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Zerspanungstechnik

Zukünftig werden anspruchsvolle Werkstoffe kryogen zerspant

| Autor/ Redakteur: Walter Frick / Stéphane Itasse

Ein wahres Innovationsfeuerwerk der Zerspanung wurde auf der diesjährigen EMO Hannover 2011 abgebrannt. Zu den Highlights zählten die kryogene Zerspanung, die hydraulikfreie Werkzeugmaschine sowie die kontinuierlich weiterentwickelte Verfahrensintegration.

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Kryogene Prozesskühlung mit CO2-Schnee. (Bild: ISF)
Kryogene Prozesskühlung mit CO2-Schnee. (Bild: ISF)

Diverse innovative Kühlsysteme, etwa die kryogene Zerspanung mit Stickstoff, sorgten auf der vergangenen EMO in Hannover für Furore. Wie diese Entwicklung technisch einzuschätzen ist, bringt Prof. Dr.-Ing. Dirk Biermann, Leiter des Instituts für Spanende Fertigung (ISF) an der Technischen Universität Dortmund, so auf den Punkt: „Neben der Verwendung konventioneller Kühlschmierstoffe zur Prozesskühlung und Prozessschmierung kann die kryogene Zerspanung eine Alternative darstellen. Insbesondere die Bearbeitung anspruchsvoller Werkstoffe wie Titan- und Nickellegierungen oder von Duplexstählen, bei der eine hohe thermische Belastung im Prozess und ein hoher Werkzeugverschleiß auftreten, kann durch die gezielte Prozesskühlung von höheren Werkzeugstandzeiten und gesteigerten Schnittdaten profitieren.“

Die kryogene Prozessführung könne jedoch nicht nur mit flüssigem Stickstoff, sondern auch mit flüssig zugeführtem Kohlendioxid im CO2-Schneestrahlverfahren realisiert werden. Um flüssigen Stickstoff mit seiner Temperatur von –196 °C für den Zerspanprozess zu verwenden, bedarf es spezieller Zuführsysteme wie Isolierkannen zur Speicherung, vakuumisolierter Schläuche und entsprechend ausgelegter Zuführtechnik innerhalb der Werkzeugmaschine.

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CO2-Schneestrahlkühlverfahren kann nachgerüstet werden

Das alternative Verfahren der CO2-Schneestrahlkühlung, so Biermann, „zeichnet sich durch eine einfachere Handhabung aus, da im flüssigen Zustand Raumtemperatur vorliegt“. Erst bei Bildung der CO2-Schneekristalle am Düsenaustritt an der Schneidkante werden Temperaturen von –78 °C erreicht.

Das Potenzial beider Verfahren ist hoch: „Während die Flüssigstickstoffkühlung aufgrund des Aufwandes der Verfahrensintegration sicher neu zu beschaffenden Werkzeugmaschinen vorbehalten bleibt, kann das CO2-Schneestrahlverfahren auch bei bestehenden Maschinen einfacher nachgerüstet werden“, erklärt der Institutsleiter. Durch die Verkürzung der Bauteildurchlaufzeiten, die Verringerung des Einsatzes klassischer Kühlschmiermedien und die weniger aufwendige Bauteilreinigung „stehen die Chancen gut, dass dies bei einigen Zerspanungsoperationen eine sinnvolle Alternative darstellt“.

Hydraulikfreie Werkzeugmaschine im Kommen

Zur hydraulikfreien Werkzeugmaschine meint der Dortmunder Professor: „Der Verzicht auf hydraulische Komponenten in einer Werkzeugmaschine hat zur Folge, dass die Anzahl von elektromechanischen Komponenten zunimmt. Die Vorteile liegen in einer Verringerung der Grundlast: Muss zum Betrieb der Hydraulik die entsprechende Hydraulikpumpe permanent betrieben werden, so wird bei elektromechanischen Komponenten meist nur bei Stell- und Schaltvorgängen Strom benötigt.“ Der Serieneinsatz erster hydraulikfreier Maschinen werde zeigen, ob die elektrisch arbeitenden Komponenten eine gleichwertige Maschinenzuverlässigkeit bieten und damit als Alternative akzeptiert werden.

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