Parallele Bearbeitung eines Werkstoffverbundes mittels hybriden Kühlschmiersystems

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der parallelen Bearbeitung eines Werkstoffverbundes, innerhalb derer die Materialien EN AC-46200 und EN GJS-600 3 alternierend mit derselben Schneide zerspant werden. Dieser Werkstoffverbund ist im automobilen Motorenbau in der Kurbelwellenbohrung Stand der Technik, dessen Bearbeitung ist aber auf Grund der unterschiedlichen Materialparameter von diversen Schwierigkeiten geprägt. Die größte Herausforderung stellt die Entstehung einer tribochemischen Reaktion dar, die eine signifikante Aufbauschneide auf der Spanfläche des Schneidkeils und dadurch große Abweichungen in der erzeugten Geometrie verursacht. Dieser Verschleiß resultiert in der Serienfertigung in hohe Ausschuss- und Rüstkosten und verhindert zudem die Stabilität des Bearbeitungsprozesses. Die Temperaturen während der Zerspanung als auch die Qualität des verwendeten Kühlschmierstoffes zeigen in chemischen Analysen einen großen Einfluss auf die Entstehung der tribochemischen Reaktion. Für eine Reduzierung der tribochemisch bedingten Aufbauschneide wird in dieser Arbeit eine effektivere Kühlung der Schneidenecke mit der Entwicklung und der experimentellen Verifikation eines hybriden Kühlschmiersystems vorgestellt. Dabei wird die externe Kühlschmierung mit einer zusätzlichen internen Kühlung, die über einen Kühlkanal in der Wendeschneidplatte erfolgt, kombiniert. Mit der Zielsetzung, dass das neu entwickelte Kühlschmiersystem in einer Serienfertigung ohne Umbaumaßnahmen an den Bearbeitungsmaschinen einsetzbar ist, erfolgen die externe und interne Kühlung mit demselben Kühlschmierstoff. Eine Literatur- und Patentrecherche zu gegenwärtig angewendeten Kühl- und Kühlschmiersystemen zeigt den Neuheitsgehalt dieser Entwicklung auf. Im Zuge der experimentellen Verifikation werden die Auswirkungen der zusätzlichen internen Kühlung auf die Entstehung der tribochemisch bedingten Aufbauschneide näher untersucht. Elektronenstrahlmikroanalysen (ESMA), Aliconaaufnahmen und Mikroskopaufnahmen zeigen einen signifikant verringerten Werkzeugverschleiß und eine deutliche Optimierung des Verschleißverhaltens. Die darauf aufbauenden Simulationen veranschaulichen eine massive Temperaturreduzierung des Spanungs-querschnittes, die mit dem hybriden Kühlschmiersystem realisiert worden ist und die Reduzierung der tribochemisch bedingten Aufbauschneide ermöglichte.