Blaser Swisslube Vascomill MMS FA2: Mit MMS zu mehr Produktivität

Auch die Werkzeugausstattung muss für die MMS-Zufuhr geeignet sein. Nur wenn ein konstantes und konsistentes Aerosol mit gutem Sprühverhalten in der Werkzeug-Austragsdüse erzeugt wird, können Verbesserungen erreicht werden.

Kühlschmierstoffe, Minimalmengenschmierung und Kältemittel-Komponenten sind ein komplexes Thema. Unabhängig der Methode sind die Hauptziele der Zerspanungsindustrie hohe Prozesssicherheit und Produktivität. Neben diesen wirtschaftlichen Punkten spielen auch Umweltschutzaspekte eine zunehmend wichtigere Rolle. Diese führen bestenfalls auch zu Einsparungspotential im Hinblick auf Energie und weiterer Ressourcen.

Alle KSS-bezogenen Schmiermethoden, inkl. MMS, haben eine gemeinsame Charakteristik: kontinuierliches, zielgerichtetes Einbringen des Kühlschmierstoffs in die Schnittzone. Das sollte präzise auf die Frei- und Spanfläche des Schneidwerkzeugs erfolgen. Am besten erreicht man dies mithilfe einer inneren KSS-Zufuhr.

Vorteile der Minimalmengenschmierung (MMS)

Beim MMS-Verfahren entsteht ein Aerosol, das aus einer Öl-Luft-Mischung besteht. Diese Mischung bildet einen Schutzfilm, der die Reibung reduziert und dem Verschleiß des Werkzeugs direkt entgegengewirkt. Eine Kühlung des Schneidwerkzeugs wird mithilfe von erzwungener Konvektion durch die Pressluft angefeuchteten Oberflächen und Verdampfungsenthalpie erreicht bzw. gesteuert.

Verfahren wie Hochgeschwindigkeitsschneiden (HSC) oder Hochvorschubschneiden (HFC) sind die Voraussetzung für ein erfolgreiches Zerspanen mit MMS. In diesem Fall sind für ein MMS-optimiertes Schneidverfahren kleinere konstante Umschlingungswinkel erforderlich, um die aufs Werkzeug einwirkende Hitze zu reduzieren.

In den letzten Jahren ist es zu einer intensiven Entwicklung bei MMS-Geräten, Zufuhrsystemen und bei den Schneidwerkzeugen selbst gekommen. Im Vergleich zur Nassbearbeitung stellt die MMS eine flexiblere Anwendung dar, da die Flüssigkeit in kleineren Mengen zugeführt wird. Aufgrund dieser Flüssigkeitsreduzierung muss jedoch die kontinuierliche und zielgerichtete Zufuhr des MMS-Aerosols zum Schneidwerkzeug genau überwacht werden. Der geringere Energieverbrauch, die Sauberkeit von Bauteilen und Spänen und die gute Materialverträglichkeit sind weitere Vorteile.

Ein Versuch im Technologiecenter von Blaser Swisslube belegte die Steigerung des Vorschubs und der Schnittgeschwindigkeit von 130 m/min auf 390 m/min in rostfreiem Stahl (1.4307).

MMS und Industrie 4.0

Die Integration von modernen MMS-Systemen in die digitale Prozesskette lässt sich einfacher und rascher umsetzen, als mit herkömmlichen KSS. Das regelmäßige Messen der unterschiedlichen Parameter wie z. B. Konzentration oder pH-Wert entfällt komplett. Da es sich beim MMS hauptsächlich um Öl handelt, stellt auch die Erkennung von Verunreinigungen, Partikelgrößen etc. kaum Probleme dar. Bei der MMS-Bearbeitung wird die Menge des zugeführten Öls und der Pressluft (Volumenstrom und Druck) in modernen MMS-Systemen erfasst. Diese Daten können direkt mit dem Produkt und den Prozessdaten in der digitalen Prozesskette integriert werden. Somit iist es möglich alle kritischen Prozessvariablen, vom Schneidwerkzeug bis zu Werkzeugmaschine, Zufuhr, Geschwindigkeit und Schmierstoffversorgung zum gewünschten Zeitpunkt zu überwachen.

Angaben wie z. B. Pressluftverbrauch und der damit verbundene Stromverbrauch und -verlust, können laut Dr. Ivan Iovkov (Institut für Spanende Fertigung TU Dortmund) angepasst und abgeschätzt werden. Aerosolqualität und Ölanteilmessung beim Düsenaustritt stellen zwar komplexere Aufgaben dar, die jedoch durch individuelle Anpassung seitens des Maschinenbedieners für das jeweilige Werkzeug gelöst werden können.

MMS-Versuch im Technologiecenter von Blaser

Die Fräsoperation im 1.4307 wurde bisher meist trocken bearbeitet. Ziel des Versuches war es, mittels MMS das Verfahren zu optimieren und einen Mehrwert zu erzielen. Zu Beginn wurden verschiedene Fraisa-Fräswerkzeuge und MMS-Produkte von Blaser Swisslube miteinander verglichen. Anschließend wurden die verschiedenen Verfahren mit der optimalen Werkzeuggröße und dem optimalen MMS-Öl beurteilt. Ein Überblick über das gesamte Verfahren ist essentiell für eine optimale MMS-Bearbeitung. Darunter fällt das MMS-Gerät selbst, das Aerosol wie auch Vorbereitung und -Zufuhr. Auch die Werkzeugausstattung muss für die MMS-Zufuhr geeignet sein. Nur wenn ein konstantes und konsistentes Aerosol mit gutem Sprühverhalten in der Werkzeug-Austragsdüse erzeugt wird, können Verbesserungen erreicht werden.

Erhöhung der Werkzeugstandzeit und Produktivität

Während dem durchgeführten Test überzeugte das MMS-Produkt Vascomill MMS FA2 und erreichte eine Erhöhung der Werkzeugstandzeit um erhebliche 243 % bei einer Steigerung der Vorschub- und Schnittgeschwindigkeit. Letztere wurde von 130 m/min auf 390 m/min erhöht. Die Produktivität stieg dadurch um beachtliche 70 %. Weiters konnte dank der optimalen MMS-Strategie die Aufbauschneide an der Schneidekante verhindert werden.

Materialien wie z. B. Aluminiumlegierungen, herkömmliche Stähle und Edelstähle bieten sich für die MMS-Bearbeitung an, da die Wärme leicht durch die Späne abgeführt werden kann. Bei der Turbolader-Produktion konnte die Werkzeugstandzeit im Vergleich zu herkömmlichen Metallbearbeitungsflüssigkeiten und Trockenbearbeitung bis Faktor 12 gesteigert werden. Grund dafür ist, dass die sprödharten Wendeschneidplatten auf den Temperaturwechsel bei der KSS-Zerspanung reagieren. Für die konventionelle KSS-Zerspanung bedarf es zudem an duktilen Platten und Beschichtungen. Hier liegt der Vorteil der MMS-Zerspanung.

Titanbearbeitung mit MMS

Materialien, die sich nur schwer bearbeiten lassen, wie z. B. Titan oder Inconel, stellen die MMS-Anwendung vor eine große Herausforderung. Hervorragende Werkzeugstandzeiten und Schnittgeschwindigkeiten können zwar beim Gewindeformen und beim Titanschneiden erreicht werden – beim Fräsen und Bohren sind die entsprechenden Werkzeuge und Bearbeitungsstrategien jedoch noch nicht definiert. In diesem Bereich bleiben einige offene Fragen. Es sind weitere Forschungen, ein tieferes Verständnis der Bearbeitungsprozesse sowie deren Weiterentwicklung erforderlich.