DE930790C

DE930790C - Verfahren zum Kuehlen und Schmieren der Schneidkante eines metallbearbeitenden Werkzeuges

Info

Publication number: DE930790C
Application number: DEG8365A
Authority: DE
Inventors: Reginald James; Seymour Pigott
Original assignee: Gulf Research and Development Co
Current assignee: Gulf Research and Development Co
Priority date: 1951-05-29
Filing date: 1952-03-09
Publication date: 1955-07-25
Also published as: LU31452A1; NL85277C; NL169522B; CH303358A; GB726183A; FR1052110A; US2653517A; BE509890A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen und Schmieren der Schneidkante eines metallbearbeitenden Werkzeuges, bei dem die Kühlflüssigkeit in einem Strahl in den Raum zwischen der Freifläche des Werkzeuges und dem Werkstück an die Schneide gespritzt wird.

Bei der spanabhebenden Bearbeitung unter Verwendung von Schneidflüssigkeiten in der bisher bekannten Weise entsteht vielfach eine sogenannte »Aufbauschneide«, d. h. ein Anhäufen feiner beim Bearbeiten des Werkstückes abgetrennter Teilchen, die sich auf der Oberseite der Schneidkante verschweißen und eine gehärtete, rauhe Oberfläche bilden, die vermutlich eine der Hauptursachen der großen Abweichungen in der Lebensdauer von Werkzeugen unter gegebenen Bedingungen darstellt. Beim Trockenbohren kann infolge der Aufbauschneide ein Mangel an Gleichförmigkeit erwartet werden, und die Werkzeuge werden ganz verschiedene Arten von Kantenfehlern, »Kraterbildung«, zeigen, d. h. die Kante bricht aus oder es bildet sich ein Krater in der Oberfläche des Werkzeuges durch das Abschaben des Spanes, der ohne Schmierung an der Oberfläche reibt. Die Verwendung von Schneidöl läßt eine Verbesserung dieser Erscheinungen erwarten, aber wenn es, wie gewöhnlich, als dicker Strahl mit geringer Geschwindigkeit angewandt wird, sind die Verschiedenheiten gleich große, und die Lebensdauer des Werkzeuges wird nicht ausreichend verlängert.

Es hat sich nun gezeigt, daß die vorzeitige Abnutzung des Werkzeuges zum großen Teil eine Folge davon ist, daß das Schneidöl die Schneidkante des Werkzeuges nicht in ausreichendem Maße erreicht, um sie zu kühlen und zu schmieren. Das Schneidöl fließt gewöhnlich nach unten über das Werkzeug, und zwar entweder durch seine Schwerkraft oder unter geringem Druck in einem dicken und ausgiebigen Strahl, aber der gebildete ίο Span liegt über der Schneidkante und schirmt diese ab, so daß nur eine unzureichende Ölmenge, wenn überhaupt, ihren Weg um den Span herum zur Schneidkante des Werkzeuges finden kann. Eine wirksame Anwendung des Schneidöles wird ferner durch die Bewegung der Schnittfläche verhindert, die sich fortlaufend von dem Schnittpunkt entfernt und dadurch das öl aus der Gegend der Werkzeugkante fortzieht. Bei dem üblichen von oben her kommenden Strom erreicht also nur ein kleiner ao Teil oder gar kein Schneidöl unmittelbar die Sdhneddikainifce, umid diese wird allein durch die Wärmeleitung über den Span und den Schaft des Werkzeuges gekühlt. Das Fehlen des Öles an der Schneidkante zeigt sich darin, daß die Schnittfläche, die die Werkzeugkante verläßt, blank und trocken ist.

Es wurde bereits vorgeschlagen, das Schneidöl dicht an die Kante des Werkzeuges zu bringen, indem man den ölstrahl nach oben in den keilförmigen Spalt zwischen Werkzeug und Werkstück richtete, jedoch mit wenig besserem Ergebnis. Die bisher unerkannte Schwierigkeit lag darin, daß bei dem verwandten niedrigen Ausströmdruck die geringe Geschwindigkeit des Strahles nicht ausreicht, um den Zug, der durch das sich dem Ölstrahl entgegen bewegende Werkstück ausgeübt wird, zu überwinden, und weiter, daß ein Strahl mit großem Durchmesser nicht in den Zwischenraum zwischen dem Werkstück und der schrägen Fläche des Werkstückes richtig und ohne seitlich auseinander zu spritzen, eindringen kann, so daß seine Kraft beim Eindringen in den Zwischenraum in weitem Maße gerade in der Gegend seiner größten Breite zerstreut wird und das öl nicht in den äußerst engen Raum eindringen kann, wo sich die Werkzeugflächen und das Werkstück einander bis zur Berührung nähern.

Gemäß der Erfindung strömt der Strahl aus einem Düsenmundstück mit einem Druck von mindestens 21 kg/cm² und mit einer Geschwindigkeit aus, die über vierzigmal größer als die Schnittgeschwindigkeit ist. Vorzugsweise strömt der Strahl der Kühlflüssigkeit mit einer Geschwindigkeit von mindestens 52 m/Sek. aus. Es wird dadurch erreicht, daß der Strahl an die Schneidkante des Werkzeuges gebracht wird, ohne daß er auf die Auflage des Werkzeuges trifft oder seine Kraft auf andere Weise verteilt wird, bevor er den äußerst schmalen: Spalt erreicht hat, wo .die Kraft seines Anpralls und des plötzlich rückwärts parallel zur Schneidkante gerichteten Stromes in statischen Druck unter der Werkzeugkante umgewandelt wird, mit dem Ergebnis, daß die Kante wirksam gekühlt und geschmiert wird. Natürlich reicht dieser statische Druck allein nicht aus, um. den Druck der Schneidkante gegen das Werkstück zu überwinden, der in der Größenordnung von 3500 kg/cm³ liegt; aber die dadurch erzielte wirksame Schmierung und Kühlung der Schneidkante kann durch eine Theorie erklärt werden, die später erläutert wird.

Die Zeichnungen zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Fig. ι ist ein schematischer Plan des Schmiersystems ; Fig. 2 ist eine Einzeldarstellung in vergrößertem

Maßstab und zeigt die Anwendung eines feinen Flüssigkeitsstrahles und die Bahn der Flüssigkeit; Fig. 3 ist eine Seitenansicht von Fig. 2 und zeigt

auch die Theorie der Wirkung der Erfindung;

Fig. 4 ist eine graphische Darstellung des statischen Druckes und eine entsprechende schematische Darstellung des Strahles bei der Beaufschlagung des Werkzeuges bei der gleichen gegenseitigen Lage von Werkzeug und Werkstück wie in Fig. 3;

F%. 5 ähoalt Fiig. 4, mit Ausnahme, daß sie die Verteilung des statischen Druckes bei Verwendung von zwei Strahlen darstellt;

Fig. 6 zeigt eine Anzahl geeigneter Anordnungen von Düsenöffnungen;

Fig. 7 ist eine graphische Gegenüberstellung des statischen Druckes bei der Verwendung von ein, zwei und drei Strahlen;

Fig. 8 ist eine Draufsicht auf einen Fräser, der von drei Strahlen gemäß der Erfindung beaufschlagt wird;

Fig. 9 ist eine Seitenansicht eines Fräsers, zum Teil im Schnitt, und zeigt die Spanbildung und die Beaufschlagung mit einem oder mehreren Strahlen;

Fig. 10 zeigt die Anwendung der Erfindung beim Hobelvorgang;

Fig. 11 und 12 zeigen die übliche Beaufschlagung des Werkzeuges mit starken, reichlichen Schneidflüssigkeitsstrahlen von oben sowie von oben -und unten, ·

Fig. ι zeigt die Elemente des Kühl- und Schmiersystems für einen Drehvorgang auf einer Drehbank. Eine Düse 10, die mit einer engen Öffnung zur Erzeugung eines Strahles für eine Werkzeugschneide von 12,5 mm Breite versehen ist, der nicht stärker als 0,5 mm ist, ist an dem Schlitten 9 einer Drehbank angebracht und so gerichtet, daß sie einen feinen Strahl von Schneidflüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit in den keilförmigen Raum zwischen der Freifläche 11 des Werkzeuges 8 und der Fliäcihe 12 dies Werkstückes 7 spritzt, dlas in ein Futter 6 eingespannt ist. Größere Werkzeugschneiden gestatten die Verwendung von Schneidflüssigkeitsstrahlen mit größerem Durchmesser, jedoch ist es in jedem Fall wesentlich, daß die Strahlen einen kleineren Durchmesser haben, als die Lücke zwischen der vorderen, unteren Kante des Werkzeuges und dem sich bewegenden Werkstück.

Die Schneidflüssigkeit wird der Düse unter einem Druck von 21 kg/cm² oder höher durch eine

motorbetriebene Pumpe 13 zugeführt, wobei die Flüssigkeit durch das Rohr 14 und das biegsame Rohr 15 zu der Düse 10 gepumpt wird. Ein Drucksteuerventil 16 in der Leitung zwischen der Pumpe und der Düse regelt den Druck durch öffnen einer Nebenleitung 17, durch die die überschüssige Flüssigkeit in den Sumpf 18 zurückfließt, in dem ein Vorrat von Schneidflüssigkeit aufrechterhalten wird. Die Pumpe saugt die Flüssigkeit aus dem Sumpf durch das Rohr 19 und den Filter 20, der dazu dient, Metallspäne und Schmutzteile zu entfernen, die, wenn sie durch die Leitung gehen, die enge Öffnung der Düse verstopfen könnten.

Der Raum zwischen der Freifläche 11 des Werkzeuges 8 und dem sich drehenden Werkstück ist keilförmig, wie in Fig. 2 gezeigt, und verjüngt sich in der Gegend der Schneidkante von z. B. 0,025 bis 0,05 mm bis zur Größenordnung von 0,000025 ^mm Breite. Der Widerstand des Einfließens in einen so engen Spalt, besonders wenn sich die Seite des Werkstückes mit 46 cm/Sek. oder mehr der Einiließrichtung entgegen bewegt, ist äußerst groß, und die bisher gelegentlich verwendeten Strahlen zum Bespülen des Werkzeuges von unten her haben bei weitem zu geringe Kraft, um die Kühlflüssigkeit an einen Punkt zu spritzen, der dicht genug an der Schneidkante liegt, um diese wirksam zu kühlen. Versuche, bei denen gewöhnliche dicke Strahlen mit niedrigen Geschwindigkeiten von 90 bis 150 cm/Sek. bei Drücken bis zu 3,5 kg/cm² verwandt wurden, zeigten keinen wesentlichen Vorteil. Sie zeigten, daß bei Geschwindigkeiten von 90 bis 150 cm/Sek. die Kraft zu gering ist, um in die Gegend nahe der Schneidkante vorzudringen und ferner, daß die Strahlen, wenn sie stärker sind als der Spalt zwischen der Freifläche des Werkzeuges und dem Werkstück — in Höhe der Unterseite des Werkzeuges gemessen —· am Boden des Werkzeuges seitlich auseinanderspritzen und nach beiden Seiten gehen und auf den Teil des Hauptstromes gegenüber dem Spalt störend einwirken und dadurch die bereits unzureichende Kraft weiterhin verteilen.

Es wurden Versuche unter gleichmäßigen Bedingungen durchgeführt, und zwar bei Schnittgeschwindigkeiten von 33,5 m/Min., Vorschub 0,28 mm/Umdr., Spantiefe von 3,81 mm und Ölstromtemperaturen von 38⁰ C. Dabei wurden folgende Ergebnisse erzielt:

Bei dem üblichen von oben her kommenden mit 90 bis 150 cm/Sek. fließenden Strom 20 (Fig. 12) und einem Umlauf von 10,22 l/Min, wurde die Schneidkante um 17⁰ C gekühlt, wogegen bei einem dünnen Strahl mit hoher Geschwindigkeit von 86 m/Sek. und einem Umlauf von nur 0,57 l/Min, das Werkstück 42⁰ C gekühlt wurde, d. h. es wurde fünfundvierzigmal soviel Wärme pro Liter der umlaufenden Flüssigkeit abgeführt. Der Unterschied zwischen diesen Zahlen und der Vorteil der Geschwindigkeit kann allein zwei Faktoren zugerechnet werden:

i. Die Kühlung mit dem gewöhnlichen, von oben kommenden Strahl trifft auf den Span 5 und den Schaft der Werkzeugschneide, und es muß die Wärme der Schneidkante durch den Span und den Schaft entlang übertragen werden.

2. Der von oben zugeführte Ölstrom hat einen großen Durchmesser (12 mm oder mehr) und spritzt in einem verhältnismäßig dicken Strahl über den Span und den Schaft des Werkzeuges. Da der Koeffizient der Wärmeleitfähigkeit bei Öl äußerst niedrig ist, absorbiert der Teil des Strahles, der weiter als 0,25 bis 0,5 mm von der zu kühlenden Fläche entfernt ist, keine Wärme, und daher ist die Masse des Stromes für das Kühlen unwirksam. Andererseits überschreitet bei einem Strahl mit hoher Geschwindigkeit, wie er gemäß der Erfindung verwendet wird, der Gesamtdurchmesser des Strahles nicht 50 bis 75 °/o des Spaltes zwischen der Freifläche des Werkzeuges und dem sich bewegenden Werkstück — in Höhe der Werkzeugunterseite gemessen —, und beim Eindringe» in die enge Öffnung zwischen der Anlage des Werkzeuges und der Oberfläche des Werkstückes sprüht die Flüssigkeit unmittelbar in einer dünnen Schicht aus, die feiner ist als der ursprüngliche Strahl. Demzufolge ist die ganze Masse dieser dünnen Schicht für die Kühlung wirksam. Eine doppelte Kühlung wird mit V20 des Ölumlaufs erzielt. Die hohe Geschwindigkeit des Stromes über die Oberfläche der Werkzeugschneide vergrößert auch die Wärmeübertragung um das vier- oder fünffache des üblichen Stromes mit geringer Geschwindigkeit.

Der so dicht an die Schneidkante des Werkzeuges auftreffende Strahl von hoher Geschwindigkeit erzeugt einen statischen Druck, wie in den graphischen Darstellungen in Fig. 4, 5 und 7 gezeigt. In Fig. 4, 5 und 7 sind auf der Ordinate die statischen Drücke unter der Schnittkante aufgetragen, und der Betrag b in Fig. 4 und 5 ist die Schnittiefe. Die Geschwindigkeit des Strahles erzeugt den Aufpralldruck unter der Werkzeugkante entgegen der Strahlrichtung abzüglich des Reibungsverlustes beim Durchgang durch den keilförmigen Raum. Bei ihrem weiteren Eindringen wird die Flüssigkeit rechtwinklig umgelenkt, uod bei ihrem anschließenden seitlichen Weiterfließen gleicht der Druck dem Reibungsverlust und bewirkt ein Abfließen parallel zur Kante des Werkzeuges. Es ist klar, daß der statische Druck in dem Raum zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück, der durch das Anhalten und Umwenden des Strahles hervorgerufen wird, das Öl nicht über die Kante des Werkzeuges hinausdrücken kann, wo sie mit dem Werkstück in wirksamem Eingriff steht. Er könnte in keinem Fall den den Strahl erzeugenden Anfangsdruck (21 kg/cm² und mehr) übersteigen, und gewöhnlich ist er viel kleiner, während der Druck zwischen der Werkzeugkante und dem Werkstück in der Größenordnung von 3500 kg/cm² liegt. Daher muß man eine andere Erscheinung betrachten, um das erzielte Ergebnis zu erklären.

Die Temperatur der Schneidkante des Werkzeuges beträgt etwa über 500⁰C, während der Siedepunkt des verwendeten Öles 260⁰ C kaum überschreitet. Es ist daher klar, daß dicht an der

Schneidkante, wo die Temperaturen mehr als 260⁰ C betragen, das öl siedet, wie bei 4 in Fig. 2 und 3 angedeutet, und dort verdampft. Die Unebenheit der Schnittfläche beträgt, wie man gemessen hat, bis 1,5 Mikron, während die mikroskopische Ungleichmäßigkeit der Kante des Schneidwerkzeuges 0,25 bis 0,5 Mikron beträgt. Daher berührt die Werkzeugkante das Werkstück nicht in einer fortlaufenden Linie, sondern es bestehen zwischen beiden mikroskopisdhe Lücken· von 0,5 bis 2 Mikron. Der Druck in dem Kanal infolge der hctem GesAwiödliigkeit des Strahles (ungefähr 70 bis 80 m/Sek.) könnte Öl mit Viskositäten von 100 ibtiis 200 SUS. (Saybolt Univensiail Second's) nicht durch diese mikroskopischen Kanäle als flüssiges Öl fließen lassen. Dampf dagegen kann und wird wahrscheinlich durch den bei einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 80 m/Sek. erzeugten Druck über die Kante des Werkzeuges gedrückt, wie durch die in Fig. 4, 5 und 7 dargestellten Versuche gezeigt. Nachdem der öldampf um die Kante des Werkzeuges herum gegangen ist (Punkt a in Fig. 4, die den Verlauf des statischen Druckes unter der Schnittkante zeigt), kondensiert er wieder zu flüssigem öl, da das Werkstück und der Span eine unter der Siedetemperatur des Öles liegende Temperatur hat. Als Folge davon wird die Schneidkante des Werkzeuges fortlaufend und ausreichend geschmiert und gekühlt, und zwar nicht nur durch die Wärmeabsorption des flüssigen Öles, sondern auch durch die aufgebrachte latente Verdampfungswärme bei der Umwandlung des siedenden flüssigen Öles in Dampf.

Um das Vorhandensein des durch die ausgespritzte Flüssigkeit erzeugten statischen Druckes unter der Werkzeugkante zu zeigen und den parallel zur Schneidkante vorhandenen statischen Druckaufzuzeichnen, wurden in verschiedenem Abstand von der Schneidspitze des Werkzeuges Bohrungen für Druckanzapfungen vorgesehen, wie in Fig. 7 durch die vier numerierten Stellungen längs der durch eine gestrichelte Linie c angedeuteten Spanlänge angegeben. Diese Anzapf ungsbohrungen hatten einen Durchmesser von ungefähr 0,25 mm und lagen in einem Abstand von 1 mm voneinander. In dieser Figur sind drei Kurven dargestellt, von dtenee, isiidh diiiei mit ο bezeichnete auf eine Ausführung· miiit eimer Düse von 0,014" Durclhimesser, die mit + bezeichnete auf eine solche mit zwei Düsen von je 0,018" Durchmesser und die mit X gekennzeichnete auf eine solche mit drei Strahlen bezieht. Bei der ersten Ausführung wurde eine Düse mit abgerundeten, bei den anderen mit scharfen Kanten verwendet. Bei allen Ausführungen betragen die Strahlgeschwindigkeiten sämtlich 79 m/Sek., die bei einem Druck von 28 kg/cm² durch scharfkantige oder kurz abgerundete Düsen erzeugt wurden. Der statische Druck unter der Werkzeugkante wird durch die Verzögerung der Strahlgeschwindigkeit erzeugt, wenn dieser gegen den oberen Teil des keilförmigen Kanals zwischen Werkzeug und Werkstück schlägt und rechtwinklig abgelenkt wird. Es sei daran erinnert, daß, wenn der einzelne Strahl genau in der Mitte der Schneidfläche liegt, der statische Druck zu beiden Seiten des Strahles genau symmetrisch ist, jedoch liegt bei der tatsächlichen Ausführung der Strahl in der Nähe der Schneidspitze des Werkzeuges und fließt um eine Ecke. Dadurch steigt der statische Druck an dieser Seite des Strahles, wie im Diagramm zu sehen. Wie aus Fig. 7 ersichtlich, steigerte sich bei zwei Strahlen nicht nur der Spitzendruck, sondern der statische Druck erhöhte sich auch über dem restlichen Teil der Spanbreite. Bei drei Strahlen hielt sich der statische Druck unterhalb der Kante auf einem positiven Wert bis zum Ende des Spanes oder der Schnittfläche. Bei dem angestellten Versuch war dais· Anzapfdodh. Nr. 4 acritertoailib der Schnittfläche uod galb dlafer die Ablesung Null.

Bei der praktischen Anwendung der Erfindung wurde bei den üblichen Schnittgeschwindigkeiten von 30 bis 120 m/Min, die volle Wirkung mit einer Strahlgeschwindigkeit von 73 bis 79 m/Sek. (25 bis 28 kg/cm²) erprobt. Gewisse Verschlechterungen machen sich unter diesen Bedingungen bemerkbar, wenn die Strahlgeschwindigkeit unter 68 m/Sek. (2i kg/cm²) fällt. Unter 56 m/Sek. (14 kg/cm²) fällt die Wirkung ab, und die Ergebnisse sind zwar besser als bei der üblichen niedrigen Fließgeschwindliigkeit, jedbdh nicht auf einer Höhe, wie sie bei Strahlgeschwindigkeiten über 68 m/Sek. gefunden wurden. Wenn hier auf einen Strahl mit hoher Geschwindigkeit Bezug genommen wird, so soll darunter eine Geschwindigkeit über 52 m/Sek. oder ■mehr ails die ibundertfadhe Geschwindigkeit dies Werkstückes verstanden werden, wenn mit Schnellstrahlschneiden gearbeitet wird, oder die vierzigfache Geschwindigkeit des Werkstückes, wenn mit Karbidschneiden gearbeitet wird. Die Menge der verwendeten Flüssigkeit liegt zwischen 0,38 und 0,57 l/Min., und der Durchmesser des Strahles ist nicht stärker als 0,5 mm für eine 12,5 mm breite Werkzeugschneide. Der Pumpendruck muß über 21 kg/cm² betragen und liegt vorzugsweise zwischen 25 und 28 kg/cm².

Fig. 11 und 12 zeigen die übliche Anwendung von Spülstrahlen 20 von Schneidflüssigkeit, die nach unten auf den Span 5 gerichtet sind sowie von unterhalb des Werkstückes nach oben und von oben nach unten. Wie durch Pfeile angedeutet, erreicht die Flüssigkeit die Schneidkante des Werkzeuges 8 nicht, und, wie Versuche mit dem gleichen Versuchsgerät ergeben haben, entsteht unter der Werkzeugkante kein statischer Druck.

Das Fertigerzeugnis, das bei dem gewöhnlichen von oben kommenden Strom mit niedriger Geschwindigkeit erhalten wird, hat 3,8 bis 5 Mikron Rauheit. Mit einem Strahl von hoher Geschwindigkeit ist die Rauheit 1 bis 1,5 Mikron. Diese Verbesserung des Erzeugnisses ist insofern wertvoll, weil es das Schlichten mit dem Schneidwerkzeug vor dem Endschliff überflüssig macht. Ferner wird die Änderung des Durchmessers der gedrehten Stange infolge Abnutzung der Werkzeugspitze sehr verringert. Der Gesamtdurchmesser ändert sich z. B. infolge der Abnutzung des Werkzeugendes

nur um 0,025 bis 0,05 mm bei einem Durchmesser von 6,3 bis 10 cm anstatt um 0,25 bis 1 mm. Die geringe Abnutzung ermöglicht eine größere Arbeitsgenauigkeit und die Einhaltung der Toleranzen. Ähnlich zufriedenstellende Ergebnisse können mit Wolframkarbidwerkzeugen und Schnellstrahlwerkzeugen erzielt werden. Bisher war es wegen der schädlichen Wirkungen nicht üblich, überhaupt Kühlmittel bei WolframkarbM zu verwenden. Besonders bei der Verwendung von Öl scheint das Werkzeug durch Abbröckeln unbrauchbar zu werden. Da das Werkzeug bei dem von oben kommenden Strahl zeitweilig unterhalb der Schneidkante bespült oder bespritzt werden kann, bewirkt diese unregelmäßige Wirkung eine stoßweise Temperaturänderung, die das Wolframkarbid nicht verträgt. Bei einem Strahl von hoher Geschwindigkeit, der die Werkzeugoberfläche unmittelbar und ständig bespült, wird ein Temperaturstoß nicht hervorgerufen, und bei einer Schnittgeschwindigkeit von 122 m/Min, wurde die Lebensdauer des Werkzeuges um das Vier- bis Fünffache vergrößert, wenn Emulsion von 5% Öl und 95⁰/» Wasser verwendet wird.

Wie in Fig. 6- gezeigt, kann eine einzige oder eine Anzahl von Düsenöffnungen vorgesehen sein, um der Werkzeugform und der Schnittiefe zu entsprechen, oder der Strahl kann flach sein, wobei die Öffnung als Schlitz ausgebildet ist. Wie in Fig. 8, 9 und 10 gezeigt, können bei den verschiedenen Metallbearbeitungsvorgängen, wie beim Fräsen, Hobeln und Drehen, ein oder mehrere Strahlen verwendet werden.
Die folgenden Daten von sieben Versuchen zeigen einen Vergleich der Lebensdauer des Werkzeuges zwischen dem Strahl- und Kühlsystem nach der Erfindung und dem üblichen Kühlsystem unter gleichen Bedingungen:

Arbeit: Drehen von Ventilspindeln aus zäher,

stark nickelhal tiger Legierung,
Maschine: Bardons und Oliver,
Vorschub: 0,10 mm/Umdr.,
Geschwindigkeit: 345 Umdr./Min.,
Öl: Paraffingrundlage,

Wenkzeugüberlhang· von der Unterlage: 2,5 cm, Werkzeuighdhe: 0,15 mm unter der Spind'elachshöhe,

Werkzeugnummer: D. C. 1053 Karbid,
Normalkühlmitteldruck: 0,56 kg/cm² an der

Pumpe,
Druck des Strahles mit hoher Geschwindigkeit:

28 kg/cm²,
Schnittiefe: 5,9 mm,
Durchschnittliche Zahl an Ventilspindeln pro Werkzeug: nach der Erfindung: 34,4, nach dem üblichen Kühlsystem: 5,1.

Diese Ergebnisse zeigen, daß bei dem System nach der Erfindung ein durchschnittliches Ansteigen der Lebensdauer des Werkzeuges das 6,7fache gegenüber der nach den üblichen Verfahren erzielten betrug. Es wird auch eine bemerkenswerte Verbesserung der fertig bearbeiteten Fläche erzielt.

Eine Besichtigung der Werkzeuge nach den Versuchen zeigte, daß der Radius des Werkzeuges ohne die Strahlenkühlung flach abgenutzt war, die Schneidkante einen leichten »Aufbau« hatte und der Bereich des durch zu hohe Temperatur zerstörten Werkzeugmaterials größer war als mit Strahlenkühlung. Bei einer solchen hatte die Schneidkante keinen »Aufbau«, und der Radius 'hielt stand. Das Fleisch der Werkzeuge war stark ausgezackt, zerbrach aber nicht vollkommen, wie es ohne Strahlenkühlung gewöhnlich der Fall ist. Die Ergebnisse, die bei dem gewöhnlichen Ölsystem erreicht wurden, ähnelten den bei der laufenden Produktion erzielten.

In der vorstehenden Beschreibung ist die Theorie erklärt worden, daß die Strahlen mit hoher Geschwindigkeit infolge ihres kleinen Durchmessers und der hohen Geschwindigkeit hinreichend dicht an die Werkzeugkante gebracht werden können, so daß sie sich in einer Gegend befinden, wo das Öl, das durch die Hitze des Werkzeuges verdampft wird, durch den statischen Druck durch mikroskopisch kleine Lücken zwischen der Werkzeugkante und der Schnittfläche gedrückt wird, um an der Spitze des Werkzeuges auf der Rückseite der Schneidkante wieder zu kondensieren. Der Beweis dafür, daß ein Sieden stattfindet, zeigt sich in Rauch- und Dampfwolken, die von dem Werkzeug ausgehen. Das kann durch einen gewöhnlichen von oben herabfließenden Strom verhindert werden, der auch ein wünschenswertes und wirksames Mittel ist, um Spritzer von dem darunterliegenden Strahl mit der hohen Geschwindigkeit zu überspülen, aber sonst trägt er nicht merklich zu der durch das Verfahren nach der Erfindung erzielten Wirkung bei. Die Unterdrückung von Spritzern wird durch den schweren Ölstrom erreicht, der nach unten um den Span und den Schaft des Werkzeuges fließt und eine Schutzhülle für das Öl bildet, das als Folge des Auftreffens des Strahles mit der hohen Geschwindigkeit unter und hinter der Schneidkante des Werkzeuges verspritzt.

Obwohl die vorerwähnte Theorie eine stichhaltige und einwandfreie Erläuterung der neuen Ergebnisse ist, die durch die Erfindung erreicht werden, braucht die Möglichkeit nicht ausgeschlossen zu werden, daß die Erfolge der Verwendung eines dünnen Strahles mit hoher Geschwindigkeit mindestens zum Teil anderen Kräften zugeschrieben werden können, z. B. der Kapillaranziehung des Öles in dem äußerst feinen Zwischenraum dicht hinter der Werkzeugkante. Wenn demnach der Erfindungsgedanke nicht auf eine besondere Arbeitetheorie beschränkt ist, so wird doch die Tatsache, daß die Schneidkante des Werkzeuges sowohl unmittelbar gekühlt als auch positiv geschmiert wird, durch die wirksamere Verminderung der Schneidkantentemperatur bewiesen, die größer ist als bei einem üblichen dicken Flüssigkeitsstrahl erreichbar. Das geht ferner durch das Fehlen des »Aufbaues« an der Schneidkante und der sechs- bis achtfachen größeren Lebensdauer gegenüber derjenigen hervor, die bisher bei normalen Schneidgeschwindigkeiten erzielt wurde und einer mehr

als zwanzigfachen höheren als die gewöhnlichen Schneidgeschwindigkeiten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Verfahren zum Kühlen und Schmieren der Schneidkante eines metallbearbeitenden Werkzeuges, bei dem die Kühlflüssigkeit in einem Strahl in den Raum zwischen der Freifläche des Werkzeuges und dem Werkstück an die Schneide gespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl aus einem Düsenmundstück mit einem Druck von mindestens 21 kg/cm² und mit einer Geschwindigkeit ausströmt, die über 4omal größer als die Schnittgeschwindigkeit ist.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl der Kühlflüssigkeit mit einer Geschwindigkeit von mindestens 52 m/Sek. ausströmt.

Angezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 289 113, 864348.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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