Das Ejektortiefbohren erlaubt es, die prozesstypischen Vorteile des Tiefbohrens, wie z. B. hohe Zerspanleistungen sowie geringe Mittenverläufe, auf konventionellen Bearbeitungszentren für industrielle Anwendungen relativ günstig zu nutzen, da keine teuren Sondermaschinen mit aufwändiger Abdichtung der Kühlschmierstoffversorgung für den Prozess erforderlich sind. Ein weiterer Vorteil des Ejektortiefbohrens sind die sehr guten erzielbaren Oberflächenqualitäten und Bohrungsgüten gegenüber konventionellen Bohrverfahren. Die Führungsleisten am Bohrkopf bewirken durch plastische Verformung der Bohrungswand eine Glättung der Rauheitsspitzen an der Bohrungsoberfläche, sodass typischerweise keine Nachbearbeitung der Bohrungen, z. B. durch Reiben, erforderlich ist. Zudem verhindert der Abtransport der Späne durch das Werkzeug eine Beschädigung der erzeugten Bohrungswand. Das Ejektortiefbohren bietet dabei ein großes Potenzial, um den Einsatz von Kühlschmierstoff (KSS) hinsichtlich der Hauptfunktionen Kühlen, Schmieren und Transportieren von Spänen energie- und ressourceneffizient zu gestalten und somit zu einer Effizienzsteigerung und Prozesskettenverkürzung in der Produktion beizutragen.

 

In der ersten Phase des Forschungsvorhabens ist es gelungen, mithilfe des gitterfreien Simulationsansatzes der Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) in Kombination mit aktuellen experimentellen und messtechnischen Analysemethoden ein tiefgreifendes Verständnis der Wirkzusammenhänge der Strömungsverhältnisse zu erarbeiten und in einem physikalischen Simulationsmodell abzubilden. Die Ergebnisse der erfolgreichen interdisziplinären Zusammenarbeit der Forschungsstellen sind bereits in verschiedenen wissenschaftlichen Publikationen veröffentlicht.

 

Ein wesentliches Ziel der zweiten Phase dieses Vorhabens ist es, das Simulationsmodell um einen parallelen Incompressible Smoothed Particle Hydrodynamics (ISPH) Algorithmus zu erweitern, um eine Kopplung mit den thermischen Werkzeug- und Werkstückbelastungen zu realisieren. Mithilfe des Simulationsmodells sowie einer statischen Belastungsanalyse auf Basis der im Bohrprozess experimentell ermittelten Werkzeugbelastung erfolgt eine konstruktive Anpassung der Bohrkopfgestaltung, um eine verbesserte KSS-Versorgung der Schneidkante sowie einen Eintritt des Ejektoreffekts bei geringeren KSS-Volumenströmen zuzulassen und den Spanabtransport zu begünstigen. Abschließend werden die strömungsoptimierten Ejektorwerkzeuge additiv gefertigt und eingesetzt.