Prüfung des Einflusses von Schmierstoffadditiven auf das Tribosystem bei der Kaltmassivumformung PDF
Preview Prüfung des Einflusses von Schmierstoffadditiven auf das Tribosystem bei der Kaltmassivumformung
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 Dieses Werk ist urheberrechtlich geschOtzt. Die dadurch begrOndeten Rechte, insbesondere die der Ubersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfiiltigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfiiltigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheber rechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der Fassung vom 24. Juni 1985 zuliissig. Sie ist grundsiitzlich vergOtungspflichtig. Zuwiderhandlungen unter liegen den Strafbestimmungen des Urheberrechlsgeselzes. © Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg 1989. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechligl auch ohne besondere Kennzeichnung nichl zu der Annahme, daB solche Namen im Sinne der Warenzeichen-und Markenschulz-Geselzgebung als frei zu belrachlen wiiren und daher von jedermann benulzl werden dOriten. Sollte in diesem Werk direkt oder indirekl auf Gesetze, Vorschriften oder Richtlinien (z. B. DIN, VDI, VDE) Bezug genommen oder aus ihnen ziliert worden sein, so kann der Verlag keine Gewiihr fOr Richtigkeit, Volistiindigkeit oder Aktualitiil Obernehmen. Es empfiehll sich, ge gebenenfalls fOr die eigenen Arbeiten die vollstiindigen Vorschriften oder Richtlinien in der jeweils gOlligen Fassung hinzuzuziehen. Gesamlherslellung: Copydruck GmbH, Heimsheim 2362/3020-543210 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
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