Durchbruch beim Bearbeitungsprozess mit Stickstoff sorgt für drastische Verbesserung bei Hartmetall-Abtragsraten sowie Werkzeugstandzeit – Premiere auf der Internationalen Fertigungstechnologie-Ausstellung IMTS

Das zum Patent angemeldete Design zur Kühlung durch die Spindelmitte kühlt die Schneide effektiver denn je. Das System kann mit Minimalmengenschmierung kombiniert werden, wodurch noch höhere Schnittgeschwindigkeiten und Werkzeugstandzeiten erzielt werden.

MAG schafft mit einem neu entwickelten System zur Spindel/Werkzeug-Innenkühlung den Durchbruch bei der kryogenen Zerspanung. Diese Neuentwicklung, die für mehrere Patente angemeldet ist, kühlt die Schneide effektiver als alle bisherigen Methoden und ermöglicht so erheblich höhere Schnittgeschwindigkeiten für höhere Zerspanungsproduktivität, längere Werkzeugstandzeiten oder eine Kombination dieser beiden Vorteile. Das Flüssigstickstoff-Kühlsystem (-196 °C) kann auch mit MMS (Minimalmengenschmierung) kombiniert werden, um Werkzeugreibung und Adhäsion zu reduzieren, was höhere Abtragsraten pro Zeiteinheit bzw. eine längere Werkzeugstandzeit ermöglicht. Zu den ideal geeigneten Anwendungen gehört aggressives Bearbeiten von schwer zu zerspanenden Werkstoffen, wie z. B. Titan, nickelbasierte Legierungen und Sphäroguss oder Gusseisen mit Vermiculargraphit (GGV).

„Wir sind noch in der Entwicklungsphase, haben jedoch Geschwindigkeitszunahmen von 60 Prozent beim Fräsen von GGV mit Carbid und eine bis zu viermal höhere Geschwindigkeit unter Anwendung von PKD - Werkzeugen (polykrystalliner Diamant) erzielt. Durch den Einsatz von Minimalmengenschmierung (MMS) haben wir die Geschwindigkeiten mit Carbid verdreifacht, konnten aber keinen weiteren Vorteil gegenüber der ursprünglichen Vervierfachung mit PKD erzielen“, so Dr. Wolfgang Horn, MAG Vice Chairman Technology global. „Bei diesen Tests ging es hauptsächlich um höhere Abtragraten unter Beibehaltung der Werkzeugstandzeit verglichen mit der mit normalen Kühlmitteln erzielten Standzeit. Die ersten Ergebnisse lassen vermuten, dass diese Technologie die Lebenszykluskosten für Zerspanaufgaben in einem ‚Hartmetall' -Umfeld immens verbessern könnte, indem sie die erforderliche Anzahl an Maschinen und die zugehörige Werksinfrastruktur reduziert oder möglicherweise die Werkzeugstandzeit weit über das heute vorstellbare Maß hinaus verlängert. Ein zusätzlicher Kostenvorteil ergibt sich aus der Umweltfreundlichkeit des Kühlmittels. Es muss kein Sprühnebel aufgefangen werden, es gibt weder Filtration noch nasse Späne, kontaminierte Werkstücke oder Entsorgungskosten. Durch den Wegfall der vielen Pumpen, Ventilatoren und Antriebe für den Umgang mit Kühlmitteln ist zudem der Energieverbrauch wesentlich geringer“.

Laut Horn liegt der Schlüssel für die Effizienz des neuen Systems in der Fähigkeit, den Kühleffekt im Körper des Schneideinsatzes zu konzentrieren. „Die kryogene Bearbeitung war nie zuvor so effektiv wie jetzt, da wir die Kühlung durch die Spindel direkt an das Zentrum des Schneidstoffs leiten können“, erklärte er. „Werkzeug - Innenkühlung ist das effizienteste Wärmetransportmodell und verbraucht die geringste Menge Flüssigstickstoff. Unsere Entwicklungsarbeit konzentrierte sich bisher auf das Fräsen und Feinbohren, wo der Verbrauch bei etwa 0,04 Liter pro Minute pro Schneide lag. Wir glauben, dass er beim Bohren und Gewindeschneiden noch niedriger sein wird.“

Prüfungen durch MAG zeigten, dass die Bandbreite an Anwendungsmöglichkeiten für Diamantwerkzeuge durch kryogenes Kühlen erheblich erweitert werden kann; so kann beispielsweise die Wärmegrenze bei GGV um das Drei- bis Vierfache erhöht werden. Carbid-Werkzeuge, die eher abrasivem Verschleiß unterliegen, reagieren am besten, wenn MMS mit Kryokühlung kombiniert wird.

Das kryogene Kühlsystem durch die Spindel eignet sich für Motor-, Getriebe- oder Spindeln  mit Riemenantrieb. Ein kryogenes Kühlsystem wird auf einem Vertikal-Bearbeitungszentrum von MAG dieses Jahr auf der IMTS in Chicago demonstriert. „Wir suchen aktiv nach Partnern die sich an der Weiterentwicklung beteiligen, und wollen diese Technologie nächstes Jahr auf den Markt bringen“, sagte Horn abschließend.