Modellierung der Prozesstemperatur von NC-Formschleifprozessen auf Einzelkornbasis unter Berücksichtigung des Einzelkornverschleißes und des Einzelkornbelastungsfalls in Abhängigkeit der Kühlschmierstrategie

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Petra Wiederkehr
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 550638850

In Schleifprozessen entstehen durch Reibung, kleine Spanräume, Ploughing und einer Vielzahl simultaner Schneideneingriffe hohe Prozesstemperaturen. Diese können thermische Schäden der Werkstückoberfläche und des Werkzeugs bewirken und zu Veränderungen der Mikrostruktur des Werkstoffs oder der Eigenspannungen in der Randzone führen. Die Kenntnis über die entstehende Prozesstemperatur ist für eine schädigungsfreie Fertigung von zentraler Bedeutung. Die Modellierung von Prozesstemperaturen ermöglicht, im Vorfeld die Prozessparameterwerte anzupassen, um thermische Schädigungen der Randzone des Werkstücks zu verhindern. Häufig wird der Wärmeübergangskoeffizient aufwändig und zeitintensiv mit Hilfe von numerischen Simulationen und einer im Abstand zur Werkstückoberfläche empirisch ermittelten Werkstücktemperatur iterativ angenähert. Im Rahmen der hier beantragten Projektinitiative soll ein neuer Ansatz zur Temperaturmodellierung auf Einzelkornbasis entwickelt werden, welcher eine zeiteffiziente Abbildung der Prozesstemperaturen ermöglicht. Dabei sollen sowohl der Einfluss der Kühlschmierstrategie als auch der Verschleißfortschritt des Werkzeugs Berücksichtigung finden. Die Einzelkorntemperatur wird empirisch durch die Zerspanung der Faser eines Quotientenpyrometers im NC-Formschleifprozess unter Einsatz von Kühlschmierstoff gemessen. Auf Basis einer Schleifprozesssimulation, welche in einem vorherigen und bereits abgeschlossenen Grundlagenforschungsprojekt entwickelt worden ist, soll die systematische Relation zwischen dem Einzelkorneingriff und der Einzelkorntemperatur anhand unterschiedlicher Parameter, wie bspw. dem Spanungsquerschnitt, dem Scheiden- und Flankenwinkel, untersucht werden. Dazu werden Einzelkörner, deren Temperatur experimentell ermittelt wurde, durch die Simulation der Werkstückoberfläche identifiziert und in Bezug auf ihre Eingriffssituation und die KSS-Strategie in unterschiedlichen Verschleißzuständen analysiert. Aus den gewonnenen Erkenntnissen soll die Entwicklung eines Temperaturmodells auf Einzelkornbasis erfolgen, welches unter Berücksichtigung der genannten Parameter die Prozesstemperatur an der Werkstückoberfläche berechnen kann. Um den Einfluss der KSS-Strategie dabei implizit abbilden zu können, wird der Einfluss der Düsenkonfiguration bei der KSS-Zufuhr auf die sich entwickelnde Einzelkorntemperatur für die Kalibrierung des Modells berücksichtigt. Aus den gewonnenen Erkenntnissen kann ein nachhaltigerer Einsatz von KSS durch bspw. eine reduzierte Pumpenleistung bei entsprechender Düsenkonfiguration für die Prozessplanung abgeleitet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen