Prozessgestaltung für das Tiefbohren mit Minimalmengenschmierung mit kleinen Werkzeugdurchmessern
In dem hier vorgestellten und vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie geförderten Projekt handelt es sich um ein Forschungsprojekt zur Qualifikation der Minimalmengenschmierung für das Tiefbohren mit kleinen Durchmessern. Die Trockenbearbeitung wie auch die Minimalmengenschmierung in der spanenden Fertigung verbindet sowohl ökonomische als auch ökologische Vorteile. Durch die Reduzierung bzw. Einsparung der kühlschmierstoffbezogenen Kosten, wie Bereitstellung und Wartung der Kühlschmierstoffe sowie dem Entfall der Bauteil- und Spänereinigung nach dem Zerspanprozess, ergibt sich ein hohes Einsparungspotenzial für Unternehmen. Darüber hinaus können die Mitarbeiterbelastungen durch den Kontakt mit hochadditivierten Kühlschmierstoffen reduziert und die Einhaltung der gesetzlichen Vorschriften zum Gewässerschutz leichter umgesetzt werden. Ein weiterer Vorteil der Trockenbearbeitung und Minimalmengenschmierung besteht darin, dass gegenüber der konventionellen Kühlschmierung kein Restöl in der Bohrung verbleibt, das, beispielsweise bei einer nachgeschalteten Wärmebehandlung, verharzen und somit die Bohrung verschließen kann. Dieses kann insbesondere bei Bohrungen mit kleinem Durchmesser auftreten. Hinsichtlich des Einlippentiefbohrens bestehen besondere Herausforderungen für die Bearbeitung unter Einsatz der Minimalmengenschmierung, da der Kühlschmierstoff neben seinen primären Funktionen, dem Kühlen und Schmieren der Wirkelemente des Werkzeugs, den einzigen Mechanismus zum Abtransport der Späne darstellt und daher wesentlich zu einem zuverlässigen Prozess beiträgt. Diese Herausforderungen verstärken sich bei Werkzeugen mit kleinen Durchmessern aufgrund der kleinen Kühlkanäle, den kleinen Spanräumen und den üblicherweise erforderlichen sehr hohen Kühlschmierstoffdrücken. In Kooperation mit den Unternehmen HPM Technologie GmbH und TBT Tiefbohrtechnik GmbH & Co wird in diesem Projekt durch Weiterentwicklungen in den Bereichen Minimalmengenschmiergeräte, Werkzeuge, Tiefbohrmaschinen sowie der Prozessführung angestrebt, die Minimalmengenschmierung für den genannten Anwendungsbereich zu qualifizieren und damit die Vorteile der Trockenbearbeitung auszunutzen.
Zur Verfolgung dieser Zielsetzungen teilt sich das Projekt in mehrere Projektphasen auf. Ausgehend von dem IST-Zustand bei der Tiefbohrbearbeitung mit Werkzeugen des Durchmessers d < 2,5 mm unter Verwendung von Standardwerkzeugen und am Markt verfügbarer Minimalmengenschmiergeräten erfolgt zunächst eine Optimierung der Gerätetechnologie zur Optimierung der Aerosolqualität zur Reduzierung der Gefahr der Entmischung des Aerosols bei Verwendung von Werkzeugen mit kleinen Kühlkanälen bei hohen Drehzahlen. Hierzu stellen die Weiterentwicklung des Schmiermediums, der Verdüsungstechnik des Öls sowie die Aerosoldrücke Ansatzpunkte dar. Zudem erfordert die Minimalmengentechnologie eine angepasste Lüftungstechnik, um den Mitarbeiter nicht dem lungengängigen Aerosol auszusetzen. Parallel wird zudem auch die Werkzeugmaschine für den Einsatz der Minimalmengentechnik qualifiziert. Durch eine Anpassung der Werkzeuggestalt, des Schneidstoffes und der Beschichtung sowie die damit einhergehende Beeinflussung der während des Tiefbohrprozesses auftretenden thermomechanischen Belastungen sowie der Spanbildung wird eine weitere Prozessoptimierung angestrebt. Die jeweiligen Weiterentwicklungen erfolgen in iterativen Prozessen auf der Basis von Einsatzversuchen, in denen auch die Prozessführung an die Minimalmengentechnologie angepasst wird. Basis für die iterative Optimierung des MMS-Gerätes, der Werkzeuge sowie der Werkzeugmaschine bildet die Analyse der während der Einsatzversuche erfassten Messgrößen Werkzeugverschleiß, mechanische Werkzeugbelastung, Oberflächengüte, Bohrungsform und -lage, Randzonenbeeinflussung sowie die resultierende Spanform.
Ziel des Projektvorhabens ist es, eine Technologie zur prozesssicheren Tiefbohrbearbeitung mit Minimalmengenschmierung bei Werkzeugdurchmessern von d < 2,5 mm entwickeln zu können. Die entsprechenden Komponenten, das MMS-Gerät und die Werkzeuge mit dem dazugehörigen Prozesswissen, sollen einzeln sowie als Komplettsystem in einer Werkzeugmaschine integriert im Lauf des Projektes bis zur Marktfähigkeit entwickelt werden.
- Bild 1: Prozessgestaltung für das Tiefbohren mit kleinen Durchmessern durch Optimierung der MMS-Technologie, des Werkzeugs, des Prozesses sowie der Werkzeugmaschine