Die Erfindung betrifft ferner ein Werkzeug zur Durchführung des vorste- hend beschriebenen Verfahrens.

Das eingangs beschriebene Verfahren lässt sich der DE 43 26 517 C2 entnehmen. Offenbart ist hier ein Verfahren zur spanenden Bearbeitung von metallischen Werkstücken und auch keramischer Oberflächen, wobei während des Bearbeitungsvorganges durch Zufuhr eines Kühlmittels zur Bearbeitungsstelle gekühlt wird, und wobei zur Kühlung ein zumindest überwiegend aus Kohlendioxid bestehender Kühlmittelstrahl enthaltend kaltes Gas und Schneepartikel der Bearbeitungsstelle zugeführt wird. Da- bei wird der Kühlmittelstrahl aus gasförmigem, unter geeignetem Über- druck stehendem CO2 derart gewonnen, dass das CO2-Gas über eine Schlitzdüse oder eine sonstige schlitzartige Öffnung zunächst in ein um diesen Expansionsschlitz herum ausgebildetes, weitgehend gegen die Umgebung abgeschlossenes Expansionsvolumen hinein expandiert wird und ausgehend von diesem Expansionsvolumen und dessen Austrittsöff- nung der Kühlstrahl gebildet und auf den zu kühlenden Bereich gerichtet wird. Dabei liegt das Ausgangsdruckniveau für das C02 vor der Entspan- nung bei wenigstens 50 bar.

Aus der DE-B 15 509 Ib/49a ist ein Verfahren zur spanenden Bearbeitung von metallischen Werkstücken bekannt, bei dem während des Bearbei- tungsvorganges durch Zufuhr eines Kühlmittels zur Bearbeitungsstelle

gekühlt wird. Als Kühlmittel wird über eine Düse ein Flüssigkeitsstrahl aus CO2 auf das Werkstück verwendet. Dabei trifft der Flüssigkeitsstrahl aus CO2 an der Bearbeitungsstelle auf das Werkstück, wobei ein Nieder- schlag von festem CO2 entsteht. Dabei soll das flüssige CO2 an der Stelle expandieren, wo das Werkzeug das Werkstück berührt.

Aus der DE-AS 1 037 808 ist die spanabhebende Bearbeitung unter Verwendung von Kohlensäure in Form von Schnee für Kühtzwecke be- kannt. Dabei strömt flüssige Kohlensäure unter Druck aus einem Kapellar- rohr oder einer Düse aus und wird beim Austritt aufgrund des Druckab- falles augenblicklich in ein Gemisch aus Dampf und Schnee umgewan- delt.

Bei der auf Kohlendioxid beruhenden Kühlmethode handelt es sich um eine trockene Kühlung. Da das Kohlendioxid bei normaler Umgebung- stemperatur den gasförmigen Zustand annimmt, verbleiben in Anschluss an die gekühlte Bearbeitung keinerlei Kühlmittelrückstände auf dem Werkstück.

In der DE 199 15 619 A1 ist ein Verfahren zum Abführen von Zerspa- nungsprodukten eines zerspanenden Bearbeitungsverfahrens beschrieben, bei dem feste CO2-Teilchen einem Gasstrom zugeführt werden. Der Gasstrom mit den aufgenommenen festen CO2-Teilchen wird dann einem Bearbeitungsraum zugeführt und hier auf einen Bereich gerichtet, in dem ein Werkstück von einem Werkzeug zerspanend bearbeitet wird, wobei zumindest ein Großteil der erzeugten Zerspanungsprodukte erfasst wird.

In dem Aufsatz"Kühlschmieren beim Zerspanen"von Kurt Häuser (Tech- nische Rundschau Nr. 25,19. Juni 1970, Seiten 21 u. 23 ; Technische Rundschau Nr. 26, 26. Juni 1970, Seiten 29 u. 31) wird dem Fachmann

die Lehre vermittelt, CO2 als Kühlschmiermittel einzusetzen, das mit ho- hem Druck (50-70 atü) als Flüssigkeitsstrahl an die Wirkstelle gespritzt werden soll, wo die Entspannung und damit die Expansion zu einem gas- förmigen Kühlmittel erfolgt, so dass sich das Kühlschmiermittel an der Wirkstelle als Schnee niederschlägt.

In der US-A-3,971, 114 wird allgemein auf Tieftemperatur-Kühlmittel, insbesondere Freon-12 als Beispiel für expandierbare Gas-Kühlmittel hin- gewiesen. Hier soll das durch ein Werkzeug hindurch geleitete Kühlmittel aus dem Werkzeug aus einer kleinen Öffnung bzw. Bohrung austreten, wobei diese Bohrung die Kühlmittelmenge steuern soll und in einem sol- chen Abstand von der tatsächlichen Bearbeitungsstelle liegt, dass Späne keinen störenden Einfluss auf den austretenden Kühlmittelstrom haben können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs beschriebene Verfahren hinsichtlich seiner Werkzeugkühlung zu verbessern und ein zur Durchführung des so verbesserten Verfahrens geeignetes Werkzeug zu entwickeln.

Ausgehend von dem eingangs beschriebenen Verfahren wird diese Auf- gabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass unter Druck stehendes flüs- siges COz intern durch das Werkzeug hindurch geleitet und in unmittelba- rer Nähe der eigentlichen Bearbeitungsstelle in diese aus dem Werkzeug heraus durch Druckabfall auf Umgebungsdruck zu einem kaltes Gas und Schnee enthaltenden Kühlmittelstrom expandiert wird, wobei die Expan- sion durch eine den Kühlmittelaustritt aus dem Werkzeug bildende Ex- pansionsdüse erfolgt.

Hinsichtlich des Werkzeuges wird die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst durch zumindest einen internen, für die Durchleitung des flüssigen CO2 ausgelegten Kühlmittelkanal, der in der Nähe einer Werkzeugschneide oder einer Werkzeugführungsleiste in eine Expansionsdüse für die CO2- Verdampfung mündet.

Das Werkzeug können z. B. ein Bohrer, ein Gewindeformer, ein Fräser, eine Bohrstange, ein Reibwerkzeug, Wendeplatten für Drehmaschinen oder dgl. sein. Es kann sich um rotierende, stehende und insbesondere um eintauchende Werkzeuge mit geometrisch bestimmter und/oder unbe- stimmte Schneide handeln. Die Werkzeuge können spanabhebend oder aber materialverformend arbeiten z. B. als Gewindeformer, wo mittels Fließpressen Material verformt wird. Bei den schneidenden Werkzeugen kann es sich um Ein-, Zwei-oder Mehrschneidenwerkzeuge handeln. Da- bei soll unter"Werkzeug"auch z. B. eine beim Trockenräumen (Innenräu- men) eingesetzte Ringdüse verstanden werden, die während des Prozes- ses das Räumwerkzeug von außen benetzt bzw. mit C02 beaufschlagt.

Bei rotierenden, eintauchenden oder sonstigen Werkzeugen wird erfin- dungsgemäß eine Spindel und/oder ein Werkzeughalter mit interner Hin- durchleitung des flüssigen CO2 und verlustloser Ankopplung an das Werkzeug verwendet. Das flüssige CO2 wird dann über eine Verbin- dungsleitung z. B. durch eine rotierende Spindel eines Bearbeitungszen- trums hindurch verlustlos bis zum Werkzeug geführt. Erst am Austritt in Schneidennähe wird über eine Düse mit engstem Querschnitt die Expan- sion in dem Bearbeitungsbereich realisiert. Das zur Kühlung verwendete CO, wird z. B. mit handelsüblichen Gasflaschen zur Verfügung gestellt und liegt somit mit einer Temperatur von etwa 20°C und einem Druck von etwa 57 bar vor. Die Spindel bzw. der Werkzeughalter ist also von der Expansionskälte nicht betroffen.

Als Werkzeughalter kommen Schrumpffutter, Hydrodehnspannfutter oder Spannzangenfutter für alle Bohrer, Aufbohrwerkzeug-oder Gewindewerk- zeugschäfte oder für Werkzeugkörper, z. B. Monoblockwerkzeuge (Rei- bahlen, Bohrstangen) sowie Werkzeughalter für Drehoperationen und Räumwerkzeuge in Frage.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere bei eintau- chenden Werkzeugen, bei denen sich die eingangs beschriebenen Verfah- ren gar nicht oder nur mit verringertem Kühlwirkungsgrad einsetzen las- sen. Durch die erfindungsgemäße Kühlmittelzufuhr unmittelbar an der Wirkstelle ergibt sich hier eine deutliche Absenkung der Zerspanungs- bzw. Verformungstemperatur. Die thermischen Einflüsse sind kontrollier- bar, was sich positiv auswirkt auf die Werkzeugstandzeit, die Schnittpa- rameter sowie die Werkstückqualität, insbesondere hinsichtlich Maßhal- tigkeit und Oberflächengüte.

Es ist zweckmäßig, wenn die Ansteuerung für den Kühlmittelfluss nur während der Wirkzeit mittels eines CO2-beständigen Magnetventils er- folgt. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Dimensionierung der Expansions- düse und/oder des ihr zugeordneten Kühlmittelkanals so vorgenommen wird, dass pro Zeiteinheit nur die für eine ausreichende Kühlung erforder- liche Menge an flüssigem COZ expandiert wird.

Durch den Einsatz der Erfindung lassen sich die bisher bei der sogenann- ten Trockenbearbeitung auftretenden Probleme (Verunreinigungen der Maschine ; thermische Probleme, insbesondere dort wo es auf Stichmaß- toleranzen ankommt) beheben. Durch Versuche konnte nachgewiesen werden, dass bei Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens Werkzeug und Werkstück in der Temperatur konstant gehalten werden können. Bei Einsatz der erfindungsgemäßen Kühlung lassen sich also Produktionsstra-

ßen komplett trockenlegen und zwar auch dort, wo es auf große Ferti- gungsgenauigkeit ankommt.

Nachdem durch umfangreiche und intensive Versuche festgestellt werden konnte, dass bei besonders hohen Zerspanungsgeschwindigkeiten und Vorschüben, insbesondere bei der Bearbeitung von Si-haltigen Aluminium- legierungen nicht auf eine Restschmierung verzichtet werden kann, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, in derartigen Fällen dem flüssigen CO2 ein dünnflüssiges Schmiermittel, z. B. ein niedrig viskoses Öl, zuzufügen, wobei die Impfung mit dem Schmiermittel unmittelbar vor Einleitung des flüssigen C02-Stroms in das Werkzeug in Form einer kontinuierlichen Ein- speisung vorgenommen werden kann. Zweckmäßig ist dann eine intensi- ve Vermischung, die erfindungsgemäß dadurch sichergestellt werden kann, dass das CO2/Schmiermittel-Gemisch durch ein Sinterplättchen hindurch geleitet wird.

Der flüssige, dem Werkzeug zugeführte C02-Strom kann einen Druck von etwa 55-63 bar bzw. eine Temperatur von etwa 18-25°C aufweisen.

Das Mischungsverhältnis flüssiges C02 : flüssigem Schmiermittel kann z. B. auf etwa 30 : 1 eingestellt werden.

Hinsichtlich der Gestaltung des Werkzeuges ist es vorteilhaft, wenn die Austrittsöffnung der Expansionsdüse in einem geringen, ein Nachschlei- fen der Werkzeugschneide bzw.-führungsleiste ermöglichenden Abstand vor dem Werkzeugaustritt liegt.

Alternativ kann die Austrittsöffnung der Expansionsdüse auch hinter der Werkzeugschneide bzw. im Spanraum liegen.

Es kann ferner zweckmäßig sein, wenn die CO2-Expansionsdüse in eine Druckluftdüse integriert ist, in dessen sich beim Betrieb bildenden Druck- luftmantel eine Schmiermittel-Zufuhr ausmündet. Dem sich bildenden, den CO2-Expansionsstrahl ummantelnde Druckluftmantel wird dann das Schmiermittel beigefügt, wobei dann die Schmiermittelmenge unabhängig vom Kühlbedarf durch das CO2 gesteuert werden könnte. Eine derartige Lösung eignet sich allerdings nur für größere Werkzeuge.

Soweit es die Art der Werkzeugherstellung erlaubt, ist es zweckmäßig, wenn die Expansionsdüse bei der Werkzeugherstellung in das Werkzeug eingearbeitet, z. B. eingesintert ist. Soweit das Werkzeug selbst zerspa- nend hergestellt wird, was z. B. bei Bohrstangen der Fall ist, kann die Ex- pansionsdüse von außen eingebaut oder aber selbst spanabhebend her- gestellt oder aber durch Erodieren in das Werkzeug eingebracht werden.

In der Zeichnung ist eine als Beispiel dienende Ausführungsform der Er- findung schematisch dargestellt Es zeigen Figur 1 einen Spiralbohrer in Seitenansicht, ausschnittsweise im Längsschnitt, Figur 2 den Spiralbohrer gemäß Figur 1 in Draufsicht und Figur 3 einen Strömungsplan für die CO2-Schmiermittel- impfung.

Dargestellt ist ein Werkzeug 1 in Form eines Spiralbohrers mit zwei Werkzeugschneiden 2. Durch das Werkzeug 1 sind zwei für die Durchlei- tung von flüssigem CO2 ausgelegte Kühimittell<anäle 3 hindurch geführt, die in der Nähe der ihnen zugeordneten Werkzeugschneide 2 jeweils in

eine Expansionsdüse 4 für die CO2-Verdampfung münden. Die Aus- trittsöffnung 4a jeder Expansionsdüse 4 liegt in einem geringen, ein Nachschleifen der Werkzeugschneide 2 ermöglichenden Abstand vor dem Werkzeugaustritt des verdampften CO2.

Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Einspeisung eines flüssigen Schmiermittels in den COz-Strom vor Eintritt in das Werkzeug.

Aus einem CO2-Behälter 5 wird das flüssige C02, das beispielsweise eine Temperatur von 20°C und einen Druck von 57 bar aufweisen kann, über eine C02-Leitung 6, an die noch eine Gasleitung 7 angeschlossen ist, über eine Drehdurchführung 8 in ein Werkzeug 1 eingeleitet. Strichpunk- tiert ist schematisch eine Anlage 9 zur Impfung dieses C02-Stromes mit einem flüssigen Schmiermittel dargestellt. Diese Anlage umfasst eine mit Bypass ausgestattete Hydraulikpumpe 10, die aus einem Schmiermittel- behälter 11 Schmiermittel mit einem Druck, der zumindest dem CO2- Druck in der 2-Leitung 6 entspricht, über ein Nadelventil 12 in die C02- Leitung 6 einspeist. In Strömungsrichtung hinter diesem Nadelventil 12 ist in die CO-Leitung 6 ein Sinterplättchen 13 eingeschaltet, das von dem CO2/Schmiermittel-Gemisch durchströmt wird und eine intensive Vermischung der beiden Gemischkomponenten sicherstellt.