Mit Hochdruck besser zerspanen

Im Zuge der nach wie vor steigenden Fluggastbeförderungen werden mehr Flugzeuge benötigt. Hinzu kommt noch, dass die Anforderungen an die Flugzeuge von Generation zu Generation deutlich zunehmen. Treibstoff muss eingespart werden, die Lärmbelastung für die Flughafenanwohner muss reduziert werden, aber die Passagiere wollen auch komfortabler reisen. Dieses wird durch ein neues Design und durch den Einsatz neuer und schwieriger zu bearbeitender Werkstückstoffe erreicht. Vor diesem Hintergrund sowie der Tatsache, dass steigende Stückzahlen produziert werden, stehen die Hersteller und deren Zulieferer vor einer neuen Aufgabe: eine deutliche Steigerung der Produktivität und somit der Produktionskapazität.

ISCAR, als weltweit zweitgrößter Werkzeughersteller und Technologieführer im Bereich der Triebwerksherstellung, hat vor einigen Jahren ein System in den Markt eingeführt, um die Bauteile deutlich effizienter zu bearbeiten.

Es wurden Werkzeuge für die Bearbeitung mit Kühlmittel-Hochdruck entwickelt. Hierbei wird der Kühlschmierstoff mit bis zu 600 Bar Druck direkt in die Schnittzone geleitet.

Der Einsatz dieser Werkzeuge bringt gleich zwei entscheidende Vorteile mit sich: Spanbruch und höhere Bearbeitungsparameter.

Die im Flugzeugbau eingesetzten Werkstückstoffe (Titan-, Nickelbasislegierungen sowie hochfeste rostfreie Stähle) sind alle sehr langspanend. Ein Spanbruch findet so gut wie gar nicht statt. Durch den Druck, den der Kühlschmierstoff auf den Span ausübt, wird dieser direkt an der Schneide in kleine Stücke gebrochen. So lassen sich die Späne aus dem Zerspanungsprozess leicht entfernen. Eine Beschädigung der Schneide durch lange unkontrollierbare Späne kann vermieden und Bauteile können ohne kostspielige Unterbrechungen prozesssicher gefertigt werden. Schon mit 80 bar Kühlmitteldruck werden hervorragende Ergebnisse erzielt.

Der zweite entscheidende Vorteil beim Einsatz von Werkzeugen mit Kühlmittelhochdruck ist der Einsatz deutlich höherer Bearbeitungsparameter. Der Kühlschmierstoff wird mit hohem Druck in einem sehr flachen Winkel zwischen Span und Schneide gedrückt. Dadurch „schwimmt“ der Span teilweise auf dem Kühlschmierstoff („HighSpeed Aquaplaning“). Die hohen Temperaturen, die beim Bearbeiten dieser anspruchsvollen Werkstückstoffe entstehen, werden durch den gezielten Einsatz des Kühlschmierstoffs nahe der Schnittzone absorbiert.

Der Kühlschmierstoff führt nicht nur die Temperatur aus der Schnittzone deutlich besser ab, sondern wirkt wie ein flüssiger Schutzfilm zwischen Span und Schneide. Dadurch wird ein frühzeitiger Kalkverschleiß auf der Spanfläche vermieden und die Bearbeitungsparameter können, je nach Bearbeitung und Kühlmitteldruck, sogar verdreifacht werden.

Um die dadurch steigenden Schnittkräfte abfangen zu können, setzt ISCAR verstärkt auf den Einsatz von tangentialen Schneideinsätzen. So vereint zum Beispiel das HeliTurn-System eine positive Schneidengeometrie mit einer stabilen tangentialen Klemmung und einer optimalen Kühlmittelzufuhr nahe der Schnittzone.

Der Einsatz dieser neuen Technologie kann schrittweise erfolgen. Im ersten Schritt können die Prozesse (und die dafür erforderlichen Werkzeuge) für Maschinen mit 70 bis 80 bar Druck ausgelegt werden. Maschinen mit diesem Kühlmitteldruck sind bereits vielfach auf dem Markt verfügbar und teilweise auch schon in der Triebwerksfertigung integriert. Der größte Vorteil, der durch die Umstellung des Prozesses auf Werkzeuge für interne Hochdruckkühlung entsteht, ist die Spankontrolle und die daraus resultierende Prozesssicherheit. Eine Erhöhung der Bearbeitungsparameter ist ebenfalls möglich.

Durch den Einsatz von Werkzeugen für Ultra-Hochdruck (in der Regel sind 300 bar ausreichend) ist es möglich, den Prozess der Spanbildung zu kontrollieren. Hier können auch die Bearbeitungsparameter auf bis zu dreifache Werte angehoben werden. Die eingesetzten Maschinen werden speziell für diesen Einsatz ausgelegt und beinhalten zwei verschiedene Kühlmittelkreisläufe (normale und Ultra-Hochdruckkühlung).

Die schwerzerspanbaren Werkstückstoffe kommen vermehrt auch in anderen Industriebereichen zum Einsatz. Aus diesem Grund hat ISCAR jetzt eine Standard-Hochdruckwerkzeug-Linie in das Produktportfolio aufgenommen. Die JHPWerkzeuge können von 10 bis 300 bar eingesetzt werden. Es stehen Stech-, Stechdreh- und ISO-Werkzeuge zur Verfügung. Durch die zielgerichtete Kühlmittelzuführung können die Werkzeuge auch bei Minimalmengenschmierung eingesetzt werden.

Im Bereich der ISO-JHP-Werkzeuge ermöglicht eine einstellbare Kühlmitteleinheit die optimale Kühlung der Schnittzone. Zudem ist es sehr anwenderfreundlich beim Schneidenwechsel. Das Kühlmittelrohr wird nach hinten geschoben, und sobald der Kühlmitteldruck wieder ansteht, wird dieses wieder automatisch in die Ausgangsposition gebracht.