SPP 2231: Modellierung der Kühlwirkung beim Werkzeugschleifen unter Berücksichtigung prozessbedingter Unsicherheiten

In der Prozesskette zur Herstellung von Vollhartmetallwerkzeugen für die geometrisch bestimmte Zerspanung kommt dem Schleifprozess eine zentrale Bedeutung zu, da dieser die geometrische Werkstückform definiert, die Substrateigenschaften beeinflusst und bis zu 60 % der Kosten in der Werkzeugherstellung verursacht. Damit ist das Werkzeugschleifen ein wichtiger Fertigungsschritt, welcher im hohen Maße das Einsatzverhalten der gefertigten Zerspanwerkzeuge beeinflusst. Ein entscheidender Einflussfaktor für die Werkstückqualität ist die Auswahl des Kühlschmierstoffes. Dieser dient, neben dem Abtransport der Späne, vor allem der Kühlung des Werkzeugs und zur Reduzierung der Reibung durch Schmierung. Im Werkzeugschleifprozess zur Herstellung von Spiralbohrern und Schaftfräsern werden in der Regel Schleiföle als Kühlschmierstoff eingesetzt. Die Einstellung der sogenannten Kühlschmierstoffdüsen sowie die Wahl des passenden Schleiföls werden heutzutage zumeist anhand von erfahrungsbasiertem Wissen und Einstellversuchen durchgeführt. Die fluiddynamischen Vorgänge des Kühlschmierstoffs in der Kontaktzone, sowie deren Auswirkungen auf die thermische Werkstückbelastung sind hierbei noch weitestgehend unbekannt. Um diese Wissenslücke zu schließen, erforscht das IFW Hannover in Kooperation mit dem Zentrum für Technomathematik der Universität Bremen eine multiskalige Materialabtrag-Fluidsimulation für das Werkzeugschleifen unter Berücksichtigung prozessbedingter Unsicherheiten. Ein besonderer Fokus liegt hierbei auf der unscharfen Berechnung der Kühlschmierstoffverteilung und der resultierenden thermischen Werkstückbelastung. Der Begriff Multiskaligkeit bedeutet in diesem Fall, dass sowohl Prozesse der Makroebene (gesamte Kontaktzone zwischen Schleifscheibe und Werkstück) als auch Mikroebene (Teilchen- oder auch Schleifkornebene) berücksichtigt werden, um die Modellierung der Kühlwirkung im Prozess zu ermöglichen. Ziel der Modellierung ist es, die Vielzahl an Wechselwirkungen und deren Einfluss auf die Prozessqualität zu erfassen, um langfristig eine schädigungsfreie Bearbeitung bei höherer Produktivität zu ermöglichen.

Kontakt:
Für weitere Informationen steht Ihnen Frederik Wiesener, Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen der Leibniz Universität Hannover, per E-Mail unter wiesener@ifw.uni-hannover.de gern zur Verfügung.