Kombinierter Modellierungs- und Simulationsansatz zur Strömungsuntersuchung der Kühlschmierstoffversorgung beim Einlippentiefbohren unter Berücksichtigung der Spanbildung

Özkaya, E.1, a; Schnabel, D.2, b; Eberhard, P.2, c; Biermann, D.1, d

1)
Institut für Spanende Fertigung, Technische Universität Dortmund, Baroper Str. 303, 44227 Dortmund
2)
Institut für Technische und Numerische Mechanik, Universität Stuttgart, Pfaffenwaldring 9, 70569 Stuttgart

a) oezkaya@isf.de; b) dirk.schnabel@itm.uni-stuttgart.de; c) peter.eberhard@itm.uni-stuttgart.de; d) biermann@isf.de

Kurzfassung

DE:

Das Fertigungsverfahren des Einlippentiefbohrens wird in der Industrie häufig für Bohrungen mit einem großen Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis eingesetzt. Der Einsatz von Kühlschmierstoffen (KSS) hat hierbei einen großen Einfluss auf die Standzeit des Werkzeugs, die Spanbildung, den Spantransport und die Bohrungsqualität. Zur Analyse des Kühlschmierstoffs unter Berücksichtigung der Spanbildung werden in diesem Beitrag die Modellierung und Simulation mit der gitterbasierten Computational Fluid Dynamics (CFD)-Methode und mit der gekoppelten gitterfreien Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH)-Methode und der Diskreten Elemente Methode (DEM) vorgestellt. Bei der CFD-Simulation zeigen die Ergebnisse, dass die Werkzeugschneiden des Einlippentiefbohrers nur unzureichend mit KSS versorgt werden und daraus resultierend nicht der gewünschte Kühleffekt erreicht wird. Mit der gekoppelten SPH/DEM-Simulation kann die transiente KSS-Strömung und die Bewegung der Späne abgebildet werden. Auch hier kann festgestellt werden, dass an den Schneidkanten eine unzureichende KSS-Versorgung stattfindet.

EN:

The manufacturing process of single-lip deep drilling is frequently used in industry for bores with a large length-to-diameter ratio. The use of cooling lubricants (KSS) has a major influence on the tool life, chip formation, chip transport and hole quality. For the analysis of the cooling lubricant under consideration of chip formation, this paper presents the modeling and simulation with the grid-based Computational Fluid Dynamics (CFD) method and with the coupled grid-free Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) method and the Discrete Element Method (DEM). In CFD simulation, the results show that the tool cutting edges of the single-lip deep hole drill are insufficiently supplied with coolant and that the desired cooling effect is not achieved as a result. With the coupled SPH/DEM simulation, the transient coolant flow and the movement of the chips can be mapped. Here, too, it can be determined that there is insufficient coolant supply at the cutting edges.

Schlüsselwörter

DE: Einlippentiefbohren, Späneabtransport, Kühlschmierstoff, Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH), Diskrete Elemente Methode (DEM), Computational Fluid Dynamics (CFD); EN: Single-lip deep hole drilling, chip removal, cutting fluid, Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH), Diskrete Elemente Methode (DEM), Computational Fluid Dynamics (CFD)

Veröffentlichung

NAFEM, 3 (2018) 47, S. 59-74, ISSN 2311-522X