Upload
others
View
2
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Kühlschm. Zerspan.04 1
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Schmierstoffeund
Kühlschmierstoffe
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und Umformung
Kühlschm. Zerspan.04 2
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und UmformungInhalt - 1
Einführung Systematischer Aufbau der Schmierstoffe und Kühlschmierstoffe – Übersicht und Klassifizierung – Mit Wasser mischbare Schmierstoffe – Mit Wasser nicht mischbare Kühlschmierstoffe Wassermischbare Schmierstoffe und Kühlschmierstoffe – Grundsätzlicher Aufbau – Nicht emulgatorhaltige Schmierstoffe – Emulgatorhaltige Schmierstoffe – Additive – Wassermischbare Öle – Wassermischbare Fette – Ansetzen, Kontrolle und Pflege von Emulsionen
Kühlschm. Zerspan.04 3
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und UmformungInhalt - 2
Nicht wassermischbare Schmierstoffe – Einteilung – Additive – Grundsätzlicher Aufbau – Verdicker – Grundöle – Einteilung n. Zusammensetzung Schmierstoffarme Umformung – Prelubricants – Drylubricants Besondere Anforderungen – Korrosionsschutz Auswahlkriterien und Anwendung – Zerspanung – Lackverträglichkeit – Umformung – Weitere Verarbeitung – Entfettung Zusammenfassung
Kühlschm. Zerspan.04 4
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
SYSTEMATISCHERAUFBAU
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und UmformungSchmierstoffe und Kühlschmierstoffe
Kühlschm. Zerspan.04 5
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und UmformungSystematischer Aufbau der Kühlschmierstoffe
Übersicht und Klassifizierung
(nach Krieg, 2000)
Einteilung der Kühlschmierstoffe
wassergemischt wassermischbar nicht-wassermischbar
Kühlschmierstoffe
Kühlschmier-Lösung
Kühlschmier-Lösung
wasserlöslicherKühlschmierstoff
emulgierbarerKühlschmierstoff
Basisöle +chem. wirkende Zus. (EP)
Basisöle +schmierfilmbildende Zus. (AW)
Basisöle +chem. wirkende Zus. +schmierfilmbildende Zus.
BasisöleZusätze:– EP: organische Verbindungen mit S u./o. P– AW: nat./synth. Fettsäuren Ester, Fettalkohole u.a.– Korrosionsinhibitoren– Schauminhibitoren– Oxidationsinhibitoren– Antinebelzusätze
Basisöl:– Mineralöl– Natürliche und synthetische Esteröle– synthetische Kohlenwasserstoffe
Kühlschm. Zerspan.04 6
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und UmformungSystematischer Aufbau
Klassifizierung von Schmierstoffen nach DIN 51385
Nr Benennung Definition
0 SchmierstoffStoff, der beim Trennen und teilweise Umformen vonWerkstoffen zum Kühlen und Schmieren eingesetzt wird.
1 Nichtwassermischbarer SchmierstoffSchmierstoff, der für die Anwendung nicht mit Wassergemischt wird.
2 Wassermischbarer SchmierstoffSchmierstoff, der für die Anwendung mit Wasser gemischtwird.
2.1 Emulgierbarer SchmierstoffWassermischbarer Schmierstoff der die diskontinuierlichePhase einer Emulsion Öl-in-Wasser bilden kann.
2.2 Emulgierender SchmierstoffWassermischbarer Schmierstoff der die kontinuierlichePhase einer Emulsion Wasser-in-Öl bilden kann.
2.3 Wasserlöslicher SchmierstoffSchmierstoff, der mit Wasser gemischt Lösungen ergibt.Hierzu gehören neben echten Lösungen auch Lösungen derAssoziationskolloide z.B. „Lösungen von Seifen“.
3 Wassergemischter SchmierstoffMit Wasser gemischter Schmierstoff(wassermischbarer Schmierstoff im Anwendungszustand).
3.1 Schmierstoff-Emulsion (Öl-in-Wasser)Mit Wasser gemischter emulgierbarer Schmierstoff(gebrauchsfertige Mischung).
3.2 Schmierstoff-Emulsion (Wasser-in-Öl)Mit Wasser gemischter emulgierender Schmierstoff(gebrauchsfertige Mischung).
3.3 Schmierstoff-LösungMit Wasser gemischter wasserlöslicher Schmierstoff(gebrauchsfertige Mischung).
Kühlschm. Zerspan.04 7
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
KÜHLSCHMIERSTOFFE ZUR ZERSPANUNG UND UMFORMUNG Schmierstoffe und Kühlschmierstoffe Wassermischbare Kühlschmierstoffe
Klassifizierung von Kühlschmierstoffen nach DIN 51385
Kühlschm. Zerspan.04 8
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
WASSERMISCHBAREKÜHLSCHMIERSTOFFE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und UmformungSchmierstoffe und Kühlschmierstoffe
Kühlschm. Zerspan.04 9
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und UmformungWassermischbare Schmierstoffe
! Grundsätzlicher Aufbau
! Nicht-emulgatorhaltige Schmierstoffe
! Emulgatorhaltige Schmierstoffe
" Allgemeines
" Formulierung von Emulsionen
" Emulgatoren – Allgemeines – Emulgatorsysteme
! Weitere Additive
! Wassermischbare Öle
! Wassermischbare Fette
! Anwendung wassermischbarer Öle und Fette
! Ansatz, Kontrolle und Pflege von Emulsionen
Kühlschm. Zerspan.04 10
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und Umformung Wassermischbare SchmierstoffeNicht-emulgatorhaltige Schmierstoffe
Nicht-emulgatorhaltige Schmierstoffe
Salzlösungen und Polyglykollösungen(Spielen keine große Rolle in der Blechumformung)
Kühlschm. Zerspan.04 11
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
KÜHLSCHMIERSTOFFE ZUR ZERSPANUNG UND UMFORMUNGWassermischbare Kühlschmierstoffe
Aufbau
Nicht-emulgatorhaltige Kühlschmierstoffe
Polyglykolhaltige Kühlschmierstoffe
25 Gew.-% Polyglykol
18 Gew.-% Korrosionsinhibitoren
7 Gew.-% andere Zusätze
50 Gew.-% Wasser(nach Mang, 1983)
Kühlschm. Zerspan.04 12
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
KÜHLSCHMIERSTOFFE ZUR ZERSPANUNG UND UMFORMUNGWassermischbare Kühlschmierstoffe
Grundsätzlicher Aufbau
• Emulgatorhaltige Kühlschmierstoffe
- Standard-Kühlschmierstoffe
- Kühlschmierstoffe mit Fettöl
- Kühlschmierstoffe mit EP-Additiven
• Polyglykolhaltige Kühlschmierstoffe
• Salzlösungen
Kühlschm. Zerspan.04 13
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und Umformung Wassermischbare Kühlschmierstoffe
Grundsätzlicher Aufbau - 1
Grundöl + Emulgator + Sonstige Additive
Tafel: Hauptanforderungen an wassermischbareSchmierstoffe
Tafel: Wichtige Komponenten wassermischbarerSchmierstoffe
Tafel: Stoffliste wichtiger Komponenten
Kühlschm. Zerspan.04 14
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und Umformung Wassermischbare Kühlschmierstoffe
Grundsätzlicher Aufbau - 2
Grundöle
Mineralöle, paraffinisch oder naphthenisch Syntheseöle, (für Sonderanwendungen) Polyalphaolefine, Alkylbenzole, Polyalkylenglykole, Fettöle
Kühlschm. Zerspan.04 15
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und UmformungWassermischbare Kühlschmierstoffe
Hauptanforderungen
Gute Umform- u. Zerspanungsleistung Kühlen, Schmieren, Spülen Korrosionsschutz Resistenz gegenüber Mikroorganismen, Lange Lebensdauer der Emulsion Geringe Schaumneigung Hartwasserstabilität Akzeptable toxikologisch-arbeitsmedizinische und ökologische Eigenschaften, z.B. Haut- und Schleimhautverträglichkeit,
Abwesenheit toxischer Substanzen,– Möglichst unproblematische Entsorgung/Beachtung der Abwasservorschriften,– Einhaltung anderer toxikologischer und ökologischer Gesetze und Vorschriften
Kühlschm. Zerspan.04 16
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Wassermischbare KühlschmierstoffeEmulgatorhaltige Schmierstoffe
Bedingt durch die TRGS 611 sind in Deutschlandhauptsächlich zwei Arten von wassermischbarenKühlschmierstoffen im Einsatz:
1. Aminfreie (und borfreie) Kühlschmierstoffe
2. Kühlschmierstoffe auf der Basis primärer und/oder tertiärer Amine
Kühlschm. Zerspan.04 17
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Wassermischbare KühlschmierstoffeGrundsätzlicher Aufbau
Verdampfungsverhalten von verschiedenen Grundölen gleicherViskosität im Noack-Test (DIN 51585)
Kühlschm. Zerspan.04 18
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und UmformungEmulgierbare Schmierstoffe
Zusammensetzung
“Grundöl“(Mineralöl-Kohlenwasserstoffe, gelegentlich auch Ester oder Polyolefine)Emulgatoren und TensideLösungsvermittlerNeutralisationsmittelKorrosionsinhibitoren(Korrosionsschutz für Eisen- und Nichteisenmetalle)Verschleiß- und Freßschutzadditive(EP-Zusätze, Schmierungszusätze)Biozide und/oder bakteriostatische KomponentenKomplexbildner oder andere Zusätze zur Verbesserung derHartwasserstabilität*Schauminhibitoren*
*nur in besonderen Fällen
Kühlschm. Zerspan.04 19
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und UmformungWassermischbare Schmierstoffe
1) “Klassische“ WMB Schmierstoffe, Mineralölgehalt über 40 %*
! Konventionelle Emulsion (meist milchig)
2) Semi-Synthetische WMB Schmierstoffe, Mineralölgehalt unter 40 %*
! “Pflegeleichte“ Emulsionen (tansparent oder milchig)
3) Mineralölfreie WMB Schmierstoffe
! Lösungen (transparent)
*eine formale Definition existiert nicht
Kühlschm. Zerspan.04 20
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und UmformungZusammensetzung emulgatorhaltiger wassermischbarer
Schmierstoffe und deren Dispersionsmodelle
Die ausgefüllten Kreise symbolisieren die Öl-tröpfchen, die Sterne die Emulgatormizellen,die Striche die molekulare gelösten Tenside.
1 Konventionelle Emulsion mit mittleren Mineralölgehalt
2 Emulsion mit niedrigem Mineralölgehalt (halbsynthetisch, teilsynthetisch)
3 Mineralölfreier Schmierstoff mit hohem Tensidgehalt
Kühlschm. Zerspan.04 21
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und Umformung “Klassischer“ emulgierbarer Schmierstoff
Zusammensetzung (Beispiel)
Massen – %
“Grundöl“ (paraffinbasisches Solventraffinat) ca. 60
Natrium-Petroleumsulfonat und/oderAlkylamidosulfonsäure-Derivat (anionische Emulgatoren)
15 – 20
Glykolether (Lösungsvermittler) ca. 5
Carbonsäureester 0 – 5
Fettsäuren 3 – 5
Fettsäure-alkanolamid (Korrosionsschutz) ca. 5
Alkanolamin (Neutralisationsmittel) 0 – 3
N-Formal (Bakterizid) ca. 4
S/N-Heterocyclische Verbindungen (Fungizid) 0 – 1
Kühlschm. Zerspan.04 22
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und Umformung Semi-Synthetischer (“pflegeleichter“) emulgierbarer Schmierstoff
Zusammensetzung (Beispiel)
Massen – %
“Grundöl“ (paraffinbasisches Solventraffinat) ca. 30
Ethoxilierter Fettalkohol und/oder Polyglykolester(nichtionische Emulgatoren)
10 – 15
Glykolether (Lösungsvermittler) ca. 5
Carbonsäureester (Schmierungsverbesserer) 5 – 10
Borsäure-Alkanolaminester(Korrosionsschutz bakteriostatische Wirkung)
20 – 25
Borsäure 0 – 3
Carbonsäuren 0 – 10
Aminderivat von Carbonsäuren (Korrosionsschutz) 0 – 10
N-Formal (Bakterizid) 0 – 5
S/N-Heterocyclische Verbindungen (Fungizid) 0 – 1
Wasser 0 – 10
Kühlschm. Zerspan.04 23
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und Umformung Wasserlöslicher Schmierstoff (Mineralölfrei)
Zusammensetzung (Beispiel)
Massen – %
Alkanolamine* (Korrosionsschutz) 20 – 40
Carbonsäuren* (Neutralisationsmittel, Seifenbildung) 15 – 25
Glykole oder Glykolether (Lösungsvermittler) 10 – 20
Polyglykole oder wasserlösliche Ester(Schmierungsverbesserer)
5 – 10
Amino-Polyglykolether (Korrosionsschutz, Benetzung) 3 – 10
Wasser 5 – 30
N-Formal oder O-Formal (Biozid) 3 – 4
S/N-Heterocyclische Verbindungen (Fungizid)
*oder Aminderivate von Carbonsäuren
0 – 1
Kühlschm. Zerspan.04 24
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und Umformung Wassermischbare Schmierstoffe
Emulgatorhaltige Schmierstoffe
Grundsätzlicher Aufbau / Formulierung von Emulsionen - 2
Emulsion mit Fettöl Emulsion mit Fettöl + EP-Additiven
15 Gew.-% Emulgatoren(Karbonsäure-Seifen, Sulfonate)
15 Gew.-% Lardöl
1 Gew.-% Biozide
69 Gew.-% Wasser
10 Gew.-% Geschwefeltes Spermöl
4 Gew.-% Geschwefeltes Diisobuten
3 Gew.-% Zinkdialkyldithiophosphat
17 Gew.-% Emulgatoren (Seifen, Sulfonate, nichtionische Emulgatoren)
1 Gew.-% Weitere Additive (z.B. Biozide)
65 Gew.-% Mineralöl
Kühlschm. Zerspan.04 25
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
EMULGATOREN
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und UmformungSchmierstoffe und Kühlschmierstoffe
Wassermischbare Kühlschmierstoffe
Kühlschm. Zerspan.04 26
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und Umformung Wassermischbare Schmierstoffe
Emulgatorhaltige Schmierstoffe
EmulgatorenEmulgatorsysteme / Grundlagen– Oberflächenaktive Stoffe: Tenside mit bipolaren Charakter
– Bild: Tensid Bereich
– Bild: Grenzfläche Öl / Wasser Anreicherung der Tensidmoleküle
– Wichtig für stabile Emulsionen: abgestimmtes Gleichgewicht zwischen hydrophoben und hydrophilen Anteilen Sonst höherer Emulgatorgehalt nötig Anreicherung auch an anderen Grenzflächen, z.B. Luft / Öl Schäumen
hydrophiler / wasserziehenderhydrophober / wasserabstoßender
Kühlschm. Zerspan.04 27
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und Umformung Emulsionstypen
Kühlschm. Zerspan.04 28
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und Umformung Aufbauprinzip Tensidmolekül
Kühlschm. Zerspan.04 29
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und Umformung Tensidmoleküle im Öltröpfchen einer Emulsion
Kühlschm. Zerspan.04 30
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Charakterisierung wassermischbarer Kühlschmierstoffe - 1
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und UmformungWassermischbare Kühlschmierstoffe
Emulgatorhaltige Kühlschmierstoffe
(nach Feßenbecker, 2001)
Kühlschm. Zerspan.04 31
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Herstellung einer Emulsion
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und UmformungWassermischbare Kühlschmierstoffe
Emulgatorhaltige Kühlschmierstoffe
(nach Feßenbecker, 2001)
Kühlschm. Zerspan.04 32
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
pH-Wert und Pufferwirkung
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und UmformungWassermischbare Kühlschmierstoffe
Emulgatoren
(nach Feßenbecker, 2001)
Kühlschm. Zerspan.04 33
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
WEITERE ADDITIVE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und UmformungSchmierstoffe und Kühlschmierstoffe
Wassermischbare Kühlschmierstoffe
Kühlschm. Zerspan.04 34
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Weitere Additive für wassermischbare KSS
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und UmformungWassermischbare Kühlschmierstoffe
Weitere Additive
(nach Feßenbecker, 2001)
Kühlschm. Zerspan.04 35
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und Umformung Wassermischbare Schmierstoffe
Weitere Additive
Bakterizide, BiozideDer technisch einfachste Weg, die mikrobielle Belastung zu vermindern oder zuvermeiden, ist der Einsatz von Bioziden zu wassermischbaren Kühlschmier-stoffen wird Konservierung genannt.Konservierungsmittel sollten folgende Anforderungen erfüllen: Wirksamkeit gegen viele Arten von Mikroorganismen Schnelle Wirkung, um nicht vorher ausgeschleppt zu werden Lang andauernde Wirkung, die nicht durch Reaktionen mit anderen Additiven verloren geht Hohe thermische Stabilität Geringe Beeinflussung des pH-Wertes des Kühlschmierstoffs Öllöslichkeit Keine Geruchsbelästigung Gute Hautverträglichkeit Geringe Toxizität Keine Abwassergefährdung Hohe Wirtschaftlichkeit (Konzentration zwischen 0,1 und 0,2%).
Kühlschm. Zerspan.04 36
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und Umformung Wassermischbare Schmierstoffe
Weitere Additive
Anti-Wear (AW)- undExtreme-Pressure (EP)-Wirkstoffe
Diese Wirkstoffe spielen bei der Formulierungwassermischbarer Schmierstoffe nur eineuntergeordnete Rolle.
Kühlschm. Zerspan.04 37
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
KÜHLSCHMIERSTOFFE ZUR ZERSPANUNG UND UMFORMUNG Schmierstoffe und Kühlschmierstoffe Wassermischbare Kühlschmierstoffe
Zusammensetzung von wassermischbaren Kühlschmierstoffen(SEM)
Kühlschm. Zerspan.04 38
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Formulierung wassermischbarer KSS
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und UmformungWassermischbare Kühlschmierstoffe
Weitere Additive
(nach Feßenbecker, 2001)
Kühlschm. Zerspan.04 39
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
BESONDERHEITEN FÜRUMFORMSCHMIERSTOFFE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und UmformungSchmierstoffe und Kühlschmierstoffe
Wassermischbare Kühlschmierstoffe
Kühlschm. Zerspan.04 40
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und Umformung Wassermischbare Schmierstoffe
Wassermischbare Öle
Die Grundlage für wassermischbare Öle ist in vielen FällenMineralöl. Außer dem Emulgatorsystem werden häufigFettungsmittel zur Verbesserung der Schmierungseigen-schaften hinzugesetzt. Zum Einsatz kommen pflanzliche undtierische Öle, neuerdings aber auch synthetische Fettungs-mittel. Die Tafel bringt Beispiele für Fettungsmittel für wasser-mischbare Öle. Diese Stoffe werden auch in modifizierter Form,z.B. als Epoxide oder Oxidate, Kondensate oder teilweiseabgebaut als Partialglyceride verwendet.
Je nach Anwendungszweck kann der Anteil Fettungsmittel imKonzentrat sehr unterschiedlich sein. Besonders im Drahtzugsind Emulsionen gebräuchlich, die gar kein Mineralöl mehr,sondern nur noch Fettöle enthalten.
Kühlschm. Zerspan.04 41
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und Umformung Wassermischbare Schmierstoffe
Wassermischbare Fette
Ziehfette - qualiltativ den Ölen ähnlich - quantitativ anders aufgebaut. Fette, wenn Pigmente einzubauen sind
Bei geringen Wasserantell: Wasser-in-Öl-System Bei hohen Wasseranteil: Öl-in-Wasser-System Fettungsmittel: Kokosfett Schmalz
Paraffingatsch Wollfett Rindertalg div. Wachse
Pigmente: Borax Zinksulfid Borsäure Schwefelblüte Kreide Aluminiumstearat Talkum Calciumstearat Graphit Molybdändisulfid Glimmer Kunststoffpulver
Kühlschm. Zerspan.04 42
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
NICHT-WASSERMISCHBARESCHMIERSTOFFE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und UmformungSchmierstoffe und Kühlschmierstoffe
Wassermischbare Kühlschmierstoffe
(Insbesondere für die Umformung)
Kühlschm. Zerspan.04 43
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und Umformung Nicht-wassermischbare Schmierstoffe
Einteilung - 1
Nichtwassermischbare Schmierstoffe sind solche Stoffe,die im allgemeinen im Anlieferungszustand eingesetztwerden und mit Wasser weder mischbar noch verdünnbarsind (nicht emulgierbar, nicht löslich).
Insbesondere für die Umformung gehören dazu flüssige,pastöse und feste Schmierstoffe, die wie folgtbeschrieben werden können:
Kühlschm. Zerspan.04 44
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und Umformung Nicht-wassermischbare Schmierstoffe
Einteilung nicht-wassermischbarer Schmierstoffe Grundsätzlicher Aufbau von Ölen Grundöle Verschleiß- und Freßschutzadditive Polare Additive AW- und EP-Additive Verdicker Festschmierstoffe
Einteilung nach der Zusammensetzung Auswahlkriterien Applikation
Kühlschm. Zerspan.04 45
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und Umformung Nicht-wassermischbare Schmierstoffe
Einteilung - 10
Umformfolien
Abziehbare Folien bestehen aus Polyethylen, Polypropylen,Acrylharzen und Mischungen aus PVC mit Weichmachern,Stabilisatoren und Harzen. Die Umformfolien können jenach Anlieferungszustand, z. B. in Rollenform durchAuflegen oder Aufwalzen eingesetzt oder auch in flüssigerForm aufgetragen werden, wobei die Polymerisation zurFolie in der Regel durch Erhitzen erfolgt.
Kühlschm. Zerspan.04 46
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
NICHT-WASSERMISCHBARESCHMIERSTOFFE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und UmformungSchmierstoffe und Kühlschmierstoffe
Wassermischbare Kühlschmierstoffe
(Insbesondere für die Zerspanung)
Kühlschm. Zerspan.04 47
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und Umformung Nicht-wassermischbare Schmierstoffe
Grundsätzlicher Aufbau
Extreme-Pressure-Additive
Grundöl + und / oder + Sonstige Additive(Mineral- oder Syntheseöl)
Anti-Wear-Additive
UnterteilungSchwefelaktive (kupferaktive) oder schwefelinaktive(kupferinaktive) Schmierstoffe.
Kühlschm. Zerspan.04 48
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und Umformung Nicht-wassermischbare Schmierstoffe
Grundöle - 1
Grundöle
In der Gruppe der nichtwassermischbaren Schmier-stoffe stellen die Mineralölkohlenwasserstoffe nachwie vor die mengenmäßig bedeutendste Gruppe dar.Je nach Provenienz und Raffinationsgrad habenMineralöle eine unterschiedliche Kohlenstoff-strukturverteilung. Man unterscheidet paraffinische,naphthenische und aromatische Mineralölextrakte.
Kühlschm. Zerspan.04 49
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und Umformung Nicht-wassermischbare Schmierstoffe
Grundöle - 2
Typisch paraffinisch: CP 33 %CA 0 - 15 %
Typisch naphtenisch: CN 38 %CA 7 - 18 %
Aromatische Extrakte: CA > 30 %
CA + CP + CN = 100 %
CA = Kohlenstoff in aromatischer BindungCN = Kohlenstoff in naphtenischer BindungCP = Kohlenstoff in paraffinischer Bindung
Kühlschm. Zerspan.04 50
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und Umformung Schmierungsverbessernde Zusätze
Wirkstoffart Temperaturwirkungsbereich °C Metallverträglichkeit
Fettöle(tierisch, pflanzlich)
bis ca. 120 gut
SynthetischeFettsäureester,Fettalkohole und verwandteVerbindungen
bis ca. 180 gut
Kühlschm. Zerspan.04 51
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und Umformung EP-Wirkstoffe
Wirkstoffart Temperaturwirkungsbereich °C Metallverträglichkeit
OrganischeChlorverbindungen* bis ca. 400
Gefahr der Korrosion beiFeuchtigkeitszutritt nur inbestimmten Fällen
OrganischePhosphorverbindungen
bis ca. 600 Überwiegend gut
OrganischeSchwefelverbindungen
bis ca. 800 z.T. Buntmetallverfärbung(bei loser Bindung des Schwefels)
Elementarischer Schwefelbis ca. 1000
Buntmetallverfärbung beiRaumtemperatur
* in Deutschland praktisch nicht mehr eingesetzt
Kühlschm. Zerspan.04 52
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und Umformung Reibungsverhalten von EP-Additiven und polaren Wirkstoffen in
Abhängigkeit von Temperatur
a Mineralöl c Mineralöl mit EP-Additiv
b Polarer Wirkstoff d Mineralöl mit EP-Additiv und polarem Wirkstoff
Kühlschm. Zerspan.04 53
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und Umformung Nicht-wassermischbare Schmierstoffe
Verschleiß- und Freßschutzwirkstoffe
Polare Wirkstoffe - 2Die folgende Aufstellung zeigt eine wichtige Gruppen polarerWirkstoffe:
Natürliche Fettöle (Glyceride) Fettsäuren (Carbonsäuren), bzw. deren Salze (Seifen) Umgeesterte Fettöle Vollsynthetische Ester Fettalkohole Fettamine Fettsäureamide Sulfonate
Kühlschm. Zerspan.04 54
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und Umformung Nicht-wassermischbare Schmierstoffe
Verschleiß- und Freßschutzwirkstoffe
Extreme-Pressure-Wirkstoffe - 2Nachfolgend sind einige wichtige Gruppen der EP-Wirkstoffezusammengestellt:
Chlorhaltig: – Chlorparaffine– Chlorierte Fettsäureester– Sulfochlorierte Fettsäureester
Schwefelhaltig: – Geschwefelte Fettsäureester– Organische Mono- und Disulfide– Geschwefelte Olefine
Phosphorhaltig: – Phosphorsäureester– Aminphosphate– Dithiophosphate– Aschegebende, schwermetallhaltige Dithiophosphate wie z.B. Zinkdithiophosphate
Kühlschm. Zerspan.04 55
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Verschleißschutz (AW-Additive)
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und UmformungNicht-wassermischbare Kühlschmierstoffe
Additive
(nach Feßenbecker, 2001)
Kühlschm. Zerspan.04 56
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
EP-Synergismus: Polycarboxylat – Schwefelträger
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und UmformungNicht-wassermischbare Kühlschmierstoffe
Additive
(nach Feßenbecker, 2001)
Kühlschm. Zerspan.04 57
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Weitere Additive für nicht-wassermischbare KSS
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und UmformungNicht-wassermischbare Kühlschmierstoffe
Additive
(nach Feßenbecker, 2001)
Kühlschm. Zerspan.04 58
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Typische Formulierung nicht-wassermischbarer KSS
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und UmformungNicht-wassermischbare Kühlschmierstoffe
Additive
(nach Feßenbecker, 2001)
Kühlschm. Zerspan.04 59
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und UmformungAdditivierungsmöglichkeiten nichtwassermischbarer Schmierstoffe
Mineralöl
Fettöle
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L
Geschwefelte Fettöle
Geschwefelte Mineralöle
Geschw. Fett- + Mineralöle
Chlorparaffine
Chlorparaffine,geschwefelte Fettöle
Chlorierte Fettöle
Chlorierte Fettöle
Sulfochlorierte Fettöle
Schwefel-Phosphorverbind.
Phosphorverbindungen
Zusätze zur Verbesserung
• des Korrosionsschutzes,
• der Nebeleigenschaften,
• des Schaumverhaltens,
• der Benetzungseigenschaften,
• des Geruchs,
• der Spülwirkung,
• der Oxidationsstabilität
+
Kühlschm. Zerspan.04 60
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und Umformung Nicht-wassermischbare Schmierstoffe
Einteilung nach Zusammensetzung
Die auf der Basis des Schemas vom Bild aufgebautennicht-wassermischbaren Kühlschmierstoffgruppenkönnen wie folgt charakterisiert werden:
Gruppe A – Mineralöle ohne polare Zusätze und EP-Additive:
Der Einsatz erfolgt bei anspruchlosen Umformungen. Manchmalwählt man für die Bearbeitung von Kupfer nichtadditivierteSolventraffinate mit extrem niedrigem Schwefelgehalt, um bei derBearbeitung dekorativer Werkstückoberflächen jede Verfärbung zuvermeiden.
Kühlschm. Zerspan.04 61
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und Umformung Nicht-wassermischbare Schmierstoffe
Einteilung nach Zusammensetzung
Gruppe B – Mineralöle mit Fettölen:Die Beimischung von Fettölen in Form natürlicher Fettstoffe odersynthetischer Ester zu Mineralölen führt zur deutlichen Verbesserungder Schmier- und Benetzungseigenschaften. Typische Einsatzgebietesind anspruchsvollere Umformungen an Kupfer und Messing und auchKupferwerkstoffen höherer Festigkeit.
Gruppe C – Mineralöle mit geschwefelten Fettölen:Geschwefelte Fettöle bieten die Möglichkeit, in Mischungen mitMineralölen kupferaktive Produkte mit guten EP-Eigenschaften undguter Benetzung herzustellen.
Kühlschm. Zerspan.04 62
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und Umformung Nicht-wassermischbare Schmierstoffe
Einteilung nach Zusammensetzung
Gruppe D – Mineralöle mit geschwefelten Mineralölen:Je nach Art und Grad der Schwefelung sind Mischungen von Mineral-ölen und solchen geschwefelten Ölen kupferaktive Schmierstoffe; dieseÖle haben gute EP-Eigenschaften, sind vergleichsweise kostengünstigherzustellen, sind aber insgesamt mit ihrem Schmierverhalten un-günstiger zu beurteilen als Mischungen mit geschwefelten Fettölen.
Gruppe E – Mineralöle mit geschwefelten Fettölen und geschwefelten Mineralölen:Man nutzt hier die kostengünstige Möglichkeit, gute EP-Eigenschaftenzu erreichen, im Gegensatz zu den meisten Mischungen nur auf Basisgeschwefelter Fettöle ergeben sich kupferaktive Öle, so daß dieBearbeitung von Kupfer und Kupferwerkstoffen ausgeschlossenwerden muß.
Kühlschm. Zerspan.04 63
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und UmformungAdditivierungsmöglichkeiten nichtwassermischbarer Schmierstoffe
Gruppe F – Mineralöle mit ChlorparaffinenChlorparaffine sprechen schon bei relativ niedrigen Temperaturen EP-Additive an. Um ähnlich geringenWerkzeugverschleiß im allgemeinen zu erreichen, wie dies bei schwefelhältigen EP-Additiven der Fallist, benötigt man höhere Chlor- als Schwefelmengen; man findet deshalb häufig auch relativ hoheChlormengen in dieser Gruppe von Schneidölen. Der Einsatz von Mischungen aus Mineralölen undChlorparaffinen hat seinen Schwerpunkt bei schwerzerspanbaren Werkstoffen, insbesondere bei Nickelund bei der Zerspanung kupferhaltiger Metalle.
Gruppe G – Mineralöle mit Chlorparaffinen und geschwefelten FettölenDie synergistische Wirkung von Chlorparaffinen mit einigen Schwefeladditiven kommt hier zum Tragen.Es handelt sich um eine wichtige Additivkombination, da man sowohl werkstoffseitig als auch imHinblick auf die Art der Zerspanungsverfahren ein breites Spektrum überdecken kann.
Gruppe H – Mineralöle mit chlorierten FettölenMan verbindet die bei relativ niedriger Temperatur ablaufende EP-Reaktion des Chlors mit den polarenEigenschaften meist synthetischer Ester. Die Öle sind sowohl für die meisten Nichteisenmetalle alsauch für viele Einsenwerkstoffe in vielen Zerspanungsarten einsetzbar. Als Einsatzbereiche bildenHonöle, Schleiföle und Tieflochbohröle einen gewissen Schwerpunkt.
Gruppe I – Mineralöle mit chlorierten Fettölen und geschwefelten FettölenAuch diese Additivkombination lässt den Einsatz in weiten Bereichen zu. In Verbindung mit geeignetenDeaktivatoren und Inhibitoren gelangt man zu Ölen, die auch nach längerer Gebrauchsdauer und hoherthermischer Belastung keine Korrosionen auf Eisen- und Nichteisenmetallen verursachen.
Kühlschm. Zerspan.04 64
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und UmformungAdditivierungsmöglichkeiten nichtwassermischbarer Schmierstoffe
Gruppe J – Mineralöle mit sulfochlorierten FettölenSchneidöle auf der Basis sulfochlorierter Fettöle sind sehr reaktiv, was sich bei derZerspanung schwerstzerspanbarer Werkstoffe, wie z.B. rostfreier Stähle günstigbemerkbar macht. Schwer zu beherrschen ist die Korrosionsproblematik.
Gruppe K – Mineralöle mit Schwefel-/PhosphorverbindungenNiedriger Werkzeugverschleiß, besonders bei normal zerspanbaren Stählen undNichteisenmetallen (Werkstoffgruppen 1, 5 und 6) ohne Kupferaktivität, sind dieVorteile dieser Öle. Hervorzuheben sind auch die günstigen Korrosionsschutz-eigenschaften auf Eisenwerkstoffen für viele Produkte dieser Gruppe.
Gruppe L – Mineralöle mit PhosphorverbindungenUnter den EP-Additiven haben sie die geringste Wirkung. In einigen Fällen, wo wederder Einsatz schwefelhaltiger noch chlorhaltiger Produkte aus Gründen derSpannungsrisskorrosion erlaubt ist, bilden sie die einzige Möglichkeit, auf EP-Additivenicht verzichten zu müssen. Auf der Basis von Phosphorverbindungen konnten in denletzten Jahren Öle entwickelt werden, die auch für die Zerspanung vonTitanwerkstoffen ausreichend geeignet sind.
Kühlschm. Zerspan.04 65
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und Umformung Kupferkorrosiver nichtwassermischbarer Schmierstoff(für mittlere und schwere Umformoperationen) Zusammensetzung (Beispiel)
Massen – %
„Grundöl“ (paraffinbasisches Solventraffinat) 87 – 95
Schwefel ca. 0,5
Geschwefelter Ester oder geschwefeltes Olefin 3 – 6
Organische Phosphorverbindungen oder Calciumsulfonat 0 – 3
Carbonsäureester 0 – 3
Polymethacrylate (Antinebel-Wirkstoff) 0,5 – 1
Phenolisches Antioxidant ca. –0,2
Kühlschm. Zerspan.04 66
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
SCHMIERSTOFFARMEMETALLBEARBEITUNG
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und UmformungSchmierstoffe und Kühlschmierstoffe
• Zerspanung: Minimalmengenschmierung
• Umformung: Prelubricants und Drylubricants
Kühlschm. Zerspan.04 67
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und Umformung Schmierstoffarme Blechumformung
Prelubricants und Drylubricants
Kühlschm. Zerspan.04 68
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und Umformung Schmierstoffarme Blechumformung
Prelubricants
Kühlschm. Zerspan.04 69
T+S TRIBOLOGIE UNDSCHMIERUNGSTECHNIKAKADEMIE
Kühlschmierstoffe zur Zerspanung und Umformung Schmierstoffarme Blechumformung
Prelubricants