Seit dem Start von ConTemp ("Self-Learning Control of Tool Temperature in Cutting Processes") im Jahr 2009 arbeiten die Projektforscher an der Entwicklung selbstlernender adaptiver Prozesssteuerungen zur Stabilisierung von Bearbeitungsbedingungen. Das Projekt wird mit 2.374.976 EUR aus dem Themenbereich "Nanowissenschaften, Nanotechnologien, Werkstoffe und neue Produktionstechnologien" (NMP) des Siebten Rahmenprogramms (RP7) der EU gefördert.
"Zunehmend komplexe Fertigungsaufgaben - insbesondere die Herstellung moderner Hochleistungswerkstoffe - erfordern neue Werkzeugsysteme mit prozessorientierten adaptiven Steuerungssystemen. Für diese Zwecke liefert das ConTemp-Projekt eine Technologie mit einem geschlossenen innengekühlten Werkzeugsystem für die europäische Fertigungsindustrie", erklärt Timo Reinicke, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb der Technischen Universität Berlin, wo die Arbeit der 10 Projektpartner koordiniert wird.
Immer mehr neu entwickelte und zunehmend schwer zu bearbeitende Materialien wie Hochtemperaturlegierungen und Verbundwerkstoffe stellen Schneidetechniken der Industrie vor neue Herausforderungen, da sie trotz ihres hohen Härtegrades bei der Bearbeitung zu extremen Temperaturen führen.
Und da gleichzeitig die Produktionskosten und -zeiten minimiert werden sollen, ohne die Produktqualität zu beeinträchtigen, benötigt die Branche neue, innovative Maschinenkonzepte, die den derzeitigen Stand der Technik verbessern. Aktuelle Prozessüberwachungssysteme beobachten hauptsächlich Kräfte, Vibrationen und Schallemissionen als Eingangssignale und lassen die Werkzeugtemperatur unberücksichtigt. Das Team aus Berlin und die Konsortiumpartner gehen einen Schritt weiter und konzentrieren sich auf die Werkzeugtemperatur, da sie einen wesentlichen Einfluss auf die Qualität des Werkstückes und den Werkzeugverschleiß hat und so ein wichtiger Faktor für die Produktivität in der Fertigung ist. Kontrollierte und stabilisierte Werkzeugtemperaturen können zu längeren Werkzeuglebensdauern und genauer gearbeiteten Teilen führen.
Konventionelle Kühlmethoden sind zudem bezüglich Umweltverträglichkeit und Nachhaltigkeit im Nachteil. Eine selbstlernende, adaptive Prozesssteuerung würde nicht nur Genauigkeiten und Produktivität verbessern, sondern auch das Schneiden einer größeren Bandbreite an Materialien ermöglichen und durch einen minimierten Werkzeugverschleiß wirtschaftlicher sein.
Die Entwicklung einer neuen Generation von intelligenten und umweltfreundlichen Hochleistungsschneidwerkzeugen bedeutet eine Reduzierung der Bearbeitungszeiten und -kosten durch kürzere Fertigungszeiten. Das gesamteuropäische Forscherteam hofft, durch eine Verbesserung dieser Parameter über den Stand der Technik hinaus zu Entwicklungen im Bereich der herkömmlichen Trockenbearbeitung beizutragen.
Darüber hinaus macht das Konsortium im Rahmen der Forschungen Fortschritte bei der Suche nach neuen Schmierungstechniken für die Trockenbearbeitung.
Durch den Einsatz eines von ConTemp entwickelten geschlossenen internen Kühlsystems kann auf Kühlschmierstoffe verzichtet werden. Dieser Ansatz der Trockenbearbeitung hilft dabei, die hohen Kosten für die Bereitstellung und Entsorgung von Kühlschmierstoffen drastisch zu reduzieren und Umweltschäden zu minimieren - ein riesiger Fortschritt in Richtung einer nachhaltigen Fertigung.
Diese Innovation könnte die Produktionskosten um etwa 20% senken. Mit einer effektiven Kühlung könnte das Werkzeug in einem sicheren Temperaturbereich gehalten werden, so dass es möglich wird, bei der Bearbeitung von eisenhaltigen Materialien Diamantbeschichtungen zu verwenden. Derzeit ist die Anwendung von Diamantwerkzeugen bei der Bearbeitung von eisenhaltigen Werkstoffen auf Einsätze mit polykristallinem Diamant (PKD) bei der Veredlung beschränkt. Darüber hinaus führt die Temperaturdifferenz zwischen den heißen Spänen und dem Kühlschmiermittel bei herkömmlichen Verfahren zu Verschleiß auf der Schneide des Werkzeugs durch Mikrorisse. Diese Schäden durch Temperaturschock werden mithilfe des internen Kühlsystems vermieden, was zu einer längeren Lebensdauer der Werkzeuge und zu mehr Genauigkeit bei den Teilen führt.
Neben der Verbesserung der Umweltverträglichkeit von Fertigungsprozessen sind erhebliche Kosteneinsparungen ein weiterer großer Vorteil durch die Vermeidung von Kühlschmiermitteln.
