Sadržaj
UVOD ........................................................................................................................................................... 1
1.OBRADA ČISTIM VODENIM MLAZOM M LAZOM.............................................................................................. 2 1.1.Prednosti obrade čistim vodenim mlazom .......................................................................................... 3 1.2.Ograničenja obrade čistim vodenim mlazom ...................................................................................... 3 2.OBRADA VODENIM MLAZOM SA ABRAZIVOM ............................................................................. 4
2.1.KARAKTERISTIKE OBRAĐENE POVRŠINE ABRAZIVNIM VODENIM MLAZOM .............. 6 2.2. UTICAJ PARAMETARA OBRADE ABRAZIVNIM VODENIM MLAZOM NA ........................ 9
KVALITET OBRAĐENE POVRŠINE .................................................................................................... 9 2.3.Prednosti AJM metode ...................................................................................................................... 12
2.4.Ograničenja AJM metode ................................................................................................................. 12 3. SEČENJE MIKRO MLAZOM (MICRO-JET CUTTING) .................................................................... 12 ZAKLJUČAK ............................................................................................................................................. 13
UVOD
Obrada vodenim abrazivnim mlazom idealna za rezanje različiti h materijala, tako da sve više zamenjuje obrade plazmom i laserom, stim da ima širu primenu jer se vodenim abrazivnim mlazom mogu obraĎivati gotovo svi metalni i nemetalni materijali, male i velike tvrdoće. Obrada vodenim mlazom potiče od hidrauličkog iskopavanja kamenog uglja u SSSR-u i na Novom Zelandu. Voda je sakupljena iz rečica i usmeravana da ispira razne te stene, odnoseći pri tom ugalj i komadiće stene. Metod iskopavanja vodenim mlazom je kasnije primenjen u južnoafričkim rudnicima zlata. U Rusiji su 1930. učinjeni prvi pokušaj sečenja stena vodenim mlazom. Vodeni top je obezbeĎivao pritisak od 7000 bara. U Americi je 19 70. razvijena tehnologija stvaranja pritiska od 40000 bara. 1972. prof. Robert Franz iz Mičigena radio je sa kompanijom "Mc Cartney Manufacturing Company" na instaliranju prvog postupka industrijskog sečenja vodenim mlazom. Oprema je instalirana u kompaniji "Alton Boxboard"-u. Kompanija "Flow Industries" je dodala pesak u
postojeću instalaciju za čišćenje pod pritiskom, radi dobijanja završne bele boje metala. Kasnije se pokazalo da se vodenim mlazom sa dodatkom abraziva mogu
seći metali i keramika. Od tada postupak sečenja vodenim mlazom doživljava procvat. Obrada abrazivnim vodenim mlazom pripada grupi nekonvencionalnih postupaka obrade, i već duže vreme se koristi u industriji. Najčešće operacije koje
se ovom vrstom obrade mogu izvoditi su: sečenje, poliranje površina, čišćenje površina itd. U svim slučajevima mehanizam obrade se zasniva na eroziji. Velika prednost ovog postupka obrade je činjenica da u zoni obrade ne dolazi do značajnog porasta temperature.
1
1.OBRADA ČISTIM VODENIM MLAZOM
Pri sečenju čistim vodenim mlazom, koristi se samo energija vodenog mlaza. Medjutim kod mekih materijala, zasek može da iznosi 0.1 mm. Da bi se mlaz objedinio mogu se dodavati polimeri. Voda prolazi kroz otvor dizne brzinom tri puta vecom od brzine zvuka, tako da i najmanja nečistoća ošteć uje diznu. Iz tog razloga ulazna voda je posebno tretirana sa grubim predfiltrima, finim filtrima i sa jonoizmenjivačkom kolonom. Da bi se, dakle, odrzao ostar (jak, snaž an) rezni mlaz u toku dužeg vremena, od najveće važ nosti je nepromenjena ulazna geometrija dizne (mlaznice). Radni vek dizne pri optimalnim uslovima je oko 100 sati rada. Danas se u komercijalnoj upotrebi koriste pritisci do 400 Mpa. Voda pod pritiskom se visokopritisnim cevima dovodi do rezne glave, u kojoj se nalazi
mlaznica prečnika otvora od 0,08 do 0,4 mm. Pri isticanju iz mlaznice, voda formira tanak mlaz velike brzine, do 1000 m/s, trostruko veće brzine od zvuka. Sečenje čistim vodenim mlazom najviše nalazi primenu za sečenje nemetala i hrane. Primenjuje se u procesima proizvodnje pelena, papira, u automobilskoj industriji za sečenja delova unutrašnje dekoracije, delova od gume i plastike itd. Obradom čistim vodenim mlazom performanse sečenja kod čvrstijih materijala znatno opadaju. Sečenje čistim vodenim mlazom, pri pritisku vode od 400 Mpa, nije pogodno za obradu metala zbog nedovoljne energije mlaza. Najnovije tehnologije kod pumpi velikih pritiska omogućavaju danas i sečenje
čvršćih materijala kao što je aluminijum do debljine od 4 mm bez dodavanja abraziva pod pritskom od 6000 bara. Uglavnom sečenje čistim vodenom mlazom u 2
Slika 1. Delovi rezne glave za obradu čistim vodenim mlazom
industriji koristi se najviše za sečenje materijala kao što su: hartija, hrana, hrana, guma, sunĎer, folije i sl. 1.1.Prednosti obrade čistim vodenim mlazom
Primenom ove metode ne dolazi do sakupljanja toplote, što je posebno korisno pri sečenju čelika i drugih materijala gde povećanje 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
1.2.Ograničenja obrade čistim vodenim mlazom
Jedno od glavnih ograničenja jeste ograničen broj materijala koji mogu biti ekonomično sečeni Debeli delovi ne mogu biti sečeni precizno niti ekonomično Tzv. zašiljenost je još jedan problem u sečenju pod drugačijim uglom od onog od kojim je započeo sečenje, i tako izaziva dimenzijalnu nepreciznost
3
2.OBRADA VODENIM MLAZOM SA ABRAZIVOM
Obrada abrazivnim vodenim mlazom je pogodna za obradu krtih materijala (staklo, keramika, kamen itd.) i kompozitnih materijala. Rezanje abrazivnim vodeni m mlazom (eng. AbrasiveJetMachining – AJM), je proširena verzija sečenja vodenim mlazom, jer voda u ovom slučaju sadrži abrazvne čestice kao št o su silicijum-karbif 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.
Slika 2. Princip rada AJM metode
4
Ova metoda obrade je posebno pogdna za sečenje materijala koji ne mogu
biti sečeni laserskim ili termalnim metodama. TakoĎe, napogodnija je za sečenje metalnih, nemetalnih i naprednih kompozitnih materijal bez osvrta na njihovu debljinu. Još jedna primena ove metode jeste kod mat erijala osetljivih na toplotu.
Ova metoda radi tako što sistem pod veoma velikom brzinom ispušta vodu kroz „grlić“ i tako se stvara vakum koji uvlači abraziv sa abrazivne linije, oni se mešaju u cevi za mešanje i formira se snop abraziva velike brzine.
Slika 3. Izgled AJM aparate i njegovi delovi
Pri obradi abrazivnim vodenim mlazom se koristi specijalno konstruisana
radna glava. Voda pod visokim pritiskom prolazi kroz prigušnicu čiji je otvor da, slika 2.a) i ulazi u komoru za mešanje. U komoru za mešanje se dozira i abrazivni prah koji se meša sa vodom. Ovako dobijena abrazivna mešavina prola zi kroz prigušnicu (mlaznicu) čiji je otvor dc, i stvara abrazivni vodeni mlaz. U zavisnosti od oblika abrazivnog mlaza on može biti dobar slika 4.a), ili loš slika 4.b) i 4.c).
5
Slika 4. Oblici abrzaivnog mlaza dobar, b) i c) loš
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 takoĎe ovom metodom. Slično i u elektro industriji, ploče strujnih i neki kablovi se prave takoĎe upotrebom abrazivnog vodenog mlaza. 2.1.KARAKTERISTIKE OBRAĐENE POVRŠINE ABRAZIVNIM VODENIM MLAZOM
Osnovne karakteristike površine obraĎene abrazivnim vodenim mlazom su : • širina reza • koničnost reza i • hrapavost obraĎene površine. Sve ove karakteristike uk azuju na kvalitet obraĎene površine. U ovom radu, najveća pažnja je posvećena kvalitetu obraĎene površine. Kao glavni paramet ar za ocenu kvaliteta obraĎene površine odabrana j e srednja visina neravnina Rz, i praćena je promena v rednosti ovog parametra u zavisnosti od pojedinih parametara koji definišu obradu abrazivnim vodenim mlazom. Karakterističan izgled površina obraĎenih abrazivnim vodenim mlazom prikazan je na slikama 4 i 5. Na slici 6 prikazana je topografija površina u zavisnosti od dubine reza.
6
Slika 5. Izgled površine obrađene abrazivnim vodenim mlazom
a) Visok kvalitet obrađene površine sa malim brzinama kretanja predmeta i manjom produktivnošću rezanja
b) Nizak kvalitet obrađene površine na izlasku mlaza pri velikim brzinama kretanja predmeta i velikom produtivnošću rezanja Slika 5. Uticaj brzine kretanja predmeta obrade na Na kvalitet obrađene površine
Sa slika 5 i 6 se jasno vidi da se karakteristike obraĎene površine menjaju u zavisnosti od brzine kretanja predmeta obrade, a sa slike 7 se može zaključiti o postojanju velike razlike u visini neravnina u zavisnosti od udaljenosti od površine
materijala koji se obraĎuje, odnosno od dubine reza. Hrapavosti, odnosno visine neravnina profila su znatno manje na manjim dubinama reza, odnosno veći kvalitet obrade je na ulasku mlaza u materijal nego na većim dubine r eza, odnosno na izlasku mlaza iz materijala.
7
MeĎutim, brzina kretanja predmeta obrade u dubina reza nisu jedini parametri koji utiču na karakteristike obraĎene površine. Karakteristike obraĎene površine zavise od niza parametara, kao što je radni pr itisak vode, vrsta abraziva koja se koristi, udaljenost mlaznice od površine predmeta obrade, protok abraziva, materijal predmeta obrade itd. Na slici 7 prikazan je različit kvalitet obraĎene površine. Površina 1 se dobija kada je potrebna velika brzina sečenja (velika produktivnost) iz mali kvalitet i tačnost obrade. TakoĎe, ovakva površina se može dobiti sa velikim prečnikom mlaznice, malim ili nedovolj nim pritiskom vode ili starom (oštećemnom) mlaznicom. Površina 2 se takoĎe dobija kada zahtevi za tolerancijom dela i kvalitetom površine nisu dominantni. U ovom slučaju kvalitet površine je odreĎen samo brzinom većom brzinom kretanja predmeta obrade. 8
Kvalitet površine 3 je najčešće zahtevan. U ovom slučaju postignuto je
usklaĎivanje brzine predmeta obrade, pritiska mlaza vode, protoka i količine abraziva. Kvalitet površine 4 je bolji od kvaliteta površine 3 i dobijen je smanjenjem brzine kretanja predmeta obrade. Kvalitet površine 5 je veoma visok i postiže se kod visoko preciz nih delova, ali sa veoma malim brzinama predmeta obrade pri čemu vreme obrade nije kriterijum za izbor režima obrade.
2.2. UTICAJ PARAMETARA OBRADE ABRAZIVNIM VODENIM MLAZOM NA
KVALITET OBRAĐENE POVRŠINE
Uticaj parametara obrade abrazivnim vodenim mlazom na kvalitet obraĎene površine je značajan i u okviru ovog rada razmatran je kroz ispitivanja uticaja: - udaljenosti mlaznice od obraĎivane površine, - pomoćne brzina (brzine kretanja predmeta obrade) i - radnog pritiska vode na srednju visinu neravnina Rz.
Materijal koji je koji je korišćen za ispitivanje je aluminijum sa sledećim karakteristikama: zatezna čvrstoća 90 MPa; modul elastičnosti 69 GPa i gustina 3 2.71 g/cm . Kao abrazivno sredstvo je korišćen aluminijum -silikat, finoće 80. Na 9
slici 8 je prikazan uticaj udaljenosti mlaznice od površine obrade na hrapavost obraĎene površine, na različitim dubinama reza. Uočava se da sa porastom udaljenosti mlaznice od površine predmeta obrade raste i parametar hrapavost obraĎene površine Rz. TakoĎe uočava se da p arametar Rz naglo raste kada se mlaznica udalji od obraĎivane površine više od 3 mm, tako da hrapavost postaje velika nezavisno od dubine reza. TakoĎe, može se zaključiti da smanjivanje rastojanja mlaznice od površine predmeta ispod 2 mm ne dovodi do smanjenja hrapavosti. To znači da postoji optimalno rastojanje mlaznice od predmeta obrade, koje je u ovom slučaju oko 2 mm.
Na slici 9 je prikazan uticaj pomoćne brzine na paramatar hrapavosti obraĎene površine Rz, na različitim dubinama reza. Sa dijagrama se vidi da se sa
povećanjem pomoćne brzine povećava i Rz. Za vrednosti pomoćne brzine od 10 mm/min, Rz je duplo manje nego za vrednosti pomoćne brzine od 50 mm/min, na istoj dubini reza. Može se zaključiti da sa povećanjem pomoćne brzine hrapavost na većim dubinama reza značajno raste, a da u oblastima manjih brzina pomoćnog kretanja kvalitet po dubini reza je približno konstantan. TakoĎ e, smanjenjem brzine pomoćnog kretanja ispod 20 mm/min, u ovom slučaju ne dovodi do povećanja kvaliteta obraĎene površine.
10
Na slici 10 je prikazan uticaj radnog pritiska vode na parametar hrapavosti obraĎene površine Rz. Može se uočiti da za veće vr ednosti radnog pritiska vode,
parametar Rz ima manje vrednosti, odnosno, hrapavost obraĎene površine je manja. Ova pojava je rezultat činjenice da se sa povećanjem pritiska vode krti kristali abraziva lome na manje, finije kristale, a finiji kristali abraziva daju finiju
obradu odnosno manju hrapavost obraĎene površine. I na ovom dijagramu se primećuje da je hrapavost obraĎene površine veća na većim dubinama reza.
11
2.3.Prednosti AJM metode
U većini slučajeva nije potrebna sekundarna dorada Ne postoji sečivom indukovana distorzija Mala sila sečivom koja utiče na radni predmet
Smanjena potreba za alatima
Uobičajena finoća odraĎene površine je 125 250 mikrona
Ne postoji zona zagrevanja Lokalizovane su strukturalne promene
Nema zagaĎenja usled prašine Eliminiše termalnu distorziju
Nema otpadaka i opiljaka
Precizno, višeravno sečenje kontura, oblika i kosina bilo kog ugla
2.4.Ograničenja AJM metode
Ne može bušiti ravno dno Ne mogu se obraĎivati materijali koji se u kontaktu sa vlagom (vodom), brzo raspadaju
Glavna loša strana ove metode jesu velika kapitalna ulaganja i velike buke tokom rada ove mašine
3. SEČENJE MIKRO MLAZOM (MICRO-JET CUTTING) Micro-jet sečenje je moguće ostvariti samo sa komponentama velike preciznosti (± 0,01 mm),gde ugao greške teži nuli. Kod sečenja mikro mlazom sa
dodavanjem abraziva, danas se može proizvesti mlaz od 0,2 mm. Maksimalna debljina materijala koji se seče zavisi od cevi za fokusiranje, današnjom tehnologijom može se seći material i do 40 mm. Ovaj postupak je naročito pogodan za komponente koje zahtevaju veliku tačnost. gde bi konvencionalni water jet dostigao odavno svoje granice.
12
ZAKLJUČAK Analizama dijagrama uticaja parametara rezanja vodenim abrazivnim
mlazom na kvalitet obraĎene površine može se zaključiti da je kvalitet površine različit po dubini reza i da na to najveći uticaj ima brzina pomoćnog kretanja, odnosno brzina kretanja predmeta obrade. TakoĎe, uočava se da povećanje udaljenosti mlaznice od površine predmeta obrade dovodi do povećanja hrapavost i obraĎene površine, stim da njegovim smanjenjem ispod odreĎenih vrednosti može dovesti i rasta visina neravnina, odnosno do pogoršanja kvaliteta obraĎene površine. Sa povećanjem radnog pritiska vode dolazi do fragmentacije kristala abraziva na manje delove pri čemu se dobija i finija obrada. Zbog toga se sa povećanjem radnog pritiska vode dobija bolji kvalitet obraĎene površine, odnosno manja hrapavost. MeĎutim, prilikom izbora parametara koji definišu obradu abrazivnim vodenim mlazom treba obratiti pažnju i na proizvodnost, odnosno na ekonomičnost primene izabranih režima obrade, jer mala pomoćna brzina rezanja i veliki radni pritisci vode ne rezultuju ekonomičnim režimom obrade. Definisanje parametara obrade abrazivnim vodenim mlazom treba da predstavlja optimalni
odnos izmeĎu proizvodnosti i kvaliteta obraĎene površine.
13
