obr1S tenkostennými súčiastkami sa čoraz častejšie stretávame v technickej praxi aj u nás na Slovensku. Článok sa zaoberá doposiaľ získanými poznatkami frézovania takýchto málo tuhých súčiastok. Tieto súčiastky sú rozšírené v leteckom, automobilovom a energetickom priemysle.

 

 

V dopravnom priemysle sa využívajú najmä kvôli zníženiu hmotnosti rôznych konštrukčných častí lietadiel a automobilov. V energetickom priemysle sú typickými predstaviteľmi lopatky turbínových kolies.

 

Tenkostenné súčiastky

Jednoznačná definícia tenkostennej súčiastky doposiaľ nebola daná. Na základe štúdií rôznych autorov by sa tenkostenná súčiastka dala charakterizovať ako súčiastka tvorená stenami, ktoré sú tenké, vysoké a pri malých rezných silách sa deformujú – chvejú. Tenkostenné súčiastky v leteckom priemysle sú veľmi často veľké integrálne výrobky (obr.   1), ktoré vznikajú odoberaním materiálu vo forme triesky. Zvyčajne sa odoberá 90 až 95 % materiálu. Výroba takýchto tenkostenných monolitických blokov má oproti plechovým zostavám nasledujúce výhody [4]. Tenkostenné monolity sú pevné, ľahké, pomerne lacné, presné ale hlavne bezpečné, čo je vhodné najmä pre letecký priemysel. Celkový počet konštrukčných prvkov lietadla je redukovaný, čo pozitívne ovplyvňuje bezpečnosť samotnej konštrukcie. Počet komponentov v následnej montáži je znížený a tým je skrátený aj celkový čas montáže. Dodacie časy hotových výrobkov sú redukované.

obr2m

Tenkostenná súčiastka je tvorená stenami malej hrúbky v porovnaní s ostatnými rozmermi tenkostennej súčiastky. Tenkostenná súčiastka je taká, kde hrúbka h je menšia než výška b, t. j. (1/80~1/100)b<

 

Obrábanie tenkostenných súčiastok

Na výrobu tenkostenných súčiastok sa používajú rôzne spôsoby obrábania. Tenkostenné súčiastky sa vyrábajú sústružením (krúžky valivých ložísk), frézovaním (lopatky turbín, konštrukčné časti lietadiel), progresívnymi metódami obrábania (EDM). Frézovanie možno použiť konvenčné, vysokorýchlostné, 3-osové alebo 5-osové. Každá z týchto technológií obrábania má pri výrobe tenkostenných súčiastok svoje výhody aj nevýhody. Pri frézovaní tenkostenných súčiastok sa mení tuhosť súčiastky s postupným odoberaním materiálu, čo nepriaznivo vplýva na celý proces výroby. So zmenšovaním tuhosti obrobku sa stáva takáto súčiastka náchylná na vznik samobudeného chvenia. Nestabilita pri frézovaní je určená relatívnou kmitavou výchylkou medzi obrobkom a nástrojom. Nekontrolovateľná výchylka tenkostennej súčiastky spôsobuje rozmerové odchýlky tvaru a zhoršenie kvality povrchu. Autor [5] dáva praktické riešenie odstránenia vibrácií a následnej deformácie obrobeného povrchu tenkostennej súčiastky odľahčením drieku nástroja. Pri použití takejto odľahčenej stopkovej frézy nástroj neprichádza do kontaktu s obrobenou plochou a tým na nej nevznikajú stopy po nástroji (Obr. 2). Táto metóda je vhodná, ak je použitý dostatočne veľký priemer nástroja (stopky) tak, aby bol nástroj dostatočne tuhý.

obr3m

Stratégie frézovania tenkostenných súčiastok

Proces obrábania vo všeobecnosti delíme na hrubovanie a dokončovanie. Podľa tohto delenia sú k dispozícii aj jednotlivé stratégie pohybov nástroja. Hrubovaním odoberáme podstatnú časť materiálu z polotovaru až po rozmery súčiastky zväčšené o prídavok na obrábanie na tvar a na dokončovanie.

obr4mĎalším spôsobom, ako zabezpečiť frézovanie tenkostenných súčiastok je použitie vhodnej stratégie odoberania materiálu. Smith a Dvorak [4] zaviedli stratégie pre vysokorýchlostné frézovanie tenkostenných súčiastok. Opísali stratégie frézovania pre rámové a rebrové tenkostenné súčiastky. Pri frézovaní flexibilnej tenkostennej súčiastky na zabezpečenie väčšej tuhosti, použili samotný materiál obrobku. Na frézovanie tenkostenných súčiastok sa veľmi často používa takzvaná stratégia frézovania v jednotlivých hladinách. Rozdiel je v tom, že dráhy nástroja sú v určitom poradí (hrubovacie aj dokončovacie) tak, aby bola zabezpečená dostatočná tuhosť obrobku. Následkom nízkej tuhosti súčiastky sa používajú spôsoby, kde sa po jednotlivých hladinách hrubuje a zároveň dokončuje. Na zvýšenie tuhosti obrábanej tenkostennej súčiastky sa využíva spôsob striedavého odoberania materiálu v horizontálnom smere so zmenou hĺbky rezu. Pri spôsoboch odoberania na (obr.  3) sa striedavo mení hrubovanie s dokončovaním nie na celej súčiastke, ale na úrovni jednej hladiny. Čísla označujú poradie, v ktorom sa materiál bude odoberať.

 

Záver

Vo svete problematiku obrábania tenkostenných súčiastok riešili veľké firmy, ako Boeing, Lockheed Martin, Fokker. Obrábanie tenkostenných súčiastok si vyžaduje širokú škálu poznania. Súčasný stav výskumu a vývoja v oblasti frézovania tenkostenných súčiastok možno na základe publikačnej činnosti vedeckovýskumných pracovníkov rozdeliť do niekoľko hlavných oblastí: frézovacie nástroje, simulácia frézovania, metóda konečných prvkov, materiál obrobku, mechanika – dynamika, tvar a konštrukcia tenkostenných súčiastok, rezné podmienky a ich optimalizácia, technológia (HSC, EDM) a stratégie frézovania. V nasledujúcich číslach časopisu Strojárstvo sa budeme danej problematike frézovania tenkostenných súčiastok venovať podrobnejšie.

 

Literatúra:

[1]       Aijun, T., Zhanqiang, L. 2007. Deformations of thin-walled plate due to static end milling force. journal of materials processing technology. [Online] 15. December 2007. [Dátum: 17. September 2010.] www.elsevier.com/locate/jmatprotec.

[2]       Budak, E., Altintas, Y. 1995. Modeling and avoidance of static form errors in peripheral milling of plates. [Online] Marec 1995. [Dátum: 2. September 2010.]

[3]       Popma, M. 2010. Computer Aided Process Planning for High-Speed Milling of Thin-Walled Parts. Enschede, the Netherlands : University of Twente, 2010. ISBN 978-90-365-3040-8, Dizertačná Práca.

[4]       Smith, S., Dvorak, D. 1997. Tool path strategies for high speed milling of aluminium workpieces with thin webs. Mechatronics. [Online] 13. October 1997. [Dátum: 1. 10 2010.] www.sciencedirect.com.

[5]       Tlusty, J., Smith, S., Winfough,W. R. 1996. Techniques for the Use of Long Slender End Mills in High-speed Milling. CIRP Annals - Manufacturing Technology. [Online] 1996. [Dátum: 25. 5 2010.] www.sciencedirect.com.

[6]       Tlusty, J., Smith, S., Zamudaio,C. 1996. Techniques for the use of long slenderend mills in high-speed milling. CIRP Annals - Manufacturing Technology. [Online] 8. Januar 1996. [Dátum: 2. 10 2010.] http://www.sciencedirect.com.

 

TEXT/FOTO: Ing. Martin Kováč, STU – MTF, Trnava