PREDAVANJE-2 Obrada ultrazvukom i obrada vodenim mlazom.pdf

8/10/2019 PREDAVANJE-2 Obrada ultrazvukom i obrada vodenim mlazom.pdf

1/30

1

2. OBRADA ULTRAZVUKOM

2.1. Uvod u ultrazvunu obradu2.2. Obradni sustav2.3. Proces odvajanja materijala2.4. Faktori koji utjeu na uinak odvajanja- MRR2.5. Dimenzijska tonost i kvaliteta povrine2.6. Primjena ultrazvune obrade

Vrstaenergije

Osnovnimehanizam

Neposredniizvor

energije

Medijaprijenosaenergije

Proces

Elektro-kemijska Kemijska Termo- elektrina

Smicanje

Rezni alat

Fizikidodir

Fluid velikebrzine

Mehanikokonturnobruenje

Obradaabrazivnimmlazom

Obradavodenimmlazom

Pomak iona

Struja velike jakosti

Elektrolit

Elektro-kemijskobruenje

Elektro-kemijskaobrada

Ablacija 1

Kemijskireaktivni agens

Okoli

Kemijskonagrizanje

Kemijskaobrada

Obradavruimklorom

Vaporizacija 2 Fuzija

Visoki napon Pojaanosvjetlo

ZraenjeElektroni

EDM EBM

LBM

Ioniziranimaterijal

Vrui plin

IBM PBM1 ablacija odnoenje2 vaporizacija pretvaranje vrstog ili tekueg stanja u parno bez kemijske promjene

Mehanika

Erozija

Pneumatski ilihidrauliki tlak

estice velikebrzine

Ultrazvunaobrada 2


2/30

2

2.1. Uvod u ultrazvunu obradu

1945. godine u Americi inenjer L. Balamuthotkrio postupak ultrazvune obrade.Ultrazvuna obrada (engl. Ultrasonic Machining USM) je odvajanje tvrdog i krtog materijalauporabom aksijalno oscilirajueg alata priultrazvunoj frekvenciji od 20 kHz do 40 kHz.

Abrazivna smjesa B4C, Al2O3, SiC ili dijamantkontinuirano se usmjerava pomou oscilirajuegalata prema povrini obratka.

Pod djelovanjem abrazivnih estica dolazi dokrtog kidanja sitnih dijelova materijala obratkabez obzira na njegovu elektrinu vodljivost.

Amplituda osciliranja alata 10 m do 50 m. Nema promjene metalurkih, kemijskih i

fizikalnih svojstva materijala obratka.

USfaza

Abraziv

Alat

Obradak

Ultrazvuneoscilacije

USM

Statikooptereenje

Komponenteultrazvune obrade

3

Rashladnimedij

Rashladnimedij

Magnetostrikcijskipretvara

Ulaz uzavojnicupretvaraa

Koncentrator (truba )

AlatObradak

Abrazivna smjesa

Glavni elementi ultrazvunogobradnog sustava

2.2. Obradni sustav

Elementi obradnog sustava: magnetostrikcijski 1 pretvara, koncentrator (mehaniko pojaalo), alat i

abrazivna smjesa. Magnetostrikcijski pretvara je pod

naponom ultrazvune frekvencije iproizvodi vibracije malih amplituda. Takomale vibracije pojaavaju se mehanikimpojaalom u koje je uvren alat.Statiki tlak se primjenjuje kako bi seodrala abrazivna smjesa u sueljualat obradak.

1. Magnetostrikcija je svojstvo feromagnetskog materijala da mijenja oblik pod utjecajem magnetskog polja.Magnetostrikcija je odgovorna za zvuk kojega proizvode transformatori i drugi ureaji sa eljeznim jezgrama kojirade na izmjeninu struju. To je slina pojava piezoelektrinom efektu. Fizikalne pojave promjene mehanikihsvojstava ili geometrijskog oblika pod djelovanjem magnetskog polja nazivaju se izravnim magnetomehanikim

uincima, a pojave kad se mehanikim naprezanjem mijenja magnetizacija uzorka nazivaju se inverznimmagnetomehanikim uincima. 4


3/30

3

1874. godine, u Manchesteru, Joule je prvi put otkrio magnetostrikciju. Magnetsko polje ultrazvune frekvencije uzrokuje odgovarajue promjene u

feromagnetinim objektima pozicioniranim u podruje utjecaja. Ovaj efekt jeiskoriten za oscilatorno gibanje USM alata, koji je postavljen na krajumagnetostriktora.

Magnetostriktor koji se koristi u USM obradi sastoji se od visokofrekventnezavojnice na magnetostrikcijskoj jezgri i specijalne polarizirajue zavojnice okoeline armature.

Koeficijent magnetostrikcijskog izduenja m :m = l/l

gdje je: l produljenje [mm],l ukupna duljina magnetostrikcijske

jezgre, [mm]

Polarizirajuazavojnica

Visokofrekventnazavojnica

elina armatura

Magnetostriktor

Magnetostrikcijska jezgra

Prikljuak zakoncentrator

Magnetostrikcijski pretvara

2.2. Obradni sustav magnetostrikcijski pretvara

5

Produljenje dobiveno pri rezonantnoj frekvenciji f r pomou magnetostriktoraduljine l = 0,5 je obino oko 0,001 m do 0,1 m , to je jako malo za primjenupri obradi.Poveanje amplitude vibracija pomou pojaala .

Poeljna veliina amplitude 40 m do 50 m . Kombinacija vie mehanikih pojaala

(koncentratora). Duljina koncentratora je viestruka polovica

valne duljine zvuka u materijalu koncentratora Oblici koncentratora:

cilindrini, stupnjeviti, eksponencijalni , kosinus hiperbolini,

konini.

Amplituda vibracija

Magnetostriktor

Eksponencijalnopojaalo

Stupnjevano pojaalo

Pojaanje u USM obradi(dva pojaala)


6


4/30

4

Najee koriteni materijal za jezgru magnetostriktora:- aluminijska bronca visoka pogonska vrstoa

Nedostatak: visoki gubici, niska uinkovitost (55%), potreba za rashladnimsredstvom.Uinkovitost se moe poveati piezoelektrinim pretvaraem suvremeni USMstrojevi.


7

Alat mora imati veliku otpornost na troenje i visoku zamornu vrstou. Za obradu stakla i tvrdog metala na bazi volframa, preporuka su alati od bakra i

nehrajueg elika legirani alatni elika (silver steel). Tijekom obrade alat je u aksijalnom smjeru izloen tlanom naprezanju.

1. Duboki provrti i utori, materijal zerodur2. Prolazni provrti, materijal Si 3N43. Plono bruenje kuita pumpe, materijal SiC4. Bruenje zupanika, materijal ZrO25. Bruenje zaobljene plohe, materijal zerodur

6. Izrada specijalnih oblika, materijal zerodur"Zerodur", staklo- keramiki kompozitni materijalskoro nulte termalne ekspanzije.

2.2. Obradni sustav alat

Pogon mehanizma zaposmino gibanje:pneumatski pogoni,korani motori, razliitiopruni sustavi i sl.

8


5/30

5

Abrazivna smjesa: 30 % fine abrazivne estice (veliina zrna 100 800) borovog karbida (B 4C),

aluminijevog oksida (Al 2O3) ili silicijevog karbida (SiC). 70 % voda.

Tijekom obrade abrazivna smjesa postaje manje uinkovita (vijek trajanja 150 do200 sati).

25 L/min brzina doziranja smjese u sustav

Abrazivna smjesa Alat

AlatZonaobradeNastajanje i rast

mjehuriaVrtlozi

Abrazivneestice

RaspadnestabilnihmjehuriaUltrazvuna

vibracija

Obradak Djeliimaterijala

Obradak

2.2. Obradni sustav abrazivna smjesa

9

Faze mehanizma odvajanja materijala:1. mehanika abrazija uslijed udara abrazivnih zrnaca izmeu alata i obratka

(dominantan uinak),2. mikrokrzanje uslijed udara slobodnih estica koje lebde u procjepu izmeu

alata i obratka,3. erozija povrine obratka uslijed kavitacije u struji abrazivne smjese (manje od

5% od ukupno odvojenog materijala).

Mehanizam odvajanja materijala pri USM

2.3. Proces odvajanja materijala

Statiki tlak i vibracije Abrazivna smjesa Abrazivna smjesa

Alat

Boni procjep

Obradak

Lokalizirano odvajanjeSlobodno lebdee estice

Kavitacijskaerozija

Prednji procjep

Prednje troenje

Donje troenje

10
http://www.google.hr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=SNNgfLUL949rKM&tbnid=lPZnlugNpSi_RM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0890695512001204&ei=B_0VUqDKGcjXsgbS-4GYDA&bvm=bv.51156542,d.Yms&psig=AFQjCNHJweOqbp-p0yndok2hHhRRDAOT-g&ust=1377259077821139http://www.google.hr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=SNNgfLUL949rKM&tbnid=lPZnlugNpSi_RM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0890695512001204&ei=B_0VUqDKGcjXsgbS-4GYDA&bvm=bv.51156542,d.Yms&psig=AFQjCNHJweOqbp-p0yndok2hHhRRDAOT-g&ust=1377259077821139http://www.google.hr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=SNNgfLUL949rKM&tbnid=lPZnlugNpSi_RM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0890695512001204&ei=B_0VUqDKGcjXsgbS-4GYDA&bvm=bv.51156542,d.Yms&psig=AFQjCNHJweOqbp-p0yndok2hHhRRDAOT-g&ust=1377259077821139http://www.google.hr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=SNNgfLUL949rKM&tbnid=lPZnlugNpSi_RM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0890695512001204&ei=B_0VUqDKGcjXsgbS-4GYDA&bvm=bv.51156542,d.Yms&psig=AFQjCNHJweOqbp-p0yndok2hHhRRDAOT-g&ust=1377259077821139http://www.google.hr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=SNNgfLUL949rKM&tbnid=lPZnlugNpSi_RM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0890695512001204&ei=B_0VUqDKGcjXsgbS-4GYDA&bvm=bv.51156542,d.Yms&psig=AFQjCNHJweOqbp-p0yndok2hHhRRDAOT-g&ust=1377259077821139http://www.google.hr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=SNNgfLUL949rKM&tbnid=lPZnlugNpSi_RM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0890695512001204&ei=B_0VUqDKGcjXsgbS-4GYDA&bvm=bv.51156542,d.Yms&psig=AFQjCNHJweOqbp-p0yndok2hHhRRDAOT-g&ust=1377259077821139http://www.google.hr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=SNNgfLUL949rKM&tbnid=lPZnlugNpSi_RM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0890695512001204&ei=B_0VUqDKGcjXsgbS-4GYDA&bvm=bv.51156542,d.Yms&psig=AFQjCNHJweOqbp-p0yndok2hHhRRDAOT-g&ust=1377259077821139http://www.google.hr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=SNNgfLUL949rKM&tbnid=lPZnlugNpSi_RM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0890695512001204&ei=B_0VUqDKGcjXsgbS-4GYDA&bvm=bv.51156542,d.Yms&psig=AFQjCNHJweOqbp-p0yndok2hHhRRDAOT-g&ust=1377259077821139http://www.google.hr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=SNNgfLUL949rKM&tbnid=lPZnlugNpSi_RM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0890695512001204&ei=B_0VUqDKGcjXsgbS-4GYDA&bvm=bv.51156542,d.Yms&psig=AFQjCNHJweOqbp-p0yndok2hHhRRDAOT-g&ust=1377259077821139http://www.google.hr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=SNNgfLUL949rKM&tbnid=lPZnlugNpSi_RM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0890695512001204&ei=B_0VUqDKGcjXsgbS-4GYDA&bvm=bv.51156542,d.Yms&psig=AFQjCNHJweOqbp-p0yndok2hHhRRDAOT-g&ust=1377259077821139http://www.google.hr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=SNNgfLUL949rKM&tbnid=lPZnlugNpSi_RM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0890695512001204&ei=B_0VUqDKGcjXsgbS-4GYDA&bvm=bv.51156542,d.Yms&psig=AFQjCNHJweOqbp-p0yndok2hHhRRDAOT-g&ust=1377259077821139http://www.google.hr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=SNNgfLUL949rKM&tbnid=lPZnlugNpSi_RM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0890695512001204&ei=B_0VUqDKGcjXsgbS-4GYDA&bvm=bv.51156542,d.Yms&psig=AFQjCNHJweOqbp-p0yndok2hHhRRDAOT-g&ust=1377259077821139http://www.google.hr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=SNNgfLUL949rKM&tbnid=lPZnlugNpSi_RM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0890695512001204&ei=B_0VUqDKGcjXsgbS-4GYDA&bvm=bv.51156542,d.Yms&psig=AFQjCNHJweOqbp-p0yndok2hHhRRDAOT-g&ust=1377259077821139http://www.google.hr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=SNNgfLUL949rKM&tbnid=lPZnlugNpSi_RM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0890695512001204&ei=B_0VUqDKGcjXsgbS-4GYDA&bvm=bv.51156542,d.Yms&psig=AFQjCNHJweOqbp-p0yndok2hHhRRDAOT-g&ust=1377259077821139http://www.google.hr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=SNNgfLUL949rKM&tbnid=lPZnlugNpSi_RM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0890695512001204&ei=B_0VUqDKGcjXsgbS-4GYDA&bvm=bv.51156542,d.Yms&psig=AFQjCNHJweOqbp-p0yndok2hHhRRDAOT-g&ust=1377259077821139http://www.google.hr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=SNNgfLUL949rKM&tbnid=lPZnlugNpSi_RM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0890695512001204&ei=B_0VUqDKGcjXsgbS-4GYDA&bvm=bv.51156542,d.Yms&psig=AFQjCNHJweOqbp-p0yndok2hHhRRDAOT-g&ust=1377259077821139http://www.google.hr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=SNNgfLUL949rKM&tbnid=lPZnlugNpSi_RM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0890695512001204&ei=B_0VUqDKGcjXsgbS-4GYDA&bvm=bv.51156542,d.Yms&psig=AFQjCNHJweOqbp-p0yndok2hHhRRDAOT-g&ust=1377259077821139http://www.google.hr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=SNNgfLUL949rKM&tbnid=lPZnlugNpSi_RM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0890695512001204&ei=B_0VUqDKGcjXsgbS-4GYDA&bvm=bv.51156542,d.Yms&psig=AFQjCNHJweOqbp-p0yndok2hHhRRDAOT-g&ust=1377259077821139http://www.google.hr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=SNNgfLUL949rKM&tbnid=lPZnlugNpSi_RM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0890695512001204&ei=B_0VUqDKGcjXsgbS-4GYDA&bvm=bv.51156542,d.Yms&psig=AFQjCNHJweOqbp-p0yndok2hHhRRDAOT-g&ust=1377259077821139http://www.google.hr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=SNNgfLUL949rKM&tbnid=lPZnlugNpSi_RM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0890695512001204&ei=B_0VUqDKGcjXsgbS-4GYDA&bvm=bv.51156542,d.Yms&psig=AFQjCNHJweOqbp-p0yndok2hHhRRDAOT-g&ust=1377259077821139http://www.google.hr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=BHG-YEWfqSdXqM&tbnid=yd0l_lC2jykyvM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.silfex.com/services_2_4.html&ei=1PwVUo2FE4HGtQaX1YHQDQ&bvm=bv.51156542,d.Yms&psig=AFQjCNHJweOqbp-p0yndok2hHhRRDAOT-g&ust=1377259077821139http://www.google.hr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=BHG-YEWfqSdXqM&tbnid=yd0l_lC2jykyvM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.silfex.com/services_2_4.html&ei=1PwVUo2FE4HGtQaX1YHQDQ&bvm=bv.51156542,d.Yms&psig=AFQjCNHJweOqbp-p0yndok2hHhRRDAOT-g&ust=1377259077821139


6/30

6

Brzina odvajanja materijala ovisi o:

frekvenciji vibracije alata,statikom tlaku,veliini obraivane povrine,

materijalu abrazivni zrna i materijalu obratka.


Obradak

Djelovanjeabrazivnog zrna

=

-

= 4 4Pretpostavka je da je dubina h mala u usporedbi sa d. = 2

11

D

MRR ovisi o kriteriju krtosti koji predstavlja omjer smine i lomne vrstoematerijala obratka.

MRR se rauna:

= 5,90

0, 0,

frekvencija oscilacijaS statiki tlak na alatu, kg/mm 2

H 0 tvrdoa povrine u HB R srednji polumjer abrazivnog zrna, mmY amplituda vibracija, mm

Materijal obratka Relativni uinak, %

Staklo 100

Mjed 66

Volfram 4,8

Titanij 4

elik 3,9

Nehrajui elik 1,4


12


7/30

7

USMobrada

MRRKvaliteta povrine

Tonost oblika i dimenzija

Alatni stroj Krutost vrstoa Tonost

posminoggibanja

Obradak Rastezljivost Tvrdoa Vlana

vrstoa Tlana

vrstoaAbrazivna smjesa Vrsta Veliina zrna Tekuina Nain dostave Koncentracija

Radni parametri Frekvencija Amplituda Tlak Dubina odvajanja Povrina obrade

Alat Tvrdoa Otpornost

troenju Tonost Zamorna

vrstoa

2.4. Faktori koji utjeu na uinak odvajanja - MRR

MRR Material Removal Rate

13

Oscilacije alataAmplituda oscilacija alata ima najvei utjecaj nasve procesne varijable. MRR raste s poveanjemamplitude vibracija alata.Amplituda oscilacija odreuje brzinu abrazivnihestica u procjepu izmeu alata i obratka. Podtakvim okolnostima kinetika energija raste, naveim amplitudama, pojaava se aktivnost zrna iposljedino uinak odvajanja.Prevelika amplituda moe dovesti do pojaveprskanja te tako smanjiti broj aktivnihabrazivnih zrna, to vodi ka smanjenju uinkaodvajanja.Preporuena vrijednost amplitude iznosi0,04 mm do 0,05 mm.Poveanje posmine sile utjee na porastkoliine odvojenih estica.


AlatAlat u najvioj poziciji

Alat u srednjoj pozicijiAlat u dodiru sa zrnom

Alat gura zrno ka najnioj poziciji

Obradak

14


8/30

8

Abrazivna smjesaVeliina zrna i amplituda oscilacija imaju slian utjecajna uinak obrade. Uinak obrade se poveava pri veojveliini zrna dok ne dostigne vrijednost amplitude,kada uinak obrade opada. Ako je zrno dovoljno velikou odnosu na veliinu amplitude teko se obnavljaabrazivna smjesa u procjepu izmeu alata i obratka.Medij u kojem plivaju abrazivna zrnca je najee voda.Alternative su: glicerin, razna ulja i benzeni. Poveanjeviskoznosti abrazivne smjese smanjuje uinak obrade.

Poboljanje toka smjese pozitivno utjee na obradivost.U praksi se preporua volumenska koncentracija od oko30 % do 35 % abraziva. Promjene u koncentraciji sedogaaju kao posljedica slijeganja abrazivne praine .Potrebno je periodiki provjeravati koncentraciju.Poveanja na 40 % znai i poveanje broja reznihotrica u zoni rezanja, a time i poveanje uinkaobrade.


Alat

Obradak

Abraziv

Posmak

15

Tvrdoa obratkaNa uinkovitost obrade utjee i omjer tvrdoe alata i tvrdoe obratka.Ako je ovaj omjer vei bit e nii uinak obrade. Iz tog razloga preporua se upotrebamekih i ilavijih materijala za izradu alata za ultrazvunu obradu.

Oblik alataPoveanje povrine alata smanjuje uinak obrade jer nastaje problem distribucijeabrazivne smjese u cijeloj zoni obrade.Popreni presjek alata takoer utjee na uinak obrade.

A1 = A2MRR1 > MRR2

A1 A2


16


9/30

9

Tonost oblika i dimenzijaTonost oblika i dimenzija je pod utjecajem poremeajnih faktora koji uzrokuju:

netonost dimenzije,koninost i

odstupanje od krunosti .

Poremeajni faktori su:bono troenje alata,troenje abrazivnih zrna,

neprecizan posmak draa alata,pogreka oblika alata i

nestabilna i neujednaena opskrba abrazivnom smjesom u okruenjuoscilirajueg alata.

2.5. Tonost oblika i dimenzija, kvaliteta povrine

17

Netonost dimenzija .

Tonost procesa se procjenjujem mjerenjem promjera na vrhu provrta dobivenog USMobradom i mjerenjem promjera alata. Boni procjep izmeu alata i obraenog provrta

je neophodan kako bi abrazivna zrna napustila zonu rezanja pod djelovanjemoscilirajueg alata. Veliina zrna predstavlja najvaniji faktor, koji utjee na netonostmjera. Odstupanje od zadane mjere pri obradi stakla ili volframovog karbida je oko dvado etiri puta vee od veliine zrna. Veliina odstupanja ovisi o mnogim procesnimvarijablama ukljuujui materijal obratka i metodu dobave abrazivne smjese. Openitoodstupanja pri USM obradi iznose maksimalno do 0,05 mm.


Statiki tlak i vibracije Abrazivna smjesa Abrazivna smjesa

Alat

Boni procjep

Obradak

Lokalizirano odvajanjeSlobodno lebdee estice

Kavitacijskaerozija

Prednji procjep

Prednje troenje

Donje troenje

18


10/30

10

Koninost . Odstupanje mjera je obino vee na strani ulaza nego na strani izlaza alata izzahvata uslijed efekta kumulativne abrazije novih i otrih abrazivnih zrna. Kao rezultattakvog utjecaja, koninost provrta iznosi priblino 0,2 pri izradi provrta promjera 20 mmi dubine 10 mm u grafitu. Koninost se moe smanjiti:

izravnim ubrizgavanjem abrazivne smjese u zonu obrade, uporabom alata koji ima negativnu koninost, uporabom visokog statikog tlaka koji proizvodi finiji abraziv, koji moe reduciratitroenje alata i koninost,

uporabom materijala alata otpornih na troenje, uporabom alata manjih dimenzija u prvom prolazu, a na kraju alatom zahtijevaneveliine koji e rezati bre i smanjiti koninost.

Odstupanje zaobljenja . Ova pogreka nastaje uslijed poprenih vibracija alata. Takvevibracije nastaju uslijed neokomitosti povrine alata i osi alata i kada su akustinielementi obrade neusklaeni . Pogreke zaobljenja iznose oko 40 m do 140 m priobradi stakla, a 20 m do 60 m pri obradi grafita.


19

Kvaliteta povrine .Kvaliteta povrine je usko vezana s uinkom odvajanja pri USM obradi. Vee zrno znaibru obradu, ali grublju obraenu povrinu .Vei broj zrna, tj. manja veliina zrna, ima za posljedicu manju hrapavost obraenepovrine.Amplituda osciliranja ima manji utjecaj na kvalitetu obraene povrine, s porastomamplitude raste hrapavost jer zrno biva dublje utisnuto u obradak.Statiki pritisak ima jako mali utjecaj na hrapavost obraene povrine .Manja hrapavost se moe dobiti ako je viskoznost tekuine u kojoj se nalaze abrazivnazrnca smanjena. Broj zrna Veliina zrna, mm Hrapavost, m

180 0,086 0,55

240 0,050 0,51

320 0,040 0,45

400 0,030 0,40

600 0,014 0,28

800 0,009 0,21


20


11/30

11

Kvaliteta povrine .Evidentno je da su povrinske nepravilnosti bonih stranica upljina odgovarajue veenego li na dnu. Ovo je posljedica toga to o bone povrine udaraju zrna i kad ulaze uzonu i kad naputaju zonu rezanja.Kavitacija obraene povrine javlja se kada djelii materijala alata penetriraju dublje umaterijal obratka. Pod ovakvim uvjetima tee je propisno napuniti abrazivnom smjesomdublja podruja te nastaje grublja povrina.


21

Izrada provrta i jezgreMaterijal obratka:

staklo,

aluminij, keramika, kvarc, cirkonij oksid, rubin, safir i neki kompozitni materijali.

Svojstva postupka: visok uinak,nii tlak za osjetljivije obratke,buenje malih promjera bez prekidanja(bez povrata alata),

poboljano duboko buenje .

Ultrazvuneoscilacije

BuenjeIzrada jezgre

Obraenapovrina

Abrazivnasmjesa

Abrazivnasmjesa

Prekid

2.6. Primjena ultrazvune obrade

Manji promjeri smanjuje se uinak spoveanjem dubine zbog problemaravnomjerne dobave abrazivne smjese.Openito omjer dubina/promjer iznosi 2,5.

22


12/30

12

Izrada skoenja i konturna obrada

Tijekom izrade skoenja ultrazvunom obradom , odvajanje materijala je oteano ako jedubina obrade od 5 mm do 7 mm, jer je pod takvim uvjetima odvodnja abrazivnih zrnaoteana pa obrada postaje skoro nemogua . Takoer i izrada alata za takvu obradu jeskup i sloen postupak.Konturna obrada koristi jednostavniji alat koji se giba prema zadanoj konturi.

Numerikiupravljan alat

Konturna obrada

UZ oscilacije + statikitlak

Abrazivnasmjesa Abrazivna

smjesa

Obradak

Alat

Putanja alata

Obradak

Ultrazvuno skoenje

upljina


23

Izrada EDM elektroda

Gilmore (1995) koristi USM obradu za proizvodnju grafitnih EDM elektroda.Brzina obrade: 0,4 cm/min do 1,4 cm/min.

Hrapavost povrine: 0,2 m do 1,5 m.Tonost dimenzija: 10 m.Male sile koje se javljaju prilikom obrade omoguavaju proizvodnju krhkih grafitnihelektroda.

Grafitne EDM elektrode


24


13/30

13

Ultrazvuno poliranjeUSM poliranje nastaje osciliranjem alata izvedenog od krhkog materijala kao to je grafitili staklo na povrini obratka ultrazvunim frekvencijama i relativno malom amplitudom.Fine estice abraziva u abrazivnoj smjesi skidaju neravnine na obratku, visine do0,012 mm pri emu ostaje hrapavost od 0,3 m.

Izgled obratka prije i poslije ultrazvunog poliranja.


25

Mikro obrada ultrazvukomOscilacije obratkaOsciliranje obratka omoguava jednostavnijisustav alata jer nije potreban pretvara,koncentrator. Cijeli sustav je kompaktniji i

jednostavniji od klasinog USM sustava.Na ovaj nain mogue je proizvesti mikroprovrtepromjera 5 m u obratku od kvarca, stakla ilisilicija uporabom mikroalata izvedenog odvolframovog karbida.

Numerikiupravljan alat

UZ oscilacije

Abrazivnasmjesa

Obradak

Mikroalat

Rotacija alata

Pretvara

Mikroobrada ultrazvukom


26


14/30

14

Tvrdoa

V e

l i i n a

Tvrdo glodanje i glodanje Ultrazvuna obrada

Grafit Aluminij Nehrajui Poboljani Staklo Tvrdi metal ZrO2 Al2O3elik elik

Aluminij Nehrajui Titanij Inconel Zerodur 1 SiO2 Si3N4 SiCelik

1 - "Zerodur", stakleno- keramiki kompozitni materijal skoro nulte termalne ekspanzije.


27

3. OBRADA VODENIM MLAZOM

3.1. Uvod u obradu vodenim mlazom3.2. Obradni sustav3.3. Proces odvajanja materijala3.4. Primjena obrade vodenim mlazom3.5. Prednosti i nedostaci obrade vodenim mlazom.


15/30

15

Vrstaenergije

Osnovnimehanizam

Neposredniizvor

energije

Medijaprijenosaenergije

Proces

Elektro-kemijska Kemijska Termo- elektrina

Smicanje

Rezni alat

Fizikidodir

Mehanikokonturnobruenje

Obradaabrazivnim

mlazom

Pomak iona

Struja velike jakosti

Elektrolit

Elektro-kemijskobruenje

Elektro-kemijskaobrada

Ablacija 1

Kemijskireaktivni agens

Okoli

Kemijskonagrizanje

Kemijskaobrada

Obradavruimklorom

Vaporizacija 2 Fuzija

Visoki napon Pojaanosvjetlo

ZraenjeElektroni

EDM EBM

LBM

Ioniziranimaterijal

Vrui plin

IBM PBM1 ablacija odnoenje2 vaporizacija pretvaranje vrstog ili tekueg stanja u parno bez kemijske promjene

estice velikebrzine

Ultrazvunaobrada 29

Fluid velikebrzine

Obradavodenimmlazom

Mehanika

Erozija

Pneumatski ilihidrauliki tlak

2.1. Uvod u obradu vodenim mlazom

Kljuni element je vodeni mlaz, koji ima brzinu veu od 900 m/s.Veina teorija o obradi vodenim mlazom (engl. Water Jet Machining WJM) opisujuobradu kao oblik mikroerozije.

Veliki volumen vode pod visokim tlakom prolazi kroz mali otvor sapnice. Udar ubrzanog mlaza koji izlazi iz mlaznice uzrokuje prekid kohezijskih

meuatomskih sila materijala, to dovodi do odvajanja i rezanja obratka. Vodeni mlaz ispire materijal koji je erodirao s povrine obratka. Ekstremni pritisak i

udar estica u nadolazeem mlazu izazivaju mala napuknua koja se ire dokmaterijal nije prerezan.

Obrada vodenim mlazom potjee od hidraulikog iskopavanja kamenog uglja u Rusijii na Novom Zelandu. Voda je sakupljena iz rijeka i usmjeravana da ispire stijene,odnosei pri tom ugljen i komadie stijena. Metoda iskopavanja vodenim mlazom jekasnije primijenjena u junoafrikim rudnicima zlata.

U Rusiji su 1930. uinjeni prvi pokuaji rezanja stijena vodenim mlazom. Vodeni top je imao tlak od 7000 bara.

U Americi je 1970. razvijena tehnologija stvaranja tlaka od 40000 bara. 30


16/30

16

mlaz vode(~1000 m/s)

pod visokimhidraulinimtlakom

31

sve do 8 000 bara32


17/30

17

~ 1 bar 33

4 6bara

34


18/30

18

6 8bara

35

tlakpare u

kotlu10 20

bara36


19/30

19

120bara

37

Dok je...

samo 5 bara38


20/30

20

~ 1100 bara

Tihi ocean

39

4000 bara

40


21/30

21

6000

bara41

180 000bara

42


22/30

22

Mjere za tlakJedinica za tlak je paskal (Pa) = N/m 2 ili 1MPa = N/mm 2

Ostale mjere za tlak:1 N/cm 2= 10000 Pa1 bar = 100000 Pa =10 5 Pa1 mbar = 100 Pa

Preraunavanje starih mjera za tlak:1 kp/m 2 = 9,8 Pa

1 tehnika atmosfera (at) = 9800 Pa = 1 kp/cm21 fizikalna atmosfera (atm) = 10325 Pa1 mm Hg (visina stupca ive) = 133,22 Pa1 mm H 2O (visina stupca vode) = 9,8 Pa

43

44

Elementi obradnog sustava

Sapnica od safira

On off ventil

Ventil

Cjevovodi

Odvod

Obradak

Akumulator

Dovod vode

Glavni elementi obradnog sustava pomou vodenog mlazom

Kontrolni ventili

Pojaava

Motor Pumpa

Ulje

Filtar

3.2. Obradni sustav


23/30

23

Petoosni centar za obraduvodenim mlazom

Stroj za obradu vodenimmlazom sa etiri mlaznice

3.2. Obradni sustav

45

Hidraulika pumpa je srce sustava za obradu vodenim mlazom. Ona tlai vodu ineprekidno ju isporuuje tako da rezna glava moe taj kontinuirani mlaz vodepretvoriti u mlaz nadzvune brzine.

U uporabi su dva tipa pumpi:- pumpa temeljena na izravnom voenju (engl. direct drive based pump) i- pumpa koja se zasniva na pojaavau (engl. intensifier based pump).

Izravno voena pumpa ima uinak kao i niskotlanapumpa koja se koristi u kuanstvu za ienjepovrina. To je tripleksna pumpa koja se pogoni iztri klipa izravno iz elektrinog motora. Pumpe suzastupljene u industriji zbog jednostavnosti.Trenutno ove pumpe mogu proizvesti 10 % do 25 %nii tlak vode od pumpi zasnovanih na pojaavau.Iako se izravno voene pumpe primjenjuju u nekimindustrijama, veliku veinu visokotlanih pumpi kodWJM-a ine pumpe zasnovane na pojaavau .

Izravno voena pumpa 46

3.2. Obradni sustav
http://www.google.hr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=aLORKt3DiqWv_M&tbnid=BZlypBT8ZCAG4M:&ved=0CAUQjRw&url=http://mervynshe.en.made-in-china.com/offer/tbEQJZHGuzVi/Sell-CNC-Waterjet.html&ei=8xcbUoHdGqH50gWn3oDQBw&bvm=bv.51156542,d.ZG4&psig=AFQjCNH7ZNAx56oi1ny9wiCqsmvV1xOigQ&ust=1377593029907630http://www.google.hr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=aLORKt3DiqWv_M&tbnid=BZlypBT8ZCAG4M:&ved=0CAUQjRw&url=http://mervynshe.en.made-in-china.com/offer/tbEQJZHGuzVi/Sell-CNC-Waterjet.html&ei=8xcbUoHdGqH50gWn3oDQBw&bvm=bv.51156542,d.ZG4&psig=AFQjCNH7ZNAx56oi1ny9wiCqsmvV1xOigQ&ust=1377593029907630


24/30

24

Pumpa zasnovana na pojaavauPostoje dva strujanja fluida u ovoj pumpi: strujanje vode i hidraulino strujanje.Strujanje vode obuhvaa ulazni otvor filtera vode, dobavnu pumpu, pojaava, iregulator udara. Uobiajeni nalet vode se filtrira u sistemu ulaznog otvora filtera, kojisadri uloak filtera od 0,45 m ili od 1 m. Tada filtrirana voda putuje dalje do dobavnepumpe, gdje se odrava dotadanji tlak od 0,6 Mpa (6 bara), i time osigurava dapojaava nikad ne ostane bez vode. Filtrirana voda dalje ide do pojaavaa pumpe,gdje se tlai sve do 400 Mpa (4000 bara). Prije nego to voda napusti pumpu i krenekroz cjevovod do rezne glave, treba proi kroz regulator pojaanja .

Pumpa zasnovana na pojaavau

3.2. Obradni sustav

47

Pumpa zasnovana na pojaavauRegulator pojaanja provjerava promjene tlakakako bi osigurao da je izlazni mlaz iz rezne glavenepromjenjiv i ravnomjeran. Bez regulatora vodenimlaz bi mogao pulsirati i tako ostaviti tragove naobraivanom materijalu.Stroj za hidraulino strujanje se sastoji odelektrinog motora (18 kW - 150 kW), hidraulinepumpe, spremnika ulja, cjevovoda, i pokretnogklipa. Elektrini motor pokree hidraulinu pumpu,dok ona izvlai ulje iz spremnika i tlai ga na20 Mpa (200 bara).

3.2. Obradni sustav

Tako stlaeno ulje se dovodi do cjevovoda, gdje se preko cjevovodnih ventila alje dopojaavaa i dijelova pokretnog klipa. Pojaava je klipna pumpa , u kojoj se pokretni klippomie naprijed-nazad, dostavljajui vodu pod visokim tlakom na jednu stranupojaavaa, dok voda pod niskim tlakom puni drugu stranu pojaavaa. Hidrauliko ulje

se tada hladi tijekom povratka u spremnik. 48


25/30

25

Pumpa zasnovana na pojaavauNapredna tehnologija ove pumpe je sadrana u pojaavau, iji se rad temelji na principupojaavanja tlaka.Hidraulino ulje se tlai na 20 MPa. Ulje se gura prema pokretnom klipu. Klip s prednjompovrinom 20 puta manjom od stranje povrine tlai vodu. Tako se tlak ulja od20 MPa pojaava 20 puta, a rezultat je tlak vode od 400 MPa. Princip pojaavanja setemelji na smanjenju povrine. Kako je:Tlak = Sila / Povrina ( p=F/A),drei silu konstantnom uz istovremeno smanjenje povrine, tlak e znaajno porasti.Dakle, u ovom sluaju omjer pojaavanja je 20:1.Usavreni zastojni ventili osiguravaju niski tlak, a jedino doputaju visoko- stlaenoj vodida ide u jednom smjeru. Visoko- tlani cilindri i zatvarai koji zatvaraju klip su specijalnoprojektirani da podnesu ogromne sile i stalni zamor materijala.

Prikaz klipa i poveavanja tlaka

3.2. Obradni sustav

49

Visoko- tlani cjevovodNakon to visokotlana pumpa stlai vodu, visokotlani cjevovod dostavlja vodu dorezne glave. Osim to transportira vodu pod tlakom, cjevovod takoer omoguavaslobodu pokreta rezne glave. Najei tip visokotlanog cjevovoda je napravljen odspecijalnog nehrajueg elika za cijevi. Cjevovod dolazi u razliitim veliinama zarazliite svrhe. Promjeri cijevi su najee od 6 mm do 14 mm.Osim to je cjevovod potreban za transport vode i omoguavanje kretanja, potreban je idrugi pribor, (npr. ravne spojnice, koljena, iskljuni ventili, osovine).

3.2. Obradni sustav

50


26/30

26

Rezne glaveKod rezanja vodom, postupak odvajanja estica se moe opisati kao nadzvuna erozija.Za to nije zasluan pritisak, ve brzina mlaza vode koja otkida mikroskopske dijelove ilizrna materijala. Tlak i brzina su dva razliita oblika energije. Pitanje je kako se tlak vodekojeg stvara pumpa pretvara u drugi oblik energije, brzinu mlaza. Odgovor lei u sitnomdragom kamenu, koji je privren za kraj cjevovoda. On na sebi ima uski otvor kroz kojiprolazi stlaena voda, mijenjajui tlak u brzinu.Raspon promjera otvora je od 0,1 mm do 2,5 mm za uobiajeno rezanje.

Materijali od kojeg se izrauje otvor su safir , rubin ili dijamant .Od njih se najee koristi safir . To je umjetno proizveden, monokristalni dragi kamen.Stvara mlaz prilino dobre kvalitete, s trajnou od 50 100 sati rezanja.Dijamant ima znaajno dui vijek trajanja (800 2000 sati), ali je i 10 20 puta skuplji.Posebno je koristan kod 24 sata dnevnog rezanja.Dijamant, za razliku od rubina i safira, moe katkad biti ultrazvuno oien i ponovnokoriten .

3.2. Obradni sustav

51

Mlaznica. Udaljenost izmeu mlaznice i obratkaiznosi oko 2,5 mm do 6 mm .

Za materijale koji se koriste za izradu elektronskihdijelova (strujne krugove) na matinim ploama taudaljenost je neto vea i iznosi 13 mm do 19 mm.

Primjer: Za mlaznicu promjera 0,12 mm i brzinurezanja od 1,1 mm/s, s poveanjem udaljenostimlaznice od obratka smanjuje se dubina rezanja.

Pri rezanju vlakana ojaane plastike poveanjeuinka rezanja i uporaba manjih promjera mlaznicedovodi do veeg pojasa oteenog materijala.

Voda

Posmakmlaznice

Udaljenost

3.2. Obradni sustav

Voda

Posmakmlaznice

Promjer

mlaza

UdaljenostBrzina mlaza

Mlaznica odsafira

Obradak

52


27/30

27

Vodeni mlaz Vodeni mlaz je pod tlakom od 1500 bara do 10000 bara , za to je potrebna snaga

od 8 kW do 80 kW. Brzina vodenog mlaza je 540 m/s do 1400 m/s. Kvaliteta rezanja se poboljava s veim tlakom, veim promjerom mlaznice i

manjom posminom brzinom. Pod ovakvim uvjetima mogue je rezati deblji imaterijal vee gustoe . to je vei tlak pumpe, vea je i dubina rezanja.Tekuina koja se koristi mora imati malu viskoznost kako bi se minimizirali gubicienergije te mora biti nekorozivna i netoksina .

Za rezanje elinih obradaka najee se koristi voda, dok se alkohol koristi zarezanje u prehrambenoj industriji.

3.2. Obradni sustav

53

Mlaznica Promjer Udaljenost od

obratka

Obradavodenimmlazom

MRRKvaliteta povrine

Tonost oblika i dimenzija

Obradak Vrsta Debljina Posmak

obratka

Mlazni fluid Vrsta Brzina Tlak Viskoznost

Preporuka:Krti materijali pucaju, a istezljivi se dobro reu.Debljina materijala 0,8 mm do 25 mm.

MaterijalDebljina

[mm]Posmak[m/min]

Koa 2,2 20,0

Vinil klorid 3,0 0,5

Poliester 2,0 150,0

Kevlar 3,0 3,0

Grafit 2,3 5,0

Gipsana ploa 10,0 6,0

Valovita ploa 7,0 200,0perploa 6 1,0


54


28/30

28

Obrada vodenim mlazom primjenjuje se za metal, papir, kou, plastiku, tkaninu,hranu i keramiku.Ekonomian postupak rezanja.

U potpunosti eliminiran negativan utjecaj topline u zoni rezanja, nema otrovnihplinova, otvrdnjavanja obratka i toplinskih naprezanja.

Fleksibilno i povoljno po okoli rjeenje za razliite industrijske potrebe.Openito rez ima pjeskareni izgled.Tvri materijali imaju bolju kvalitetu obraene povrine .

Hrapavost se kree od 1,6 m pa do viih vrijednosti ovisno o primjeni.

Za tanje materijale tolerancije sekreu

od

25

m. Tolerancija i kvaliteta obraene povrine ovise o brzini obrade.

3.4. Primjena obrade vodenim mlazom

55

Buenje . Mogunost izrade provrta pod kutom i provrta razliitih oblika u razliitimmaterijalima, to bi bilo preskupo ili presporo za procese EDM ili EBM.

Obrada staklom ojaane plastike . Toplinska oteenja materijala su zanemariva. Alat jako precizno ree po konturi. Najvei nedostatak je otklon vodenog mlaza odvlakana koja se nalaze u matrici, koja stre nakon obrade. Hrapavost povrine ovisite o primijenjenom posmaku.

Rezanje kamena . Vodenim mlazom mogue je rezanje granita debljine do 51 mm, sdvije rezne glave i tlakom od 275 MPa, pri posmaku od 25,4 mm/s i u 14 prolaza.Izrada utora dubine 178 mm u (sandstone) pjeenjaku s tlakom od 172 MPa.

Otklanjanje srha . Uporaba tlaka od 700 bara za odstranjivanje srha visine 3 mm, ucijevi od nehrajueg elika promjera 12 mm. Tlak od 4000 bara i manji protok od2,5 L/min se koriste za otklanjanje srha kod nemetalnih materijala.

Rezanje. Obrada vodenim mlazomograniena je na rezanje stakloplastike idrveta.


56


29/30

29

Izrada tiskanih ploica .

Mali promjer i mala udaljenost od obratka,brzina rezanja oko 8 m/min, tonost 0,13 mm.


57

Tretiranje povrine

Uklanjanje naslaga i ostataka bez otrovnih kemikalijaienje povrine cijevi i odljevaka, dekorativna zavrna obrada,dekontaminacija od tetnih nuklearnih tvari, ienje opreme za proizvodnjuhrane, odmaivanje, poliranje,Ekonomina priprema povrine i uklanjanje premaza

Uklanjanje korozivnog sloja, ostataka spreja. Topivih soli, kemikalija ioteenja na povrini prije nanoenja boje ili nekog drugog premaza.

Skidanje izolacije sa ice bez oteenja metala ili uklanjanja sloja kositra nabakrenoj ici. Ovakav postupak je 20 puta bri nego da se runo uklanja izolacija.


58


30/30

Prednosti Nedostaci

Mogunost rezanja u vie smjerova Cijena satnice rada relativno visoka

Ne proizvodi se toplina pril ikom rezanja Visoki zahtjevi odravanja

Izrazito precizna geometrija Nije pogodan za masovnu proizvodnju

Minimalan ostatak obratka

Nije potrebna predobrada buenjem

Nema deformacije obratka

Stvaranje srha je zanemarivo

Nema troenja alata

Proces je siguran za okoli

Jednostavno stezanje obratka

Bruenje i poliranje nisu nepotrebni kao zavrna obrada

Uski rez omoguuje izradu vie izradaka iz jednog sirovca

Rezanja velikih debljina, 383 mm, titanij ili 307 mm,inconela

Idealan je za bakar ili aluminij koji reflektiraju laserskezrake.

3.5. Prednosti i nedostaci obrade vodenim mlazom

Inconel je skupina austenitnih elika na bazi kroma i nikla.59

Documents

PREDAVANJE-2 Obrada ultrazvukom i obrada vodenim mlazom.pdf