Auswahl der Bearbeitungsflüssigkeit für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung: Wichtige Parameter und Prüfverfahren

Foto: Amir Balam / Unsplash

Die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung (HSM) ist heute ein Standard in der Automobil-, Luftfahrt- und Maschinenbauindustrie. Bei Drehzahlen von über 10.000 min⁻¹ und Vorschüben im Bereich von Dutzenden Metern pro Minute versagen jedoch herkömmliche Kühlschmierflüssigkeiten – es kommt zu Überhitzung der Werkzeuge, Aufbauschneidenbildung oder unzureichendem Spanabtransport. Richtig ausgewählte Flüssigkeiten müssen nicht nur effiziente Kühlung und Schmierung gewährleisten, sondern auch Stabilität bei hohen Temperaturen und Drücken. Welche Parameter sind bei der Auswahl zu beachten und wie lässt sich ihre tatsächliche Leistung im Betrieb überprüfen?

1. Grundfunktionen von Kühlschmierflüssigkeiten in der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung

Hochgeschwindigkeitsbearbeitung stellt extreme Anforderungen an die Bearbeitungsflüssigkeiten. Ihre primäre Funktion besteht darin, die durch Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück erzeugte Wärme abzuführen, die Temperaturen von bis zu 1000 °C erreichen kann. Ohne wirksame Kühlung kommt es zu schnellem Werkzeugverschleiß, Verschlechterung der Oberflächenqualität und Verformungen des Werkstücks. Neben der Kühlung muss die Flüssigkeit auch für Schmierung sorgen, die die Reibung und damit den Energieverbrauch reduziert. Bei Hochgeschwindigkeitsoperationen wie Fräsen oder Drehen ist es entscheidend, dass der Schmierfilm auch bei hohen Drehzahlen und Drücken bestehen bleibt.

Eine weitere wesentliche Funktion ist der Abtransport der Späne von der Schnittstelle. Die Flüssigkeit muss eine ausreichende Viskosität und Durchflussmenge aufweisen, um die Späne effektiv wegzuspülen, die sonst das Werkzeug oder das Werkstück beschädigen könnten. Nicht zuletzt spielt auch der Korrosionsschutz eine Rolle – Bearbeitungsflüssigkeiten enthalten häufig Korrosionsinhibitoren, die sowohl das Werkstück als auch die Maschinenausrüstung schützen. Bei der Auswahl ist es wichtig, das Material des Werkstücks (z. B. Stahl, Aluminium, Titan) und die Art der Bearbeitung zu berücksichtigen, da jedes Material einen spezifischen Ansatz erfordert.

2. Schlüsselparameter von Bearbeitungsflüssigkeiten und ihr Einfluss auf die Leistung

Bei der Auswahl einer Bearbeitungsflüssigkeit für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung ist es entscheidend, mehrere technische Parameter zu bewerten. Die Viskosität ist einer der wichtigsten – eine zu niedrige Viskosität führt zu unzureichender Schmierung, während eine zu hohe die Wärme- und Späneabfuhr verschlechtern kann. Der ideale Wert hängt von der konkreten Anwendung ab, liegt aber allgemein im Bereich von 10–50 mm²/s bei 40 °C. Ein weiterer kritischer Parameter ist der Flammpunkt, der ausreichend hoch sein muss (in der Regel über 150 °C), damit sich die Flüssigkeit bei hohen Temperaturen nicht verflüchtigt oder entzündet.

Eine wichtige Rolle spielt auch der pH-Wert der Flüssigkeit, der leicht alkalisch sein sollte (normalerweise 8,5–9,5), um Korrosion und Bakterienwachstum effektiv zu verhindern. Bei synthetischen Flüssigkeiten ist zudem der Gehalt an Additiven wie Emulgatoren, Antioxidantien oder Schauminhibitoren zu überwachen. Diese Komponenten beeinflussen die Stabilität der Emulsion, die Lebensdauer der Flüssigkeit sowie die Kompatibilität mit den Materialien des Werkstücks und der Maschine. Bei der Auswahl eines Lieferanten ist es ratsam, technische Datenblätter mit detaillierten Spezifikationen sowie Konformitätszertifikate gemäß den REACH- und CLP-Normen anzufordern.

Foto: Amir Balam / Unsplash

3. Prüfung von Kühlschmierstoffen unter realen Bedingungen

Laborversuche liefern zwar grundlegende Informationen über die Eigenschaften der Flüssigkeit, doch zur Überprüfung ihrer Leistung sind Tests direkt an der Werkzeugmaschine unerlässlich. Der erste Schritt ist die Prüfung der Kühlwirkung – dabei wird die Temperatur des Werkzeugs und des Werkstücks während der Bearbeitung mittels Thermoelementen oder Infrarotkameras gemessen. Überschreitet die Temperatur kritische Werte (z. B. 600 °C bei Stahl), ist die Flüssigkeit unwirksam. Ein weiterer wichtiger Parameter ist der Werkzeugverschleiß, der durch mikroskopische Untersuchung der Schneide nach einer definierten Bearbeitungszeit bewertet wird.

Zur Beurteilung der Schmierwirkung wird der Energieverbrauch der Maschine überwacht – eine wirksame Flüssigkeit reduziert die Reibung und damit auch die Leistungsaufnahme des Motors. Wichtig ist auch die Überwachung der Oberflächenqualität des Werkstücks, die durch die Oberflächenrauheit gemäß standardisierter Prüfverfahren gemessen wird. Nicht zuletzt müssen die Stabilität der Emulsion und die Beständigkeit gegen mikrobiellen Befall getestet werden, die die Lebensdauer der Flüssigkeit verkürzen können. Es wird empfohlen, die Tests über einen Zeitraum von mindestens mehreren Wochen durchzuführen, um langfristige Effekte zu erkennen.

4. Wie Sie den Lieferanten für Zerspanungsflüssigkeiten für industrielle Anwendungen auswählen

Bei der Auswahl eines Lieferanten für Zerspanungsflüssigkeiten ist es entscheidend, nicht nur die technischen Parameter der Produkte, sondern auch die fachliche Unterstützung und den Service zu berücksichtigen. Ein qualitativ hochwertiger Lieferant sollte umfassende technische Beratung anbieten, einschließlich der Analyse der spezifischen Kundenanforderungen und der Empfehlung des optimalen Flüssigkeitstyps. Ein wichtiges Kriterium ist auch die Verfügbarkeit von technischen Datenblättern und Sicherheitsdatenblättern gemäß den Verordnungen REACH und CLP, die aktuell und leicht zugänglich sein müssen.

Ein weiterer Faktor ist die Flexibilität des Lieferanten – die Fähigkeit, die Zusammensetzung der Flüssigkeit an die spezifischen Bedürfnisse des Kunden anzupassen, beispielsweise für die Bearbeitung exotischer Materialien oder den Einsatz in automatisierten Produktionslinien. Erfahrene Lieferanten bieten zudem Dienstleistungen wie regelmäßige Analysen der Flüssigkeit im Betrieb, Schulungen für das Bedienpersonal oder Unterstützung bei der Prozessoptimierung an. Nicht zuletzt sollten logistische Möglichkeiten wie die Zuverlässigkeit der Lieferungen und die Möglichkeit der Lagerung großer Mengen berücksichtigt werden. Die Wahl des richtigen Partners kann die Betriebskosten deutlich senken und die Effizienz der Bearbeitung steigern.

Foto: Zoshua Colah / Unsplash

Kompatibilität von Bearbeitungsflüssigkeiten mit Materialien und Werkzeugen

Hochgeschwindigkeitsbearbeitung stellt extreme Anforderungen an die Kompatibilität der Bearbeitungsflüssigkeit mit dem Werkstoff und dem Schneidwerkzeug. Bei Legierungen auf Aluminium- oder Magnesiumbasis ist eine geringe Korrosivität der Flüssigkeit entscheidend, da diese Materialien empfindlich auf chemische Reaktionen mit bestimmten Additiven reagieren. Bei harten Stählen oder Titanlegierungen hingegen ist die Fähigkeit der Flüssigkeit, Wärme effektiv abzuführen und die Reibung zu verringern, wichtig, um eine Überhitzung des Werkzeugs zu vermeiden. Bei der Auswahl der Flüssigkeit müssen daher nicht nur der Typ des bearbeiteten Materials, sondern auch das Material des Schneidwerkzeugs berücksichtigt werden – beispielsweise erfordern Hartmetall- oder Keramikwerkzeuge Flüssigkeiten mit korrosionshemmenden und schmierenden Eigenschaften, die ihre Lebensdauer verlängern.

Ein weiterer Faktor ist die Kompatibilität mit Dichtungen und Kunststoffkomponenten der Bearbeitungsmaschinen. Einige Bearbeitungsflüssigkeiten können ein Quellen oder eine Degradation der Dichtungsmaterialien verursachen, was zu Undichtigkeiten und Maschinenstörungen führt. Vor dem Einsatz einer neuen Flüssigkeit ist es ratsam, Labortests zur Kompatibilität mit den Materialien durchzuführen, die mit der Flüssigkeit in Kontakt kommen. Anbieter hochwertiger Bearbeitungsflüssigkeiten stellen in der Regel technische Datenblätter mit Informationen zur Kompatibilität mit gängigen Materialien bereit, was die Auswahl des richtigen Produkts für die jeweilige Anwendung erleichtert.

Optimierung der Konzentration und Wartung von Bearbeitungsflüssigkeiten

Die Konzentration der Bearbeitungsflüssigkeit hat direkten Einfluss auf ihre Leistung und Lebensdauer. Eine zu niedrige Konzentration führt zu unzureichender Schmierung und Kühlung, was den Verschleiß der Werkzeuge erhöht und die Oberflächenqualität des Werkstücks verschlechtert. Eine zu hohe Konzentration hingegen kann zu Schaumbildung führen, die Kosten erhöhen und die Filtration der Flüssigkeit beeinträchtigen. Die optimale Konzentration liegt in der Regel im Bereich von 5–10 %, wobei der genaue Wert vom Typ der Flüssigkeit, dem bearbeiteten Material und den Bearbeitungsbedingungen abhängt. Es wird empfohlen, die Konzentration regelmäßig mit einem Refraktometer zu messen und bei Bedarf entweder Wasser oder Konzentrat nachzufüllen.

Die Wartung von Bearbeitungsflüssigkeiten ist entscheidend, um deren langfristige Stabilität und Leistung sicherzustellen. Verunreinigungen durch Metallspäne, Öle oder Mikroorganismen können zur Degradation der Flüssigkeit, zu Geruchsbildung und zur Verschlechterung ihrer Eigenschaften führen. Regelmäßige Filtration, Entfernung von Verunreinigungen sowie die Überwachung des pH-Werts und der Konzentration tragen dazu bei, die Lebensdauer der Flüssigkeit zu verlängern und die Kosten für deren Austausch zu senken. In einigen Fällen ist der Einsatz von Bioziden oder Korrosionsinhibitoren sinnvoll, um das Wachstum von Bakterien und die Korrosion von Maschinenkomponenten zu verhindern. Anbieter hochwertiger Flüssigkeiten bieten oft einen umfassenden Service einschließlich Analysen und Empfehlungen für die Wartung an.

Ökologische und sicherheitstechnische Aspekte bei der Auswahl von Bearbeitungsflüssigkeiten

Die Auswahl der Bearbeitungsflüssigkeit sollte nicht nur technische Parameter, sondern auch ökologische und sicherheitstechnische Anforderungen berücksichtigen. Moderne Flüssigkeiten enthalten oft biologisch abbaubare Komponenten, die die Umweltbelastung verringern und die Entsorgung von Abfällen erleichtern. Wichtig ist auch die Einhaltung der REACH- und CLP-Vorschriften, die den Einsatz von Chemikalien in der Industrie regeln. Flüssigkeiten mit einem geringen Gehalt an flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) und ohne gefährliche Additive wie chlorierte Paraffine werden aufgrund ihres geringeren Gesundheitsrisikos für das Bedienpersonal bevorzugt.

Die Sicherheit des Bedienpersonals ist ein weiterer entscheidender Faktor. Flüssigkeiten mit geringer Schaumbildung und minimalem Geruch verbessern die Arbeitsbedingungen und verringern das Risiko allergischer Reaktionen oder Hautreizungen. Bei der Auswahl eines Lieferanten ist es ratsam zu prüfen, ob dieser Sicherheitsdatenblätter (SDS) und technische Unterstützung für den korrekten Umgang mit den Flüssigkeiten bereitstellt. Ökologisch verträgliche und sichere Flüssigkeiten mögen zwar teurer sein, aber langfristig senken sie die Kosten für den Gesundheitsschutz der Mitarbeiter und die Entsorgung von Abfällen, was sich insbesondere in Industriebetrieben mit hohen Nachhaltigkeitsanforderungen auszahlt.

Benötigen Sie eine maßgeschneiderte Lösung?

Jede Anwendung erfordert einen individuellen Ansatz. Die GCG Group liefert Bearbeitungsflüssigkeiten mit vollständiger technischer Dokumentation und Sicherheitsdatenblättern, einschließlich Beratung zur Prozessoptimierung. Wenden Sie sich mit Anforderungen an ein bestimmtes Material oder eine bestimmte Technologie an uns. Kontaktieren Sie uns – oder sehen Sie sich direkt unseren Katalog mit über 1 300 Produkten an.