Presseinformation

Intelligente Hochdruckkühlung erhöht Produktivität beim Drehen

EMO 2011 (19.-24. September)

Hannover

Halle 5, B 20

Innovative Technologie optimiert Durchsatz und Qualität bei der Bearbeitung von Luft- und Raumfahrt-Komponenten

Immer mehr Hersteller und Zulieferer in Luft- und Raumfahrt sowie anderen Anwenderbereichen entdecken die Vorteile des Einsatzes von Hochdruckkühlmittel. Denn Hochdruckkühlung kann insbesondere Drehprozesse deutlich effizienter machen: Sie verbessert die Spankontrolle beträchtlich, erlaubt mannlose Arbeitsprozesse sowie höhere Geschwindigkeiten und ermöglicht eine um 50 Prozent längere Standzeit – selbst beim Schrupp- und Feindrehen von schwierigen Werkstoffen aus der Luft- und Raumfahrt wie Titan oder warmfesten Superlegierungen (HRSAs).

Beim Hochleistungs-Drehen schwer zerspanbarer Legierungen für Luft- und Raumfahrt reicht es nicht aus, den Bearbeitungsbereich einfach mit Kühlmittel zu fluten. Aufgrund ihrer hohen Festigkeit und geringen Wärmeleitfähigkeit sind bei der Bearbeitung dieser Werkstoffe Temperaturen von bis zu 1000 Grad Celsius normal. Dabei konzentriert sich die Hitze auf eine kleine Kontaktzone zwischen Span und Spanfläche – die Kontaktfläche ist für gewöhnlich halb so groß wie bei Stahl. Dadurch kann hier eine unmittelbare Verdampfung stattfinden, die dann zur Bildung einer Dampfdruckzone führt und so den Kühlmittelzufluss zur Schneidkante verhindert.

Abhilfe schafft hier eine Düse, mit deren Hilfe Kühlmittel effizient da aufgebracht werden kann, wo es benötigt wird. Dank dieses Verfahrens können Kühlmittel die Temperaturentstehung und -verteilung bei der Zerspanung ebenso wie das Formen und Brechen der Späne sowie den Werkzeugverschleiß beeinflussen.

Schnelle Amortisation

Viele Maschinen sind bereits so ausgerüstet, dass sie Kühlmittel einsetzen können: Die meisten modernen CNC-Maschinen haben Kühlmittelzuführungen bei einem Druck von bis zu 70 bar, entweder optional oder als Standard. Zudem verfügen viele Maschinen über ein passendes Werkzeughaltersystem. Ziel ist es, diese Kapazitäten effizienter zu nutzen, um optimale Schnittzeiten zu erreichen – also eine kontinuierliche Bearbeitungsgeschwindigkeit statt einer überhöhten Geschwindigkeit mit zahlreichen Unterbrechungen. Richtig eingesetzt, amortisieren sich die Systeme bereits innerhalb weniger Monate.

Die besten Hochdruckkühlmittel-Systeme bieten eine optimierte Kombination aus dem richtigen Druck, einem angemessenen Kühlmitteldurchsatz und einer entsprechend angepassten Düsenöffnung für das Kühlmittel. Das zugrundeliegende Prinzip ist hier, die Menge des Kühlmittels zu reduzieren, damit sich seine Geschwindigkeit in der Düse und damit auch die Austrittsgeschwindigkeit erhöht. Um Luft- und Raumfahrt-Werkstoffe zu drehen und dabei einen Hochdruck-Kühlmittelstrahl mit Laminarströmung zu erzeugen, beträgt die empfohlene Düsengröße 1 mm mit einem Durchsatz von mindestens 20 Litern pro Minute. Um Hochdruckkühlmittel erfolgreich beim Innen- und Außendrehen einzusetzen, empfiehlt sich für Maschinenhersteller ein System wie CoroTurn® HP von Sandvik Coromant; ein innovatives Verteilungssystem, das mit der hochstabilen Coromant Capto®-Schnittstelle kombiniert werden kann. CoroTurn HP zeichnet sich durch fixierte Düsen aus, die das Kühlmittel genau dorthin leiten, wo es benötigt wird – und das ohne jede manuelle Anpassung. Die Düse richtet den Strahl zwischen die Oberseite der Schneidplatte und den Span und erzeugt einen hydraulischen Keil, der den Span anhebt, die Temperatur senkt und die Spankontrolle erhöht, indem sich der Span leichter dreht und bricht.

CoroTurn HP-Werkzeughalter sind mit zwei oder drei Düsen ausgestattet, deren Positionierung und Ausrichtung vom Werkzeugtyp und der beabsichtigten Anwendung abhängt. Von zentraler Bedeutung sind Präzision und Beschaffenheit der Düsen: CoroTurn HP zielt präzise auf die richtige Stelle und im passenden Winkel auf die Schneidkante und eliminiert so die Notwendigkeit von Testläufen.

Seit kurzem gibt es für CoroTurn HP neue Schneidköpfe, die auf CNC-Drehzentren, Multitask-Drehfräsmaschinen und vertikalen Drehmaschinen einsetzbar sind. Die neueste Serie der CoroTurn HP-Werkzeughalter komplettiert das Sortiment von Hochdruckkühlmittel-Werkzeugen für negative Wendeplatten.

Komplexes Drehen leicht gemacht

Die typischen geometrischen Eigenschaften vieler Flugtriebwerk-Komponenten wie Rotorscheiben, Lüfterscheiben, Ventilatorgehäusen, Spulen und Wellen erfordern einen spezifischen Zugang zum Innen- und Außendrehen. Speziell für diese Bauteile wurde der CoroTurn SL70 konzipiert, der das Auskammern und Formdrehen mit Hochdruckkühlmitteln ermöglicht. Die ovale Kupplung mit Verzahnung zwischen dem modularen Werkzeug-Adapter und der Kassette, in der sich die Schneidplatte befindet, bietet Stabilität und Präzision auch bei Bearbeitungen mit langen Auskragungen. In Kombination mit Coromant Capto-Adaptern können Anwender mit dem Angebot an unterschiedlichen Kassetten (die die Schneidkanten in verschiedenen Winkeln und mit unterschiedlichen Überhängen positionieren) aus einer überschaubaren Anzahl von Standard-Werkzeugen individuell optimierte Werkzeuge zusammenstellen.

Bauteile für Luft- und Raumfahrt, zum Beispiel Turbinenscheiben, werden typischerweise aus Superlegierungen wie Inconel 718, Waspalloy oder Udimet 720 hergestellt und weisen meist Profiltaschen auf, die unterschiedlichsten Passungen genügen müssen. Im Hinblick auf das zähe Material sowie die Anforderungen an Zugänglichkeit und Produktivität bieten runde Schneidplatten in der Regel die beste Lösung. Ein häufiges Problem beim Drehen von Metalllegierungen für Luft- und Raumfahrt sind sich umwickelnde Späne – besonders dann, wenn Senkbohren und Formdrehen in Ecken erforderlich sind – in solchen Fällen ist der Einsatz von Hochdruckkühlmittel unverzichtbar.

Bei einem Kunden von Sandvik Coromant erhöhte eine Hochdruckkühlmittel-Lösung mit CoroTurn SL70 und einer H13A-Schneidplatte sowohl die Zerspanungsrate als auch die Spankontrolle signifikant: Bei einer Hochdruck-Kompressorscheibe aus Titan reduzierte sich die Zykluszeit von 184 auf 128 Minuten. Daraus folgte ein Produktivitätsanstieg von 42 Prozent; jährlich bedeutet das 1.523 Stunden weniger Produktionszeit.

Das Innendrehen erfordert andere Maßnahmen – denn hierbei ist ein ganz spezifischer Einsatz von Kühlmittel gefordert, um richtige Späne zu produzieren sowie eine effiziente und sichere Spanabfuhr zu gewährleisten. Hier können der Einsatz von CoroTurn SL und Bohrstangen mit einer runden, verzahnten Kupplung zwischen Stange und Schneidkopf die Bearbeitung mit Hochdruckkühlmitteln erleichtern. Silent Tools® bieten mit ihrer integrierten Dämpfertechnologie die Möglichkeit, mit Auskragungen – von bis zu einem 14-fachen Bohrstangendurchmesser – Innenbearbeitungen sicher durchzuführen. In Kombination mit Hochdruckkühlung können so enge Toleranzen und eine gute Oberflächenbeschaffenheit zuverlässig gefertigt werden.