Pobierz opis

Paweł Pieśko
Politechnika Lubelska
Wydział Mechaniczny
[email protected]
Badania wpływu sztywności statycznej frezów trzpieniowych
na dokładność geometryczną przedmiotów wykonywanych
ze stopów aluminium.
Geneza rozprawy
Stopy aluminium, ze względu na ich właściwości mechaniczne oraz fizykochemiczne, należą do materiałów konstrukcyjnych o bardzo dużym znaczeniu technicznym.
W porównaniu ze stalami stopy aluminium charakteryzują się znacznie mniejszym ciężarem
właściwym, przy porównywalnych właściwościach wytrzymałościowych. W niskiej
temperaturze przewyższają właściwości stali pod względem zwiększonej udarności.
Charakteryzują się również bardzo dobrą odpornością na korozję. Stosunkowo łatwo poddają
się
obróbce zarówno plastycznej jak i ubytkowej. Wszystkie te cech powodują, że
zastosowanie stopów aluminium w różnych gałęziach przemysłu nieprzerwanie rośnie.
Szczególnie dotyczy to przemysłu lotniczego i samochodowego, gdzie procentowy udział
tych stopów w produkowanych wyrobach, pomimo stosowania nowych materiałów
konstrukcyjnych takich jak kompozyty, stale się zwiększa. Zwiększa się również ilość
nowych gatunków stopów aluminium, które posiadają coraz lepsze właściwości mechaniczne,
jak stopy z dodatkiem pierwiastków ziem rzadkich. Stopy tego typu posiadają podwyższone
właściwości wytrzymałościowe przy jednocześnie obniżonej gęstości, co predysponuje je do
wytwarzania elementów nowoczesnych samolotów.
W konstrukcjach lotniczych półfabrykaty ze stopów aluminium mają postać odlewów,
wyprasek lub różnego rodzaju płyt oraz bloków. Ze względu na jednostkowy lub małoseryjny
charakter produkcji lotniczej, bardzo często stosowany jest ostatni rodzaj przygotówek.
Jednocześnie wykonywane elementy posiadają skomplikowaną geometrię, z głębokimi
elementami kieszeniowymi i cienkimi ściankami. Zastosowanie przygotówek w postaci płyt i
bloków powoduje konieczność usunięcia znacznej ilości materiału. Ubytek materiału sięga
często ponad 90%. Wymaga to zastosowania wydajnych metod obróbki. Jedną z najbardziej
wydajnych i najczęściej stosowanych metod obróbki jest frezowanie. Jest to bardzo
uniwersalna metoda obróbki skrawaniem, która ciągle rozwija się wraz z rozwojem
nowoczesnych obrabiarek oraz systemów narzędziowych. Stosowana jest do obróbki
otworów, wgłębień, gwintów przy zachowaniu dużej dokładności geometrycznej oraz bardzo
dobrej jakości powierzchni. Umożliwia to zastąpienie frezowaniem czasochłonnych metod obróbki
takich jak
szlifowanie czy obróbka elektroerozyjna. Przyczynia się więc do
poprawy
produktywności, a co za tym idzie do obniżenia kosztów produkcji. Wszystkie te cechy frezowania w
połączeniu z zastosowaniem obrabiarek CNC o złożonych ruchach kształtowania oraz systemów
CAD/CAM umożliwiają wykonywanie bardzo skomplikowanych elementów. Wymaga to jednak
zastosowania narzędzi i oprawek narzędziowych o długim wysięgu i niewielkich średnicach,
a więc posiadających małą sztywność. Tego typu narzędzia stosowane są przy obróbce
wgłębień i otworów o znacznej głębokości oraz obróbce powierzchni trudnodostępnych.
Najczęściej ma to miejsce przy obróbce matryc, wykrojników, form wtryskowych, elementów
konstrukcji lotniczych czy też przy obróbce różnego typu korpusów maszyn i obrabiarek.
Niedostateczna sztywność narzędzia, może być przyczyną powstawania drgań własnych,
które niekorzystnie wpływają zarówno na ostrza narzędzi jak i jakość powierzchni oraz
dokładność geometryczną obrabianych elementów.
Stosowane w przemyśle stopy aluminium istotnie różnią się właściwościami. Należy
spodziewać się więc, że ma to zróżnicowany wpływ na dokładność geometryczną oraz jakość
obrobionych powierzchni. Wpływ ten może być inny dla obróbki konwencjonalnej i obróbki
ze zwiększonymi prędkościami skrawania. Weryfikacja tej tezy będzie ważnym elementem
naukowym rozprawy.
Cel pracy
Celem pracy jest analiza wpływu sztywności narzędzi na dokładność geometryczną
oraz jakość powierzchni obrabianych elementów. Praca ma również na celu wyznaczenie
zasad doboru parametrów obróbki w warunkach obniżonej sztywności stosowanych narzędzi i
systemów narzędziowych.
Teza pracy
Sztywność statyczna frezów trzpieniowych ma różny wpływ na dokładność
geometryczną przedmiotów wykonywanych ze stopów aluminium w warunkach obróbki
konwencjonalnej i obróbki ze zwiększonymi prędkościami skrawania, wpływ ten zależy
również od właściwości mechanicznych obrabianych materiałów.
Zakres pracy obejmuje:
wykonanie prób skrawania,
pomiary sił i momentów skrawania oraz odkształceń,
pomiary parametrów geometrycznych i jakości powierzchni,
ocena i analiza wyników,
opracowanie wytycznych doboru parametrów obróbki,
opracowanie i weryfikacja modelu MES.
Sposób realizacji pracy
Dla dokonania analizy wpływu sztywności narzędzi na dokładność geometryczną oraz
jakość powierzchni prowadzone są badania doświadczalne obejmujące wykonanie prób
skrawania z różną długością oprawek narzędziowych jak i samych narzędzi. W trakcie tych
prób wykonywane będą pomiary sił i momentów skrawania jak również odkształceń, co
pozwoli na scharakteryzowanie dynamiki procesu. Następnie wykonane zostaną pomiary
parametrów geometrycznych jak i jakości powierzchni wykonanych elementów. Powinno to
pozwolić na określenie wpływu sztywności narzędzia oraz dynamiki procesu skrawania na
badane parametry, a w konsekwencji na opracowanie algorytmu doboru odpowiednich
warunków obróbki przy zmniejszonej sztywności narzędzia.
Równocześnie prowadzone są prace nad opracowanie modelu MES pozwalającego na
symulację pracy z zastosowaniem narzędzi o różnej sztywności oraz na analityczne określenie
sił i odkształceń podczas skrawania.