Einsparpotenziale in der Zerspanung erkennen und nutzen
Gerade bei Composite Werkstoffen ist die Notwendigkeit groß, die aufkommende Späneflut während der CNC Zerspanung gezielt zu erfassen.
Eine Flüssigkeitskühlung ist oft nicht gewünscht, da die Späne im nachgelagerten Prozess z.B. durch Ultrafiltration separiert werden müssten.
Das Gebot der Stunde heißt Trockenzerspanung durch Fräsen oder Bohren
Wie aber Materialien zerspanen die oft eine geringe Wärmeleitfähigkeit haben, welche unmittelbar zur Aufheizung der Werkzeuge führt?
Es gibt kein Patentrezept, aber Abhängigkeiten, die sich im täglichen Umgang mit unseren Kunden vermehrt verdeutlichen.
Hier unsere Lösungsansätze:
Warum ist gerade bei der Trockenzerspanung eine Benchmarkbetrachtung von Werkzeugstandwegen verschiedener Kunden oft so unterschiedlich?
Obwohl das gleiche Material, die gleichen Werkzeuge, aber unterschiedliche Maschinen verwendet werden, lassen sich die Ergebnisse oft nicht übertragen.
5 Einflussfaktoren für Werkzeugstandwege bei der Trockenzerspanung Composite
Geometrie des Werkstückes
Gerade in der Composite Industrie ist die Aufspannung der Werkstücke oft problematisch, dadurch gibt es Vibrationen ausgelöst durch Werkstückschwingungen.
Nun gibt es Werkzeuge die von ihrer Auslegung her diese Werkzeugschwingungen reduzieren, andere die Werkzeugschwingungen fördern. Speziell die Achswinkel am Werkzeug spielen hier eine wichtige Rolle.
Absaugung an der CNC Maschine
Späne abzusaugen macht Sinn, je früher im Prozess eine ordentliche Späneabfuhr gegeben ist umso so eher lässt sich eine Fertigungsstückzahl erhöhen. Ebenso führt Staub von Zerspanungen immer wieder zur Gesundheitsbelastung von Mitarbeitern und zu Problemen in anderen Bereichen wie Lackierung oder Lager. Wie hoch ist das Optimierungspotenzial eines Fertigungssprozesses wenn nach der Zerspanung die Werkstücke erstmal gereinigt werden müssen?,
beziehungsweise wenn die Mitarbeiter eigentlich nicht ohne Atemschutz arbeiten dürften?
Die Absaugung hat einen sehr wesentliche Einfluss auf das Maschinenumfeld und auf die Werkzeugstandwege. Zumindest bei unseren Kunden waren Unterschiede im Werkzeugstandweg von bis zu 200%, bei gleichem Werkzeug und gleichem Material aber völlig unterschiedlichem Absaugkonzept sichtbar.
Wärmeentwicklung
Manche Werkstoffe lassen es zu, einen Teil der Prozess-Temperatur mit den Spänen abzuführen.
Das Wissen um die passenden Zahnvorschübe und Schnittgeschwindigkeiten ist dabei unerlässlich.
Überhitzte Werkzeuge sind für einen Fertigungsprozess unterschätze Störfaktoren. Zwar können z.B PKD Diamantwerkzeuge höhere Temperaturen aushalten ohne Verformung der Schneidkante,
wie z.B.Hartmetallwerkzeuge. Trotzdem besteht die Gefahr mit dem überhitzten Werkzeug die Oberfläche des Composite Werkstoffes thermisch zu verändern.
Soweit wie möglich ist es sinnvoll die Werkzeugtemperaturen bei der Zerspanung zu optimieren und niedrig zu halten, Mittel hierzu sind das Verhältnis zwischen Drehzahl, Vorschub und Absaugsystem.
Unterschiede von 100 % Werkzeugstandweg nur durch die Optimierung von Vorschub und Drehzahl, speziell bei Composite Werkstoffen mit geringer Wärmeleitung, sind keine Seltenheit.
Kühlung des Werkzeuges durch Luft
Oft hat eine Luftzuführung 2 Aufgaben: Eine Mehrfachzerspanung, speziell beim Nuten verhindern, sowie die Wärmeabfuhr der Prozesswärme zu ermöglichen.
Systeme wie Pressluft, geführt durch das Spannfutter, oder fest verbaute Blasdüsen an der Spindel sind bekannt. Absaugsysteme wie rotierende Absaugung und Kühlturbinen (Cruing Aerotech) sind mittlerweile Stand der Technik.
Mit einer guten Kühlung lassen sich bei der Trockenzerspanung von Composite Werkstoffen höhere Prozessvorschübe von +50% bis +100% erreichen.
Das Werkzeugspannfutter
Eine Bauart von Spannfutter kann alles! Dies wäre eine sehr pauschalisierte Aussage, hier geht es detaillierter.
Je härter der zu zerspanende Werkstoff und umso dynamischer der Ein-, und Austritt der Werkzeugschneide (z.B. ständiges Ein- und Austauchen des CNC Fräsers) desto sinnvoller ist es Spannfutter mit schwingungsdämpfenden Eigenschaften einzusetzen.
Ebenso empfiehlt es sich bei harten Werkstoffen Spannfutter mit hohen Rundlaufgenauigkeiten zu verwenden.
Die gezielte Auswahl des Spannfutters bei gleichem Werkzeug konnte bei Referenzkunden die Werkzeugstandwege um 60 % verbessern.
Anmerkung:
Die oben genannten Werte wurden nicht wissenschaftlich ermittelt sondern sind Erfahrungswerte unserer Kunden aus den Bereichen Composite Industrie, Fahrzeugbau.
Bei der Auslegung unserer Sonderwerkzeuge versuchen wir diese Parameter zu berücksichtigen. Beispiele für Sonderwerkzeuge : http://www.pkd-sonderwerkzeuge.de/sonderwerkzeuge/
Zusammenfassung:
Um Trockenzerspannung zu optimieren braucht es oft einen detaillierteren Blick auf die einzelnen Prozessparameter als bei der Nass-Zerspanung üblich.
Findet diese Optimierung jedoch statt, sind bei unausgeschöpftem Prozesspotenzial Einsparungen von 50% der Prozesskosten möglich.
Handel mit Werkzeugen und Optimierung von Fertigungsprozessen in der Trockenzerspanung
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Cruing Handelsvertretung
Klaus Schlageter
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