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SPP 2231 FLUSIMPRO: Voll gekoppelte Fluid-Struk­tur-Kontakt-Si­mu­la­ti­onen zum Ver­ständ­nis der Vorgänge in den Kontakt-zonen beim Orthogonalschnitt unter KSS

Bei der Zerspanung metallischer Werkstoffe treten in den Kontaktzonen hohe Temperaturen und Kontaktdrücke auf, die ver­schie­de­ne Reibungsmechanis­men initiieren und maß­geb­lich be­ein­flus­sen. Im Laufe des Prozesses führen diese Be­din­gun­gen zu Werkzeugverschleiß und einer Reduzierung der Bauteilqualität. Eine wesentliche Beeinflussungsmöglichkeit der Kontaktsitua­tion hin zu geringeren Spannungen und Temperaturen ist der Ein­satz von Kühlschmierstoffen (KSS), wel­che die primären Aufgaben haben, die Reibung in der Kontaktzone herabzusetzen und Wärme sowie Späne aus der Kontaktzone abzuführen. Die dabei wirkenden Mechanismen sind weitest­gehend unerforscht, sodass der zielgerichtete Ein­satz und die Vorhersagbarkeit der Wirkung durch Simulationsprogramme nur bedingt mög­lich sind.

Das Ziel dieses Projekts ist die Erlangung eines tieferen Verständnisses der Wirkmechanismen in der sekundären Scherzone beim Ein­satz von Kühl­schmierstoffen im Orthogonalschnitt und darauf folgend die Ent­wick­lung einer numerischen Methodik zur Vorhersage der Wirkung des KSS in der Kontaktzone durch eine tribologische CFD-Simulation. Zur Erreichung dieses Ziels wird am Institut für Spanende Fertigung der TU Dort­mund die Kontaktsituation in ver­schie­de­nen ex­pe­ri­men­tel­len Versuchsreihen charakteri­siert, wobei un­ter­schied­lich präparierte Werkzeugoberflächen zum Ein­satz kom­men. Neben der Cha­rak­te­ri­sie­rung der Oberflächentopographien erfolgt eine Un­ter­su­chung des Benetzungsverhaltens. Darüber hinaus sollen in ei­nem Äquivalenzversuchsstand zur Reibungscharakterisierung erste Erkennt­nisse über das Reibungsverhalten zwischen Hartmetallkörpern und C45 bzw. Ti6Al4V bei Ver­wen­dung von Kühlschmierstoffen erlangt wer­den. Auf Basis der Er­geb­nisse wird am Institut für Leichtbau und Struk­tur-Biomechanik der TU Wien ein numerisches tribologisches Modell ent­wickelt, das das Verhalten der in Kontakt befindlichen Reibpartner und des KSS auf Mikroebene abbilden soll. Im Fokus steht hier ins­be­son­de­re der Aufbau einer voll gekoppelten Fluid-Struk­tur-Kontaktsimulation für den Anwendungsbereich des Orthogonal­schnitts. Kernelemente der numerischen Methode sind spline-basierte Finite-Elemente-Me­tho­den sowie randkonforme Rechengitter unter Nutzung der Raumzeitdiskretisierung. Zum Abschluss der ersten För­der­pe­rio­de sollen in ei­nem ersten Validierungsversuch Reibungskoeffizienten aus der tribologischen CFD-Simulation generiert und in einer FEM Spanbildungssimulation eingesetzt wer­den. Im Rah­men einer ex­pe­ri­men­tel­len Versuchsreihe zur Validierung ist es geplant, neben den mechanischen Werkzeugbelastungen mit­hil­fe eines partiell und temporär unterbrochenen Schnitts auch In­for­ma­ti­onen bezüglich der Benetzung und der Temperaturen in der sekundären Scherzone zu generieren und mit den Simulationsresultaten zu vergleichen. Das Arbeitsprogramm ist in der Abbildung dargestellt.

Im Rah­men erster Un­ter­su­chun­gen an ei­nem Versuchsstand zur Reibungscharakterisierung unter zerspanungsähnlichen Be­din­gun­gen war es mög­lich festzustellen, dass die Benetzung der Hartmetalloberfläche mit ei­nem ölbasierten Kühlschmiermedium einen wesentlichen Ein­fluss auf den Reibungskoeffizienten des tribologischen Systems bestehend aus Werkstück­stoff und Hartmetall nimmt. Parallel findet die Ent­wick­lung der tribologischen IGA-Simulation statt, für wel­che bereits un­ter­schied­lich präparierte Hartmetall­oberflächen als Eingangsgröße cha­rak­te­ri­siert wurden.

© ISF
Arbeitsprogramm des Projektes

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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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