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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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