Simulationsgestützte Analyse des Einflusses von Kühlschmierstoff auf den Zerspanungsprozess

• Antragsteller: Dr. Jörg Kuhnert; Professor Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik ; Mathematik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403835841

Zu den wichtigsten Funktionen des Kühlschmierstoffs (KSS) in Zerspanungsprozessen zählen die Kühlung von Werkzeug, Werkstück und Maschinenkomponenten, die Schmierung der Kontaktflächen zwischen Werkstoff und Schneidstoff und die Unterstützung der Spanabfuhr. Mit dem Einsatz des KSS geht im Vergleich zur Trockenbearbeitung oftmals eine erhebliche Verlangsamung des Verschleißwachstums am Werkzeug einher, da die thermo-mechanischen Werkzeugbeanspruchungen reduziert werden. Für die ökonomisch und ökologisch effiziente Verwendung des KSS ist eine genaue Abstimmung aller Prozessparameter erforderlich. Die Kenntnis der Zusammenhänge zwischen den Prozesseinstellgrößen und den resultierenden Werkzeugbeanspruchungen ist dazu zwingend erforderlich, jedoch experimentell nur mit großen Einschränkungen ermittelbar, da beispielsweise der KSS den Einsatz von Messsystemen beträchtlich erschwert. Für eine derartige Aufgabe ist die numerische Zerspanungssimulation prädestiniert, mit der sich jedoch bislang lediglich die thermo-mechanischen Werkzeugbeanspruchungen in Zerspanungsprozessen ohne KSS berechnen lassen. Derzeit existiert kein Simulationssystem, mit dem die Spanbildung und die Umströmung bzw. Benetzung der Zerspanungszone mit Kühlschmierstoff in einem thermisch gekoppelten Modell abbildbar ist. Ein solches Modell ist erforderlich, um den Einfluss des KSS auf den Zerspanungsprozess umfassend und mit hoher Genauigkeit analysieren zu können und somit Werkzeug- und Prozessentwicklungen zu unterstützen. Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist daher die simulationsgestützte Untersuchung der Drehbearbeitung unter Einsatz von KSS, zum einen als konventionelle Überflutungskühlung und zum anderen als Minimalmengenschmierung (MMS). Hierzu ist ein Softwarewerkzeug zu entwickeln, das die Simulation der thermo-mechanischen Werkzeugbeanspruchungen sowie der Spanbildung unter dem Einfluss von KSS ermöglicht. Als Simulationsmethode soll die Finite-Pointset-Methode (FPM) verwendet werden, die aufgrund ihrer gitterfreien Rechenbasis die erforderliche Flexibilität bei der Abbildung freier Oberflächen bietet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen