Simulationsgestützte Kühlkanal- und Freiflächengestaltung innengekühlter Vollhartmetall-Wendelbohrer

Insbesondere beim Bohren schwer zerspanbarer Werkstoffe wie Inconel 718 unterliegen die Bohrer hohen thermomechanischen Belastungen. Aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffs muss ein großer Teil der erzeugten Wärme durch den Kühlschmierstoff (KSS) abgeführt werden. Die Lage der Zerspanzone im Inneren des Werkstücks erschwert jedoch die Zufuhr des KSS. Daher werden im industriellen Einsatz Bohrer mit internen Kühlkanälen verwendet. Die Versorgung der Zerspanzone mit KSS bedarf bei einer Innenkühlung eines hohen Energieaufwands. Die Gestaltung der Kühlkanäle und der Freiflächen von Wendelboh-rern können einen erheblichen Einfluss auf die Effizienz der Kühlschmierung haben. Zur Ana-lyse des Einflusses der Kühlkanal- und Freiflächengestaltung auf die Strömungsbedingungen und Werkzeugtemperaturen nahe der thermisch hochbelasteten Hauptschneide wurde im Rahmen dieser Arbeit eine numerische Strömungssimulation aufgesetzt und diese mit experi-mentellen Methoden der Partikelnachverfolgung (Particle-Tracking) validiert. Anhand der Simulationen konnte gezeigt werden, dass eine Vergrößerung des Kühlkanals, eine Verkleine-rung des zweiten Freiwinkels sowie eine Strukturierung der ersten Freifläche nahe der Haupt-schneide höhere Strömungsgeschwindigkeiten bewirken. Diese führen zu einer gesteigerten konvektiven Wärmeabfuhr und somit zu einer verbesserten Kühlung des Bohrers und folglich niedrigeren Werkzeugtemperaturen. Der Einfluss der Bohrergestaltung auf die Prozesskräf-te, temperaturen im Werkstück sowie den Standweg der Werkzeuge wurde mittels Bohrun-tersuchungen an Inconel 718 durchgeführt. Dabei zeigte sich ein direkter Zusammenhang zwi-schen der Kühlung des Werkzeugs und dem Standweg. Eine Temperatursenkung infolge hö-herer Strömungsgeschwindigkeiten wirkt sich positiv auf die Verschleißrate des Werkzeugs aus.