Hochdruck-Kühlschmierstoffzufuhr senkt die Werkzeugtemperatur

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Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen

Bild 4 zeigt die beim Außenlängsdrehen von X5CrNi18-10 in der Nähe der Schneidkante mittels 2-Farben-Pyrometrie gemessenen Werkzeugtemperaturen in Abhängigkeit des KSS-Zuführdrucks beziehungsweise des KSS-Volumenstroms und der Schnittgeschwindigkeit. Als Referenz wurde die konventionelle Überflutungskühlung eingesetzt.

Werkzeugtemperatur mit Hochdruck-Kühlschmierstoffzufuhr um 30% gesenkt

Es ist klar zu erkennen, dass die Temperatur in der Schneidkante unterhalb der sekundären Scherzone durch den Einsatz der Hochdruck-KSS-Zufuhr deutlich gesenkt werden kann. Dabei nahm die Temperatur bis zum Erreichen des maximalen Drucks von 300 bar kontinuierlich ab. Bei der Schnittgeschwindigkeit von 400 m/min konnte die Temperatur im Vergleich zur konventionellen Überflutungskühlung von knapp 1000 auf 700 °C reduziert werden, was einer Temperaturabnahme von rund 30% entspricht.

In weiteren Untersuchungen wurden KSS-Zuführdruck und -Volumenstrom unabhängig voneinander variiert. Dabei zeigte sich, dass ab dem Vorhandensein eines minimal erforderlichen Volumenstroms, der in erster Linie vom Spanungsquerschnitt abhängt, die Werkzeugtemperatur- und somit die Verschleißabnahme an der Schneidkante in erster Linie vom KSS-Zuführdruck und nicht vom Volumenstrom abhängt. Ähnliche Ergebnisse wurden bereits veröffentlicht [4 und 5].

Am Werkzeugmaschinenlabor (WZL) der RWTH Aachen wird die Hochdrucktechnologie bereits seit vielen Jahren eingesetzt und weiterentwickelt. Neben der Untersuchung der grundlegenden Wirkmechanismen und der Analyse des Einflusses der Strahleinstellparamater vor dem Hintergrund der Wirtschaftlichkeit und Energieeffizienz werden potenzielle Anwendungsfelder identifiziert und der Einsatz der Hochdruck-KSS-Zufuhr hinsichtlich der wirtschaftlichen Anwendbarkeit weiterentwickelt.

Auch das Werkzeugdesign wird weiterentwickelt

Zukünftig ist vorgesehen, im Rahmen eines vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie über die AiF im Programm zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) finanzierten öffentlichen Projekts den Einsatz der Hochdruck-KSS-Zufuhr bei der Stahlbearbeitung grundlegend zu erforschen. Neben den technologischen Grundlagen soll in diesem Projekt vor allem auch das Werkzeugdesign hinsichtlich des energieeffizienten Einsatzes der Hochdrucktechnologie angepasst und weiterentwickelt werden.

Darüber hinaus sollen in enger Zusammenarbeit mit Industriepartnern die Wechselwirkungen der Hochdruck-KSS-Zufuhr mit der Werkzeugmaschine und deren Komponenten analysiert werden. Auf der 2. Aachener Kühlschmierstofftagung am 20 und 21. Oktober 2011 zeigen Experten praxisnahe Lösungen für einen ökonomischen und ökolpgischen Kühlschmierstoffeinsatz in der Fertigung.

Literatur:

• [1] Melcher, G.: Drehen rostbeständiger Stähle. Die Maschine 5/2000, S. 46-48.

• [2] Klocke, F. und W. König: Fertigungsverfahren Drehen, Fräsen, Bohren. 8., neu bearbeitete Auflage. Berlin: Springer-Verlag 2008.

• [3] Kaminski, J. und B. Alvelid: Temperature reduction in the cutting zone in water-jet assisted cutting. Journal of Materials Processing Technology 106/2000, S. 68-73.

• [4] Klocke, F. und andere: Influence of a high-pressure lubricoolant supply on thermomechanical tool load and tool wear behaviour in the turning of aerospace materials. Journal of Engineering Manufacture 225/2011, S. 52-61.

• [5] Diniz, A. E., P. Micaroni und A. Hassui: Evaluating the effect of coolant pressure and flow rate on tool wear and tool life in the steel turning operation. International Journal of Advanced Manufacturing Technologies 50/2010, S. 1125-1133.

* Prof. Dr.-Ing. Fritz Klocke ist Direktor des Werkzeugmaschinenlabors (WZL) der RWTH Aachen; Dipl.-Ing. Dieter Lung ist Abteilungsleiter Zerspantechnologie und Dipl.-Ing. Hubertus Sangermann ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am WZL

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