Metallbearbeitungsflüssigkeiten

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Ob Bohren, Fräsen, weitere Zerspanung oder Umformprozesse : Bei der Metallbearbeitung entsteht Reibungshitze, die sowohl das Werkstück als auch das Werkzeug beschädigen kann. Daher sind Metallbearbeitungsflüssigkeiten von essenzieller Bedeutung. Doch was sind das für Substanzen, welcher Kühlschmierstoff passt für welche Aufgabe und gibt es diese Mittel auch in umweltfreundlich?

Metallbearbeitungsflüssigkeiten einfach erklärt

Metallbearbeitungsflüssigkeiten, auch als Kühlschmierstoffe oder Schneidflüssigkeiten bezeichnet, verringern die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück, reduzieren die Wärmeentwicklung und sorgen für einen besseren Abtransport der Metallspäne. Durch Kühlung des gesamten Systems lassen sich die Werkzeuglebensdauer und die Bearbeitungsgeschwindigkeit erhöhen. Dadurch sinken die Betriebskosten in der Fertigung. Außerdem erhöht der Einsatz eines geeigneten Kühlmittels die Oberflächenqualität des zu bearbeitenden Werkstücks, während zugleich der Korrosionsschutz verbessert wird.

Kühlschmierstoffe werden in nicht-wassermischbare und wassermischbare unterschieden. Nicht-wassermischbare Kühlschmiermittel basieren auf Mineralölen. Je nach Anwendung können die Formulierungen verschiedene Zusätze (Additive) enthalten, welche die Schmierfähigkeit, den Verschleißschutz, den Korrosionsschutz, die Alterungsbeständigkeit und/oder das Schaumverhalten verbessern.

Additivierte Schneidöle Schneidöle

Hierbei handelt es sich um Gemische aus Mineralölen und schmierungsverbessernden Zusätzen. Synthetische Fettstoffe oder natürliche Fettöle wie Palm- oder Rapsöl wirken der Reibung entgegen. Die polare Struktur der Additive sorgt für eine gute Haftung auf der Metalloberfläche. Dadurch bildet sich ein halbfester Schmierfilm, die sogenannte Metallseife.

Nicht-Additivierte Schneidöle

Diese Metallbearbeitungsflüssigkeiten sind Mineralöle ohne Additive. Aufgrund ihrer eher geringen Kühlwirkung und Druckstabilität eignen sie sich in erster Linie für leicht zu bearbeitende Metalle.

Hochleistungsschneidöle

Als Hochleistungsschneidöle werden Formulierungen aus Mineralölen und EP-Zusätzen (EP = extrem pressure) bezeichnet. Sie kommen dort zur Anwendung, wo es eine erhöhte Flächenpressung aufzunehmen gilt. Ihre Wirkung beruht darauf, dass sich an der Metalloberfläche bei unterschiedlichen Temperaturen Metallsalze bilden, die:

• hohe Drucke aufnehmen können und
• eine geringe Scherfestigkeit aufweisen.

Derartige Metallbearbeitungsflüssigkeiten verringern die Wärmeentwicklung an der Zerspanstelle und verhindern dadurch das unerwünschte Verschweißen der Metallspäne mit der Werkzeugschneide. Nachteilig ist eine gegebenenfalls zersetzende Wirkung auf Metalle.

Wassermischbare Kühlschmierstoffe

Wassermischbare Metallbearbeitungsflüssigkeiten werden in emulgierbare und wasserlösliche Kühlschmierstoffe eingeteilt. Emulgierbare Formulierungen werden direkt vor der Anwendung mit Wasser zu einer Emulsion verdünnt. Aufgrund ihres hohen Wasseranteils von 80 bis 98 Prozent gewährleisten sie eine gute Kühlleistung. Der Rostschutz wird durch einen leicht alkalischen Charakter (pH-Wert 8 bis 9,7) sichergestellt.

Emulgatoren dienen dazu, das Öl im Wasser zu dispergieren. Sie bilden einen stabilen Film an den Grenzflächen zwischen Wasser und Öl und verhindern damit das Zusammenfließen der Öltröpfchen. Häufig werden hierfür Alkaliseifen von Fett- oder Naphthensäuren genutzt.

Abhängig von den Zusätzen werden emulgierbare Kühlschmierstoffe folgenderweise unterschieden:

Mehrzweckemulsionen

Mehrzweckemulsionen enthalten neben Mineralölen und Emulgatoren Schauminhibitoren und Korrosionsinhibitoren. Sie sind besonders ergiebig und kostengünstig.

Ölfreie Kühlschmierstoffe

Anstelle von Öl beinhalten ölfreie Kühlschmierstoffe u.a. Polymere. Zusätzlich werden sie mit Wirkstoffen (z. B. Phosphor) legiert additiviert. Diese enthalten feinst zerteilte Partikel, welche die Schmiereigenschaften verbessern.

Hochleistungsemulsionen

Wie Hochleistungsschneidöle basieren auch Hochleistungsemulsionen auf EP-Zusätzen. Die Grundlage hierfür bilden Schwefel-, Phosphor- oder Chlorverbindungen.

Kühlschmierlösungen entstehen durch das Vermischen wasserlöslicher Konzentrate mit Wasser. Sie sind frei von Öl und bestehen aus anorganischen Substanzen wie Natriumnitrit oder Soda sowie Korrosionsinhibitoren.

Für jede Anwendung der richtige Kühlschmierstoff

Die Metallbearbeitung umfasst eine große Bandbreite an Verfahren, die unterschiedlichste Anforderungen an die eingesetzten Metallbearbeitungsflüssigkeiten stellen. Bei der Auswahl des passenden Kühlschmiermittels ist vor allem zu berücksichtigen, ob die Kühlwirkung oder die Schmierwirkung im Vordergrund steht.

Schmierung > Kühlung

Spanende Bearbeitungsverfahren wie Schleifen, Drehen oder Sägen sowie Umformprozesse können Mischreibung erzeugen. Das lässt sich mithilfe von Bohr- und Schneidölen umgehen, die eine besonders hohe Schmierwirkung aufweisen. Die Substanzen sorgen dafür, dass die Oberflächen besser aufeinander gleiten, und verhindern dadurch das Erwärmen des Werkstücks sowie den Werkzeugverschleiß. Damit erhöhen sie die Werkzeuglebensdauer und die Oberflächenqualität, während sie gleichzeitig den Energiebedarf senken.

Entsprechende Metallbearbeitungsflüssigkeiten gibt es in verschiedenen Viskositäten. Niedrig viskose kommen vorrangig beim Honen und Schleifen zum Einsatz, mittelviskose beim Bohren, Drehen, Reiben und Fräsen. Dickflüssige Schneidöle sind die erste Wahl bei schwierigen Zerspanungen.

Kühlung > Schmierung

Bei sehr schnellen Bearbeitungsprozessen wie dem Gewindeschneiden oder dem Tiefbohren entsteht besonders viel Hitze. Diese muss möglichst rasch von der Wirkstelle entfernt werden, um eine Gefügeänderung in den Randschichten von Werkstoff und Werkzeug zu vermeiden. Daher kommt es bei diesen Verfahren vor allem auf eine gute Kühlung an. Diese mindert nicht nur den Verschleiß, sondern erhöht auch die Bearbeitungsgenauigkeit. Hier finden bevorzugt wassermischbare Kühlschmiermittel Verwendung.

Mit nachhaltigen Kühlschmierstoffen Produktionsprozesse umweltfreundlicher gestalten

Viele handelsübliche Metallbearbeitungsflüssigkeiten enthalten Chemikalien, die eine Gefahr für Mensch und Umwelt darstellen. Gelangen diese Substanzen in die Natur, können sie die Grundwasserqualität beeinträchtigen und Flora und Fauna schädigen. Um das Risikopotenzial so gering wie möglich zu halten, sind beim Einsatz und bei der Entsorgung hohe Arbeitsschutz- und Umweltauflagen zu erfüllen. Vor diesem Hintergrund gewinnen Kühlschmiermittel an Bedeutung, die umweltfreundlich ausgelegt und insbesondere chlorfrei und schwefelfrei sind.

Die Chemische Werke Kluthe GmbH hat verschiedene Produkte im Portfolio, die metallbearbeitenden Unternehmen dabei helfen, alle Umweltauflagen zu erfüllen und ihren ökologischen Fußabdruck insgesamt zu verkleinern.

In der HAKUFORM-Produktgruppe finden sich wassermischbare und nicht-wassermischbare Hochleistungsschmierstoffe, die schwefelfrei und chlorfrei sind und zum Teil auch auf Bor- und Schwermetallverbindungen, (sekundäre) Amine und/oder Formaldehyd-Depots (FAD) verzichten, ohne dabei an Qualität und Leistung einzubüßen. Mit der HAKUFLUID-Serie gibt es außerdem wasserlösliche Kühlschmiermittel, die weder Bor noch FAD oder Öl enthalten.

Darüber hinaus bieten die Kühlschmierstoffe der HAKUFORM-S– und HAKUFORM-SE-Reihen den Anwendern die Möglichkeit, große Mengen an CO2-Äquivalent einzusparen und damit einen wichtigen Beitrag zum Umwelt- und Klimaschutz zu leisten. Die Chemische Werke Kluthe GmbH hat es sich zur Aufgabe gemacht, die Entwicklung nachhaltiger Produkte auf Basis von Daten zum Product Carbon Footprint (PCF) voranzutreiben, indem sie umweltschonende und hochwertige Rohstoffe zur Verringerung des ökologischen Fußabdrucks einsetzt.