Stability analysis of high speed cutting in application to aluminum alloys

ABSTRACT: Progress in the production of cutting tools, CNC machine tools, and CAM software has contributed to improvement in subtractive machining processes, including milling, the so-called high speed cutting (HSC) and high performance cutting (HPC) machining. The cutting parameters that define the boundaries between the aforementioned technologies and conventional machining are not clearly defined. This is due to the close correlation between the process conditions and the types of processed material. High speed cutting and high performance cutting can be used for processing such as: machining of materials in the hardened state, machining without cutting fluid and with minimal lubrication, and thin-wall integral aerospace structures. The study examined complex analyses of HSC machining due to the process stability. The test results prove the dominant influence of cutting speed changes on a method’s effectiveness for spindle speeds up to 80,000 rpm.

KEYWORDS: HSM, HSC, high speed milling, high speed cutting

STRESZCZENIE: Postęp w produkcji narzędzi skrawających, obrabiarek CNC oraz oprogramowania CAM przyczynił się do udoskonalenia procesów obróbki subtrakcyjnej, w tym frezowania, tzw. obróbki skrawaniem z dużą prędkością (HSC) oraz skrawania wysokowydajnego (HPC). Parametry skrawania, które wyznaczają granicę pomiędzy wymienionymi technologiami a obróbką konwencjonalną, nie są jednoznacznie określone. Wynika to ze ścisłej korelacji pomiędzy warunkami procesu a rodzajami obrabianego materiału. Skrawanie z dużą prędkością i wysokowydajne można stosować do: obróbki materiałów w stanie utwardzonym, obróbki na sucho i z minimalnym smarowaniem oraz do obróbki cienkościennych integralnych konstrukcji lotniczych. W pracy zbadano złożone analizy obróbki HSC pod względem stabilności procesu. Wyniki badań dowodzą dominującego wpływu zmian prędkości skrawania na skuteczność metody dla prędkości obrotowych wrzeciona do 80 000 obr/min.

SŁOWA KLUCZOWE: HSM, HSC, frezowanie z dużą prędkością, skrawanie z dużą prędkością

BIBLIOGRAFIA / BIBLIOGRAPHY:

[1] Shamsuddin K.A., Ab-Kadir A.R., Osman M.H. “A Comparison of Milling Cutting Path Strategies for Thin Walled Aluminium Alloys Fabrication”. The International Journal Of Engineering And Science (IJES). 2, 3 (2013): 01–08.

[2] Awan W.S., Mabrouki T. “Numerical and experimental investigations of post-machining distortions in thin machined structures considering material-induced residual stress”. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. 39 (2017): 509–521, https://doi.org/10.1007/s40430-015-0386-5.

[3] Seguy S., Campa F.J., Lopez de Lacalle L.N., Arnaud L., Dessein G., Aramendi G. “Toolpath dependent stability lobes for the milling of thin-walled parts”. International Journal of Machining and Machinability of Materials. 4, 3–4 (2008): 261–274, https://doi.org/10.1504/IJMMM.2008.023720.

[4] Bałon P., Rejman E., Smusz R., Kiełbasa B. „Obróbka z wysokimi prędkościami skrawania cienkościennych konstrukcji lotniczych”. Mechanik. 8–9 (2017): 726–729, https://doi.org/10.17814/mechanik.2017.8-9.105.

[5] Adamski W. „Wybrane kierunki zwiększania wydajności procesów skrawania”. Mechanik. 5–6 (2009): 540–546.

[6] Kuczmaszewski J., Łogin W., Pieśko P., Zagórski I. “State of Residual Stresses after the Process of Milling Selected Aluminium Alloys”. Advances in Science and Technology. Research Journal. 12, 1 (2018): 63–73, https://doi.org/10.12913/22998624/81768.

[7] Tang Z.T., Liu Z.Q., Pan Y.Z., Wan Y., Ai X. “The influence of tool flank wear on residual stresses induced by milling aluminum alloy”. Journal of Materials Processing Technology. 209, 9 (2009): 4502–4508, https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2008.10.034.

[8] Adamski W. „Analiza przyczyn zmiany kształtu części lotniczych podczas obróbki skrawaniem na maszynach CNC i skuteczne przeciwdziałanie tym zjawiskom”. Mechanik. 1 (2012).

[9] Zębala W. „Minimalizacja błędów obróbki przedmiotów cienkościennych”. Inżynieria Maszyn. 15, 3 (2010): 45–54, bwmeta1.element.baztech-article-LOD9-0021-0028.

[10] Jemielniak K. „Obróbka skrawaniem podstawy, dynamika, diagnostyka”. Warszawa: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej (2018).

[11] Bałon P., Rejman E., Kiełbasa B., Smusz R. “Using HSM technology in machining of thin-walled aircraft structures”. Acta Mechanica et Automatica. 16, 1 (2022): 27–33, https://doi.org/10.2478/ama-2022-0004.

[12] Bałon P., Rejman E., Kiełbasa B., Smusz R., Światoniowski A., Szostak J., Kowalski Ł., Cieślik J. “The application of thin-walled integral constructions in aviation as exemplified by the SAT-AM project”. MATEC, 2019.

[13] Wade A. “Cut the chatter”. Cutting Tool Engineering (2015), https://www.ctemag.com/news/articles/cut-chatter, (access: 1^st October 2022).

[14] Morita H., Yamashita T. “Tracing and visualizing variation of chatter for in-process identification of preferred spindle speeds”. Procedia CIRP. 4 (2012): 11–16, https://doi.org/10.1016/j.procir.2012.10.003.

[15] Cichosz P., Kuzinovski M. „Ekonomiczne aspekty doboru narzędzi skrawających do zadania produkcyjnego. Obróbka skrawaniem: wysoka produktywność”. Wrocław: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej (2007).

[16] Cichosz P., Kuzinovski M. „Sterowane i mechatroniczne narzędzia skrawające”. Warszwa: PWN, 2016.

[17] Bałon P., Rejman E., Kiełbasa B., Smusz R., Światoniowski A., Szostak J., Kowalski Ł., Cieślik J. “Thin-walled integral constructions in aircraft industry”. Procedia Manufacturing. 47 (2020): 498–504, https://doi.org/10.1016/j.promfg.2020.04.15

DOI: https://doi.org/10.17814/mechanik.2022.12.26

 

* Artykuł recenzowany