Broadening of the process limits in laser polishing of steel by analysis of the surface structure formation

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...Die mit diesem Verfahren bearbeiteten Oberflächen weisen eine Oberflächenrauheit Ra von derzeit 0.2-0.3 Mikrometer auf und genügen damit in vielen Fällen den Anforderungen im Nicht-Sichtbereich von Spritzgußwerkzeugen. Eine weitere Reduzierung der Rauheit Ra auf unter 0.05 pm wird durch das Auftreten von wellenartigen Oberflächenstrukturen verhindert. Deshalb sollen in diesem Vorhaben experimentelle und theoretische Untersuchungen bzgl.der Vermeidung einer Oberflächenstrukturbildung für das Laserstrahlpolieren von Stahloberflächen durchgeführt werden. Aus dieser Analyse sollen Maßnahmen zur Prozeßführung und der Bearbeitungsstrategie abgeleitet werden, mit dem Ziel der Vermeidung der Ausbildung von wellenartigen Oberflächenstrukturen und als Folge eine Reduzierung der Rauheit Ra von derzeit 0.2-0.3 Mikrometer auf unter 0.05 Mikrometer. In einem experimentellen Versuchsprogramm wird unter Zuhilfenahme der Methoden der statistischen Versuchsplanung der Einfluß-Wirkzusammenhang der verschiedenen Verfahrensparameter auf die Oberflächenrauheit an ausgewählten Werkzeugstählen analysiert. Mittels der Hochgeschwindigkeitsvideographie soll der Umschmelzprozeß visualisiert werden, um die Benetzungskinetik der schmelzflüssigen Phase auf der fest/flüssigen Phasengrenze sichtbar zu machen und damit den Einfluß-Wirkzusammenhang zwischen den Verfahrensparametern und der Oberflächenstruktur und Oberflächenrauheit Ra abzuleiten. Über eine Prozesssimulation, die eine Integration des freien Randwertproblems für das Randschichtumschmelzen mit Laserstrahlung unter Einbeziehung der geometrisch freien/deformierbaren Schmelzbadoberfläche beinhaltet, soll der Kontaktwinkel der Schmelze entlang der Dreiphasenlinie rechnerisch bestimmt werden und in Korrelation zu den Schmelzbadbewegungen aus den Hochgeschwindigkeitsaufnahmen gesetzt werden. Aus dieser vergleichenden Analyse theoretischer und experimenteller Ergebnisse soll ein tieferes Prozessverständnis zur Ausbildung der Oberfläche beim Randschichtumschmelzen bei Verfahrgeschwindigkeiten von bis zu 1 m/s und Umschmelztiefen kleiner 50 Mikrometer abgeleitet werden.