Kryo-Proz
(PresseBox) - Das waren echte TechnologyDays: Im schweizerischen Rorschacherberg hat die Starrag AG zusammen mit dem Hersteller für Präzisionswerkzeuge Walter AG demonstriert, wie kryogene Schruppbearbeitung für schwerzerspanbare Materialien funktioniert. Dritte entscheidende Komponente war dabei die kryogene Kühlung mit CO2, die direkt an die Schneide transportiert wird. In rostfreiem Stahl sind so beispielsweise Produktivitätssteigerungen von 70 % erreichbar.
Viel Entwicklungspotenzial, aber nur auf dem Prüfstand oder im Testfeld - so wurden bislang kryogene Zerspanungsprozesse definiert (NCF3-2013, S.62 und S.88 ff ). Der Durchbruch - zumindest beim Einsatz von CO2 als kryogenes Kühlmedium - ist aber jetzt den Technologiepartnern Starrag und Walter in Kooperation mit dem Aerosol- Trocken-Schmierungssystem von Rother Technologie gelungen. Während der Technology Days beim Schweizer Werkzeugmaschinenhersteller Starrag demonstrierten die drei Partner auf dem Starrag- Bearbeitungszentrum LX 051, dass letztlich mit der richtigen Maschine, dem passenden Werkzeug und einem kombinierten CO2-Kühlsystem aus einem hochlegierten Werkzeugstahl (X12CrNiWTiB16-13) mit einer Zugfestigkeit von 730 N/mm2 eine Dampfturbinenschaufel in nur 2,66 Minuten herausgearbeitet werden kann. In der Zeit wurde vom Rohteil rund 64% Material, also exakt 278 cm3 weggefräst. Als Vergleichsprozess wurde die sonst übliche Trockenbearbeitung gewählt, mit der die Bearbeitung des Werkstücks aber fast doppelt so lange, nämlich 4,5 Minuten dauerte.
ESS läuft!
Die Frässtrategie war bei der Trockenbearbeitung und mit der kombinierten CO2-Luft-Kühlung gleich: Mit multiaxialem Drehfräsen wurde zunächst die Kopfseite der Dampfturbinenschaufel geschruppt, dann das Blatt und zuletzt die Fußseite geschruppt.
Starrag-Maschine mit entscheidender Motorspindel
Ohne die Stabilität und Präzision des Bearbeitungszentrums Starrag LX 051 wären diese Ergebnisse nur schwer erzielbar gewesen. "Starrag bietet mit seinen Maschinen für die Schwerzerspanung - besonders von Turbinenschaufeln - die idealen Voraussetzungen", skizziert Walter-Zerspanungsexperte Dr. Klaus Enderle die perfekte Maschinenbasis für schwerzerspanbare Materialien. Speziell auf der LX 051 lassen sich Werkstücke mit Längen von 490 mm und 350 mm Durchmesser mit Bahngeschwindigkeiten von bis zu 62 m/min in X, Y und Z sowie 60 und 200 min-1 in B und A bearbeiten. Die Achsen beschleunigen mit bis zu 7 m/s2, die 18.000er Spindel leistet maximal 35 kW und 212 Nm. Das Werkzeugmagazin fasst bis zu 60 Werkzeuge. Die idealen Voraussetzungen unterstreichen die Positioniergenauigkeiten von 6 ?m bzw. 6" in den Rundachsen. Für die Anwendung entscheidend ist die von Starrag entwickelte Motorspindel, die es erlaubt, CO2 unter Druck durch die Spindel bis an die Werkzeugschneide zu führen. Hier kann wahlweise mit oder ohne zusätzliche Aerosolschmierung gearbeitet werden.
Entscheidend für das fast verdoppelte Zeitspanvolumen von 105 gegenüber 61 cm3/min war der Einsatz einer neuen Werkzeuggeneration von Walter: "Wir haben hier demonstriert, was unsere neuen Cryotec-Werkzeuge für ein Potenzial haben. Dafür haben wir zunächst mit gleichen Vorschubwerten erst trocken und dann mit Kryokühlung gefräst. Ergebnis war, dass der Freiflächenverschleiß (vB) am Werkzeug nach der Bearbeitung einer Schaufel bei rund 0,16 mm lag. Das Fräsen mit Kryokühlung drittelte diesen Wert fast auf 0,06 mm. Es war also nur ein bisschen Aufbauschneide am Werkzeug zu sehen", betont Klaus Enderle. Um auf vergleichbare Verschleißwerte am Werkzeug zu kommen, konnte Walter die Vorschubwerte für seine Cryotec-Werkzeuge nochmal entscheidend anheben. Statt der vorher gefahrenen 320 m/min und einem fz von 0,4 mm erlaubt die Kryokühlung Schnittgeschwindigkeiten von 400 m/min und Zahnvorschübe von 0,55 mm. "Unterm Strich können Sie also mit der kombinierten CO2-Luftkühlung ein rund 70% höheres Zeitspanvolumen erzielen, was die Produktivität natürlich immens verbessert. Dazu kommt auch noch, dass sich die Werkzeugtemperatur von maximalen 160°C bei der Trockenbearbeitung auf kryogekühlte 40°C einpendelte. Damit sind nicht nur Verbrennungserscheinungen am Werkzeug ausgeschlossen. Auch die Bauteilpräzision dürfte natürlich durch den deutlich geringeren Wärmeeintrag zumindest erheblich kalkulierbarer werden", versichert Klaus Enderle.
Kryosystem nachrüstbar
Großer Pluspunkt des eingesetzten Kryo-Schmiersystems Aerosol Master 4000 cryolub von Rother Technologie sind nach Angaben von Klaus Enderle die drei wählbaren Einstellungen, die Flexibilität : Das Gerät liefert ATS-Fein-Aerosol, CO2-gekühltes ATS oder eben die bei den Starrag Technology Days eingesetzte, kombinierte CO2-Luftkühlung durch die Spindel. So können bei den Starrag-Bearbeitungszentren durch die Spindel entweder Aerosol und Gas geleitet werden; oder Aerosol durch die Spindel sowie Aerosol und Gas von außen an das Werkzeug zugeführt werden; oder Aerosol und Gas nur von außen zugeleitet werden. Großer Vorteil des CO2-Systems ist, dass der Bediener eben nicht mit dem kryogenen Medium in Berührung kommen kann", erklärt Klaus Enderle. Im vorliegenden Fall werden auf zwei separaten Wegen die Kühlmedien CO2 und Luft an die Schneide gebracht. Das CO2 kommt durch die Spindel über mehrere Kühlkanäle direkt an die Schneide. "Wir arbeiten hier mit durchmesseroptimierten Bohrungen, in denen das CO2 flüssig gehalten wird und erst kurz vor der Schneide zum Gas expandiert. Wir bekommen also erst dort die kühlende Wirkung des CO2, wo wir sie brauchen", erklärt Klaus Enderle. Weiterer Pluspunkt für das System sei unterdessen, dass es prinzipiell an jeder Starrag -Werkzeugmaschine nachgerüstet werden kann. "Alle Maschinen, die sowieso schon mit Minimalmengensystem ausgestattet sind, können sich die große Umrüstung sparen", berichtet Klaus Enderle. Hier muss je nach Maschinentyp für das Kaltaerosol mit Innenkühlung eine andere Spindel eingebaut werden.
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Datum: 26.06.2013 - 09:16 Uhr
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