Verbesserte, kryogene Zerspanprozesse durch Minimalmengenschmierung
Die Nutzung von Kryogenen zur Kühlung von Zerspanprozessen, führt zu bekannten, positiven Effekten, die sich durch die Anwesenheit von MMS-Ölen noch verstärken lassen. Am Beispiel der Bohrungsherstellung an Titanbauteilen konnten neben der Reduktion des Werkzeugverschleißes ebenfalls Rauheitsverbesserungen und eine Steigerung der Maßhaltigkeit erreicht werden. Der Eignung des MMS-Öles für eine kombinierte Nutzung mit Kryogenen, stellt eine zusätzliche Herausforderung dar.
In den letzten Jahren wurde intensiv zur Wirkung von Tieftemperaturmedien in der Zerspanung geforscht. Es hat sich gezeigt, dass die resultierende Absenkung der Spanungstemperaturen, durch den Einsatz von Kühlmedien wie bspw. Kohlenstoffdioxid, einen signifikanten Einfluss auf das Verschleißverhalten der Werkzeuge hat. Die stete, technologische Weiterentwicklung der Kryogenen Zerspanung erlaubt es heute, die Werkzeuglebensdauer gezielt zu erhöhen oder aber – bei gleichbleibender Lebensdauer – die Schnittgeschwindigkeit wesentlich zu steigern, so dass sich auch im Hinblick auf die zeitabhängigen Kosten wesentliche Vorteile ergeben. Letztendlich eröffnet die Kryogene Kühlung die Möglichkeit bisherige Verfahrensgrenzen zu verschieben, was u. a. in /1/ bei der Bearbeitung von Stahlwerkstoffen mit dem thermisch sensiblen Schneidstoff HSS eindrucksvoll gezeigt werden konnte. Eine Anhebung der Standzeit um den Faktor 2,4 gegenüber konventionellen Kühlkonzepten, bei gleichzeitig stabilerem Verschleißfortschritt, ist hier möglich (siehe Abb. 1).
In den bisherigen Forschungsarbeiten zur Kryogenen Zerspanung lag der Fokus einzig auf der Reduktion der Spanungstemperaturen durch die Kühlwirkung des eingesetzten Kryogens. Reibungsbedingte Effekte, die auch bei der Kryogenen Zerspanung zu Energieumsetzung, Wärmeentstehung und unerwünschten Reaktionskräften führen, wurden nicht näher betrachtet. Vor diesem Hintergrund erfolgten am FTZ e. V. in Zwickau erstmalig Untersuchungen zur Kryogenen Zerspanung unter Anwesenheit eines Schmiermittels auf Basis bekannter Minimalmengenschmieröle. Es wurde untersucht, ob die Effekte der Kryogenen Kühlung bei gleichzeitiger Zufuhr eines MMS-Öles weiterhin Bestand haben und weitere Vorteile durch die Reibungsreduzierung zu erzielen sind.
Rahmenbedingungen
Die spanungstechnischen Analysen erfolgten hierzu mit einem Kennametal Bohrwerkzeug, welches auf dem Bearbeitungszentrum Chiron Mill 800 eingesetzt wurde. Diese Werkzeugmaschine ist am FTZ e. V. speziell für die innere Kryogenzufuhr umgerüstet worden, so dass das Kryo-Kühlsystem „AerosolMaster“ in Verbindung mit einem Prototypen-Schmiersystem der Firma KNOLL Maschinenbau GmbH direkt adaptiert werden konnte. Entsprechend Abb. 2 erlaubt das System eine kombinierte Zufuhr von Kohlenstoffdioxid und MMS-Öl in einer Zuführleitung.