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02Werkzeuge ner MMS-Kühlung versteht man das zielgerichtete Kühlen, bei dem statt Luft technische Gase wie Kohlenstoffdioxid (CO 2 ) als Kühl- und Transportmedium eingesetzt werden. Kohlenstoffdioxid hat dabei den großen Vorteil, dass es nahezu verlustfrei in flüssiger Form bis zur Werkzeugschneide transportiert wird und erst dort durch Expansion seine volle Kühlwirkung entfaltet. Das im Gas enthaltene Schmiermedium wird direkt an der Wirkstelle des Werkzeugs freigesetzt, durch die Expansion auf -78,5°C unter Atmosphärendruck heruntergekühlt und verdampft, ohne Rückstände auf der gefrästen Oberfläche zu hinterlassen. Einer der größten wirtschaftlichen Vorteile von kryo - MMS ist, dass diese Kühltechnik eine längere Werkzeugstandzeit bei höheren Schnittparametern ermöglicht, was zu einer wirtschaftlicheren Zerspanung führt. Neben den technischen Vorteilen bietet die kryogene MMS-Kühlung aber auch Umweltvorteile: Die CO 2 -Bilanz der wassermischbaren Schmierstoffe, die meistens zur Kühlung eingesetzt werden, ist im Gegensatz zur CO 2 -Zerspanung deutlich höher. Das liegt zum einen an der Raffinierung der Öle, zum anderen an deren Entsorgung, bei der deutlich mehr CO 2 ausgestoßen wird. Für KryoMMS sollten hingegen neuartige biobasierte Schmierstoffe eingesetzt werden. Dadurch, dass die Reinigung der Bauteile und die Entsorgung der Ölrückstände entfällt, entstehen zudem weniger Abfallstoffe. Das bietet auch kostentechnische Vorteile, denn durch eine Umstellung auf kryogene MMS-Kühlung lassen sich die Kosten für Reinigung und Entsorgung reduzieren. Trockenfräsen vs. MMS mit superkritischem CO 2 Im Vergleich zur Trockenbearbeitung führt die kryogene MMS- Kühlung zu deutlich weniger Gratbildung. Bild: KSF Zukunftsideen in Serie Wie die Zukunft der Zerspanung aussehen kann, präsentieren die Mitglieder des Vereins für Zukunftsorientierte Zerspanung e. V. in einer exklusiven Serie in der mav. Aus all diesen Gründen ist es vor allem für Unternehmen im Bereich Medizintechnik sinnvoll, die kryo - MMS-Kühlung einzusetzen. Doch tatsächlich gibt es zwar für die Zerspanung im medizinischen Bereich optimierte Werkzeuge, doch noch kein spezielles Kühlsystem für diese Branche. Das soll sich jetzt ändern: In einem ersten Versuch auf einer fünfachsigen Fräsmaschine (Mikron MILL S 400 U) der Firma GF Machining Solutions GmbH untersuchten die Forscher am KSF, wie sich die superkritische CO 2 -Kühlung auf den Fräsprozess auswirkt. Dafür wurde ein CO 2 -Zuführsystem eingesetzt, das in der Lage ist, superkritisches Kohlendioxid (scCO 2 ) mit einem Druck von bis zu 110 bar bereitzustellen. Die Zuführung erfolgt dabei über die rotierende Werkzeugmaschinenspindel, die Werkzeugaufnahme und die innenliegenden Kühlkanäle des Werkzeugs. Das Ergebnis: Es kommt zu deutlich weniger Gratbildung am Bauteil. Im Vergleich zur Trockenbearbeitung fällt die Gratbildung bei der scCO 2 -Bearbeitung um etwa 95 Prozent geringer aus. Auch die Werkstückgenauigkeit und die Oberflächenqualität sind mit der neuen Technik deutlich besser: Die Forscher haben die Oberflächenrauigkeit (Rz) der Nutflanke betrachtet und festgestellt, dass während des Schruppvorgangs mit scCO 2 eine um ca. 30 Prozent geringere Rauheit entsteht. Die höhere Prozesssicherheit sorgt dafür, dass viel weniger oder gar keine manuelle Nacharbeit nötig ist. KryoMMS: Hohe Performance, flexible Anwendung „Dieser Vorversuch hat die extremen Potenziale dieser Technik aufgezeigt“, so das Zwischenfazit von Dr. Nicolas Beer, der den Bereich Forschungsprojekte bei Gühring leitet. „Nun wollen wir einen hochproduktiven Prozess entwickeln, welcher hinsichtlich Formgenauigkeit, Oberfläche und Gratbildung eine so hohe Bauteilqualität verspricht, dass nachfolgende Prozess- und Reinigungsschritte entfallen.“ Der bereits erfolgreiche Prozess soll als industrielles System in der Praxis umgesetzt werden, sodass Neuanlagen mit kryo-MMS ausgestattet und bestehende Bearbeitungszentren umgerüstet werden können. Dafür gilt es zuerst zu erforschen, welche grundlegenden Faktoren 50 November 2022
Die Medizintechnik verwendet z.B. UHMWPE für Inlays für künstliche Kniegelenke (links) und PEEK für Bandscheibenkäfige. Bild: Gühring die Zerspanung von Hochleistungskunststoffen mit kryo-MMS in der Praxis beeinflussen. „Die Medizintechnik ist eine wichtige Branche für Gühring und die Technologieführerschaft in der Herstellung medizinischer Produkte mit dieser neuen Schmiertechnologie ist unser Ziel“, erklärt Dr. Beer. Weil der Kühlvorgang stark von der Werkzeuggeometrie beeinflusst wird, ist es nun die Aufgabe von Gühring, innengekühlte Werkzeuge zu liefern, deren Geometrie, Beschichtung und Schneidstoff perfekt an die veränderten Materialeigenschaften und Temperaturen angepasst sind und das Potenzial dieser neuen Technik voll ausschöpfen. Unterstützt wird der Werkzeughersteller dabei durch CFD-Simulationen des KSF. Weitere Systemkomponenten, die im Rahmen des Projekts erforscht werden müssen, sind ein für diese Anwendung abgestimmtes Medium und das dazu passende Kryo-System sowie eine modifizierte Werkzeugaufnahme. All das mit dem Ziel, eine neue Technologie zu finden, die eine hohe Performance garantiert, dabei Ressourcen schont und trotz alledem flexibel und benutzerfreundlich in der Anwendung ist. Das Forschungs- und Entwicklungsprojekt wird durch das Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus Baden-Württemberg zur Förderung von Innovations- und Technologievorhaben im Rahmen des Programmes Invest BW (Förderkennzeichen BW1_1347/02) gefördert und vom Projektträger VDI/ VDE Innovation + Technik GmbH betreut. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei der Autorin. ■ MAV_622_Konradin_Anz_MAFAC_92x133_OK.pdf - Oktober 4, 2022 x Rein auf wässriger Basis Von der Natur inspiriert. Für die Industrie entwickelt. Als Familienunternehmen mit mehr als 50-jähriger Erfahrung sind wir Spezialisten im Bereich der wässrigen Teilereinigung. Unser Anspruch vereint Tradition und Innovation, unsere Maschinen sind ökologisch und energieeffizient. Gemeinsam mit Ihnen erarbeiten wir kundenspezifische Prozesslösungen. MAFAC – E. Schwarz GmbH & Co. KG · Max-Eyth-Str. 2 · 72275 Alpirsbach · www.mafac.de November 2022 51
