Drehen CO2-Prozesskühlung macht Trockenbearbeitung produktiver

Autor / Redakteur: Dirk Biermann, Fabian Felderhoff und Markus Heilmann / Bernhard Kuttkat

Ergebnisse am Institut für Spanende Fertigung (ISF) zeigen, dass die CO2-Prozesskühlung bei der Trockenbearbeitung ein Verfahren mit großem technologischen und wirtschaftlichen Potenzial auch für die Bearbeitung von schwerzerspanbaren Werkstoffen wie schwefelarmen Vergütungsstählen ist. Die CO2-Prozesskühlung vereinigt zahlreiche Vorteile der Trockenbearbeitung mit den Vorteilen der konventionellen Überflutungskühlschmierung.

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Nach der Bearbeitung unter Zuführung des Kühlmediums CO2 sind trockene und saubere Bauteile, Späne und Maschineninnenräume vorhanden. Die Oberflächengüte ist im Vergleich zur Trockenbearbeitung deutlich verbessert. Bilder: ISF
Nach der Bearbeitung unter Zuführung des Kühlmediums CO2 sind trockene und saubere Bauteile, Späne und Maschineninnenräume vorhanden. Die Oberflächengüte ist im Vergleich zur Trockenbearbeitung deutlich verbessert. Bilder: ISF
( Archiv: Vogel Business Media )

Die Technologie der Trockenbearbeitung und Minimalmengenkühlschmierung ist bekannter Stand der Technik und in vielen Bereichen der spanenden Bearbeitung industrieller Bauteile etabliert. Wesentliche Verfahrensvorteile sind außer dem Entfall der kühlschmierstoffbezogenen Kosten die trockenen und sauberen Werkstücke, Späne und Maschineninnenräume. Während zahlreiche Werkstoff- und Verfahrenskombinationen unter reduziertem Kühlschmierstoffeinsatz sicher beherrscht werden, kann es bei anderen Bearbeitungsaufgaben zu einer hohen, verschleißbestimmenden Wärmeentwicklung kommen. Der Einsatz neuer Kühlkonzepte, wie die Prozesskonditionierung mit Kohlendioxid, bietet an dieser Stelle die Möglichkeit, die Leistungsfähigkeit von Zerspanprozessen unter den Randbedingungen der Trockenbearbeitung zu steigern.

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CO2-Kühlung schwefelarmer Vergütungsstähle

Das Hauptanwendungsgebiet von Kohlendioxid für den technischen Einsatz liegt in der Reinigungstechnik [1 und 2]. Kohlendioxid ist ein geruchloser, nicht korrosiver, ungiftiger und nicht brennbarer Stoff. Um die thermodynamischen und physikalischen Effekte des technischen Gases auch für die Prozessgestaltung von Drehprozessen zu nutzen, wurde eine spezielle Vorrichtung in eine Versuchsmaschine am Institut für Spanende Fertigung (ISF) an der Technischen Universität Dortmund integriert (Bild 1). Diese ermöglicht die Zuführung des Gases aus einer Steigrohrflasche zur Wirkzone des Zerspanprozesses. Es ist ebenfalls möglich, den Anstellwinkel der Zuführdüse wie auch die Kühlleistung der Zuführdüse zu variieren.

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Die Möglichkeiten der Prozessoptimierung durch die CO2-Schneestrahlkühlung wurden am ISF bislang für die Zerspanung nichtrostender Stähle nachgewiesen [3 bis 5]. Um die Möglichkeiten des Einsatzgebietes zu erweitern, wurde die Prozesskühlung im Rahmen dieser Untersuchung für die Drehbearbeitung des schwefelarmen Vergütungsstahls 42CrMo4+QT mit einer Härte von 27 HRC analysiert. Schwefelarme Vergütungsstähle besitzen insbesondere für die Herstellung antriebstechnischer Bauteile eine große Bedeutung.

In den Zerspanungsexperimenten zum Einfluss des KSS-Konzeptes wurden die Schnittwerte Schnittgeschwindigkeit vc = 250 m/min, Vorschub f = 0,3 mm und Schnitttiefe ap = 2 mm konstant gehalten, um die Wirkung auf Verschleiß, Werkstückqualität und Spanbruch aufzeigen zu können. Hinsichtlich des Schneidstoffs wurden die Gestalt der Wendeschneidplatte und die Kombination von Substrat und Beschichtung nicht verändert. In allen Versuchen wurden Wendeschneidplatten vom Typ CNMG120408 genutzt. Dabei entspricht die Kombination von Hartmetallsubstrat und Beschichtung der Anwendungsklasse P10.

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