| Titel | CFD-Analyse der Druck- und Geschwindigkeitsverteilung einer maschinell gehämmerten Oberflächenstruktur für hydrodynamisch geschmierte Gleitkontakte |
| Autor | F. Klocke, D. Trauth, R. Hild, P. Mattfeld |
| Infos zum Autor | Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen, Lehrstuhl für Technologie der Fertigungsverfahren, Steinbachstr. 19, 52074 Aachen Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. Dr. h.c. F. Klocke, Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. D. Trauth,D.Trauth@wzl.rwth-aachen.de, Dipl.-Ing. R. Hild, Dr.-Ing. P. Mattfeld |
| Inhalt | Zusammenfassung: Seit kurzem findet das maschinelle Oberflächenhämmern (MOH) Anwendung im Werkzeug- und Formenbau. Zum Beispiel wird das MOH von der deutschen Automobilindustrie zum Glätten, Verfestigen und Strukturieren von Tiefziehwerkzeugoberflächen verwendet. In Vorarbeiten wurde gezeigt, dass definierte Oberflächenstrukturen auf Tiefziehwerkzeugen die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück im geschmierten Gleitkontakt reduzieren können. Als Gleitkontakte wurden Mischreibungs- und Grenzreibungsbedingungen betrachtet. Die Auswirkungen von Oberflächenstrukturen in hydrodynamischen Kontakten (z.B. Gleitlager) sind prinzipiell untersucht. Allerdings bedarf es Untersuchungen zur quantitativen Beschreibung des Fluiddrucks und der Fluidgeschwindigkeit in einer einzelnen oder mehreren maschinell gehämmerten Oberflächenstrukturen. Daher wird in diesem Beitrag die Hydrodynamik durch MOH gefertigter Oberflächenstrukturen mithilfe einer numerischen Strömungsanalyse (CFD) untersucht. Die untersuchten Oberflächenstrukturen entsprechen denen aus den Vorversuchen. Dort wurden die Werkzeugoberflächen mit elliptischen Strukturformen präpariert. Mithilfe der numerischen CFD-Analyse wurde eine optimale Anordnung der Oberflächenstrukturen bzgl. einer Druck- und Tragkraftmaximierung erforscht. Darüber hinaus wurden Korrelationen zwischen Prozessparametern und Schmierstoffeigenschaften erarbeitet. Aufgrund von überlagernden hydrostatischen Fluiddrücken wird in diesem Beitrag noch auf die Berücksichtigung von Kavitationseffekten verzichtet. Abstract: Recently, the incremental surface finishing process machine hammer peening (MHP) is established in tool and die making industry. For instance, MHP is used in automotive industry for smoothing, hardening, and structuring of deep drawing tool and die surfaces. In preliminary work it was demonstrated that these surface properties, especially surface properties achieved through defined structuring, can lead to a significant reduction of friction between workpiece and tool in lubricated sliding contacts like in deep drawing. Sliding contacts are mostly characterized by a mixed-lubrication or boundary lubrication regime. The qualitative effect of the surface structures in hydrodynamic applications (e.g. plain bearings) is well known. However, there exists no quantitative investigation on the hydrodynamic fluid pressure and fluid flow of a single or multiple overlapping surface structures made by MHP. In this work, hydrodynamics of MHP structures is investigated by means of a computational fluid dynamics analysis. The analyzed MHP structures correspond to that in preliminary work, where dies were experimentally prepared with different elliptic MHP surface structures. Using computational fluid dynamics analysis an optimal arrangement of multiple surface structures for maximizing the fluid pressure and the load-bearing capacity is determined. Furthermore, the correlation between the determined parameters and the lubrication properties for sliding contacts is presented. Because of significantly high hydrostatic pressures determined in preliminary work, cavitation is neglected in this work for the time being. |
| Datum | 2015 |
