SPP 2402:  Greybox Models for the Qualification of Coated Tools for High-Performance Machining

• Subject Area: Mechanical and Industrial Engineering ; Computer Science, Systems and Electrical Engineering ; Materials Science and Engineering
• Term: since 2023
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 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 Programme: Priority Programmes

Projects

• Coordinating project SPP 2402 (Applicant Bobzin, Kirsten )
• Development of a grey-box model to understand and predict wear of coated cutting tools during turning (Applicants Kerscher, Eberhard ;  Kirsch, Benjamin ;  Seewig, Jörg )
• Development of a Greybox Model for the Prediction of the Performance of PVD Coated Carbide Tools (Applicants Denkena, Berend ;  Maier, Hans Jürgen )
• Development of a Greybox model for wear prognosis of PVD coated carbide tools during high performance turning of steels (Applicants Bergs, Thomas ;  Bobzin, Kirsten )
• Development of a greybox model to predict tool wear of PVD coatings for finish turning - GreyProPVD (Applicants Bergmann, Benjamin ;  Kalscheuer, Christian )
• Extrapolative digital greybox models for describing and predicting the macroscopic system behavior of TiAlN-coated cutting tools (Applicants Dege, Jan Hendrik ;  Herrmann, Christoph ;  Höche, Daniel ;  Zemke, Jens-Peter )
• Greybox model-based prediction of wear evolution of coated tools through experimental and model-driven identification of relevant loads (Applicants Walther, Frank ;  Zabel, Andreas )
• Greybox-modeling the run-in behavior of coated tools in the milling process as dynamic load profile based on operando, in situ and ex situ analyses (Applicants Biermann, Dirk ;  Debus, Jörg ;  Tillmann, Wolfgang )
• Greybox models for in-situ quantification of probabilistic tool life of CVD coated cemented carbide gear hobs (Applicants Bergs, Thomas ;  Broeckmann, Christoph )
• Model-based in-process determination of the tool wear at high performance turning (Applicants Fischer, Andreas ;  Karpuschewski, Bernhard )
• Multidomain Grey Box based assistant for tool coating selection in high performance milling [MultiDomHPC] (Applicants Schneider, Johannes ;  Schulze, Volker ;  Stüber, Michael )
• Prediction of performance of a TiAlN coating in profile turning using a grey box approach (PreProCoat) (Applicants Dienwiebel, Martin ;  Gumbsch, Peter ;  Möhring, Hans Christian )

• Spokesperson: Professorin Dr.-Ing. Kirsten Bobzin