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Mit Hochdruck besser zerspanen

| Redakteur: Matthias Vogel

>> Iscar, als einer der weltweit führenden Werkzeughersteller und Technologieführer im Bereich der Triebwerksherstellung, hat vor einigen Jahren ein System in den Markt eingeführt, um die Bauteile deutlich effizienter zu bearbeiten. Es wurden Werkzeuge für die Bearbeitung mit Kühlmittel-Hochdruck entwickelt. Der Einsatz dieser Werkzeuge bringt gleich zwei entscheidende Vorteile mit sich: Spanbruch und höhere Bearbeitungsparameter.

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Um die dadurch steigenden Schnittkräfte abfangen zu können, setzt der Hersteller verstärkt auf den Einsatz von tangentialen Schneideinsätzen. So vereint z.B. das HeliTurn-System eine positive Schneidengeometrie mit einer stabilen tangentialen Klemmung und einer optimalen Kühlmittelzufuhr nahe der Schnittzone.
Um die dadurch steigenden Schnittkräfte abfangen zu können, setzt der Hersteller verstärkt auf den Einsatz von tangentialen Schneideinsätzen. So vereint z.B. das HeliTurn-System eine positive Schneidengeometrie mit einer stabilen tangentialen Klemmung und einer optimalen Kühlmittelzufuhr nahe der Schnittzone.
(Bild: Iscar)

Die Fertigung von Bauteilen aus der Luft- und Raumfahrt gehört zu den anspruchsvollsten Bearbeitungen im Bereich der Zerspanungstechnik. Die dort verwendeten Materialien zählen zu den am schwierigsten zu bearbeitenden Werkstückstoffen.

Im Zuge der nach wie vor steigenden Fluggastbeförderungen werden mehr Flugzeuge benötigt. Hinzukommt noch, dass die Anforderungen an die Flugzeuge von Generation zu Generation deutlich zunimmt. Treibstoff muss eingespart werden, die Lärmbelastung für die Flughafenanwohner muss reduziert werden, aber die Passagiere wollen auch komfortabler reisen.

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Dieses wird durch ein neues Design und durch den Einsatz neuer und schwieriger zu bearbeitender Werkstückstoffe erreicht. Vor diesem Hintergrund sowie der Tatsache, dass steigende Stückzahlen produziert werden, stehen die Hersteller und deren Zulieferer vor einer neuen Aufgabe: eine deutliche Steigerung der Produktivität und somit der Produktionskapazität.

Kühlschmierstoff mit bis zu 600 bar Druck

Iscar, als einer der weltweit führenden Werkzeughersteller und Technologieführer im Bereich der Triebwerksherstellung, hat vor einigen Jahren ein System in den Markt eingeführt, um die Bauteile deutlich effizienter zu bearbeiten.

Es wurden Werkzeuge für die Bearbeitung mit Kühlmittel-Hochdruck entwickelt. Hierbei wird der Kühlschmierstoff mit bis zu 600 bar Druck direkt in die Schnittzone geleitet. Der Einsatz dieser Werkzeuge bringt gleich zwei entscheidende Vorteile mit sich: Spanbruch und höhere Bearbeitungsparameter.

Span wird in kleine Stücke gebrochen

Die im Flugzeugbau eingesetzten Werkstückstoffe (Titan-, Nickelbasislegierungen sowie hochfeste rostfreie Stähle) sind alle sehr langspanend. Ein Spanbruch findet so gut wie gar nicht statt. Durch den Druck, den der Kühlschmierstoff auf den Span ausübt, wird dieser direkt an der Schneide in kleine Stücke gebrochen. So lassen sich die Späne aus dem Zerspanungsprozess leicht entfernen. Eine Beschädigung der Schneide durch lange unkontrollierbare Späne kann vermieden und Bauteile können ohne kostspielige Unterbrechungen prozesssicher gefertigt werden. Schon mit 80 bar Kühlmitteldruck werden hervorragende Ergebnisse erzielt.

Der Einsatz deutlich höhererBearbeitungsparameter

Der zweite entscheidende Vorteil beim Einsatz von Werkzeugen mit Kühlmittelhochdruck ist der Einsatz deutlich höherer Bearbeitungsparameter. Der Kühlschmierstoff wird mit hohem Druck in einem sehr flachen Winkel zwischen Span und Schneide gedrückt. Dadurch «schwimmt» der Span teilweise auf dem Kühlschmierstoff («High-Speed Aquaplaning»). Die hohen Temperaturen, die beim Bearbeiten dieser anspruchsvollen Werkstückstoffe entstehen, werden durch den gezielten Einsatz des Kühlschmierstoffes nahe der Schnittzone absorbiert.

Der Kühlschmierstoff führt nicht nur die Temperatur aus der Schnittzone deutlich besser ab, sondern wirkt wie ein flüssiger Schutzfilm zwischen Span und Schneide. Dadurch wird ein frühzeitiger Kolkverschleiss auf der Spanfläche vermieden und die Bearbeitungsparameter können, je nach Bearbeitung und Kühlmitteldruck, sogar verdreifacht werden.

Um die dadurch steigenden Schnittkräfte abfangen zu können, setzt der Hersteller verstärkt auf den Einsatz von tangentialen Schneideinsätzen. So vereint z.B. das HeliTurn-System eine positive Schneidengeometrie mit einer stabilen tangentialen Klemmung und einer optimalen Kühlmittelzufuhr nahe der Schnittzone.

Der Einsatz kann schrittweise erfolgen

Der Einsatz dieser neuen Technologie kann schrittweise erfolgen. Im ersten Schritt können die Prozesse (und die dafür erforderlichen Werkzeuge) für Maschinen mit 70–80 bar Druck ausgelegt werden. Maschinen mit diesem Kühlmitteldruck sind bereits vielfach auf dem Markt verfügbar und teilweise auch schon in der Triebwerksfertigung integriert. Der grösste Vorteil, der durch die Umstellung des Prozesses auf Werkzeuge für interne Hochdruckkühlung entsteht, ist die Spankontrolle und die daraus resultierende Prozesssicherheit. Eine Erhöhung der Bearbeitungsparameter ist ebenfalls möglich.

Durch den Einsatz von Werkzeugen für Ultra-Hochdruck ist es möglich, den Prozess der Spanbildung beliebig zu kontrollieren. Hier können auch die Bearbeitungsparameter auf bis zu dreifache Werte angehoben werden. Die hierbei eingesetzten Maschinen werden speziell für diesen Einsatz ausgelegt und beinhalten zwei verschiedene Kühlmittelkreisläufe (normale und Ultra-Hochdruck-Kühlung).

Als Technologieführer im Bereich Triebwerksbau hat sich die Firma Iscar zum Ziel gesetzt, diese Technologie breit zu streuen. So werden die im Triebwerksbau gesammelten Erfahrungen nun genutzt, um Werkzeuge für die Fräsbearbeitung herzustellen. Dabei greift man beim Hersteller ebenfalls auf Werkzeuge mit tangential geklemmten Schneideinsätzen zurück. Dadurch kann der Kühlschmierstoff viel gezielter in die Schnittzone geleitet werden und die Zerspanungsparameter können signifikant erhöht werden. Die dabei steigenden Zerspanungskräfte können optimal durch die tangentiale Klemmung der Schneideinsätze aufgenommen werden.

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