Modellierung der Kühlwirkung beim Werkzeugschleifen unter Berücksichtigung prozessbedingter Unsicherheiten

• Antragsteller: Dr.-Ing. Benjamin Bergmann; Professor Dr. Alfred Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 439916647

In der Prozesskette zur Herstellung von Vollhartmetallwerkzeugen für die geometrisch bestimmte Zerspanung kommt dem Schleifprozess zentrale Bedeutung zu. Dieser definiert die geometrische Werkstückform, beeinflusst die Substrateigenschaften und verursacht bis zu 60 % der Kosten in der Werkzeugherstellung. Während der Einfluss der Eingriffsbedingungen auf die resultierende Werkstückqualität bereits in zahlreichen Forschungsvorhaben untersucht wurde, sind fluiddynamische Vorgänge des Kühlschmierstoffs in der Kontaktzone und deren Auswirkungen auf die thermische Werkstückbelastung noch weitestgehend unbekannt. Um diese Wissenslücke zu schließen, ist das Ziel des Vorhabens die Erforschung einer multiskaligen Materialabtrag-Fluidsimulation für das Werkzeugschleifen unter Berücksichtigung prozessbedingter Unsicherheiten. Der Zielstellung liegt die Hypothese zugrunde, dass die Kombination von mikro- (z. B. Schleifscheibentopographie, physikalische Eigenschaften des Kühlschmiermittels) und makroskopischen (z. B. Schnittbedingungen) Effekten beim Schleifen, die Wirksamkeit der Kühlung und der Schmierung im Prozess erheblich beeinflussen. Das grundlegende Verständnis der vorliegenden Wechselwirkungen und die Simulation dieser bilden die Basis für eine schädigungsfreie Bearbeitung bei höherer Produktivität. Zugleich wird davon ausgegangen, dass die mikroskopischen Vorgänge nicht simulierbaren Schwankungen unterliegen, die in Form von Unsicherheiten in der Simulation berücksichtigt werden müssen. Ein besonderer Fokus liegt hierbei auf der unscharfen Berechnung der Kühlschmierstoffverteilung und der resultierenden thermischen Werkstückbelastung.Mit dieser Zielsetzung adressiert das Vorhaben Fragestellungen zur Simulation von mehrskaligen Problemstellungen, zur Modellierung des Wärmeübergangs in den Kühlschmierstoff und den entsprechenden Wärmetransport. Darüber hinaus wird die Berücksichtigung von Unsicherheiten in Produktionsprozessen aufgegriffen. Die zu erforschenden Methoden besitzen einen grundlegenden Charakter und können daher in Zusammenarbeit mit anderen Projekten des Schwerpunktprogramms 2231 auf weitere Anwendungsfälle transferiert werden.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2231: Effizientes Kühlen, Schmieren und Transportieren – Gekoppelte mechanische und fluid-dynamische Simulationsmethoden zur Realisierung effizienter Produktionsprozesse (FLUSIMPRO)