DE2544424C2

DE2544424C2 - Schmiermittel zur Metallbearbeitung

Info

Publication number: DE2544424C2
Application number: DE2544424A
Authority: DE
Inventors: James Estell Pittsburgh Pa. Knepp
Original assignee: Aluminum Company of America
Current assignee: Howmet Aerospace Inc
Priority date: 1974-10-03
Filing date: 1975-10-02
Publication date: 1982-08-05
Also published as: DE2544424A1; DK145231C; AU8372075A; BE833920A; DK444575A; FR2286877A1; JPS5161508A; NL182654B; FR2286877B1; IT1051590B; ZA756017B; JPS5239045B2; SE412595B; ES441501A1; SE412595C; US3923671A; DK145231B; NL7511628A; NL182654C; GB1528803A

Description

dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel als aliphatischen Carbonsäureester einen Äthylenglykol-, Diäthylenglykol-, Triäthylenglykol-, Propylenglykol- oder Dipropylenglykolester einer oder mehrerer aliphatischer Monocarbonsäuren mit 6 bis 18 Kohlenstoffatomen enthält

2. Schmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Fettsäure der allgemeinen Formel

CnjH2m — π + 2 —

enthält,

worin m eine ganze Zahl von 11 bis 34, π gleich Null, 2,4 oder 6 und /-gleich 1 oder 2 ist.

3. Schmiermittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Fettsäure der allgemeinen Formel

C_nH_2n, _ „ ₊ 2 - ,(COOH),

enthält,

worin m eine ganze Zahl zwischen 13 und 17, π gleich Null, 2 oder 4 und /-gleich 1 ist.

4. Schmiermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß es als Emulgiermittel einen nichtionischen, nichtmetallischen Ester oder Äther einer Monocarbonsäure mit 12 bis 18 Kohlenstoffatomen enthält.

5. Schmiermittel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es als Emulgiermittel das Kondensationsprodukt von Äthylenoxid mit einem Alkohol mit 12 bis 18 Kohlenstoffatomen enthält.

6. Schmiermittel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es als Emulgiermittel eine Mischung eines Kondensationsprodukts eines Äthylenoxids mit einem 12 bis 18 Kohlenstoffatome aufweisenden Alkohol und des Veresterungsprodukts eines Polyols mit einer oder mehreren zwischen 12 und 18 Kohlenstoffatomen aufweisenden Monocarbonsäuren enthält.

7. Schmiermittel nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Mineralöl mit einer ausreichenden Anfangsviskosität zur Schaffung einer Viskosität der reinen ölmischung von 250 bis 450 SSU bei 38° C enthält.

8. Schmiermittel nach einem der Ansprüche 1 bis

7, gekennzeichnet durch eine Zusammensetzung in Gewichtsteilen pro hundert Teilen des Schmiermittels von 2 bis 8 Teilen Fettsäure, 10 bis 20 Teilen aliphatischem Carbonsäureester, 2 bis 10 Teilen Emulgator und Mineralöl als Rest.

9. Schmiermittel nach einem der Ansprüche 1 bis

8, in Form einer Reinöl-Wasser-Dispersion, dadurch

gekennzeichnet, daß es 4 bis 30 Gewichtsteile öl in 100 Gewichtsteilen der wäßrigen Dispersion enthält.

Die Erfindung betrifft Schmiermittel für die Metallbearbeitung, die insbesondere beim Ziehen und Glätten von Metallblechen Anwendung finden.
Bei der Verarbeitung von Metallen zu Formen, wie

lu beim Ziehen und Glätten während der Herstellung eines geformten Behälters oder einer Konservendose, z. B. aus Stahl oder Aluminiumblech, finden gewöhnlich mehrere Schmiermittel Anwendung. Aus vorangehenden Walz- und Verarbeitungsgängen sind Rückstandsöle auf den Blechoberflächen vorhanden, die mit den Schmiermitteln oft nicht verträglich sind, und zu Verunreinigungen führen. Ein zusätzliches Schmiermittel wird für den Ziehvorgang und ein weiteres Schmiermittel für den Glättungsvorgang verwendet Ein anderes Schmiermittel, wie z. B. das mechanische oder hydraulische Schmiermittel für die Preßvorrichtung, wird teilweise und unbeabsichtigt mit den Bearbeitungsschmiermitteln vermischt und verunreinigt diese hierdurch, so daß deren Wiederverwendung ausgeschlossen sind. Normalerweise weisen diese Schmiermittel unterschiedliche Zusammensetzungen auf, obgleich auch Schmiermittel bekannt sind, die in unterschiedlicher Konzentration sowohl beim Zieh- als auch beim Glättungsvorgang verwendet werden.

Aus der DE-AS 11 06 017 ist die Verwendung von angesäuerten Rückständen der alkalischen Raffination von pflanzlichen oder tierischen Ölen, die 50 bis 75% freie Fettsäure, etwa 20% Neutralöl und Rest Wasser enthalten, als Schmiermittelkonzentrat zur Kaltbearbeitung von Metallen bekannt. Die IT-PS 5 17 436 betrifft die Verwendung von Mineralöl, Tallöl, tierischer Fettsäure, Stearinsäure und Alkalihydroxid als Schmiermittel für die Verformung von Metallen. Aus der SU-PS 2 66 987 ist ein Schmiermittel für die Warm- und Kaltbearbeitung von Metallen bekannt, das ein Gemisch von Koreanderöl, Mineralöl oder pflanzlichem Öl, oberflächenaktivem Mittel und Wasser darstellt. Aus der GB-PS 7 05 194 ist ein emulgierbares Schmiermittel zur Metallbearbeitung auf Mineralöl-Fettsäure-Basis bekannt, das als öl-in-Wasser-Emulgatoren Sorbitanfettsäureester und Polyoxyäthylensorbitanfettsäureester sowie mehrwertige Metallseifen oder Metallpetroleumsulfonate als Wasser-in-öl-Emulgatoren enthält. Auch das in der US-PS 26 17 769 beschriebene emulgierbare Walzöl für die Bearbeitung von Nichteisenmetallen weist als Emulgator einen Ester höherer alkoholischer Komponenten auf, wie z. B. Glycerinoleat oder Polyoxyalkylenderivate eines Hexitolanhydridpartialesters. Das Verfahren der US-PS 37 55 174 verwendet ein Schmiermittel, das einen Monoester eines Dimers einer äthylenischen Monocarbonsäure mit etwa 16 bis 22 Kohlenstoffatomen enthält. Monocarbonsäureester von Dihydroxyverbindungen werden nicht eingesetzt.

Die US-PS 21 24 628 und 21 51 353 beschreiben die Verwendung eines Schmiermittels aus ölsäure und einem Mineralöl. Solche Schmiermittel werden gewöhnlich als Reinöle verwendet und nicht weiter durch Dispersion oder Emulgierung in einem wäßrigen Medium verdünnt. Die bekannten Mineralölschmiermittel aus Fettsäureestern und Seifen sind in Filtern schwierig zu verarbeiten, wenn Verunreinigungen abgetrennt werden sollen. Fremdstoffe wie z. B.

Metallspäne entziehen sich infolge der Anwesenheit der Seifen einer Abtrennung. Seifen aufweisende Schmiermittel sind gewöhnlich ziemlich alkalisch (pH-Wert etwa 8 oder 9), und eine nachfolgende Bearbeitung des geformten Metallstückes mit Säurereinigern zur Entfer- s nung des Schmiermittels löst auch Seife, so daß das Schmiermittel nicht wiederverwendet werden kann. Aus der US-PS 36 57 126 ist ein emulsionsfähiges Schmiermittel bekannt, das eine Kombination eines aliphatischen Carbonsäureglykolesters mit Mineralöl und einem Emulgiermittel enthält Mit diesem bekannten Schmiermittel werden die oben angegebenen Probleme beim Ziehen und Glätten nicht gelöst

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein in Wasser dispergierbarcs oder emulgierbares Schmiermittel bereitzustellen, das sowohl bei Zieh- als auch bei Glättungsvorgängen als Schmiermittel in bestimmten Konzentrationen oder auch in reiner Form als hydraulisches und/oder mechanisches Öl verwendet werden kann und mit den aus vorangehenden Bearbeitungsgängen auf dem Metallmaterial verbliebenen Rückstandsölen verträglich ist Das Schmiermittel sollte bei weiterer Säuberung mit Säuren zwecks Entfernung der öle vom Metall chemisch stabil bleiben, wodurch seine Wiederverwendung ohne Verlust möglieh wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird das in Anspruch 1 angegebene Schmiermittel vorgeschlagen. Bevorzugte Ausgestaltungen dieses Schmiermittels bilden den Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 9. Die Zeichnung erläutert die Zusammenstellung eines derartigen bevorzugten Schmiermittels der Erfindung.

Die Bestandteile des Schmiermittels können auch in einem wäßrigen Medium dispergiert werden, das entionisiertes oder weiches Wasser mit weniger als 250 ppm Härte enthält.

Vorzugsweise weist das Schmiermittel in Form einer Reinöl-Wasser-Dispersion vier bis 30 Gewichisteile pro 100 Teile der unvermischten öl-Wasserdispersion auf. Die Begriffe »Emulsion« und »Dispersion« werden hier gleichbedeutend benutzt.

Die unvermischten Ölbestandteile weisen in Gewichtsteilen vorzugsweise 2 bis 8 Teile Carbonsäure, 2 bis 10 Teile oder 4 bis 10 Teile Emulgator und 10 bis 20 Teile des aliphatischen Carbonsäureesters auf, wobei der Ausgleich auf 100 Gewichtsteile durch Mineralöl hergestellt wird. Die Viskosität der Gesamtmischung des reinen Öls sollte vorzugsweise 250 bis 450 SSU (Saybolt Seconds Universal) bei 38° C sein, obgleich eine etwas höhere Viskosität, wie z. B. 500 bis 550 SSU (bei 38° C) verwendet werden kann, wenn bei einer höheren Temperatur der Verfahrenseinrichtung gearbeitet wird. In Abhängigkeit von der Menge der sich vom Mineralöl unterscheidenden Bestandteile und ihrer Wirkung auf die Viskosität wird die Viskosität des Mineralöls ausgewählt, um die endgültige Viskosität der Mischung festzulegen.

Die Carbonsäure muß gute Filmfestigkeit oder gute Trageigenschaften aufweisen. Vorzugsweise sollte sie zum Dispergieren erzeugter Metallspäne fähig sein und keine Metallspäne agglomerieren. Sie sollte ausreichend löslich sein und absolute Löslichkeit bei 21⁰C zeigen. Die verwendeten Carbonsäuren können Monomere, normalkettige Monocarbonsäuren sowie isomere und dimere Carbonsäuren sein. Die bevorzugten Carbonsäuren weisen die Formel

C_mH_2m _ „ + ₂ _ ,(COOHV

auf, worin m eine ganze Zahl von 11 bis 34, vorzugsweise 13 bis 17, η gleich Null, 2, 4 oder 6 und r gleich 1 oder 2 ist

Beispiele für Monocarbonsäuren mit hohem Molekulargewicht sind Ölsäure, Linolensäure, Palmitinsäure, Myristinsäure und Laurinsäure, sowie Isomere dieser Säuren und Dimere davon. Wenn ein Dimer verwendet wird, sind die Carbonsäuregruppen vorzugsweise teilweise blockiert oder so umgesetzt, daß die Stöchiometrie geringer als die der Dicarbonsäure ist und sich vorzugsweise der von Monocarbonsäuren annähert, um die Neigung zum Agglomerieren der Polycarbonsäuren auszuschließen.

Vorzugsweise enthält die Carbonsäurekomponente mindestens 17 Kohlenstoffatome zusätzlich zu der Carbonsäuregruppe und vorzugsweise ölsäure.

Die aliphatische Carbonsäureesterkomponente des Schmiermittels weist das veresterte Produkt einer Monocarbonsäure mit 6 bis 18 Kohlenstoffatomen mit den angegebenen Polyolen auf. Beispiele für Monocarbonsäuren sind Capronsäure, Caprylsäure, Caprinsäure, Laurinsäure, Myristinsäure und PaJmitinsäure. Die Alkohole sind Äthylenglykol, Propylenglykol, Diäthylenglykol, Triäthylenglykol und Dipropylenglykol. Diese Alkohole können auch mit einer Mischung der Säuren verestert sein. Eine im Handel erhältliche Estermischung enthält Triäthylenglykolcaprat-caprylat.

Der Emulgator oder das Dispersionsmittel umfaßt im Schmiermittel einen oder mehrere nichtionische und nichtmetallische Emulgatoren, die Äther oder Ester sein können. Derartige Emulgiermittel schließen Polyoxyalkylenäther oder -ester von C12—Cie-Alkoholen bzw. Säuren, Sorbitanfettsäureester sowie chemische oder physikalische Mischungen derartiger Äther oder Ester ein. Beispiele sind Polyoxyalkylenoxidäther wie Polyoxyäthylenlaurylälher, Polyoxyalkylenoxidester, wie Polyoxyäthylenstearat und Polyoxyäthylenoleat, Sorbitanester, wie Sorbitanmonolaurat, Sorbitanmonooleat, oder gemischte Ester wie Polyoxyäthylensorbitanmonooleat. Physikalische Kombinationen derartiger Äther- oder Esteremulgatoren können dort verwendet werden, wo das Rühren oder eine mechanische Bewegung der Aufrechterhaltung der Emulsion unzureichend sind. 4 Teile pro 100 Teile eines Ätheremulgators reichen aus, wenn ein Rühren z. B. durch einen Rührapparat oder durch eine Umwälzpumpe vorgenommen wird. In anderen Fällen, in denen z. B. das zu bearbeitende Blech lediglich beim Durchlaufen einer Wanne oder eines Troges gefettet wird, müssen zusätzliche Emulgatoren verwendet werden, von denen zweckmäßig mindestens ein Teil ein Ester-Emulgator ist.

Der Ausgleich des Reinöls ist Mineralöl, das vorzugsweise eine Viskosität von über 250 SSU aufweist, um für eine ausreichende Viskosität nach Verdünnung mit den anderen Bestandteilen zu sorgen, wobei eine endgültige Viskosität des unvermengten Öls von 250 bis 450 SSU, vorzugsweise von 350 bis 400 geschaffen wird.

Geringere Mengen anderer Zusätze, wie z. B. Korrosionshemmstoffe und Bakterizide, können enthalten sein.

Beispiel 1

Fünf Gewichtsteile ölsäure wurden mit 15 Gewiehtsteileii Triäthylenglykolcaprat-caprylat, mit 3 Gewichtsteilen Polyoxyäthylenlauryläther und mit 77 Gewichtsteilen eines Mineralöls mit einer Viskosität von

ungefähr 1000 SSU gemischt. Das resultierende öl wurde mit Wasser verdünnt, um eine Reihe von Emulsionen mit Verhältnissen von einem Teil reinem öl zu 3 bis 9 Teilen Wasser bzw. in Volumenteilen zu bilden. Die resultierenden Emulsionen hatten pH-Werte im Bereich von 5 bis 6. Außerdem wurde das reine öl als mechanisches öl in der Ziehpresse und der Glättungspresse zur Durchführung der Versuche verwendet. Ein Aluminiumlegierungsmaterial, das Walzrückstands,-schmiermittel aufwies, wurde zur Bildung von Konservendosen gezogen und geglättet, wobei die oben erwähnten Schmiermittelverdünnungen Anwendung fanden. Die hergestellten Konservendosen wurden geprüft und erwiesen sich hinsichtlich der unter gleichen Bedingungen, jedoch unter Verwendung von herkömmlichen, mit Wasser vermischten Schmiermitteln hergestellten Konservendosen als überlegen. Weiterhin hat sich das Schmiermittel als wirksames Säuberungsmittel für die Glättungseinrichtung sowie die Ausgangsspur erwiesen, da es die metallischen Rückstände in sich dispergiert.

Nach dem Ziehen und Glätten des Materials wurden die gezogenen und geglätteten Konservendosen in Wasser gewaschen, darauf in einem oberflächenaktiven Reinigungsmittel mit einem durch Schwefelsäure auf 1,6 eingestellten pH-Wert bearbeitet, darauf in Wasser gewaschen und schließlich getrocknet. Das Rückstandsschmiermittel auf den gezogenen und geglätteten Behältern wurde durch dieses Waschen entfernt und durch Entschäumen wiedergewonnen. Es hat sich gezeigt, daß das wiedergewonnene Schmiermittel durch die Wirkung der Säure nicht gelöst wurde. Die beim Umlauf des Schmiermittels verwendeten Filter wurden im Anschluß an den Ziehvorgang geprüft, um festzustellen, ob irgendeine Seifenbildung stattgefunden hat, die von einer Verstopfung der zur Säuberung des Filtermaterials benutzten Filter herrühren könnte. Das Filtermaterial befand sich in einem ausgezeichneten Zustand ohne sichtbare Spuren von Verstopfungen durch Seifen.

Die gleichen Ergebnisse wurden bei Verwendung des obigen Schmiermittels auf dem Aluminiumlegierungsmaterial bei zahlreichen Rückstandsölen in beliebigen Mengen erzielt.

Beispiel 2

Entsprechend Beispiel 1 wurde das Konservendosenmaterial unter Verwendung eines Schmiermittels ; ähnlich wie im Beispiel 1 gezogen und geglättet mit der Ausnahme, daß Linolsäure, Isostearinsäure und Laurinsäure entsprechend mit der ölsäure ausgetauscht wurden. Ähnliche Ergebnisse wurden bis auf den Unterschied erzielt, daß sich geringfügig kleinere i.i Schmiermittelfilmfestigkeitseigenschaften ergaben.

Beispiel 3

Um die Verwendung einer Kombination von Emulgatoren darzustellen, wurde folgendes Reinöl- !■ schmiermittel formuliert:

5 Teile Ölsäure,

15 Teile Triäthylenglykolcaprat-caprylat,
4 Teile Polyoxyäthylenlauryläther,
Ό 4 Teile Polyoxyäthylenstearat und
72 Teile 1400 SSU Mineralöl.

Ein Teil des vermischten Schmiermittels, das eine Viskosität von 400 SSU aufwies, wurde unter Verwendung eines Teils Reinöl pro 5 Teile entionisiertes Wasser emulgiert. Dieser Teil wurde als Metallschmiermittel in einer Ziehpresse verwendet. Ein zweiter Teil des Reinölschmiermittels wurde im Verhältnis 1:10 (Reinöl zu entionisiertem Wasser) emulgiert und als

jo Metallschmiermittel in einer Glättungspresse verwendet.

In beiden Fällen hat sich das Schmiermittel als ausreichend stabil herausgestellt, um konstant 24 Stunden ohne Ersatz des Schmiermittels zu arbeiten.

Periodische Zugaben wurden in jedem Fall vorgenommen, um lediglich eine Verarmung des Schmiermittels infolge von Schüttverlusten und Rückständen auf den gezogenen und geglätteten Behältern zu vermeiden. Mit dem erfindungsgemäßen Schmiermittel können Behäl ter weitaus besserer Qualität erzeugt werden, als es unter ähnlichen Bedingungen mit herkömmlichen Schmiermitteln möglich ist Weiterhin haben sich die Dispersionsqualitäten des Schmiermittels als ausgezeichnet erwiesen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schmiermittel fur die Metallbearbeitung, das in einem wäßrigen Medium dispergierbar ist, bestehend aus:

a) einer Fettsäure mit mindestens 12 Kohlenstoffatomen und mindestens einer Carbonsäuregruppe,

b) einem aliphatischen Carbonsäureester

c) mindestens einem Emulgiermittel und

d) einem Mineralöl,