Charakterisierung physikalischer Vorgänge in der Prozesszone beim Freistrahl-basierten Plasmaelektrolytischen Polieren

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Andreas Schubert
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 536840529

Das Freistahl-basierte Plasmaelektrolytische Polieren (Jet-PeP) ermöglicht das loka-le Polieren von Bauteiloberflächen elektrisch leitfähiger Werkstoffe ohne Maskie-rung und mit nur geringem Verbrauch an umweltfreundlichen Elektrolyten. Es ba-siert auf dem bad-basierten Plasmaelektrolytischen Polieren, bei dem beim Anlegen einer elektrischen Gleichspannung unter der Voraussetzung einer geeigneten Kombination aus Werkstückwerkstoff, Elektrolytzusammensetzung und Elektro-lyttemperatur durch chemisch-physikalische Vorgänge die Ausbildung einer lokalen Dampf-Plasma-Zone (DPZ) auf Werkstückoberflächen angeregt wird. Diese DPZ ist eine Grundvoraussetzung für die erfolgreiche Initiierung und Aufrechterhaltung des Prozesses. Im Zusammenhang mit Jet-PeP ist die Bildung und Aufrechterhaltung dieser Zone bislang jedoch unzureichend untersucht und daher kaum verstanden. Die gezielte und reproduzierbare Einstellung von Prozesszuständen ist insbeson-dere bei Abweichungen von den wenigen bekannten Parameterkombinationen na-hezu nicht möglich. In dem vorliegenden Forschungsprojekt soll daher die Wirkung der elektrischen und thermischen Energiezufuhr auf die Initiierung und Aufrechthaltung der DPZ beim Jet-PeP Prozess untersucht werden. Dafür wird der Freistrahl modellhaft in charak-teristische Teilbereiche in Strahlrichtung unterteilt, deren Anteile im Arbeitsabstand zwischen Düse und Werkstückoberfläche bei verschiedenen Energieeinträgen un-tersucht werden. Durch Variation der angelegten Gleichspannung sollen die für die Prozessinitialisierung und den Polierprozess charakteristischen Strom-Spannungs-Kurven für Jet-PeP abgeleitet werden. Darüber hinaus soll der Einfluss der Strö-mungsgeschwindigkeit des Elektrolytstrahls auf die Ausbildung und den Erhalt der DPZ im Zusammenhang mit der Elektrolyttemperatur untersucht werden. Hierzu soll die elektrische und thermische Messtechnik der bestehenden Jet-PeP Anlage an-gepasst und erweitert werden. Die räumliche Ausbildung der DPZ und prozessim-manente Gasbildungen sollen mittels Highspeed-Kamera und Bildauswertung ana-lysiert werden. Die Ladungseffizienz anhand der Ladungsverbräuche von anodischer Auflösung und Elektrolyse sowie der Wärmeaustausch zwischen Elektrolytstrahl und Werk-stück anhand der thermischen Energieeinträge sollen auf Basis der Erfassung des zeitlichen Verlaufs von Stromstärke und Spannung sowie der Elektrolyt- und der Werkstücktemperatur abgeleitet werden. Die messtechnische Analyse der bearbeite-ten Werkstückoberflächen dient zur Bewertung des lokalen Polierprozesses und ermöglicht die Abgrenzung zwischen EC und PeP-Abtragprozess. Auf Grundlage der experimentell gewonnenen Erkenntnisse zu den Einflussgrößen und Teilpro-zessen wird ein erstes physikalisches Modell zur Wirkung von elektrischem und thermischem Energieeintrag auf die Ausbildung des Jet-PeP Prozesses und der DPZ angestrebt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen