Greybox-Modelle für die in-situ Quantifizierung der probabilistischen Werkzeugstandzeit CVD-beschichteter Hartmetallwälzfräser

Im Rahmen des Schwerpunktprogramms SPP2402 „Greybox-Modelle zur Qualifizierung beschichteter Werkzeuge für die Hochleistungszerspanung“ werden die Kompetenzen der Werkstoff- und der Zerspantechnik nähergebracht. Wir forschen zusammen mit dem WZL der RWTH Aachen im Prozess Wälzfräsen.

Problemstellung

Das Wälzfräsen ist ein etabliertes Verfahren für die Zahnradfertigung, welches breite Anwendung in der Windkraft-, Automobil-, Luft- und Raumfahrtindustrie sowie in generellen Bereichen des Maschinenbaus findet. Aufgrund des unterbrochenen Schnitts und der charakteristischen Prozesskinematik ist das Wälzfräsen durch eine diskontinuierliche Spanbildung und ein heterogenes Belastungskollektiv geprägt. Das resultierende Belastungskollektiv führt zu Werkzeugverschleiß, welcher bei verstärkter Ausprägung die Maßhaltigkeit des Werkstücks sowie die Stabilität der Werkzeugschneide negativ beeinflusst. Das variierende Gefüge von Hartstoffschicht und Substratgefüge sowie die herstellbedingt variierenden Parameter des Schichtaufbaus führen bei diesen Werkzeugen zu probabilistisch verteilten Standzeiten, die sich abhängig von den realen, komplexen Einsatzbedingungen in-situ verändern. Wenn es gelingt die Reststandzeit eines Werkzeuges abhängig von werkstoffbedingter Beanspruchbarkeit und der Beanspruchung während eines Bruchteils der Prozesszeit vorherzusagen, kann die Gesamtstandzeit beschichteter Werkzeuge durch in-situ Anpassung der Prozessparameter signifikant erhöht werden. Problematisch ist allerdings, dass Versagensbeginn, Verschleißfortschritt und Restlebensdauer bisher weder modellhaft noch experimentell mit hinreichender Sicherheit identifiziert oder prognostiziert werden können. Das verhindert einerseits die wissensbasierte Auswahl und Qualifizierung beschichteter Wälzfräser für einen effizienteren Zerspanprozess. Andererseits wird eine beanspruchungs- und beanspruchbarkeitsgerechte Anpassung der Prozessparameter mit dem Ziel der Erhöhung der Standzeit während des Wälzfräsprozesses verhindert.

Zielstellung

Das übergeordnete Ziel des Projekts ist die detaillierte Beschreibung der thermomechanischen Werkzeugbelastung und des daraus resultierenden Werkzeugverschleißes beim Wälzfräsen durch die Verwendung von deterministischen Modellen, die mit in-situ erfassten Prozessdaten gekoppelt werden und so eine standzeitoptimierte Regelung des Prozesses erlauben. Wir arbeiten daran, ein integratives Greybox-Modell zur Vorhersage der Standzeit CVD-beschichteter Hartmetallwerkzeuge zu erstellen.

Projektpartner

Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen

Förderung

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