Hybrides Ti-6Al-4V-Drehen trennt Kraft- und Oberflächenoptimum

Eine am September 4, 2026 veröffentlichte Peer-Review-Studie kombinierte elektrische Unterstützung und Ultraschallschwingung beim Trockendrehen von Ti-6Al-4V. Mit steigendem Spitzenstrom sank die spezifische Schnittkraft weiter, während die Rauheit bei einer mittleren Einstellung ihr Optimum erreichte und danach schlechter wurde (The International Journal of Advanced Manufacturing Technology).

Geringere Kraft bestimmt weder die beste Oberfläche noch die Werkzeugstandzeit. Das Verfahren braucht ein Mehrziel-Prozessfenster.

Fünf Bearbeitungsarten mit eigener Identität

Gedreht wurde ein 97 mm Ti-6Al-4V-Barren auf einer modifizierten Harrison M300 mit TiAlN-beschichtetem Hartmetalleinsatz: etwa 12 m/min, 0.1 mm/rev, 0.25 mm Schnitttiefe und ungefähr 10 mm Abschnittslänge. Verglichen wurden CT, kontinuierliches EAT, programmiertes PEAT, UAT und VEAT. Die Werkzeugschwingung betrug etwa 8 µm bei 20.33 kHz. Bei VEAT schalteten Kontakt und Trennung den Strom mechanisch; das ist nicht dieselbe Eingangsgröße wie ein programmierter Puls nahe 1 kHz.

Kraft und Rauheit liefen auseinander

CT ergab etwa 430 N/mm². Bei 50 A Mittelstrom senkte PEAT die Kraft um 20.0%, 25.3%, 30.1% und 33.5%, als der Spitzenstrom auf 75, 100, 150 und 200 A stieg; die Anpassung war nahezu linear mit R² = 0.94.

CT hatte Sa 1.408 µm. PEAT verbesserte sich bis 150 A, rund 40% unter CT, wurde bei 200 A aber um 27% gegenüber 150 A schlechter. Das angepasste Minimum lag nahe 146 A. VEAT erzielte Sa 0.74 µm (47% unter CT) und senkte die Kraft um 34.4% auf 282.29 N/mm². UAT ohne Strom verbesserte die Rauheit um 32%.

PEAT erreichte 341°C bei 200 A Spitze und 50 A Mittelwert, gegenüber etwa 170°C bei CT und 218°C bei EAT mit 50 A. Die Autoren führen den Effekt auf Elektroplastizität plus Kontaktunterbrechung zurück; elektrische, mechanische und thermische Eingaben bleiben jedoch gekoppelt.

Kontrollgröße ist der gekoppelte Energiezustand

Das Qualifikationsfenster hält sechs Blöcke zusammen: Werkstoff und Werkzeug; Schwingungsrichtung, Frequenz, Amplitude und Trennung; Spitzen- und Mittelstrom, Tastgrad und Strompfad; kalibrierte Temperatur; Kraft, Span, Stabilität und Wiederholbarkeit; sowie Sa, Randzone, Maße und Dauerhaltbarkeit.

Bei Titan-CNC-Bearbeitung sind Ergebnis und Prüfverfahren vorzugeben. Für Titanstäbe gehören Durchmesser, Zustand und Bearbeitungszugabe ebenfalls zur Validierung.

Werkzeugstandzeit und Randzone bleiben offen

Pro etwa 10-mm-Oberflächenabschnitt wurden mindestens vier Bereiche gemessen, unabhängige Drehwiederholungen je Bedingung sind jedoch nicht klar angegeben. Kraftfehlerbalken stammen aus der Streuung des stabilen Signals und belegen keine Fähigkeit über Aufspannungen, Werkzeuge oder Lose. Langzeitverschleiß, Produktivität, Eigenspannungstiefe, Gefüge, Ermüdung und Maßfähigkeit wurden nicht nachgewiesen.

Vertretbar ist: Bei einem trockenen Schlichtschnitt sank die Kraft weiter, während die Oberfläche nahe 150 A ein Optimum hatte; VEAT war in den berichteten Kraft- und Rauheitswerten am besten. Nächster Schritt sind längere Schnitte, Verschleiß, repräsentative Geometrie und reale Randzonenanforderungen.

Quellengrenze: vollständiges Publisher-PDF und DOI-Seite 10.1007/s00170-026-19021-5.