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Ent­wick­lung eines simulativen Modells zur Einflussanalyse des Kühlschmierstoffes beim Wendeltiefbohren mit kleinen Durchmessern unter Be­rück­sich­ti­gung der Spanbildung zur Optimierung der Werkzeug- und Prozessgestaltung für die Bearbeitung von Ti-6Al-4V

Das Tief­bohren gewinnt ins­be­son­de­re bei der Fertigung von Bohrungen mit kleinen Durchmessern immer mehr an Be­deu­tung und wird in unterschied­lichen Industriezweigen eingesetzt. Als Ver­fah­ren kom­men vor allem das Einlippen- und Wendeltiefbohren zum Ein­satz, wobei mit Letzterem aufgrund der Gestaltmerkmale des Werkzeugs größere Vorschubwerte und eine höhere Pro­duk­ti­vi­tät erreicht wer­den kön­nen. Eine effiziente Ver­sor­gung der Werk­zeugschneide mit Kühlschmierstoff (KSS) vermindert ins­be­son­de­re bei der Bearbeitung von schwer zerspanbaren Werkstoffen den Verschleiß, erhöht die Werkzeugstandzeit und sorgt für eine verbesserte Prozesssicherheit durch einen stetigen Spanabtransport. Die prozessinterne Ermittlung des mechani­schen und des thermischen Belastungskollektivs zur Analyse und Optimierung dieser Tiefbohrprozesse erfordert in der Regel dedizierte Messtechnik und erzeugt einen hohen Aufwand bei der experimentellen Un­ter­su­chung. Ziel dieses Projekts ist daher die Ent­wick­lung eines geeigneten Modells für die simulative Abbildung des Prozesses zur Einflussanalyse des Kühlschmier­stoffes beim Wendeltiefbohren mit kleinen Durchmessern.

Bestehende thermische Finite-Elemente-Methode-Si­mu­la­ti­onen (FEM) beschränken sich bei der In­te­gra­ti­on der Kühlschmierstoffzuführung auf die Annahme konstanter und gleichmäßiger Konvektionsbedingungen. Die Abhängigkeiten der lokalen Konvektion von der Strömungsgeschwindigkeit, von Turbulenzen in der Strömung und den Temperaturgradienten zwischen Medium und der Werkzeug- und Werkstückoberfläche bleiben unberück­sichtigt. In konventionellen Computational-Fluid-Dynamics-Si­mu­la­ti­onen (CFD) wer­den auf der anderen Seite Gestaltänderungen des Werkstück-Werkzeug-Modells durch die Spanbildung bei der Vorhersage der Strömungen des KSS in der Kontaktzone nicht berücksichtigt. Die Kopplung der beiden Si­mu­la­ti­onen im Rah­men der Fluid-Struk­tur-Interaktion (FSI) er­mög­licht eine deutlich genau­ere Be­rech­nung der resultierenden Temperaturfelder und der thermischen Lasten innerhalb des Werkzeugs und des Werkstücks in Ab­hän­gig­keit vom KSS-Druck. Mit dem entwickelten Modell lässt sich so die Werkzeuggestalt hinsichtlich der KSS-Strömung am Kühlkanalaustritt optimieren, sowie der nötige KSS-Druck in Bezug auf eine effektive Prozesskühlung bei gleichzeitig reduzierter Antriebs- bzw. Pumpenleistung berechnen.

Die Datenbasis für die Ent­wick­lung und Verifizierung des simulativen Modells liefern ex­peri­men­telle Untersuchungen an einer Mikrotiefbohrmaschine. Die Werkzeugdurchmesser für den untersuchten Wendeltiefbohrprozess liegen dabei bei d = 3 mm und d = 5 mm und sind dem Mikrobereich zugeordnet. Als Werkstoff kommt die Titanlegierung TiAl6V4 (Werkstoff-Nummer: 3.7165) zum Ein­satz. Die dabei auftretenden mechanischen und thermischen Lasten kön­nen durch piezo­elektrische Sensoren und Thermoelemente aufgezeichnet wer­den. Mittels Hochgeschwindigkeitskamera und speziellen Versuchsaufbauten lassen sich dabei zudem die Spanbildung und die KSS-Strömung unter realen Prozess­bedingungen be­ob­ach­ten und analysieren. 

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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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