In nahezu allen Produktionsprozessen kommen Fluide als Kühlschmierstoff (KSS) zum Einsatz. Sie zählen neben der verwendeten Maschinentechnik, den Prozessstellgrößen, den Werkzeugen sowie den zu bearbeitenden Werkstoffen zu den elementaren Prozesseinflussgrößen. Ein detailliertes Verständnis der Wirkmechanismen von KSS, insbesondere bei der Bearbeitung anspruchsvoller Materialien, ist daher für dessen zielgerichteten und effizienten Einsatz von essenzieller Bedeutung. Mit experimentellen Methoden können jedoch die relevanten Längen- und Zeitskalen nur unzureichend analysiert werden, sodass die Entwicklung neuer Methoden zur Prozesssimulation erforderlich ist, um die komplexen Vorgänge beim Einsatz von Fluiden in Produktionsprozessen detailliert abbilden und deren Potenzial in der industriellen Anwendung ausschöpfen zu können. Aus dieser Problemstellung leitet sich als übergeordnete Zielsetzung des SPP 2231 ab, die erforderlichen Grundlagen durch interdisziplinäre Kooperation wissenschaftlich zu erarbeiten und gekoppelte mechanische und fluiddynamische Simulationsmethoden zu realisieren. Im Fokus stehen dabei ausschließlich Produktionsprozesse, bei denen der KSS kühlende, schmierende und transportierende Funktionen, zum Beispiel von Spänen, Ladungsträgern, Abrasivmitteln oder Reaktionsprodukten, übernimmt.

Das Leibniz-IWT leistet seinen Beitrag zum Themenfeld mit dem Teilprojekt „Integrale gekoppelte Simulation zur Fluiddynamik des Kühlschmierstoffs und des Zerspanungsprozesses beim Vibrationsbohren – ViBohr“. Darin werden die Fluid-Struktur-Interaktionen beim vibrationsunterstützten Bohren gekoppelt mit der Minimalmengenschmierung (MMS) numerisch untersucht. 

Das übergeordnete Ziel des Teilprojekts ViBohr im Rahmen des Schwerpunktprogramms 2231 FluSimPro ist es, auf der Basis eines grundlegenden Verständnisses der Wirkung der MMS-Strömung und des Benetzungsverhaltens auf die Spanbildungs- und Spantransportmechanismen sowie den damit einhergehenden Wärmetransport beim vibrationsunterstützten Bohren mittels eines gekoppelten ViBohr Prozesssimulationsmodells eine Prozessoptimierung zu erreichen. 

Die ständige axiale Vibrationsbewegung des Bohrers führt zur Bildung von kleinen Spänen im Vergleich zu den bisher langen spiralförmigen Spänen, die typischerweise bei konventionellen Bohrprozessen erzeugt werden. Daraus resultieren eine geringere thermomechanische Belastung des Bohrwerkzeugs sowie Bohrungen mit gleichmäßigeren Abmessungen und höherer Oberflächenqualität.

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