Analyse des Einflusses einer kryogenen Prozesskühlung auf das Einsatzverhalten von Bohrwerkzeugen
Final Report Abstract
Der Einsatz einer kryogenen Prozesskühlung hat bei verschiedenen Anwendungsfällen bereits vielversprechende Potenziale erschlossen, so beispielsweise bei der Drehbearbeitung von Sonderwerkstoffen oder Fräsbearbeitung von Aluminiumlegierungen. Im Rahmen dieses Projekts wurde die Prozessstabilität und -qualität bei der Verwendung einer kryogenen Kühlung mittels Kohlenstoffdioxid bei der Bohrbearbeitung untersucht. Zum einen wurde eine rückseitige Werkstückkühlung angewandt, die zur Beeinflussung des Materialverhaltens und damit der Gratbildung beim Austritt des Bohrwerkzeugs genutzt wurde. Im Vergleich zur reinen Trockenbearbeitung konnten durch die Kühlung des Werkstücks mittels CO2-Schneestrahlen Vorteile sowohl bezüglich der Gratbildung als auch der Bohrungsqualität festgestellt werden. In Vergleichsversuchen mit einem unter Kühlschmierstoff gekühlten Prozess, welcher den Stand der Technik und damit einen Referenzprozess darstellt, konnten signifikante Vorteile nicht bestätigt werden, da eine vergleichbare Gratbildung festgestellt wurde. Aufgrund der hohen nötigen Anstrahldauer bei der rückseitigen Kühlung in Kombination mit einer ähnlichen Prozessqualität ergibt sich kein wirtschaftlicher oder fertigungstechnischer Vorteil gegenüber dem Referenzprozess. Auch bei der im weiteren Projektverlauf untersuchten internen kryogenen Kühlung unter Einsatz der in den Kühlkanälen der Werkzeuge applizierten CO2-Düsen konnten keine wesentlichen Vorteile gegenüber dem Einsatz eines konventionellen Bohröls generiert werden. Zwar wurden bezüglich der beim Bohren elementaren Spanbildung deutliche Vorteile erzielt, aber insbesondere die geringe realisierbare Werkzeugstandzeit bei Kühlung mit Kohlenstoffdioxid verhindert den anwendungsorientierten Einsatz des innovativen Kühlkonzepts. Dies ist auf die fehlende Schmierwirkung im Prozess zurückzuführen, so dass als Optimierungsansatz für folgende wissenschaftliche Untersuchungen die Verwendung eines kombinierten Kühlmediums aus CO2-Schneestrahlen sowie eines schmierenden Beigabemediums, wie beispielsweise der Minimalmengenschmierung, genannt werden kann. Die Anwendbarkeit der CO2-Schneestrahlkühlung führt insbesondere aufgrund der im Werkstück liegenden Wirkstelle und dem daraus notwendigen Spanabtransport zu Herausforderungen im Vergleich zur Verwendung von Kühlschmierstoffen. Hieraus ergeben sich vorerst nur geringe direkt nutzbare Potenziale für Industrieunternehmen. Die im Rahmen des Projekts durchgeführten Untersuchungen weisen jedoch vielversprechende Ansatzpunkte für zukünftige Optimierungsmaßnahmen auf, da die mittlere Bauteiltemperatur unterhalb der Ausgangstemperatur liegt. Thermisch bedingte Verzüge lassen sich durch den Einsatz einer CO2-Schneestrahlkühlung minimieren.
Publications
- Reduction of Burr Formation in Drilling Using Cryogenic Process Cooling. Procedia CIRP, 3 (2012), S. 85-90
Biermann, D.; Hartmann, H.
- Gratreduzierung durch CO2-Schneestrahlkühlung – Einsatz technischer Gase beim Bohren unter Randbedingungen der Trockenbearbeitung. In: VDI-Z Integrierte Produktion, 155 (2013) Special Werkzeuge, S. 37-39
Biermann, D.; Metzger, M.
- Spanbildungsoptimierung beim Bohren unter Schneestrahlkühlung. In: Maschinenmarkt, 41 (2013), S. 34-37
Biermann, D.; Metzger, M.; Hartmann, H.
