Kluthe Magazin
Wir sind von einer Vielzahl an Produkten aus unterschiedlichsten Materialien und Formen umgeben. Bis ein Produkt seine endgültige Form hat, durchläuft es mehrere Fertigungsverfahren. Aus Rohmaterialien, wie Metall oder Kunststoff werden zunächst Halbzeuge hergestellt wie Stangen, Rohre oder Platten. Bis daraus fertige Produkte werden, von der Weißblechdose, Teilen für die Autokarosserie oder Bauteile mit genau definierten Formen, durchlaufen diese noch weitere Fertigungsverfahren.
Die Fertigungstechnik nutzt unterschiedlichste Verfahren
In Deutschland gilt in der Fertigungstechnik die DIN 8580, die die verschiedenen Fertigungsverfahren beschreibt. Sie unterteilt die Verfahren, die vor allem für die Bearbeitung von Metallen gelten, in insgesamt sechs Hauptgruppen. Dazu gehört das Umformen, bei dem ein formloser Werkstoff eine bestimmte Form erhält. Das Gießen von flüssigem Stahl ist dafür ein gutes Beispiel. Auch das Fügen, also das Verbinden von zwei Werkstoffen durch Kleben oder Schweißen ist ein Fertigungsverfahren genauso wie das Beschichten durch Lackieren oder Feuerverzinken. Man kann ein Werkstück aber auch durch Trennverfahren, wie das Zerspanen, oder durch Umformen bearbeiten.
Zerspanung und Umformprozesse sind zwei wichtige Fertigungsverfahren
“Wo gehobelt wird, fallen Späne”. Dieser Spruch beschreibt sehr genau, was unter Zerspanen zu verstehen ist – die Bearbeitung eines Werkstücks unter Abtrennen von Schichten an der Oberfläche. Dazu zählt das Hobeln von Holz genauso wie die Bearbeitung von Metall durch Bohren, Fräsen oder Sägen. Beim Umformen verliert ein Rohling dagegen kein Material, sondern wird in eine bestimmte Form gebracht. Walzen, Tiefziehen oder Biegen sind typische Umformprozesse. Dabei kann noch weiter zwischen Warm-, Halbwarm- und Kaltumformung unterschieden werden. Bei einer Warmumformung wird ein Werkstück über seine Rekristallisationstemperatur erhitzt, während bei der Kaltumformung unterhalb dieser Temperaturgrenze gearbeitet wird. Welcher Umformprozess sinnvoll ist, hängt von verschiedenen Parametern ab und den gewünschten Eigenschaften des Endprodukts.
Bei der Zerspanung und in Umformprozessen sind verschiedene Kräfte am Werk. Diese sind teilweise erwünscht und notwendig, wie bei der Verformung von Werkstücken in Umformprozessen, teilweise aber auch unerwünscht, wie die Mischreibung in zerspanenden Verfahren. Durch Reibung wird Wärme freigesetzt. Mischreibung und zu viel Wärme sind unerwünscht, denn sie führen zu Verschleiß der bearbeitenden Geräte und können die Oberflächenqualität des bearbeiteten Werkstücks negativ beeinflussen. Auch die in der Fertigung entstehenden Späne müssen abgeführt werden, um weder Oberfläche noch Werkzeug zu beschädigen.
Kühlschmierstoffe haben verschiedene Aufgaben
Die wesentliche Aufgabe von Kühlschmiermitteln ist das Kühlen und das Schmieren. Die Reibung zwischen Werkstück und Werkzeug soll minimiert und die Wärme abgeführt werden. Außerdem sollen durch die Schmierstoffe die anfallenden Späne weggespült werden, um Schäden an der Oberfläche von Werkzeug wie Werkstück zu vermeiden. Schließlich, und auch dieser Punkt ist in allen Verarbeitungsverfahren essentiell, dienen Kühlschmierstoffe dazu, die Werkzeuge vor Korrosion zu schützen und dadurch den Verschleiß zu verringern.
Wassermischbar oder nicht-wassermischbar?
Kühlschmierstoffe werden in zwei Kategorien eingeteilt: wassermischbar und nicht-wassermischbar. Innerhalb dieser Kategorien gibt es eine breite Produktpalette, die sich durch verschiedene Zusätze unterscheidet und damit passgenau für ein Fertigungsverfahren eingesetzt werden kann.
Nichtwassermischbare Schmiermittel
Die Basis für nichtwassermischbare Kühlschmiermittel sind Mineralöle. Dabei variiert deren Viskosität von relativ niedrig bis zu hochviskosen Ölen. Die Eigenschaften werden durch den Zusatz von Additiven verbessert. Synthetische oder natürliche Fettstoffe, wie beispielsweise Palmöl, werden zugesetzt, um die Haftfähigkeit der Schmierstoffe auf den Oberflächen zu erhöhen. An der Reibungsfläche bildet sich damit ein Schmierfilm, den man auch als Metallseife bezeichnet. Andere Additive erhöhen den Korrosionsschutz, die Beständigkeit der Kühlschmierstoffe gegenüber Alterungsprozessen oder verringern die Bildung von Schaum.
Ob die eingesetzten Kühlschmierstoffe eher niedrigviskos oder dickflüssiger sind, hängt vom eingesetzten Verfahren und dem zu bearbeitenden Metall ab. Ist dieses einfach zu bearbeiten, wird man auf ein niedrigviskoses Öl zurückgreifen. So reichen für das Schleifen von Werkstücken niedrigviskose Öle aus, die oftmals keine weiteren Additive enthalten müssen und auch als unlegierte Schneidöle bezeichnet werden. Mittel- bis hochviskose Kühlschmierstoffe wird man für eine Zerspanung einsetzen, die anspruchsvoller ist. Typisch sind Bohren, Fräsen oder auch Drehen. Diese enthalten Additive, die man als EP-Zusätze bezeichnet. Dabei steht EP für „extreme pressure“. Bei diesen Zusätzen handelt es sich um spezielle Schwefel- Phosphor- Zink- oder Stickstoffverbindungen, die die Druckstabilität erhöhen. Wie genau diese Stabilität erreicht wird, ist immer noch nicht genau verstanden. Nach der Adsorptionsschichttheorie bildet sich eine Schicht auf den Oberflächen, die den Druck aufnimmt und gleichzeitig die Reibung zwischen den Flächen vermindert. Damit wird gleichzeitig das sogenannte “Verschweißen” der Oberflächen, wie sie unter hohem Druck auftreten kann, verhindert. Diese Kühlschmierstoffe werden nicht nur gerne für bestimmte Prozesse der Zerspanung eingesetzt, sondern vor allem für Umformprozesse, bei denen ein hoher Druck auf das zu verformende Werkstück aufgebaut wird.
Wassermischbare Kühlschmiermittel
Wassermischbare Schmiermittel kann man einteilen in emulgierbare und in wasserlösliche Schmierstoffe. Dabei gibt es Emulsionen, die auf mineralölhaltigen oder auf synthetischen Ölen beruhen. Diese enthalten einen hohen Wasseranteil von 80% bis zu 98%, Emulgatoren, die für eine stabile Emulsion notwendig sind sowie das entsprechende Öl. Bei den synthetischen Ölen werden oftmals Polyglykole zugesetzt, andere enthalten mineralölhaltige Öle. Auch diesen Kühlschmiermitteln werden Additive zugesetzt, die die Schmierung erhöhen und den Korrosionsschutz erhöhen. Zusätzlich werden auch hier Anti-Schaumbildner zugesetzt. Wenn, wie bei der Zerspanung, die Kühlung im Vordergrund steht, wird auf wassermischbare Kühlschmierstoffe zurückgegriffen werden.
Generell werden nicht-wassermischbare Kühlmittel eher eingesetzt, wenn es um eine Herabsetzung der Reibung geht und der Schmiereffekt im Vordergrund steht. Steht dagegen die Kühlung im Vordergrund, wie dies vor allem bei sehr schnellen Bearbeitungsprozessen wie der Zerspanung der Fall ist, wird man eher auf ein wassermischbares Kühlschmiermittel zurückgreifen.
