Präzisionskühlung erhöht Kosteneffizienz

Ein optimierter Werkzeughalter mit Präzisionskühlung erhöht die Kosteneffizienz beim Stahldrehen. Warum das vor allem bei HRSA-Materialen nötig ist, erklärt Sandvik-Coromant-Produktmanager Staffan Lundström.

Denn Fertigungsunternehmen aller Branchen sehen sich mit einem Trend hin zu leichteren Komponenten, mehr Nachhaltigkeit und einer verbesserten Effizienz konfrontiert. Dadurch steigt die Nachfrage nach Werkstoffen mit einer höheren Festigkeit und Hitzebeständigkeit, wie beispielsweise hochreine Stähle und hitzebeständige Superlegierungen (HRSAs).

Die Zerspanung solcher Materialien stellt allerdings enorme Herausforderung hinsichtlich Werkzeugstandzeit und Produktivität sowie Spankontrolle dar. Weil somit neben den Fertigungsunternehmen auch Werkzeughersteller mit den gestiegenen Bedürfnissen adressiert werden, entwickelt Sandvik Coromant Wendeschneidplattenlösungen, die in der Lage sind, den deutlich höheren Temperaturen standzuhalten. Und ein weiterer wichtiger Erfolgsfaktor ist die Nutzung einer Präzisionskühlung.

Bei der Bearbeitung von Stahl, wo enorme Schnittkräfte entstehen, kann ein modernes Drehwerkzeug, das über Düsen verfügt, einen Kühlmittelstrahl mit hoher Geschwindigkeit erzeugen. Durch die Verwendung von Werkzeughaltern mit Präzisionsdüsen können die Kühlmittelstrahlen exakt in die Schneidzone auf die Spanfläche der Wendeschneidplatte gerichtet werden. Dies wirkt dort wie ein hydraulischer Keil, der die Späne an- und abhebt. Dies hat zwei positive Effekte: Die Kontaktlänge zwischen Wendeschneidplatte und Werkstück kann verkürzt und die Schnittkräfte reduziert werden – in Summe führt das zu niedrigeren Temperaturen und einer verbesserten Spankontrolle.

Eine Präzisionskühlung mit voreingestellten Düsen von oben kann die Spanbildung verbessern und das Prozessfenster vergrößern, in dem kein Maschinenbediener benötigt wird. Vor dem Hintergrund einer Studie von Pricewaterhouse Coopers (Digital Factories 2020: Shaping the future of manufacturing), nach der innerhalb der nächsten fünf Jahre eine Verdoppelung der vollautomatisierten digitalen Fabriken erwartet wird, kann dies ein entscheidender Vorteile sein. Dennoch können die genannten Vorteile nur mit Werkzeugen erreicht werden, die für einen Einsatz mit Präzisionskühlung entwickelt wurden – beispielsweise Bohrer mit Durchgangskühlung und Drehwerkzeuge mit zielgenauen Düsen. Das liegt daran, dass der erforderliche Kühlmitteldruck zum Brechen des Spans bei Drehwerkzeugen vom Düsendesign, dem zu bearbeitenden Material sowie der Schnitttiefe und dem Vorschub abhängt. Der benötigte Kühlmitteldurchfluss ist abhängig vom Druck und der Größe des zu kühlenden Bereiches.

Aus diesem Grund hat Sandvik Coromant seine Coromant-Capto-Werkzeughalter für T-Max-P-Wendeschneidplatten zum Drehen nochmals verbessert. Dazu gibt es eine große Auswahl an Verlängerungs- und Reduzieradaptern für den Zusammenbau von Werkzeugen mit unterschiedlichen Längen und Konstruktionsmerkmalen, unabhängig von der Maschinenschnittstelle. Aufgrund der modularen Funktion benötigen Anwender seltener teure Sonderwerkzeuge mit langen Lieferzeiten. Außerdem können die gleichen Werkzeuge in der gesamten Fertigung eingesetzt werden – das sorgt für höchste Flexibilität, optimale Stabilität und minimierte Lagerbestände.

Die Coromant-Capto-Werkzeughalter erhielten ein wichtiges Upgrade, um auch mit T-Max P, von Sandvik Coromant für das Drehen von mittleren bis großen Komponenten empfohlen, eingesetzt werden zu können. T-Max-P-Wendeschneidplatten sind in verschiedenen Stahldrehsorten erhältlich, unter anderem in GC4425 und GC4415, welche deutliche Verbesserungen hinsichtlich der Verschleißfestigkeit, Temperaturbeständigkeit und Zähigkeit bieten. Beide Sorten verfügen über die Inveio-Technologie der zweiten Generation, die eine verbesserte Kristallausrichtung für erhöhte Verschleißfestigkeit und eine noch gleichmäßigere Leistung bietet. Die neuen Werkzeughalter ermöglichen dank einer durch das Werkzeug geführten, zielgerichteten Kühlung von oben und unten höhere Standzeit und Produktivität bei der Zerspanung von ISO-S-, ISO-M- und ISO-P-Werkstoffen. Der Einsatz einer Präzisionskühlung ist insbesondere bei der Bearbeitung dieser komplexen, schwer zu zerspanenden Werkstoffe vorteilhaft.

Längere Werkzeugstandzeiten und eine verbesserte Spankontrolle sind für eine kosteneffiziente Bearbeitung unerlässlich. Beides kann durch eine Reduzierung der Werkzeugtemperatur mittels Kühlung unterstützt werden. Diese Erfahrung machte auch ein Sandvik-Coromant-Kunde, der Nabenkomponenten aus unlegiertem Stahl (P1.2.Z.AN) mit Flutkühlung zerspante. Bei der Schruppbearbeitung auf einer Horizontal-Drehmaschine der Firma Okuma konnten bis zu 30 Bauteile gefertigt werden, bevor Verschleißerscheinungen am Werkzeug festgestellt wurden. Allerdings wollte das Fertigungsunternehmen sowohl die Spankontrolle als auch die Werkzeugstandzeit sowie Prozesssicherheit und Durchlaufzeit weiter verbessern. Dazu tauschte der Kunde das vorhandene Werkzeug gegen ein CoroTurn-300-QS-Schaftwerkzeug mit Präzisionskühlung aus. Im Ergebnis war der Kunde in der Lage bis zu 79 Komponenten zu bearbeiten, bevor das Werkzeug erste Verschleißerscheinungen zeigte. Dies entspricht einer Standzeiterhöhung von mehr als 263 %. Insgesamt konnte das Unternehmen die Produktivität um 180 % steigern.

In einem anderen Fall setzte ein Luftfahrtkunde GC4425 kombiniert mit einer Präzisionskühlung von oben und unten ein. Auf diese Weise konnte er zwei Flugzeugfahrwerkskomponenten mit nur einem Werkzeug bearbeiten. Mit der zuvor eingesetzten Wettbewerbslösung mit Flutkühlung konnten nur 0,8 Komponenten bis zum Auftreten von Verschleißmerkmalen zerspannt werden. Resultate waren eine Standzeiterhöhung von 250%, eine gesteigerte Produktivität sowie eine verkürzte Durchlaufzeit aufgrund weniger Wendeschneidplattenwechsel – unter dem Strich stand eine Kostenreduzierung von 29%.

Diese Beispiele zeigen, dass eine Präzisionskühlung von oben und unten die Werkzeugstandzeit und Bauteilqualität deutlich verbessern kann. Darüber hinaus kann eine Präzisionskühlung von oben entscheidend für die Spanbruchkontrolle beziehungsweise die Prozesssicherheit sein. Eine Kühlung von unten hält die Wärmeentwicklung unter Kontrolle – für lange, vorhersagbare Werkzeugstandzeiten. Die Kühlungstechnologie wirkt sich zudem positiv auf die Oberflächenqualität aus und ist damit ein wesentlicher Bestandteil des Qualitätsmanagements von Fertigungsunternehmen. Um dies zu unterstützen, kann Sandvik Coromant in puncto Einsatzoptionen beraten und auch Empfehlungen bei dem Einsatz von Präzisionskühlung für das Drehen von Stahl geben.