A02: Energiemodell für Fräsprozesse

Modell und Methode zur Erfassung und Bilanzierung der in Fräsprozessen unter Kühlschmierstoffeinsatz und Werkzeugverschleiß umgesetzten Energien

Teilprojektleiter:

Prof. Dr.-Ing. Thomas Bergs, Dr.-Ing. Patrick Mattfeld: RWTH Aachen, Werkzeugmaschinenlabor, Lehrstuhl für Technologie der Fertigungsverfahren

Bei der Fräsbearbeitung wird die durch die Spanbildung aufgebrachte mechanische Energie nahezu vollständig in Wärme umgesetzt. Dies führt zu einem direkten Eintrag von Wärme ins Werkzeug sowie dessen Halterung. Der resultierende Temperaturgradient kann zu einer thermischen Verschiebung der Werkzeugspitze und einem durch die thermomechanischen Belastungen erhöhten Werkzeugverschleiß führen und damit die Bearbeitungsgenauigkeit beeinträchtigen. Um die im Prozess entstehende Wärme abzuführen, werden heute in vielen Fällen Kühlschmierstoffe eingesetzt. Ein zentrales Problem beim Einsatz von Kühlschmierstoffen ist, dass die Wirkung der Kühlschmierstoffzufuhr auf die Temperaturfelder im Werkzeug aufgrund ihrer zeitlichen und räumlichen Komplexität nur eingeschränkt untersuchbar ist. Vor diesem Hintergrund werden in der 3. Phase das in der 2. Phase entwickelte Energiemodell um den Einfluss von Kühlschmierstoff und Werkzeugverschleiß erweitert. Ziel ist es, die Temperaturfelder im Werkzeug und die Wärmeflussverteilung im Prozess unter Berücksichtigung der Kühlschmierstoffwirkung vorherzusagen.

Forschungsmethodisch finden entsprechend eines induktiv-deduktiven Ansatzes zunächst Analogieversuche statt, um experimentell allgemein gültige Aussagen bzw. Daten abzuleiten. Die Analogieversuche umfassen einen Leistendrehtest an einer Drehmaschine mit fortwährender Schnittunterbrechung unter Kühlschmierung. Aus den experimentellen Daten werden sowohl ein numerisches als auch ein analytisches Modell entwickelt, um das Temperaturfeld und die Wärmeströme abzubilden. Schließlich werden die entwickelten Modelle in einem deduktiven Schritt an einem realen Fräsprozess validiert.