Anteilmäßig verteilen sich beim Drehen die Aufgaben des Kühlschmierstoffes zu je 40 Prozent auf das Schmieren und Kühlen und zu 20 Prozent auf den Spanbruch und die Spanlenkung. Beim Einstechen – dem Spanen zwischen zwei Flanken – ist die Wirkstelle für den Kühlmittelstrom zudem abgeschirmt. Werkzeuge mit Innenkühlung öffnen hier neue Wege zu höherer Produktivität.
Trotz der vielen Alternativen ist die Überflutungskühlschmierung immer noch das am meist eingesetzte Verfahren beim Stechdrehen. Gerade deshalb sind hier mit einer passenden Innenkühlung deutliche Verbesserungen im Zerspanungsbereich vorhanden.
Die Zuführung einer Innenkühlung beim Längsdrehen stellt insbesondere bei Verwendung von ISO-Schneidplatten keine großen Probleme dar, da die Wirkstelle im Normalfall von der Seite aus gut zu erreichen ist. Ganz andere Schwierigkeiten ergeben sich jedoch beim Ein- oder Abstechen. Bei diesen Verfahren ist die Schnittzone komplett abgeschirmt: oben vom Span, unten von der Schneidplatte und seitlich vom Werkstück. Ein der individuellen Anwendung und Zielsetzung angepasster wirkungsvoller Kühlmittestrahl kann deshalb nur aus Richtung der Schneidplatte, dem Spannfinger oder dem Klemmhalter zugeführt werden. Wichtig dabei ist, dass der KSS-Strahl parallel zur Schneidplatte erfolgt, da sonst der Kühlschmierstoff nicht in die Nut gelangen kann.
Kombination aus KSS-Druck und Zuführung
Dabei ist der Zuführungsort ebenfalls von entscheidender Bedeutung für die Verschleißminderung. Während Kolkverschleiß und Aufbauschneide möglichst eine Kühlung und Schmierung von oben erfordern, müssen bei starkem Abrassionsverschleiß auf der Freifläche möglichst viel Kühlschmierstoff hinter die Schneide gelangen.
In Kombination mit dem KSS-Druck ergibt sich dann das optimale Ergebnis. Soll beispielsweise der Kolkverschleiß verringert werden, genügt ein Kühlmitteldruck ab 5 bar. Liegt der Schwerpunkt auf der Verringerung einer Aufbauschneide sind mehr als 20 bar hilfreich. Ab 40 bar ist eine effektive Spanlenkung und Spankontrolle möglich. Den gewünschten Spanbruch bei langspanenden hochfesten Nickelbasislegierungen sichert dann ein Kühlmitteldruck über 150 bar.
In dem breiten Horn-Werkzeugprogramm zum Stechen gibt es für die innere Kühlmittelzufuhr für jeden Anwendungsfall die passenden Varianten. Je nach Zielsetzung kann somit der richtige Halter gewählt werden. Die Halter sind durchgängig auch für für Hochdruck (serienmäßig getestet bis 120 bar) geeignet.
Halter mit KSS-Austritt direkt durch den Spanfinger sind hierbei am Gebräuchlichsten, vor allem bei Kolkverschleiß und gegen Aufbauschneide. Die Einbringung von KSS über den Spannfinger mittels einem extra Element am Halterkopf ist speziell bei kleinen Schneidbreiten, bei welchen keine Bohrung durch den Spannfinger gesetzt werden kann, von Vorteil. Steht hingegen die Verringerung des Freiflächenverschleißes im Vordergrund, muss viel KSS hinter die Schneide gelangen, hier kommen Halter mit Bohrungen unterhalb der Platte zum Einsatz. Ebenso Halter mit KSS-Austritt seitliche am Klemmhalter, einseitig oder beidseitig. Mit diesen Haltern kann auch mit wenig KSS-Druck viel Kühlschmierstoff an die Schneide gelangen.
Die Zuführung direkt durch die Platte stellt ein Optimum gegen Kolk und Aufbauschneide, durch die direkte Unterspülung des Spanes kurz hinter der Schneide, dar. Dabei unterstützt die eingesinterte Düsenform der Austrittsöffnung den KSS-Durchfluß zusätzlich. Die Schneidplatte stellt somit ein Optimum zwischen KSS-Einsatz und bestmöglicher Stabilität der Platte dar.
Beeindruckende Leistungsbeispiele
Die IK-Halter von Horn sind mittlerweile vielfach im Einsatz, so z. B. beim Vor- und Abstechen eines Hohlrades im Werkstoff 16MnCr5 mit 58 mm Durchmesser. Hier erhöhte der Einsatz eines Klemmhalters H100 mit Schneidbreite 3 mm durch eine konstruktiv geänderte Innenkühlung, jetzt mit Austritt kurz hinter der Schneide, die Standmenge von 150 auf 300 Teile pro Schneide.
An einem anderen Bauteil wurden bei Stechtiefen bis 33 mm drei Haltervarianten getestet: Standardausführung mit Außenkühlung, Ausführung mit einseitiger Innenkühlung und Ausführung mit beidseitiger Innenkühlung. Die Emulsion wurde mit einem Druck von 20 bar zugeführt. Ausgehend von der Standmenge der Standardausführung mit Innenkühlung erreichte die Variante mit einseitiger Innenkühlung eine um 15 Prozent höhere Standmenge und die mit beidseitiger Innenkühlung ausgestattete Variante eine um 60 Prozent höhere Standmenge.
Bei der KS Kolbenschmidt GmbH in Neckarsulm erschwerte der niedrige KSS-Druck einer Drehmaschine das Stechen von Kolbenringen mit der Breite 3 – 10 mm und bis zu 25 mm tief. Abhilfe erhoffte man sich durch ein leistungsfähigeres Dreh-Fräs-Zentrum mit Hochdruck-Innenkühleinrichtung bis 80 bar und durch die Horn-Wendeschneidplatten S229. Dabei kamen verschiedene Standardhalter mit Kühlung durch den Spannfinger zum Einsatz. Bei einer Schneidbreite von 4 mm und einer Stechtiefe von max. 16 mm ermöglichte die IK eine Standzeiterhöhung um über 50 Prozent. Zusätzlich ergab sich durch den nun stattfindenden Spanbruch eine deutlich höhere Prozesssicherheit.
Auch beim Abstechen eines Stangenkopfes 40 mm Durchmesser für Kupplungsbolzen beeindruckte die Schneidplatte S100 mit Kühlung durch die Schneidplatte. Schon bei 20 bar Kühlmitteldruck erreichte sie eine Standmenge von 720 Teilen pro Schneide – ein sechsmal höherer Wert als das zuvor eingesetzte Wettbewerbsprodukt.
Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH www.phorn.de
Der Autor
Dr.-Ing. Matthias Luik, Leiter Forschung und Entwicklung, Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH
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