Simplified deformation models of the plain milling cutter subjected to cutting forces loads when milling the aluminum alloy Al 7075

Abstract

Omówiono zagadnienie geometrycznego modelowania frezu walcowego oraz obliczania jego ugięć pod wpływem obciążeń odwzorowujących siły skrawania występujące podczas frezowania powierzchni wyrobu ze stopu Al 7075. W modelowaniu uwzględniono 2 modele przestrzenne frezu walcowego: z prostoliniowymi krawędziami skrawającymi oraz ze śrubowymi krawędziami skrawającymi. Wzięto pod uwagę oddziaływanie sił skupionych i różnych rozkładów obciążeń odwzorowują-cych siły skrawania. Wyciągnięto wnioski dotyczące wpływu kąta nachylenia sił względem wybranej osi układu współrzęd-nych na generowane naprężenia zredukowane i deformacje frezu. Do obliczenia pól przemieszczeń, odkształceń i naprę-żeń wykorzystano metodę elementów skończonych. SŁOWA KLUCZOWE: frezowanie, frez walcowy, metoda elementów skończonych, przemieszczenia, odkształcenia, naprę-żeniaThe problem of geometric modeling of the plain milling cutter and its deflection under the influence of loads mapping forces occurring during the milling of the Al 7075 alloy surface is discussed. In modeling, 2 types of plain milling cutters are included: with rectilinear cutting edges and with helical cutting edges. The influence of concentrated forces and different distributions of loads mapping the cutting forces, is considered. Conclusions are drawn regarding the influence of the force inclination angles relative to the selected axis of the coordinate system on the generated effective stresses and cutter deformations. The finite element method was used to calculate the displacements, deformations and stresses. KEYWORDS: milling, plain milling cutter, finite element method, displacements, strains, stresses W technice lotniczej oprócz funkcjonalności wyrobu bardzo dużą rolę odgrywają: jego duża wytrzymałość, mała masa, bezpieczeństwo użytkowania i przyjazność dla środowiska. Skutkuje to coraz bardziej powszechnym stosowaniem monolitycznych konstrukcji, często cienkościennych, frezowanych ze stopów metali lekkich lub kompozytów [1]. Jednym z takich materiałów jest stop aluminium Al 7075, oznaczony Al-5,6Zn-2,5Mg-1,6Cu-0,23Cr o gęstości 2,81 g/cm 3 , module Younga 72 GPa i wytrzymałości na rozciąganie w stanie T6, tj. po przesycaniu i sztucznym starzeniu, 350 MPa [1]. Wprawdzie - podobnie jak inne stopy z grupy Al-Zn-Mg-Cu - także ten stop jest podatny na pękanie spowodowane korozją napręże-niową, jednak ze względu na relatywnie dużą wytrzymałość właściwą stop Al 7075 ma szerokie zastosowanie w lotnictwie [1]. Do najważniejszych czynników wpływających na dokładność kształtu i wymiarów wyrobu powstającego na obrabiarce CNC należą kinematyka, dynamika, sztywność i dokładność obrabiarki oraz system sterowania CNC. Istotne są także: rozkład temperatury w obszarze roboczym, występujące w procesie obróbki obciążenia, sztywność narzędzi i ich zużycie, zamocowanie przedmiotu obrabianego oraz właściwości materiałów przedmiotu i narzędzia [1,2]. Frezowanie stopów aluminium nie stanowi tak dużego problemu jak frezowanie stopów na bazie tytanu lub niklu. Jednak podczas frezowania dużych wgłębie...