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

Dieses Projekt hat ein Simulationsmodell zum Ziel, mit dem sich eine Effizienz-optimierte Auslegung des Kreissägens von Titan-Legierungen vorausberechnen lässt. Ein möglichst geringer KSS-Druck und -Volumenstrom soll für unterschiedliche Bearbeitungsbedingungen eine optimale Kühlwirkung, Tribologie und einen sicheren Spantransport im Schnittspalt gewährleisten. In der ersten Projektphase wurden grundlegende experimentelle und simulative Untersuchungen von Mechanismen im Sägeprozess durchgeführt. Die dem angestrebten Simulationsmodell zugrundeliegenden Modellansätze müssen auf einem umfassenden Verständnis der hochdynamischen Spanbildung, der Wärmetransportmechanismen sowie der Fluidmechanik einschließlich der gekoppelten Fluid-Festkörperwechselwirkungen aufbauen. In der zweiten Projektphase sollen die unter teilweise idealisierten Bedingungen entwickelten Teilmodelle zur Spanbildung, zur mehrphasigen Strömung und zur Wärmeübertragung im Spanraum konsolidiert bzw. parametriert und zusammengeführt werden. Die Konsolidierung und Parametrierung erfolgt über weiterführende Experimente mit den realisierten und validierten Versuchsaufbauten. Die Zusammenführung der Teilmodelle erfolgt einerseits über den CEL-Ansatz in ABAQUS und andererseits durch die Kopplung von ABAQUS und der CFD-Software OpenFOAM bzw. FLUENT. Zu beiden Aufgabenbereichen ist auch weiterhin ein intensiver Austausch mit weiteren Teilprojekten innerhalb des SPPs vorgesehen.Zur Erweiterung des Parameterfeldes werden die Versuchsstände bei erhöhten Oberflächentemperaturen betrieben, so dass neben konvektiven Dampf-Flüssig-Wechselwirkungen zusätzlich auch Strahlungseinflüsse berücksichtigt werden können. Die zwei Versuchsstände zur Wärmeübertragung, die bereits erste Ergebnisse bei moderaten Temperaturen erbracht haben, sind zudem für die weitere Charakterisierung von partikelbehafteter Strömungen im Spanraum bei gleichzeitig stattfindender Verdampfung des KSS vorgesehen.

• 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