High speed machining of the thin-walled aircraft constructions

Abstract

) -Szel-Tech Szeliga Grzegorz; dr inż. Edward Rejman (erejman@prz.edu.pl), dr inż. Robert Smusz (robsmusz@prz.edu.pl) - Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łuka-siewicza Przedstawiono strategię obróbki przedmiotów cienkościen-nych, która stwarza szereg problemów technologicznych związanych ze zmianą kształtów i wymiarów przedmiotu obrabianego, oraz sposoby przeciwdziałania drganiom podczas obróbki skrawaniem, aby nie następowało pogorszenie struktury geometrycznej powierzchni obrabianej -chropowatość powierzchni. Z kolei odkształcenia plastyczne mogą być przyczyną błędów kształtu oraz źródłem naprężeń własnych w warstwie wierzchniej, trudnych do usunięcia, powodujących deformację przedmiotu po obróbce. Podnosi to koszty wytwarzania, zwłaszcza przedmiotów cienkościennych, z uwagi na powstawanie braków i wydłużanie czasu produkcji. W celu poprawy jakości wykonania przedmiotów cienkościennych zastosowano kilka sposobów minimalizacji odchyłek kształtu i chropowatości powierzchni, takich jak: optymalizacja strategii obróbki, podwyższanie prędkości skrawania v c , optymalizacja parametrów skrawania, zwłaszcza posuwu na ostrze f z oraz promieniowej głębokości skrawania a p i szerokości warstwy skrawanej a e ze względu na minimalizację składowej siły skrawania prostopadłej do powierzchni frezowanej ścianki. SŁOWA KLUCZOWE: obróbka z wysokimi prędkościami skrawania, frezowanie, konstrukcje cienkościenne Machining operations of thin-walled elements generate a lot of production process issues related to deformations and elastic and plastic displacements of the workpiece. Due to displacements of the milled workpiece, vibrations can occur, and thus, geometric errors may occur on surface in the structure of the workpiece. Furthermore, plastic deformation can also cause shape problems and be a source of internal stresses in the surface layer, which are highly difficult to remove and lead to deformation of the workpiece after machining. Consequently, this leads to an increase in the manufacturing costs of machining operations, especially of thin-walled elements, due to shortages and increased manufacturing time. It is recommended that multiple methods for minimizing machining errors be utilized to improve the quality of thin walled elements, such as: optimization of the machining strategy, increase of the cutting speed v c , optimization of cutting parameters, especially feed per blade f z , the radial depth of cut a e due to the minimization of the cutting force component perpendicular to the surface of the milled wall. KEYWORDS: high speed machining, milling, thin-walled constructionsFrezowanie z dużą prędkością skrawania HSM (high speed machining) jest stosowane w przemyśle lotniczym, zwłaszcza podczas obróbki stopów aluminium [6]. Czynnikiem odróżniającym HSM od innych technik frezowania jest taki dobór parametrów -szerokości frezowania, głębokości skrawania, posuwu oraz prędkości skrawania - który zapewnia dobrą jakość oraz dokładność wymiaru i kształtów przedmiotu obrabianego, a równocześnie wysoką wydajność, aby skrócić...

Investigation of Selected Surface Topography Parameters and Deformation during Milling of Vertical Thin-Walled Structures from Titanium Alloy Ti6Al4V

“…The authors of the paper [24] presented the possibility of using an optical method to measure the deformation of thin-walled elements. In their development, they made an aircraft element from aluminum alloy 7075 and measured the deformation using a GOM machine.…”

Analysis of the Displacement of Thin-Walled Workpiece Using a High-Speed Camera during Peripheral Milling of Aluminum Alloys

“…Thin-walled constructions are increasingly used in various fields of industry, allowing to obtain monolithic structures that eliminate the need to perform assembly operations from multiple components. The advantages that give the ability to create structures made of thin-walled parts are difficulties in their implementation related to deformation under the influence of cutting forces resulting in deterioration of the surface quality, permanent deformation of the element and difficulties or impossibility to assemble [ 1 , 2 , 3 ].…”

“…The use of HSM (high-speed machining) allows for the simultaneous reduction of the cutting force components, which is very important when machining thin-walled workpieces, minimizing their deformation and at the same time obtaining a good quality of the treated surface. In addition, this treatment on the example of Bałoń et al tests gives the possibility of reducing the machining time four times compared to conventional machining [ 2 , 4 ].…”

Techniques for Thin-Walled Element Milling with Respect to Minimising Post-Machining Deformations

“…The choice of an optimum thin-walled element machining strategy mostly depends on the ratio between the machined wall height and its thickness. Due to the above, three cases can be identified [ 17 , 48 , 49 ]: low height to thickness ratio < 15:1—where separate milling of each wall side in non-overlapping passes is recommended; moderate height to thickness ratio < 30:1: milling on a constant level—alternate machining at a constant depth of cut a p of both side walls, also in non-overlapping passes; milling at a difference of levels—alternate milling of both side walls with non-overlapping levels between consecutive passes; the depth of cut a p at the first pass should be a p /2; high height to thickness ratio > 30:1—Where it is recommended to change the sides and apply the “christmas tree” routine in order to achieve the wall thickness setpoint in stages. …”

“…The choice of an optimum thin-walled element machining strategy mostly depends on the ratio between the machined wall height and its thickness. Due to the above, three cases can be identified [17,48,49]:…”