Abtragsmechanismen bei der Strahlpolierbearbeitung amorpher Werkstoffe mit Diamantpartikeln

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Udo Fritsching; Dr.-Ing. Oltmann Riemer
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik ; Mechanische Verfahrenstechnik ; Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 395811148

Das Polieren mittels Suspensionsstrahl bietet vielfältige Möglichkeiten und Vorteile bei der Endbearbeitung optischer Oberflächen. Anhand der variablen Stellgrößen kann Herausforderungen wie unterschiedliche Werkstoffeigenschaften, geforderte Oberflächengüten und Werkstückform begegnet werden. Diamantkörnern als Abrasivmittel wird dabei eine erhöhte Effektivität gegenüber gängigen Abrasivmitteln wie Ceroxid oder SiC attestiert, jedoch hinderten maschinenseitige Einschränkungen bisher die weitläufige Erprobung. Um das sogenannte Strahlpolieren mit Diamantpartikeln wissenschaftlich zu untersuchen und für eine praktische Anwendung in der fertigungstechnische Praxis weiterzuentwickeln ist es zwingend erforderlich experimentelle Grundlagenversuche mit numerischen Simulationen zu verbinden, umdie fundamentalen Wirkmechanismen zu identifizieren. In diesem Forschungsvorhaben soll hierfür ein Versuchsstand entwickelt werden, der es ermöglicht Diamantsuspension in einem konsistenten Strahl einer verfahrbaren Referenzoberfläche zuzuführen. Vorgänge im Strahl und in dessen Auftreff- und Abflusszone sollen messtechnisch charakterisiert und anhand der sich ausbildenden Oberflächentopographie mit dem Materialabtrag in Korrelation gesetzt werden. Anhand numerischer Simulationen werden hierzu Gesamtfluidbewegung als auch Einzelpartikelverhalten, sowohl untereinander als auch in Interkation mit dem Werkstoff, modelliert und mit den experimentellen Ergebnissen abgeglichen. Schließlich sollen die grundlagenorientierten Erkenntnisse auf einen Realprozess übertragen und so die Verlässlichkeit der entwickelten Modelle validiert werden. Die wissenschaftliche Herausforderung des Vorhabens besteht darin, die Mechanismen, die den Materialabtrag dominieren, zu identifizieren und den Einfluss der Stellgrößen auf diese Mechanismen offen zu legen. Weiterhin ist die Methodenwahl für die numerische Simulation und die Berücksichtigung von prozessbedingten Randbedingungen von höchster Priorität, um eine dem Realprozess getreue Abbildung des Strahlpolierprozesses modellieren zu können und somit die grundlegenden Vorgänge auf kleinster Ebene durchdringen zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen