SPP 2402:  Greybox-Modelle zur Qualifizierung beschichteter Werkzeuge für die Hochleistungszerspanung

• Fachliche Zuordnung: Maschinenbau und Produktionstechnik ; Informatik, System- und Elektrotechnik ; Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 499723700

Das übergeordnete Forschungsziel ist die bisher erarbeitete und vorliegende deterministische Modellwelt (Whitebox) mit einer neuen, zu beforschenden, datengetriebenen Modellwelt (Black-box) in Greybox-Modellen zu kombinieren. Mit diesen Greybox-Modellen sollen dann die rein deter-ministisch nicht beschreibbaren, zeitlichen Veränderungen der Werkzeuge im Einsatz bis hin zum Standzeitende erfasst werden. Die robusten, aber ungenauen Prognosen aus Whitebox-Modellen sollen mit Hilfe datengetriebener und lernfähiger Blackbox-Modellen in ein präzises Zielfenster konvergiert werden. Bereits existierende Algorithmen der Statistik oder des maschinellen Lernens, die im Verständnis einer Blackbox-Modellierung agieren, bilden dafür einen Lösungsraum und sollen nicht gänzlich neu entwickelt, aber genutzt oder modifiziert werden. Damit wird eine wissensbasierte Auswahl und Qualifizierung beschichteter Werkzeuge für neue oder effizientere Zerspanprozesse ermöglicht. Ziel ist der Aufbau individueller Greybox-Modelle, die eine Qualifizierung beschichteter Werkzeuge für die Hochleistungszerspanung ermöglichen. Damit soll die derzeit existierende Lücke zwischen stationären Werkstoffeigenschaften vor und nach dem Einsatz, also das instationäre Systemverhalten der beschichteten Werkzeuge in der Zerspanung, erforscht und geschlossen werden. Voraussetzung dafür ist, dass die notwendige Expertise auf Seiten der Werkstoff-/Beschichtungstechnik und der Fertigungstechnik vorliegt. Die statistische Absicherung und die Bewertung der Daten hinsichtlich Plausibilität und Qualität sind weitere wichtige Bestandteile des Lösungsweges, daher ist ebenfalls Expertise aus den Qualitätswissenschaften erforderlich. Bei Bedarf kann Expertise aus der Messtechnik, Statistik oder der wissenschaftlichen Datenanalyse integriert werden. Die Entwicklung neuer Messtechnik oder Werkstoffanalytik steht nicht im Vordergrund, kann aber im Einzelfall zu neuen Lösungsansätzen führen und soll daher nicht generell ausgeschlossen werden. Die wesentliche Eingrenzung erfolgt über die verwendeten Werkzeuge und Zerspanoperationen. Bereits einsatzfähige Schichtsysteme werden unmittelbar zu Projektstart ausschließlich auf Werkzeugen aus Hartmetall abgeschieden und für die Zerspanversuche in ausreichender Menge zur Verfügung gestellt. Prozessdaten zur Herstellungshistorie der beschichteten Werkzeuge sind nicht zwingend notwendig. Als Zerspanoperation wird nur Drehen oder Fräsen betrachtet. Um Ergebnisse und Daten aus Vorarbeiten nutzen zu können, wird der zu verwendende Werkstückwerkstoff auf „Metalle“ eingegrenzt.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme

Projekte

• Entwicklung eines Greybox-Modells zum Verständnis und zur Prognose des Verschleißes beschichteter Werkzeuge beim Drehen (Antragsteller Kerscher, Eberhard ;  Kirsch, Benjamin ;  Seewig, Jörg )
• Entwicklung eines Greybox-Modells zur Prognose der Leistungsfähigkeit PVD-beschichteter Hartmetallwerkzeuge (Antragsteller Denkena, Berend ;  Maier, Hans Jürgen )
• Entwicklung eines Greybox-Modells zur Prognose des Werkzeugverschleißes von PVD-Hartstoffschichten für die Schlichtbearbeitung - GreyProPVD (Antragsteller Bergmann, Benjamin ;  Kalscheuer, Christian )
• Entwicklung eines Greybox-Modells zur Verschleißprognose PVD-beschichteter Hartmetallwerkzeuge bei der Hochleistungsdrehbearbeitung von Stählen (Antragstellerinnen / Antragsteller Bergs, Thomas ;  Bobzin, Kirsten )
• Extrapolationsfähige digitale Greybox-Modelle zur Beschreibung und Vorhersage des makroskopischen Systemverhaltens TiAlN-beschichteter Zerspanwerkzeuge (Antragsteller Dege, Jan Hendrik ;  Herrmann, Christoph ;  Höche, Daniel ;  Zemke, Jens-Peter )
• Greybox-modellbasierte Prognose der Verschleißevolution von beschichteten Werkzeugen durch experimentelle und modellgetriebene Identifikation relevanter Lasthorizonte (Antragsteller Walther, Frank ;  Zabel, Andreas )
• Greybox-Modelle für die in-situ Quantifizierung der probabilistischen Werkzeugstandzeit CVD-beschichteter Hartmetallwälzfräser (Antragsteller Bergs, Thomas ;  Broeckmann, Christoph )
• Greybox-Modellierungen zum Einlaufverhalten beschichteter Werkzeuge im Fräsprozess als dynamisches Lastkollektiv auf Basis von Operando-, In- und Ex-situ-Analysen (Antragsteller Biermann, Dirk ;  Debus, Jörg ;  Tillmann, Wolfgang )
• Koordinierung SPP 2402 (Antragstellerin Bobzin, Kirsten )
• Modellbasierte In-Prozess-Werkzeugverschleißermittlung beim Hochleistungsdrehen (Antragsteller Fischer, Andreas ;  Karpuschewski, Bernhard )
• Multidomäne Grey Box basierter Assistent für die Werkzeugbeschichtungsauswahl beim Hochleistungsfräsen [MultiDomHPC] (Antragsteller Schneider, Johannes ;  Schulze, Volker ;  Stüber, Michael )
• Prädiktion des Einsatzverhaltens einer TiAlN-Schicht beim Profilstechdrehen mittels Grey Box Ansatz (PreProCoat) (Antragsteller Dienwiebel, Martin ;  Gumbsch, Peter ;  Möhring, Hans Christian )

• Sprecherin: Professorin Dr.-Ing. Kirsten Bobzin