02Werkzeuge Abbildung 4:
02Werkzeuge Abbildung 4: Links: Visualisierung der KSS- Strömung im Ringraum mithilfe von Tracerpartikeln; rechts: Visualisierung der KSS-Strömung im Innenrohr durch die Zugabe von Farbpigmenten im Bereich des Spanmauls. TU Dortmund Mit der SPH-Methode können beliebige Arten von partiellen Differentialgleichungen in entkoppelte gewöhnliche Differentialgleichungen umgewandelt werden. Diese können mit einem Zeitintegrationsschema für Anfangswertprobleme gelöst werden und sind in der Lage, das transiente Verhalten zu reproduzieren. Die SPH-Methode wird bei Fluidsimulationen mit freien Oberflächen, Lufteinschlüssen, Fluid-Struktur-Kopplung und Mehrphasenströmungen eingesetzt. Aufgrund ihrer Gitterfreiheit kann die SPH-Methode leicht mit anderen Partikelmethoden wie z.B. der Diskreten Elemente Methode (DEM) [5] gekoppelt werden. Jeder Simulationsschritt ist bei SPH und DEM in drei Schritten definiert: Kontaktdetektion, Kontaktberechnung und Zeitintegration. Da der Algorithmus der beiden Methoden aus den gleichen Bestandteilen besteht, ist eine sehr effiziente Implementierung der SPH-DEM- Kopplung möglich. Die Geometrien werden mit Netzen diskretisiert, die aus Dreiecken bestehen. Um den Kontakt zwischen Fluid und Randgeometrie zu modellieren, müssen die möglichen Kontaktpaarungen bestimmt werden. Abbildung 3 zeigt erste Simulationen des Ejektorbohrkopfes im Halbschnitt mit zugeführtem KSS für die Bearbeitung mit rotierendem Werkstück zu verschiedenen Zeitpunkten. Die gekoppelte SPH-DEM-Simulation muss unter Berücksichtigung der sich ändernden Topologie des Strömungsgebietes während der Bearbeitung, der Tatsache, dass das Gebiet nicht immer gefüllt ist, und der Rotation des Werkzeugsystems angewendet werden. Die aus den experimentellen Versuchsreihen ermittelten Druck- und Volumenstromdaten werden für die Erstellung eines Simulationsmodells als Eingangsgrößen verwendet, sodass der Ejektoreffekt simulativ abgebildet werden kann. Für die Validierung der SPH-Simulationen ist eine detaillierte Analyse der qualitativen und quantitativen KSS-Strömungen im Ejektorsystem notwendig. Hierzu werden die Hochgeschwindigkeitsaufnahmen unter variierendem KSS-Volumenstrom (V = 50…80 l/min) sowie Aufnahmen des Prozesses mit und ohne Rotation des Werkzeugs angefertigt und ausgewertet. Für diese Versuchsreihen werden Werkstückproben und ein Ejektortiefbohrsystem aus Acrylglas angefertigt und die KSS-Strömung durch unterschiedliche Verfahren visualisiert, wie in Abbildung 4 dargestellt ist. Durch das erarbeitete Grundlagenverständnis ist es möglich, eine weiterführende Werkzeugoptimierung zu verfolgen. Auf Basis der Ergebnisse werden strömungsoptimierte Werkzeuge und Zweirohrsysteme entwickelt und hergestellt. Die am ISF vorhandene Maschine zum selektiven Laserschmelzen bietet aufgrund der Geometriefreiheit und der Fertigung selektiver Dichten eine exzellente Möglichkeit zur Herstellung strömungsoptimierter Werkzeuge. Dadurch ist sowohl eine Steigerung der Prozesseffizienz und Prozesssicherheit beim Ejektortiefbohren als auch eine Prozesskettenverkürzung durch die erhöhte Nutzbarkeit des Verfahrens möglich, da auf teure Spezialmaschinen verzichtet werden kann. Gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) – Projektnummer 439917965. ■ Institut für Spanende Fertigung TU Dortmund www.isf.de [1] Biermann, D.; Bleicher, F.; Heisel, U.; Klocke, F.; Möhring, H.-C.; Shih, A.: Deep hole drilling. CIRP Annals – Manufacturing Technology, Bd. 67, S. 673-694, 2018 [2] VDI-Richtlinie: 3209 – Tiefbohren mit äußerer Zuführung des Kühlschmierstoffes (BTA- und ähnliche Verfahren). Beuth Verlag, Berlin, 1999. [3] Grazzini, G.; Milazzo A.; Mazzelli, F.: Ejectors for efficient refrigeration. Heidelberg: Springer-Verlag, 2018. [4] Biermann D.; Eberhard, P.; Schnabel, D.; Özkaya, E.: Transient simulation of cooling-lubricant flow for deep-hole drilling-processes. Procedia CIRP, Bd. 77, S. 78-81, 2018 [5] Eberhard, P.; Biermann, D.; Schnabel, D.; Özkaya, E.: Modeling the motion of the cooling lubricant in drilling processes using the Finite Volume and the Smoothed Particle Hydrodynamics methods. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Bd. 329, S. 369-395, 2018 48 Mai 2021
Breit gefächert von 2 bis 25 mm Durchmesser Neue Schlichtfräser Das VHM-Fräser-Programm von Walter deckt praktisch alle Bearbeitungen ab, die beim Schlichten und Semi-Schlichten anfallen. Bild: Walter ■■■■■■ Mit den hochzahnigen Schlichtfräsern MC128 Advance und MD128 Supreme bietet Walter ein breites VHM-Fräserprogramm zum Semi-Schlichten und Schlichten an. Der MC128 Advance (Ø2–25 mm) ist in den ISO- Werkstoffgruppen P, M, K und S universell einsetzbar. Dank einer 50°-Spirale sowie der Walter-eigenen TiAlN-Beschichtung in der Sorte WJ30TF kann er hier sehr gute Oberflächen erzielen. Den Multiflute-Fräser MD128 Supreme (Ø 6–25 mm) mit sechs bis acht Zähnen gibt es mit zwei Beschichtungen: Die Sorte WJ30RD ist eine Highend-Beschichtung für ISO- P-Werkstoffe, wie sie im Automobilbau, im Werkzeug- und Formenbau oder im Maschinenbau häufig sind. Die Sorte WJ30RA zielt auf den Einsatz in Rostfrei-Werkstoffen, Nickelbasislegierungen und Titan. Beide sorgen für eine hohe Werkzeugstandzeit und Oberflächenqualität. Die Schneidenlänge des MD128 Supreme (bis zu Lc = 3×Dc; Conefit 1,5×Dc) ermöglicht das Fräsen von tiefen Taschen und Kavitäten in nur einem oder wenigen Durchgängen, ohne dass dabei sichtbare Abstufungen (sogenannte Waterlines) entstehen. Auch für neue Verfahren wie das Dynamische Fräsen ist die große Schneidenlänge ideal. Sowohl den MC128 Advance als auch den MD128 Supreme hat Walter neben der Standardausführung auch als Conefit im Programm. Fasst man alle vier Varianten zusammen, kann das VHM-Fräser-Programm praktisch alle Bearbeitungen abdecken, die beim Schlichten und Semi-Schlichten anfallen: Dies gilt sowohl für die verschiedenen Abmessungen also auch für die verfügbaren Schneidstoffe, und damit die bearbeitbaren Materialien. ■ Wenn zwischen Ihnen und uns mehr entsteht: Das ist der MAPAL Effekt. Sie wollen die Produktivität Ihrer Bohrungsbearbeitungen steigern. Kosten senken www.mapal.com | Ihr Technologiepartner in der Zerspanung Wir setzen mit innovativen Lösungen neue Maßstäbe. Walter AG www.walter-tools.de Mai 2021 49
