Effizienter Kühlschmierstoffeinsatz in engen Schnittspalten beim Sägen von Titan-Legierungen durch Simulation thermischer und mechanischer Fluid-Festkörper-Wechselwirkungen (Effi-Ti-Sim)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Stephan Kabelac; Professor Dr.-Ing. Hans Christian Möhring
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 439925537

Ziel dieses Projektes ist die Effizienzsteigerung von Kreissägeprozessen in Titanlegierungen mit interner Kühlschmiermittelzufuhr mit Hilfe einer ganzheitlichen Beschreibung in einem Simulationsmodell. Für unterschiedliche Bearbeitungsbedingungen soll eine optimale Wirkung des KSS hinsichtlich Kühlung und Schmierung sowie Spanformung und –abtransport erreicht werden. Fokus der ersten Projektphase war die experimentelle und simulative Untersuchung von Einzeleffekten wie der Spanbildung, der Wärmetransportmechanismen und der Fluid-Festkörperwechselwirkungen. Die entstandenen Analogieversuchsstände wurden in der zweiten Projektphase genutzt, um die erstellten Simulationsmodelle der Einzeleffekte in gekoppelte multiphysikalische Simulationsmodelle zu überführen. Im Modellkopplungsansatz ABAQUS CEL werden die Spanbildungssimulation um die thermo-fluiden Wechselwirkungen erweitert unter Zuhilfenahme von den erarbeiteten Nußelt-Korrelationen. Zusätzlich wurde ein prototypisches Kreissägeblatt mit einer internen KSS Zufuhr realisiert. Die dritte Projektphase dient der Optimierung des Kreissägeprozesses mittels der erarbeiteten Modelle. Dazu werden ganzheitliche experimentelle und simulative Betrachtungen angestellt, um die Modelle für ein Zweizahnsegment auf mehrere Zähne im Eingriff zu erweitern. Durch die Untersuchung verschiedener Spanraumgeometrien sowie Variation der Anzahl und Positionierung der IKZ-Kanäle werden Einflüsse auf die Spanbildung und Wärmeabfuhr im Mehrzahnmodell identifiziert. Mit einem Versuchsaufbau zur gezielten Untersuchung des Mehrzahnmodells wird der Werkzeugverschleiß für unterschiedliche Ausgestaltungen von Werkzeugen bewertet. Die so gewonnenen Erkenntnisse und modellhaften Beschreibungen sollen letztlich in einem ganzheitlichen Modell zusammengeführt werden, welches alle relevanten Teilaspekte des Kreissägeprozesses umfasst.

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