Institut für Technische Thermodynamik (ITT)

Schwerpunktprogramm 1480 - Untersuchung von Wärmeübergängen in der Schneidzone während Zerspanung

Bei allen spanenden Fertigungsprozessen werden die herzustellenden Bauteile thermisch beeinflusst. Die aus Scher-, Reib- und Trennarbeit resultierende Wärme fließt über das Werkstück, die entstehenden Späne sowie die eingesetzten Werkzeuge und über den Kühlschmierstoff ab. Im Fertigungsprozess entstehende transiente Wärmefelder und die sich im Bauteil akkumulierende Wärme stellen eine deutliche Beeinträchtigung am Fertigteil hinsichtlich der einzuhaltenden Toleranzen dar. Zahlreiche trockene oder minimalmengengeschmierte Bearbeitungsoperationen bewirken ein komplexes thermisches Belastungskollektiv, das zu thermisch bedingten Form- und Maßabweichungen des Bauteils führt und sein Verhalten im späteren Gebrauch entscheidend verändert. Aufgrund fehlender Grundlagenerkenntnisse können diese Einflüsse zurzeit in der Praxis nur durch aufwändige Einfahrversuche vermieden werden.

Eine aus dieser Zielsetzung abgeleitete Aufgabe umfasst die Entwicklung von neuartigen Modellen, auf deren Basis der Wärmeeintrag bei Zerspanungsprozessen in geometrisch komplexe Bauteile mit homogenem metallischen Werkstoffgefüge und/oder Werkstücke mit inhomogenem Materialgefüge und metallischer Grundmatrix simuliert werden kann. Am Institut für Technische Thermodynamik werden hierfür Modelle entwickelt, die Wärmeflüsse vom Werkstück in die Umgebung, vom Span in die Umgebung, ins Werkstück und in das Werkzeug sowie vom Werkzeug in das Werkstück beschreiben. Zusätzlich ist noch die Kühlung zu betrachten, die als Minimalmengenschmierung (MMS) zugeführt wird. Dabei ist nicht nur der Kühlschmierstoff zu berücksichtigen, sondern auch die als Transportmedium dienende Druckluft.

Die thermodynamische Modellierung der Wärmeübergänge in der Zerspanzone soll die tatsächlich vorliegenden geometrischen und strömungsmechanischen Randbedingungen, wie sie in der Zerspanzone vorliegen, berücksichtigen. Mit Hilfe dieses Vorgehens wird eine Beschreibung des Wärmeübergangs in Abhängigkeit von Ort und Temperatur ermöglicht. Es wird ein Simulationsmodell erstellt, das den Wärmeübergang zwischen Festkörper und Fluid beschreibt. Das Kühlfluid kann im Bereich der Zerspanzone in mehreren Zuständen vorliegen, zunächst als Ölnebel, weiter als Druckluft mit Ölnebel und Öldampf sowie als Druckluft mit Öldampf.

 

 

 

 

Das Projekt ist eingegliedert in ein DFG-Schwerpunktprogramm. Die Zielsetzung des Schwerpunktprogramms CutSim umfasst die Modellierung, Simulation und Kompensation von thermischen Bearbeitungseinflüssen auf das Werkstück. In nahezu allen spanenden Fertigungsprozessen werden die herzustellenden Werkstücke in erheblichem Maße thermisch beeinflusst. Die bei den Zerspanprozessen im Wesentlichen aus Scher-, Reib- und Trennarbeit resultierende Wärme fließt über das Werkstück, die entstehenden Späne sowie die eingesetzten Werkzeuge und über den Kühlschmierstoff (KSS) ab.

Weitere Informationen über das gesamte Projekt finden Sie unter http://cutsim.de/de/index.html