Projekt 35775/01

Ressourceneffiziente Zerspanung auf Langdrehmaschinen

Projekttr├Ąger

Maier Werkzeugmaschinen GmbH & Co. KG
Siemensstr. 10
78564 Wehingen
Telefon: 0746115026623

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Bislang beim Langdrehen unverzichtbare, mineral├Âlbasierte K├╝hlschmierstoffe sind sowohl im Rahmen ihres Einsatzes als auch bez├╝glich ihrer Entsorgung oder Wiederaufbereitung als problematisch f├╝r die Umwelt anzusehen. Die Datenbl├Ątter von Schneid├Âlprodukten einschl├Ągiger Hersteller weisen die Medien als schwach bis stark wassergef├Ąhrdend (WGK1-WGK3) ein, worauf von den Anwendern durch geeignete Schutzma├čnahmen zur Vermeidung der Einbringung in die ├Âffentliche Kanalisation sowie das Erdreich reagiert werden muss. Herstellung und Wiederaufbereitung sind energieintensiv, wobei letzteres aufgrund der Verschmutzung des Schneid├Âls wirtschaftlich oft nicht m├Âglich ist. Im Rahmen des Einsatzes der Medien werden gro├če Mengen mit den erzeugten Sp├Ąnen ausgeschleppt und beim Stahlrecycling verbrannt. Anhaftungen an Werkst├╝cken m├╝ssen in Reinigungsschritten entfernt werden, wobei Energie aufgewandt wird, und Schmutzwasser entsteht. Im Rahmen des Entwicklungsprojekts ┬äRessourceneffiziente Zerspanung auf Langdreh-maschinen┬ô wurde erstmalig analytisch und wissenschaftlich untersucht, den konventionellen und in den zerspanenden Regionen weit verbreiteten Langdrehprozess ressourceneffizient und CO2 neutral zu gestalten. Hebelpunkt ist dabei die im konventionellen Prozess eingesetzte prozessbedingte ┬ä├ťberflutungsk├╝hlung oder Vollstrahlk├╝hlung┬ô, welche bisher durch den Einsatz sehr gro├čer Mengen Mineral├Âls realisiert wird. Erstmalig soll nun die aus dem Fr├Ąsen bekannte Trockenbearbeitung sowie Minimalmengenschmierung (MMS) umgesetzt werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenFolgende Arbeitspunkte wurden f├╝r das Projekt festgelegt und durchgef├╝hrt: AP1) Recherche
AP2) Vorbereitung des maschinellen Umfelds
AP3) Voruntersuchungen
AP4) Entwicklung einer MMS-geeigneten Langdrehmaschine
AP5) Auslegung MMS-geeigneter Bearbeitungsprozesse
AP 6) Zusammenf├╝hrung von Maschine und Prozess sowie Testl├Ąufe AP 7) Abschlussbericht



Ergebnisse und Diskussion

Im Rahmen des Entwicklungsprojekts ┬äRessourceneffiziente Zerspanung auf Langdrehmaschinen┬ô wurde erstmalig analytisch und wissenschaftlich untersucht, den konventionellen und in den zerspanenden Regionen weit verbreiteten Langdrehprozess ressourceneffizient und CO2 neutral zu gestalten. Hebelpunkt ist dabei die im konventionellen Prozess eingesetzte prozessbedingte ┬ä├ťberflutungsk├╝hlung oder Vollstrahlk├╝hlung┬ô, welche bisher durch den Einsatz sehr gro├čer Mengen Mineral├Âls realisiert wird. Erstmalig soll nun die aus dem Fr├Ąsen bekannte Trockenbearbeitung sowie Minimalmengenschmierung (MMS) umgesetzt werden. Dazu war es notwendig, den Einfluss des bisherigen K├╝hlschmiermediums im Langdrehprozess, Mineral├Âl, umfassend zu verstehen und damit einen bestehenden Prozess zu analysieren. Beim Projektpartner Hazec wurde diesbez├╝glich eine Langdrehmaschine mit Sensorik ausger├╝stet, um insbesondere den Thermohaushalt der Maschine zu erfassen. Diese Realversuche wurden begleitet vom Projektpartner IfW, welcher die Realmaschine simulativ abbildete, um im Rahmen dieser Simulation eine zuk├╝nftige optimierte Konstruktion simulieren und optimieren zu k├Ânnen. Der daraus entstandene Ma├čnahmenkatalog erm├Âglichte nun den Aufbau einer optimierten Maschine. Innerhalb dieses Vorhabens wurde die optimierte Maschine in Form eines Maschinenbetts vom Projektpartner Maier aufgebaut. Auf der optimierten Maschine wurden grundlegende Zerspanversuche f├╝r zuk├╝nftige Prozesse unter Minimalmengenschmierung (MMS) bzw. Trockenbearbeitung durchgef├╝hrt. Insbesondere lag hier das Augenmerk auf der langdrehtypischen F├╝hrungsbuchse, welche durch geeignete Prozessparameter zur MMS Bearbeitung eingestellt werden kann. Die grundlegenden Zerspanversuche wurden seitens des IfW wissenschaftlich vertieft untersucht, um insbesondere auf Feldmaschinen zuk├╝nftig angepasste Werkzeuggeomet-rien verschiedenster Drehoperationen sowie Prozessparameter f├╝r robuste und qualitativ hochwertige Zerspanprozesse definieren zu k├Ânnen.


├ľffentlichkeitsarbeit und Pr├Ąsentation

Grundlegend konnten innerhalb dieses Forschungs- und Entwicklungsvorhabens die Potentiale der Trockenbearbeitung/ MMS nachgewiesen werden. S├Ąmtliche Ma├čnahmen sollten nun vollst├Ąndig an einer Maschine unter Ber├╝cksichtigung der definierten Prozesseinstellungen umgesetzt werden. Mithilfe dieser Maschine sollte dann eine gr├Â├čere Serie an Teilen produziert werden. Erst dann kann eine Feinjustierung der Prozessparameter und eine Bewertung der Maschine im Dauereinsatz erfolgen. Damit ist eine finale Bewertung der Energie- und Ressourceneffizienz und der CO2 Einsparung m├Âglich.


Fazit

Abschlie├čend l├Ąsst sich feststellen, dass im Rahmen dieses Entwicklungsvorhabens die technologischen, konstruktiven und prozessbedingten Ma├čnahmen zur Umstellung konventioneller Langdrehautomaten (unter Vollstrahlk├╝hlung) auf MMS (Minimalmengenschmierung) erstmalig systematisch und wissenschaftlich untersucht wurden. Generell zeigt dieses Projekt sehr deutlich die Herausforderungen und die weiterhin zu beforschenden Aufgaben zur vollst├Ąndigen Trockenlegung von Langdrehmaschinen. Bisherige konventionelle mit ├ľl geschmierte und gek├╝hlte Langdrehautomaten wurden historisch bedingt genau in diese Richtung konstruktiv optimiert und k├Ânnen entsprechend nicht ohne weiteres zur Trockenbearbeitung (MMS) eingesetzt werden. Dazu wurde der bisherige konventionelle Prozess beim Projektpartner Hazec mithilfe entsprechender Sensorik analysiert und die Einfl├╝sse bei einer etwaigen Trockenbearbeitung (MMS) abgeleitet. Bereits bei diesen Untersuchungen wurde ein deutlicher Einfluss des K├╝hlschmiermediums auf den Thermohaushalt der Maschine erkannt. Erw├Ąrmt sich das K├╝hlschmiermedium, was in einer Serienproduktion insbesondere bei Hochdruckk├╝hlung gezwungenerma├čen der Fall ist, erw├Ąrmt sich die gesamte Maschine. Diese Temperaturf├╝hrung durch das K├╝hlschmiermedium entf├Ąllt komplett bei der Trockenbearbeitung. Die simulativen Untersuchungen des Projektpartners IFW zeigen als positiven Effekte ein vernachl├Ąssigbares Verformungsverhalten des Maschinenbetts aufgrund der zus├Ątzlichen thermischen Belastung der Trockenbearbeitung. Hier zeigt sich bereits die konventionelle Maschine als eher ┬ägutm├╝tig┬ô. Auch Messungen an der Realmaschine unterst├╝tzten die Ergebnisse der Simulation. Die eigentlichen Herausforderungen liegen vielmehr innerhalb der bekannten W├Ąrmequellen des Zerspanprozesses. Beispielsweise tragen die Sp├Ąne 75% der Prozessw├Ąrme. Bisher wurden diese Sp├Ąne mithilfe des K├╝hlschmiermediums z├╝gig in den Sp├Ąnef├Ârderer gesp├╝lt und aus der Maschine abtransportiert. Die Sp├╝lung f├Ąllt bei der Trockenbearbeitung komplett weg. Entsprechend muss der Arbeitsraum so gestaltet werden, dass die Sp├Ąne frei in den Sp├Ąnef├Ârderer fallen k├Ânnen. Dies wurde bei der Neukonstruktion des Maschinenbetts der Firma Maier so auch ber├╝cksichtigt und damit eine deutliche Verbesserung erreicht. Dar├╝ber hinaus wurden insbesondere thermischen Verformungen konstruktiv im neuen Maschinenbett entgegengewirkt. In der alleinigen Betrachtung (ohne Maschine und Sp├Ąnehandhabung) des Zerspanprozesses der Langdreher ist eine Umstellung auf MMS unter Einschr├Ąnkungen m├Âglich. F├╝r ein passendes Spanbild (keine Wirrsp├Ąne) m├╝ssen Schnittgeschwindigkeiten, Vorsch├╝be und Schneidengeometrie angepasst werden. Auf Basis der Versuchsergebnisse und mithilfe angepasster Werkzeuge und optimal eingestellter MMS.

├ťbersicht

F├Ârdersumme

392.092,00 ÔéČ

F├Ârderzeitraum

21.09.2020 - 31.05.2023

Bundesland

Baden-W├╝rttemberg

Schlagw├Ârter