Extrem schnelle Kühlung und Schmierung während der Warmmassivumformung (T02#)

• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik ; Mechanik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 84292822

Schmiedewerkzeuge und Gravuren, wie sie in der Warmmassivumformung verwendet werden, müssen nach jedem Arbeitsgang gekühlt werden, um die thermo-mechanische Ermüdung zu reduzieren. Um die Reibung zwischen der Gravur und dem Werkstück zu minimieren, wird die Gravur außerdem mit einem Schmierfilm beschichtet. Der Film wird durch Zugabe von Schmierstoffen in die Kühlflüssigkeit erzeugt. Die Kühlung und Schmierung erfolgt i.d.R. durch Sprüh- und Strahlverfahren. Die Anforderungen der Schmiedeindustrie bestehen darin, geeignete Betriebsparameter für das Sprühsystem zu bestimmen, um die erforderliche Kühlwirkung der Gravuren zu erfüllen und dabei gleichzeitig Umweltbelastungen durch das Abwasser zu minimieren. Daher sind die Unternehmen daran interessiert, den Temperaturverlauf im Werkzeug während der Sprühkühlung zu modellieren, um die notwendige Mindestdauer des Kühlzyklus zu bestimmen und die Schmierstoffmenge sowie die richtige Größe und Form der Partikel in Abhängigkeit von den spezifischen Betriebsbedingungen zu optimieren. Ein neues, umfassend validiertes theoretisches Modell für Reinwasser, das im Rahmen des Projekts C4 des Sonderforschungsbereichs SFB-TRR 75 entwickelt wurde, stellt die Basis im vorliegenden Projekt dar, um das geforderte Simulationsmodell zu entwickeln.Die Zugabe von Schmierstoffen in Form von festen Partikeln kann jedoch potenziell zu einer signifikanten Änderung des Tropfenaufprallverhaltens auf heißen Oberflächen führen. Partikel können als Keimbildungsstellen dienen und so die Verdampfung fördern. Die aggregierten Partikel können zu einer Fixierung der 3-Phasenkontaktlinie, damit zu einer anderen Blasendynamik führen und letztlich zu anderen Wärmströmen. Das Hauptziel dieses Projekts ist es, der Industrie ein Modell für die Sprühkühlung und die Werkzeugschmierung zur Verfügung zu stellen, um die oben genannten Anforderungen zu erfüllen. Die Kooperation zwischen der TU Darmstadt und den Anwendungspartner basiert auf einer nachgewiesenen Zusammenarbeit, bei dem jeder Projektpartner besondere Expertise in das Projekt einbringt. Zu den Arbeitspakten auf Seiten der TU Darmstadt zählen die experimentelle Untersuchung der thermodynamischen und hydrodynamischen Phänomene des Einzeltropfenaufpralls auf glatte oder kontaminierte Substrate mit Schmiermittel, einschließlich der Beschreibung der Wärmeübertragung, sowie experimentelle Untersuchungen und die Modellierung des Wärmestroms beim Spray-Aufprall und die Beschreibung der Schichtbildung nach der Wandfilmverdampfung. Auf Seiten der Anwendungspartner erfolgt die Entwicklung und Herstellung von neuartigen Schmiermittelformulierungen; die Entwicklung eines Simulationsprogramms, das die Sprühkühlung beschreibt, sowie dessen Validierung mit Messdaten aus der Schmiede.

• DFG-Verfahren: Transregios (Transferprojekt)
• Teilprojekt zu: TRR 75: Tropfendynamische Prozesse unter extremen Umgebungsbedingungen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Antragstellende Institution: Universität Stuttgart
• Mitantragstellende Institution: Technische Universität Darmstadt
• Unternehmen: Fuchs Lubritech GmbH ; Dr. Thomas Miekisch, Head of Lubrodal Division; Hammerwerk Fridingen GmbH; Umform- und Bearbeitungstechnik; Transvalor S.A. ; Dr. Etienne Perchat, Head of Development
• Teilprojektleiter: Professor Dr.-Ing. Ilia Roisman; Professor Dr.-Ing. Cameron Tropea