Nekonvencionalne metode obrade

Ujvari Marija

Mašinska obrada:

Nekonvencionalne metode obrade

Zrenjanin, januar 2011

Sadržaj Uvod.....................................................................................................1 Elektroeroziona obrada (EDM).......................................................2 1.1. Princip rada EDM metode.......................................................4 1.2. Prednosti EDM metode...........................................................4 1.3. Ograničenja EDM metode.......................................................4 1.4. Dielektrične tečnosti................................................................5 1.5. Žičana metoda EDM-a............................................................5 2. Hemijska obrada (CM)....................................................................7 2.1. Hemijsko glodanje....................................................................8 2.2. Faze u procesu hemijskog glodanja.........................................8 2.3. Primena hemijskog glodanja.....................................................9 3. Elektrohemijska obrada (ECM)....................................................10 3.1. Prednosti ECM metode...........................................................11 3.2. Ograničenja ECM metode......................................................11 4. Ultrasonična mašinska obrada (USM).........................................13 4.1. Princip rada USM metode.......................................................14 4.2. Prednosti USM metode...........................................................14 4.3. Ograničenja USM metode......................................................14 5. Obrada laserom (LBM)..................................................................15 5.1. Prednosti LBM metode...........................................................16 5.2. Ograničenja LBM metode.......................................................16 6. Obrada vodenim mlazom (WJM)..................................................17 6.1. Prednosti WJM metode..........................................................18 6.2. Ograničenja WJM metode......................................................18 7. Obrada abrazivnim vodenim mlazom (AJM)...............................19 7.1. Prednosti AJM metode...........................................................20 7.2. Ograničenja AJM metode.......................................................21 Literatura Reference 1.

Uvod Proizvodnja (eng. Manufacturing) je reč izvedena od latinske reči manufactus, što znači napravljen ručno. U modernom kontekstu to znači proizvodnju od sirovih materijala uz pomoć raznih metoda koje uključuju upotrebu alata, mašinerije, pa čak i računara. Smatra se da se proces proizvodnje najbolje oslikava u mašinskoj obradi. Procesi mašinske obrade se mogu podeliti u dve grupe i tako imamo primarne i sekundarne tj. procese bez i sa skidanjem strugotine. Dok jedni služe da obezbede N e k o n v e n c i o n a l n e m e t o d e o b r a d e

1

osnovni oblik i veličinu po zahtevu konstruktora, npr. livenje, drugi obezbeđuju finalni oblik i veličinu sa većom kontrolom dimenzija i vođenjem računa o kvalitetu površine. Kako je kompletno razumevanje svih procesa mašinske obrade previše obimno da bi iko mogao da tvrdi da poseduje ekspertizu nad ovom naukom, usko specijalizovani ljudi su razvili metode koje olakšavaju neke od tih procesa. Sekundarani procesi, sa skidanjem strugotine, su oni kojima se ovaj rad bavi, tačnije vrši se pregled nekonvencionalnih metoda mašinske obrade. Nekonvencionalne metode obrade su definisane kao grupa procesa koji odstranjuju višak materijala raznovrsnim tehnikama koje uključuju mehaničku, N e k o n v e n c i o n a l n e m e t o d e o b r a d e

2

termalnu, električnu ili hemijsku energiju ili kombinaciju ovih energija, ali ne koriste oštre rezne alate koji se koriste kod tradicionalnih mašinskih obrada. Nekonvencionalne metode obrade, takođe naprednije metode, se primenjuju tamo gde tradicionalne metode nisu moguće, ne zadovoljavaju ili nisu ekonomične dužno specijalnim razlozima kao npr. krti materijali se ne mogu postaviti na stegu, neki mašinski delovi su suviše kompleksni pa se primenjuju ove metode ili su sami delovi previše elastični, itd. Razvijeno je par specijalnih metoda kako bi se izašlo u susret posebno zahtevnim uslovima mašinske obrade. Kada se ove metode pravilno primene one pružaju mnoge prednosti u odnosu na tradicionalne metode. Ekstremno tvrdi i krti N e k o n v e n c i o n a l n e m e t o d e o b r a d e

3

materijali su teški za obradu putem brušenja, struganja, oblikovanja i glodanja i iz tog razloga su razvijene ove metode kako bi se lakše obradili neki zahtevni materijali.

N e k o n v e n c i o n a l n e m e t o d e o b r a d e

4

1.

Elektroeroziona obrada (EDM)

Elektroeroziona obrada (eng. Electric Discharge Machining – EDM ), je jedna od najrasprostranjenijih netradicionalnih metoda mašinske obrade. Glavni razlog iz kog se ova metoda više bira od tradicionalnih, kao što su sečenje metala korištenjem raznih alata, jeste što ona koristi termoelektrične procese da erodira nepoželjan višak materijala iz obratka i to čini serijom diskretnih električnih pražnjenja, tačnije N e k o n v e n c i o n a l n e m e t o d e o b r a d e

1

stvaranjem varnica, koje se stvaraju između radnog predmeta (2) i alata (1). Pri odgovarajućem rastojanju alata i predmeta obrade (0,005 - 0,5 mm) uspostavlja se električni luk ili iskra (3). Pojava luka ili iskre dovodi do jonizacije radne tečnosti (dielektrikuma 4), formiranja stuba pražnjenja (jonizujućeg stuba 5), topljenja i isparavanja čestica materijala predmeta obrade. (Slika 1.) Prekidom pražnjenja, tačnije prekidanjem strujnog kola, dolazi do pucanja jonizujućeg stuba, zatim izbacivanja rastopljenog materijala i njegovog odnošenja iz zone obrade. Hlađenje materijala se vrši dielektrikumom (mineralna ulja, dejonizovana voda, petrolej itd.), koji cirkuliše. A samo naizmenično impulsno pražnjenje obezbeđuje razaranje materijala, prodiranje alata i formiranje modela koji odgovara profilu alata. N e k o n v e n c i o n a l n e m e t o d e o b r a d e

2


1

Slika 1. Osnovni elementi elektroerozione obrade1

Ovom metodom mašinske obrade moguće je ostvariti visok stepen proizvodnih operacija korišćenjem profilisanog ili neprofilisanog alata koji se ogleda u punoj ili žičanoj elektrodi. Dužno tome ova metoda obrade se deli na postupke obrade punim i žičanim N e k o n v e n c i o n a l n e m e t o d e o b r a d e

3

elektrodama. Oblikovanje materijala vrši se kopiranjem alata ili uzajamnim kretanjem predmeta i alata, kao i neprofilisanog alata tj. žičane elektrode.


4

…….Slika 2. Elektrode za EDM


5

obradu1

Elektroeroziona metoda obrade se koristi posebno u onim situacijama kada je mehanička obrada nekog mešinskog elementa nemoguća ili krajnje otežana, ili pri obradi tvrdih materijala (materijala otpornih na visoke temperature, koroziju itd.), takođe se primenjuje u izradi otvora veoma malih prečnika i proizvoda složenih kontura, kao i pri izradi vazdušno-kosmičkih i medicinskih alata. Kako tvrdoća materijala više ne predstavlja problem, ova metoda je postala veoma rasprostranjena i popularna. Na Slici 3. Prikazana je šema EDM procesa gde su alat i radni predmet potopljeni u dielektričnu tečnost. N e k o n v e n c i o n a l n e m e t o d e o b r a d e

7


3

Slika 3. Šema EDM procesa2

1 Slika preuzeta sa sajta http://www.belmont4edm.com/images/static/graphicphoto_211203621757.jpg


4

Električna energija koja se koristi u EDM procesu se uobičajeno akumulira u tzv. banci kondezatora. Jačina struje koja se koristi je oko 50V do 10A. 1.1.

Princip rada EDM metode

Na početku operacije, visoka voltaža se primenjuje preko uskog međuprostora između elektrode i radnog predmeta. Ova voltaža indukuje električno polje u izolacionoj dielektričnoj tečnosti koja se takođe nalazi između elektrode i radnog predmeta. Ovo uzrokuje sprovođenje čestica suspendovanih u dielektričnoj tečnosti da se koncentrišu u tačkama najvećeg električnog polja. Kada je potencijalna razlika N e k o n v e n c i o n a l n e m e t o d e o b r a d e

5

između elektrode i radnog predmeta dovoljno velika dolazi do pražnjenja stvorene varnice kroz dielektričnu tečnost, i tako se mali deo materijala otklanja sa površine radnog predmeta. Količina materijala koji se otkloni sa radnog predmeta po jednom pražnjenju varnice je uobičajeno oko 10-6 mm3. Efikasnost otklanjanja materijala (MRR), u EDM procesu se računa preko sledeće formule: MRR = 40I /Tm1,23 (cm3/min), Gde je:


3

I - trenutna jačina struje Tm – temperatura topljenja radnog predmeta u oC

1.2.

Prednosti EDM metode • •

Ovom metodom materijal bilo koje čvrstoće može biti obrađivan Nema neravnina koje ostaju na površini radnog predmeta

2 Slika preuzeta iz „Non-traditional machining processes“, Dr. H. N. Dhakal,

University of Plymouth, 2007


3

• •

1.1.

Jedna od glavnih prednosti ove metode jeste da mogu biti obrađivani lomljivi/krti materijali bez ikakve distrozije Kompleksne unutrašnje površine elemenata mogu biti obrađivane

Ograničenja EDM metode •

Ovaj proces može biti primenjivan samo kod materijala koji imaju sposobnost sprovođenja električne energije


1

• • •

Efikasnost skidanja materijala je niska, i celukopna metoda je jako spora u odnosu na tradicionalne metode Može doći do nepoželjne erozije i odsecanja materijala preko željene mere Sa sve većim stepenom otklanjanja materijala površinska hrapavost je proporcionalano sve veća

1.1. Dielektrične tečnosti N e k o n v e n c i o n a l n e m e t o d e o b r a d e

1

Dielektrične tečnosti koje se koriste u EDM procesima jesu ugljovodonična ulja, kerozin i dejonizovana voda. Uloga dielektričnih tečnosti jeste: • • •

Deluje kao izolator između alata i radnog predmeta Vrši ulogu rashladne tečnosti Ima ulogu tečnosti za ispiranje, tj. uklanja opiljke izrezanog materijala

Elektrode koje se koriste u EDM procesima su uobičajeno napravljene od grafita, mesinga, bakra, i legure bakra i volframa. Odluke koje moraju biti predmet razmatranja konstruktora pri odluci da se se koristi ovom metodom jesu: N e k o n v e n c i o n a l n e m e t o d e o b r a d e

1

•

• •

Duboki prorezi i uski otvori se trebaju izbegavati Ne treba zadavati previše zahtevan stepen glatkoće površine Gruba odsecanja trebaju prethodno biti odrađena drugim metodama rezanja, samo faze završne obrade se rade EDM metodom usled malog stepena MRR-a

1.1. Žičana metoda EDM-a EDM metoda postoji, primarno, komercijalno u formi mašine za sečenje žice (eng. Wire EDM). N e k o n v e n c i o n a l n e m e t o d e o b r a d e

1

Kocept rada ove metode je prikazan na Slici 4. Ova metoda funkcioniše tako što žica koja se malom brzinom kreće, putanjom koja je prethodno propisana, iseca materijal sa radnog predmeta. Metoda koristi elektro-termičke mehanizme za vršenje obrade materijala koji su provodnici električne energije. Materijal se otklanja serijom električnih pražnjenja između zičane elektrode i radnog predmeta, i …..Slika 4.


2

. sve to u prisustvu dielektrične ………………………………………………………… tečnosti koja kreira put svakom pražnjenju usled toga što tečnost postaje jonizovana u svakom useku. Oblasti u kojima se pražnjenje dešava se zagreva do ekstremno visoke temperature, i dolazi do topljenja materijala i tako njegovog uklanjanja. Uklonjene čestice se ispiraju putem tekuće dielektrične tečnosti. Koncept

žičane

EDM

metode3

Žičana EDM metoda se pokazala kao veoma korisnom, do sada već i neizbežnom, metodom za isecanje veoma kompleksnih mašinskih delova za električne i vazdušno-kosmičke industrije. Ova nekonvencionalna metoda mašinske N e k o n v e n c i o n a l n e m e t o d e o b r a d e

3

obrade je široko rasprostranjena za izradu čeličnih alata u nekim granama proizvodnje. Žice koje se koriste u ovoj metodi se prave od mesinga, bakra, volframa i molibdena. Cinkom ili mesingom presvučene žice se takođe intenzivno koriste. Ove


4

žice moraju da poseduju visoku zateznu čvrstoću* i dobru električnu provodljivost. Žičana EDM metoda se takođe može primeniti na sečenje cilindričnih delova sa visokom preciznošću.

3 Slika preuzeta sa sajta http://www.industrialtool.net/edm.html


5


1

Slika 5. Primer isecanja žičanom EDM metodom4


2

2.

Hemijska obrada (CM)

Hemijska metoda (eng. ChemicalMachining-CM), obrade metala se bazira na ukljanjanju viška materijala putem međudejstva materijala predmeta obrade i


3

radne tečnosti (vodeni rastvori sumporne, fosforne, azotne kiseline i drugih kiselina, baza i soli ), unutar tzv. kupatila. Površine koje se ne obrađuju (nagrizaju), štite se zaštitnim slojem (razni lakovi, lepljive trake, gumene presvlake itd. ). Zaštićen i očišćen radni predmet se stavlja u kadu sa radnom tečnošću (kupatilo). Na nezaštićenim delovima dolazi do razaranja materijala i tako do njegovog uklanjanja, i zato je izuzetno važno zaštititi površine koje nije potrebno odstraniti kako ne bi došlo do oštećenja istih. CM obrada se koristi za proizvodne operacije kao što su duboko konturno nagrizanje ili hemijsko

*

*

Maksimalan napon kojim se materijal može opteretiti zatezanjem, a da pri tom ne dođe do loma.


2

glodanje, hemijsko poliranje i olakšanje predmeta obrade na neopterećenim ili slabo opterećenim delovima, bez promene mehaničkih karakteristika.


3

4

Slika preuzeta iz Slika preuzeta iz „Non-traditional machining processes“, Dr. H. N. Dhakal, University of


1

Slika 6. Principijelna šema hemijske obrade2

Hemijska obrada je po definiciji kontrolisano raspadanje materijala pod uticajem jakog hemijskog reagenta. Materijal se otklanja putem mikroskopskog elektrohemijskog dejstva samih ćelija, nao što je npr. korozija. Stopa penetracije hemijskog reagenta i otklanjanja materijala je mala, i kreće se oko 0.0025 ÷ 0.1 mm/min. Osnovni proces može imati više formi a to su hemijsko glodanje rupa, kontura, sveobuhvatno uklanjanje metala, nagrizanje tankih zidova,

Plymouth, 2007


3

fotohemijska mašinska obrada (PCM), hemijsko i elektrohemijsko poliranje gde se koriste slabi hemijski reagenti, obrada hemijskim mlazom itd.


5


1

Slika 7. (a) Šema CM procesa (b) Faze procesa5

2.1. Hemijsko glodanje U procesu hemijskog glodanja, plitke šupljine se prave na pločama, limovima, otkovcima. Dva ključna materijala koja se koriste u procesu hemijskog glodanja su nagrizivači i maskanti. Nagrizivači su rastvori kiselina ili alkana koji se održavaju u kontrolisanom opsegu hemijske kompozicije i temperature. Maskanti su specijalno dizajnirani elastomeri koji se mogu deformisati i ručno i hemijski su otporni na grube nagrizivače. N e k o n v e n c i o n a l n e m e t o d e o b r a d e

2

2.2. Faze u procesu hemijskog glodanja •

• •

Rešavanje napona: Ako deo koji ide na mašinsku obradu ima neki zaostali napon od neke od prethodnih obrada, ti naponi se moraju razrešiti u cilju sprečavanja savijanja nakon hemijskog glodanja Priprema: Površine se moraju odmastiti i očistiti temeljno kako bi se obezbedio najbolji učinak trenja između materijala Makiranje: Vrši se maskiranje materijala (presvlačenje kako bi se zaštitle površine koje se ne nagrizaju)

5 Slika preuzeta iz Slika preuzeta iz „Non-traditional machining processes“, Dr. H. N. Dhakal, University of


1

• •

1.1.

Nagrizanje: Preostale površine namenjene obradi se hemijski obrađuju sa nagrizivačima Demaskiranje: Nakon obrade, svi delovi se moraju temeljno oprati kako bi se izbegle naknadne reakcije. Tada se uklanja maskirni materijali deo se čisti i pregleda

Primena hemijskog glodanja

Proces hemijskog glodanja se primenjuje u vazdušno-kosmičkoj industriji kako bi se uklonili plitki slojevi materijala sa komponenti letelica koje se proizvode. Primena ove metode se može sresti u svakom avionu, kako komercijanom tako i N e k o n v e n c i o n a l n e m e t o d e o b r a d e

1

borbenom, bilo da li je bila primenjena u izradi motora ili ramova aviona. Najbolja primena ovog procesa jeste za hemijsko glodanje radi smanjenja težine nekih delova. Čak i veoma kompleksni oblici mogu sa lakoćom i ujednačeno biti obrađeni.

Plymouth, 2007


3


2


3

Slika 8. Proizvodi dobijeni hemijskim glodanjem6


4

2. Elektrohemijska obrada (ECM) Elektrohemijska obrada materijala (eng. Electrochemical Machining ECM), funkcioniše na pricipu prolaska jednosmerne struje kroz električno kolo između elektroda pootopljenih u elektrolit. Prilikom prolaska jednosmerne struje na anodi (predmetu obrade), dolazi do rastvaranja metala i njegovog prelaska u elektrolit. Metal se uklanja iz zone obrade putem intenzivnog kretanja elektrolita, a predmet obrade poprima oblik alata tj. katode. N e k o n v e n c i o n a l n e m e t o d e o b r a d e

5

Proces obrade sastoji se od lokalnog anodnog rastvaranja pri prolasku jednosmerne struje visoke gustine kroz elektrolit (vodeni rastvori baza, kiselina i soli), koji cirkuliše. Do izmene konfiguracije zazora između elektroda ( 0.05 ÷ 1mm), preraspodele gustine električne struje, izmene hidrodinamičkih i drugih parametara procesa dolazi usled anodnog rastvaranja površinskih slojeva predmeta obrade. Intenzivnim kretanjem elektrolita obezbeđuje se odnošenje produkata anodnog rastvaranja iz zone obrade, kao i kopiranje profila katode po površini anode. Ovaj proces mašinske obrade se pretežno koristi za izradu delova složenih konfiguracija i male krutosti, kao i za obradu površina koje su nepristupačne za 6 Slika preuzeta sa sajta http://www.mastercut.com.au/


3

tradicionalne alate, i za visokokvalitetne materijale sklone obrazovanju pukotina i prskotina. Elektrohemijskim postupcima obrade se realizuju operacije bušenja otvora raznih profila, i izrada složenih alata za npr. kovanje, livenje, probijanje, prosecanje, presvlačenje itd.


3


1

Slika 9. Šematski prikaz procesa ECM metode3

Sllično kao kod EDM metode, tvrdoća radnog predmeta nije važan faktor, ova metoda je osmišljena tako da može da obrađuje i materijale koji su sami po sebi teški za obradu. ECM alati su postavljeni veoma blizu radnog predmeta i male su voltaže, dok visoka jednosmerna struja prolazi između radnog predmeta i elektrode.


3


2


3

Slika 10. Mašinski delovi proizvedeni ECM metodom7

2.1. Prednosti ECM metode •

• • • •

Komponente ne podležu termalnom kao ni mehaničkom naprezanju Ne dolazi do habanja alata tokom rada Lomljivi delovi se lako mogu obrađivati dužno nepostojanju naprezanja Može se postići visok stepen površinske glatkosti (25 μm) Lako se vrši izrada kompleksnih mašinskih delova posebno u vazdušno-kosmičkoj industriji, kao npr. lopatice turbina, delovi avionskih N e k o n v e n c i o n a l n e m e t o d e o b r a d e

5

•

motora i mlaznica, i proizvodnja može biti sprovedena sa ekstremno visokim stepenom preciznosti Ovom metodom se mogu proizvoditi duboki useci i rupe

1.1. Ograničenja ECM metode •

Metoda nije pogodna za izradu oštrih četvrtastih oblika usled tendencije elektrolita da erodiraju oštre ivice

7 Slika preuzeta sa sajta http://www.nismo.co.jp/en/products/complete/380RS/engine.html


3

•

Metoda može primenjena na većini metala, ali dužno visokoj ceni same opreme, ona se primenjuje samo za posebno specijalizovane aplikacije Efikasnost otklanjanja materijala (MRR), u ECM procesu se računa preko sledeće formule: MRR = C∙I∙h (cm3/min) Gde je : C – specifična stopa otklanjanja materijala (0,2052 cm3/A-min) N e k o n v e n c i o n a l n e m e t o d e o b r a d e

1

I – struja (A) h – strujna efikasnost (90 ÷100%) Stepen na kome se metal može elektrohemijski otkloniti je u proporciji sa količinom struje koja protekne kroz elektrolit i vremenom proteklim tokom te operacije. Postoje i drugi faktori koji utiču na stepen produktivnosti ove mašinske obrade a neki od njih su tip elektrolita, stepen protoka elektrolita i drugih uslova proizvodnje.


1


3


5

1.

Ultrasonična mašinska obrada (USM) N e k o n v e n c i o n a l n e m e t o d e o b r a d e

7

Ultrasonična metoda mašinske obrade (eng. UltrasonicMachining - USM) jeste proces otklanjanja materijala bilo abrazivnim sredstvima koja se koriste kako bi se erodirale šupljine i useci na čvrstim (krtim) radnim predmetima ili oštrim alatima, viskofrekventnim mehaničkim pokretima ili abrazivnom šljakom. Prodiranjem zrna abraziva, pod dejstvom ultrazvučnih vibracija, u materijal predmeta obrade dolazi do nastanka i širenja mikro i makropukotina koje se međusobno presecaju formirajući mehanički oslabljen sloj koji se relativno lako razara, uz pojavu produkata obrade. USM metoda nudi rešenje ekspanzivnoj potrebi za obradom krtih materijala kao što su monokristali, stakla i polikristalne keramike, ali takođe služi za izradu veoma kompleksnih oblika i radnih profila. Iz tog razloga upotreba ove metode je zaista obimna u primeni na materijalima koje je teško obraditi tradicionalnim N e k o n v e n c i o n a l n e m e t o d e o b r a d e

3

metodama. Tvrde čestice u šljaci ubrzavaju ka površini radnog predmeta pomoću alata za oscilaciju na frekvenciji do 100KHz u više navrata, te čestice takođe prodiru u šupljine pa i one bivaju obrađene. Metoda se može koristiti i kao dodatna obrada pri tradicionalnim metodama obrade.


5

Slika 11. Principijelna šema ultrazvučne obrade4

USM metoda je primarno namenjena mašinskoj obradi tvrdih i krtih materijala (dielektričnih ili provodničkih), kao što su bor-karbid, keramika, titanium-karbid, rubini, kvarc itd. Ova metoda nudi mogućnost efektivne obrade N e k o n v e n c i o n a l n e m e t o d e o b r a d e

3

materijala bilo da su provodnici ili izolatori. Za efektivne operacije sečenja, sledeći parametri moraju biti razmotreni: • •

Alat za obradu mora biti odabran tako da je visoko otporan na habanje, kao npr. visoko ugljenični čelici Abrazivi (25 ÷ 60 µ m u prečniku ) u šljaci sadrže: bor-karbid, silikonkarbid i aluminijum oksid

• Jedna od veoma korisnih osobina ultrasonične metode jeste da njome mogu da se formiraju okrugli tj. obli oblici čak i od tvrdih i krtih materijala.

1.1. Princip rada USM metode N e k o n v e n c i o n a l n e m e t o d e o b r a d e

4

Energija potrebna za proces obrade se formira preko izvora vibracija i prenosi na abrazivna zrna, koja udarom o predmet obrade, postavljen u kadu sa abrazivnom suspenzijom (najčešće vodeni rastvor brusnog materijala), dovode do razaranja površinskih slojeva i formiranja konfiguracije predmeta obrade u skladu sa konfiguracijom alata. Relativno visok intenzitet procesa obezbeđuje se visokom frekvencijom oscilovanja alata (18 ÷ 25 kHz) i velikom količinom zrna brusnog materijala koja se nalaze u procesu (30000 ÷ 100000 zrna/cm2). Prodiranjem zrna abraziva, pod dejstvom ultrazvučnih vibracija, u materijal N e k o n v e n c i o n a l n e m e t o d e o b r a d e

2

predmeta obrade dolazi do nastanka i širenja mikro i makropukotina koje se međusobno presecaju formirajući mehanički oslabljen sloj koji se relativno lako razara, uz pojavu produkata obrade.

Prednosti USM metode

1.2.

Ova metoda nema termalne ni hemijske efekte, ne pravi nikakvu promenu u mikrostrukturi materijala, niti menja njegova hemijska i fizička svojstva. •

Bilo koji materijal može biti obrađen ovom metodom bez obzira na njegova svojstva električne provodljivosti N e k o n v e n c i o n a l n e m e t o d e o b r a d e

4

• •

•

Metoda je posebno pogodna za obradu krtih materijala Mašinski delovi obrađeni ovom metodom imaju bolji kvalitet površine i bolji strukturni integritet Ova metoda ne stvara greške na površinama materijala koje hemijska i termalna metoda mogu da stvore

1.1. Ograničenja USM metode • •

Ova metoda troši velike količine energije i uklanja manje materijala po vremenu obrade nego druge metode Dolazi do brzoh habanja materijala N e k o n v e n c i o n a l n e m e t o d e o b r a d e

1

•

Površina koja se obrađuje i sama dubina rezanja nekada mogu predstavljati problem pri radu ovom metodom


1

1.

Obrada laserom (LBM)

Mašinska obrada laserom (eng. LaserBeamMachining - LBM), je proces termalnog uklanjanja materijala. Ova metoda koristi visoko-energetski, koherentni snop svetlosti kako bi otopila i vaporizovala čestice na površini materijala metalnih ili nemetalnih mašinskih delova. Laseri mogu biti korišteni da seku, buše i vare. LBM metoda je posebno pogodna za izradu precizno postavljenih rupa. Razni tipovi lasera stoje na raspolaganju tokom procesa izrade nekog mašinskog dela, a to su: N e k o n v e n c i o n a l n e m e t o d e o b r a d e

3

•

•

CO2 (puslni ili ponavljajući talas): Ovo je gasni laser koji emituje svetlost u infracrvenoj oblasti. Može da obezbedi i do 25kW u modu ponavljajućeg talasa Nd:Yag: Neodimijum-dopirani itrijum-aluminijum-granat (Y3Al5O12): Laser je u takoreći čvrstom stanju i može da dopremi svetlost kroz optički kabal. Može da obezbedi do 50kW snage u pulsnom modu i 1kW u modu ponavljajućeg talasa.


3


1

Slika 12. Princip rada laserske metode sečenja8

LBM metodom se mogu izrađivati veoma male rupe, od samo 0,005mm u vatrostalnim keramikama i kompozitnim materijalima i to bez savijanja materijala radnog dela. Ovaj proces je u širokoj upotrebi pri obradi metalnih ali i nemetalnih materijala. LBM metoda se najviše koristi u električnoj i automobilskoj industriji.


3

8 Slika preuzeta iz „Non-traditional machining processes“, Dr. H. N. Dhakal, University of Plymouth, 2007


3

Slika 13. Princip rada LBM sa O2 i N25


5

1.1. Prednost LBM metode • • • • •

Nema ograničenja u vidu komplikovanih putanji sečenja jer laserski snop može ispratiti svaku putanju Kako tokom primene ove metode ne dolazi do naprezanja radnog dela mogu se obrađivati čak i najkrtiji materijali Mogu se obrađivati veoma tvrdi i abrazivni materijali Lepljivi materijali se takođe mogu seći U pitanju je ekonomična i fleksibilna metoda N e k o n v e n c i o n a l n e m e t o d e o b r a d e

6

• • •

Postiže se visoka preciznost izrade Nisu potrebni lubrikanti za podmazivnje Nema habanja alata

1.1. Ograničenja LBM metode • • •

•

Metoda nije ekonomična ako se radi o masovnoj proizvodnji Ograničena je debljina zidova predmeta koji se izradjuju Visoki početni kapital Visoke cene održavanja N e k o n v e n c i o n a l n e m e t o d e o b r a d e

1

1.

Obrada vodenim mlazom (WJM)

Obrada vodenim mlazom (eng. WaterJetMachining - WJM), je hidromehanička metoda i ona se koristi za oblikovanje lima i hidromehaničko rezanje. To je progresivna metode koja se zasniva na korišćenju energije razaranja koju poseduje mlaz vode pod velikim pritiskom a samim tim i velikom brzinom. Ova snaga se postiže primenom hidrauličnih instalacija koje pruzaju snagu od 8 ÷ 80kW. Ovim postupkom stvaraju se uslovi za sečenje različitih vrsta konfiguracija na predmetima koji mogu biti bilo metalni ili ne.


1


1

Slika 14. Princip rada WJM metode6

Primena ove metode može znatno da smanji troškove i ubrza samu proizvodnju usled nepotrebnih skupih sekundarnih procesa mašinske obrade. Kako ne postoji primena toplote na materijale, obrađivane površine i ivice su čiste i minimalne hrapavosti. Problemi kao što su defekti nspuklih ivica, kristalizacija, zadebljanja, smanjena zavarljivost i mašinska obradnost su u ovom procesu smanjeni na minimum. Tehnologija rezanja vodenim mlazom koristi princip vode pod ekstremno visokim pritiskom, omogućavajući protok vode kroz veoma mali otvor koji se zove N e k o n v e n c i o n a l n e m e t o d e o b r a d e

2

„rubin“ ili „grlić“. Ova metoda rezanja koristi snop vode koji izlazi iz „grlića“ i seče meke materijale. Ova metoda nije pogodna za sečenje tvrdih materijala. Voda koja se koristi za sečenje se nalazi pod pritiskom od 1300÷4000bar. Ovaj visok pritisak se forsira kroz jako mali otvor („grlić“), koji je dimenzija obično oko 0,18÷0,4mm u prečniku. Rezanje pod vodenim mlazom se pretežno koristi za sečenje materijala slabe čvrstoće, kao što su drvo, plastika i aluminijum. Kada se doda abraziv (abrazivno rezanje vodenim mlazom - AJM) tada se mogu seći i tvrdi materijali poput raznih vrsta čelika. N e k o n v e n c i o n a l n e m e t o d e o b r a d e

3

1.1.

•

• • 1.1.

Prednosti WJM metode Primenom ove metode ne dolazi do sakupljanja toplote, što je posebno korisno pri sečenju čelika i drugih materijala gde povećane temperature mogu dovesti do promena osobina materijala Za razliku od sečenja na strugu, glodalici i dr. rezanje vodenim mlazom ne stvara prašinu i čestice koje mogu biti veoma štetne ako se udahnu Druge prednosti jesu slične prednostima koje ima i rezanje abrazivnim vodenim mlazom

Ograničenja WJM metode N e k o n v e n c i o n a l n e m e t o d e o b r a d e

1

•

• •

Jedno od glavnih ograničenja jeste ograničen broj mateijala koji mogu biti ekonomično sečeni Debeli delovi ne mogu biti sečeni prezicno niti ekonomično Tzv. zašiljenost je još jedan problem u šečenju debelih materijala. Zašiljenost je kada mlaz izlađe iz dela koji je sekao pod drugačijim uglom od onog od kojim je započeo sečenje, i tako izaziva dimenzinalnu nepreciznost


1


3


4

1.

Obrada abrazivnim vodenim mlazom (AJM)

Rezanje abrazivnim vodenim mlazom (eng. AbrasiveJetMachining - AJM), je proširena verzija sečenja vodenim mlazom, jer voda u ovom slučaju sadrži abrazivne čestice kao što su sicilijum-karbid ili aluminijum-oksid, u cilju povećanja stepena otklanjanja materijala u odnosu na sečenje bez abrazivnih čestica. Skoro svaka vrsta materijala počevši od čvrstih krtih materijala kao što su keramika, metal i staklo do ekstremno mekih materijala kao što su pena i guma. Usko područje sečenja (mala širina oštrice), i kompjuterski kontrolisani pokreti omogućavaju da se ovom metodom proizvedu delovi veoma precizno i ekonomično. N e k o n v e n c i o n a l n e m e t o d e o b r a d e

1


3


1

Slika 15. Princip rada AJM metode7 Ova metoda obrade je posebno pogodna za sečenje materijala koji ne mogu biti sečeni laserskim ili termalnim metodama. Takođe, najpogodnija je za sečenje metalnih, nemetalnih i naprednih kompozitnih materijala bez osvrta na njihovu debljinu. Još jedna od primena ove metode jeste kod materijala osetljivih na toplotu. Ova metoda radi tako što sistem pod veoma velikom brzinom ispušta vodu kroz „grlić“ i tako se stvara vakuum koji uvlači abraziv sa abrazivne linije, oni se mešaju u cevi za mešanje i formira se snop abraziva velike brzine. N e k o n v e n c i o n a l n e m e t o d e o b r a d e

2


3


1

Slika 16. Izgled glave AJM aparata9 Primena AJM metode je veoma popularna u aero-kosmičkoj, automobilskoj i elektro industriji. U aero-kosmičkoj industriji delovi kao što su titanijumska tela vojnih aviona, delovi motora (aluminijum, titanijum, legure otporne na toplotu), aluminijumski delovi i delovi kabina, svi se prave pomoću ove metode obrade materijala. U automobilskoj industriji, delovi kao što su graniri u enterijeru i delovi šasije od fiberglasa, kao i branici prave se takođe ovom metodom. Slično i u elektro industriji, ploče strujnih kola i neki kablovi se prave takođe upotrebom abrazivnog vodenog mlaza.


3

1.1. Prednosti AJM metode • • • • • • • 9

U većini slučajeva nije potrebna sekundarna dorada Ne postoji sečivom indukovana distrozija Mala sila sečenja koja utiče na radni predmet Smanjena potreba za alatima Uobičajena finoća obrađene površine je 125÷250 mikrona Ne postoji zona zagrevanja Lokalizovane su strukturalne promene

Slika preuzeta sa sajta http://www.wgsourcing.net/jet-edge.html


1

• • • •

Nema zagađenja usled prašine Eliminiše termalnu distroziju Nema otpadaka i opiljaka Precizno, višeravno sečenje kontura, oblika i kosina bilo kog ugla

1.1. Ograničenja AJM metode • •

Ne može bušiti ravno dno Ne možgu se obrađivati materijali koji se u kontaktu sa vlagom (vodom), brzo raspadaju N e k o n v e n c i o n a l n e m e t o d e o b r a d e

1

•

Glavna loša strana ove metode jesu velika kapitalna ulaganja i velike buke tokom rada ove mašine


1


1

Slika17. Proizvodi izrađenji AJM metodom10

Literatura: N e k o n v e n c i o n a l n e m e t o d e o b r a d e

2

Nekonvencionalne metode obrade

Recommend Documents