CO₂-Kühlung der Schneidkanten senkt die Produktionskosten

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Als Werkzeug kam eine Variante des für die Schaufelbearbeitung optimierten Rundplatten-Kopierfräsers Walter F2334R zum Einsatz. Dieser ist mit zwei Kanälen ausgestattet, durch die gleichzeitig zwei Sorten Kühlmittel fließen können: Ein Kanal für CO₂ und ein zweiter Kanal für MMS, Druckluft oder Emulsion. Kohlendioxid wird bei Raumtemperatur unter 60 bar Druck flüssig durch das Werkzeug geleitet und tritt in unmittelbarer Nähe der Schneidkante aus. Dort expandiert es und die gewünschte Kühlwirkung tritt ein.

Interne Zuführung des Kühlmittels mit einem Zweikanalsystem

„Ein wichtiger Entwicklungsschritt ist die interne Zuführung des Kühlmittels mit einem Zweikanalsystem durch das Werkzeug, anstelle einer externen Lösung“, erläutert Schaarschmidt das neue Verfahren. „Bei der Fünf-Achs-Bearbeitung gelangt das extern zugeführte CO₂ nie genau dorthin, wo es benötigt wird, nämlich möglichst nah in die Scherzone. Außerdem wird für Titan über die Kühlung hinaus noch eine Schmierung benötigt. Der Lösungsweg ist eine Trennung von Minimalmengenschmierung und CO₂ in einem Zweikanalwerkzeug.“

Walter hat die passenden Werkzeuge entwickelt, Starrag die passende Spindel. Koller ergänzt: „Bei einer klassischen Zentralkühlung befindet sich in der Mitte der Spindel ein Rohr für den Kühlschmierstoff. Wir haben in dieses Rohr nun ein zweites für das CO₂ eingesetzt. Zusätzlich haben wir eine Schnittstelle zum Übergaberohr im Werkzeug geschaffen.“ Das Kühlmittelinnenrohr ist von der Außenkontur her genormt, nicht aber von der Innenkontur. Die Walter-Starrag-Lösung bewegt sich also innerhalb der Norm. Bereits beim Kunden eingesetzte Werkzeughalter können weiter genutzt werden. Für Spindeln vorhandener Maschinen bietet Starrag eine Nachrüstung an. „Der Einstieg in die kryogene Kühltechnik bewegt sich so in einem überschaubaren finanziellen Rahmen“, betont Koller.

Vorzeitigen Vereisen der Werkzeuge verhindern

Ein wichtiger technologischer Vorsprung der Cryotec-Kühlung besteht darin, den CO₂-Druck maschinen- und werkzeugseitig so lange wie möglich aufrechtzuerhalten, sodass es nicht zum vorzeitigen Vereisen der Werkzeuge kommt, sondern die Expansion des Kohlendioxids möglichst nah an der Schneide erfolgt. Gleichzeitig sollte der CO₂-Durchsatz nicht höher sein, als unbedingt nötig, denn CO₂ ist als Kühlmittel im Vergleich zu Emulsion verhältnismäßig teuer. „Hier haben wir viel Entwicklungsarbeit in die Ermittlung des richtigen Düsendurchmessers gesteckt“, so Schaarschmidt.

„Um die Technologie komplett zu durchdringen sind Grundlagenuntersuchungen notwendig. Diese führen wir bei unseren Kunden und Kooperationspartnern durch, die entsprechende Maschinen im Einsatz haben“, erläutert der Walter-Manager. Versuche mit Turbinenleitschaufeln aus martensitischem, rostfreiem Stahl (multiaxiales Drehfräsen, Rohteilabmaße 475 mm × 80 mm × 80 mm, geschweißter Spannzapfen) haben gezeigt, dass sich bei gleichbleibenden Schnittparametern die Werkzeugstandzeit um 30 % im Vergleich zu einer Trockenbearbeitung erhöhen lässt, wenn man die Temperatur an der Schneidkante mittels CO₂-Kühlung um 100°C reduziert. Gleichzeitig sinken die Herstellkosten um 15 %. Bei austenitischem, rostfreiem Stahl ergab sich ebenfalls eine signifikante Steigerung der Standzeit im Vergleich zu MMS sowie eine Reduzierung der Herstellkosten um sogar 30 %.

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