Hochgeschwindigkeitsfräsen von hochwarmfesten Stählen mit Minimalmengenschmierung

Beim konventionellen Einsatz übernehmen die Kühlschmierstoffe (KSS) im Zerspanungsprozess multifunktionale Aufgaben, bringen gleichzeitig aber auch ökologische und ökonomische Nachteile mit sich. Um diese Nachteile zu reduzieren, wird in der Praxis eine Reihe von Lösungsansätzen verwendet, z. B. Einsatz von umwelt- und humanverträglichen Kühlschmierstoffen. Der konsequenteste Weg ist theoretisch der vollständige Verzicht auf KSS, also die Trockenbearbeitung. Leider ist eine komplette Umstellung zur Trockenbearbeitung wegen der hohen Vielfalt von Werkzeugen und Werkstoffen nicht immer möglich. Hinsichtlich Ökologie, Arbeitshygiene, Betriebswirtschaft und Forderungen an Bearbeitungsqualität, Produktivität und Effektivität zählt die Minimalmengenschmierung (MMS) mit Hochleistungssprühschmierstoffen als Kompromiss zwischen Trocken- und Nassbearbeitung. Aber fehlende technologische Erkenntnisse und fehlende Kenntnisse der Mechanismen bremsen die Verbreitung des MMS-Einsatzes. Vor diesem Hintergrund wurden in der vorliegenden Arbeit die zahlreichen Einflussfaktoren aus Werkzeugen, Werkstoffen, Schmierstoffen sowie die Gestaltung des MMS-Systems auf das HSC- Fräsen von hochwarmfesten Stählen mit MMS untersucht, gewichtet und optimiert. Die Untersuchungen zeigen, dass im Vergleich zur Trockenbearbeitung mit MMS-Einsatz nicht nur die Oberflächengüte wesentlich verbessert wird, sondern auch die Werkzeugstandwege beträchtlich erhöht werden können. Die mit dem MMS-Einsatz gegenüber der Trockenbearbeitung erreichten Erhöhungen der Werkzeugstandwege und die verbesserte Oberflächengüte sind hauptsächlich auf die Schmierwirkung zurückzuführen. Aber auch die Kühlwirkung von MMS ist nicht vernachlässigbar, die durch sie verursachte Thermobelastung wirken zusammen mit anderen Zerspanungsbelastungen auf die Werkzeuge. Da Schmierung und Kühlung den Zerspanprozess ungleichmäßig beeinflussen, kann das Potential des MMS-Einsatzes noch weiter optimiert werden, wenn Schmiermittelmenge und Luftdruck richtig ausgewählt werden. Die gefundenen optimalen Schmiermittelmengen liegen viel niedriger als die von den meisten MMS-Herstellern empfohlenen. Für die untersuchten Werkstoffe und Werkzeuge kann gegenüber den empfohlenen Schmiermittelmengen mit den optimalen eine Standwegerhöhung um 37%-60% erzielt werden. Dies bedeutet, dass grundsätzlich eine Minimierung des Schmiermittelverbrauchs nicht nur möglich, sondern auch notwendig ist. Weiterhin in dieser Arbeit wird ein Berechnungsmodell entwickelt, mit dem Werkzeugstandwege hinsichtlich variablen Luftdrucks und Schmiermittelmenge berechnet werden können. Diese Arbeit liefert die Grundlagen für die tiefergehende Erforschung der MMS-Mechanismen, um so für die Verbreitung des MMS-Einsatzes zur Produktivitätssteigerung bei einer umweltfreundlichen und wirtschaftlichen Produktion beizutragen.