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Kryogene Kühlung Mit der Schneekanone gegen unerwünschte Bohrspäne

| Autor / Redakteur: Dirk Biermann, Maximilian Metzger und Henning Hartmann / Peter Königsreuther

Als letztes Glied in der Bearbeitungskette eines Bauteils nach dem Drehen oder Fräsen, schließen sich oft noch Bohrprozesse an. Diese verursachen Späne, die das nahezu fertige Teil beschädigen könnten. Der Einsatz kryogener Kühlverfahren vermindert diese Gefahr und bietet noch einige weitere Vorteile beim Bohren.

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Bild 1: Die Experimente wurden mit einem Tiefbbohrbearbeitungszentrum vom Typ TLF 1004 des Herstellers Ixion am Institut für Spanende Fertigung der TU Dortmund durchgeführt.
Bild 1: Die Experimente wurden mit einem Tiefbbohrbearbeitungszentrum vom Typ TLF 1004 des Herstellers Ixion am Institut für Spanende Fertigung der TU Dortmund durchgeführt.
(Bild: ISF )

Oftmals steht das Bohren oder Gewindeschneiden eines mechanischen Bauteils am Ende der Fertigungskette. Daher ergeben sich insbesondere an die Bohrprozesse, die häufig einem Dreh- und oder Fräsprozess nachgelagert sind, hohe Anforderungen an die Qualität und Sauberkeit [1]. Diese Vorgaben stehen oft im Widerspruch zu sich lösenden Graten oder im Bauteil verbleibenden Spanbruchstücken, die die Funktionsfähgkeit des Bauteils beeinträchtigen.

CO2-Schneestrahlkühlung schont Ressourcen und Umwelt

Durch den Einsatz technischer Gase kann außer einer Reduzierung der Gratbildung [2] eine verbesserte Spanabfuhr erreicht werden. Zusätzlich kann auf Hilfsstoffe wie Öle und Schmiermittel verzichtet werden was die Kosten, die Beeinträchtigung der Mitarbeiter sowie die Umweltbelastung verringert [3-5]. Im Rahmen der im Folgenden dargestellten Untersuchungen wurde der Einfluss einer internen CO2-Schneestrahlkühlung auf die Spanbildung beim Bohren untersucht (Siehe Bild 1 der hinterlegten Galerie).

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Die experimentellen Untersuchungen wurden im Versuchsfeld des Instituts für Spanende Fertigung der TU Dortmund an einem Tiefbohrbearbeitungszentrum vom Typ TLF 1004 des Herstellers Ixion durchgeführt (ebenfalls Bild 1). Das dabei eingesetzte Werkzeug war ein zweischneidiger Wendeschneidplattenbohrer mit einem Durchmesser von d = 25 mm und einer maximalen Bearbeitungstiefe von l = 75 mm.

Als Versuchswerkstoff kam der Vergütungsstahl 34CrNiMo6 (Werkstoff 1.6582) zum Einsatz, der aufgrund seiner hohen Zähigkeit bei gleichzeitig guter Festigkeit häufig im allgemeinen Maschinenbau sowie der Automobilindustrie genutzt wird.

Kohlenstoffdioxid lässt sich einfach handhaben und bevorraten

Der Aufbau der internen CO2– Schneestrahlkühlung ist schematisch in Bild 2 links dargestellt. Aufgrund der Eigenschaften des Kohlenstoffdioxids ist eine vergleichsweise einfache Handhabung und Bevorratung des Gases möglich. So lässt es sich im verflüssigten Zustand bei rund 60 bar unter Raumtemperatur in Steigrohrflaschen speichern. Bedingt durch den hohen Flaschendruck steigt das flüssige CO2 über einen flexiblen Teflonschlauch durch die Spindel in die Kühlschmierstoffkanäle.

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