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maschine+werkzeug 07/2018

Trocken oder nass zerspanen?

Werkzeuge

Fräsen - Ob sich Werkstoffe besser nass oder trocken fräsen lassen, hängt von mehreren Faktoren wie den Werkstoffeigenschaften und der Maschinenleistung ab. In jedem Fall ist eine genaue Prüfung wichtig.

Bei der spanenden Bearbeitung entsteht unerwünscht Reibung zwischen der Werkzeug- und der Werkstückoberfläche. Ein Kühlschmiermittel verringert diese Reibung, und es wird sehr viel einfacher, 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 Fertigungsumgebung.

Die richtige Kühlmittelzufuhr hat mehrere Vorteile: Sie optimiert die Prozessleistung durch eine 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, 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, 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 beim Schruppen.

In vielen Fällen ist die Zufuhr eines Kühlschmiermittels hingegen notwendig. Etwa dann, wenn Materialien wie Titan und Hochtemperatursuperlegierungen, rostfreie austenitische und Duplexstähle oder gar Spezialhartgusslegierungen 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. Neben der herkömmlichen Niederdruckkühlung, bei der das Kühlmittel mit rund 20 bar zugeführt wird, bringt die Hochdruckkühlung (HPC), die bei 80 bar oder mehr erfolgt, Vorteile mit sich.

Bei der konventionellen Flüssigkühlung bildet sich durch die Wärmeentwicklung ein Dampffilm in der Schnittzone, der die Wärmeabfuhr beeinträchtigt. Mit einem HPC-Strahl, der genau auf die Schnittzone gerichtet ist, kann der Film durchbrochen und dieses Hindernis beseitigt werden. Außerdem wird der Prozess mit HPC über einen veränderten Scherebenenwinkel und die so entstehenden dünneren und besser abführbaren Späne optimiert. Die Vorteile von HPC-Techniken können jedoch nur genutzt werden, wenn geeignete, leistungsstarke Werkzeugmaschinen eingesetzt oder vorhandene Maschinen modernisiert werden.

  • Bild: Iscar

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