ZB 5 „Nowoczesna obróbka mechaniczna stopów magnezu i aluminium”

1. ZB 5 „Nowoczesna obróbka mechaniczna stopów magnezu i aluminium” Lider merytoryczny Prof. dr hab. inż. Józef Kuczmaszewski Politechnika Lubelska Dr hab. inż. Jab Burek, prof. PRz 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) Instytucje partnerskie w zadaniu 1. Politechnika Lubelska 2. Politechnika Rzeszowska im. I. Łukasiewicza 3. Politechnika Warszawska

2. Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych • Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych • w okresie trzeciego i czwartego kwartału 2011 – będą przedstawione na plakatach • Ważniejsze kierunki badań realizowanych w ramach zadania ZB5 w drugiej połowie 2011 roku: • Symulacje numeryczne i weryfikacja doświadczalna odkształceń elementów cienkościennych podczas obróbki • Stabilność obróbki i dokładność geometryczna obrabianych elementów w warunkach HSC • Obróbka krawędzi elementów wykonanych ze stopów aluminium i magnezu • Badania stanu energetycznego warstwy wierzchniej stopów aluminium i magnezu po obróbce HSC • Analiza przyczyn odkształceń elementów obrabianych podczas obróbki • Drgania w procesach obróbki

3. Ważniejsze wyniki prac badawczych

4. Niektóre wyniki prac badawczych The measured points of the element

5. Ważniejsze wyniki prac badawczych Właściwości stopu AW 7075 określone w badaniach doświadczalnych

6. Ważniejsze wyniki prac badawczych

7. Ważniejsze wyniki prac badawczych

8. Ważniejsze wyniki prac badawczych Positive difference - wall inclined outwards at the top Negative difference - wall inclined inside at the top

9. Ważniejsze wyniki prac badawczych Positive difference - wall inclined outwards at the top Negative difference - wall inclined inside at the top

10. Główne wnioski Symulacja numeryczna nieliniowych drgań samowzbudnych 2D przy toczeniu Toczenie swobodne o dwóch stopniach swobody x-z, wpływ tłumienia procesu skrawania Symulacja przebiegu drgań Ślady obróbki w 4-ech ostatnich przejściach Składowe siły skrawania sztywność, tłumienie, suma Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem

11. Główne wnioski Symulacja numeryczna nieliniowych drgań samowzbudnych 2D przy toczeniu Toczenie swobodne o dwóch stopniach swobody x-z, Efekt stabilności niskich prędkości skrawania wywołany nieliniowym tłumieniem procesu skrawania dla f=10° Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem

12. Główne wnioski Symulacja numeryczna nieliniowych drgań samowzbudnych 2D przy toczeniu Toczenie swobodne o dwóch stopniach swobody x-z, Wpływ kąta f na stabilność obróbki Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem

13. Główne wnioski Symulacja numeryczna nieliniowych drgań samowzbudnych 2D przy toczeniu Toczenie nieswobodne o dwóch stopniach swobody x-z, Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem

14. Główne wnioski Symulacja numeryczna nieliniowych drgań samowzbudnych 2D przy toczeniu Toczenie nieswobodne o dwóch stopniach swobody – wyniki symulacji Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem

15. Wydajne i efektywne wykorzystywanie systemów CAD/CAM w przemyśle lotniczym • Główne dane źródłowe istnieją w jednym z czterech formatów. • Zawierają zarówno model 3D jak i kompletny 2D wymiarowy arkusz rysunkowy. • Zawierają model 3D i 2D wymiarowy arkusz rysunkowy z wymaganiami technicznymi, ale nie ze wszystkimi wymiarami. • Zawierają tylko model 3D i wymagania techniczne jako tekst umieszczony w obszarze modelu 3D bez arkusza rysunkowego 2D • Zawierają tylko model 3D i wymagania techniczne jako tekst umieszczony w obszarze modelu 3D bez arkusza rysunkowego 2D, ale z uwzględnieniem także takich wymagań jak uwagi, specyfikacja itp.

16. Wydajne i efektywne wykorzystywanie systemów CAD/CAM w przemyśle lotniczym Wszystkie te cztery formaty należą do Numerycznej Definicji Wyrobu (Digital Product Definition DPD). Numeryczna Definicja Wyrobu są to elementy danych elektronicznych, które określają geometrię i wszystkie wymagania konstrukcyjne dla wyrobu (włączając uwagi i specyfikacje) oraz stosowanie i używanie tych danych przez zintegrowany system wspomagany komputerem jak projektowanie wspomagane komputerowo, wytwarzanie wspomagane komputerowo i współrzędnościowe maszyny pomiarowe. Drugi format jest określany jako rysunek o niepełnych wymiarach (Reduced Dimension Drawing RDDlub uproszczony rysunek (Simplified Drawing SD). Trzeci i czwarty format jest nazywany Bazową Definicją Modelu (Model Based Definition MBD).

17. Wydajne i efektywne wykorzystywanie systemów CAD/CAM w przemyśle lotniczym Przyszłość należy jednak do firm stosujących bazową definicję modelu MBDgdzie mamy do czynienia z jednym plikiem głównym zawierającym informacje geometryczne 3D w powiązaniu tolerancjami wymiarami i tolerancjami GD&T i FT&A. Im, więc więcej pracy przeniesiemy ze świata realnego do świata wirtualnego tym mniejsze poniesiemy koszty z wdrożenia nowej produkcji. Prawdopodobieństwo wykonania pierwszej dobrej sztuki za pierwszym razem ulega znacznemu zwiększeniu.

18. Analiza przyczyn zmiany kształtu części podczas obróbki skrawaniem i skuteczne przeciwdziałanie tym zjawiskom • Opis problemu • Podczas skrawania detali integralnych szczególnie z pełnego materiału na obrabiarkach sterowanych numerycznie ulegają zmianie jego kształty i wymiary po zakończonej obróbce detalu i po wyjęciu go z przyrządu.Wpływ na to mają następujące czynniki: • Skład chemiczny obrabianego stopu • Struktura obrabianego stopu • Wtrącenia niemetaliczne obrabianego stopu • Naprężenia resztkowe • Przewidywane efekty • Zmniejszenie braków części o ~80% do 90%. • Znaczna obniżka pracochłonności technologicznej • Obniżka kosztów wykonania dobrej części o ~20% • Poprawa dostaw na czas OTD części wykonywanych na maszynach CNC

19. Analiza przyczyn zmiany kształtu części podczas obróbki skrawaniem i skuteczne przeciwdziałanie tym zjawiskom Problemy i możliwości rozwiązań: Jakie wymagania winny spełnić półfabrykaty stosowane do produkcji integralnych części?  Jak powinien wyglądać proces wykonania takiej rodziny części?  Klasycznym sposobem redukcji naprężeń resztkowych jest wyżarzanie odprężające (ograniczone możliwości ze względu na zmianę własności mechanicznych i duże koszty przy częściach wielkogabarytowych).  Skuteczną metodą stabilizacji naprężeń jest sezonowanie. (Ale proces zbyt długi)  Usuwanie naprężeń resztkowych metodą wibracyjną Jaką należy zastosować strategię obróbki? Jak obrabiać wewnętrzne naroża bez ryzyka drgań? Jak najlepiej zacząć obróbkę zagłębienia? Jak przeciwdziałać drganiom podczas obróbki skrawaniem? (np. poprzez zmniejszenie sił skrawania. Może to być osiągnięte przez zastosowanie odpowiednich narzędzi, metod obróbki i parametrów skrawania).  Wykorzystanie możliwości obecnych systemów CAM (jak np. stały kąt opasania przy obliczaniu ścieżek narzędzia skrawającego, optymalizacja parametrów skrawania w obliczonych ścieżkach……)  Czy np. równomierny naddatek dla narzędzia skrawającego zagwarantuje równą i wysoką wydajność i bezpieczeństwo procesu skrawania?.

20. Publikacje • 1. Zagórski I., Kuczmaszewski J.: Selected problems of effectiveness of processing of magnesium alloys with a kordell design tool. Management and Producting Engineering Review 4/2011 • 3. Zagórski I., Pieśko P.: Wpływ parametrów technologicznych na wartość wybranych wskaźników skrawalności lotniczych stopów Al oraz Mg; ; Innowacyjne Procesy Technologiczne; redakcja Antoni Świć, Lublin 2011 ; s.19-31 • 4. Piesko P., Zagórski I.: Analiza dokładności obróbki, frezami trzpieniowymi o zmiennej sztywności, tulei cienkościennych wykonanych z stopu AlMn1; Innowacyjne Procesy Technologiczne; redakcja Antoni Świć, Lublin 2011 ; s.33-46 • 5.Matuszak J., Zaleski K.:Wpływ wymiarów warstwy skrawanej na powstawanie zadziorów podczas czołowego frezowania stopu magnezu; Obróbka skrawaniem - Nauka i przemysł; Monografia pod red. Wita Grzesika ; Politechnika Opolska Opole 2011;s.238- 245 • 6. Zaleski K.: Matuszak J., :Odkształcenia cieplne przedmiotów ze stopu aluminium w toczeniu;; Obróbka skrawaniem - Nauka i przemysł; Monografia pod red. Wita Grzesika ; Politechnika Opolska Opole 2011; s.319-326; • 7. Zaleski K., Matuszak J.: Wpływ parametrów nagniatania tocznego na strukturę geometryczną powierzchni stopu magnezu. Red.: Przybylski W.: Współczesne problemy w technologii obróbki przez nagniatanie. T.3. Wyd. KTM: AP Politechniki Gdańskiej, Gdańsk, 2011, s. 268-279. • Konferencja Technologia Obróbki przez nagniatanie TON’11- Sopot 19-20.09.2011, w druku • 8. Matuszak J., Zaleski K.: Badania właściwości warstwy wierzchniej stopu aluminium po obróbce szczotkowaniem. Red.: Przybylski W.: Współczesne problemy w technologii obróbki przez nagniatanie. T.3. Wyd. KTM: AP Politechniki Gdańskiej, Gdańsk, 2011, s. 307-318. • Konferencja Technologia Obróbki przez nagniatanie TON’11- Sopot 19-20.09.2011, w druku • 9. Włodarczyk M.: Analiza wpływu sił skrawania oraz zamocowania na poziom naprężeń w aspekcie grubości ścianek wybranej konstrukcji kieszeniowej; Postępy nauki i techniki 8/2011; s.82-92. • 10. Pieśko P., Zagórski I.:Analiza porównawcza metod frezowania HSM, HPC oraz frezowania konwencjonalnego wysoko krzemowych stopów Al.; Postępy nauki i techniki 7/2011; s.219-226. • 11. Zagórski I.Pieśko P.:Badania porównawcze chropowatości powierzchni wybranych stopów magnezu po frezowaniu narzędziem pełnowęglikowym oraz PKD; Postępy nauki i techniki 8/2011; s.53-58. • 12. Kłonica M,: Ozonowanie jako ekologiczna metoda modyfikacji warstwy wierzchniej stopu aluminium. Postępy nauki i techniki 7/2011; s.86-93. • 13. Kłonica M.: Modyfikacja warstwy wierzchniej tworzyw polimerowych (PP-H i PE 300) ozonem; Postępy nauki i techniki 8/2011; s. 29-36.

21. Udział w konferencjach • 1. Kuczmaszewski J., Pieśko P., Włodarczyk M.: Milling of thin-walled aviation elements – analysis of the model and verification tests. The 6th International Conference, “Supply on the wings”, Frankfurt, 2-4 November, 2011 • 2. Zagórski I., Pieśko P.: Wpływ parametrów technologicznych na wartość wybranych wskaźników skrawalności lotniczych stopów Al oraz Mg; X Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna Technologiczne Systemy Informacyjne w Inżynierii Produkcji i Kształceniu Technicznym 1-3.06.2011 Kazimierz Dolny • 3. Piesko P., Zagórski I.: Analiza dokładności obróbki, frezami trzpieniowymi o zmiennej sztywności, tulei cienkościennych wykonanych z stopu AlMn1; X Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna Technologiczne Systemy Informacyjne w Inżynierii Produkcji i Kształceniu Technicznym 1-3.06.2011 Kazimierz Dolny • 4.Matuszak J., Zaleski K.:Wpływ wymiarów warstwy skrawanej na powstawanie zadziorów podczas czołowego frezowania stopu magnezu; V Konf. Naukowa- Szkoła Obróbki Skrawaniem – NT. Nauka a przemysł - Opole 26-28.09.2011 • 5. Zaleski K.: Matuszak J., :Odkształcenia cieplne przedmiotów ze stopu aluminium w toczeniu;; Obróbka skrawaniem - Nauka i przemysł; V Konf. Naukowa- Szkoła Obróbki Skrawaniem – NT. Nauka a przemysł - Opole 26-28.09.2011 • 6. Zaleski K., Matuszak J.: Wpływ parametrów nagniatania tocznego na strukturę geometryczną powierzchni stopu magnezu • Konf. Technologia Obróbki przez nagniatanie TON’11- Sopot 19-20.09.2011 • 7. Matuszak J., Zaleski K.: Badania właściwości warstwy wierzchniej stopu aluminium po obróbce szcz0tkowaniem • Konf. Technologia Obróbki przez nagniatanie TON’11- Sopot 19-20..09.2011 • 8. Włodarczyk M.: Analiza wpływu sił skrawania oraz zamocowania na poziom naprężeń w aspekcie grubości ścianek wybranej konstrukcji kieszeniowej; IV Międzynarodowe Sympozjum Naukowe „Postęp w technikach wytwarzania i konstrukcji maszyn”, 16-18 maja 2011, Kazimierz Dolny • 9. Pieśko P., Zagórski I.:Analiza porównawcza metod frezowania HSM, HPC oraz frezowania konwencjonalnego wysoko krzemowych stopów Al.; IV Międzynarodowe Sympozjum Naukowe „Postęp w technikach wytwarzania i konstrukcji maszyn”, 16-18 maja 2011, Kazimierz Dolny • 10. Zagórski I.Pieśko P.:Badania porównawcze chropowatości powierzchni wybranych stopów magnezu po frezowaniu narzędziem pełnowęglikowym oraz PKD; IV Międzynarodowe Sympozjum Naukowe „Postęp w technikach wytwarzania i konstrukcji maszyn”, 16-18 maja 2011, Kazimierz Dolny • 11. Adamski W.: Adjustment and Implementation of CAD/CAM Systems Being Used in Polish Aviation Industry. XXII Conference on Supervising and Diagnostic of Machining System. Karpacz 14th-17th March, 2011

22. Przewody doktorskie • Przewody doktorskie mgr inż. Ireneusz Zagórski Wszczęty przewód doktorski 26.10.2011 Tytuł rozprawy: Wpływ warunków obróbki na efektywność i bezpieczeństwo frezowania stopów magnezu promotor:prof. dr hab. inż. Józef Kuczmaszewski Łącznie wszczęto 3 przewody doktorskie w PL, w 2012 planuje się 1 obronę, w pierwszej połowie 2013 pozostałe. W przygotowaniu 2 rozprawy habilitacyjne (PW, PRz)

23. Prace dyplomowe • Prace dyplomowe obronione

24. Prace dyplomowe Prace mgr i inż. planowane • Ewa Flis: Analiza wpływu warunków chłodzenia i smarowania na kształt i charakter wiórów przy frezowaniu stopów Al. Praca mgr, prom. Prof. J. Kuczmaszewski 2. Magdalena Kowalczyk: Analiza momentu i jego amplitudy przy frezowaniu stopów AW 2024 i AW 7075 frezami trzpieniowymi o różnej sztywności. prom. Prof. J. Kuczmaszewski 3. Karolina Węglarz: Wpływ parametrów technologicznych na kształt i charakter wiórów przy obróbce stopów Mg. prom. Prof. J. Kuczmaszewski 4. Waldemar Laskowski: Analiza porównawcza oporów skrawania przy frezowaniu stopów AW 2024 i AW 7075. prom. Prof. J. Kuczmaszewski 5. Marcin Pikula: Obróbka powierzchni krzywoliniowych frezami trzpieniowymi o zmiennej sztywności. prom. Prof. J. Kuczmaszewski 6. Przemysław Kulasza: Analiza porównawcza wybranych wskaźników skrawalności stopów AW 3103 i AW 7075. prom. Prof. J. Kuczmaszewski 7. Marek Kość: Badania porównawcze temperatury zapłonu wiórów ze stopów Mg po obróbce na sucho i z zastosowaniem cieczy obróbkowych. prom. Prof. J. Kuczmaszewski 8. Jarosław Cholewa: Badania wpływu parametrów technologicznych cięcia strugą na jakość powierzchni i dokładność geometryczną elementów wykonanych ze stopu Mg. prom. Prof. J. Kuczmaszewski 9. Joanna Jaromin: Badania stabilności momentu obrotowego i jakości powierzchni po szybkościowym frezowaniu stopu AZ 31 frezem dwu- i czteroostrzowym. prom. Prof. J. Kuczmaszewski 10. Ewa Jóźwik: Stabilność momentu obrotowego przy frezowaniu współbieżnym i przeciwbieżnym stopu AW 7075 w warunkach konwencjonalnych i HSC. prom. Prof. J. Kuczmaszewski 11. Piotr Marzęcki: Dobór stabilnych parametrów do szybkościowego frezowania aluminium. Promotor: prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak, planowany termin obrony: grudzień 2011 r. 12. Ewelina Kulik: Analiza stabilności obróbki zintegrowana z systemem CAM . Promotor: dr inż. Rafał Wypysiński, planowany termin obrony: luty 2012 13. Jakub Grzesiuk: Modelowanie wykresów stabilności zintegrowane z systemem CAM. Promotor: dr inż. Rafał Wypysiński, planowany termin obrony: luty 2012 14. Aneta Popek: Badania wybranych właściwości warstwy wierzchniej stopu aluminium AlSi10Mg po obróbce szczotkowaniem. Prom. Dr hab. inż. K. Zaleski, prof.. PL 15. Artur Kawka: Wpływ procesu usuwania zadziorów na mikrotwardość warstwy wierzchniej stopów aluminium. Prom. Dr hab. inż. K. Zaleski, prof.. PL 16. Kamil Czapla: Mikrotwardość warstwy wierzchniej stopów magnezu obrabianych szczotkowaniem. Prom. Dr hab. inż. K. Zaleski, prof.. PL 17. Dominika Wołoszyn: : Mikrotwardość warstwy wierzchniej stopów aluminium obrabianych szczotkowaniem. Prom. Dr hab. inż. K. Zaleski, prof.. PL 18. Anna Sawicka: Wpływ cieczy obróbkowych na przebieg i wyniki obróbki skrawaniem stopów lekkich. Prom. Dr hab. inż. K. Zaleski, prof.. PL 19. Małgorzata Reteruk: Wpływ obróbki nagniataniem na mikrotwardość warstwy wierzchniej stopów magnezu. Prom. Dr hab. inż. K. Zaleski, prof.. PL 20. Sławomir Zając: Nagniatanie ślizgowe stopów aluminium.Prom. Dr hab. inż. K. Zaleski, prof.. PL

25. Stan współpracy z przedsiębiorstwami Doliny Lotniczej • Stan współpracy z przedsiębiorstwami lotniczymi Doliny Lotniczej • Przedsięwzięcia w II połowie 2011 roku • Kontakt z PZL Świdnik – dyskusja i badania wstępne nad doborem składu chemicznego kleju na połączenia klejowo-zgrzewane stopów aluminium • Wizyta techniczna w Hispano-Suiza Polska Sp. z.o.o i dyskusja o możliwościach wspólnych przedsięwzięć w zakresie doskonalenia obróbki w elastycznym systemie produkcyjnym • Bieżąca współpraca z PZL Mielec • Bieżąca współpraca z WSK-PZL Rzeszów, S.a • Bieżąca współpraca z Ultratech Sp. z.o.o

26. Ważniejsze wyniki prac badawczych Podsumowanie • 1. Błędy geometryczne w obróbce elementów cienkościennych, dla ścianek prostych, po uwzględnieniu ich sztywności na zginanie powinny być uwzględniane szczególnie dla ścianek o grubości poniżej 2 mm • 2. Ścianki krzywoliniowe są bardziej sztywne od ścianek prostych, w tych przypadkach należy szczególnie uwzględniać ich odkształcenia jeżeli grubość ścianek jest mniejsza od 1,5 mm • 3. Dla kieszeni zamkniętych wielkość odkształcenia ścianek w istotnym stopniu zależy od położenia analizowanego przekroju wzdłuż długości ścianki • 4. MES może być użytecznym narzędziem do analizy odkształceń obrabianych elementów, wykazano dobrą korelację pomiędzy wynikami symulacji i pomiarami w warunkach rzeczywistych • 5. Błędy kształtu obrabianych ścianek są większe dla ścianek prostych niż dla krzywoliniowych • 6. Obróbka elementów o cienkich ściankach wymaga odpowiedniej strategii, odpowiedniej sztywności układu obrabiarka-paleta-przedmiot-narzędzie, właściwej kolejności operacji, odpowiednich technologicznych parametrów obróbki a także stosowania ścieżek trochoidalnych tam gdzie jest to wskazane • 7. Wnioski z innych badań są przedstawione na plakacie.

27. Główne wnioski • Ważniejsze wnioski z realizacji projektu w ostatnim okresie sprawozdawczym • Dobra współpraca z Koordynatorem w PRz (koordynacja zakupów materiałów) • Nastąpiło istotne przyspieszenie w realizacji wskaźników • Poprawa jakości publikowanych prac (znacznie wyższy potencjał wiedzy i doświadczenia) • Intensyfikacja współpracy z PZL Mielec (dr inż. W. Adamski) • Włączenie dużej grupy studentów do realizacji zadań w ramach prac dyplomowych

28. Podsumowanie • Dziękuję Państwu za uważne wysłuchanie mojej prezentacji