Energie besparen door aanpassen koelsmeermiddeldruk

In het project is een methode ontwikkeld waarmee afhankelijk van de optredende gereedschapsslijtage de optimale koelsmeermiddeldruk kan worden bepaald. Het resultaat: tot 33 procent energie kan worden bespaard. Processen gebaseerd op machine learning zullen het in de toekomst mogelijk maken om de koelmiddeldruk naar behoefte te regelen met behulp van een geoptimaliseerde NC-code.

Kwart van energieverbruik

Berend Denka, Talash Malek, Martin Winkler en Marcel Wichmann hebben hun project in nummer 4/2022 van het tijdschrift VDI-Z onder de titel ‘Energy -efficiënte procesplanning’ gepresenteerd. In hun zoektocht naar manieren om de metaalbewerkingsproductie ecologisch duurzamer te maken, bogen de auteurs zich over het onderwerp hogedrukkoeling.
Hogedruk koelsmeermiddel-systemen kunnen de levensduur van gereedschappen met maximaal 250 procent verlengen, maar veroorzaken momenteel ook tot 25 procent van het totale energieverbruik van een gereedschapsmachine.

Afhankelijk van de bewerkingsstrategie en het aantal gefreesde spanen, slijten gereedschappen anders. Vanaf een bepaald punt leidt het verhogen van de koelsmeermiddeldruk niet tot een verdere verlenging van de levensduur. Dit betekent ook dat er op veel plaatsen onnodig veel koelvloeistof wordt ingebracht. Onderzoekers voerden Open Mind’s testbewerking uit van het voorbewerken van meerdere kamers in een Ti-6Al-4V blok met een volhardmetalen vingerfrees en bestudeerden het effect van verschillende bewerkingsstrategieën en koelmiddeldruk op gereedschapsslijtage.

Simulatie wisselende druk

Op basis van deze bevindingen werd een op machine learning (ML) gebaseerde simulatie ontwikkeld die op basis van de procesgegevens gereedschapsslijtage kon voorspellen. Met behulp van het ML-model werd de bewerking met wisselende koelsmeermiddeldruk gesimuleerd. De validatie op het echte onderdeel bevestigde dat dezelfde oppervlaktekwaliteit en levensduur van het gereedschap kan worden bereikt met een lagere koelmiddeldruk, afhankelijk van de bewerkingssituatie. De daadwerkelijke energiebesparingen tot 33 procent waren zelfs iets hoger dan wat van de simulatie was verwacht.

Integreren in NC-code

“We zijn verheugd met het resultaat”, zegt Josef Koch, CTO van Open Mind Technologies. “Het project geeft ons twee invalshoeken voor de verdere ontwikkeling van ons CAD/CAM-systeem. De dynamische koelsmeermiddeldrukregeling zou in de toekomst kunnen worden geïntegreerd in de NC-codegeneratie van hyper MILL .We onderzoeken ook of de voorspellende modellen kunnen worden gebruikt om gereedschapsslijtage voor een gereedschapspad te bepalen. Hierdoor kunnen gebruikers de gereedschapsslijtage van verschillende freesstrategieën vergelijken. Dat zou een interessante aanvulling zijn op ons hyper MILL Virtual Machining Center.”