Minimalmengenschmierung

Optimierte Fräsprozesse beim High-Feed-Cutting

| Autor / Redakteur: Dr. Nicolas Jochum, Blaser / Anne Richter

Abbildung 2: Aufbauschneiden bei Trockenbearbeitung vs. MMS.
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Abbildung 2: Aufbauschneiden bei Trockenbearbeitung vs. MMS. (Bild: x)

Extrem leistungsfähige und innovative Prozesse mit Minimalmengenschmierung im Bereich High-Feed-Cutting von Inox: Werkzeughersteller Fraisa und Blaser Swisslube konnten Fräsprozesse optimieren. Mit Erhöhung des Vorschubs konnte die Produktivität um 70 % erhöht werden.

In enger Zusammenarbeit optimierten der Werkzeughersteller Fraisa und der Kühlschmierstoffhersteller Blaser Swisslube mittels Minimalmengenschmierung (MMS) Fräsprozesse in rostfreiem Stahl (1.4307), welche bisher meist trocken bearbeitet wurden. Damit entspricht dies dem aktuellen Stand der Technik. Auch die Zerspanung mittels konventioneller wassermischbarer Kühlschmierstoffe stösst in diesem Bereich an ihre Grenzen.

Das Ziel des Projektes war, einen geeigneten Zerspanprozess mit Minimalmengenschmierung zu finden, bei welchem ein deutlicher Mehrwert gegenüber Trocken- und Nassbearbeitung resultierte. Hierfür bietet sich insbesondere die Zerspanung von Stählen an, da die Wärme bei ausreichend hohen Schnittgeschwindigkeiten weggeschnitten und über den Span abtransportiert werden kann. Dies ist auch gleichzeitig der grundlegende Ansatz, dass für Minimalmengenschmierung in solchen Prozessen die Prozessgrössen angepasst und vor allem hinsichtlich Schnittgeschwindigkeit deutlich angehoben werden müssen.

Gesamten Prozess betrachten

In einem ersten Schritt wurden verschiedene Werkzeuge von der Firma Fraisa und MMS-Lösungen von Blaser evaluiert und im Technologie-Center auf einer Werkzeugmaschine von Blaser Swisslube unter realen Bedingungen nach den Vorgaben des Werkzeugherstellers miteinander verglichen. In nachfolgenden Schritten wurden die Prozessgrössen der Bearbeitung deutlich angehoben. Bei diesen Testreihen zeigte sich auch, dass beim Einsatz einer Minimalmengenschmierung immer der gesamte Prozess zu betrachten ist.

Ebenfalls wirken sich bei der Minimalmengenschmierung kleine Störungen deutlich stärker auf den Zerspanprozess aus, da diese Prozesse viel sensitiver sind. Zur Betrachtung gehören unter anderem das MMS-Gerät, die MMS-Zuführung von der MMS-Erzeugung über die Spindel bis hin zum Werkzeug an die Scheiden. Neben der MMS-Aufbereitung und Zuführung spielt das Werkzeug eine wesentliche Rolle.

Dieses muss für die Minimalschmierung entsprechend ausgelegt sein. Nur wenn beim Düsenaustritt ein konstanter MMS-Nebel/Aerosol mit gutem Sprühverhalten erzeugt werden kann, ist dieser Prozess voll nutzbar und lassen sich substanzielle Verbesserungen erfolgreich umsetzen.

Mit Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit weniger Wärmeeintrag ins Werkzeug

Mit der optimalen Kombination aus dem geeigneten MMS-Öl und Werkzeug konnte sowohl eine Produktivitätssteigerung erzielt als auch die Werkzeugstandzeit erhöht werden. Dies zeigt sich unter anderem in Abbildung 1. Auch ist dort zu erkennen, dass sich die optimierte MMS-Zerspanung deutlich von den konventionellen Kühlschmierstoffen und der Trockenbearbeitung abhebt. Mit Erhöhung des Vorschubs und einer Realisierung der Schnittgeschwindigkeit von 130 m/min auf 390 m/min stieg die Produktivität um über 70 %. Zusätzlich konnte die Werkzeugstandzeit bei diesem erhöhten Zeitspanvolumen um 243 % gesteigert werden. Dies resultiert unter anderem auch aus der Vermeidung von Aufbauschneiden beim Einsatz von Minimalmengenschmierung, wie es in Abbildung 2 zu erkennen ist, und einer deutlichen Reduktion der Temperatur am Werkzeug bei einer Schnittgeschwindigkeit von 390 m/min. Nur mit entsprechender Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit kann der Wärmeeintrag ins Werkzeug reduziert werden, da die Wärme über den Span abgeführt wird. Die Temperaturmessungen und Reduktion durch Schnittgeschwindigkeitserhöhung nach dem Zerspanversuch sind in Abbildung 3 dargestellt.

Dieses beeindruckende Resultat wurde in dieser Versuchsreihe mittels einer werkzeuginternen MMS-Zufuhr und mit einem einkanaligen MMS-Gerät realisiert. Darüber hinaus zeigten die Zerspanversuche, dass nicht nur die Produktivität, sondern auch die Werkstückoberflächen, wie in Abbildung 4, gegenüber der Trockenbearbeitung nach Stand der Technik signifikant verbessert wurde. Beim Einsatz von Minimalmengenschmierung wurde ein Anhaften bzw. Anschweissen der Späne mit der Werkstückoberfläche verhindert. Blaser Swisslube ist stets bestrebt, in Zusammenarbeit mit ihren Kunden und Partnern das Optimum an Produktivität, Wirtschaftlichkeit und Bearbeitungsqualität aus den Zerspanungsprozessen zu schöpfen. SMM

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