Anspruchsvolle, warmfeste Werkstoffe stellen ein Kernelement bei der Fertigung hoch belastbarer, qualitativ hochwertiger Bauteile dar. Zu diesen Werkstoffen zählen Nicke­lbasis­legierungen, von denen insbesondere Inconel 718 in Anwendungsfeldern wie der Luft- und Raumfahrt Einsatz findet. Nickel­basislegierungen zeichnen sich durch ihre Hochtemperaturfestigkeit, ihre Kriechbeständigkeit und ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber Korrosion und chemischen Einflüssen aus. Diese Eigenschaften resultieren in besonderen Herausforderungen bei der Bearbeitung, im Speziellen der Bohrbearbeitung, dieser meist kostenintensiven, sicherheitskritischen Bauteile. Die Legierungen begünstigen bedingt durch ihre geringe Wärmeleitfähigkeit einen verstärkten thermischen Energiefluss zum Schneidstoff. Um einen intensiven Werkzeug­verschleiß der VHM-Werkzeuge, welche bei der Bohrbearbeitung von Inconel 718 oftmals eingesetzt werden, und der damit verbundenen Verschlechterung der Bohrungsqualitäten vorzubeugen, müssen die bei der Bearbeitung auftre­tenden Temperaturen folglich geringgehalten werden. Die erschwerte Zugäng­lichkeit der Wirkstelle beim Bohren limitiert die Möglichkeiten der Prozess­kühlung und hiermit die einsetzbaren Schnittgeschwindigkeiten.

Um die Schnittgeschwindigkeit und in dieser Weise auch die Prozess­produktivität zu erhöhen, strebt das Forschungsprojekt eine Anpassung des KSS-Konzepts an. Die Vorteile der bestehenden Konzepte, welche die innere Hochdruckkühlung mit Emulsion sowie die kyrogene Kühlung mit Flüssig­stickstoff oder Kohlendioxid umfassen, sollen bei der Entwicklung einer Tief­tem­peratur­emulsion vereint werden. Die tiefkalte Emulsion kombiniert dabei eine hohe Wärmekapazität und -leitfähigkeit mit einer effektiven Prozess­kühlung sowie einer verbesserten Wärmeabfuhr. Dies soll höhere Schnittwerte, längere Werkzeugstandzeiten und verbesserte Bauteiloberflächen sowie –rand­zonen ermöglichen. Im Forschungsprojekt werden hierfür eine bis T = -20°C abkühlbare Emulsion und ein zugehöriges KSS-System, welches unter anderem einen isolierten Tank und ein Kühlaggregat beinhaltet, entwickelt. Darüber hinaus müssen die Werkzeugmaschine und ihre Peripherie auf die neuen Einsatzbedingungen angepasst werden. Die Einsatzfähigkeit des neuartigen Systems wird im Anschluss umfassend technologisch untersucht und einem Referenz-KSS gegenübergestellt. Hierfür werden auf einem auf die Projektbedingungen adaptierten Bearbeitungszentrum Versuche mit verschie­denen Schnittgeschwindigkeiten und KSS-Zuführtemperaturen durchgeführt. Die zu untersuchenden Aspekte beinhalten den Werkzeugverschleiß, die Prozesskräfte, die Spanbildung, die Bohrungsqualität und -genauigkeit, die Schneiden- sowie die Bauteiltemperatur und die resultierende Bohrungs­randzonenintegrität.

Bei erfolgreicher Umsetzung des Forschungsvorhabens können eine höhere Wirtschaftlichkeit, Prozesssicherheit und Ressourceneffizienz bei der Bohrbear­beitung von Nicke­lbasis­legierungen wie Inconel 718 erzielt werden. Die Ergeb­nisse sind für Hersteller von KSS, Werkzeugen, Maschinen und Peripherien sowie die eigentlichen Produktionsanwender von besonderer Relevanz und können zur Etablierung des erweiterten Einsatzes von Emulsion beitragen.