Optimization of Machining Technologies for Special Applications

Dizertační práce je zaměřena na optimalizaci obráběcích technologií pro speciální aplikace s ohledem na požadované únavové vlastnosti leteckých součástek. V teoretické části práce je detailněji popsána problematika vysokorychlostního a vysokoposuvového frézování, charakteristika integrity povrchu po obrábění a definice únavových charakteristik součástek. Nosnou částí práce je analýza vlivu parametrů vysokorychlostního válcového obvodového frézování a vysokoposuvového čelního frézování spodního panelu křídla z hliníkové slitiny 7475-T7351 na kvalitu opracování a integritu povrchu ve vztahu k finálním únavovým vlastnostem. Součástí práce je tedy studie metalografické struktury obráběného materiálu, měření průvodních veličin obrábění, pokročilá analýza integrity obráběného povrchu (amplitudové charakteristiky, nosné podíly), výroba velmi přesných únavových vzorků a únavové testování. Dále je také studován rozvoj poškození vzorků při tahové zkoušce in situ a rozvoj poškození vzorku při cyklickém únavovém tahovém namáhání in situ. Z dosažených výsledků a fraktografie lomových ploch vyplývá, že studované řezné podmínky mají významný vliv na kvalitu opracování a na odolnost vůči mechanickému zatížení, avšak nejsou rozhodujícím faktorem nukleace únavových trhlin. Účinek dosažené topografie pro studované řezné podmínky je potlačen přítomností velkých intermetalických částic (Al7Cu2Fe; Al-Cr-Fe-Cu-Si) o velikosti od 2 µm do 20 µm, které byly pro všechny definované řezné podmínky místem vzniku únavových trhlin.This thesis is focused on the optimization of the milling technologies for special applications with respect to the required fatigue properties of aircraft components. The theoretical part of the thesis describes in detail the key features of the high-speed and high-feed milling, surface integrity after milling and fatigue characteristics of the studied component. The key aim of the work is devoted to the analysis of the influence of the cutting conditions of the high-speed peripheral and high-feed face milling of the bottom wing panel from aluminium alloy 7475-T7351 on the surface integrity in relation to the final fatigue properties. Therefore, the part of the work is a study of metallographic structure of the material, measurement of the accompanying machining phenomenon and quantities, advanced analysis of the surface integrity (amplitude characteristics, S-N parameters), manufacturing of the highly accurate fatigue samples and fatigue testing. Furthermore, the development of sample damage during in situ tensile loading and the development of sample damage during cyclic in situ fatigue tensile loading is also studied. The achieved results and fractography of fracture surfaces show that the studied cutting conditions have a significant effect on the quality of machining and resistance to mechanical stress, but they are not a decisive factor in terms of the fatigue crack nucleation. The effect of the achieved topography for the studied cutting conditions is suppressed by the presence of large intermetallic inclusions (Al7Cu2Fe; Al-Cr-Fe-Cu-Si) with a size from 2 µm to 20 µm, being the origin on the fatigue crack nucleation.