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)

Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych w okresie pierwszego i drugiego kwartału 2011 – będą przedstawione na plakatach. 1. 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. 2. 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. 3. 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. 4. 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. 6. 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.) 4

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 Referaty konferencyjne (tytuł wystąpień, nazwiska wykonawców, nazwa i termin konferencji) 1. Ostrowski R.: Pomiar oporów skrawania przy wierceniu stopów Mg i Al. Seminarium naukowe zespołów badawczych Zb1, ZB2, ZB5 - 0106.2011. Wydział Mechaniczny Politechniki Łódzkiej. 2. "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 3. Pieśko P.: Badania zużycia frezów trzpieniowych przy obróbce HSC, HPC i konwencjonalnej wysokokrzemowych siluminów 4. 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. 5. Wysypiński R.: Numeryczna symulacja nieliniowych drgań samowzbudnych ” III Warsztaty Zadań Badawczych ZB1, ZB2, ZB5 Projektu Kluczowego, Łódź, 01.06.2011 r 6. 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. 3. 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

Zgłoszenia patentowe: 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 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