Mit gerichtetem Strahl Titan effizienter fräsen

Sebastian Mayer

In den letzten Jahren hat Iscar mit seiner zielgerichteten Kühlschmierstoff-Zufuhr beim Drehen und Stechen sehr gute Ergebnisse erzielt. Gründe dafür sind unter anderem der optimierte Spanbruch sowie die verbesserte Kühlung der Schnittzone. Aufgrund der niedrigeren Temperatur an der Schneide weist der Schneidstoff ein besseres Verschleißverhalten auf. Das erlaubt höhere Schnittgeschwindigkeiten und damit auch höhere Zeitspanvolumina. Der kontrollierte Spanbruch verhindert, dass sich langen Späne bilden und sich ums Bauteil, die Spannmittel oder das Werkzeug legen. Die Folge ist eine höhere Prozesssicherheit.

Der steigende Bedarf an Titan-Bauteilen in der Luftfahrt zwingt die Hersteller, auch beim Bearbeiten großer Strukturbauteile aus anspruchsvoll zu zerspanenden Werkstoffen die Produktivität erheblich zu steigern. Basierend auf den Erfahrungen beim Drehen und Stechen überträgt Iscar nun die zielgerichtete KSS-Zufuhr aufs Fräsen.

Eine simple Umrüstung von einer normalen Kühlmittelpumpe auf eine Hochdruckpumpe reicht in diesem Fall allerdings nicht aus. Fräswerkzeuge mit zielgerichteter KSS-Zufuhr unterscheiden sich deutlich von herkömmlichen Fräsern, selbst wenn diese bereits über eine innere KSS-Zufuhr verfügen. In den meisten Fällen wurde beim Auslegen der Werkzeuge mehr darauf geachtet, dass jede Schneide etwas vom Kühlschmierstoff abbekommt und weniger darauf, dass der Kühlmittelstrahl mit der besten energetischen und kinematischen Wirkung auf den Span und die Schneide wirken. Bei einer optimierten Ausrichtung der Austrittsdüsen werden die Späne während der Fräsbearbeitung durch den Druck des Kühlmittelstrahls enger aufgerollt. Somit können die Spankammern kleiner konzipiert und dadurch die Werkzeuge mit einer deutlich höheren Anzahl an Schneiden ausgelegt werden.

Lange Eingriffszeiten sorgen beim Fräsen für eine erhöhte Temperaturentwicklung an der Schneide. Beim Bearbeiten mit konventionellen Strategien, wie etwa der Überflutungskühlung, wird oft ein geringes seitliches Eingriffsverhältnis gewählt, um die Schneiden keiner übermäßigen Temperaturbelastung auszusetzen. Der Einsatz einer zielgerichteten KSS-Zufuhr reduziert die Temperatur deutlich und erlaubt so ein höheres seitliches Eingriffsverhältnis. Zusätzlich kann die Schnittgeschwindigkeit nochmals spürbar erhöht werden. Beides führt zu einem höheren Zeitspanvolumen. Die reduzierte Temperatur an der Schneide und die konstante Kühlung reduziert zudem den Verschleiß des Werkzeugs.

Die Parameter KSS-Zuführdruck und KSS-Volumenstrom haben bei der zielgerichteten Kühlung wesentlichen Einfluss auf die Spanbildung. Daher sollten Werkzeuge bei der Auslegung stets an die angestrebten Schnittbedingungen angepasst werden. Im Zerspanprozess ist der maximal wirksame Volumenstrom von der Schnitttiefe und der Breite des entstehenden Spans abhängig. Bei einem konstruktiv optimal ausgerichteten Kühlmittelstrahl reicht bereits ein geringer Volumenstrom bei erhöhtem Druck aus, um die nötigte kinetische Energie aufzubringen.

Beim Fräsen mit Wendelschaftfräsern sind in der Regel große Volumenströme nötig, um den KSS-Bedarf an jeder Schneide zu gewährleisten. Aufgrund der zahlreichen KSS-Austrittsbohrungen, die der Anzahl an Wendeschneidplatten geschuldet sind, kann so der von der Pumpe gelieferte Druck an der Schneide nicht mehr erreicht werden. Mit dem Einbringen der zielgerichteten KSS-Zufuhr bei gleichzeitig optimierten Austrittsbohrungen wird der Druck an jeder Schneide erhöht. Die Folge ist eine deutliche höhere Produktivität.

Industriespezialist, Iscar Germany GmbH