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maschine+werkzeug 09/2016

Trocken oder nass kühlen?

TITELSTORY

Iscar - Eine vieldiskutierte Frage beim Fräsen lautet: Lassen sich Werkstoffe besser nass – mit Kühlmittelzufuhr – oder trocken und ohne Kühlmittel bearbeiten? Oder ist vielleicht die ›Quasi-Trockenbearbeitung‹ in Form von Minimalmengenschmierung (MMS) eine Alternative? Die richtige Entscheidung hängt von mehreren Faktoren ab wie Werkstoffeigenschaften und Maschinenleistung.

Kühlflüssigkeit, Kühlmittelgemisch, Kühlschmiermittel, Schneidöl oder Kühlmittel sind geläufige Bezeichnungen aus der Praxis. Sie beziehen sich auf Flüssigkeiten, die bei vielen verschiedenen Prozessen sowohl zur Kühlung als auch zur Schmierung eingesetzt werden. Bei jeder Form der spanenden Bearbeitung entsteht unerwünschte Reibung zwischen den Oberflächen des genutzten Werkzeugs und des Werkstücks. Ein Kühlschmiermittel verringert diese Reibung, wodurch es sehr viel einfacher wird, mithilfe des Werkzeugs eine Schicht des Metalls abzutragen.

Während des Bearbeitungsprozesses entstehen in der Schnittzone extrem hohe Temperaturen. Durch den Einsatz eines Kühlschmiermittels wird die Temperatur in der Schnittzone gesenkt und die thermische Belastung für das Werkzeug verringert. Außerdem verbessert das Kühlmittel die Spanabfuhr und senkt die Metallstaubkonzentration in der Fertigungs-Umgebung. Die richtige Kühlmittelzufuhr hat mehrere Vorteile. Sie optimiert die Prozessleistung durch höhere Bearbeitungsgenauigkeit und Oberflächengüte. Prozesse laufen durch Produktivitätssteigerungen, Standzeitverlängerungen und geringeren Werkzeugverbrauch wirtschaftlicher ab. Darüber hinaus bietet sie mehr Schutz vor schädlichen Umwelteinflüssen.

Bei unterbrochenen Fräs- oder Schnittprozessen ist die Schneidkante des Werkzeugs einer zyklischen Wärmebelastung ausgesetzt. Außerdem ändert sich die Werkzeugtemperatur drastisch, wenn die Schneidkante in das Werkstück eingreift und dieses wieder verlässt. Die Werkzeugschneidkante steht unter starker Wärmebelastung, vergleichbar mit wiederkehrenden Thermoschocks. Sinterhartmetall, das heute meistgenutzte Werkzeugmaterial, ist ein Produkt der Pulvermetallurgie. Es hält einer Belastung durch wiederholte Thermoschocks nicht stand, wodurch die Schneidkanten beschädigt werden. Wenn diese Art von Werkzeug genutzt wird, kann die Verwendung eines Kühlmittels eine solche ›Schocktherapie‹ verstärken und zum Bruch der Schneidkante beitragen.

Während extreme Temperaturen die plastische Verformung der Schneidkante nach sich ziehen, führen Temperaturunterschiede zu thermischen Rissen. Diese Situation verschärft sich bei Fräsarbeiten mit großer Wärmeentwicklung, etwa bei der Bearbeitung schwer zerspanbarer Materialien oder bei Schruppdurchgängen.

In vielen Fällen ist die Zufuhr eines leistungsfähigen Kühlschmiermittels hingegen notwendig. Etwa dann, wenn Materialien wie Titan und Hochtemperatur-Superlegierungen, rostfreie austenitische und Duplexstähle (austenitisch-ferritische Stähle) oder gar Spezial-Hartgusslegierungen bearbeitet werden, bei denen erhebliche Reibung und Wärmeentwicklung auftreten. Außerdem wird durch die Spülwirkung der Kühlmittelzufuhr die Spanabfuhr verbessert und es ist weniger Nachschneiden erforderlich, insbesondere beim Fräsen tiefer Taschen und schmaler Nuten.

  • Für das Schruppfräsen von Stahl mit einem langen Nutfräser der T490-Produktfamilie von Iscar ist Flüssigkühlung wegen des extremen Temperaturverhaltens nicht zu empfehlen.

    Für das Schruppfräsen von Stahl mit einem langen Nutfräser der T490-Produktfamilie von Iscar ist Flüssigkühlung wegen des extremen Temperaturverhaltens nicht zu empfehlen.

  • Iscars Multi-Master-Kugelfräser wurde für die Bearbeitung schwer zerspanbarer Materialien entwickelt. Mit Bohrungen für eine Kühlmittelzufuhr im richtigen Bereich sorgt er nicht nur für optimale Kühlung, sondern auch für eine verbesserte Spanabfuhr.

    Iscars Multi-Master-Kugelfräser wurde für die Bearbeitung schwer zerspanbarer Materialien entwickelt. Mit Bohrungen für eine Kühlmittelzufuhr im richtigen Bereich sorgt er nicht nur für optimale Kühlung, sondern auch für eine verbesserte Spanabfuhr.

  • Langer Nutfräser der T490-Produktfamilie, für HPC entwickelt. Die Fräserkonstruktion ermöglicht den Einbau von Düsen an den Ausgängen der Kühlmittelbohrungen.

    Langer Nutfräser der T490-Produktfamilie, für HPC entwickelt. Die Fräserkonstruktion ermöglicht den Einbau von Düsen an den Ausgängen der Kühlmittelbohrungen.

  • Düse an einer Kühlmittelzufuhröffnung in der Nähe einer Stirnschneidplatte am langen T490-Nutfräser.

    Düse an einer Kühlmittelzufuhröffnung in der Nähe einer Stirnschneidplatte am langen T490-Nutfräser.

  • Zwei Werkzeuge aus Iscars T490-Produktfamilie im Einsatz. Ob besser trocken oder nass gefräst wird, hängt neben der Bearbeitung auch stark vom Material des Werkstücks ab.

    Zwei Werkzeuge aus Iscars T490-Produktfamilie im Einsatz. Ob besser trocken oder nass gefräst wird, hängt neben der Bearbeitung auch stark vom Material des Werkstücks ab.

  • Zwei Werkzeuge aus Iscars T490-Produktfamilie im Einsatz. Ob besser trocken oder nass gefräst wird, hängt neben der Bearbeitung auch stark vom Material des Werkstücks ab.

    Zwei Werkzeuge aus Iscars T490-Produktfamilie im Einsatz. Ob besser trocken oder nass gefräst wird, hängt neben der Bearbeitung auch stark vom Material des Werkstücks ab.

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