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Simulation und Optimierung der KSS-Strömung zur Reduzierung der thermischen Werk­zeug­be­lastung bei der diskontinuierlichen Bohrbearbeitung von Inconel 718

Die Bohrbearbeitung der schwer zerspanbaren Nickelbasislegierung Inconel 718 mit ihrer besonders ausgeprägten Hochtemperaturfestigkeit wird durch einen hohen Werkzeugverschleiß charakterisiert sowie limitiert. Dieser ist auf die thermomechanischen Belastungen an den Schneidkanten während des Zerspanungsprozesses zurückzuführen. Das Konzept der diskontinuierlichen Bohrbearbeitung soll als alternative Prozessstrategie diesem Umstand begeg­nen, sodass im Rahmen des Forschungsvorhabens eine periodisch erfolgende Unterbrechung des Werkzeugeingriffes in den Bohrprozess eingebracht wird. Somit wird eine zielgerichtete Kühlschmierstoff-(KSS)-Versorgung der hoch­belasteten Schneiden ermöglicht und infolgedessen eine signifikante Reduzie­rung der thermischen Werk­zeug­be­lastung herbeigeführt. Darüber hinaus wird für die diskontinuierliche Bohrbearbeitung durch die Schnittunterbrechung der Spanbruch begünstigt, sodass die Ausbildung langer Späne, die potenziell die Spannuten zusetzen und zwischen Bohrungswand und Werkzeug verklemmen können, vermieden wird. Gleichzeitig kann für diese Prozessgestaltung werk­stückseitig von verringerten Randzonenschädigungen ausgegangen werden, was einer erhöhten Bauteilqualität gleichkommt. Basierend auf diesen Op­timierungsansätzen wird langfristig eine Steigerung der Schnittparameter angestrebt, die eine erhöhte Produktivität zur Folge hat.

Um eine Optimierung der Bohrbearbeitung von Inconel 718 zu erzielen, ist die Entwicklung eines vertieften Prozessverständnisses des thermomechanischen Belastungskollektives von entscheidender Bedeutung. Aufgrund der schlechten Zugänglichkeit der Wirkstelle und den damit ungünstigen messtechnischen Bedingungen während des Bohrprozesses rückt eine vollständige simulative Abbildung des Prozesses in den Fokus der Untersuchungen. Gegenwärtig ist diese jedoch nicht oder nur bedingt zu realisieren. Computational-Fluid-Dynamics(CFD)-Simulationen zur Modellierung von KSS-Strömungen spiegeln zwar die lokalen Fluidparameter wider, berücksichtigen dabei aber nicht den Wärmeeintrag aus der Spanbildungszone in das Fluid. Gleichermaßen findet in Spanbildungssimulationen, die nach der Finite-Elemente-Methode(FEM)-Technik funktionieren, die Wärmeübertragung vom Solid in das Fluid keine Beachtung. Hieraus leitet sich die zentrale Herausforderung des Forschungs­vorhabens ab, über eine bidirektionale Verknüpfung von CFD- und FEM-Simulationen die Strömungssimulation mit einem Modell der lokalen Tempera­turverteilung in der Spanbildungszone zu koppeln. Eine vollumfängliche Berechnung des Wärmetransports und somit auch Rückschlüsse auf die thermische Werkzeug- und Werkstückbelastung werden dadurch ermöglicht. Die generierten Daten können verwendet werden, um thermische Maximal­belastungen im Prozess vorherzusagen, Zeitpunkte effizienter Unterbrechun­gen des Werkzeugeingriffs zu identifizieren und damit eine optimierte KSS-Versorgung der Bohrwerkzeuge in der diskontinuierlichen Bohrbearbeitung von Inconel 718 vorzunehmen. Insgesamt kann so die gewünschte Produktivitäts­steigerung des Fertigungsprozesses bei erhöhter Werkzeugstandzeit erreicht werden.

© ISF
Schematische Darstellung der KSS-Versorgung während der diskontinuierlichen Bohrbearbeitung sowie deren Auswirkungen auf die thermische Werk­zeug­be­lastung in Abgrenzung zum konventionellen Prozess

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Anfahrt & Lageplan

Von der A1

Vom Autobahnkreuz Dortmund/Unna auf die A44 Richtung Dortmund, diese geht in die B1 über. Ausfahrt Dortmund-Dorstfeld, Richtung Universität (weiter siehe Karte).

Von der A 45

Ausfahrt Dortmund-Eichlinghofen, Richtung Universität (weiter siehe Karte).

Alternativ können Sie sich die Anfahrt auch berechnen lassen: Google Maps.

Anreise mit der Bundesbahn bis Dortmund oder Bochum Hbf.

Ab Dortmund Hbf mit der S1 Richtung Düsseldorf bis zur Haltestelle Dortmund Universität (7 Minuten Fahrzeit).

Ab Bochum Hbf mit der S1 Richtung Dortmund bis zur Haltestelle Dortmund Universität (14 Minuten Fahrzeit).

Die S-Bahn fährt in beide Richtungen regelmäßig alle 20 Minuten. Von der S-Bahn Haltestelle aus mit der H-Bahn (Haltestelle S-Universität) bis zur Haltestelle Campus Süd (1 Station, fährt im 10 Minuten-Takt).

Zu den Wahrzeichen der TU Dortmund gehört die H-Bahn. Linie 1 verkehrt im 10-Minuten-Takt zwischen Dortmund Eichlinghofen und dem Technologiezentrum über Campus Süd und Dortmund Universität S, Linie 2 pendelt im 5-Minuten-Takt zwischen Campus Nord und Campus Süd. Diese Strecke legt sie in zwei Minuten zurück.

Vom Flughafen Dortmund

Mit dem Taxi zur TU Dortmund, Campus Süd (min. 20 Min und 30,- EUR) (siehe Karte)

Vom Flughafen Düsseldorf

Mit der S-Bahn Linie S1 Richtung Dortmund bis Haltestelle Dortmund-Universität (ca. 90 Min). Von hier mit der H-Bahn Richtung Campus Süd oder Eichlinghofen (fährt alle 10 Min) bis Campus Süd (ca. 3 Min)

Die Einrichtungen der Technischen Universität Dortmund verteilen sich auf den größeren Campus Nord und den kleineren Campus Süd. Zudem befinden sich einige Bereiche der Hochschule im angrenzenden Technologiepark. Genauere Informationen können Sie den Lageplänen entnehmen.

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