Verbindungen mit niedrigerem Molekularge wicht ist und etwa 3 bis etwa 25 Gew.% eines löslichen alka lischen thermoplastischen Acrylharzbindemittels, etwa 3 bis etwa 20 Gew.% partikelförmiges Pulvermaterial aus Poly tetrafluoräthylen, etwa 0,1 bis etwa 12 Gew.% eines alka lischen Solubisiermittels, um den pH-Wert der Zusammen setzung in einem Bereich von etwa 8 bis 11 zu halten, etwa 0,01 bis 6 Gew.% eines Verdickungsmittels und etwa 0,01 bis 2 Gew.% eines Antischaummittels, Rest Wasser, enthält.

Die Erfindung schlägt ferner ein Verfahren zum Kaltformen von Metallteilen, wie beispielsweise Zündkerzenkörpern aus Stahl o. ä., vor, das die folgenden Schritte umfaßt: 1) Vor erhitzen der Metallteile auf eine Temperatur zwischen etwa 52°C (125°F) und etwa 77°C (170°F (vorzugsweise etwa 55-63°C (130-145°F)) durch Eintauchen in heißes Wasser; 2) Be schichten der Metallteile mit einer Schmiermittelüberzugszu sammensetzung auf Wasserbasis, die etwa 3 bis etwa 25 Gew.% eines löslichen alkalischen thermoplastischen Acrylharzbin ders, etwa 3 bis etwa 20 Gew.% partikelförmiges Pulvermate rial aus Polytetrafluoräthylen, etwa 0,1 bis etwa 12 Gew.% eines alkalischen Solubilisiermittels, um den pH-Wert der Zusammensetzung innerhalb eines Bereiches von etwa 8 bis etwa 11 zu halten, 0 bis etwa 6 Gew.% eines Verdickungsmit tels und 0 bis etwa 2 Gew.% eines Antischaummittels, Rest Wasser, enthält; 3) Lufttrocknen der Metallteile; 4) Formen der beschichteten Metallteile in einer Kaltformmaschine, um die geformten Metallteile herzustellen; und 5) Unterziehen der Metallteile einer kaustischen Wäsche sowie Wasserspülung zum Entfernen von restlichem Harz und PTFE-Schmiermittel.

Bei dem erfindungsgemäß verwendeten Harzbindemittel sollte es sich um ein lösliches alkalisches thermoplastisches Acrylharzbindemittel handeln. Geeignete Harze für diesen Zweck sind: Acrylharzbindemittel, die als Acrysol WS-24; Joncryl Acrylic Resin Nr. 60; und Carboset 525 Acrylic Resin bekannt sind. Die Menge des Acrylharzbindemittels sollte in einem Bereich von etwa 3 bis etwa 25 Gew.% der Schmiermit telzusammensetzung auf Wasserbasis liegen. Vorzugsweise sollte die Menge in einem Bereich von etwa 5 bis etwa 15 Gew.% liegen. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn das Acrylharzbindemittel in einem Bereich von etwa 11 bis etwa 13 Gew.% der Schmiermittelzusammensetzung vorliegt.

Der Polytetrafluoräthylenanteil der Schmiermittel Zusammen setzung sollte ein partikelförmiges Pulver oder Pulver dispersionsmaterial aus Polytetrafluoräthylen (PTFE) sein. Geeignete Arten von solchen PTFE-Materialien zur erfindungs gemäßen Verwendung sind: Teflon 30, Vydax, Whitcon TL-102-2, Fluon AD-1 sowie andere im Handel erhältliche PTFE-Pulver mit hoher Dichte. Das Polytetrafluoräthylen-Pulver sollte in der Schmiermittelzusammensetzung in einem Bereich von etwa 3 bis etwa 20 Gew.% der Zusammensetzung, vorzugsweise in einem Bereich von etwa 4 bis etwa 10 Gew.% der Zusammensetzung, vorliegen. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn das Polytetrafluoräthylen in einem Bereich von etwa 5 bis etwa 7 Gew.% der Zusammensetzung vorhanden ist.

Das bei der Schmiermittelzusammensetzung verwendete alka lische Solubilisiermittel sollte vorzugsweise Ammonium hydroxid sein. Es können jedoch auch andere kaustische Mate rialien Verwendung finden, wie beispielsweise Natrium hydroxid o. ä. Das alkalische Solubilisiermittel sollte in der Zusammensetzung in einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 12 Gew.% der Zusammensetzung und in einer ausreichenden Menge vorliegen, um den pH-Wert der Zusammensetzung auf etwa 8 bis 11 einzustellen. Vorzugsweise sollte das alkalische Solubilisiermittel in der Zusammensetzung in einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 4 Gew.% und in einer ausreichenden Menge vorliegen, um den pH-Wert der Zusammensetzung auf einen Punkt zwischen etwa 8,5 und 10 einzustellen. Die besten Ergebnisse werden erhalten, wenn das alkalische Solu bilisiermittel in der Zusammensetzung in einem Bereich von etwa 0,2 bis etwa 3% vorliegt und der pH-Wert in einem Be reich von etwa 9 bis etwa 9,5 fällt.

Bei dem in der Schmiermittelzusammensetzung verwendeten Ver dickungsmittel kann es sich um irgendeines der nachfolgenden Materialien (oder um Kombinationen davon) handeln: Carb oxymethylzellulose, Polysaccharide, Hydroxyäthylcellulose, Benton, Ton, Siliziumdioxid (wie beispielsweise Rauchquarz), Polyox und ein Acrylemulsionskopolymerisat (wie das von Rohm & Haas Co. ASE-95). Das Verdickungsmittel kann in der Schmiermittelzusammensetzung in einem Bereich von 0,01 bis etwa 6 Gew.% der Zusammensetzung vorliegen. Vorzugsweise sollte es in einem Bereich von etwa 0,01 bis etwa 4 Gew.% vorhanden sein. Die besten Ergebnisse werden erhalten, wenn das Verdickungsmittel in einem Bereich von etwa 0,2 bis etwa 1 Gew.% der Zusammensetzung vorliegt.

Das erfindungsgemäß verwendete Antischaummittel kann in ge eigneter Weise eines der nachfolgenden Materialien sein: Siliziumemulsionen (wie beispielsweise SWS-214 Dimethyl siloxanemulsion von der Firma Stauffer Chemical Company); Pflanzenölemulsionen (wie das Produkt GP No. 440 der Firma Genessee Polymer Company); Alkohole mit hohem Molekularge wicht (d. h. Octylalkohol oder Texanol). Das Antischaummittel sollte in der Schmiermittelzusammensetzung in einem Bereich von etwa 0,01 bis etwa 2 Gew.% der Zusammensetzung vorhan den sein. Vorzugsweise sollte es in einem Bereich von etwa 0,01 bis etwa 1 Gew.% vorliegen. Die besten Ergebnisse wer den erzielt, wenn das Antischaummittel in einem Bereich von etwa 0,05 bis etwa 0,3 Gew.% der Zusammensetzung vorhanden ist.

Andere Additive können wahlweise in der Schmiermittelzusam mensetzung vorhanden sein, wie beispielsweise Pigmentfüllma terialien: Talk, Glimmer und Bornitrid; Antikorrosionsmit tell, wie beispielsweise Amine, Aminborate und Salze von Karbonsäuren; und Präservierungsmittel, wie beispielsweise Grotan (erhältlich von der Firma Lehn & Fink Products Group). Auch Schmiermitteladditive können wahlweise einge setzt werden, wie beispielsweise Polypropylenemulsionen (d. h. Eastman Product No. E-43) und Polyäthylenemulsionen (wie beispielsweise das Allied Product No. AC-629). Solche anderen Additive können in der Zusammensetzung in einem breiten Bereich von 0 bis etwa 15 Gew.%, vorzugsweise von etwa 0,01 bis etwa 10%, Verwendung finden.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung dienen die nachfol genden Ausführungsbeispiele. Es versteht sich, daß diese Ausführungsbeispiele den in den Patentansprüchen festgeleg ten Schutzumfang der Erfindung in keiner Weise beschränken.

Beispiel 1

Bei dem Verfahren zum Herstellen der vorstehend beschriebe nen Schmiermittelüberzugszusammensetzung (sowie auch der nachfolgenden Beispiele) werden zuerst die Bestandteile in der obigen Reihenfolge vermischt. Als zweites wird der pH- Wert auf 9,0 eingestellt, indem, falls erforderlich, gering fügig weiter Ammoniak zugesetzt wird.

Zündkerzenblöcke verschiedener Größen wurden mit der vor stehend beschriebenen resultierenden Schmiermittelüberzugs zusammensetzung beschichtet. Die Blöcke wurden dann in einer Kaltschlagstrangpreßvorrichtung geformt. Die Qualität der fertigen Zündkerzenkörper war ausgezeichnet. Die Teile wur den gereinigt, indem sie in ein alkalisches Spülmittel ein getaucht wurden. Es wurde keine weitere Reinigung benötigt. Für die nachfolgenden Vorgänge war kein zusätzliches Ätzen oder Strahlputzen erforderlich. Das Schmiermittelbad mußte zum Beschichten nicht erhitzt werden, so daß ebenfalls diese Kosten reduziert werden konnten. Es wurde festgestellt, daß der Überzug ein ausgezeichnetes Verhalten besaß und beson ders vorteilhaft in bezug auf das Schmieren der Stahlteile vor dem Kaltformen war.

Beispiel 2
Bestandteil
Gewichtsprozent
Wasser\|57,7%
Acrysol WS-24* (lösliches alkalisches thermoplastisches Acrylharzbindemittel)	30,0%
ASE-95* (Verdickungsmittel)	1,0%
Ammoniak	1,2%
Teflon 30	10,0%
DM-4130 Antischaummittel	0,1%
	100,0%
Auswertung @	Feststoffe	17,5%
Viskosität	40 cps
pH-Wert	9,0

Beispiel 3
Bestandteil
Gewichtsprozent
Wasser\|57,7%
Acrysol WS-24* (lösliches alkalisches thermoplastisches Acrylharzbindemittel)	30,0%
ASE-95* (Verdickungsmittel)	1,0%
Ammoniak	1,2%
Teflon 30	10,0%
Balab 3056 A (Antischaummittel)	0,1%
	100,0%
Auswertung @	Feststoffe	17,5%
Viskosität	40 cps
pH-Wert	9,0

Beispiel 4
Bestandteil
Gewichtsprozent
Wasser\|57,7%
Acrysol WS-24* (lösliches alkalisches thermoplastisches Acrylharzbindemittel)	30,0%
ASE-95* (Verdickungsmittel)	1,0%
Ammoniak	1,2%
Teflon 30	10,0%
Foam Ban MS-30 (Antischaummittel) @	(Ultra Additives, Inc.)	0,1%
	100,0%
Auswertung @	Feststoffe	17,5%
Viskosität	45 cps
pH-Wert	9,1

Beispiel 5
Bestandteil (zusammengerührt)
Gewichtsprozent
Wasser\|61,6%
Acrysol WS-24* (lösliches alkalisches thermoplastisches Acrylharzbindemittel)	30,0%
ASE-95* (Verdickungsmittel)	1,0%
Ammoniak	1,2%
Whitcon TL-102-2 PTFE (I.C.I. Chemical Co./U.S. division)	6,0%
Foam Ban MS-30	0,1%
Präservierungsmittel (Lehn & Fink)	0,1%
	100,0%
Auswertung @	Feststoffe	-
Viskosität	50 cps
pH-Wert	8,6

Beispiel 6
Bestandteil (Kugelmühle)
Gewichtsprozent
Wasser\|61,6%
Acrysol WS-24* (lösliches alkalisches thermoplastisches Acrylharzbindemittel)	30,0%
ASE-95* (Verdickungsmittel)	1,0%
Ammoniak	1,2%
Whitcon TL-102-2 PTFE	6,0%
Foam Ban MS-30	0,1%
Grotan	0,1%
	100,0%
Auswertung @	Feststoffe	17,25%
Viskosität	40 cps
pH-Wert	8,8

Beispiel 7
Bestandteil (Kugelmühle)
Gewichtsprozent
Wasser\|57,6%
Joncryl 60 (S.C. Johnson Wax Co.)	30,0%
ASE-95* (Verdickungsmittel)	1,0%
Ammoniak	1,2%
Teflon-30	10,0%
Grotan	0,1%
Foam Ban MS-30	0,1%
	100,0%
Auswertung @	Feststoffe	16,89%
Viskosität	30 cps
pH-Wert	9,2

Claims

1. Schmiermittelzusammensetzung auf Wasserbasis zum Kalt schlagformen von Metallteilen, die frei von brennbaren aliphatischen und alizyklischen Verbindungen mit nie drigerem Molekulargewicht ist und die folgenden Be standteile enthält:

(a) etwa 3 bis etwa 25 Gew.% eines löslichen alka lischen thermoplastischen Acrylharzbindemittels,
(b) etwa 3 bis etwa 20 Gew.% eines partikelförmigen Pulvermateriales aus Polytetrafluoräthylen,
(c) etwa 0,1 bis etwa 12 Gew.% eines alkalischen So lubilisiermittels, um den pH-Wert der Zusammen setzung in einem Bereich von etwa 8 bis 11 zu hal ten,
(d) 0,01 bis 6 Gew.% eines Verdickungsmittels,
(e) 0,01 bis 2 Gew.% eines Antischaummittels und
(f) Rest Wasser.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Bestandteil (d) etwa 0,01 bis etwa 4% und der Bestandteil (e) etwa 0,01 bis etwa 1% be trägt.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Bestandteil (a) etwa 5 bis etwa 15%, der Bestandteil (b) etwa 4 bis etwa 10%, der Bestand teil (c) etwa 0,1 bis etwa 4%, der Bestandteil (d) etwa 0,01 bis etwa 4%, der Bestandteil (e) etwa 0,01 bis etwa 1% und der pH etwa 8,5 bis etwa 10 beträgt.

4. Zusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bestandteil (a) etwa 11 bis etwa 13%, der Bestandteil (b) etwa 5 bis etwa 7%, der Bestandteil (c) etwa 0,2 bis etwa 3%, der Bestand teil (d) etwa 0,2 bis etwa 1%, der Bestandteil (e) etwa 0,05 bis etwa 0,3% und der pH etwa 9 bis etwa 9,5 beträgt.

5. Zusammensetzung nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das Verdickungsmittel (Bestandteil (d)) mindestens ein Bestandteil der folgenden Gruppe ist: Karboxymethylcellulose, Polysaccharid, Hydroxyäthyl zellulose, ein Acryl-Emulsionskopolymerisat, Polyox, Benton, Siliciumoxid oder Ton.

6. Zusammensetzung nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das Antischaummittel (Bestandteil (e)) mindestens ein Bestandteil der folgenden Gruppe ist: ein Siliciumantischaummittel (Silikonantischaummittel), ein aus einem Alkohol mit hohem Molekulargewicht be stehendes Antischaummittel oder ein Pflanzenölemul sionsantischaummittel.

7. Verfahren zum Kaltformen von Metallteilen, wie bei spielsweise Zündkerzenkörpern aus Stahl o. ä., gekenn zeichnet durch die folgenden Schritte:

(1) Vorerhitzen der Metallteile auf eine Temperatur zwischen etwa 52°C und etwa 77°C durch Eintauchen in heißes Wasser,
(2) Beschichten der Metailteile mit einer Schmiermit telüberzugszusammensetzung auf Wasserbasis, die die folgenden Bestandteile enthält:
- (a) etwa 3 bis etwa 25 Gew.% eines löslichen alka lischen thermoplastischen Acrylharzbindemit tels,
- (b) etwa 3 bis etwa 20 Gew.% eines partikelförmi gen Pulvermateriales aus Polytetrafluor äthylen,
- (c) etwa 0,1 bis etwa 12 Gew.% eines alkalischen Solubilisiermittels, um den pH-Wert der Zusam mensetzung in einem Bereich von etwa 8 bis 11 zu halten,
- (d) Null bis etwa 6 Gew.% eines Verdickungsmit tels und
- (e) Null bis etwa 2 Gew.% eines Antischaummit tels,
- (f) Rest Wasser,
(3) Lufttrocknen der Metallteile,
(4) Formen der beschichteten Metallteile in einer Kaltformmaschine zur Herstellung der geformten Me tallteile und
(5) Unterziehen der Metallteile einer kaustischen Wäsche und einer Wasserspülung, um das restliche Harz und Polytetrafluoräthylenschmiermittel zu entfernen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die kaustische Wäsche mit einer flüssigen kaustischen Substanz durchgeführt wird, die einen pH-Wert von etwa 10 bis etwa 12 aufweist, und daß der Bestandteil (a) etwa 5 bis etwa 15%, der Bestandteil (b) etwa 4 bis etwa 10%, der Bestandteil (c) etwa 0,1 bis etwa 4%, der Bestandteil (d) etwa 0,01 bis etwa 4%, der Be standteil (e) etwa 0,01 bis etwa 1% und der pH-Wert etwa 8,5 bis etwa 10 beträgt.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Bestandteil (d) etwa 0,2 bis etwa 1% und der Be standteil (e) etwa 0,05 bis etwa 0,3% beträgt.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdickungsmittel (Bestandteil (d)) mindestens ein Bestandteil der folgenden Gruppe ist: Karboxymethylzel lulose, Polysaccharid, Hydroxyäthylzellulose, ein Acryl- Emulsionskopolymerisat, Polyox, Benton, Siliziumoxid oder Ton.

11. Durch das Verfahren nach Anspruch 7 hergestelltes Pro dukt.

12. Durch das Verfahren nach Anspruch 8 hergestelltes Pro dukt.

13. Durch das Verfahren nach Anspruch 10 hergestelltes Pro dukt.

14. Verfahren zum Kaltformen von Metallteilen, wie bei spielsweise Zündkerzenkörpern aus Stahl o. ä., gekenn zeichnet durch die folgenden Schritte:

(1) Vorerhitzen der Metallteile,
(2) Beschichten der Metallteile mit einer Schmiermit telüberzugszusammensetzung auf Wasserbasis, die die folgenden Bestandteile enthält:
- (a) ein lösliches alkalisches Harzbindemittel,
- (b) ein partikelförmiges Schmiermittelpulver aus Fluorkohlenstoff,
- (c) ein alkalisches Solubilisiermittel, um den pH- Wert der Zusammensetzung in einem Bereich von etwa 8 bis etwa 11 zu halten,
(3) Trocknen der Metallteile,
(4) Formen der beschichteten Metallteile in einer Kaltformmaschine, um die geformten Metallteile herzustellen, und
(5) Unterziehen der Metallteile einer kaustischen Wäsche und Wasserspülung.

15. Durch das Verfahren nach Anspruch 14 hergestelltes Pro dukt.