Transcript ZB.5 - pkaero - Politechnika Rzeszowska

III KONFERENCJA RADY PARTNERÓW CZT AERONET
i PANELE EKSPERTÓW PROJEKTU 13 – 14 Czerwca 2011 r.
„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”
ZB5
„Nowoczesna obróbka mechaniczna stopów magnezu i aluminium
Lider merytoryczny
Prof. dr hab. inż. Józef Kuczmaszewski
Politechnika Lubelska
Dr hab. inż. Jan Burek, prof. PRz
Instytucje partnerskie w zadaniu
1. Politechnika Lubelska
2. Politechnika Rzeszowska im. I. Łukasiewicza
3. Politechnika Warszawska
CZ 5.1 – opracowanie zaawansowanych metod obróbki skrawaniem stopów lekkich stosowanych na
elementy w konstrukcjach lotniczych, polegającej na opracowaniu technologii obróbki skrawaniem
prowadzącej do skrócenia czasu obróbki stopów magnezu i aluminium oraz na poprawie jakości
powierzchni obrobionej (przy wzroście wydajności)
I i II kwartał 2011
PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONALNEGO
Główne wyniki zrealizowanych prac
badawczych
Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych
w okresie pierwszego i drugiego kwartału 2011 – będą przedstawione na plakatach.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Zadziory powstałe przy frezowaniu stopu magnezu AZ91HP mogą być sklasyfikowanie na podstawie ich
położenia i kształtu. Przy stałej prędkości skrawania vc = 282,7m/min, wraz ze wzrostem posuwu wskaźnik
zadzioru maleje. Dla stałego posuwu na ostrze fz = 0,035mm/ostrze, wraz ze wzrostem prędkości skrawania,
wskaźnik zadzioru maleje.
Uwzględniając przyjęte kryteria można stwierdzić, iż najbardziej korzystną metodą obróbki
wysokokrzemowych stopów aluminium (spośród rozpatrywanych), jest frezowanie HPC. Zapewnia ono
najwyższą wydajność obróbki i dobrą jakość powierzchni przy jednocześnie najmniejszym zużyciu narzędzia.
Wadą tej metody obróbki jest stosunkowo wysoka wartość sił skrawania oraz bardzo duże amplitudy tych sił.
Przy frezowaniu HSC uzyskano najmniejsze wartości sił skrawania. Głównym czynnikiem ograniczając
stosowania tej metody jest wysokie zużycie ostrza narzędzia. W celu polepszenia tego wskaźnika należy
zastosować frez pełnowęglikowy z pokryciem (najkorzystniejsze pokrycie PKD) lub zastosować narzędzie z
ostrzami z PKD.
Frezowanie konwencjonalne, frezami z HSS nie nadaje się do obróbki wysokokrzemowych siluminów, następuje
bardzo szybkie zużycie ostrza, co zwiększa wartość generowanych sił i pogarsza jakość obrobionych
powierzchni.
Dla stopu aluminium EN-AW-2017A, ważnego materiału stosowanego w przemyśle lotniczym, aktywowanie
energetyczne warstwy wierzchniej w atmosferze ozonu może być alternatywą dla stosowanych obecnie metod
chemicznych, jeśli celem jest podniesienie wartości swobodnej energii powierzchniowej. Szczególnie istotnym
efektem jest znaczący wzrost wartości składowej polarnej swobodnej energii powierzchniowej w procesie
ozonowania, co może mieć istotne znaczenie w konstytuowaniu wytrzymałości długotrwałej konstrukcyjnych
połączeń klejowych. Ozonowanie może być proekologiczną technologią wykorzystywaną w przemyśle, wszędzie
tam gdzie adhezja odgrywa ważną role, jednak zastosowanie w przemyśle musi być poparte dalszymi badaniami
laboratoryjnymi.
Znaczący wpływ przy obróbce materiałów nieżelaznych stopów Al. i Mg ma sposób wytwarzania półfabrykatów.
Z badań wynika że na największe opory skrawania wystąpiły dla Al. 7075 poddanemu wcześniejszej obróbce
plastycznej poprzez walcowanie, dla kolejnych materiałów wytwarzanych metodą wyciskania i odlewania opory
skrawania kształtowały się na podobnym poziomie.
Badania wstępne - wiercenie otworów w stopach Al i Mg
Parametry wiercenia
Materiały obrabiane:
8090 E, 2618A C, 2017A E, 6101A E, 7075 R, AZ80 E, WE43 E
Wiertło: Ø 6 Mitsubishi MWS0600MB
Parametry skrawania: Vc=80; 100; 120 [m/min], f=0,2; 0,25; 0,3 [mm/obr], n= 4244; 5305; 6366
[obr/min]
Ciecz obróbkowa: emulsja 6% podawana przez ER narzędzia
9 otworów nieprzelotowych Ø6x17 mm
Wnioski : Znaczący wpływ przy obróbce materiałów nieżelaznych stopów Al. i Mg ma sposób wytwarzania półfabrykatów. Z badań wynika że na największe opory
skrawania stawiał materiał Al. 7075 podlegający wcześniejszej obróbce plastycznej poprzez walcowanie, kolejne materiały wytwarzane metodą wyciskania i
odlewania kształtowały się na podobnym poziomie. Inaczej było podczas pomiaru średnic oraz chropowatości otworów .
Wnioski : Przyszłość to korzystanie z formatu wymiany danych, który obejmuje modele 3D i wymagań technicznych
wyświetlanych jako tekst w 3D w obszarze wyświetlania modelu, jak również pozostałe wymagania techniczne i technologiczne
dotyczące danego wyrobu. Najlepszą wiarygodną metodą weryfikacji translacji danych między systemami CAD / CAM jest metoda
znana jako chmury punktów. Realizacja wyżej wymienionych zasad, zgodnych z wymaganiami Boeing przedstawione powyżej,
niesie ze sobą wysokie oszczędności i wzrost wydajności, dzięki skutecznemu wsparciu w zakresie projektowania, weryfikacji i
kontroli w oprogramowaniu wykorzystywanym w nowoczesnych technologiach produkcji lotnictwa XXI wieku.)
5.2 Zapewnienie stabilnej obróbki HSM
stopów aluminium
Wybrane wyniki
Zbudowano tor akwizycji danych do rejestracji i analizy drgań oraz analizy
modalnej oraz przetestowano poprawność działania zakupionej aparatury i
opracowanego oprogramowania
Młotek modalny
Brüel & Kjær 8206-03
Akcelerometr
Brüel & Kjær 4514-001
Układ wstępnego
przygotowania sygnału
NEXUS
Karta
pomiarowa
NI USB-6259
Komputer
(rejestrator)
5.2 Zapewnienie stabilnej obróbki HSM
stopów aluminium
Wybrane wyniki
•opracowano wstępną wersję programu do symulacji numerycznej nieliniowych
drgań samowzbudnych.
Dane do wskaźników realizacji celów
projektu
Dane do wskaźników realizacji celów projektu (produktu i rezultatu) uzyskanych
w pierwszym i drugim kwartale 2011
•
1.
2.
3.
4.
5.
6.
•
1.
2.
3.
Referaty konferencyjne (tytuł wystąpień, nazwiska wykonawców, nazwa i termin konferencji)
Referaty konferencyjne (tytuł wystąpień, nazwiska wykonawców, nazwa i termin konferencji)
Ostrowski R.: Pomiar oporów skrawania przy wierceniu stopów Mg i Al. Seminarium naukowe zespołów badawczych Zb1,
ZB2, ZB5 - 0106.2011. Wydział Mechaniczny Politechniki Łódzkiej.
"Adjustment and Implementation of CAD/CAM Systems Being Used in Polish Aviation Industry" . XXII Conference on
Supervising and Diagnostics of Machining Systems Model Based Manufacturing - Karpacz 14-17 - Marzec 2011
Pieśko P.: Badania zużycia frezów trzpieniowych przy obróbce HSC, HPC i konwencjonalnej wysokokrzemowych siluminów
Matuszak J.: Badania możliwości usuwania zadziorów metodą szczotkowania po frezowaniu stopu magnezu AZ91HP
Seminarium naukowe zespołów badawczych Zb1, ZB2, ZB5 - 0106.2011
Wydział Mechaniczny Politechniki Łódzkiej.
Wysypiński R.: Numeryczna symulacja nieliniowych drgań samowzbudnych ”
III Warsztaty Zadań Badawczych ZB1, ZB2, ZB5 Projektu Kluczowego, Łódź, 01.06.2011 r
Matuszak J., Zaleski K.,: Wpływ parametrów frezowania na powstawanie zadziorów podczas obróbki stopu magnezu
AZ91HP.
Międzynarodowa konferencja naukowo-techniczna „Technologiczne systemy informacyjne w inżynierii produkcji i kształceniu
technicznym”. Kazimierz Dolny 2 -3. 06. 2011.
Publikacje w czasopismach (pełne dane bibliograficzne), które ukazały się w I półroczu 2011 r.
W. Adamski "Adjustment and Implementation of CAD/CAM Systems Being Used in Polish
Aviation Industry" , JOURNAL OF MACHINE ENGINEERING Vol, No.3, 2010,
p37-47 ( wydane przez EDITORIAL INSTITUTION OF THE WROCLAW OF SCIENTIFIC
TECHNICAL SOCIETIES FEDERATION NOT MARCH 2011 )
Kuczmaszewski J. :Efektywność wytwarzania elementów lotniczych ze stopów aluminium i magnezu. Komputerowo
Zintegrowane Zarządzanie Redakcja: Ryszard Knosala; Oficyna Wydawnicza Polskiego Towarzystwa Zarządzania
Produkcją, t.II. Opole 2011, s.7-18
ISBN 978-83-930399-0-6.
Matuszak J., Zaleski K.: Effect of Milling Parameters upon Burr Formation during AZ91 HP Magnesium Alloy Face Milling.
Świć A., Lipski J. (ed): New Materials end it technologies in Production Engineering. ISBN 978-83-62-025-14-5. Copyright
by LTN Lublin, 2011, pp 31 – 42.
Wskaźniki
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Prace inżynierskie obronione w 2011 roku
dr hab. inż. Kazimierz Zaleski, prof.PL
1. Ciecze obróbkowe w procesie skrawania stopów lotniczych
Cyman Andrzej 10.02.211 sp.TM/Zinż
2. Wpływ warunków obróbki skrawaniem na odkształcenia cieplne stopów aluminium
Deneka Justyna 10.02.211 ZiIP Dinż
3. Wpływ warunków frezowania na mikrotwardość warstwy wierzchniej stopów aluminium i magnezu
Popek Aneta 10.02.211 ZiIP Dinż
4. Nagniatanie dynamiczne stopów magnezu
Kosmala Rafał 18.II.2011 ZiIP Dinż
5. Usuwanie zadziorów w procesie skrawania stopów magnezu
Kamiński Kamil 17.02.2011 sp.TM Dinż
Prof. dr hab. inż . J.Kuczmaszewski
6. Uwarunkowania technologiczne i konstrukcyjne doboru cieczy obróbkowych ze szczególnym uwzględnieniem stopów
aluminium, magnezu
Flis Ewa 8.03.2011 ZiIP Dinż
Dr hab.. Inż.. Romana Śliwa, prof.. PRz
7.Jan Lemańczyk: Kształtowanie ubytkowe zaawansowanych stopów Al. i Mg stosowanych w lotnictwie i motoryzacji”
prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak
8. Dobór stabilnych parametrów, do szybkościowej obróbki aluminium.
P. Marzęcki
9. Jednowymiarowa analiza modalna wrzeciona frezarki .
P. Bąk
Prace mgr planowane:
1. Katarzyna Drozd: Analiza sił skrawania przy frezowaniu współbieżnym i przeciwbieżnym frezami trzpieniowymi.
Promotor: Prof. dr hab. inż . J. Kuczmaszewski. Planowany termin obrony 2011 r.
2. Katrzyna Falkowicz: Wpływ technologicznych parametrów obróbki wybranego stopu Al na skłonność do powstawania
zadziorów. Promotor: Prof. dr hab. inż . J. Kuczmaszewski. Planowany termin obrony 2011 r.
3. Marta Szyszka: Analiza sił skrawania i chropowatości powierzchni wybranego stopu Al po frezowaniu powierzchni walcowych
frezami trzpieniowymi. Promotor: Prof. dr hab. inż . J. Kuczmaszewski. Planowany termin obrony 2011 r.
4. Adam Łojewski: Badania wpływu zużycia narzędzi na dokładność frezowania wybranych stopów aluminium.
Promotor: dr hab. inż. Kazimierz Zaleski, prof. PL. Planowany termin obrony 2011 r.
5. Grzegorz Nowak: Wpływ budowy narzędzi na wybrane wskaźniki skrawalności w procesie frezowania stopu aluminium.
Promotor: dr hab. inż. Kazimierz Zaleski, prof. PL. Planowany termin obrony 2011 r.
6.Jan Lemańczyk: „Kształtowanie ubytkowe zaawansowanych materiałów kompozytowych stosowanych w lotnictwie i
motoryzacji” . Promotor: dr hab. inż. Romana Śliwa, prof.. PRz.
Wskaźniki
•
•
•
Planowane rozprawy habilitacyjne:
dr inż. Mirosław Nejman:
Automatyczny dobór stabilnych warunków obróbki skrawaniem w czasie rzeczywistym
•
•
dr inż. Dominika Śniegulska-Grądzka
Modelowanie i badanie dynamicznej charakterystyki procesu skrawania w warunkach rzeczywistych
•
•
•
•
dr inż. Rafał Wypysiński:
Prognozowanie stabilności obróbki skrawaniem w oparciu o symulacje numeryczne w dziedzinie czasu
Prace doktorskie
1. Mgr inż. Jakub Matuszak: „Badania procesu usuwania zadziorów po frezowaniu stopów aluminium i
magnezu.
Autor: Jakub Matuszak
Promotor: dr hab. inż. Kazimierz Zaleski, prof. PL
Status: wszczęty przewód doktorski w maju 2011
•
•
•
Wskaźniki
• Zgłoszenia patentowe:
•
•
•
1. Szczotka walcowa do usuwania zadziorów – zgłoszenie patentowe z Politechniki Lubelskiej,
Nr P – 394989 z dnia 23.05.2011 (Matuszak J., Zaleski K.)
Udział studentów (aktualnie) – 10
Udział doktorantów - 4
Stan współpracy
z przedsiębiorstwami Doliny Lotniczej
Stan współpracy z przedsiębiorstwami lotniczymi Doliny Lotniczej
W I kwartale 2011 współpracowano z PZL Rzeszów w następujących obszarach:
-modelowanie odkształceń przedmiotów obrabianych
-bezpieczna obróbka stopów magnezu
-obróbka stopów Al..
PZL Mielec A Sikorsky Company
Ultratech Sp.zoo
Kolejne etapy prac (PW)
•
•
•
•
Opracowanie metodyki i oprogramowania do zautomatyzowanej analizy
modalnej typu SiSO.
Opracowanie modelu dynamicznej charakterystyki procesu skrawania dla stopu
lotniczego
Opracowanie metodyki i oprogramowania do symulacji numerycznej
nieliniowych drgań samozbudnych przy toczeniu o dwóch stopniach swobody
(uwzględniająca sprzężenie przez przemieszczenie)
Jw. dla frezowania frezem o zębach prostych
Główne wnioski
Z realizacji projektu w ostatnim okresie sprawozdawczym
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Uwzględniając sugestie przedsiębiorstw podjęliśmy prace dotyczące
technologicznych aspektów usuwania zadziorów powstających przy obróbce
stopów aluminium i magnezu
Rozszerzyliśmy i kontynuujemy analizę numeryczną i jej weryfikację
doświadczalną w zakresie odkształceń przy obróbce elementów
cienkościennych
Obok frezowania i toczenia stopów Al. i Mg analiza została także rozszerzona
na proces wiercenia tych materiałów
Podjęto analizę zużycia narzędzi podczas obróbki HSC, HPC i
konwencjonalnej wysokokrzemowych siluminów i sformułowano wnioski w
tym obszarze
Włączono do prac znaczną liczbę studentów
Będziemy rozwijać istniejące kontakty z przedsiębiorstwami w kontekście
weryfikacji produkcyjnej wyników badań
ZB5
Dziękuję za uwagę