Drehen - Einsatz von Kühlschmierstoffzufuhr und Schneidflüssigkeit

Spanabfuhr, Kühlung und Schmierung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstoff sind die primären Funktionen von Kühlschmierstoff. Bei richtiger Anwendung erhöht Kühlschmierstoffzufuhr die Prozesssicherheit und verbessert die Werkzeugleistung sowie die Bauteilqualität.

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Viele Anwendungen erfordern jedoch den Einsatz von Kühlschmierstoff, um die Anforderungen an Toleranzgenauigkeit, Oberflächengüte und Zerspanbarkeit zu erfüllen. Wenn Kühlschmierstoff benötigt wird, sollte dieser zur Maximierung des Maschinenpotentials optimiert eingesetzt werden.

Bei Kühlschmierstoffzufuhr gibt es viele Aspekte, die für den Bearbeitungsprozess eine wichtige Rolle spielen:

• Kühlschmierstoffmedium
• Kühlschmierstoffauslass
• Kühlschmierstoffdruck

Kühlschmierstoffmedium

Es gibt eine Vielzahl an Kühlschmierstoffmedien für den Einsatz beim Drehen:

• Emulsion, eine Mischung aus Wasser und Öl (5-10% Ölanteil im Wasser) ist das gängigste Kühlschmierstoffmedium
• Öl, in einigen Anwendungen wird Öl anstatt einer Emulsion verwendet
• Druckluft, wird zur Spanabuhr verwendet, reduziert die Wärme jedoch auf nicht sehr effiziente Weise
• MMS - Minimalmengenschmierung - Druckluft mit einer Mindestmenge an Öl zur Schmierung
• Kryogener Kühlschmierstoff, ein Flüssiggas, das zur Maximierung des Kühlungseffekts verwendet wird

Emulsion, Öl und Luft kann durch die Kühlschmierstoffkanäle in den Drehwerkzeugen zugeführt werden. Bei dem generellen Begriff Kühlschmierstoff sprechen wir von Emulsion oder Öl. MMS und kryogener Kühlschmierstoff erfordern eine spezielle Ausrüstung.

Kühlschmierstoffauslass

Die meisten modernen Drehwerkzeuge sind mit innerer Kühlschmierstoffzufuhr ausgestattet. Viele davon bieten eine Kombination von zielgerichteter Ober- und Unterkühlung. Folgende Auslässe im Werkzeug können bei Ihrer Bearbeitung verschiedene Vorteile bieten:

• Präzisionskühlung oder zielgerichtete obere Kühlschmierstoffzufuhr, eine Düse (oder Ähnliches) lenkt den Kühlschmierstoffstrahl auf die Spanfläche. Für reduzierte Wärme und verbesserte Spankontrolle. Einsatz mit Hochdruck-Kühlschmierstoffzufuhr für verbesserten Spanbruch
• Untere Kühlschmierstoffzufuhr, ein auf die Freifläche gerichteter Kühlschmierstoffstrahl, der die Wärme effektiv reduziert und so eine längere Standzeit gewährleistet
• Konventioneller Kühlschmierstoffauslass, z. B. verstellbare Düsen, die in der Regel einen größeren Durchmesser am Auslass haben als die Präzisions-Kühlschmierstoffdüsen. Kühlschmierstoff wird während der Bearbeitung über die Wendeschneidplatte und das Bauteil geströmt(diese Applikation wird auch als Überflutungskühlung bezeichnet). Diese Werkzeuge sind nicht für den Einsatz mit Hochdruck-Kühlschmierstoffzufuhr ausgelegt.

Konventionelle Kühlschmierstoffzufuhr gegenüber zielgerichtete Kühlschmierstoffzufuhr

Zielgerichtete Kühlschmierstoffzufuhr

Moderne Drehwerkzeuge verfügen über Düsen, die den Kühlschmierstoff direkt in die Schnittzone an der Spanfläche leiten, und so für eine gute Spankontrolle und hohe Prozesssicherheit sorgen. Zur Optimierung der Maschinenleistung sowie der Verbesserung von Standzeit und Spanbildung können Kühlschmierstoffzufuhr und -geschwindigkeit durch Veränderung des Düsendurchmessers fein eingestellt werden.

Die positiven Auswirkungen sind bereits bei niedrigem Kühlschmierstoffdruck spürbar. Aber je höher der Druck ist, desto anspruchsvollere Werkstoffe können erfolgreich zerspant werden.

Mit moderner Kühlschmierstoff-Technologie wird der Spanbruch verbessert, die Standzeit verlängert sowie Prozesssicherheit und Produktivität gesteigert.

Ohne Präzisions-Kühlschmierstoffzufuhr kann Spanstau ein Problem darstellen und so Maschinenstillstände, Serviceeinsätze, erhöhten Werkzeugverschleiß und schlechte Oberflächengüte verursachen.

Untere Kühlschmierstoffzufuhr

Die meisten modernen Drehkonzepte sind auch für den Einsatz mit unterer Kühlschmierstoffzufuhr ausgelegt. Bei der unteren Kühlschmierstoffzufuhr wird die Wärme in der Schnittzone abgeführt, was zu verbesserter Werkzeugstandzeit und einer vorhersehbaren Bearbeitung führt.

Unterkühlung ist bereits bei sehr niedrigen Drücken eine effiziente Methode, aber je höher der Druck, desto länger größer sind die Auswirkungen auf die Standzeit. Es ist möglich, Schnittgeschwindigkeit und Vorschub zu erhöhen, um den Produktionsausstoß zu steigern.

Ober- oder Unterkühlung? Oder beides?

Bei Einsatz eines Werkzeugs mit oberer (Präszisions-Kühlschmierstoffzufuhr) und unterer Kühlschmierstoffzufuhr kann das Abstellen der oberen Kühlschmierstoffzufuhr in bestimmten Anwendungen von Vorteil sein. Dies hängt in hohem Maße vom bearbeiteten Werkstoff, der Sorte und den Schnittdaten ab.

Für dünn beschichtete Sorten, wie PVD-Sorten erster Wahl für ISO S, ist der Einsatz von oberer und unterer Kühlschmierstoffzufuhr empfehlenswert, um die Wendeschneidplatte vor Wärme und plastischer Deformation zu schützen.

Sorten mit dicker Beschichtung wie CVD-Sorten erster Wahl für ISO P und ISO K bieten einen guten Wärmeschutz der Beschichtung. Diese Sorten werden beim Schlichten und der mittleren Bearbeitung in Schlichtanwendungen nur mit unterer Kühlschmierstoffzufuhr die beste Standzeit erzielen. Siehe blaues Diagramm und die Erklärung für ISO P unten.

Für Sorten mit mitteldicker Beschichtung wie CVD-Sorten erster Wahl für ISO M wir der Einsatz von oberer und unterer Kühlschmierstoffzufuhr empfohlen. Bei Auftreten von Kolkverschleiß sollte jedoch nur untere Kühlschmierstoffzufuhr gewählt und die Standzeit verglichen werden.

Mehr Informationen zu Wendeschneidplattenverschleiß.

Empfehlungen zu Kühlschmierstoffzufuhr beim Drehen von Stahl

• Untere Kühlschmierstoffzufuhr für längere Standzeit verwenden
• Wählen Sie obere Kühlschmierstoffzufuhr (und untere Kühlschmierstoffzuhr), wenn eine verbessere Spankontrolle benötigt wird. Dies ist normalerweise im blau markierten Schnitttiefen- (a_p) und Vorschub- (f_n) bereich der Fall.
• Außerhalb des blauen Bereichs kann Kühlschmierstoffzufuhr einen geringen Schneidkantenverschleiß und erhöhten Kolkverschleiß verursachen. Der Kolkverschleiß ist eventuell schwieriger einzuschätzen, was im Vergleich zum Einsatz mit unterer oder äußerer Kühlschmierstoffzufuhr nicht vorhersagbare und verkürzte Standzeit bedeutet. Aus diesem Grund wird der Einsatz von unterer Kühlschmierstoffzufuhr empfohlen. (Wenn untere Kühlschmierstoffzufuhr nicht zur Verfügung steht, ist ein Werkzeug mit konventionellem Kühlschmierstoffauslass zu verwenden)

Vorteile von oberer und unterer Kühlschmierstoffzufuhr in unterschiedlichen Werkstoffen

Kühlschmierstoffdruck

Hochdruck-Kühlschmierstoffzufuhr erhöht den Energieverbrauch, der aus Kosten- und Nachhaltigkeitsgründen zu berücksichtigen ist. Allerdings lässt sich mit Hochdruckkühlung die Produktivität auf unterschiedliche Art und Weise steigern.

Hochdruck-Präzisionskühlung

Hoher Kühlschmierstoffdruck in der Maschine erzeugt durch die Düse einen Kühlschmierstoffstrahl mit Keileffekt. Der Kühlmittelstrahl hat drei Hauptaufgaben:

1. Kühlung der Wendeschneidplatte in Kontaktzone (A)
2. Schnelle Spanabfuhr von der Plattenfläche und Senkung des Plattenverschleißes (B)
3. Unterstützung des Spanbruchs zur Erzielung kürzerer Späne und deren Abfuhr aus dem Schnittbereich

Verwenden Sie den richtigen Druck

7-10 bar (100-150 psi)

Präszisions-Kühlschmierstoffzufuhr bietet bessere Spankontrolle und mehr Prozesssicherheit bei Stahl und anderen gebräuchlichen Werkstoffen. Dank der Genauigkeit können die Schnittdaten bei gleicher Prozesssicherheit erhöht werden.

70-80 bar (1000-1200 psi)

Durch den höheren Druck lässt sich zudem ein besserer Spanbruch erzielen. Durch den Einsatz der speziell für Präszisions-Kühlschmierstoff entwickelten Geometrien können sogar noch bessere Ergebnisse erzielt werden.

150-200 bar (2200-2900 psi)

Bei anspruchsvollen Werkstoffen, wie z. B. rostfreiem Duplex-Stahl und HRSA-Werkstoffen, wird höherer Druck benötigt. Werkzeughalter mit Präzisions-Kühlschmierstoffdüsen und anwendungsspezifische Geometrien für Präzisionskühlung einsetzen.