Technologie der kryogenen Kühlschmierung beim Fräsen von TiAl6V4

Häufig ist es mit der kryogenen Kühlschmierung möglich, Zerspanprozesse technologisch, ökonomisch und ökologisch zu verbessern. Im Vergleich zur konventionellen Kühlung und Schmierung ist oftmals eine Steigerung der Produktivität, ein reduzierter Werkzeugverschleiß, kühlschmierstoffbezogene Kosteneinsparungen, eine verbesserte Bauteilqualität sowie eine reduzierte Umweltbelastung und Gefährdung der Mitarbeiter durch KSS-Kontakt realisierbar. Ungeachtet dieser Potenziale wird die kryogene Kühlschmierung bisher industriell selten eingesetzt. Ungeklärte technologische, wissenschaftliche als auch wirtschaftliche Fragestellungen wurden hierfür als eine Ursache identifiziert. Zielsetzung dieser Arbeit war es, wissenschaftliche Erkenntnisse über die Ursache-Wirkungszusammenhänge der kryogenen Kühlschmierung beim Fräsen der Titanlegierung TiAl6V4 zu erarbeiten und die Technologie im Vergleich zu konventionellen Kühlschmierstrategien ökonomisch und ökologisch zu bewerten. Ausgangspunkt hierfür stellte die Modifikation eines Bearbeitungszentrums zur inneren Zufuhr der Kühlschmiermedien durch die Spindel und das Werkzeug dar. Bei kleinen Werkzeugdurchmessern z. B. D ≤ 12 mm ist es nicht immer möglich, die erforderliche Anzahl an Kanälen für die unterschiedlichen Kühlschmiermedien vorzusehen, da die Werkzeuge durch die Belastung im Zerspanprozess aufgrund der reduzierten Querschnittsfläche brechen können. Ein Ansatz ist daher das kryogene Medium mit dem Schmiermedium zu vermischen. Mit dieser einkanaligen kryogenen Kühlschmierung konnte im Vergleich zur konventionellen Überflutungskühlung eine Vervierfachung des Standweges erzielt werden. Weiterhin erfolgte die Analyse von Ursache-Wirkungszusammenhängen. Es wurden Wechselwirkungen zwischen CO2 und MMS-Ölen erforscht. Schwerpunkte bildeten die Zufuhr der Medien sowie die Löslichkeit von MMS-Ölen in CO2. Zur Untersuchung des Einflusses verschiedener Kühlschmierstrategien auf das thermomechanische Belastungskollektiv wurden Werkzeughalter mit integrierter Sensorik zur Temperaturmessung in der Schneide entwickelt und eingesetzt. Darüber hinaus erfolgten Messungen der Zerspankraft. Aus den Erkenntnissen wurde ein empirisch begründetes regelbasiertes Anwendungsmodell abgeleitet, anhand dessen eine vereinfachte Darstellung, Zusammenfassung, Bewertung und Erklärung der Ursache-Wirkungszusammenhänge zwischen den Stell, Stör- und Zielgrößen erfolgte. Den Abschluss der Arbeit bildete die ökonomische und ökologische Bewertung.