Prüfung des Einflusses von Schmierstoffadditiven auf das Tribosystem bei der Kaltmassivumformung

164 Pages·1989·7.864 MB·German

by  Dipl.-Ing. Uwe Horlacher (auth.)

Berichte aus dem
Institut fur Umformtechnik
der Universitiit Stuttgart
Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. K. Lange
104
Uwe Horlacher
Priifung des Einflusses
von Schmierstoffadditiven
auf das Tribosystem bei
der Kaltmassivumformung
Mit 70 Abbildungen und 5 Tabellen
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg New York
London Paris Tokyo Hong Kong 1989
Dipl.-Ing. Uwe Horlacher
Institut fOr Umformtechnik
Universitiit Stuttgart
Dr.-Ing. Dr. h. c. Kurt Lange
o. Professor em. an der Universitiit Stuttgart
Institut fOr Umformtechnik
093
ISBN-13:978-3-540-52176-1 e-ISBN-13:978-3-642-84097 -5
001: 10.1007/978-3-642-84097-5
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GELEITWORT DES HERAUSGEBERS
Die Umformtechnik zeichnet sich durch sehr gute Werkstoffaus
wertung und hohe Mengenleistung in der Serienfertigung gegen
tiber anderen Fertigungsverfahren aus, wobei Beibehaltung der
Masse, Xnderung der Festigkeitseigenschaften wahrend eines Vor
gangs und elastische Rtickfederung der Werkstticke nach einem
vorgang wesentliche Merkmale sind. Weiter sind die benotigten
Krafte, Arbeiten und Leistungen sehr viel groBer als z.B. bei
spanenden Verfahren. Die sichere Beherrschung eines Verfahrens
in der industriellen Fertigung und die zunehmende Forderung
nach Vermeidung bzw. Minimierung spanender Nacharbeit erzwingen
die geschlossene Betrachtung des Systems "Umformende Fertigung"
unter zentraler Berticksichtigung plastizitatstheoretischer,
werkstoffkundlicher und tribologischer Grundlagen.
Das Institut ftir Umformtechnik der Universitat Stuttgart stellt
entsprechend Forschung und Entwicklung zum einen auf die Erar
beitung von Grundlagenwissen in diesen Bereichen ab, zum anderen
untersucht und entwickelt es Verfahren unter Anwendung speziel
ler MeBtechniken mit dem Ziel einer genauen quantitativen Er
mittlung des Einflusses der Parameter von Vorgang, Werkstoff,
Werkzeug und Maschine. Die Behandlung von Problemen des Maschi
nenverhaltens, der Maschinenkonstruktion sowie der Werkzeugaus
legung und -beanspruchung, der Auswahl hochbeanspruchbarer,
verschleiBfester Werkzeugbaustoffe und schlieBlich der Tribo
logie gehort entsprechend ebenfalls zum Arbeitsgebiet, das
durch die Erfassung organisatorischer und betriebswirtschaft
licher Fragen abgerundet wird.
1m Rahmen der "Berichte aus dem Institut ftir Umformtechnik" er
scheinen in zwangloser Folge jahrlich mehrere Bande, in denen
tiber einzelne Themen ausftihrlich berichtet wird. Dabei handelt
es sich vornehmlich urn AbschluBberichte von Forschungsvorhaben,
Dissertationen, aber gelegentlich auch urn andere Texte. Diese
Berichte sol len den in der Praxis stehenden Ingenieuren und
Wissenschaftlern zur Weiterbildung dienen und eine Hilfe bei
der Losung umformtechnischer Aufgaben sein. Ftir die Studieren-
den bieten sie die Moglichkeit zur Vertiefung der Kenntnisse.
Die seit zwei Jahrzehnten bewahrte freundschaftliche Zusammen
arbeit mit dem Springer-Verlag sehe ich als beste Voraussetzung
fur das Gelingen dieses Vorhabens an.
~yrt Lange
Vurwort
Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatig~.eit als wissenschaft
licher Mitarbeiter am Institut fUr vmformtechnik de~ Universitat Stuttgart.
Herrn professor Dr.-Ing. Dr. h. c. K. Lange danKe ich fUr sein Vertrauen
und seine wohlwollende UnterstUtzung bei der DurchfUhrung dieser Arbeit.
Herrn Prof. Dr.-Ing. H. Uetz bin ich fUr die eingehende Durchsicht der
Arbeit sowie fUr wertvolle Anregungen zu Dank verpflichtet.
Mein Dank gilt ferner Herrn Dr.-Ing. habil. K. Pohlandt fUr die Betreuung
und kritische Durchsicht der Arbeit sowie allen Mitarbeiterinnen und
Mitarbeitern des Instituts fUr Umformtechnik, die zum Gelingen der Arbeit
beigetragen haben.
Weiterhin mochte ich Herrn Dipl.-Ing. H. Landau von der Firma Hoechst AG in
Gersthofen und Herrn Dr. Dwuletzki von der Firma Fimitol-Schmierungstechnik
Julius Fischer GmbH & Co. KG in Hagen sowie den zahlreichen weiteren
Institutionen fUr die UnterstUtzung und die Zusammenarbeit danken.
Die Mittel zur DurchfUhrung dieser Arbeit wurden von der deutschen
Forschungsgemeinschaft (DFG) zur VerfOgung gestellt. FOr diese Forderung
sei an dieser Stelle ebenfalls gedankt.
Reitprechts, im Oktober 1989
Uwe Horlacher
INHAlTSVERZEICHNIS Seite
Verzeichnis der Abkurzungen
11
o Zus8Jllllenfassung
Einleitung
16
2 Stand der Kenntnisse 18
2.1 Prufverfahren 19
2.2 Schmierstoffe 22
2.2. 1 Grundole 23
2.2.2 Additive 24
2.3 Temperaturbestimmung 27
2.4 Oberflachenanalytik 28
3 Zielsetzung 33
4 Eingesetzte Priifverfahren 37
4.1 Verfahren der Kaltmassivumformung 37
4.1.1 Ziehdrucken 37
4.1. 2 Schragstauchen 41
4.1. 3 Ringstauchen 44
4.2 Laborprufverfahren 45
4.2.1 Vierkugel-Apparat 45
4.2.2 ReibverschleiGwaage nach Reichert 45
5 Untersuchte Schmierstoffe 47
5.1 Mineralole mit bekannter Additivierung 47
5.2 Wachse 52
5.3 Sonstige untersuchte Schmierstoffe 53
6 Best1_ung der Temperatur in der Wirkfuge 55
6.1 Berechnung 55
6.2 Messung 58
6.2.1 Ziehdrucken 58
6.2.2 Schragstauchen 62
- 10 -
7 Versuchsergebnisse 66
7.1 Ziehdrucken 66
7.1.1 Einflul3 der Additive auf die Reibzahl 67
7.1.1.1 Var-iation von Chlor-, Schwefel- und Phospnoradditiven 67
7.1.1. 2 Variation des Grundoles 72
7.1.1.3 Variation des Fettstoffes 73
7.1.1.4 Einsatz von Haftverbesserern 75
7.1. 2 EinfluS der Viskositlt auf die Reibzahl 77
7.1. 3 Reibzahl von Wachsen und sonstigen Schmierstoffen 79
7.1. 4 EinfluS der gemittelten Rauhtiefe auf die Reibzahl 82
7.1. 5 Abhlngigkeit der Fllchenpressung vom Umformgrad 83
7.1. 6 Oberfllchenanalytik 84
7.1.6.1 Ermittlung von Oberfllchenkenngrol3en 84
7.1.6.2 Physikalische Analyseverfahren 93
7.2 Schrlgstauchen 101
7.2.1 Einflul3 der Additive auf die Reibzahl 103
7.2.1.1 Variation von Chlor-, Schwefel- und Phosphoradditiven 103
7.2.1.2 Variation des Grundoles 107
7.2.1.3 Variation des Fettstoffes 107
7.2.1.4 Einsatz von Haftverbesserern 110
7.2.2 Einflul3 der Viskositlt auf die Reibzahl 113
7.2.3 Reibzahl von Wachsen und sonstigen Schmierstoffen 115
7.2.4 Abhlngigkeit der Fllchenpressung vom Umformgrad 117
7.2.5 EinfluS der Geschwindigkeit 118
7. 2. 6 Oberfllchenanalytik 120
7.3 Ringstauchen 123
7.4 Vierkugel-Apparat 126
7.5 Reibverschleii3waage nach Reichert 127
8 Vergleich der PrOfverfahren 129
8.1 Prufverfahren der Kaltmassivumformung 129
8.3 Vergleich aller durchgefuhrten Prufverfahren 134
9 Folgerungen fOr die lndustrlelle Produktlon 135
Anhang 139
SchrifttllR 148
Verzeichnis der AbkOrzungen
Allgemeine Zeichen
A Fliiche
b mm Schichtdicke
cp kJ/kg·K mittlere spezifische Wiil-mekapazitiit
d mm Durchmesser
F N Kraft
h mm H6he
kf N/mm2 Fliel3spannung
mm Kontaktliinge in Wirkfuge
m yom WerkstUck aufgenommene Wiirmemenge
n min-1 Drehzahl
n yom Werkzeug aufgenommene Wiirmemenge
p N/mm2 Druck
Q W Wiirmestrom
q J Wiirmemenge
Ra IJIII arithmetlscher Mittenrauhwert
Rz 11m gemittelte Rauhtiefe
s mm Weg
T K Temperatur
t s Zeit
ta % Fliichentraganteil
tp % Profiltragantei1
V mm3 Volumen
YSt nvn/s Stempelgeschwindigkeit
Y mm/s Geschwindigkeit
W J Arbeit
a grd Wer~zeug6ffnungs-, Stauchbahnneigungswinkel
Ns/m2 dynamische Viskositiit
'Il
'Il % Wirkungsgrad
:t 'c Temperatur
A W/m·K Wiirmeleitfiihigkeit
11 Reibzahl
v nvn2/S kinematische Viskositiit
kg/dm3 Dichte
Umformgrad
- 12 -
Indizes
D Druck ...
innen ...
id idee11e ...
m mitt1ere ...
N Norma 1. ..
Q Quer ...
R Reibung ...
re1 Re1ativ ...
Sch Schiebung ...
St Stempel ...
V Ver1 ust. ..
Z Zug ...
0 Ausgangs ...
End ...
Abkiirzungen
AES Auger-E1ektronenspektroskopie
AW Anti-Wear
C1 Ch10r
EP Extreme-Pressure
ESCA E1ektronenspektroskopie fOr die chem. Analyse
GDOS G1imment1adungsspektroskopie
HRC Harte (in Rockwell)
ISS Ionenstreuspektroskopie
P Phosphor
REM Raster-E1ektronen-Mikroskop
S Schwefe1
SIMS Sekundarionenmassenspektroskopie
TMP-Ester Trimethy101propanester
VI Viskositatsindex
VKA Vierkuge1-Apparat