Trockenbearbeitung und MMS

Atemwegserkrankungen

Hervorrufen von Allergien 

erhöhtes Krebsrisiko (durch Nitrosanine)

Hauterkrankungen

--> Die Häufigste Ursache für Arbeitsunfälle in Zerspanungsbetrieben ist doe Entwicklung einer Allergie gegen KSS

Qualitätsverbesserung möglich --> Oberflächenrauheit von Alu und Messing

Grund. -besserer Schmierwirkung; - keine Schmutzpartikel im KSS

höhere Werkstückstandzeit möglich --> keine Thermoshock Wirkung bei unterbrochenem Schnitt

Grund: - Temperatur an der Schneide bleibt gleichmäßig hoch->keine Gefügeänderung->längere Standzeit

Spänetransport 70%

Kühlen 20%

Schmieren 10%

fehlende Kühlung

Effekt:

höhere Temperatur, Eigenspannungen, Einflüsse auf Randzone, anschmelzende Späne

Lösungsansätze

größerer Vorschub, aggressive Schneidengeometrie, Near-Net-Shape-Technologie, hochtemperatur-feste Beschichtung

fehlende Schmierung

Effekt

höhere Temperaturen, höhere Adhäsionsneigung

Lösungsansätze

Schneidstoffe und Beschichtungen mit niedriger Adhäsionsneigung, MMS

fehlender Spänetransport

Effekt

anschmelzende Späne, Verstopfung d. Spanraums, Beschädigung der erzeugten Oberfläche

Lösungsansätze

Absaugen der Späne, Ausblasen d. Späne mit Druckluft

fehlende Temperierung

Effekte

Maßfehler durch AUfheizen der Maschine bzw. des Werkstücks

Lösungsansätze

Schutzandeckung für genauigkeitsrelevante Komponenten, Temperierung von Komponenten

fehlender Spüleffekt

Effekt

kein vollständiger Abtransport der Späne aus der Maschin, Spänenester, Spannfehler durch Späne an der Spannstelle

Lösungsansätze

Absaugen der Späne, Schutzabdekungen, Abblasen d. Spannelemente mit Druckluft, Geänderte Anordnung Werkstück/Werkzeug (z.B. Überkopfbearbeitung)

-Schneidstoffe

-Beschichtungen

-Geometrie

- Schmiereffekt

- Trennefekt

- nahezu kein Kühleffekt (durch Luftstrom sehr gering, teilweise durch Verdunstungswärme der Schmierstoffe)

Gewindefräsen anstatt Gewindebohren

Harddrehen anstatt Schleifen

Hartmetall

Cermet

Keramik / CBN / PKD (--> nicht in Kombination mit KSS)

TiAlN Titan-Aluminium-Nitrit  hat bei hohen Temperaturen höhere Härte als TiCN

--> TiAlN optimal für Trockenbearbeitung

TiCN- gut für Nassbearbeitung (weißt geringere Verschleißmarkenbreite bei Nassbearbeitung auf)

TiAlN- gut für Trockenbearbeitung (weißt geringere Verschleißmarkenbreite bei Trockenbearbeitung auf-> noch geringer als TiCN bei Nassbearbeitung)

TiN hat sowohl bei Nass als auch bei Trockenbearbeitung die größte Verschleißmarkenbreite

MoS2 Bearbeitung von Alu und Alulegierungen -> erhöhung der Standzeit (ca. 3x) -- Bearbeitung meist mit MMS um Adhäsionsneigung zu vermindern und Risiko von Werkzeugbruch zu minimieren Bearbeitung von Vergütungsstahl --> erhöhung der Standzeit bei TiAlN+MoS2 auf ähnliche Werte wie KSS Bearbeitung meist Trocken

breitere Spannuten

durch die Verwendung breiterere Spannuten kann der Standweg bei der Bearbeitung von C-Stahl etwa viermal so hoch werden

seitlicher Austritt von Schmiermedium

Standwege werden deutlich erhöht, Werkzeug wird in der Herstellung jedoch so teuer, dass sich diese Optimierung nicht lohnt und es in der Praxis keine Anwendung findet

stärkere Verjüngung des Schafts

reduziert Reibung

schmalere Führungsflächen

Durch den Einsatz von Beschichtungen, MMS, Geometrieoptimierungen und Substratoptimierung ist eine Erhöhung der Standzeit von etwa 5 m auf etwa 115 m möglich.

In diesem Fall würde man jedoch dazu übergehen die Schnittgeschwindigkeit zu steigen, was zwar eine Verkürzung des Standwegs zur folge hätte, jedoch eine bessere Energieeffizient nach sich zieht.

Schneidstoffe mit hoher Wärmehärte

geeignete Beschichtungen (weiche haben sich nicht durchgesetzt)

optimierte Geometrie

-größere Spanräume

-stärkere Verjüngung bei Bohrern (nachschleifen danach nur bedingt möglich)

-schmalere Führungsflächen

-größere kegelförmige Eintrittsöffnung im WKZG für Öl-Luft-Gemisch

-MMS Öffnung in der Spannut -->findet KEINE Anwendung

Das Prozessfenster für MMS-/Trockenbearbeitung ist kleiner als bei der konventionellen Fertigung.

Die Prozessparameter müssen wesentlich präziser eingestellt werden -->dieser Aufwand lohn sich meist nur für Großserien

interne Zuführung

externe Zuführung

Vorteile:

einfache Adaption

geringe Investitionskosten

geringer Nachrüstaufwand

schnelles ansprechverhalten

keine speziellen Werkzeuge nötig

--> Bastellösung durch Druckluftöler möglich, jedoch mit langsamen Ansprechverhalten

Nachteile:

mögliche Streuverluste d. Sprühstral

mögliche Abschattungseffekte

begrenzte Einstellungsmöglichkeiten der Düse auf untercshiedliche Werkzeuge (z.B. bei Werkzeugwechsel)

Vorteile:

optimale Schmierung an der EIngriffstelle

keine Streu-/Sprühverluste

Schierstoffmenge für jedes Werkzeug optimierbar

Nachteile:

spezielle Werkzeuge erforderlich

höhere Investitionskosten

als Voraussetzung für die Eignung der Maschine sind spezielle Drehdurchführungen nötig

-->meist kein Nachrüsten möglich

1-Kanal-System

2-Kanal-System

n_max ca. 30000 1/min --> abscheiden des Öls durch Zentrifugalkraft)

Kühlkanalbohrung meist >= 0,5mm

Umschalten zwischen Nass und Trockenbearbeitung möglich

bis 200ml/h möglich

Einsatz in Transferstraßen, Mehrspindlern, BAZ mit häufigem Werkzeugwechsel, Drehmaschinen

Ölzufuhr abhängig von der Drehzahl der Spindel und dem Luftstrom im Kanal

Schmierstoffviskosität bevorzugt <=50mm²/s

min 5bar Luftdruck (z.T Einsatz von "Boostern" mit bis 10bar)

Größe der Öltröpfchen ca 1-2µm

einfache Montage

n_max bis 40000 1/min

Kühlkanalbohrung <0,5mm

>400ml / Stunde möglich

Anwendung bei BAZ mit häufigem Werkzeugwechsel, Werkzeugen/Prozessen mit hohem Ölbedarf

Ölzufuhr kalibrierbar und unabhängig von der Spindeldrehzahl, dem Luftstrom, der Viskosität(Temperatur) und Durchmesser d. Kühlkanals

Schmierstoffviskosität bis 100mm²/s

meist 4...6 bar Luftdruck, keine Booster nötig

Größe der Öltröpfchen 10..30µm

MMS erzeugt zum großen Teil Lungengängige Partikel, die nicht mehr ausgeatmet werden

--> Absaugung notwendig!!

(2-Kanal-System ca. 65%; 1-Kanal-System ca. 70%, KSS ca. 65%)

Menge an Aerosol und Dampf wesentlich abhängig von der Viskosität der Öls

--> hohe Viskosität->geringere Emissionswerte

Spänesammlungen vermeiden

->Arbeitsraumverkleidung möglichst senkrecht und glatt aus rostfreiem Stahl

->waagerechte Flächen vermeiden

Wenn möglich A-Achse zum kippen bzw. Bearbeiten über Kopf einbauen

Verkleidung von Maschinenbett thermisch entkoppeln

stabiler Wärmehaushalt der Maschine

->ggf. Kühlung für bestimmte Komponenten(z.B. Spindel) vorsehen

Lager, Absterifer, Führungen und Späneförderer müssen trocken funktionsfähig sein

Absauganlage mit geeignetem Filter

Reinigung wird aufwändiger, stellt aber kein Problem dar

->meist mit Trockeneis (N--CO2-Pellets)

Maßnahmen für verbesserten Spänefluss

- größere Spanräume

-Spanräume polieren (verringert Reibung)

-Bohrer spiralisieren (für bessere Späneabfuhr)

Maßnahmen für optimale Zuführung von MMS-Medium

-Kühlkanäle gratfrei und alle gleich lang

-bei verschiedenen längen->langer Kanal bekommt gößeren Durchmesser

-Öffnungen stärker radial und näher an der Zerspanstelle anordnen

häufig jedoch nicht zwingend / keine speziellen Anpassung nötig

1. schwere Bearbeitung (großes Spanvolumen)

2. Abkühlzeit

3. Genauigkeitsbearbeitung (Raumtemperatur im Werkstück!!)

4. weitere BEarbeitung (z.B. Kernloch, Gewinde, ...)

angepasste Reinigung

geringe Temperaturschwankungen

- Halle maximal 35°C

- Maschine max +10K/Tag und +2K/h

konstante Temperatur der Rohteile (Lagerung in der Halle vor der Bearbeitung zur Temperierung)

Schulung der Mitarbeiter