Untersuchungen zur kohlenstoffdioxidbasierten kryogenen Minimalmengenschmierung

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Diss. Reihe Maschinenbau, Band 365

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2021-06-01
Issue Year
2021
Authors
Gross, Daniel
Editor
Franke, Jörg
Hanenkamp, Nico
Hausotte, Tino
Merklein, Marion
Schmidt, Michael
Wartzack, Sandro
Publisher
FAU University Press
ISBN
978-3-96147-413-4
Abstract

Cryogenic cooling is a cooling-lubrication strategy for machining difficult-to-cut materials. The absence of a lubricant in this cooling method constrains the technologies broad industrial application. The research focus of this thesis is the development and testing of a system for mixing a lubricant into a cryogenic medium. Liquid carbon dioxide serves as cryogen. By different functional proofs it could be shown that a homogeneous mixing of the lubricant with the CO2 is not necessary to achieve an even lubricant application. Subsequent investigations on cryogenic minimum quantity lubrication during turning of Ti-6Al-4V, X5CrNi18-10 and 42CrMo4 as well as during milling of XCrNiMoTi17-12-2 and Ti-6Al-4V showed a significant influence of the lubricants. Mineral oils, synthetic and native esters and fatty alcohols were used as lubricants. The process analysis proves that native lubricants can increase tool life and material removal rate compared to synthetic and mineral products. An analysis of energy efficiency shows that longer tool life can significantly reduce energy consumption with cryogenic minimum quantity lubrication compared to conventional wet machining. The coolant lubrication strategy thus offers considerable potential for establishing sustainable production.

Abstract

Die kryogene Kühlung ist eine Kühlschmierstrategie zur Bearbeitung schwerzerspanbarer Werkstoffe. Diese Kühlmethode findet durch die Absenz eines Schmierstoffs bisher keine breite industrielle Anwendung. Die Forschungsschwerpunkte dieser Arbeit liegen in der Entwicklung und Erprobung eines Systems zur Beimischung eines Schmiermittels in ein kryogenes Medium. Als Kryogen dient flüssiges Kohlenstoffdioxid. Durch verschiedene Funktionsnachweise konnte gezeigt werden, dass eine homogene Vermischung des Schmierstoffs mit dem CO2 nicht notwendig ist, um einen gleichmäßigen Schmiermittelauftrag zu erreichen. Anschließende Untersuchungen zur kryogenen Minimalmengenschmierung beim Drehen von Ti-6Al-4V, X5CrNi18-10 und 42CrMo4 sowie beim Fräsen von XCrNiMoTi17-12-2 und Ti-6Al-4V verdeutlichen den Einfluss unterschiedlicher Schmierstoffe. Die Prozessanalyse belegt, dass native Schmierstoffe die Werkzeugstandzeit und das Zeitspanvolumen gegenüber synthetischen und mineralischen Produkten beim Fräsen erhöhen können. Eine Analyse der Energieeffizienz zeigt, dass durch längere Werkzeugstandzeiten der Energiebedarf mit der kryogenen Minimalmengenschmierung im Vergleich zur konventionellen Nassbearbeitung reduziert werden kann. Die kryogene Minimalmengenschmierung bietet dadurch beträchtliche Potenziale zur Etablierung einer nachhaltigen Produktion.

Series
FAU Studien aus dem Maschinenbau
Series Nr.
365
Citation
Notes
Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN: 978-3-96147-412-7
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