Multidomäne Grey Box basierter Assistent für die Werkzeugbeschichtungsauswahl beim Hochleistungsfräsen [MultiDomHPC]

• Antragsteller: Dr.-Ing. Johannes Schneider; Professor Dr.-Ing. Volker Schulze; Dr.-Ing. Michael Stüber
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 521383911

In den vergangenen Dekaden wurden erhebliche Fortschritte in allen Teildisziplinen der spangebenden Fertigung erzielt, zum Beispiel in der Simulation der Zerspanungsprozesse, im Design der Werkzeuge und der Werkzeugmaschinen, oder in der Beschichtung von Werkzeugen mit verschleißbeständigen Hartstoffschichten. Eine sehr enge Verzahnung der F&E-Arbeiten in der Fertigungstechnik besteht mit dem Fachgebiet der Tribologie insbesondere im Hinblick auf Studien zum Verschleißverhalten der Werkzeuge. Die Wechselwirkungen zwischen Werkzeug und Werkstück bei der Zerspanung sind von so komplexer Natur, dass für deren Aufklärung die Zusammenarbeit verschiedener Fachdisziplinen notwendig ist. Im Rahmen dieses Antrages soll daher Expertise aus den Bereichen Tribologie, Beschichtungstechnik, Materialwissenschaft und Fertigungstechnik genutzt werden, um diese Thematik gemeinsam zu bearbeiten. Im Fokus steht dabei insbesondere das Verständnis des Verschleißverhaltens von beschichteten Werkzeugen in Abhängigkeit des Beanspruchungskollektivs, um darauf basierend zukünftig wissensbasiert eine Werkzeug/Beschichtungsauswahl treffen zu können, die zu höheren Bauteiloberflächenqualitäten und Werkzeugstandzeiten führt. Der industrielle Standard in der spanenden Bearbeitung von Metallen mit geometrisch bestimmter Schneide sind Werkzeuge, welche eine Hartstoffbeschichtung aufweisen, die die Standzeit deutlich erhöht. Da diese hochverschleißbeständige Beschichtung bei der Zerspanung hohen Temperaturen und Gleitgeschwindigkeiten ausgesetzt ist, resultiert durch Verschleiß eine chemische und mechanische Veränderung der Hartstoffschicht und ein komplexes tribologisches Verhalten. Dieses Verhalten kann heute simulativ nur unzureichend multiskalig beschrieben werden, da der Effekt aller möglichen Einflussgrößen nicht komplett verstanden ist, und lässt daher eine präzise Bewertung und Vorhersage des Verschleißzustandes der beschichteten Werkzeuge im Kontext der Zerspanung meist nicht zu. Mit den Ergebnissen dieser Forschungs-arbeiten wird es möglich, für jede Art von Prozessparameterkombination und Werkstückwerkstoff-Werkzeug-Kombination im HPC-Prozess eine Prognose bzgl. der Eignung einer Werkzeug-beschichtung zu erstellen. Dies führt zu einer Optimierung des Werkzeugeinsatzes, einer Reduzierung des Werkzeugverschleißes und einer gleichzeitig erhöhten Produktivität.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2402: Greybox-Modelle zur Qualifizierung beschichteter Werkzeuge für die Hochleistungszerspanung
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Christoph Kirchlechner