Einkanalige CO2-Kühlung & Schmierung für Zerspanprozesse

Einkanalige, CO2-basierte Hochdruck-Minimalmengenschmierung in der Zerspanung

Herausforderung

In Zerspanungsprozessen herrschen sowohl mechanische als auch thermische extreme Bedingungen. Um diesen Belastungen entgegenzuwirken, werden bisher Öl-basierte Emulsionen genutzt. Heutzutage wird jedoch aufgrund der erhöhten Anforderung an die Leistungsfähigkeit der Zerspanung und dem Trend der Nachhaltigkeit mehr Wert auf Minimalmengenschmierung (MMS) und kryogene Bearbeitungsmethoden gelegt. MMS weist dabei signifikante Schmierfähigkeiten auf, während die kryogene Bearbeitung einen vielversprechenden Kühleffekt hat. Beide Vorteile sind vorteilhaft, wenn schwer zu zerspanende Werkstoffe bearbeitet werden. Der aktuelle Stand der Technik umfasst verschiedene Lösungen, das Minimalmengenschmiermittel und die kryogene Flüssigkeit der Zerspanstelle zuzuführen. Hauptsächlich gibt es individuelle Systeme, die flüssigen Stickstoff/CO2 oder Öl-basierte Aerosole zum Werkzeug und weiter zur Zerspanstelle leiten. Wenn sowohl die Kühlung als auch die Schmierung kritisch sind, verbinden Marktlösungen MMS mit flüssigem CO2. Dies wird mit zwei parallelen oder koaxialen Kanälen gewährleistet. Hierbei sind die Werkzeug- und Zufuhrtechnik komplex, selten standardisiert und somit kostenintensiv.

Lösung

Die hier dargestellte Erfindung offenbart eine einkanalige CO2-basierte Hochdruck-Minimalmengenschmierung, die es ermöglicht, einen Zerspanprozess effizient zu kühlen und zu schmieren. Das Schmiermittel, welches Öl oder vorzugsweise eine sogenannte trockene Schmierflüssigkeit, die schnell trocknet und die Oberfläche trocken und ohne ölige Rückstände hinterlässt, sein kann, wird in der vorliegenden Erfindung mit reinem, flüssigen CO2 gemischt. Zudem kann die Schmier- und Kühleffizienz durch die Strömungsregelung der beiden Bestandteile der Mischung gesteuert werden.

Vorteile

• Verbesserter Kühlungs- und Schmiermechanismus
• Verbesserung der Prozessleistung (verlängerte Werkzeuglebensdauer)
• Verbesserung der Eigenschaften des finalen Produkts (Integrität der Oberfläche)

Status

• Zum Patent angemeldet
• Liegt als Versuch vor

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RWTH Technologie #2029

Anwendungsgebiete Fertigungsprozesse, Maschinenwesen

Stichworte #Werkzeugherstellung, #Werkzeugmaschinenherstellung, #Kryogene Prozesskühlung, #Zerspanung