Charakteristisch für die Zerspanung von Graphit mit konventionellen Schneidstoffen wie beschichtetem oder unbeschichtetem Hartmetall (HM) sowie polykristallinem Diamant (PKD) sind ein ausgeprägter, sowohl mechanisch als auch thermochemisch bedingter Werkzeugverschleiß und entsprechend reduzierte Werkzeugstandzeiten T_St. Der fortschreitende Schneidkanten­verschleiß und die vergleichsweise großen Schneidkantenrundungen von r_β > 1µm führen zu einem Anstieg der Passivkräfte F_p. Diese begünstigt die Zerrüttung und demnach die lokale Rissbildung sowie das Ausbrechen von Graphitpartikeln, an der gefertigten Oberfläche und der darunterliegenden Substrukturen und das Zuschmieren der offenen Porosität. Infolgedessen nehmen der Oberflächenrauheitskennwert Sa, die Formabweichungen ΔG_F, die Ausbrüche und die Kompressionseffekte in den oberflächennahen Randschichten messbar zu, wodurch die Permeabilität und letztlich die Funktionsfähigkeit des aerostatischen Lagers beeinträchtigt werden. Um diesen Herausforderungen bei der Präzisionszerspanung von Feinkorngraphitwerkstoffen zu begegnen, stellt der Einsatz monokristalliner Diamant (MKD)-Werkzeuge einen vielver­sprechenden Ansatz dar. Neben der hohen Härte H und der gesteigerten Wärmeleitfähigkeit λ zeichnen sich diese Werkzeuge durch Schneidkantenrundungen von r_β ≤ 50nm aus, wodurch eine kontrollierte Werkstofftrennung begünstigt wird. Dadurch können geometrische Spanungs­kenngrößen im niedrigen einstelligen Nanometerbereich gezielt eingestellt werden [4]. Für die prozesssichere und verschleißarme Fertigung aerostatischer Lagerkomponenten aus Feinkorngraphit sind im Stand der Technik daher sowohl die konventionelle als auch die ultraschallunterstützte Ultrapräzisions (UP)‑Drehbearbeitung mit MKD-Werkzeugen Gegenstand aktueller Forschungs­arbeiten. Erste Untersuchungen weisen darauf hin, dass durch die resonanzbasierte Ultraschall­anregung des Diamantwerkzeugs größere Spanungskenngrößen bei gleichzeitig verringerten Oberflächenrauheiten realisiert werden können. Daraus ergibt sich ein erhebliches Potential der ultraschallunterstützten UP‑Drehbearbeitung für die anwendungsorientierte Fertigung von Feinkorngraphitbauteilen im industriellen Kontext.

Die hierfür durchgeführten Untersuchungen und die daraus gewonnenen Erkenntnisse werden im Nachfolgenden vorgestellt.

Eigenschaften von Graphit und prozesstechnologische Grundlagen der ultraschallunterstützten UP‑Zerspanung

Im Idealkristall von Graphit sind Graphenlagen, die sogenannten Basalebenen, in einer A‑B‑A‑Anordnung übereinandergeschichtet, wobei die Kohlenstoffatome innerhalb der Ebene eine hexagonale Gitterstruktur bilden vgl. Abb. 1.

Innerhalb der Basalebenen wirken starke, kovalente sp²‑hybridisierte Kohlenstoffbindungen, während die Ebenen lediglich durch vergleichsweise schwache Van‑der‑Waals Bindungen verbunden sind. Damit geht eine signifikante Differenz der Bindungsenergien von ΔE_B ≤ ~75/1 einher. Daraus resultiert eine ausgeprägte Anisotropie der mechanischen Eigenschaften, insbesondere des Schermoduls G_S, welche Versatzmechanismen zwischen den Basalebenen begünstigen. Bei der Zerspanung dominieren daher riss- und sprödbruchbasierte Trennvorgänge. In synthetischen Feinkorngraphitwerkstoffen liegen die schichtartig aufgebauten Graphitkristallite statistisch regellos orientiert zu größeren Partikeln agglomeriert vor. Zusammen mit den Binde- und Porenbereichen bilden diese ein heterogenes, polykristallines Gefüge, das beim Auftreten von Schubspannungen τ eine lokal variierende und demnach unkontrollierte Rissausbreitung begünstigt [5].

Die grundlegenden Trennmechanismen bei der konventionellen Makro- und Mikrozerspanung von Graphitwerkstoffen sind bereits umfassend und ausführlich im aktuellen Stand der Technik untersucht [6,7,8]. Als maßgebliche Trennvorgänge wurden dabei spannungs­basierte Rissinitiierung und Rissfortpflanzungen unterhalb der nominalen Schnitttiefe ap identifiziert [9]. Im Rahmen vorangegangener konventioneller UP‑Drehversuche konnten darüber hinaus signifikante Einflüsse des Spanwinkels γ0 und der Schnitttiefe ap auf das Rissverhalten sowie auf die Ausbreitungsrichtung der Risse bei der Ausbildung der Trennebene nachgewiesen werden [10, 11]. Das charakteristische Trennverhalten bei der konventionellen UP‑Drehbearbeitung ist in Abbildung 2(a)–(d) dargestellt.

Die prozesstechnologischen Vorteile von Ultraschall (UTS) sind bei der Präzisionszerspanung spröder Werkstoffe, wie auch von Graphit, weitgehend bekannt und in verschiedenen Bereichen der industriellen Fertigung bereits etabliert [12,13].

Die dort gewonnenen Erkenntnisse lassen sich aufgrund der grundlegend unterschiedlichen Eingriffsbedingungen jedoch nicht unmittelbar auf die UP‑Drehbearbeitung von Feinkorngraphit mit MKD‑Werkzeugen übertragen. Insbesondere die Einflüsse der konventionellen und ultraschallspezifischen Prozessparameter sowie deren Wechselwirkungen sind für diesen Anwendungsfall bislang im Stand der Technik nicht ausreichend untersucht.

Im Rahmen der durchgeführten experimentellen Einflussanalyse wurde das resonanzbasierte UTS‑Werkzeugsystem UTS2 der Firma Edmund Optics son‑X GmbH, Aachen, eingesetzt, dessen aktiver Schneidenteil sich zyklisch auf einer elliptischen Werkzeugbahn bewegt, vgl. Abbildung 2(e)–(h). Durch die Überlagerung dieser Werkzeug­bewegung mit der Rotation des Werkstücks entsteht eine oszillierende Relativbewegung. Die relative Schnittgeschwindigkeit v_c‑rel ergibt sich dabei aus der Rotationsgeschwindigkeit des Werkstücks v_c‑rot und der Oszillationsgeschwindigkeit des Werkzeugs v_c-os. Liegt die Rotationsgeschwindigkeit v_c‑rot unterhalb der maximalen Oszillationsgeschwindigkeit v_c-os in Schnittrichtung führt dies zu einer periodischen Trennung von Werkzeug und Werkstück. Durch diese Kinematik variieren der effektive Spanwinkel γ0 und die lokale Umformgeschwindigkeit v_u während des zyklischen Eingriffs, wodurch Dauer, Höhe und Wirkrichtung der induzierten Spannungen σ unmittelbar beeinflusst werden [14].

Den nachfolgend vorgestellten Untersuchungen liegt die Hypothese zugrunde, dass der periodisch-impulsartige Energieeintrag bei der ultraschallunterstützten UP‑Drehbearbeitung von Feinkorngraphit eine lokale Konzentration der Schubspannungen τ in der Trennzone bewirkt. Hierdurch soll der Rissneigungswinkel α_R verringert und eine horizontale Rissausbreitung annähernd parallel zur Schnittrichtung begünstigt werden.

Die horizontale Risslänge l_R und die Ausbreitungsrichtung der auftretenden Risse können somit indirekt über die Prozessparameter und den umgesetzten Energieeintrag beeinflusst werden. Das übergeordnete Ziel der Parameterstudie besteht daher in der zielgrößenorientierten Analyse der ultraschallunterstützten UP‑Drehbearbeitung von Feinkorngraphit. Hierzu werden zunächst die Haupteffekte und Wechselwirkungen der konventionellen Prozessparameter bei schwingungsüberlagerter Werkzeugbewegung sowie die Zusammenhänge zwischen den charakteristischen Prozesskenngrößen und der Ausbildung der Oberflächentopographie untersucht. Eine weiterführende Betrachtung des Einflusses ultraschallspezifischer Prozess­parameter ist hingegen Gegenstand zukünftiger Forschungsarbeiten.

Ultraschallunterstützte Zerspanung von Feinkorngraphit

Versuchsaufbau und Versuchsdurchführung

Die ultraschallunterstützten UP‑Drehversuche wurden auf dem 5-Achs-UP‑Bearbeitungszentrum Nanotech 350 FG, der Firma Moore Nanotechnology Systems, LLC, Swanzey, USA, durchgeführt. Zur Schwingungsanregung kam das Ultraschall-Werkzeugsystem UTS2 der Firma Edmund Optics son‑X GmbH, Aachen, zum Einsatz, das auf der B‑Achse des Bearbeitungs­zentrums montiert wurde. Die Sonotrode des UTS‑Systems schwingt in Resonanz mit einer konstanten Oszillationsfrequenz von f_os ≤ 103kHz. In vorangegangenen Untersuchungen erwiesen sich maximale Amplituden von û ≤ ~1,1µm als geeignet für den Zerspanungsprozess [11]. Die werkzeugspezifischen Amplituden û wurden vor der Bearbeitung mit dem Laservibrometer OFV 503 der Polytec GmbH, Waldbronn, bestimmt. Die systemkompatiblen MKD‑Werkzeuge mit Eckenradien von r_ε ≤ 800µm wurden von der Gruppe Matzdorf GmbH, Nürnberg, bezogen. Als Probenwerkstoff wurde das Feinkorngraphit EDM AF5 der Firma Novotec GmbH, Chemnitz, mit einem mittleren Korndurchmesser von d_K ≤ 1µm verwendet. Die Proben wiesen einen Durchmesser von d_G = 50mm und eine Höhe von hG = 10mm auf. Die Kühlung des Diamantwerkzeugs und die Entfernung der Spanpartikel aus der Bearbeitungszone erfolgten durch einen fokussierten Druckluftstrahl und ohne den Einsatz von Kühlschmierstoff.

Zur Erzeugung isolierter Eingriffsbereiche wurden auf der Planfläche der eingesetzten Werkstücke ringförmige Versuchsflächen AV mit einer definierten Breite l_GB vorgedreht. Aus wirtschaftlichen Gründen kamen für das Vorschruppen der Konturen zunächst Drehwendeschneidplatten aus unbeschichtetem HM des Typs DCGT11T308‑FN HU7315‑1 der Firma Hoffmann SE, München, zum Einsatz. Da die Umfangslänge l_RU und damit der Schnittweg l_c der ringförmigen Versuchsflächen mit abnehmendem Ringdurchmesser dR geringer wird und somit zwischen den einzelnen Ringpositionen variiert, wurden die Breiten der Versuchsflächen l_GB individuell in Abhängigkeit vom jeweiligen Vorschub f für einen konstanten Schnittweg von l_c,konst = 100m ausgelegt. Dadurch wurde die direkte Vergleichbarkeit der Ergebnisse gewährleistet. Anschließend wurden die Versuchsflächen AV in mehreren Plandrehvorgängen mit einer für die UP-Zerspanung geeigneten Schnitttiefe von jeweils a_p = 10µm bearbeitet. Hierfür wurde ein MKD‑Werkzeug mit einem Eckenradius von r_ε ≤ 3.000µm der Firma Contour Fine Tooling B.V., Valkenswaard, Niederlande, eingesetzt. Dieser Präparationsschritt diente zur Entfernung potentieller Randschichtschädigungen, die infolge der vergleichsweise großen Schneidkantenrundungen der HM‑Werkzeuge von r_β,HM ≤ 6,75µm und damit einhergehenden zunehmenden Belastungen durch auftretende Passivkräfte F_p im Werkstoff hervorgerufen werden können. Die optischen Rauheitsmessungen der ringförmigen Versuchsflächen erfolgten mit dem 3D‑Laserscanning-Mikroskop (LSM) vom Typ VK‑X3000 der Keyence Deutschland GmbH, Frankfurt am Main.

Für die optische Analyse der Oberflächentopographien wurde zudem das Rasterelektronenmikroskop (REM) LEO 1455VP der Carl Zeiss AG, Jena, verwendet. Die untersuchten Parameterbereiche zur Feinkorngraphitzerspanung mittels MKD-Werkzeuge basierten auf den Erkenntnissen vorangegangener Vorversuche, in denen relevante Prozess- und Parameterkenngrößen sowie die erzielbaren Oberflächenqualitäten grundlegend eingeordnet wurden [10,11]. Dabei erwiesen sich ein Spanwinkel von γ₀ = 0°, das Feinkorngraphit EDM AF5 und Amplituden von û ≤ 1,1µm als geeignet für die nachfolgenden Untersuchungen. Die in dieser Forschungsarbeit durchgeführten Hauptversuche umfassten 15 Versuchsdurchläufe und folgten einem Box‑Behnken‑Versuchsplan, der eine Einfluss- und Wechselwirkungsanalyse der Prozessparameter bei reduziertem Versuchsumfang erlaubt. Abbildung 3 zeigt die ringförmigen Versuchsflächen auf der Probe aus Feinkorngraphit, den Versuchsaufbau und die untersuchten Parameterbereiche. Die für jede Versuchsfläche programmierte Rotationsgeschwindigkeit v_rot entspricht der beschriebenen konstanten Schnittgeschwindigkeit v_c,rot.

Ergebnisse und Diskussion

Der Fokus der nachfolgenden Untersuchungen lag auf der detaillierten Analyse der konventionellen Prozessparameter Vorschub f, Schnitttiefe a_p und Schnittgeschwindigkeit vc,rot hinsichtlich der erreichbaren mittleren arithmetischen Höhe Sa, welche einen maßgeblichen Einfluss auf die erreichbaren minimalen Spalthöhen l_Sp,min und damit auf die Tragfähigkeit von aerostatischen Luftlagersystemen besitzt. Die im Rahmen der Untersuchungen identifizierten Haupteffekte sind in Abbildung 4 dargestellt.

Für die untersuchten Vorschübe im Bereich von 0,15µm ≤ f ≤ 0,35µm wurden sowohl bei der untersten als auch der obersten Faktorstufe geringe mittlere Oberflächenrauheitskennwerte im Bereich von 0,150µm ≤ Sa ≤ 0,152µm ermittelt. Die Analyse zeigte, dass insbesondere der Vorschub von f = 0,15µm in Kombination mit der minimalen und der maximalen Faktorstufe der Schnitttiefe ap zu reduzierten Oberflächenrauheitskennwerten Sa führte. Die Ergebnisse deuten auf eine Wechselwirkung zwischen Vorschub f und Schnitttiefe ap hin, da der Einfluss des Vorschubs f auf die mittlere arithmetische Höhe Sa von der jeweiligen Schnitttiefe a_p abhängt und sowohl abnehmende als auch nichtmonotone Verläufe auftreten. Eine weitere Wechselwirkung zeigte sich zwischen dem Vorschub f und der Schnittgeschwindigkeit v_c,rot, da der Oberflächenrauheitskennwert Sa bei geringem Vorschub von f = 0,15µm zunächst abnimmt und anschließend wieder ansteigt, während sie beim höchsten Vorschub von f = 0,35µm mit zunehmender Schnittgeschwindigkeit v_c,rot kontinuierlich ansteigt. Daraus lässt sich eine seitliche Rissausbreitung orthogonal zur Schnittrichtung ableiten, die insbesondere bei reduziertem Vorschub f gerichtet erscheint.

Bei der minimal untersuchten Schnitttiefe von a_p = 1,75µm wurden mittlere arithmetische Höhen von Sa ≤ 0,146µm erreicht, während bei der maximal betrachteten Schnitttiefe von a_p = 6,25µm Werte von Sa ≤ 0,133µm gemessen werden konnten. Damit lag die höchste untersuchte Schnitttiefe a_p, bei der reduzierte Oberflächenrauheitskennwerte Sa erzielt wurden, um Δa_p ≥ 25,75% oberhalb der für die konventionelle Zerspanung ermittelten kritischen Schnitttiefe a_p,krit [11]. Auf Basis der Ergebnisse liegt eine Wechselwirkung zwischen der Schnitttiefe a_p und der Schnittgeschwindigkeit v_c,rot vor, da der Einfluss der Schnittgeschwindigkeit v_c,rot auf die mittlere arithmetische Höhe Sa je nach eingestellter Schnitttiefe a_p unterschiedlich stark ausprägt ist. Dieses Resultat weist auf eine deutliche Erhöhung der kritischen Schnitttiefe a_p,krit durch die Ultraschallunterstützung hin und eröffnet zugleich das Potential zur Steigerung des einsetzbaren Zeitspanvolumens Q_W. Aus den beobachteten Zusammenhängen wurde die Annahme abgeleitet, dass eine parameterbedingte Reduzierung der maximalen Spanungsdicke h_max bei gleichzeitiger Erhöhung des Verhältnisses von Schnitttiefe zu Vorschub a_p/f die Erreichung reduzierter Oberflächenrauheitskennwerte Sa begünstigt. Die hierfür maßgeblichen geometrischen Spanungskenngrößen, das Verhältnis von Schnitttiefe zu Vorschub a_p/f sowie die maximale Spanungsdicke h_max und deren Abhängigkeiten zur mittleren arithmetischen Höhe Sa werden im Anschluss an die Effektanalyse näher betrachtet.

Die untersuchten rotationsbedingten Schnittgeschwindigkeiten lagen im Bereich von 2m/min ≤ v_c,rot ≤ 4m/min. Die geringsten Oberflächenrauheitskennwerte Sa wurden beim Zentrumspunkt von v_c,rot ≤ 3m/min erreicht, wobei die gemessenen Werte stets unterhalb von Sa ≤ 0,148µm lagen. Bei der Festlegung der Schnittgeschwindigkeitsbereiche v_c,rot stand entsprechend der aufgestellten Hypothese die Erzeugung hoher oszillationsbedingter Schergeschwindigkeiten v_s  und Impulsenergien E_Im im Vordergrund.

Das hohe Verhältnis zwischen der Oszillationsgeschwindigkeit von v_os ≤ 43,3m/min des Werkzeugs und der rotationsbedingten Schnittgeschwindigkeit im Bereich von 2m/min ≤ v_c,rot ≤ 4m/min führte zu einem ausgeprägten intermittierenden Werkzeugeingriff mit Eingriffsdauern im Bereich von 12,5% ≤ ED ≤ 17,9%. Durch die periodische Trennung von Diamantwerkzeug und Werkstück wurden die Kontaktzeit t_c und die thermische Belastung der Werkzeugschneide aktiv reduziert, wodurch einer verschleißbedingten Beeinflussung der untersuchten Parametereffekte auf die adressierten Zielgrößen vorgebeugt wurde.Zur geometrischen Einordnung der untersuchten Prozesszustände wurde zudem das dimensionslose Verhältnis von Schnitttiefe zu Vorschub a_p/f für die Schnittgeschwindigkeiten im Bereich von 2m/min ≤ v_c,rot ≤ 4m/min betrachtet. Diese Kenngröße beschreibt, ob der zugrundeliegende Werkzeugeingriff von der Schnitttiefe a_p oder dem Vorschub f dominiert wird und ermöglicht damit die Einordnung der Wirkrichtung der induzierten Spannungen σ bzw. der damit verbundenen Rissausbreitung im Feinkorngraphitwerkstoff, wie Abbildung 5 zeigt.

Die geringsten mittleren arithmetischen Höhen Sa treten bei hohen Verhältnissen im Bereich von 17,9 ≤ a_p/f ≤ 41,7 auf, wobei aufgrund der breiten Streuung kein eindeutiger monotoner Zusammenhang erkennbar war. Die Ergebnisse verdeutlichen jedoch, dass insbesondere eine Schnitttiefe von a_p = 6,25µm in Kombination mit den Vorschüben f = 0,15µm und f = 0,35µm bei einer Schnittgeschwindigkeit von v_c,rot = 3,0m/min zu einer vorteilhaften Werkstofftrennung führt.

Die resultierenden maximalen Spanungsdicken in einem Bereich von 9,9nm ≤ h_max ≤ 43,7nm lagen deutlich unterhalb des mittleren Korndurchmessers d_K ≤ 1µm des eingesetzten EDM AF5 und im Bereich der Schneidkantenrundung der MKD‑Werkzeuge von r_β ≤ 50nm. Ein eindeutiger linearer Zusammenhang mit der mittleren arithmetischen Höhe Sa ist dabei nicht eindeutig erkennbar, wobei die geringsten Oberflächenrauheiten von Sa ≤ 0,133µm bei einer maximalen Spanungsdicke von h_max ≤ 18,7nm für die Kombination aus einer Schnitttiefe von a_p = 6,25µm, einem Vorschub von f = 0,15µm und einer Schnittgeschwindigkeit von v_c,rot = 3,0m/min erreicht wurde. Diese Ergebnisse verdeutlichen, dass die maximale Spanungsdicke h_max nicht isoliert, sondern im Zusammenhang mit ihrer Position auf der aktiven Hauptschneide und der zugrundeliegenden Eingriffsgeometrie betrachtet werden muss. Zukünftige Untersuchungen sollen daher zusätzlich den effektiven Spanwinkel γ_eff berücksichtigen. Die Ergebnisse zeigen zudem, dass die Schnittgeschwindigkeit von v_c,rot = 3,0m/min in Kombination mit der Oszillations­geschwindigkeit von v_c,os ≤ 43,3m/min zu vorteilhaften Oberflächenrauheitskennwerten Sa führen, wobei der Einfluss deutlich höherer Schnittgeschwindigkeiten v_c,rot auf das Trennverhalten bisher nicht bekannt ist. Dies wird in zukünftigen Forschungsarbeitern weiterführend adressiert.Abschließend wurden die erzeugten Oberflächentopographien aus den ultraschallunterstützten UP‑Drehversuchen mittels REM‑Aufnahmen sowie anhand von LSM‑Aufnahmen ausgewertet und mit Versuchsergebnissen aus früheren Untersuchungen zur konventionellen UP‑Zerspanung des Feinkorngraphitwerkstoffs EDM AF5 verglichen [10,11]. Die Aufnahmen sind in Abbildung 6 dargestellt.

Dabei zeigen die mittels konventioneller UP‑Drehbearbeitung gefertigten Versuchs­flächen ein deutlich ausgeprägteres Ausbruchverhalten und ein heterogeneres Erscheinungsbild als die mittels Ultraschallunterstützung gefertigten Versuchsflächen. Die mittels Ultraschall­bearbeitung erzeugten Oberflächentopographien weisen eine homogene Struktur sowie ein deutlich reduziertes Ausbruchverhalten auf, was auf eine gleichmäßigere Werkstofftrennung infolge des periodisch unterbrochenen Werkzeugeingriffs zurückzuführen ist.

Die Ergebnisse unterstützen die Annahme, dass die spannungsbasierte Rissausbreitung infolge der hochfrequenten Ultraschallschwingung auf einen deutlich geringeren Bereich im Werkstoff konzentriert wird. Demnach begünstigt die periodisch eingebrachte Impulsenergie E_In den horizontalen Rissverlauf parallel zur Schnittrichtung. Inwieweit die schwingungsbedingte Anzahl an Werkzeugüberläufen n_Ü hierbei das lokale Erscheinungsbild beeinflusst, ist Gegenstand aktueller Untersuchungen.

Fazit und Ausblick

Das Ziel der Untersuchungen war die Analyse des Einflusses konventioneller Prozessparameter auf die Oberflächenrauheit Sa und Oberflächentopographie bei der ultraschallunterstützten UP‑Drehbearbeitung des Feinkorngraphitwerkstoffs EDM AF5. Dabei zeigten insbesondere ein Vorschub von f = 0,15µm, eine Schnitttiefe von a_p = 6,25µm und eine Schnittgeschwindigkeit von v_c,rot = 3,0m/min in Kombination mit einer konstanten Oszillationsfrequenz von f_os ≤ 103kHz sowie einer Amplitude von û ≤ 1,1µm einen maßgeblichen Einfluss auf das Zerspanungsergebnis. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass ein hohes Verhältnis von Schnitttiefe zu Vorschub im Bereich von 17,9 ≤ a_p/f ≤ 41,7 und eine maximale Spanungsdicke von h_max ≤ 18,7nm geeignete Eingriffsbedingungen mit vorteilhafter Rissausbreitungsrichtungen infolge der induzierten Spannungen σ im untersuchten Prozessbereich begünstigen. Gegenüber dem aktuellen Stand der Technik konnte somit eine signifikante Erhöhung der kritischen Schnitttiefe von Δa_p ≥ 25,75% beim Einsatz der Ultraschallschwingung bei der UP‑Drehbearbeitung von Feinkorngraphit gegenüber dem konventionellen Bearbeitungsprozess ermittelt werden.

Zusammenfassend zeigte sich, dass die ultraschallunterstützte UP‑Drehbearbeitung von Feinkorngraphitwerkstoffen gegenüber der konventionellen UP‑Drehbearbeitung zu homogeneren Oberflächentopographien, verringertem Ausbruchverhalten und reduzierten Oberflächenrauheitskennwerten Sa führte. Die Ergebnisse stützen damit die aufgestellte Hypothese, dass der periodisch unterbrochene Werkzeugeingriff und die impulsartige Spannungsinduktion eine kontrollierte Rissausbreitung im Werkstoff begünstigen.

Weiterführende Untersuchungen sind insbesondere zur oberen Prozessgrenze hinsichtlich der Schnittgeschwindigkeit v_c,rot, der verschleißrelevanten Eingriffsdauer ED sowie den zugrundeliegenden lokalen Trennmechanismen erforderlich. Die ermittelten maximalen Spanungsdicken h_max in der Größenordnung konventioneller MKD‑Schneidkantenrundungen von r_β ≤ 50nm lassen die Überlegung zu, dass der lokal wirksame effektive negative Spanwinkel γ_eff im Bereich der Schneidkantenrundung r_β für die Werkstofftrennung bei Feinkorngraphiten zunehmend an Bedeutung gewinnt. Hierbei ist spezifisch zu untersuchen, welche Anteile des Trennvorgangs dabei auf Scheren, Herauslösen oder Verschieben der Werkstoffmikrostrukturen zurückzuführen sind. Die gewonnenen Erkenntnisse bilden damit eine Grundlage zur weiteren Steigerung des Zeitspanvolumens Q_W und des industriellen Einsatzpotentials der ultraschallunterstützten UP‑Drehbearbeitung von Feinkorngraphitwerkstoffen.