Ressourceneffizientes Hochleistungsbohren mit Spiralbohrern - Analyse und Prozessgestaltung

Die sich verschärfende Energie- und Rohstoffproblematik erfordert eine umfassende Effizienzsteigerung in der Produktion. So gilt es, mit einem Minimum an Ressourcen ein Maximum an Wertschöpfung zu erzielen. Die Auslegung der Fertigungsprozesse ist dabei eine zentrale Fragestellung, da der wertschöpfende Prozess die Kernzelle der Produktion bildet. Im Rahmen dieser Arbeit wird am Beispiel des Bohrens untersucht, wie sich die Werkzeug- und Schnittparameterwahl sowie die Kühlschmierstrategie auf die Effizienz des Prozesses hinsichtlich des Energiebedarfes und anderer Verbrauchsgrößen auswirken. Dabei wird deutlich, dass die Verkürzung der Prozesszeiten und die damit verbundene Erhöhung des Zeitspanvolumens eine vielversprechende Strategie zur Senkung des Energieverbrauches darstellt. Hohe Zeitspanvolumen bewirken jedoch einen erhöhten Werkzeugverschleiß, weshalb der Einsatz leistungsfähiger Kühlschmierstrategien erforderlich ist. Diese bedingen wiederum einen zusätzlichen Energieaufwand. Wird lediglich der Schmiermitteleinsatz reduziert, kommt es zu einem Anstieg des Werkzeugverschleißes beim Hochleistungsbohren. Hingegen ermöglicht die Kühlung mit tiefkalten Kryogenen eine schmiermittelfreie Bohrbearbeitung mit hohem Zeitspanvolumen und langen Werkzeugstandzeiten. Diese positiven Eigenschaften beruhen auf deutlich gesenkten Schneidentemperaturen, die mithilfe von verifizierten numerischen Berechnungen nachgewiesen wurden. Basierend auf den experimentellen und numerischen Ergebnissen werden Strategien zur Effizienzsteigerung des Bohrprozesses im Allgemeinen und der kryogen gekühlten Bearbeitung im Speziellen aufgezeigt. The steeply rising consumption of energy and raw materials requires a general increase of the efficiency of the whole production process. Thus it is necessary to achieve a maximum added value by using a minimum of resources. In this context the design of the manufacturing process is one of the main topics because the process is the core of the complete production. Using drilling of grey cast iron as an example, this book presents the effects on the efficiency of the process as regards the energy requirements and other consumption variables. These effects include the specific selection of cutting tools and cutting parameters as well as the effects of the cooling-lubrication system. It will be shown that the decrease in process duration by using an increased removal rate is a promising strategy to reduce energy consumption. However, high removal rates cause high mechanical and thermal loads on the cutting edges. Therefore it is necessary to cool and to lubricate the tool, but this also requires an extra amount of resources. On the contrary, dry machining or using minimum quantity lubrication lead to high tool wear during high speed machining. Only cryogenic machining offers a lubricant-free process, resulting in low tool wear even at high removal rates. These advantages are based on a high reduction of the tool temperature caused by cryogenic cooling, which could be proved by numerical simulations and experimental measurements. Based on the sum of analysis, strategies for energy- and resource efficient drilling will be shown.