Die Wahl der richtigen Kühlstrategie bei der CNC-Bearbeitung ist eine der wichtigsten technologischen Entscheidungen, die nicht nur die Qualität des Werkstücks, sondern auch die Standzeit der Werkzeuge, die Produktionskosten und die Stabilität des gesamten Prozesses beeinflusst. In der Produktionspraxis gibt es keine universelle Lösung – die Trockenbearbeitung und die Bearbeitung mit Kühlmittel haben jeweils klar definierte Anwendungsbereiche. In diesem Leitfaden erläutern wir ausführlich, wann sich welche Methode am besten eignet.
In diesem Artikel erfahren Sie:
Als Trockenbearbeitung bezeichnet man einen Zerspanungsprozess, der ohne den Einsatz eines herkömmlichen Kühlmittels (Emulsion oder Öl) durchgeführt wird. In der Praxis bedeutet dies, dass die beim Zerspanen entstehende Wärme nicht aktiv durch eine Flüssigkeit abgeführt wird, sondern über den Span, das Werkzeug und die Luft abgeleitet werden muss. In vielen Fällen wird lediglich Druckluft eingesetzt, deren Aufgabe es ist, die Späne zu entfernen und deren erneuten Kontakt mit der Schneide zu verhindern.
Die CNC-Trockenbearbeitung erfolgt in der Regel mit entsprechend ausgewählten Schnittparametern, d. h. bei:
Entscheidend ist dabei die Annahme, dass der Großteil der Wärme zusammen mit den Spänen „abgeführt“ werden sollte. Genau aus diesem Grund wird die Trockenbearbeitung häufig mit modernen Werkzeugbeschichtungen und stabilen, steifen Werkzeugmaschinen kombiniert.
Natürlich reagieren nicht alle Werkstoffe gleich auf das Fehlen von Kühlmittel. Am besten eignen sich für diese Technologie Werkstoffe, die Wärme gut ableiten und nicht dazu neigen, an der Schneide zu haften. Zu den typischen Beispielen zählen Gusseisen, bestimmte Aluminiumlegierungen sowie ausgewählte Kunststoffe. In vielen Fällen lassen sich durch die Trockenbearbeitung von Kunststoffen Probleme wie das Aufquellen des Materials oder die Verunreinigung der Oberfläche durch Kühlmittel vermeiden.
Gleichzeitig ist zu beachten, dass Werkstoffe mit geringer Wärmeleitfähigkeit oder hoher Plastizität (z. B. Edelstahl) selten für diese Bearbeitungstechnologie geeignet sind.
Einer der größten Vorteile der Trockenbearbeitung ist der Wegfall der Kosten für den Einkauf, die Filterung und die Entsorgung von Kühlmittel. Dies ist von Bedeutung, da in vielen Industriebetrieben die Kosten für das Kühlmittelmanagement einen erheblichen Teil des Produktionsbudgets ausmachen. Der Verzicht auf Emulsionen bedeutet zudem einen geringeren Energieverbrauch, den Wegfall der Reinigung der Werkstücke sowie eine Verbesserung der Arbeitsbedingungen für die Bediener.
Auch aus ökologischer Sicht ist diese Lösung besonders attraktiv – die Reduzierung von gefährlichen Abfällen und des Chemikalienverbrauchs fügt sich in Strategien der nachhaltigen Produktion ein, was für moderne Unternehmen oft von großer Bedeutung ist.
Die Trockenbearbeitung erfordert Werkzeuge mit hoher thermischer Beständigkeit und reibungsmindernden Beschichtungen. Beliebt sind AlTiN-, TiAlN- oder DLC-Beschichtungen, die bei hohen Temperaturen stabil bleiben. Die Werkzeuge müssen zudem so konstruiert sein, dass sie Späne effektiv abführen und den Kontakt der Schneide mit dem erhitzten Werkstoff minimieren.
Die Kühlung in der CNC-Bearbeitung besteht darin, ein Kühl- und Schmiermittel in den Schnittbereich zu leiten, um die Temperatur zu senken, die Reibung zu verringern und den Spanabtransport zu verbessern. In vielen modernen Betrieben kommt ein moderner Maschinenpark mit Spindelkühlung zum Einsatz, wodurch das Kühlmittel unter hohem Druck direkt an die Schneidkante geleitet werden kann.
Der Kühlschmierstoff spielt bei der spanenden Bearbeitung eine wichtige Rolle, da er Folgendes ermöglicht:
Ohne diese Funktionen wären viele Prozesse instabil oder wirtschaftlich unrentabel.
Emulsionskühlmittel gehören zu den am häufigsten verwendeten Lösungen. Dies liegt daran, dass die Mischung aus Öl und Wasser eine gute Kühlung und mäßige Schmierung gewährleistet.
Ölkühlmittel hingegen bieten sehr gute Schmiereigenschaften und werden bei Bearbeitungen eingesetzt, die höchste Oberflächenqualität erfordern.
An dieser Stelle ist auch die MQL-Methode (Minimum Quantity Lubrication) zu erwähnen, bei der eine minimale Schmierung mittels Ölnebel erfolgt. Der Verbrauch des Kühlmittels ist hier äußerst gering, und der Prozess selbst ist umweltfreundlicher (wenn auch bei anspruchsvolleren Werkstoffen nicht immer ausreichend).
Es sei betont, dass der Einsatz von Kühlmittel in vielen Prozessen keine Option, sondern eine Voraussetzung für eine stabile Produktion ist. Um Łukasz Mazur, einen der Technologen unseres Unternehmens RADMOT, zu zitieren, können wir sagen:
„Bei bestimmten Bearbeitungsvorgängen führt das Fehlen von Kühlmittel zu einem schnellen Verschleiß der Werkzeuge und zum Verlust der Wiederholgenauigkeit in der Produktion – dies gilt beispielsweise für die Bearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe oder das Bohren tiefer Löcher. In solchen Fällen ist die Kühlung keine Option, sondern eine technologische Notwendigkeit.“
Nickel- und Titanlegierungen sowie Edelstahl erzeugen enorme Wärmemengen und neigen dazu, am Werkzeug zu haften. Ein Beispiel für einen anspruchsvollen Prozess ist das Drehen von Edelstahl mit Kühlmitteloptimierung, bei dem die richtige Auswahl des Kühlmittels entscheidend für die Standzeit der Schneiden und die Stabilität des Prozesses ist.
Das Bohren tiefer Löcher oder Schlichtbearbeitungen erfordern eine effektive Spanabfuhr und Kühlung. Ohne diese Maßnahmen steigt das Risiko eines Werkzeugverschleißes oder einer Beschädigung des Werkstücks rapide an.
Bei der Auswahl der Kühlstrategie müssen stets die physikalischen und thermischen Eigenschaften des Werkstoffs berücksichtigt werden. Unterschiede in der Wärmeleitfähigkeit, der Plastizität oder der Neigung zum Anhaften am Werkzeug führen dazu, dass dieselbe Kühlmethode je nach bearbeitetem Werkstoff völlig unterschiedliche Ergebnisse liefern kann. Durch die richtige Anpassung der Technologie an das Material lassen sich die Prozessstabilität deutlich erhöhen, der Werkzeugverschleiß verringern und die Oberflächenqualität der Werkstücke verbessern.
Aluminium kann sowohl trocken als auch mit Kühlmittel bearbeitet werden. In der Serienfertigung wird häufig das Fräsen von Aluminium mit Kühlsystem eingesetzt, wodurch das Anhaften von Spänen verhindert und die Oberflächenqualität verbessert wird.
Edelstahl erfordert aufgrund seiner geringen Wärmeleitfähigkeit und hohen Plastizität fast immer ein Kühlmittel.
Kunststoffe können schmelzen und sich verformen. In vielen Fällen hat sich die Trockenbearbeitung mit Luftgebläse bewährt.
Ein erster entscheidender Aspekt ist die Senkung der Temperatur an der Schneide. Übermäßige Hitze führt zu einem beschleunigten Verschleiß der Beschichtungen und zum Verlust der Werkzeughärte. Eine gleichmäßige Kühlung kann die Standzeit der Werkzeuge um ein Vielfaches verlängern.
Ein zweiter wichtiger Aspekt ist die Verringerung der Reibung. Die Schmierung reduziert die Schnittkräfte, was Mikrobeschädigungen an den Schneidkanten verringert und die Prozessstabilität verbessert.
Hierbei ist auch auf Thermoschocks zu achten. Plötzliche Temperaturänderungen können zu Mikrorissen und zum Ausbröckeln der Schneidkanten führen, weshalb die Art der Kühlmittelzufuhr gut kontrolliert werden muss.
Die Kosten für Kühlmittel auf Ebene eines Produktionsbetriebs werden oft unterschätzt. Sie umfassen nicht nur den Kauf des Konzentrats, sondern auch die Herstellung der Emulsion, die Filtration, die Überwachung der Parameter, die Wartung der Anlage sowie die Arbeitszeit der für die Instandhaltung des Systems zuständigen Bediener. In vielen Unternehmen machen die Gesamtbetriebskosten für Kühlmittel auf Jahresbasis einen erheblichen Teil der Betriebskosten der Produktionsabteilung aus.
Andererseits kann eine angemessene Kühlung den Werkzeugverschleiß deutlich verringern, die Anzahl der Produktionsfehler reduzieren und die Stabilität von Serienprozessen verbessern. In der Großserienfertigung führt bereits eine geringfügige Verlängerung der Standzeit der Werkzeuge zu realen Einsparungen in Höhe von Zehntausenden Zloty pro Jahr. Daher sollte eine Wirtschaftlichkeitsanalyse der Kühlung stets die vollständige Kostenbilanz berücksichtigen und nicht nur die Ausgaben für den Kauf des Kühlmittels.
Aus ökologischer Sicht sind die Entsorgung verbrauchter Emulsionen und die Reduzierung von Ölnebelemissionen von entscheidender Bedeutung. Unternehmen investieren zunehmend in Filtersysteme, Ölabscheider und MQL-Technologien, um die Auswirkungen der Produktion auf die Umwelt zu verringern. Ein verantwortungsbewusster Umgang mit Kühlmitteln wird zu einem Bestandteil der ESG-Strategie und zu einem Wettbewerbsvorteil in der Industrie.
Die Wahl der Kühlstrategie sollte sich aus der Analyse des Werkstoffs, der Werkstückgeometrie und der Qualitätsanforderungen ergeben. Sehen Sie sich unser Angebot an, fordern Sie ein Angebot an und kontaktieren Sie uns.
Kann man Aluminium ohne Kühlung fräsen?
Ja, allerdings vor allem bei geeigneten Parametern und Werkzeugen. In der Serienfertigung erhöht die Kühlung die Prozessstabilität.
Welche Zerspanungsparameter gelten bei der Trockenbearbeitung?
In der Regel werden höhere Schnittgeschwindigkeiten und geringere Schnitttiefen verwendet, damit die Wärme zusammen mit dem Späne abgeführt wird.
Verkürzt die Trockenbearbeitung die Standzeit der Werkzeuge?
Nicht immer – bei richtiger Werkzeugauswahl kann sie genauso effektiv sein wie die Bearbeitung mit Kühlmittel.
Welches Kühlmittel sollte man für Edelstahl wählen?
Meistens Emulsionen oder Öle mit hohen Schmiereigenschaften.
Wird MQL die herkömmliche Kühlung ersetzen?
In vielen Anwendungen ja, aber bei schwierigen Werkstoffen bleibt die klassische Kühlung weiterhin der Standard.