Gesteigerte Produktivität durch Hochdruckkühlung

CoroTurn HP ermöglicht die Nutzung des Hochdruckkühlmittel-unterstützten Drehens auf den meisten CNC-Maschinen

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Die Rolle des Kühlmittels in der Metallbearbeitung wird derzeit neu bewertet. Bisher setzten viele Fertigungsbetriebe Kühlmittel auf herkömmliche Art ein, das heißt der Kühlschmierstoff wird per Schlauch auf Werkstück und Werkzeug ausgerichtet und die Bearbeitungszone über¬spült. Andere Betriebe verzichten gänzlich auf die Verwendung von Kühlmitteln, besonders beim Fräsen, und einige verwenden es nur für Gusseisen, um die Staubbildung zu unterdrücken. In der Vergangenheit waren Kühlmittel notwendig, um schnell laufende Stahlwerkzeuge vor einer Überhitzung und dem Verlust ihrer Schnittflächen zu bewahren. Für den heutzutage üblichen Einsatz beschichteter Hartmetalle mit weitaus höheren Schnittdaten muss die Aufgabe des Kühlmittels beim Drehen in vielen Fällen genauer definiert werden. Beim Bohren und Aufbohren werden nach wie vor Kühlschmierstoffe eingesetzt, vor allem um Späne aus Bohrlöchern zu spülen.

Die Bearbeitungszone einfach nur mit Kühlmittel zu überspülen, reicht oft nicht mehr aus: Wenn Kühlmittel effizient genutzt werden sollen, müssen sie unter hohem Druck, in ausreichender Menge und korrekt ausgerichtet eingesetzt werden. Sie können dann regulieren, wie die entste-hende Wärme verteilt wird, die Spanbildung kontrollieren, die Schmiermenge zwischen Werk-stückstoff und Schneidkante sowie den Werkzeug-Verschleiß beeinflussen. Diese Variablen sind entscheidend für Standzeit, Spankontrolle, Werkstück-Qualität und damit die Produktivität – alles Schlüsselfaktoren für die Wettbewerbsfähigkeit eines Fertigungsbetriebs. Das gilt für das Drehen im Allgemeinen, ist aber besonders wichtig bei der Bearbeitung anspruchsvoller Materialien.

Bei den heute üblichen hohen Fertigungsraten mit Wendeschneidplatten aus Hartmetall entste-hen Temperaturen von bis zu 1000 Grad Celsius. Wenn hierbei Kühlmittel in die Bearbeitungs-zone eingebracht wird, findet eine sofortige Verdunstung statt. Das führt zur Bildung einer unter Druck stehenden Dampfzone, die den wirksamen Zufluss von Niederdruck-Kühlmittel an die Schneidkante verhindert. Eine Antwort hierauf ist trockene Bearbeitung, bei der die Kosten für

Kühlmittel insgesamt wegfallen. Dennoch bleibt der strategische Einsatz von Kühlmitteln in ver-schiedenen Bearbeitungen unverzichtbar.

Ein bahnbrechendes Konzept ebnete den Weg
Während der achtziger und neunziger Jahre entwickelte Sandvik Coromant das Hochdruck-Kühlmittelsystem „Jetbreak“. Auf der Grundlage von Forschungsarbeiten wurden präzise ausge-richtete Kühlmittelstrahlen mit sehr hohen Drücken (100 – 1000 bar) Teil des Schneidwerk¬zeugs, das zur Bearbeitung von anspruchsvollen Materialien verwendet wurde. Dies beein¬flusste sowohl die Zerspanbarkeit als auch die Spankontrolle. Durch den hohen Druck bildete das Kühlschmiermittel einen flüssigen Keil zwischen Span und Schneidkante. Die Kontaktlänge wurde verkürzt und damit die Temperatur in der Bearbeitungszone gesenkt. Ein weiteres auf-schlussreiches Ergebnis: Die Spiralbildung der Späne konnte beeinflusst werden, die Verbesse-rung der Spankontrolle und in einigen Fällen sogar ein Spanbruch waren die Folge. Durch Vari-ation der Düsendaten konnte eine variable Spanbildung erreicht werden. Die fadenartigen Späne konnten so in eine gewünschte Richtung gelenkt und die Länge der Späne optimiert werden.

Jetbreak wurde zur Ideallösung für einige spezielle Anwendungen, besonders für das Drehen von Titan und HRSA-Legierungen sowie rostfreiem Stahl und Stahlsorten mit niedrigem Kohlen-stoffanteil – alle bekannt für ihre schlechte Zerspanbarkeit und/oder problematische Span¬bildung. Das System wurde in einer begrenzten Zahl von Betrieben installiert, speziell um Probleme in den Erdöl-, Luftfahrt- und Kugellager-Industrien zu lösen.

Eine wachsende Anzahl optimierbarer Anwendungen
Im Zuge der steigenden Verbreitung exotischer Materialien hat vor allem die Zerspanung problematischer Werkstoffe zugenommen. Gleichzeitig hat die Technologie bei Wendeschneid-platten erhebliche Fortschritte gemacht und Wege gefunden, diese Werkstoffe effektiv zu zerspanen. Jedoch stellen einige HRSA-Werkstoffe und Titan weiterhin spezielle Herausforde-rungen an das Werkzeugmaterial. Außerdem steigen die Anforderungen an eine zufriedenstel-lende Spankontrolle bei neuen Anlagen mit einem zunehmenden Anteil mannloser Fertigung. Darüber hinaus wachsen die Qualitätsanforderungen ebenso wie der Bedarf an schnelleren Durchlaufzeiten.

Heute sind zwei wesentliche Voraussetzungen erfüllt, um die Bearbeitung mit Hochdruck-Kühl-mittel zu verbessern: Viele CNC-Maschinen verfügen über Kühlmittelversorgungen mit Drücken von 70 bar als Standard oder können nachgerüstet werden; für jede Maschine ist ein Werk-zeugsystem, das zur Hochdruck-Kühlmittelversorgung geeignet ist, verfügbar.

Das modulare Schnellwechsel-Werkzeugsystem Coromant Capto war die Basis für die Ent-wicklung von Jetbreak und ist heute die Basis für CoroTurn HP, das neue Standard-Werkzeug-system mit Hochdruck-Kühlmittel. Coromant Capto, das am weitesten verbreitete modulare Werkzeugwechselsystem, ist mit einer internen Kühlmittelversorgung versehen und kann Kühl-mittel unter hohem Druck zuzuführen. Es ist an vielen CNC-Maschinen mit stationären und rotie-renden Werkzeugen bereits etablierter Standard.

CoroTurn HP als neues Standard-System
CoroTurn HP ist das neu entwickelte Standard-System zur spanenden Bearbeitung anspruchs-voller Werkstoffe unter Einsatz von Hochdruck-Kühlmitteln, und zwar sowohl hinsichtlich der Zerspanbarkeit als auch der Spankontrolle. Es ist speziell für den Einsatz in MultiTask-Maschi-nen, Vertikal-Drehmaschinen und Drehzentren geeignet. Der Werkzeughalter ist mit zwei Düsen ausgestattet, die je nach Werkzeugtyp und entsprechend der vorgesehenen Anwendung positi-oniert und ausgerichtet werden. Es wird an das Bearbeitungswerkzeug oder ein separates Pumpengerät für die Zufuhr von Kühlmittel mit Drücken um 70 bar angeschlossen. Diese Kühl-mittelversorgung ist heute in den meisten Fällen erhältlich. Obwohl der hier eingesetzte Druck nicht extrem hoch ist (wie in experimentellen oder sehr speziellen Anwendungen), ist die Band-breite der Einsatzfähigkeit ausreichend, um Leistungsfähigkeit und Ergebnisse zu verbessern oder um die Produktivität von vorhandenen oder zukünftig geplanten Bearbeitungen in einem Fertigungsbetrieb zu gewährleisten.

Die Temperatur in der Schnittzone und der Werkzeugverschleiß werden hauptsächlich von der Schnittgeschwindigkeit bestimmt. Wird diese um die Hälfte erhöht, sinkt die Lebensdauer eines Werkzeugs derselben Wendeplatten-Sorte um 75 %. Wenn jedoch der Vorschub um denselben Anteil erhöht wird, reduziert sich die Standzeit typischerweise um etwa 60 %, was häufig die Er-höhung des Vorschubs zur effektiveren Methode der Steigerung der Zerspanungsraten macht. Jedenfalls ist ein großer Vorschub, besonders wegen der auftretenden Schneidkräfte bei an-spruchsvollen Materialien und der Wirkung, die diese auf die Spankontrolle haben, nicht immer ein gangbarer Weg. Das Anheben der Schnittgeschwindigkeit ist oft sinnvoller, da hiermit die Schnittkräfte gemindert werden können.

Richtig eingesetzt beeinflussen Hochdruck-Kühlmittel so die Produktivität und ermöglichen hö-here Schnittgeschwindigkeiten und längere Standzeiten bei gleichzeitig selteneren Maschinen-stopps, besserer Berechenbarkeit und höherer Sicherheit.

Vorzüge für MultiTask-Anlagen
Die steigende Verbreitung von MultiTask-Maschinen hat die Vorzüge des Drehens mit Hoch-druck-Kühlmittel besonders aus Sicht der Spankontrolle deutlich gemacht. Diese Maschinen werden immer mehr von Fertigungs-betrieben eingesetzt, die zum Beispiel Komponenten für die Luftfahrt- und Erdölindustrie herstellen, bei denen die Produktqualität besonders wichtig ist. Eine Störung durch die Ansammlung von Spänen beim Bearbeiten von Superlegierungen kann diese Qualität jedoch beeinträchtigen. CoroTurn HP ist für diese Anwendungen besonders gut geeig-net, da es die Fähigkeit besitzt, einen Flüssigkeitskeil in die Bearbeitungszone zu pressen, be-sonders bei Dreharbeiten von Mittel- bis Feinschlichten, wo die Spanstärke besser kontrollierbar ist und der Flüssigkeitskeil einfacher angewandt werden kann als beim Schruppen.
Der Einsatz der Hochdruck-Bearbeitung kann andere Anwendungsfaktoren wie beispielsweise ungeeignete Wendeplatten, Instabilität, falsche Schnittdaten, etc. nicht kompensieren. Jedoch trägt CoroTurn HP dort zur Optimierung bei, wo Bearbeitungsabläufe grundsätzlich korrekt ein-gerichtet sind. Es bietet die Möglichkeit, Taktzeiten zu verkürzen, die Beständigkeit der Qualität von Komponenten zu verbessern und die Prozesssicherheit zu erhöhen. CoroTurn HP ist ab sofort für eine ständig wachsende Anzahl von Werkzeughaltern der Größen C6 und C5 aus dem Coromant Capto-System erhältlich.

Anmerkungen:
Zum Unternehmen
Sandvik Coromant ist Weltmarktführer für Präzisionswerkzeuge im Bereich der Metallzerspanung. Das Unternehmen wird durch eigene Verkaufsmitarbeiter und Zerspanungsspezialisten in über 60 Ländern vertreten und hat weltweit rund 7.900 Mitarbeiter. Ausschlaggebend für den globalen Erfolg ist die Positi-onierung als umfas¬sender Service-Dienstleister und Produktivitätspartner der Kunden: Von der Beratung und Fertigungs¬planung über die eigentlichen Werkzeuge bis hin zum Recycling der verbrauchten Schneidplatten bietet das Unternehmen alles an, was der Kunde für eine produktive Nutzung seiner Ma-schinen benötigt. Sandvik Coromant führt rund 25.000 Produkte im Sortiment. Kern des Angebotes sind Werkzeuge zum Drehen, Fräsen und Bohren. Darüber hinaus gibt es Aufbohrwerkzeuge, modulare Werkzeugsysteme, maßgeschneiderte „Tailor Made“-Werkzeuge und Vollhartmetallwerkzeuge, Sonder-werkzeuge sowie spezielle Entwicklungen für die Luft- und Raumfahrtindustrie, den Formen- und Ge-senkbau und die Kleinteil¬fertigung. Das Angebot wird jährlich um etwa 2.000 neue Werkzeuge erweitert.
Für weitere Informationen stehen wir Ihnen jederzeit gerne zur Verfügung:

Kontakt
SANDVIK Coromant Deutschland
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