Breitere Einsatzfelder für Minimalmengenschmierung

SKF hat ihr Ein-Kanal-System für die Minimalmengenschmierung (MMS) für anspruchsvolle Zerspanungsaufgaben weiterentwickelt

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MMS Prüfstand bei Fa. Gühring

Das Digital Super BPC mit Bypass-System optimiert beispielsweise das Tieflochbohren von Aluminiumlegierungen mit kleinen Durchmessern. Umfangreiche Tests haben nun gezeigt, dass diese ressourcenschonende Lösung vergleichbare bis bessere Ergebnisse erzielt als die aufwändige und verbrauchsintensivere Versorgung mit einem Zwei-Kanal-System. Das Aerosol gelangt mittels Digital Super BPC auch bei kleinen Werkzeugen mit Volumenströmen zuverlässig und in optimaler Konsistenz an die Bearbeitungsstelle und verbessert so den Prozess.

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Digital-Super mit Bypass Control

Bereits seit 15 Jahren stellt SKF Geräte zur Minimalmengenschmierung her und verfügt somit über umfangreiche Erfahrung auf diesem Gebiet. Eine besondere Herausforderung stellt das Bohren kleiner Löcher mit langen Werkzeugen in Aluminiumlegierungen dar, die u. a. im Motorenbau Verwendung finden. Ein solch anspruchsvoller Werkstoff ist beispielsweise AlSi7Mg. Die SKF Ingenieure hatten sich zum Ziel gesetzt, die Aerosolversorgung für Tieflochbohraufgaben mit Durchmessern (D) unter fünf Millimeter und Tiefen größer 25 x D zu verbessern. Diese Bearbeitungen stellen insbesondere hohe Anforderungen an Schmiersystem und Schmierstoffzuführung.

Die Aerosolversorgung zu den Werkzeugschneiden erfolgt in der Regel über kleine Kühlkanäle im Werkzeug mit Durchmessern zwischen 0,5 und 0,8 Millimeter. Per Druckluft muss das Aerosol dennoch prozesssicher an die Schneiden gelangen, diese schmieren und die Späne zuverlässig abführen.

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Gleichmäßige Aerosolausbringung

Mit zunehmender Bohrtiefe werden die Druckverhältnisse in den Kühlkanälen und damit die Bedingungen zur Aerosol-Erzeugung immer schwieriger, und es besteht die Gefahr von Werkzeugbruch sowie Ausschuss. Insbesondere bei Werkstücken aus hochwertigen Legierungen können so unnötig hohe Kosten entstehen.

Die SKF Entwicklung macht das Tieflochbohren durch effiziente Schmierung prozesssicher: Mit Hilfe von bis zu sechs Venturi-Düsen wird das Aerosol als feiner Sprühnebel in der Aufbereitungseinheit erzeugt und über einen Kanal durch Leitungen, Spindel, Spannsystem und Zerspanwerkzeug geführt. Während des Betriebes wird die Differenz zwischen Eingangs- und Behälterinnendruck ermittelt und überwacht. Fällt durch die Verwendung eines Werkzeugs mit sehr kleinem Kühlkanalquerschnitt die Druckdifferenz unter einen bestimmten Wert, so kann das den Prozess der Aerosolproduktion ungünstig beeinflussen.
Um dies zu verhindern, setzt SKF eine Bypass-Lösung ein: Kurz bevor das Aerosol die Spindel erreicht, wird die Leitung über ein Y-Stück geteilt, an dessen einem Ende sich ein Bypass-Ventil befindet. Das Bypass-Ventil wird angesteuert, wenn ein Drucksensor ungünstige Druckverhältnisse registriert. Die Steuerung „Bypass-Control“ regelt dabei druckgesteuert die Taktung des Ventils. Praxiserfahrungen haben gezeigt, dass ein Differenzdruck von etwa zwei Bar ideal für Menge und Qualität des Schmierstoffs ist. Denn dann haben die Aerosol-Tröpfchen eine Größe zwischen 0,5 und 0,7 Mikrometer und erzielen eine optimale Schmierwirkung. Das Bypass-Control-System ermöglicht eine gleichmäßige Aerosolerzeugung und einen konstanten Transport, indem stets ein ausreichend hoher Volumenstrom zur Aufrechterhaltung der Druckdifferenz in der Aufbereitungseinheit sowie zur Späneförderung sichergestellt wird. Für stabile Prozessverhältnisse sorgt zudem eine Bypass-Drossel, die einen schlagartigen Druckabfall am Werkzeug sowie eine zu kurze Öffnung des Bypass-Kanals verhindert. Das Bypass-Modul ist am Grundgerät angeflanscht. SKF bietet das MMS-System als modularen Baukasten an und eröffnet damit eine hohe Anwendungsvielfalt.

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Versuchswerkzeug im Neuzustand (oben), nach 60 m (Mitte) und nach 100 m Standweg (unten)

In Zusammenarbeit mit dem Präzisionswerkzeug-Spezialisten Gühring hat SKF ihr System umfangreichen Tests unterzogen – um zu prüfen, welche Ergebnisse es im Vergleich zur technisch aufwändigeren Zwei-Kanal-Variante erzielt. Gühring stellte hierzu hochmoderne Messtechnik zur Verfügung, um die Tests durchzuführen und auszuwerten. Zum Einsatz in AlSi7Mg kam ein Bohrer mit 4,5 Millimetern Durchmesser und 200 Millimetern Länge bei Kühlkanaldurchmessern von 0,6 Millimetern. Messungen in umfangreichen Versuchsaufbauten haben ergeben, dass ein höherer Eingangsdruck von zehn Bar in Verbindung mit der patentierten SKF Bypass-Control zu einer verstärkten Ausbringung von Aerosolpartikeln mit kleinerem Durchmesser führt. Dies begünstigt eine gute Benetzung der Bearbeitungszone und damit eine Verbesserung der Werkzeugstandzeit und der Werkstückqualität.

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Der Spray Pattern Test zeigt ein gleichmäßiges Sprühbild bei einer Reaktionszeit von 0,7 Sekunden

An einem speziellen MMS-Prüfstand von Gühring fanden Sprüh- und Mengentests sowie eine visuelle Erfassung des Sprühverhaltens mit einer Kamera statt. Ergebnis: Der Einsatz von Digital Super samt Bypass Control mit zehn Bar Eingangsdruck zeigte eine prozesstechnisch günstigere, homogenere Aerosol-Verteilung als beim Zwei-Kanal-System. Videoaufnahmen lieferten den Nachweis eines feinen, gleichmäßigen Aerosol-Austritts am Werkzeug, der für eine hohe Bearbeitungsqualität erforderlich ist.

Im Anschluss an die Prüfstandsanalysen wurde ein Block aus AlSi7Mg mit Schnittgeschwindigkeit 130 m/min und Vorschub 0,2 mm/U bearbeitet. Das Werkzeug befand sich in einem Hydrodehnspannfutter. Ziel war es, Bohrverhalten und Verschleiß auf einer Strecke von insgesamt 100 Metern zu untersuchen und einen Vergleich von Ein- und Zwei-Kanal-Systemen herauszuarbeiten. Die Lösung von SKF benötigte eine Schmiermenge von 18 Milliliter pro Stunde. Nach einer Gesamt-Bohrstrecke von 100 Metern befand sich das Werkzeug noch in ausgezeichnetem Zustand. Das Zwei-Kanal-System lag im Verbrauch deutlich höher und benötigte 40 Milliliter Schmierstoff pro Stunde bei zum Teil höherem Werkzeugverschleiß.

Zusätzliche Untersuchungen auf dem Prüfstand haben ergeben, dass ein deutlich homogeneres Aerosol gegenüber der Zwei-Kanal-Variante entsteht. Prozessbeeinträchtigende, größere Tropfen – wie beim Zwei-Kanal-System üblich – traten nicht auf. Die Bohrversuche zeigten, dass mit der SKF Lösung teilweise höhere Standwege realisiert werden können als beim Zwei-Kanal-System. Mit dem SKF Digital Super lassen sich damit trotz geringerer Ölmengen gleiche bis bessere Zerspanergebnisse erzielen.
In der industriellen Praxis ist vielfach die Meinung verbreitet, höhere Ölmengen führten zu besseren Prozessen. Die Tests von SKF und Gühring haben dies widerlegt.

Kontakt:

www.skf.de