Modellierung der Kühlwirkung beim Werkzeugschleifen unter Berücksichtigung prozessbedingter Unsicherheiten

Beim Werkzeugschleifen entstehen hohe lokale Temperaturen, die zu Formabweichungen, Randzonenschädigungen und Eigenspannungen führen können. Die Kühlwirkung des Kühlschmierstoffs (KSS) ist entscheidend, wird jedoch durch komplexe Strömungs- und Kontaktbedingungen bestimmt. Bestehende Modelle sind entweder zu einfach oder zu rechenintensiv und berücksichtigen keine stochastischen Unsicherheiten wie Kornverteilung oder Benetzung. Dadurch bleibt die Prozessauslegung unsicher, der KSS-Einsatz oftmals übermäßig und die Energieeffizienz gering. Hier setzt das Projekt in der dritten Förderphase des SPP2231 an, um die Wärmeabfuhr und Prozesssicherheit präzise vorherzusagen.

Zielsetzung

Das Projektzielt umfasst die Entwicklung eines multiskaligen Simulationssystems zur Modellierung der Kühlwirkung beim Werkzeugschleifen. Dafür werden Modelle aus der Mikro- und Makroebene gekoppelt, um Wärme- und Strömungsfelder realitätsnah bei zugleich handhabbarer Rechenzeit abzubilden. Die Simulation des Materialabtrags mit einem kornaufgelösten Schleifscheibenmodell liefert die lokalen Kontaktbedingungen, welche in die Thermo-Fluiddynamik-Simulation einfließen. So ist eine Berechnung der Prozesstemperaturen bei verschiedenen Kühlsituationen möglich. Unsicherheiten werden quantifiziert, um robuste Prognosen zu ermöglichen. Daraus entstehen Leitlinien zur bedarfsgerechten KSS-Zufuhr, zur Schleifscheibenzustandsprognose und für eine gezielte Prozessauslegung mit reduziertem Ressourcenverbrauch.

Vorteile

• Prozesssicherheit – weniger thermische Schädigungen
• Qualität – stabile Toleranzen, bessere Oberflächen
• Produktivität – robustere Auslegung, weniger Stillstände
• Nachhaltigkeit – geringerer KSS- und Energiebedarf

Vorgehen

Wir koppeln kornaufgelöste Materialabtrags-, Mikro-Fluid- und Thermo-Fluiddynamik-Simulationen zu einem multiskaligen Modell. Experimentell werden Strömungsfelder, Temperaturverteilungen und Prozesskräfte im Nutentiefschliff gemessen und zur Validierung herangezogen. Die Simulation wird um Unsicherheitsanalysen und eine Prognose des Schleifscheibenzustands erweitert, wobei das Zentrum für Industriemathematik der Universität Bremen die thermo-fluiddynamischen Berechnungen leistet. Das Ergebnis ist eine validierte Methodik zur gezielten Prozessauslegung und energieeffizienten KSS-Zufuhr.

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Kontaktieren Sie Frederik Wiesener per E-Mail an wiesener@ifw.uni-hannover.de oder telefonisch unter +49 511 762 18238.