SPP2402 - Entwicklung eines Greybox-Modells zur Prognose der Leistungsfähigkeit PVD-beschichteter Hartmetallwerkzeuge

Obwohl der überwiegende Teil von Zerspanprozessen mit geometrisch bestimmter Schneide mit beschichteten Hartmetallwerkzeugen durchgeführt wird, ist das reale, komplexe Einsatzverhalten dieser Werkzeuge nach derzeitigem Stand der Forschung weder zufriedenstellend messbar noch ausreichend modellhaft beschreibbar. Um eine wissensbasierte Qualifizierung beschichteter Werkzeuge durchführen zu können, ist die Kenntnis über Versagensbeginn, Verschleißfortschritt und Restlebensdauer erforderlich. Neben den Schichteigenschaften ändern sich zusätzlich die prozessbedingten Belastungen infolge des Werkzeugverschleißes. Da experimentelle Ansätze bisher nur begrenzt Aufschluss über die Lastspannungen geben, wird eine Prognose des diskontinuierlichen Schichtversagens zusätzlich erschwert.

Zielsetzung

Das übergeordnete Forschungsziel im Verständnis der grundlegenden Wechselwirkungen zwischen dem instationären Belastungskollektiv und der Veränderung der Schichteigenschaften zur Ableitung von hochgenauen Modellen zur Vorhersage des Einsatzverhaltens beschichteter Zerspanwerkzeuge.

Für diesen Zweck wird ein Modell entwickelt, welches dem Ansatz der Kombination von White- und Blackbox-Modellen zu einem Greybox-Modell folgt. Um Fertigungsprozesse produktiver gestalten zu können, ist es notwendig die Wechselwirkungen, die zu Schädigungen führen, grundsätzlich zu verstehen und in Modellen für eine hochgenaue Vorhersage zu überführen. Eine Möglichkeit dies umzusetzen, ist die Kombination von White- und Blackbox-Modellen zur Ergänzung rein physikalischer Modelle durch statistische Methoden um hierdurch die hochkomplexen Wechselwirkungen berücksichtigen und somit eine genauere Vorhersage der Leistungsfähigkeit von beschichteten Hartmetallwerkzeugen treffen zu können.

Vorteile

Um Fertigungsprozesse produktiver gestalten zu können, ist es notwendig die Wechselwirkungen, die zu Schädigungen führen, grundsätzlich zu verstehen und in Modellen für eine hochgenaue Vorhersage zu überführen. Eine Möglichkeit dies umzusetzen, ist die Kombination von White- und Blackbox-Modellen zur Ergänzung rein physikalischer Modelle durch statistische Methoden um hierdurch die hochkomplexen Wechselwirkungen berücksichtigen und somit eine genauere Vorhersage der Leistungsfähigkeit von beschichteten Hartmetallwerkzeugen treffen zu können.

Vorgehen

Das Forschungsvorhaben adressiert das dynamische Verhältnis zwischen veränderlichen Schichteigenschaften einerseits und der veränderlichen prozessbedingten Belastungen andererseits. Aus der Betrachtung des Verhältnisses aus Belastungen und Schichteigenschaften wird es im Einsatz der Werkzeuge möglich, deren weiteres Verhalten zu prognostizieren und neue Erkenntnisse über die zugrundeliegenden Mechanismen zu erlangen. Da sich die veränderten Schichteigenschaften nur schwer auf Grundlage physikalischer Zusammenhänge abbilden und für eine solche Prognose nutzen lassen, finden hier datengetriebene Ansätze auf Basis hochauflösender Analysen der Beschichtungseigenschaften und Eigenspannungen Einsatz.

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