Abrasive waterjet deep pocket milling on TI6AL4V for hybrid machining process chains

Among innovative technologies, Abrasive Waterjet (AWJ) shows valuable performances in both cutting and milling hard-to-machine materials. Aerospace and energy fields may get sensible advantage thanks to its considerable Material Removal Rate on complex features. An incomplete control of the removal depth and on the final surface finish are the main obstacles to AWJ milling widespread application. This study approaches the problem by considering all the process variables and controlling the most influencing ones, such as water pressure, feed rate, abrasive mass flow rate, machining trajectory, tested on Ti6Al4V. The work is aimed producing the best deep pockets up to 25 mm, with an aspect ratio up to 1:3, in terms of geometry and surface quality, focusing in particular on achieving straight walls. In order to meet this complex request, it is also investigated the effect produced by tilting the jet respect the workpiece surface, analyzing the influence of this parameter on the quality of the machined pocket. The pockets achieved after AWJ rough milling are then finished by conventional milling. A comparison between machining from bulk material with milling tool only and with the combined approach (AWJ+mill) is proposed in order to evaluate the advantages of hybrid machining in terms of time consumption and tool wear.

Tra le tecnologie innovative, il Getto Idroabrasivo (AWJ) mostra significative potenzialità sia nel taglio che nella fresatura di materiali difficili da lavorare. I settori aerospaziale ed energetico potrebbero trarre notevoli vantaggi grazie al suo alto tasso di materiale rimosso su forme complesse. I principali ostacoli alla diffusione della fresatura AWJ sono legati ad un controllo incompleto della profondità rimossa e della qualità finale della superficie. Questo studio analizza il problema considerando tutte le variabili di processo e controllando quelle che più lo influenzano, come la pressione dell’acqua, la velocità di avanzamento, la portata massica di abrasivo e la traiettoria di fresatura, che vengono testate su Ti6Al4V. Il lavoro ha lo scopo di produrre tasche con profondità fino ai 25 mm con rapporto di forma di 1:3, con ottime qualità in termini geometrici e di superficie, garantendo in particolare tasche con pareti verticali. Per riuscire a raggiungere questo risultato, viene anche analizzato l’effetto prodotto dall’inclinazione del getto rispetto alla superficie del materiale da lavorare, studiando la sua influenza sulla qualità della tasca prodotta. Le tasche ottenute dopo l’operazione di sgrossatura con AWJ sono poi soggette ad una operazione di finitura mediante fresatura convenzionale. Viene proposto un confronto tra una lavorazione da pieno con sola fresatura e con un approccio combinato (AWJ + fresatura) in modo tale da valutare i vantaggi della lavorazione in termini di consumo di tempo e usura dell’utensile.