DE102018105150A1 - Method for cooling and lubricating a forming or separating tool and apparatus for carrying out the method - Google Patents
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Abstract
Zur Kühlung und Schmierung eines umformenden oder trennenden Werkzeugs (1) wird eine einphasige Lösung eines Schmiermediums (10) in einem Kühlmedium (6) erzeugt und einem Bearbeitungsort (16) am Werkzeug (1) zugeführt. Am Bearbeitungsort (16) expandiert das Kühlmedium (6), während das Schmiermedium (10) abgeschieden wird. Hierdurch lässt sich der Einsatz von Schmiermedium (10) auf ein Minimum beschränken, ohne dass die Gefahr eines Abrisses der Schmiermediumversorgung entsteht. For cooling and lubricating a forming or separating tool (1), a single-phase solution of a lubricating medium (10) is produced in a cooling medium (6) and fed to a processing location (16) on the tool (1). At the processing location (16), the cooling medium (6) expands, while the lubricating medium (10) is deposited. As a result, the use of lubricating medium (10) can be kept to a minimum without the risk of tearing off the lubricant supply.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung eines umformenden oder trennenden Werkzeugs, wobei dem Werkzeug ein Kühlmedium und ein Schmiermedium zugeführt werden. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.The invention relates to a method for cooling a forming or separating tool, wherein the tool, a cooling medium and a lubricating medium are supplied. Furthermore, the invention relates to a device for carrying out such a method.
Allgemein bekannt sind emulsionsbasierende Kühlschmierstoffe oder Schmieröle, welche über eine Pumpe auf ein Werkzeug gesprüht wird. Aus ökonomischen und ökologischen Gründen soll der Schmierstoffeinsatz jedoch besonders gering gehalten werden. Hinzu kommt in der Regel eine Minimalmengenschmierung zum Einsatz, die jedoch aufgrund der mangelhaften Kühlleistung beispielsweise bei der Zerspanung schwer zerspanbarer Werkstoffe an die technologischen Grenzen stößt.Generally known are emulsion-based cooling lubricants or lubricating oils, which is sprayed onto a tool via a pump. For economic and ecological reasons, however, the use of lubricant should be kept particularly low. In addition, usually a minimum quantity lubrication is used, but due to the lack of cooling performance, for example, in the machining of difficult to machine materials reaches the technological limits.
Daher ist aus der
Aus der
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiter zu bilden, dass es eine ausreichende Schmierung des Werkzeugs beim Einsatz von Kleinstmengen an Schmiermedium ermöglicht und dass eine Entmischung von Schmiermedium und Kühlmedium zuverlässig vermieden wird. Weiterhin soll eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens geschaffen werden.The invention is based on the problem of further developing a method of the type mentioned at the beginning in such a way that it enables sufficient lubrication of the tool when using very small amounts of lubricating medium and reliably prevents segregation of lubricating medium and cooling medium. Furthermore, an apparatus for carrying out the method is to be created.
Das erstgenannte Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine physikalische Lösung des Schmiermediums in dem Kühlmedium erzeugt wird und dass die Lösung dem Werkzeug an einem Bearbeitungsort zugeführt wird, so dass das Kühlmedium expandiert und das Schmiermedium abgeschieden wird.The former problem is inventively achieved in that a physical solution of the lubricating medium is generated in the cooling medium and that the solution is supplied to the tool at a processing location, so that the cooling medium expands and the lubricating medium is deposited.
Durch diese Gestaltung verhindert die physikalische Lösung des Schmiermediums in dem Kühlmedium eine Entmischung. Im Gegensatz zu einer Emulsion nach dem Stand der Technik wird durch die physikalische Lösung eine einphasige Mischung aus Kühlmedium und Schmiermedium erreicht. Damit wird zuverlässig sichergestellt, dass mit dem Transport des Kühlmediums auch eine ausreichende Menge an Schmiermedium zu dem Bearbeitungsort gelangt. Der aus dem Stand der Technik bekannte Abriss der Schmiermediumversorgung wird dank der Erfindung zuverlässig verhindert. Damit lässt sich der Einsatz des Schmiermediums auf ein geringsmögliches Maß begrenzen. Der Bearbeitungsort ist bei einem trennenden Werkzeug meist eine Schneide und bei einem umformenden Werkzeug eine am höchsten mit Druck beaufschlagte Fläche. Durch die Zerstäubung der Lösung unmittelbar am Bearbeitungsort entsteht ein Kälteaerosol, welches neben der Kühlung und Schmierung des Bearbeitungsprozesses zudem die Abfuhr von Spänen sicherstellt. Dank der Erfindung wird nicht nur das Werkzeug selbst gekühlt, sondern auch das Werkstück und damit der gesamte Prozess, bei dem Wärme durch die Bearbeitung entsteht.As a result of this design, the physical solution of the lubricating medium in the cooling medium prevents segregation. In contrast to a prior art emulsion, the physical solution achieves a single phase mixture of cooling medium and lubricant. This reliably ensures that with the transport of the cooling medium and a sufficient amount of lubricating medium reaches the processing site. The known from the prior art outline of the lubricant supply is reliably prevented thanks to the invention. This makes it possible to limit the use of the lubricating medium to a minimum extent. The processing location is usually a cutting edge in a separating tool and a highly pressurized surface in the case of a forming tool. By spraying the solution directly at the processing site creates a cryogenic aerosol, which also ensures the removal of chips in addition to the cooling and lubrication of the machining process. Thanks to the invention, not only the tool itself is cooled, but also the workpiece and thus the entire process in which heat is produced by the machining.
Das Verfahren lässt sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders kostengünstig anwenden, wenn das Kühlmedium verflüssigtes Kohlendioxid ist.The method can be used according to an advantageous embodiment of the invention is particularly inexpensive if the cooling medium is liquefied carbon dioxide.
Eine hohe Löslichkeit des Schmiermediums in dem Kühlmedium lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach erreichen, wenn das Schmiermedium ein, polares Medium, insbesondere Polyolester, ist. Ein solcher Polyolester ist ein auf Fettsäure basierender Schmierstoff, welcher sich insbesondere in verflüssigtem Kohlendioxid einfach löst.A high solubility of the lubricating medium in the cooling medium can be easily achieved according to another advantageous development of the invention, when the lubricating medium is a polar medium, in particular polyol ester. Such a polyol ester is a fatty acid-based lubricant which easily dissolves, especially in liquefied carbon dioxide.
Die Wirkung des löslichen Schmiermediums lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung verstärken, wenn der Lösung ein pulverförmiges Schmiermedium beigemischt wird. Das pulverförmiges Schmiermittel kann beispielsweise Fett, Graphit oder MoS2 sein.The effect of the soluble lubricating medium can be strengthened according to another advantageous embodiment of the invention, when the solution is admixed with a powdered lubricating medium. The powdered lubricant may be, for example, fat, graphite or MoS2.
Eine zuverlässige Abscheidung des Schmiermediums an dem Bearbeitungsort lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sicherstellen, wenn das Schmiermedium einen höheren Siedepunkt hat als das Kühlmedium. Damit lässt sich das Verfahren derart steuern, dass nahezu ausschließlich das Kühlmedium wegen des niedrigeren Siedepunktes verdampft und die Kühlung des Werkzeugs erzeugt. Das Schmiermedium wird bei der Verdampfung des Kühlmediums als flüssige Phase abgeschieden und sorgt für die ausreichende Schmierung.A reliable deposition of the lubricant at the processing site can be ensured according to another advantageous embodiment of the invention, when the lubricant has a higher boiling point than the cooling medium. Thus, the process can be controlled so that almost exclusively evaporates the cooling medium because of the lower boiling point and generates the cooling of the tool. The lubricating medium is deposited during the evaporation of the cooling medium as a liquid phase and ensures adequate lubrication.
Zur weiteren Verbesserung der Schmierung des Werkzeugs trägt es gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bei, wenn das Schmiermedium eine geringere Dichte hat als das Kühlmedium.To further improve the lubrication of the tool, it contributes according to another advantageous embodiment of the invention, when the lubricant has a lower density than the cooling medium.
Eine zuverlässige Zufuhr an Schmiermedium bei gleichzeitig ausreichender Kühlung lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach sicherstellen, wenn die Lösung aus Schmiermedium im Kühlmedium dem Werkzeug mit einem Druck von 60 bar zugeführt wird. Damit soll sichergestellt werden, dass der Druck oberhalb der Druckverflüssigung des Gases liegt, um die Flüssigzufuhr des Kühlmediums jederzeit zu gewährleisten. Am Werkzeug wird die Lösung aus Schmiermedium und Kühlmedium entspannt und führt im Falle von CO2 als Kühlmedium zu einer Abkühlung auf etwa -79°C durch den Joule Thomson Effekt. Die Zuführung des Kühlmediums erfolgt konstant, damit eine vorzeitige Entspannung vermieden wird. Die Injizierung des Schmiermediums kann dabei kontinuierlich oder intermittierend sein.A reliable supply of lubricating medium with sufficient cooling can be easily ensured according to another advantageous embodiment of the invention, when the solution of lubricant in the cooling medium is supplied to the tool at a pressure of 60 bar. This is to ensure that the pressure is above the pressure liquefaction of the gas to ensure the liquid supply of the cooling medium at any time. On the tool, the solution of lubricant and cooling medium is expanded and, in the case of CO2 as cooling medium, leads to a cooling to approximately -79 ° C. by the Joule Thomson effect. The supply of the cooling medium is constant, so that premature relaxation is avoided. The injection of the lubricating medium can be continuous or intermittent.
Ein Einfrieren von Leitungen vor dem Werkzeug lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach vermeiden, wenn das Kühlmedium nach der Entnahme aus einem Speicher auf konstanter Temperatur, insbesondere Raumtemperatur, gehalten wird. Dabei ist eine Vorkühlung des Kühlmediums nach der Entnahme mit dem Ziel der gesteigerten Löslichkeit vorteilhaft. Für das Kühlmedium im Speicher ist es vorteilhaft, wenn es gezielt bei einer Temperatur gehalten wird, damit der Speicherdruck und damit der Zuführdruck konstant gehalten werden.A freezing of lines in front of the tool can be according to another advantageous embodiment of the invention easily avoided if the cooling medium after removal from a memory at a constant temperature, in particular room temperature, is maintained. In this case, a pre-cooling of the cooling medium after removal is advantageous for the purpose of increased solubility. For the cooling medium in the memory, it is advantageous if it is kept selectively at a temperature, so that the storage pressure and thus the supply pressure are kept constant.
Eine besonders zuverlässige Lösung des Schmiermediums in dem Kühlmedium lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach erreichen, wenn das Schmiermedium in das Kühlmedium injiziert wird.A particularly reliable solution of the lubricating medium in the cooling medium can be easily achieved according to another advantageous embodiment of the invention, when the lubricant is injected into the cooling medium.
Eine besonders gründliche und schnelle Durchmischung des Schmiermediums mit dem Kühlmedium lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erreichen, wenn eine turbulente Strömung aus Schmiermedium und Kühlmedium erzeugt wird.A particularly thorough and rapid mixing of the lubricating medium with the cooling medium can be achieved according to another advantageous embodiment of the invention, when a turbulent flow of lubricating medium and cooling medium is generated.
Die Löslichkeit des Schmiermediums in dem Kühlmedium lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erhöhen, wenn der Druck des Kühlmediums über den zur Druckverflüssigung benötigten Druck erhöht wird.The solubility of the lubricating medium in the cooling medium can be increased according to another advantageous embodiment of the invention, when the pressure of the cooling medium is increased above the pressure required for pressure liquefaction.
Zur weiteren Erhöhung der Löslichkeit des Schmiermediums in dem Kühlmedium trägt es gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bei, wenn die Temperatur des Kühlmediums unter die zur Verflüssigung erforderliche Temperatur verringert wird.To further increase the solubility of the lubricating medium in the cooling medium, it contributes according to another advantageous embodiment of the invention, when the temperature of the cooling medium is reduced below the temperature required for liquefaction.
Das zweit genannte Problem, nämlich die Schaffung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird dadurch gelöst, dass ein Speicher für Kühlmedium über eine unter Druck stehende Kühlmediumleitung mit dem Werkzeug verbunden ist und dass eine Schmiermediumleitung an die Kühlmediumleitung angeschlossen ist.The second mentioned problem, namely the provision of a device for carrying out the method is achieved in that a memory for cooling medium via a pressurized cooling medium line is connected to the tool and that a lubricating medium line is connected to the cooling medium line.
Durch diese Gestaltung lässt sich die physikalische Lösung des Schmiermediums in dem Kühlmedium innerhalb der Kühlmediumleitung erzeugen. Damit gestaltet sich die Vorrichtung konstruktiv besonders einfach.By this design, the physical solution of the lubricating medium in the cooling medium within the cooling medium line can be generated. Thus, the device designed structurally particularly simple.
Eine zuverlässige Durchmischung von Schmiermedium und Kühlmedium lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach erreichen, wenn der Anschluss der Schmiermediumleitung an der Kühlmediumleitung einen Injektor zur Injektion des Schmiermediums in das Kühlmedium aufweist.A reliable mixing of lubricating medium and cooling medium can be achieved according to another advantageous embodiment of the invention easily when the connection of the lubricating medium line to the cooling medium line has an injector for injecting the lubricant into the cooling medium.
Die Steuerung der Zufuhr der Lösung des Schmiermediums in dem Kühlmedium gestaltet sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders einfach, wenn zwischen Werkzeug und einem Anschluss der Schmiermediumleitung an der Kühlmediumleitung ein steuerbares Ventil angeordnet ist. Im einfachsten Fall ist das steuerbare Ventil ein Magnetventil. Selbstverständlich kann das Ventil auch ein motorisch angesteuertes Nadelventil sein.The control of the supply of the solution of the lubricant in the cooling medium is particularly simple according to another advantageous embodiment of the invention, when a controllable valve is arranged between the tool and a connection of the lubricating medium line to the cooling medium line. In the simplest case, the controllable valve is a solenoid valve. Of course, the valve may also be a motor-operated needle valve.
Das Ventil lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders nahe am Werkzeug anordnen, wenn das Ventil an einer das Werkzeug halternden Werkzeugaufnahme angeordnet ist. Durch diese Gestaltung lassen sich Werkzeugwechselzeiten durch eine besonders schnelle Belüftung der Kühlmittelzuführung zwischen Ventil und Werkzeug gering halten.The valve can be arranged according to another advantageous embodiment of the invention particularly close to the tool when the valve is arranged on a tool holder holding the tool. Through this design, tool change times can be kept low by a particularly rapid ventilation of the coolant supply between valve and tool.
Eine mögliche Entmischung von Schmiermedium und Kühlmedium lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vermeiden, wenn die Schmiermediumleitung unmittelbar vor dem Werkzeug an der Kühlmediumleitung angeschlossen ist. Durch diese Gestaltung können Schmiermedium und Kühlmedium getrennt durch eine zu dem Werkzeug geführte Spindel beispielsweise durch einander koaxial umschließende Rohre geleitet werden.A possible segregation of lubricant and cooling medium can be avoided according to another advantageous embodiment of the invention, when the lubricating medium line is connected directly in front of the tool on the cooling medium line. By this design, lubricating medium and cooling medium can be separated by a guided to the tool spindle are passed for example by coaxially enclosing tubes.
Eine mögliche Entmischung des Schmiermediums mit dem Kühlmedium lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vermeiden, wenn ein statischer Mischer in Strömungsrichtung gesehen hinter dem Anschluss der Schmiermediumleitung an der Kühlmediumleitung angeordnet ist. Damit kann auch ein in dem Kühlmedium schwer lösliches Schmiermedium oder ein Zusatz von unlöslichen Schmiermedium eingesetzt werden, dessen Abscheidung der statische Mischer verhindert.A possible segregation of the lubricating medium with the cooling medium can be avoided according to another advantageous development of the invention, when a static mixer seen in the flow direction is arranged behind the connection of the lubricating medium line to the cooling medium line. Thus, it is also possible to use a lubricating medium which is difficult to dissolve in the cooling medium or an additive of insoluble lubricating medium whose separation prevents the static mixer.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
-
1 eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Kühlung und Schmierung eines trennenden Werkzeugs, -
1a vergrößert das Werkzeug aus1 mit angrenzenden Bereichen einer Werkzeugaufnahme, -
1b vergrößert einen Anschluss der Vorrichtung aus1 , -
1c vergrößert eine Spindel mit der Werkzeugaufnahme aus1 im Teilschnitt, -
2 ein umformendes Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens, -
3 schematisch ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Kühlung und Schmierung desWerkzeugs aus 1 .
-
1 an apparatus for carrying out a method for cooling and lubricating a separating tool, -
1a enlarges thetool 1 with adjacent areas of a tool holder, -
1b enlarges a port of thedevice 1 . -
1c enlarges a spindle with thetool holder 1 in partial section, -
2 a forming tool for carrying out the method, -
3 schematically a flowchart of a method for cooling and lubrication of thetool 1 ,
In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform ist der Anschluss
In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform ist das Ventil
Wie
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---|---|---|---|
DE102018105150.6A Pending DE102018105150A1 (en) | 2018-03-06 | 2018-03-06 | Method for cooling and lubricating a forming or separating tool and apparatus for carrying out the method |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE102018105150A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102020103670A1 (en) | 2020-02-12 | 2021-08-12 | Knoll Maschinenbau Gmbh | Process for cooling and lubrication of machining processes |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003026843A1 (en) | 2001-08-27 | 2003-04-03 | Ford-Werke Ag | Method and tool for the machining of workpieces with cooling |
DE10220526A1 (en) | 2002-05-08 | 2003-11-20 | Hueller Hille Gmbh | Cooling process for rotating chipping tool involves using liquefied industrial gases as coolant and evaporating them as they come out of tool coolant channel |
-
2018
- 2018-03-06 DE DE102018105150.6A patent/DE102018105150A1/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003026843A1 (en) | 2001-08-27 | 2003-04-03 | Ford-Werke Ag | Method and tool for the machining of workpieces with cooling |
DE10220526A1 (en) | 2002-05-08 | 2003-11-20 | Hueller Hille Gmbh | Cooling process for rotating chipping tool involves using liquefied industrial gases as coolant and evaporating them as they come out of tool coolant channel |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102020103670A1 (en) | 2020-02-12 | 2021-08-12 | Knoll Maschinenbau Gmbh | Process for cooling and lubrication of machining processes |
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