Die Nachfrage nach schnelleren, wirtschaftlicheren und umweltfreundlicheren Lösungen für die Luft- und Raumfahrt steigt, doch der Bau emissionsfreier Flugzeuge stellt eine große Herausforderung dar. Die CO2-Emissionen während des Flugbetriebs stehen im Vordergrund, aber die Auswirkungen der Werkstoffbearbeitung während des Fertigungsprozesses sind ebenso entscheidend, da sie die Produktionsraten, die Effizienz und die Qualitätskontrolle beeinflussen. Eine Antwort auf diese Herausforderungen ist der richtige Einsatz von Kühlschmierstoffen, um die Ausbringung zu maximieren, die Prozesssicherheit zu erhöhen und die Werkzeugleistung zu verbessern. Dies ist auch der Grund, warum der Markt für Schmierstoffe in der Luft- und Raumfahrtindustrie zwischen 2022 und 2027 mit einer prognostizierten durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 19 Prozent wachsen wird. Henri Sevonen, Senior Industry Segment Manager – Aerospace beim Zerspanungsspezialisten Sandvik Coromant, erläutert die Vorteile einer Präzisionskühlung und innovativer Werkzeugkonzepte.
Die Rolle der Kühlschmierstoffe bei der Bearbeitung von Bauteilen für die Luft- und Raumfahrt hat sich weiterentwickelt. Viele Jahre lang wurde in den Fertigungsbetrieben der Kühlschmierstoff über Schläuche zugeführt, die die Bearbeitungszone überfluteten (insbesondere bei Werkstoffen, die mit Kühlschmierstoff bearbeitet werden müssen). Durch die hochpräzise Zufuhr des Kühlschmierstoffes in die Bearbeitungszone ergeben sich jedoch völlig neue Vorteile. Ein breiter Einsatz dieser Technologie wurde aber erst durch die höhere Kühlmittelzufuhrkapazität vieler CNC-Maschinen sowie durch neue Werkzeugkonzepte möglich.
Einen Unterschied machen
Damit das Kühlmittel wirksam und effizient eingesetzt werden kann, muss es mit hoher Präzision, in ausreichender Menge und in der richtigen Richtung als Strahl aufgebracht werden. Ein einfacher Kühlmittelstrahl oder gar eine Überflutung der Bearbeitungszone mit Kühlmittel ist nicht ausreichend. Der gezielte Einsatz einer Hochpräzisionskühlung kann jedoch deutliche Unterschiede in der Spanbildung, der Wärmeverteilung, der Haftung des Werkstückmaterials an der Schneidkante, der Oberflächengüte und dem Werkzeugverschleiß bewirken. Diese grundlegenden Bearbeitungsfaktoren wirken sich auf die Fertigung aus, wenn es darum geht, die Produktivität, die Werkzeugstandzeit, die Spankontrolle und -abfuhr sowie die Bauteilqualität zu verbessern und damit die Wettbewerbsfähigkeit zu steigern.
Der Einsatz von Hochpräzisionskühlung kann sich im Allgemeinen positiv auf die Zerspanung auswirken, insbesondere bei rostfreien Stählen und Stählen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt. Bei der Bearbeitung von anspruchsvolleren Werkstoffen wie hitzebeständigen Superlegierungen (HRSA) und Titanlegierungen macht dies jedoch einen dramatischen Unterschied. Es ist daher nur folgerichtig, dass eine Reihe neuerer Entwicklungen die Hochpräzisionskühlung noch interessanter und leichter verfügbar gemacht haben.
Hochpräzisionskühlung als Standard
Modulare Werkzeuge sind eine wesentliche Grundlage für die Hochpräzisionskühlung, um einerseits einen schnellen Werkzeugwechsel zur Minimierung der Maschinenstillstandzeiten zu gewährleisten und andererseits die Kühlmittelverbindungen und -kanäle von der Maschine bis zur Schneide effizient zu sichern. Das modulare Schnellwechselsystem Coromant Capto ist heute die Basis für neue Standardwerkzeuge für die Hochpräzisionskühlung. Das System ist ideal als modulare Plattform mit innerer Kühlmittelzufuhr konzipiert und eignet sich auch für die Hochpräzisionskühlung. Es ist ein etablierter ISO-Standard und eine Option für viele CNC-Maschinen mit stehenden und rotierenden Werkzeugen.
Präzisionskühlung beim Drehen
Drehwerkzeuge mit Präzisionskühlung sind so konstruiert, dass sie präzise Kühlmittelstrahlen mit laminarer Parallelströmung erzeugen. Die Strahlen erzeugen einen hydraulischen Keil zwischen Wendeschneidplatte und Span, der die Spanform und den Spanfluss beeinflusst und die Temperatur in der Bearbeitungszone senkt. Durch die Verwendung von Düsen, die nahe an der Schneidkante angebracht sind und präzise Strahlen mit hoher Geschwindigkeit ausstoßen, werden die Späne von der Wendeschneidplatte weggeleitet, gekühlt und in kleinere Stücke gebrochen, sodass die Späne besser abtransportiert werden können.
Neben der verbesserten Prozesssicherheit durch eine optimierte Spankontrolle kann die Präzisionskühlung die Werkzeugstandzeit deutlich erhöhen und bietet das Potenzial für höhere Schnittgeschwindigkeiten. So sind Standzeiterhöhungen von 50 Prozent durch den Einsatz der Präzisionskühlung in vielen Fällen möglich.
Korrekt durchgeführte Maßnahmen optimieren
Der Einsatz einer Hochpräzisionskühlung sollte nicht dazu verwendet werden, Schwachstellen auszugleichen, die durch andere Faktoren wie ungeeignete Wendeschneidplatten, Instabilität oder ungenaue Schnittdaten verursacht werden. Präzisionskühlung ist ein Optimierungselement, wenn die Arbeitsabläufe richtig definiert sind. Das Konzept ermöglicht kürzere Bearbeitungszeiten, eine bessere und konstantere Werkstückqualität und eine höhere Prozesssicherheit beim Drehen und Fräsen.
