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DFG project G:(GEPRIS)439919433

Mehrskalenmodellierung der thermischen Werkstückbelastung beim Drehprozess unter Berücksichtigung der Kühlschmierstoffzufuhr

CoordinatorProfessor Dr.-Ing. Thomas Bergs ; Professor Dr.-Ing. Reinhold Kneer
Grant period2020 - 2023
Funding bodyDeutsche Forschungsgemeinschaft
 DFG
IdentifierG:(GEPRIS)439919433

⇧ SPP 2231: Effizientes Kühlen, Schmieren und Transportieren – Gekoppelte mechanische und fluid-dynamische Simulationsmethoden zur Realisierung effizienter Produktionsprozesse (FLUSIMPRO) ⇧

Note: Der Einsatz von Kühlschmierstoffen (KSS) dient in der Zerspantechnik zum einem dem Abtransport der entstehenden Prozesswärme aus der Kontaktstelle Werkzeug-Werkstück und reduziert zusätzlich durch Schmierwirkung die Entstehung von Reibungswärme. Das in diesem Zusammenhang induzierte thermo-mechanische Belastungskollektiv hat einen erheblichen Einfluss auf die Oberflächenintegrität und die damit verbundene Funktionalität des Bauteils. Diese mechanische und thermische Werkstückbelastung wurde jedoch in bisherigen Arbeiten lediglich getrennt modelliert, für ein umfassendes Prozessverständnis ist allerdings eben diese Interaktion zwischen Mechanik und Thermik in der Modellbildung notwendig. Die zentrale Zielsetzung des beantragten Forschungsvorhabens beinhaltet die Mehrskalenmodellierung der thermischen Werkstückbeanspruchung bei der Drehbearbeitung unter Berücksichtigung der Kühlschmierstoffzufuhr und des Werkzeugverschleißzustandes. Für die Modellierung der thermischen Beanspruchung wird in der ersten Förderperiode zunächst die Entwicklung eines Kopplungsansatzes zwischen Computational Fluid Dynamics (CFD) und Finite Element Methode (FEM) angestrebt. Der Kopplungsansatz beruht auf dem zyklischen Austausch von mechanischen und thermischen Größen zwischen FEM und CFD. Hierbei wird auf Basis von FEM Simulationen und Experimenten die Spangeometrie berechnet und für die Gittergenerierung der CFD bereitgestellt. In der CFD Simulation werden dann die Wärmeübergangskoeffizienten ermittelt und an die FEM zurückgegeben, welche anschließend die veränderte Spangeometrie berechnet. Darüber hinaus werden in diesem Ansatz Submodelle für die Beschreibung des Reibverhaltens sowie der Kontaktwärmeübergänge unter Berücksichtigung von KSS entwickelt. Insgesamt können mit Hilfe dieses iterativen Kopplungsansatzes die Temperaturverteilung und -gradienten in der Randzone komplexer Bauteile während der Bearbeitung ermittelt werden. Durch die Anpassung der FEM-Spanbildungssimulation an die realen tribologischen Bedingungen in Form von Reib- und Wärmeübergangsmodellen wird eine wesentliche Lücke heutiger Modellierungsansätze geschlossen und ermöglicht so ein vollständig virtuelles Abbild des Zerspanprozesses unter Realbedingungen.
   

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Determining local distribution of convective heat transfer coefficients on the tool during orthogonal cutting
International journal of numerical methods for heat & fluid flow 35(6), () [10.1108/HFF-08-2024-0638] special issue: "Special Issue: Advances in Computational Methods for Convective Transport / Editor: Prof Roland Lewis"  GO BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS

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Determining Local Distribution of Convective Heat Transfer Coefficients on the Tool during Orthogonal Cutting - Supplementary Dataset
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Advances in Computational Heat and Mass Transfer : Proceedings of the 14th International Conference on Computational Heat and Mass Transfer (ICCHMT 2023), 4-8 September, 2023, Düsseldorf, Germany, Volume 1 / edited by Ali Cemal Benim, Rachid Bennacer, Abdulmajeed A. Mohamad, Paweł Ocłoń, Sang-Ho Suh, Jan Taler
14. International Conference on Computational Heat and Mass Transfer, ICCHMT 2023, DüsseldorfDüsseldorf, Germany, 4 Sep 2023 - 8 Sep 20232023-09-042023-09-08 Cham : Springer International Publishing, Lecture Notes in Mechanical Engineering 411-421 () [10.1007/978-3-031-67241-5_37]  GO BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS

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Numerical investigation of cutting fluid cooling on machining-induced thermal stresses
19. CIRP Conference on Modeling of Machining Operations, CMMO 2023, KarlsruheKarlsruhe, Germany, 31 May 2023 - 2 Jun 20232023-05-312023-06-02 Procedia CIRP 117, 116-121 () special issue: "19th CIRP Conference on Modeling of Machining Operations / edited by Volker Schulze, Dirk Biermann" (978-1-7138-8859-8)  GO BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS

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19. CIRP Conference on Modeling of Machining Operations, CMMO 2023, KarlsruheKarlsruhe, Germany, 31 May 2023 - 2 Jun 20232023-05-312023-06-02 Procedia CIRP 117, 116-121 () [10.1016/j.procir.2023.03.021] special issue: "19th CIRP Conference on Modeling of Machining Operations / edited by Volker Schulze, Dirk Biermann"  GO OpenAccess  Download fulltext Files BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS

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Experimental Investigation of Thermal Contact Conductance at Carbide-Steel Interfaces at High Loads
International Heat Transfer Conference 17 : August, 14-18, 2023, Cape Town, South Africa
17. International Heat Transfer Conference, IHTC17, Cape TownCape Town, South Africa, 14 Aug 2023 - 18 Aug 20232023-08-142023-08-18 [10.1615/IHTC17.210-170]  GO  Download fulltext Files BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS

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 Record created 2023-01-20, last modified 2024-09-26
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