Projekt 06671/01

Umweltentlastende Zerspantechnik durch Nutzung der Verbrauchsschmierung beim Spiralbohren-Senken-Reiben f├╝r Bohrungsdurchmesser < 12 mm

Projekttr├Ąger

Otto-von-Guericke-Universit├Ąt MagdeburgInstitut f├╝r Fertigungstechnik und Qualit├Ątssicherung
Postfach 41 20
39016 MagdeburgZielsetzung und Anlass des Vorhabens Zahlreiche durch den K├╝hlschmierstoffeinsatz verursachte Probleme, wie z. B. die Gesundheits- und Umweltgef├Ąhrdung sowie der Reinigungs- und Pflegeaufwand, aber auch eine restriktive Gesetzgebung f├╝hren dazu, da├č K├╝hlschmierstoffe zunehmend in den Mittelpunkt des Interesses r├╝cken. Es erw├Ąchst die Forderung, das mit dem K├╝hlschmierstoffeinsatz verbundene Gef├Ąhrdungs- und Finanzpotential erheblich zu mindern. Das erfordert ein konsequentes ├ťberdenken der Einsatzbedingungen von KSS, der Technik hierzu und auch prinzipiell der Technologien von Fertigungsstrukturen. Die Gesamtzielstellung des Vorhabens besteht darin, einen Beitrag zur Minimierung des quantitativen K├╝hlschmierstoffeinsatzes und somit der Umweltbelastung in der Zerspantechnik zu leisten. Durch eine entwickelte Kurzpr├╝fmethode soll parallel eine K├╝hlschmierstoffqualifizierung zur Eignung beim Einsatz der Verbrauchsschmierung erfolgen. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Untersuchungen zum Einsatz der Verbrauchsschmierung beim Bohren-Senken-Reiben erfolgte in drei Versuchsserien: 1. Trockenbearbeitung, 2. Fallstrahlk├╝hlung, 3. Verbrauchsschmierung. Als Kriterium zur Bewertung wurde die Verschlei├čentwicklung sowie die hieraus resultierende Standzeit der Werkzeuge herangezogen. Die Bestimmung geeigneter Ger├Ąteeinstellparameter wie Durchflu├čmenge, D├╝senzahl, Luftdruck u.a. aus fertigungstechnischer Sicht bildete parallel dazu einen weiteren Schwerpunkt der Untersuchungen. Zur Findung eines geeigneten K├╝hlschmierstoffes f├╝r die Verbrauchsschmierung laufen gegenw├Ąrtig Untersuchungen, bei denen KSS unterschiedlicher Zusammensetzung auf ihre Schmierf├Ąhigkeit hin bei verschiedenen Fertigungsverfahren getestet werden. Hierzu wurde eine Vorrichtung angefertigt, mit deren Hilfe konkrete Kraft- und Momentenmessungen erfolgen, die mit einer speziellen Software miteinander verglichen und ausgewertet werden. Nach Einarbeitung in ein spezielles Gasanalyseger├Ąt sollen in einem weiteren Schritt Messungen zur Erfassung m├Âglicher Schadstoffkonzentrationen infolge Verbrennung bzw. Verdampfung des K├╝hlschmierstoffes in der Luft durchgef├╝hrt werden. Auch hierzu erfolgt die Auswertung mit einer daf├╝r speziell entwickelten Software. Ergebnisse und Diskussion Die bisher in der Projektbearbeitung durchgef├╝hrten Forschungsarbeiten zum Einsatz der Verbrauchsschmiertechnik bei der Bohrungsbearbeitung (Bohren-Senken-Reiben) mit HSS-Werkzeugen und ├Ąu├čerer K├╝hlschmierstoffzufuhr haben zu folgenden Ergebnissen und Erkenntnissen gef├╝hrt. Bei der Bohrungsbearbeitung in Stahl mit Werkzeugen aus Schnellarbeitsstahl kann hinsichtlich der Sicherung einer ausreichenden Produktivit├Ąt und der geforderten Qualit├Ąt auf den Einsatz von Hilfsstoffen nicht verzichtet werden. Eine Trockenbearbeitung mit unbeschichteten HSS-Werkzeugen wird nur in Ausnahmef├Ąllen akzeptiert werden k├Ânnen. Eine Alternative zum Fallstrahleinsatz des K├╝hlschmiermittels stellt die Verbrauchsschmiertechnik dar. Durch sie wird die KSS-Menge so dosiert an die Zerspanstelle herangef├╝hrt, da├č sie dort fast r├╝ckstandslos verbraucht wird. Dadurch kann auf erforderliche Umlaufsysteme und Filter sowie die immer teurer werdende Pflege und Entsorgung von K├╝hlschmiermitteln verzichtet werden. Durch deren zunehmende industrielle Einf├╝hrung wird ein wesentlicher Beitrag zur Verringerung der ├╝berregionalen Umweltbelastung geleistet. Beim Einsatz der Verbrauchsschmiertechnik laufen offensichtlich v├Âllig ver├Ąnderte thermochemische Vorg├Ąnge im Bereich der Schnittstelle ab, da durch die minimale Einsatzmenge nahezu keine K├╝hlwirkung in der Zerspanstelle und am Werkst├╝ck auftritt. Ein Ausgleich zu fehlender K├╝hlwirkung kann dadurch erreicht werden, da├č ein eingesetztes Medium sehr hochwertig ist und durch eine gute Schmierwirkung die Reibverh├Ąltnisse deutlich verbessert werden. Art und Qualit├Ąt der f├╝r die Verbrauchsschmiertechnik eingesetzten Medien erhalten die h├Âchste Priorit├Ąt, da hierdurch die Werkzeugstandzeiten elementar beeinflu├čt werden. Die hierzu durchgef├╝hrten Verschlei├čuntersuchungen unter Einsatz nativer ├ľle bzw. Mineral├Âle und deren Vergleich f├╝hrten zu einem positiven Ergebnis. Nach einem Vergleich der erreichten Standzeiten zu urteilen, eignen sich die nativen Produkte wesentlich besser f├╝r den Einsatz der Verbrauchsschmiertechnik als die verwendeten Mineral├Âlprodukte. Kurz gesagt kann man hier von einem ├Âkonomischen Fortschritt mit ├Âkologischen Mitteln sprechen. In diesem Punkt wurde das Forschungsziel erf├╝llt, da hiermit nachgewiesen wurde, da├č eine Verbesserung von Werkzeugstandzei-ten in der Metallzerspanung auch mit umweltrelevanten Methoden, d.h. mit Produkten auf nativer Rohstoffbasis erreicht werden kann. Da sich die Auswahl geeigneter K├╝hlschmierstoffe f├╝r die Verbrauchsschmiertechnik mittels Verschlei├čuntersuchungen als relativ langwierig gestaltet, wurde im Rahmen dieses Projektes eine Kurzpr├╝fmethode zur Testung von K├╝hlschmierstoffen auf ihre Schmierf├Ąhigkeit im Ansatz entwickelt. Mit dieser Methode, welche verschiedene Zerspanverfahren mit unterschiedlichen Anforderungen hinsichtlich des Schneidvorganges an der Zerspanstelle einbezieht, k├Ânnte man inner-halb kurzer Zeit eine konkrete Aussage ├╝ber einen K├╝hlschmierstoff bez├╝glich seiner Schmierf├Ąhigkeit beim Reibungsvorgang treffen. Ein komplexer Einsatz dieser Kurzpr├╝fmethode zur Testung von K├╝hlschmierstoffen vor allem auf nativer Basis, br├Ąchte eine nicht unerhebliche Kosteneinsparung mit sich u.a. durch den Wegfall eines Gro├čteils von Werkzeug- und Werkst├╝ckkosten; durch Verwendung sehr geringer Probenmengen an K├╝hlschmierstoff bzw. durch die Einsparung von Maschinenzeiten. In einem weiteren Komplex ist untersucht worden, inwiefern die bei der Verbrauchsschmiertechnik auftretenden Emissionen einen umweltbelastenden Faktor durch zu hohe Konzentrationen sch├Ądlicher Substanzen darstellen. Gem├Ą├č dem Arbeitsplan erfolgten konkrete Schadstoffkonzentrationsbestimmungen mit Hilfe moderner Technik (Gasanalyseger├Ąt). Auf der Grundlage dieser Messungen konnte festgestellt werden, da├č trotz objektiver Beeinflussung der Umgebungsluft durch einen gewissen Prozentsatz an ├ľlkonzentrat in Form von ├ľlnebel bzw. -dampf keine ├ťberschreitung gesetzlich festgelegter Grenzwerte f├╝r Arbeitsplatzkonzentrationen vorlag. Insgesamt ist einzusch├Ątzen, da├č die vorliegenden Ergebnisse und die daraus schlu├čfolgernden Erkenntnisse in Einstimmung mit dem gestellten Forschungsziel liegen. Die dabei vorgenommenen um-fangreichen praktischen Untersuchungen, wurden entsprechend dem aufgestellten Zeitplan durchgef├╝hrt. Auf der Grundlage einer regelm├Ą├čigen Kostenkalkulation wurde gew├Ąhrleistet, da├č die bis dato angefallenen Kosten aus den zur Verf├╝gung stehenden F├Ârdergelder gedeckt wurden. ├ľffentlichkeitsarbeit und Pr├Ąsentation Maschinenmarkt Nr.18 ; April/ 1997 Fazit Eine Bewertung der Ergebnisse f├╝hrt zu dem Schlu├č, da├č die Verbrauchsschmierung eine wirksame Alternative zu den konventionellen K├╝hl-Schmier-Methoden darstellen kann. Dabei ist aber immer zu ber├╝cksichtigen, da├č die Anwendung der Verbrauchsschmierung auf jeden praktischen Einsatzfall individuell abgestimmt werden mu├č. Ihr umfassender Einsatz vor allem in der konventionellen Zerspantechnik der metallverarbeitenden Industrie wird sich u.a. nur dann durchsetzen, wenn die konventionellen K├╝hl-Schmier-Methoden (Vollstrahlk├╝hlung) mit der notwendigen Sensibilit├Ąt betrachtet werden. Aufgrund der vielseitigen Funktionalit├Ąt der Verbrauchs-schmierung ist ihr erfolgreicher Einsatz auch bei anderen zum Teil auch schwer zerspanbaren Fertigungsverfahren durchaus denkbar.

├ťbersicht

Telefon

0391/5592-3567

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Bundesland

Sachsen-Anhalt

F├Ârdersumme

99.224,88 ÔéČ

F├Ârderzeitraum

01.05.1995 - 30.04.1998