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Schwerzerspanung

CO2-Kühlung steigert Produktivität der Schwerzerspanung mit PKD

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Der Einfluss von Emulsionskühlung auf die Randzonen bewirkt die Wärmeeinflusszone mit der geringsten Dicke. Im Gegensatz zu den anderen Randzonen besteht diese annähernd aus einer reinen Neuhärtungszone, die sich durch eine extrem dünne Anlasszone scharf vom restlichen Werkstoffgefüge abgrenzt.

Dünne Anlasszone kann zu Mikrorissen und Schichtabplatzungen führen

Aufgrund dieser beinahe nicht vorhandenen Anlasszone besteht eine erhöhte Gefahr von Mikrorissbildung und Schichtabplatzungen im Randzonenbereich. Die extrem schnelle Abkühlung der zerspanten Werkstoffoberfläche durch Emulsion führt demnach zu einem spröden Oberflächenbereich und ist der Grund für die hohen Rauheitswerte.

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Bei den an GJV-450 durchgeführten Zerspanversuchen konnten eindeutige Rückschlüsse auf den Einsatz von PKD-Schneidstoffen mit konventionellen sowie innovativen Kühl- und Schmierstrategien gezogen werden. In dem untersuchten Schnittgeschwindigkeitsbereich ist von dem Einsatz einer konventionellen Kühlschmieremulsion abzuraten. Die Verwendung von CO2-Schnee konnte eindeutig als die zu bevorzugende Kühlstrategie aufgezeigt werden.

PKD zeigt besonders bei niedrigen Geschwindigkeiten hohe Prozessstabilität

Besonders bei den getesteten niedrigen Schnittgeschwindigkeiten zeigt der Schneidstoff ein sehr geringes, lineares Verschleißwachstum und eine hohe Prozessstabilität. Eine Erhöhung dieser Standzeiten konnte durch den Einsatz von CO2 in Kombination mit MMS nicht erzielt werden. Starke Ergebnisschwankungen und resultierend schwer vorhersagbare Standzeiten lassen auf eine geringe Prozessbeständigkeit schließen.

Von einer Senkung des Reibbeiwerts kann nicht ausgegangen werden. Modelluntersuchungen im Schwing-Reib-Verschleiß-Versuch könnten weiteren Aufschluss über die vorherrschenden Wirkmechanismen geben.

Auch bezüglich des Einflusses der MMS-Durchflussmenge können lediglich Trends abgeleitet werden. Ein Anheben des MMS-CO2-Standzeitniveaus auf das beim Einsatz von reinem CO2 erzielte ist jedoch nicht zu erwarten. Auch trotz erheblich höhere PKD-Schneidstoffkosten ergibt eine wirtschaftliche Betrachtung der Zerspanung von GJV-450 mit PKD und CO2-Kühlung eine Produktivitätssteigerung von mehreren Prozent im Vergleichzur Zerspanung mit Hartmetall-Schneidstoffen.

Literatur:

[1] Abele, E., H. Schulz, A. Sahm: State of the Art in CGI Machining. Proceedings of the CGI Machining Workshop, 13. und 14. März 2002, PTW Darmstadt.

[2] Ellermeier, A., F. Koppka: GJV meistert hohe Drücke mit Gelassenheit. Werkstatt und Betrieb 11/2003, S. 41-46.

[3] Tillmann, W.: Trends and market perspectives for diamond tools in the construction industry. International Journal of Refractory Metals & Hard Materials 18/2000, S. 301-306.

[4] Lachmund, U.: Verschleißverhalten von polykristallinem Diamant bei instationärer Beanspruchung. Dissertation TU Berlin 1997.

[5] Abele, E., M. Kulok, B. Schramm, P. Anton: Bearbeitung von Gusswerkstoffen mit polykristallinen Schneidstoffen. Zeitschrift für den wirtschaftlichen Fabrikbetrieb 9/2007.

Dipl.-Ing. Marc Sieber ist wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Gruppe Technologie am Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen (PTW) der TU Darmstadt in 64287 Darmstadt. Das Forschungs- und Entwicklungsprojekt wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmenkonzept „Forschung für die Produktion von morgen“ gefördert und vom Projektträger Forschungszentrum Karlsruhe (PTKA) betreut.

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