Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Auslegung von Prozessstellgrößenmodulationen für die Stahlbearbeitung mit Kühlschmierung - ProMod_KSS -

Bei der Zerspanung von metallischen Werkstoffen ist die Werkzeugstandzeit ein wichtiger Faktor für die Produktivität des Fertigungsverfahrens. Neben konventionellen Maßnahmen zur Steigerung der Produktivität wie die Erhöhung der Maschinenleistung oder neu entwickelter Werkzeugtechnologien, wurde die Prozesseinstellgrößenmodulation schon erfolgreich zur Standzeiterhöhung eingesetzt. Dies geschah bisher nur für die trockene Bearbeitung und für niedriglegierte Stähle. Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, eine Methodik zur Auslegung von Prozesseinstellgrößenmodulation unter Berücksichtigung von Kühlschmierstoffeinflüssen zu entwickeln, die auch für hochlegierte Stähle gültig ist.

Um dieses Ziel zu erreichen werden im ersten Arbeitspaket die Verschleißmechanismen von stationären Referenzprozessen der unterschiedlichen Werkstoffe unter Einsatz von KSS untersucht. Als Werkstoffe kommen der Vergütungsstahl 42CrMo4+QT, der hochlegierte Edelstahl X40CRMoV5-1 und die hochwarmfeste Stahlgusslegierung GX40CrNiSi zum Einsatz. Das Ziel von Arbeitspaket 2 ist die Bestimmung der thermomechanischen Belastung der Werkzeuge bei unterschiedlichen Prozesseinstellgrößenmodulationen mit KSS. Im Arbeitspaket 3 wird der Effekt der Kühlstrategie auf die Prozesseinstellgrößenmodulation untersucht, wobei die Strategie durch Niederdruck, Hochdruck und die Zufuhr zur Spanfläche oder Freifläche variiert wird. Das Arbeitspaket 4 beinhaltet die Entwicklung einer Methodik zur Auslegung von Prozesseinstellgrößenmodulation mit KSS.

Die Methodik wird in einen parametrierbaren NC-Zyklus implementiert, durch den sowohl Anwender als auch Werkzeugmaschinenhersteller die Prozesseinstellgrößenmodulation umsetzen können. Fertigungsbetriebe, insbesondere KMU‘s sind in der Lage, anhand der entwickelten Methode zur Pro-zessstellgrößenmodulation die Werkzeugstandzeit bzw. die Produktivität ihrer Prozesse zu erhöhen.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Projekts erfolge die Erforschung und Auslegung von modulierten Prozessstrategien für die Drehbearbeitung, die zu einer Verschleißreduktion oder Standzeitsteigerung von Zerspanwerkzeugen führen. Hierzu erfolgte die Untersuchung der Eignung von Modulationsstrategien für unterschiedliche Werkstoffe und Kühlstrategien. Es wurde nachgewiesen, dass sich Modulationen der Schnittgeschwindigkeit eigenen, um den Werkzeugverschleiß bei Prozessen mit vergleichsweise hoher Temperaturentwicklung zu reduzieren. Die maximal nachgewiesene Verschleißreduktion beim Drehen von X40CrMoV5-1 beläuft sich auf bis zu 32 % und bei Ti6Al4V bis zu 25 %. Modulationen des Vorschubs eigenen sich demgegenüber bei Prozessen mit niedriger thermischer Werkzeugbelastung, wie der Zerspanung von 42CrMo4+QT unter Hochdruckkühlschmierstoffzufuhr. Eine Kombination dieser Strategien kann genutzt werden, um Prozesse auszulegen, bei denen trotz Modulation der Prozessstellgrößen ein konstantes Zeitspanvolumen vorliegt. Die Voraussetzung ist hierbei jedoch, dass ebenfalls ein geringes Temperaturniveau bei der Zerspanung vorliegt. Die Verschleißreduktion beträgt in diesem Fall bis zu 20 %.

Die Erkenntnisse und Methoden lassen die Ableitung werkstoffspezifischer Strategien zu, mithilfe derer die Standzeit, der Verschleiß oder die Produktivität optimiert werden können. Hieraus ergeben sich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten für Werkzeughersteller und Anwender. Gegenüber der bereits erforschten Modulation für die Trockenbearbeitung konnte eine innovative Methode entwickelt werden, bei der die Prozessstellgrößenmodulation auch mit einem konstanten Zeitspanvolumen umgesetzt werden kann. Somit sind die Methoden auch für industriell relevante, getaktete Prozesse einsetzbar.