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Kühlschmierstoff-in-der-Titanzerspanung

Titan kühlt anders…

Wird der Einfluss des Kühlschmierstoffes in der Titanzerspanung unterschätzt?

Schwer zerspanbare Werkstoffe, wie Titan- und hochwarmfeste Nickelbasislegierungen, darunter Inconel 718, stellen den Zerspanungsprozess vor große Herausforderungen. Insbesondere Titanlegierungen werden im Bereich der Luftfahrt, im Automobilbau, aber auch in der Medizintechnik immer populärer. Nickelbasislegierungen kommen für Bauteile zum Einsatz, die hohen Temperaturen und Beanspruchungen ausgesetzt sind.

Gerade das Fräsen von Titan, sorgt für eine starke thermische und mechanische Beanspruchung der Werkzeuge. Die Werkzeugschneiden unterliegen einem äußerst starken abrasiven Verschleiß. Um dem entgegenzuwirken, muss ein Hochleistungskühlschmierstoff eingesetzt werden, der sich vor allem durch hohe Kühl- und Schmierleistung auszeichnet. So wird der Schutz des Werkzeuges gewährleistet und eine lange Werkzeugstandzeit erreicht.

    Forschungsprojekt zwischen den Technologiepartnern DMG MORI, SANDVIK COROMANT und FUCHS

    Im DMG MORI Aerospace Excellence Center in Pfronten erfolgte der Nachweis durch eine Standweguntersuchung im Fräsen der Titanlegierung Ti6Al4V mit einem unbeschichteten Ø10 mm VHM­-Schaftfräser (CoroMill) auf einem 5­-Achs Bearbeitungszentrum (DMC 65 monoBLOCK®). Dabei kamen drei unterschiedliche FUCHS Kühlschmierstoffe (KSS) im Benchmarktest zum Einsatz:

    • ECOCOOL A (Benchmark KSS - 8%)
    • ECOCOOL B (Universal KSS - 10%)
    • ECOCOOL TNA-IDM (8%).

    Alle drei Kühlschmierstoffe basieren auf verschiedenen Rohstoffzusammensetzungen. Um deren jeweiligen Einfluss auf den Zerspanungsprozess genau untersuchen zu können, mussten die Produkte unter extremen Bedingungen getestet und an Ihre Leistungsgrenze gebracht werden. Dank der Firma SANDVIK COROMANT mit ihrer Expertise in der Zerspanung von Superlegierungen konnten optimale Schnittdaten (vc = 80m/min, fz = 0,0645mm, ae = 1mm, ap = 20mm) definiert werden, um die Produktunterschiede darzustellen. Der Schnittweg betrug 120 m mit einer geplanten Zerspanungszeit von 120 min. Die Kühlschmierstoffzuführung erfolgte durch innere sowie äußere Anströmung. Um die Reproduzierbarkeit des Tes­tes zu prüfen wurde der Versuch mit ECOCOOL TNA­-IDM zweimal durchgeführt. Die Ergebnisse haben dann gezeigt, dass der Test vollständig reproduzierbar ist. 
     

    Beurteilung des Werkzeugverschleißes an den Schneidkanten:

    Im Bereich der Hauptschneiden zeigten ECOCOOL A und ECOCOOL B nahezu die gleiche Verschleißmarkenbreite. Jedoch war der Verschleiß am Eckenradius sehr verschieden (s. Abb. 4).

    Auch bei der Seitenansicht der Schneidkanten lassen sich die Unterschiede am Eckenradius gut erkennen (s. Abb. 1 u. 2).

    Nur das neuentwickelte ECOCOOL TNA-IDM lieferte eine homogene Schneidkante (s. Abb. 3) ohne Ausbrüche und verringerte den Werkzeugverschleiß um bis zu 86% (s. Abb. 4).

    Beurteilung der Schneidkanten unter einem Lichtmikroskop:

    Bei der optischen Vergrößerung der Schneidkanten unter einem Lichtmikroskop konnte beim Einsatz von ECOCOOL A und ECOCOOL B kein optimaler Verschleißverlauf festgestellt werden (s. Abb. 5 und 6).  Nur das dritte Produkt ECOCOOL TNA-IDM zeigte einen homogenen Verschleiß und keine Ausbrüche (s. Abb. 7).

    Zusammenfassung der Untersuchungsergebnisse:

    Zweck des durchgeführten KSS-Benchmarktests war es, den Einfluss des Kühlschmierstoffes beim Fräsen von Titan unter extremen Schnittbedingungen zu untersuchen und die Produktunterschiede zu verdeutlichen. Es wurde festgestellt, dass das bisherige Benchmarkprodukt ECOCOOL A die nötige Leistung liefert und der Universalkühlschmierstoff ECOCOOL B im Fräsen von Titan zwar kurzzeitig einsetzbar, aber für einen langfristigen Einsatz nicht zu empfehlen ist. Alle drei Kühlschmierstoffe beeinflussen den Zerspanprozess gravierend.

    In den Versuchen zeigte das neuentwickelte ECOCOOL TNA-IDM das beste Ergebnis. Dieser Hochleistungskühlschmierstoff gewährleistet einen stabilen, sicheren Prozess und reduzierte den Werkzeugverschleiß um bis zu 86 Prozent gegenüber den anderen getesteten Produkten.

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