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Schwerzerspanung

CO2-Kühlung steigert Produktivität der Schwerzerspanung mit PKD

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Als großer Nachteil gelten jedoch chemische Affinität zu eisenhaltigen Materialien und thermische Instabilität der Diamantmatrix. Hohe Temperaturen mindern den Verschleißwiderstand durch Graphitisierung und thermo-chemischen Verschleiß der Diamantmatrix.

Geeignete Kühlungsmethode für PKD kann Graphitisierung ausschließen

Ein wirtschaftlicher Einsatz von PKD war deshalb bisher nur bei der Zerspanung von NE-Metallen, faserverstärkten Kunststoffen (FVK) sowie Holz und Gestein realisierbar [3 und 4]. Die negativen Aspekte der Diffusion und der Graphitisierung können einzig durch geeignete Kühlungsmethoden ausgeschlossen oder eliminiert werden. Der folgende Bericht zeigt die Ergebnisse der am PTW durchgeführten Untersuchungen zur Produktivitätssteigerung in der Zerspanung von GJV mittels PKD unter dem Einsatz innovativer Kühlstrategien.

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Die Zerspanungsuntersuchungen wurden auf einem DMG-Drehzentrum CTX beta 800 als Standzeitversuche im Außenlängsdrehverfahren durchgeführt. Anwenderbezogen wurde als Standzeitkriterium der Freiflächenverschleiß an Haupt- und Nebenfreifläche der PKD-Wendeschneidplatten mit einem digitalen Videomikroskop von Hitec dokumentiert. Als Abbruchkriterium wurde ein maximaler Freiflächenverschleiß von VBmax = 150 µm herangezogen.

Die Bestimmung der Oberflächenrauheit erfolgte mit einem mobilen Tastschnittgerät von Mahr. Der ausgewählte Versuchswerkstoff GJV-450 hat eine Mindestzugfestigkeit Rm = 450 MPa. Die Gefügestruktur ist in Bild 2 dargestellt. Die vermikularen Graphitausscheidungen sind demnach unregelmäßig verteilt (Bild 2a). Das Gefüge besteht zu 94,5% aus einer perlitischen Matrix (Bild 2b). Die Härte des Werkstoffs beträgt HB = 247.

Längere Standzeit mit grobkörniger PKD-Sorte

Frühere Untersuchungen stellten heraus, dass hinsichtlich der Werkzeugstandzeit T bei der GJV-Zerspanung eine grobkörnige PKD-Sorte in Kombination mit einer scharfen Schneidkantenausführung zu bevorzugen ist [5]. Die gewählte PKD-Zusammensetzung der folgenden Untersuchungen entspricht dem genannten Kontext.

Im Vordergrund der Versuchsdurchführung steht die Klärung des Einflusses der Prozesskühlung und -schmierung auf das Verschleißverhalten des Schneidstoffes. Dazu wurden Zerspanversuche mit verschiedenen Kühl- und Kühlschmierstrategien durchgeführt.

Im Einzelnen sind dies die Verwendung konventioneller Kühlschmieremulsion für die Gusseisenbearbeitung, der Einsatz von CO2-Schnee und CO2-Schnee in Kombination mit Minimalmengenschmierung (MMS) und Variation der Fluidmenge. Den Versuchsaufbau zeigt Bild 3. Als Technologieparameter wurden die Schnittgeschwindigkeitstufen vc1 = 210, vc2 = 230 und vc3 = 250 m/min untersucht. Die Spanungstiefe und der Vorschub wurden konstant bei a = 0,15 mm beziehungsweise f = 0,3 mm gehalten. Zur Verifikation der erzielten Ergebnisse wurden mit den einzelnen Parametersätzen mehrere Standwegversuche durchgeführt.

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CO2-Schnee zur Kühlung erweist sich Standzeitoptimal

Die erzielten Standzeitergebnisse lassen eindeutige Rückschlüsse zum Einfluss der verschiedenen Kühlschmierstrategien auf den Werkzeugstandweg und die Oberflächenqualitäten zu (Bilder 4 und 5). Der Einsatz von CO2-Schnee erweist sich als standzeitoptimal. Besonders erwähnenswert ist die Tatsache, dass die Tests bei einem durchschnittlichen Freiflächenverschleiß von VBmax = 150 µm abgebrochen wurden. Die Anwendung von CO2 bei vc = 210 m/min erwies sich als äußerst prozesssicher.

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