Leitfaden zur Verwendung von Kühlschmierstoffen bei der CNC-Bearbeitung

Unter CNC-BearbeitungDie richtige Auswahl eines Kühlschmierstoffs ist entscheidend für die Effizienz, Qualität und Sicherheit von Bearbeitungsvorgängen. Kühlschmierstoffe, die auch als "Kühlmittel", "Metallbearbeitungsflüssigkeit" oder "Bearbeitungsflüssigkeit" bezeichnet werden, schmieren und kühlen nicht nur den Schneidbereich, sondern tragen auch zum Abtransport der Späne bei und verhindern so eine Überhitzung und Abnutzung der Maschinen.

In diesem Artikel werden die grundlegenden Klassifizierungen und Eigenschaften von Kühlschmierstoffen erläutert und es wird untersucht, wie man den am besten geeigneten Kühlschmierstoff auf der Grundlage der verschiedenen Materialtypen und Bearbeitungsvorgänge auswählt, um die Bearbeitungsleistung zu optimieren, die Werkzeugstandzeit zu verlängern und die Kosten zu senken. Bearbeitungskosten. Wir hoffen, dass dies denjenigen helfen wird, die sich für die CNC-Bearbeitung begeistern.

Grundlegende Klassifizierungen von Kühlschmierstoffen

Zu den gebräuchlichen Kühlschmierstoffen gehören hauptsächlich die folgenden Typen, und es ist wichtig, die Eigenschaften jedes einzelnen vor der Anwendung zu kennen.

(1) Emulsion (Schneidflüssigkeit auf Wasserbasis)

Besteht hauptsächlich aus Wasser, emulgiertem Öl und verschiedenen Additiven. Zu den Vorteilen dieses Kühlmittels gehören niedrige Kosten und eine gute Kühlleistung, die sich besonders für Bearbeitungsvorgänge eignet, die eine starke Wärmeableitung erfordern. Es hat jedoch auch Nachteile, wie z. B. die Anfälligkeit für Bakterienwachstum und die hohe Korrosivität, die eine strenge Kontrolle und regelmäßige Wartung während der Verwendung erfordert.

(2) Vollsynthetische Flüssigkeit

Cutting fluid without petroleum oil base, primarily composed of various chemical additives. Its main advantages include excellent cooling (often classified under industry standards like ASTM D2881 ^[1]) and lubrication performance and resistance to bacterial growth, making it very popular in applications requiring highly clean machining environments. However, fully synthetic fluids are relatively expensive, and some chemical components may be corrosive to the machine.

(3) Halbsynthetische Flüssigkeit

Liegt zwischen Emulsion und vollsynthetischer Flüssigkeit und enthält einen bestimmten Anteil an Erdölbasis und Wasser. Dieses Kühlmittel kombiniert die kühlende Wirkung einer Emulsion mit der Schmierfähigkeit einer vollsynthetischen Flüssigkeit und versucht, beide Vorteile in Einklang zu bringen. Dennoch müssen wir auf seine Biostabilität und Korrosivität achten. Dies kann seine Anwendbarkeit in bestimmten Bearbeitungsumgebungen beeinträchtigen.

(4) Straight Cutting Oil (Schneidflüssigkeit auf Ölbasis)

Mainly made from mineral oil or vegetable oil and is completely water-free, thus providing superior lubricity and preventing workpiece corrosion and rust. This makes it particularly suitable for machining operations requiring high lubrication. However, the heat capacity of straight-cutting oil is relatively low, and its cooling effect is not as good as water-based cutting fluids, which may be a limitation in high-speed or high-temperature machining.

(5) Lösliches Öl:

This is the concentrated oil-based precursor that forms the emulsions discussed in category (1). It typically contains a high mineral oil content (often 50-80%), providing superior lubricity for heavy-duty machining needs. However, the use of soluble oil requires strict control of the dilution ratio and water quality to prevent corrosion and bacterial growth, ensuring the safety and efficiency of the machining process.

Wenn wir die Eigenschaften der verschiedenen Bearbeitungsflüssigkeiten genau kennen, können wir die geeignete Metallbearbeitungsflüssigkeit für verschiedene Materialien und Arbeitsgänge auswählen, um die Bearbeitungsleistung zu optimieren.

Geeignete Kühlschmierstoffe für verschiedene Materialien

Die Wahl des richtigen Kühlschmierstoffs ist entscheidend für eine effiziente und qualitativ hochwertige Bearbeitung, da verschiedene Materialien unterschiedliche Kühlschmierstoffe erfordern.

(1) Leichtmetalle wie Aluminium

Due to its soft, gummy nature and tendency to adhere to the cutting tool (causing Built-Up Edge), we recommend using a water-based cutting fluid with high cooling capacity and low viscosity. This machining fluid effectively prevents chip buildup on the tool, reducing friction during machining, preventing overheating, and ensuring a smooth surface finish.

(2) Schwer zu bearbeitende Materialien wie rostfreier Stahl

Because stainless steel’s high strength and toughness can cause severe tool wear, utilizing metalworking fluids with extreme pressure (EP) additives is crucial. These additives form a protective film on the contact surface between the tool and the workpiece, reducing wear and welding, and improving cutting efficiency.

(3) Kupfer und seine Legierungen

Es sollten Kühlschmierstoffe verwendet werden, die eine Oberflächenverfärbung und Korrosion des Werkstücks verhindern. Kupfer ist relativ weich und neigt bei der Bearbeitung zu Anhaftungen. Durch die Auswahl von Kühlschmierstoffen mit niedrigem oder gar keinem Schwefelgehalt können schwarze Flecken und andere Oxidationsreaktionen auf der Bearbeitungsoberfläche vermieden werden, während die ursprüngliche Farbe und der Glanz des Kupfers erhalten bleiben.

(4) Werkstoffe aus Titanlegierungen

Aufgrund der hohen Festigkeit und der geringen Wärmeleitfähigkeit von Titanlegierungen wird empfohlen, speziell für Hochtemperaturlegierungen entwickelte Kühlschmierstoffe zu verwenden, die in der Regel effiziente Schmier- und Kühlkomponenten enthalten. Geeignete Kühlmittel sorgen für eine gute Schmierung, reduzieren die Reibungswärme und verhindern wirksam chemische Reaktionen und Adhäsion, was die Lebensdauer der Werkzeuge verlängert.

(5) Hochtemperatur-Legierungen wie Nickel- und Kobalt-Basis-Legierungen

These materials generate a lot of heat during cutting due to their heat resistance and high hardness. When machining these materials, it is highly recommended to use extreme pressure cutting fluids formulated with inactive sulfur or phosphorus compounds, which form a protective film under high temperatures, reducing friction and wear. Additionally, excellent cooling performance is required, often necessitating High-Pressure Coolant (HPC) systems operating at 70 to 100 bar ^[2] to overcome the thermal vapor barrier.

Jedes Material hat seine eigenen physikalischen und chemischen Eigenschaften, und die Auswahl des am besten geeigneten Kühlmittels kann die Effizienz und Qualität der Bearbeitung verbessern und gleichzeitig die Lebensdauer von Maschinen und Werkzeugen verlängern.

Geeignete Kühlschmierstoffe für verschiedene Arbeiten

Verschiedene Arten von Bearbeitungsvorgängen haben auch spezifische Anforderungen an die Auswahl der Metallbearbeitungsflüssigkeit, die Aspekte der Kühlung, Schmierung, Spanabfuhr und des Korrosionsschutzes betreffen.

(1) Wendemanöver

Häufig ist ein kontinuierlicher Materialabtrag erforderlich, der Schneidflüssigkeiten mit guter Kühl- und Schmierleistung zum Schutz von Werkzeugen und Werkstücken erfordert. Beim Drehen von Stahl oder harten Legierungen können ölbasierte Bearbeitungsflüssigkeiten mit Hochdruckadditiven für zusätzliche Schmierung sorgen und so Wärmeentwicklung und Verschleiß verringern. Bei Aluminium oder anderen Nichteisenmetallen liegt der Schwerpunkt auf der Kühlleistung des Kühlschmierstoffs, um ein Anhaften des Materials am Werkzeug zu verhindern.

(2) Fräsarbeiten

Involves more complex tool paths and multi-point cutting, requiring cutting fluids to provide excellent cooling and chip removal performance. When machining hard-to-machine materials such as stainless steel or high-temperature alloys, high-performance fully synthetic, or semi-synthetic cutting fluids can effectively reduce tool wear and severe thermal distortion of the workpiece. They maintain low temperatures in the cutting area, improving machining accuracy.

(3) Bohraktivitäten

Deep hole drilling requires machining fluids to penetrate the hole bottom to provide lubrication and cooling. Efficient cutting fluids help quickly remove chips, prevent clogging and overheating, and avoid damage to the hole wall and dimensional inaccuracies. For deep hole drilling, using low-viscosity and high-cooling water-based cutting fluids is especially suitable because these fluids can easily penetrate small holes and narrow spaces.

(4) Schleifarbeiten

Generates significant heat, requiring cutting fluids with excellent cooling performance to prevent workpiece overheating and thermal damage. Water-based cutting fluids are usually preferred because they can quickly absorb and conduct heat, maintaining low temperatures in the grinding area. Additionally, high detergency (flushing capability) is strictly necessary to wash away microscopic swarf, prevent grinding wheel loading, and improve surface finish quality.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Wahl des richtigen Kühlmittels nicht nur die Effizienz und Qualität der Bearbeitung verbessert, sondern auch die Lebensdauer von Maschinen und Werkzeugen verlängert. Dies gewährleistet die Betriebssicherheit und maximiert die wirtschaftlichen Vorteile.

Vorsichtsmaßnahmen bei der Verwendung von Schneidflüssigkeiten

Bei der Auswahl von Kühlschmierstoffen müssen Leistung, Sicherheit und Umweltauswirkungen umfassend berücksichtigt werden, um die Kosteneffizienz zu maximieren.

(1) Schutz der Umwelt

Der Umweltschutz wird immer mehr in den Vordergrund gerückt, so dass umweltfreundliche Kühlschmierstoffe ein wichtiges Thema sind. Umweltfreundliche Kühlschmierstoffe werden hauptsächlich aus biologisch abbaubaren Materialien hergestellt, was die Umweltverschmutzung reduziert. Außerdem enthalten diese Kühlschmierstoffe in der Regel keine schädlichen Chemikalien, wodurch sich die Schwierigkeiten und Kosten für die Behandlung von Abfallflüssigkeiten verringern. Die Verwendung umweltfreundlicher Kühlschmierstoffe hilft den Unternehmen, die immer strengeren Umweltvorschriften einzuhalten, und stärkt ihr grünes Markenimage.

(2) Sicherheit

Safety is an indispensable factor in the work environment, especially when cutting fluids are involved. Traditional cutting fluids may contain harmful chemicals such as sulfates, chlorine, and heavy metals, which can cause skin irritation, respiratory problems, and more serious health issues. Therefore, choosing low-toxicity or non-toxic cutting fluids and maintaining airborne mist concentrations strictly below the NIOSH limit of 0.4 mg/m³ ^[3] is key to protecting operator health, reducing health risks, and providing a safer working environment for operators.

(3) Wirtschaft

From an economic perspective, choosing the right cutting fluid is crucial for controlling production costs. Environmentally friendly and high-performance machining fluids may have higher initial purchase costs. But, in the long run, they can significantly lower overall operational costs by reducing tool wear, improving machine efficiency, and lowering waste disposal fees. Additionally, using high-quality metalworking fluids can extend equipment life, reduce production interruptions, and further optimize production costs.

Zusammenfassung

In diesem Artikel werden die Arten von Kühlschmierstoffen und ihre Auswahlkriterien für verschiedene Werkstoffe und Bearbeitungsvorgänge umfassend erörtert. Von Emulsionen bis hin zu vollsynthetischen Kühlschmierstoffen hat jeder Kühlschmierstoff seine eigenen Vorteile und Anwendungsszenarien. Er bietet optimale Kühl-, Schmier- und Korrosionsschutzeigenschaften für bestimmte Werkstoffe und Bearbeitungsanforderungen und berücksichtigt dabei auch Umwelt-, Sicherheits- und wirtschaftliche Aspekte.

Through precise selection and application of suitable cutting fluids, facilities providing custom CNC machining services can improve machining efficiency and product quality, ensure a safe operating environment, and optimize production costs, achieving efficient, economical, and sustainable production.

Referenz

[1] ASTM International. (2019). ASTM D2881-19 Standard Classification for Metalworking Fluids and Related Materials. https://doi.org/10.1520/D2881-19

[2] Raykar, S. J., & D’Addona, D. M. (2019). Thermal Modeling of Tool Temperature Distribution during High Pressure Coolant Assisted Turning of Inconel 718. Materials, 12(3), 408. https://doi.org/10.3390/ma12030408

[3] National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH). (1998). Criteria for a Recommended Standard: Occupational Exposure to Metalworking Fluids. Centers for Disease Control and Prevention (CDC). https://stacks.cdc.gov/view/cdc/5175