BY GÜHRING Minimalmengenschmierung-Grundlagen

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1 BY GÜHRING Minimalmengenschmierung-Grundlagen GÜHRING - WELTWEIT IHR PARTNER

2 Mit der Entwicklung des ersten MMS- Übergabesystems war Gühring Vorreiter bei der Einsparung von Kühlschmierstoffen in der Metallzerspanung. Unser Programm zur MMS-Bearbeitung umfasst neben MMS-Spannfuttern für 1-Kanal- und 2-Kanal-Systeme ergänzende Futter und Zubehör. Daneben bieten wir MMS-fähige Werkzeuge und eigens entwickelte Prüfmethoden, mit denen die Funktionstüchtigkeit der Werkzeugschmierung überprüft, ausgewertet, optimiert und dokumentiert werden kann. In diesem Handbuch finden Sie detaillierte Informationen zur MMS-Technologie, ihrer technischen Umsetzung in verschiedenen Varianten, dazugehörigen MMS-gerechten Werkzeugen mit Zubehör, dem MMS Prüfstand sowie dem MQL-Check 3000.

3 INHALTSVERZEICHNIS Seite MMS - Technologie und Vorteile Werkzeuge für die MMS-Bearbeitung Systeme für die MMS-Bearbeitung MMS by Gühring MQL-Check 3000 MMS-Prüfstand

4 MMS - TECHNOLOGIE UND VORTEILE Grundlagen Die Minimalmengenschmierung (MMS) arbeitet mit einem Luft-Schmierstoff-Gemisch (Aerosol), das nur einen sehr geringen Anteil Kühlschmierstoff (KSS) enthält. Dabei werden kleinste Tröpfchen Schmierstoff direkt auf die Schneidkante aufgebracht. Durch den gezielten Einsatz entsteht ein optimaler Schmierfilm zwischen Werkzeug, Werkstück und Span, der Reibungswärme bereits vor ihrer Entstehung minimiert beziehungsweise über den Span abführt. Bei optimaler Einstellung ist MMS eine Verlust- oder Verbrauchsschmierung. Das heißt, dass nahezu 100 Prozent des Aerosols an der Wirkstelle verdampft. Innere und äußere Zuführung Es gibt zwei Möglichkeiten, das Schmiermittel der Wirkstelle zuzuführen. Bei der äußeren Zuführung wird das Kühlschmiermittel durch eine externe Düse an die Werkzeugspitze transportiert. Bei der inneren Zuführung wird das Kühlschmiermittel mittels Kühlkanälen durch die Arbeitsspindel, das Spannfutter und das Werkzeug transportiert und gewährleistet so eine optimale Benetzung an der Wirkstelle. Bei der inneren Zufuhr ist es besonders wichtig, dass das Aerosol versackungsfrei durch die Maschinenspindel zum Austritt an der Werkzeugspitze gelangt. Dazu müssen vom MMS-System über die Spannmittel bis zur Werkzeuggeometrie alle Komponenten optimal ausgerichtet werden. 1-und 2-Kanal-System Die MMS-Systeme können in 1- und 2-Kanal-Systeme unterteilt werden. Beim 1-Kanal-System wird das Aerosol außerhalb der Spindel gemischt und über eine externe Versorgungsleitung zur Werkzeugspitze befördert. Das 2-Kanal-System mischt das Aerosol direkt am Werkzeughalter, nachdem Schmierstoff und Luft getrennt über zwei Kanäle durch die Werkzeugspindel bis zum Werkzeughalter geführt wurden. Nassbearbeitung Minimalmengenschmierung 4 MMS

5 MMS - TECHNOLOGIE UND VORTEILE Ziele der MMS-Bearbeitung Reduzierung der Temperaturbelastung an der Werkzeugspitze Verringerung des Werkzeugverschleißes Effektive Spanabfuhr aus tiefen Bohrungen Reduzierung des Kühlschmiermittelbedarfs (KSS Bedarf MMS 0,025 l/h) Hohe Kühlschmierwirkung besonders bei tiefen Bohrungen Senkung der Reinigungskosten der Bauteile Senkung der Kosten für die Kühlschmiermittelentsorgung Reduzierung der Kosten für die Entsorgung mit Kühlschmiermittel belasteter Späne Umwelt- und Gesundheitsschutz durch weniger Emissionen Reduzierung des Kühlschmiermittelbedarfs Die Kosten rund um die Kühlschmierung machen neben den Maschinen- und Werkzeugkosten einen beträchtlichen Teil der Kosten des Zerspanungsprozesses aus. Die Senkung des Kühlschmiermittelbedarfs bietet daher vielfältige Einsparpotenziale. Bei der Minimalmengenschmierung werden im Vergleich zur Nassbearbeitung nur geringe Mengen an KSS verwendet. Nur die Menge Öl, die wirklich gebraucht wird, wird eingesetzt und direkt an den Wirkungsbereich am Werkstück aufgesprüht. Statt bis zu 1000 Litern kommt die Minimalmengenschmierung mit einem Schnapsglas (0,025 l) Schmierstoff in der Stunde aus. Die Einsparung von Kühlschmiermittel bringt nicht nur Kostenvorteile, sondern unterstützt auch den Umwelt- und Gesundheitsschutz, da bei der MMS-Fertigung weniger Emissionen freigesetzt werden. Fertigungskosten (konventionelle Kühlschmierung) Fertigungskosten (MMS-Bearbeitung) Kostenanteil konventionelle Kühlschmierung Kostenanteil Werkzeuge Sonstige Kosten (Maschinen, Personal etc.) BY GÜHRING Einsparpotenzial MMS-Bearbeitung Kostenanteil MMS-Kühlschmierung Kostenanteil Werkzeuge Sonstige Kosten (Maschinen, Personal etc.) MMS 5

6 WERKZEUGE FÜR DIE MMS-BEARBEITUNG Bestform für MMS Da bei der Trocken- und MMS-Bearbeitung die entstehende Zerspanungswärme nicht wie bei der konventionellen Nassbearbeitung durch das Kühlschmiermittel abgeführt werden kann, müssen entsprechend optimierte Werkzeuge so gestaltet sein, dass: beim Zerspanungsprozess weniger Wärme entsteht (z.b. durch scharfe Schneiden mit positivem Spanwinkel bei gleichzeitig gesteigerten Schnittparametern), die Reibung minimiert wird (z.b. durch geringere Breite der Führungsfasen im Vergleich zum Nass-Werkzeug und eine größere Verjüngung des Werkzeugs), Ein professioneller Ansatz bei der Gestaltung MMS-gerechter Werkzeuge erlaubt heute eine deutliche Leistungssteigerung bei gleichzeitiger Wahrung der Prozesssicherheit. Die für die Leistungsfähigkeit und Prozesssicherheit relevanten Eigenschaften eines Bohrwerkzeugs werden dabei von der Schneide über die Spannuten bis zum Schaftende den besonderen Anforderungen der MMS-Technologie angepasst. Dazu gehört neben der Auswahl des Hartmetalls auch die spezielle Werkzeuggeometrie, die Beschichtung des Werkzeugs und die Gestaltung des Schaftendes bei MMS- Bohrern. der Wärmeübergang zwischen Span und Werkzeug reduziert wird (z.b. durch thermisch isolierende Hartstoffschichten und polierte Werkzeugoberflächen zur Reduzierung der Reibung zwischen Span und Spanfläche), der Wärmeübergang zwischen Span und Werkstück vermindert wird (z.b. durch rasche Spanabfuhr aus der Bohrung bzw. von der Werkstückoberfläche weg). Standard Nass-Werkzeug MMS-Schaftausführung HA/HE optimale Beschichtung optimierte Oberflächenrauhheit MMS-Werkzeug angepasste Verjüngung MMS- Spitzengeometrie 6 MMS

7 WERKZEUGE FÜR DIE MMS-BEARBEITUNG Die MMS-gerechte Kühlmittelzufuhr Da bei der Minimalmengenschmierung mit extrem geringen Kühlschmierstoffmengen gearbeitet wird, ist die Zufuhr dieser geringen Mengen zur Wirkstelle von enormer Bedeutung. Dabei kommt vor allem der geometrischen Gestaltung des Schaftendes zur sicheren Schmiermittelübergabe eine zentrale Bedeutung zu. Strömungsprofil mit geringer Wirbelbildung Um die Leistungsfähigkeit und Prozesssicherheit gewährleisten zu können, müssen folgende Grundanforderungen konstruktiv umgesetzt werden: Vermeidung von Toträumen, die zu einer eventuellen Versackung führen können Gestaltung einer dichten Übergabefläche zwischen Schaftende und Übergabeschraube, um ein Entweichen des Kühlschmiermittels in den Spannbereich des Futters oder in die HSK-Innenräume zu vermeiden (Vermeidung von Spananklebungen, die beim nachfolgenden Werkzeugwechsel zu Rundlauffehlern führen) Einfache Handhabung Preisgünstige Herstellung Strömungsverhältnisse im Kühlkanal-Verbindungsschlitz an der Stelle des kegeligen Übergangs Um den Forderungen nach Leistungsfähigkeit und Prozesssicherheit bei der MMS-Bohrungsbearbeitung Rechnung zu tragen, hat Gühring die Gestaltung des Schaftendes und somit der Kühlmittelübergabe ins Werkzeug detailliert untersucht. MMS-optimierter Spantransport Die MMS-gerechte Spannut Die Spannut hat im Bereich direkt hinter der Schneide die Aufgabe, den Span so einzuformen, dass er möglichst klein gebrochen wird. Im hinteren Bereich kommt ihr die Aufgabe zu, den Span schnellstmöglich abzutransportieren. Diese Aufgaben sind bei Nassbearbeitung, MMS und Trockenbearbeitung gleich. Bei der MMS kommt es allerdings ganz besonders darauf an, dem Span im hinteren Bereich einen minimalen Reibungswiderstand entgegenzusetzen, um einen störungsfreien Abtransport zu gewährleisten. Hierzu trägt eine optimierte Nutform ebenso bei wie eine speziell geglättete Oberfläche dieser Nut. Die MMS-gerechte Beschichtung Die MMS-gerechte Hartstoffschicht erleichter die Spanabfuhr und gewährleistet eine erhöhte Prozesssicherheit. Diese Beschichtung findet vor allem in der Stahl- und Gussbearbeitung Anwendung. MMS 7

8 WERKZEUGE FÜR DIE MMS-BEARBEITUNG Pilotbohrer Spiralisierter Tieflochbohrer Kühlkanal-Gewindfräser Reibahle Führung & Grundsitz PKD-Befestigungsbohrung PKD-HVA-Bohrung Zylinderkopf (komplett mit MMS zerspanbar) 8 MMS

9 WERKZEUGE FÜR DIE MMS-BEARBEITUNG Reibahle Hauptölbohrung Reibahle für Steuerbohrung Nutenfräser für Hauptölbohrung Kühlkanal-Gewindebohrer Pumpengehäuse (komplett mit MMS zerspanbar) MMS 9

10 SYSTEME FÜR DIE MMS-BEARBEITUNG Die Bereitstellung des MMS-Mediums über das Werkzeug ermöglicht eine präzise Zufuhr des Aerosols direkt an die Wirkstelle. Unabhängig von der Zugänglichkeit der Bearbeitungsstelle wird so die optimale Zufuhr des Kühlschmierstoffs sichergestellt. Dadurch lassen sich große Bohrungstiefen und hohe Schnittgeschwindigkeiten realisieren. MMS-Systeme mit innerer Schmierstoff-Zufuhr werden in 1-Kanal und 2-Kanal-Systeme unterschieden. 1-Kanal-System Beim 1-Kanal-System wird das Aerosol in einer externen MMS-Einheit gemischt. Das Luft-Öl-Gemisch wird über die Aerosolleitung, die Drehdurchführung und die Spindel direkt zum Werkzeug geleitet. Nur eine Versorgungsleitung ist erforderlich. Drehdurchführung Spindel Werkzeug Luft-/Öl-Gemisch MMS-Gerät 2-Kanal-System Im 2-Kanal-System werden Schmierstoff und Luft getrennt über zwei Kanäle durch die Werkzeugspindel bis zum Werkzeughalter geführt und erst dort gemischt. Eine in der Spindel montierte Lanze transportiert das Öl. Sie unterdrückt den Zentrifugaleffekt und damit Entmischungsvorgänge in der Spindel. Die Spindeldrehzahl kann daher im Vergleich zum 1-Kanal-System deutlich angehoben werden. Ein integriertes Schnellventilsystem steuert die optimale Dosierung der Ölmenge. Öl und Luft können bei diesem System in fast beliebigen Mengen gemischt werden. Der Weg von der Mischkammer zur Wirkstelle ist nur minimal, was eine sehr schnelle Reaktionszeit bewirkt und eine schnelle Änderung der Ölmenge zulässt. Drehdurchführung Spindel Werkzeug Luft Öl Öl-Lanze Luft-/Öl-Gemisch MMS-Gerät 10 MMS

11 SYSTEME FÜR DIE MMS-BEARBEITUNG 1-Kanal-System Kugelhahn Drehdurchführung Spindel Werkzeug Werkzeughalter Aerosol Kompaktaggregat Nachfüllaggregat Grafik: Bielomatik 2-Kanal-System Entlüftungsventil Drehdurchführung Spindel Werkzeug Luft Öl Lanze Werkzeughalter Steuerung EA oder Profibus Pneumatik- Versorgung Hydraulik- Versorgung Übergabe Rohr Schnittstelle Werkzeug/Werkzeughalter Grafik: Bielomatik MMS 11

12 MMS BY GÜHRING Durch seine Grundlagenforschung für die MMS-Bearbeitung schuf Gühring die Voraussetzung für eine praxisnahe MMS-Technologie. Vom Spannsatz bis zur Werkzeugschneide wurden alle Komponenten in die Entwicklung miteinbezogen. Das Gühring MMS-Programm umfasst: MMS-fähige Werkzeuge mit optimierten Eigenschaften für die Trockenbearbeitung Hydraulik-Dehnspannfutter, Schrumpffutter und Synchrofutter für 1-Kanal- und 2-Kanal-Systeme Längeneinstellschrauben und dazugehörige Dichtlippen Kühlmittelübergabe-Sätze und Montageadapter Das Messgerät MQL-Check 3000 zur quantitativen und zeitaufgelösten Prüfung des MMS-Aerosol-Förderverhaltens Den MMS-Prüfstand zur Prüfung, Auswertung und Optimierung der Funktionstüchtigkeit der Werkzeugschmierung 1 BY GÜHRING 2 BY GÜHRING Unsere Produkte für die MMS 1-Kanal-Technik sind mit diesem Symbol gekennzeichnet. Optisches Merkmal für das 1-Kanal-System ist die goldfarbene MMS-Längeneinstellschraube. Unsere Produkte für die MMS 2-Kanal-Technik sind mit diesem Symbol gekennzeichnet. Optisches Merkmal für das 2-Kanal-System ist die schwarze MMS-Längeneinstellschraube. 12 MMS

13 MMS BY GÜHRING MMS SYSTEM FINDER HSK-A für automatischen Werkzeugwechsel HSK-A für manuellen Werkzeugwechsel BY GÜHRING Hydrodehnspannfutter Schrumpffutter Synchrofutter BY GÜHRING 2 Hydrodehnspannfutter Schrumpffutter Synchrofutter automatische Werkzeugspannung manuelle Werkzeugspannung MMS-Schrumpffutter HSK-A Art.-Nr MMS-Schrumpffutter HSK-A Art.-Nr MMS-Kühlmitteleinheit HSK-A Art.-Nr MMS-Füllstück HSK-A Art.-Nr MMS-Einstellschraube mit Dichtlippe für HSK-A Art.-Nr MMS-gerechtes Schaftende MMS-Einstellschraube mit Dichtlippe für HSK-A Art.-Nr MMS-gerechtes Schaftende MMS 13

14 MQL-CHECK 3000 Messung direkt an der Werkzeugspitze Gerade bei der Minimalmengenschmierung kommt es auf die optimale Zufuhr der sehr geringen Schmierstoffmengen an der Werkzeugschneide an. Eine mangelhafte Zufuhr beziehungsweise zu lange Ansprechzeiten können fatale Folgen wie vorzeitiger Verschleiß, verschlechterte Bearbeitungsqualität oder sogar Werkzeugbruch haben. Eine zu große Menge an KSS führt hingegen zu erhöhten Kosten durch unnötigen Schmierstoffverbrauch und zusätzlichen Reinigungsaufwand für Bauteile beziehungsweise Maschinen. Mit dem MQL-Check 3000 stellt Gühring ein einfach zu bedienendes Messgerät für die schnelle Prüfung der Schmierstoffmenge direkt an der Werkzeugspitze zur Verfügung. Funktion & Anwendung Der MQL-Check 3000 wird in der Maschine montiert, dann wird die Werkzeugspitze in die Messöffnung der Messeinheit verfahren und die Schmierstoffzufuhr eingeschaltet. Die ermittelten Daten sendet die Messeinheit des MQL-Check 3000 per Funk an das zugehörige Anzeigegerät, an dem die ermittelten Werte in ml/h angezeigt werden. Eine Datenschnittstelle am Anzeigegerät ermöglicht darüber hinaus optional die Übertragung der Daten auf einen PC, mit dem weitere Auswertungen und vor allem die Dokumentation der Messungen möglich sind. Vorteile des MQL Check 3000 einfache, direkte, schnelle Messung der Schmierstoffmenge an der Werkzeugspitze die Ermittlung der tatsächlichen Ansprechzeit also der Zeit vom Start des Systems bis zum Austritt des Schmierstoffs an der Werkzeugspitze die Reproduzierbarkeit und jederzeit vergleichbare Messdaten ein werkstattgerechtes System, das kabellos arbeitet sowohl bei der Stromversorgung als auch bei der Datenübertragung vergleichende Messungen zur Funktion von MMS-Gerät, Maschine, Spindel, Werkzeugaufnahme und Werkzeug Technische Daten Prüfbereich Durchmesserbereich Werkzeug Messlage Stromversorgung 5 bis 60 ml/h 3 bis 20 mm MQL-Check 3000 besteht aus: 0 bis 90 (vertikale und horizontale Bearbeitung) Batterie Messeinheit inkl. Sender und Magnetfuß für die Montage bei horizontaler Bearbeitung Anzeigegerät mit Empfänger Messfilter für Prüfbereiche bis 30 ml/h Datenschnittstelle und PC-Software sind optional möglich. 14 MMS

15 MMS-PRÜFSTAND Für die perfekte Funktionsweise seiner MMS-Werkzeuge hat Gühring einen eigenen MMS-Prüfstand entwickelt. Dabei wird überprüft: Ansprechzeit bis zum ersten Aerosol-Austritt Zeit bis zum konstanten Aerosol-Fluss ob MMS-Prozess mit konstanter Öl-Menge läuft Der MMS Prüfstand bietet die Möglichkeit sowohl Werkzeuge für 1-Kanal MMS-Systeme als auch 2-Kanal-MMS Systeme zu prüfen. Variationsmöglichkeiten in Bezug auf Drehzahl, MMS Menge, und Luftdruck sind möglich. Damit kann überprüft werden, ob das Schmiermedium an allen Kühlkanälen gleichmäßig austritt und eine ausreichende Schmierung der Schneiden gewährleistet ist. Andersfalls können die Kühlkanäle dementsprechend modifiziert werden. Dank des freizugänglichen Werkzeugspanners dauert ein Umrüsten der MMS Systeme nur wenige Minuten. Eine eingebaute Motorspindel mit automatischer Werkzeugspannung ermöglicht reelle Prüfbedingungen. Der MMS-Prüfstand kann mit einer Arbeitsdrehzahl von bis zu min -1 gefahren werden. Mit Hilfe der Aufzeichnungen des Prüfstands kann die Funktionstüchtigkeit der Werkzeugschmierung für den Kunden optimiert und dokumentiert werden. Die Anwendung des MMS-Prüfstandes von Gühring steigert die Prozesssicherheit und optimiert damit die Effektivität der Fertigung. MMS 15

16 BY GÜHRING Gühring KG Herderstraße Albstadt Tel.: Fax: /1384-IX-15 Printed in Germany 2013