Verwendung von Umformschmierstoffen

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Für die Metallbearbeitung stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung, wobei zwischen spanenden und spanlosen Bearbeitungsverfahren unterschieden wird. Zu ersteren zählen Drehen, Fräsen, Schleifen oder Polieren, zu letzteren zum Beispiel Umformverfahren, wie Walzen, Ziehen, Prägen oder Pressen. Damit diese Prozesse im wahrsten Sinne des Wortes reibungslos ablaufen, werden Schmierstoffe zugesetzt. Die Auswahl des geeigneten Umformschmierstoffes hängt dabei vom Vefahren, dem eingesetzten Werkstoff und den Folgeprozessen ab.

Die verschiedenen Verfahren der spanlosen Metallbearbeitung

Metallbearbeitung kann auf unterschiedliche Weisen erfolgen. Eine davon ist das Umformen. Zu dieser Kategorie zählen alle Verfahren, bei denen Werkstücke durch Änderung der Form hergestellt werden. Dabei wird weder Material hinzugefügt, wie dies bei Fügetechniken wie dem Schweißen oder Schrauben der Fall ist, noch wird Material entfernt, wie dies bei spanenden Verfahren wie dem Bohren, Fräsen oder Stanzen geschieht.

Typische Prozesse, die zum Umformen zählen, sind das Walzen, das Biegen, Tiefziehen oder Strangpressen. Das Walzen, die Bearbeitung zwischen mehreren rotierenden Werkzeugen, wird typischerweise zur Herstellung von Platten oder Folien eingesetzt. Tiefziehen ist eines der häufigsten Verfahren, um Hohlkörper herzustellen. Getränkedosen werden auf diese Weise hergestellt, genauso wie Karosserieteile. Das Strangpressen ist eine Möglichkeit, um Drähte oder Rohre zu erhalten. Als Ausgangsmaterial dienen Halbzeuge, wie Bleche, Stangen oder Bänder.

Je nachdem, ob ein Prozess bei tiefen oder höheren Temperaturen durchgeführt wird, unterscheidet man zwischen Warm- und Kaltumformung. Bei der Warmumformung wird das Werkstück vor der Bearbeitung zunächst über seine Rekristallisationstemperatur erwärmt und kann dadurch plastisch einfacher umgeformt werden. Bei der Kaltumformung bleibt man immer unter der Rekristallisationstemperatur. Bei diesem Verfahren bleibt die Festigkeit des Materials erhalten und die Maßtoleranzen sind höher als bei der Warmumformung.

Warum Umformschmierstoffe in der spanlosen Metallbearbeitung wichtig sind

Wird Metall spanlos bearbeitet, kommt es zu Reibung zwischen Werkzeug und dem zu bearbeitenden Werkteil. Um diese so weit wie möglich zu minimieren, und damit Verschleiß, Bruch und Kaltverschweißung vorzubeugen, werden Umformschmierstoffe eingesetzt. Dabei handelt es sich, je nach Anwendung und eingesetztem Metall, um Öle oder Fette, um wassermischbare oder nicht mit Wasser mischbare Lösungen. Nicht nur die Reibung soll minimiert werden, sondern in gleichem Maße die dabei entstehende Reibungswärme. Die zweite Aufgabe der Umformschmierstoffe besteht darin, die Wärme abzuführen, die beim Bearbeiten von Metall entsteht. Dabei kommen zum Teil speziell darauf ausgelegte Kühlschmierstoffe zum Einsatz.

Andere Hochleistungsschmierstoffe enthalten zusätzliche Additive, die vor Korrosion schützen. Während dem Bearbeiten legt sich ein schützender Film auf das Metallteil und sorgt dafür, dass äußere Einflüsse auf die Oberfläche ohne Wirkung bleiben. Bei Verfahren, die mit hohem Druck arbeiten, kann bei Werkstücken aus Metall die sogenannte Kaltverschweißung auftreten. An den Grenzflächen von vor allem sehr glatten Oberflächen berühren sich sehr viele Metallatome.

Ab einem bestimmten Mindestabstand zwischen den Metallatomen treten Anziehungskräfte auf und es bildet sich ein stabiles Atomgitter aus. Eine Trennung der Oberflächen ist damit nicht mehr möglich, ohne diese dauerhaft zu schädigen.

Durch Druck wird dieses Phänomen noch verstärkt. Umformschmierstoffe können die Kaltverschweißung zwischen Werkstück und Werkteil verhindern. Sie legen einen Film auf die Metalloberfläche und verhindern dadurch, dass sich zwischen den beiden Metalloberflächen eine Verbindung aufbaut.

Die Auswahl der geeigneten Umformschmierstoffe hängt von verschiedenen Faktoren ab

Es gibt wassermischbare und nicht-wassermischbare Umformschmierstoffe, hoch- und niedrigviskose Öle und Fette. Die genaue Klassifizierung der einzelnen Kühlschmierstoffe regelt die Deutsche Industrienorm DIN 51385.

Aus welchen Bestandteilen bestehen Umformschmierstoffe?

Als Basis dienen entweder Mineralöle oder Öle auf der Basis von synthetisch hergestellten, organischen Verbindungen Typische synthetische Öle sind Polyalkylenglykol oder Polyalphaolefine. Diese werden heute teilweise bereits auf der Basis nachwachsender Rohstoffe synthetisiert. Dazu kommen Additive, wie Konservierungsmittel, Korrosionsinhibitoren, Alterungsschutzstoffe oder Emulgatoren. Letztere werden benötigt, um stabile Öl-in-Wasser-Emulsionen zu bilden. Um die Schmierungseigenschaften zu erhöhen, wird Schmierfett zugesetzt. Dies können verschiedene Wachse oder Paraffine sein.

Auswahlkriterien für Schmierstoffe

Für welchen Umformschmierstoff man sich entscheidet, hängt vom Material ab, dem Verfahren und der Weiterverarbeitung.

Stoffe für wenig beanspruchende Verfahren

Für einfache Stanz-, Biege- oder Tiefziehprozesse, bei denen das Metall wenig beansprucht wird, wird im Normalfall auf ein klassisches Schmieröl zurückgegriffen. Allerdings sollte bei der Auswahl der Umformschmierstoffe immer der Folgeprozess beachtet werden. Soll möglichst wenig Schmierstoff auf dem Werkstück zurückbleiben, ist ein flüchtiges Stanz- oder Tiefziehöl das Produkt der Wahl. Eine Trocknung kann bei der Wahl eines flüchtigen Öls ausbleiben. Auf jeden Fall ist darauf zu achten, dass das Öl leicht wieder entfernt werden kann.

Umformschmierstoffe für anspruchsvollere Prozesse

Hat man anspruchsvollere Umformungen oder auch Metall mit höheren Festigkeiten, sollte man Schwerst-Umformschmierstoffe mit besseren Schmier- und Benetzungseigenschaften einsetzen. Dazu zählen Stanzen, Biegen oder Tiefziehen von Stählen oder Kupfer. Auch die Teilegeometrie spielt eine Rolle. Eine höhere Viskosität kann hier notwendig sein im Bearbeitungsprozess, weshalb man sich für viskosere Schmierstoffe entscheiden sollte.

Kompliziertere Geometrien und Prozesse gibt es, wenn Rohre bearbeitet werden, die häufig ein oder mehrere Warmformungen durchlaufen. Hochleistungsschmierstoffe sind hier gefragt, die einen breiten Viskositätsbereich abdecken und temperaturbeständig sind. Auch die Frage, ob zwischen den einzelnen Umformungsschritte das Öl entfernt werden muss, spielt bei der Produktauswahl eine Rolle. Schließlich muss man auch hier, neben den Umformungsschritten, die Weiterverarbeitung des Werkstücks bei der Produktauswahl im Auge haben.

Werden Teile für die Autoindustrie hergestellt, ist es wichtig, dass die eingesetzten Umformschmierstoffe abwaschbar und zu den später verwendeten Lacksystemen oder Metallklebern kompatibel sind. Diese Maßgaben gelten mehr oder weniger auch für andere Industriebereiche.

Die spanlose Metallbearbeitung wird in vielen Industriebereichen eingesetzt. Umformungsprozesse, wie die Blechumformung, das Tiefziehen oder Walzen sind Standardprozeduren. Für einen reibungslosen Ablauf sorgen Umformschmierstoffe, die die Reibung herabsetzen, die entstehende Wärmemenge abführen und damit insgesamt Verschleißerscheinungen vorbeugen.