Abbildung: Konzept der inneren Kühlmittelzufuhr im Sägeblatt (oben links), Schema des Spanraumes zwischen zwei Sägezähnen und vorliegenden interdisziplinären Wechselwirkungen (oben rechts) und Versuchsaufbauten zum Kreissägen und orthogonalen Schnitt (unten).

Das übergeordnete Ziel dieses Vorhabens besteht darin den Einsatz von Kühlschmierstoff bei der Kreissägebearbeitung von Titan-Legierungen hinsichtlich Menge, Druck und Energiebedarf auf der Grundlage eines verbesserten Verständnisses der thermischen und mechanischen Fluid-Festkörper-Wechselwirkungen im Prozess erheblich effizienter gestalten zu können. Hierzu sollen die thermodynamischen, fluidmechanischen und zerspanungstechnologischen Effekte bei der Spanbildung und beim Spantransport bezüglich Kraftwirkungen, Tribologie, Wärmetransport und Kühlwirkung sowie Partikelströmung mit Hilfe multi-skaliger gekoppelter Modelle simuliert werden können. Gegenüber der bisher eingesetzten Überflutungsschmierung ließen sich mit einer inneren KSS-Zufuhr bis hin zur Minimalmengenkühlschmierung erhebliche Energie-, Ressourcen- und Kosteneinsparungen erreichen.

Hierzu ist aber ein vertieftes Verständnis der Wirkzusammenhänge der Spanbildung und Kühlschmierung sowie des Spänetransportes in den engen Schnittspalten erforderlich. Dabei gilt es insb. die spezifischen Spanbildungs-mechanismen, die Kraft- und Temperaturentwicklung, die transienten und turbulenten Strömungsbedingungen sowie die detaillierten Wärmetransport-mechanismen und Verdampfungseffekte in gekoppelten Berechnungs- und Simulationsmodellen möglichst realitätsgetreu beschreiben zu können.

In der ersten Förderperiode werden grundlegende Modellierungsansätze sowie Schnittstellen zu deren Kopplung erforscht. Die Modellerstellung und dessen Validierung stützt sich auf experimentelle Analysen anhand von Grundlagen- und Analogieversuchen sowie Prozessversuchen zum Kreissägen. Transiente

3D-FE-Berechnungsmodelle werden mit analytischen Teil-Modellen erweitert. Ein Schwerpunkt liegt auf der Identifikation der Mechanismen des Wärmetransportes unter Berücksichtigung des mehrphasigen Kühlschmierstoff-Späne-Systems, turbulenter Strömung, der Benetzung sowie der Verdampfung.

Nach Abschluss der ersten Förderperiode stehen Modelle zur Beschreibung der thermomechanischen und thermo-fluiddynamischen Wechselwirkungen beim Kreissägen von Titan-Legierungen unter Berücksichtigung eines abgeschlossenen Spanraumes und enger Schnittspalte zur Verfügung.

Nach Identifikation von effizienten Kopplungsmöglichkeiten werden in der nachfolgenden Förderperiode die komplexen und interdisziplinären Wirkmechanismen durch eine multiphysikalische Gesamtsimulation umgesetzt.