Průvodní list Šablona: III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Vzdělávací materiál: Prezentace Určen pro: 4. ročník oboru Strojírenství a 3. ročník oboru Ekonomika a podnikání Vzdělávací oblast: Strojírenská technologie – Strojní obrábění Název učebního materiálu: Nekonvenční metody obrábění Jméno autora: Ing. Miroslava Jeřichová Datum vytvoření: Reg.č. projektu: CZ.1.07/1.5.00/

Klíčová slova: elektrický výboj, elektrolýza, vodní paprsek, laser, ultrazvuk, elektronový paprsek, plazma. Anotace : Prezentace je určena žákům 4. ročníku oboru Strojírenství pro výuku v předmětu Strojírenská technologie a žákům 3. ročníku oboru Ekonomika a podnikání v předmětu Strojírenská výroba. Inovuje výuku použitím multimediálních pomůcek – prezentace. Metodické pokyny: Tento materiál uplatní učitel při výkladu dané problematiky, použité obrázky, fotografie a videa zvýší názornost výkladu. Prezentaci mohou žáci použít i v rámci samostatné domácí přípravy na výuku.

Nekonvenční metody obrábění  Charakteristické rysy  Přehled metod  Elektroerozivní obrábění  Elektrochemické obrábění  Obrábění ultrazvukem  Obrábění vodním paprskem  Obrábění laserem  Obrábění plazmou  Obrábění elektronovým paprskem

Charakteristické rysy metod  Možnost obrábění velmi tvrdých a pevných materiálů  Nepoužívá se standartní řezný nástroj  Na obráběný materiál nepůsobí žádné řezné síly  Nevznikají klasické třísky  Na obrobek působí nepatrné nebo žádné teplo  Metody využívají fyzikálních a chemických principů  Možnost obrábět rozměrově malé i velké plochy složitých tvarů  Možnost automatizace  Vysoká energetická náročnost

Přehled metod  Podle principu úběru materiálu můžeme jednotlivé technologie rozdělit: 1.Tepelné působení elektrického proudu: elektroerozivní obrábění 2.Chemické působení el. proudu: elektrochemické obrábění 3.Mechanické působení el. proudu: obrábění ultrazvukem 4.Obrábění paprskem koncentrované energie: vodní paprsek, laser, plazma, paprsek elektronů

Elektroerozivní obrábění EDM (Electrical Discharge Machining, obrábění elektrickým výbojem) je proces elektrojiskrového obrábění, jenž k odstranění materiálu z obrobku erozí používá sérii elektrických výbojů (jisker). Princip: 1.Obrobek a nástrojová elektroda jsou ponořeny do dielektrika a zapojeny do obvodu stejnosměrného proudu 2.V místech největšího přiblížení nástroje a obrobku vzniká elektrický výboj, kov se taví, odpaří kráter 3.Úběr materiálu nastává tlakovým a tepelným účinkem el. výboje 4.Dielektrikum je kapalina s vysokým el. odporem destilovaná voda, deionizovaná voda, petrolej….. 5.Nástrojová elektroda se navrhuje a konstruuje pro každé obrábění samostatně 50% z celkových nákladů, materiál: Cu, W+Cu,W+Ag, Cu+Cr, mosaz, grafit

Elektroerozivní obrábění Obr Princip zařízení pro elektroerozivní obrábění 1 – směr posuvu nástrojové elektrody, 2 – nástrojová elektroda, 3 – generátor, 4 – pracovní vana, 5 – tekuté dielektrikum, 6 – obrobek, 7 – elektrický výboj

Nástrojová elektroda Elektroda má negativní tvar obrobené plochy, který je prostřednictvím výbojů kopírován do obrobku

Elektroerozivní obrábění  Metoda EDM je klíčovou technologií ve výrobě forem pro vstřikování plastů, zápustek a lisovacích nástrojů. Metoda EDM se používá pro přímé obrábění tvarově složitých a přesných součástí. Celkem existují dva typy obrábění EDM: řezání drátem a hloubení  Řezání drátovou elektrodou – nástrojem je tenký měděný drát, který se automaticky odvíjí pomocí speciálního napínacího mechanismu a může odebírat materiál v každém směru a ve spojení s vhodným řídicím systémem je možné přesně obrábět i velmi složité tvary. Systém umožňuje naklopení nástrojové elektrody vzhledem ke svislé ose v rozsahu ±30°.Pro zajištění automatizovaného procesu obrábění jsou moderní stroje vybaveny automatickým vrtáním díry pro zavedení drátu

Elektroerozivní obrábění Při drátovém řezání je požadovaný tvar uložen v počítači a předán stroji jako program, podle kterého stroj vyřeže požadovaný tvar samostatně, vedením drátu podél naprogramovaných křivek. Princip elektroerozivního řezání drátovou elektrodou 1 – drátová elektroda, 2 – CNC řídicí systém, 3 – generátor, 4 – směr posuvu elektrody, 5 – vyřezaná drážka

Elektroerozivní obrábění - hloubení CNC stroj pro hloubení složitějších tvarů Složením pohybů v hlavních osách x, y, c, z, lze vytvořit nejrůznější tvary, osazení, dutiny, které by jinými způsoby obrábění nešly vyrobit.

Elektrochemické obrábění (Electro Chemical Machining - ECM )  Podstatou metody je elektrolýza vodivé materiály  Obrobek (anoda) je ponořen do elektrolytu a dochází na něm k reakci, při které se kationty elektrolytu slučují s anionty anody a postupně rozrušují (ubírají) kov z anody. Anoda kopíruje tvar katody (nástrojové elektrody) nástroj má různé tvary  Elektrolyt: NaCl, NaNO 3, NaClO 3, HCl  Sekundární jev – vzniká pasivační vrstva, zhoršuje el. vodivost, zpomaluje probíhající reakci nutnost jejímu vzniku zabránit např. otáčejícím kotoučem, proudem elektrolytu

Elektrochemické obrábění  Obr Princip elektrochemického obrábění

Elektrochemické obrábění v proudícím elektrolytu Používá se pro hloubení dutin složitých tvarů v těžkoobrobitelných materiálech. Obrábění vnější tvarové plochy-lopatka turbíny

Anodomechanické obrábění Dělení tvrdých materiálů, broušení tvarových nástrojů ze slinutých karbidů Elektrolyt-vodní sklo, borax

Obrábění ultrazvukem Ultrasonic Machining - USM  K úběru materiálu (i elektricky nevodivých) dochází mechanickým působením zrn abraziva, kavitačního a chemického účinku kapaliny, která zrna mezi obrobek a nástroj přivádí, kapalinou je např. petrolej. Zrna jsou rozkmitána nástrojem, který kmitá vysokou frekvencí 20 – 30 kHz. Materiál nástroje např. Fe, mosaz a funkční část, která je opotřebována brusivem je např. ze slinutého karbidu  Brusivo-korund, karborundum  Použití: obrábění keramiky, skla, slinutých karbidů..

Obrábění ultrazvukem Ultrasonic Machining - USM  Oblast použití: dělení tvrdých materiálů, hloubení drážek, dutin rotačních i nerotačních, výroba tvarových nástrojů ze slinutého karbidu, broušení, lapování a leštění skla, řezání kompozitů…..

Obrábění ultrazvukem

Obrábění vodním paprskem- Water Jet Machining - WJM  Používá se vysokotlaký a vysokorychlostní vodní nebo hydroabrazivní paprsek ( granát, olivín, oxid hlinitý )  Kinetická energie média se mění na mechanickou práci dochází k oddělování částic materiálu  Základem každého řezacího systému je vysokotlaké čerpadlo, které prostřednictvím multiplikátoru generuje tlak vody až na 400 MPa, dnes jsou testovány stroje i s pracovním tlakem až 600 Mpa  Vysokotlakým vedením je voda dopravována k řezací hlavě, kde je systémem trysek vytvořen vlastní „řezací nástroj“ Průměr paprsku 0,15 až 0,3 pro řezání měkkých materiálů: pryž, korek, plast

Obrábění vodním paprskem- Water Jet Machining - WJM  Průměr paprsku 0,8 až 1,5 hydroabrazivní paprsek pro řezání tvrdých materiálů: kov, keramika, kámen, sklo  Rychlost na výstupu z trysky 600 až 1000 ms -1  Výhody: studený řez ( maximální ohřev 40 až 50°C ) nedochází ke změně vlastností ani k deformaci dílce, při řezu nedochází k porušení povrchové úpravy, možnost řezat různé kontury, možnost tvorby mozaiky, a to i z odlišných materiálů např. kov do kamene nebo dlažby, při kvalitním řezu není nutné další opracování, možnost řezat jakýkoliv materiál: kalená ocel, sklo, sandwitch materiály, skelné lamináty, pryž

Obrábění vodním paprskem- Water Jet Machining - WJM  Nevýhody: Při horších kvalitativních stupních řezu u silnějších materiálů dochází k deformaci kontury řezu ve spodní hraně vlivem tzv. výběhů paprsku  u kovových materiálů možnost vzniku povrchové koroze  nelze řezat kalené sklo-při řezu se rozpadne

Obrábění vodním paprskem- Water Jet Machining - WJM  Technologie vodního paprsku bez abraziva nebo s abrazivem nabízejí široké možnosti uplatnění:  chemický průmysl - dělení výbušných látek (dynamit, tuhá paliva raketových motorů  potravinářský průmysl - dělení potravin v syrovém i zmraženém stavu  elektrotechnický a elektronický průmysl - řezání feritů, keramiky, skla, amorfních látek, permanentních magnetů  strojírenský průmysl - řezání Ti, W, slinutých karbidů, kompozitů

Obrábění vodním paprskem  Ukázka výrobků Řetězová kola ocel tl. 60mm mozaika dlažba Sklo tl.12mm

Obrábění vodním paprskem Zásobník s grafitovým pískem Nový řezací systém PTV

Obrábění vodním paprskem Vysokotlaké čerpadlo

Obrábění vodním paprskem  Ukázka z exkurze žáků 4. ročníku

Obrábění laserem Laser Beam Machining - LBM  LASER - Liht Amplification by Stimulated Emission of Radiation - zesílení světla pomocí vybuzené emise záření. Běžné světelné záření je vlnění, které se šíří všemi směry, zesílením je vytvořen úzký svazek fotonů  Pro obrábění využíváme energie fotonů, laserový paprsek soustředíme ( fokusace čočkou ) na velmi malou plochu, v místě dopadu fotonů se přemění jejich kinetická energie na energii tepelnou ( v místě dopadu teplota až °C) materiál se nataví a odpaří  Základní vlastnosti laserového paprsku: 1.monochromatický – má v podstatě jednu vlnovou délku

Obrábění laserem  2. koherentní - částice kmitají se stejnou fází v rovině kolmé na směr šíření paprsku  3. vysoká výstupní hustota - CO 2 laser W cm -2  Využití laseru: řezání, vrtání, pájení, svařování, tepelné zpracování, gravírování, lékařství, měření, IK technologie

Obrábění laserem  Základní schéma

Obrábění laserem

 Ukázka z exkurze žáků 4. ročníku

Obrábění plazmou- Plasma Beam Machining - PBM  Plazma – ionizovaný plyn, který je tvořen volnými elektrony, pozitivně nabitými ionty a neutrálními atomy, jeho ionizace je dosažena vysokou teplotou, která vzniká rozpadem molekul plynu při průchodu elektrickým obloukem mezi dvěma elektrodami (nejčastěji užívaný způsob - katodou je wolframová elektroda, anodou řezaný materiál)  Vysoká teplota plazmy ( °C až °C ) způsobí tavení a odpařování obráběného materiálu  Zdrojem paprsku plazmy je plazmový hořák  Použití: řezání těžkoobrobitelných ocelí, soustružení těžkoobrobitelných materiálů s plazmovým předehřevem

Obrábění plazmou Plazmový hořák

Obrábění plazmou

Pro pohyb hořáků je využíváno CNC řízení

Obrábění elektronovým paprskem- Electron Beam Machining - EBM  Princip metody: spočívá ve využití soustředěného svazku elektronů, který vysokou rychlostí (až 3/4 rychlosti světla) dopadá na malou plochu obrobku, kde v místě dopadu se kinetická energie mění na energii tepelnou materiál se taví a odpaří  Proces probíhá ve vakuu až Pa  Použití: mikro obrábění, svařování - letectví a kosmonautika, vrtání velmi malých otvorů, lze vrtat díry již od průměru 0,015 mm, a to rychlostí až děr za sekundu  opracování především těžkoobrobitelných materiálů, jako žáropevných ocelí, austenitických ocelí, hliníkových a titanových slitin, drahokamů, tantalu, wolframu a speciálních slitin používaných v letectví a kosmonautice

Obrábění elektronovým paprskem  1– wolframový drát, 2 – elektronové dělo, 3 – izolátor, 4 – elektronový paprsek, 5 – elektromagnetické čočky, 6 – průzor, 7 – obrobek, 8 – pracovní stůl, 9 – elektrostatické vychylování elektronového paprsku, 10 – vývěvy, 11 – napájecí zdroj

Použité zdroje: Zdroje obrázků: AUTOR NEUVEDEN. [online]. [cit ]. Dostupný na WWW: AUTOR NEUVEDEN. [online]. [cit ]. Dostupný na WWW: save/Dokoncovaci_a_nekonvencni_metody_obrabeni/Nekonvencni%20metody/Elektroerozivni%20obraben i/Obrazky/013-obr1.jpg, AUTOR NEUVEDEN. [online]. [cit ]. Dostupný na WWW: AUTOR NEUVEDEN. [online]. [cit ]. Dostupný na WWW: save/Dokoncovaci_a_nekonvencni_metody_obrabeni/Nekonvencni%20metody/Elektroerozivni%20obraben i/Obrazky/018-Makino_EDGE2-5XR-CNC.jpg, AUTOR NEUVEDEN. [online]. [cit ]. Dostupný na WWW: age/8/840.jpg AUTOR NEUVEDEN. [online]. [cit ]. Dostupný na WWW: save/Dokoncovaci_a_nekonvencni_metody_obrabeni/Nekonvencni%20metody/Elektrochemicke%20obrabe ni/009-lopatek.jpg AUTOR NEUVEDEN. [online]. [cit ]. Dostupný na WWW: save/Dokoncovaci_a_nekonvencni_metody_obrabeni/Nekonvencni%20metody/Elektroerozivni%20obraben i/Obrazky/046-zarizeni.jpg, AUTOR NEUVEDEN. [online]. [cit ]. Dostupný na WWW: save/Dokoncovaci_a_nekonvencni_metody_obrabeni/Nekonvencni%20metody/Ultrazvuk/006-otevreny.jpg

Použité zdroje: AUTOR NEUVEDEN. [online]. [cit ]. Dostupný na WWW: AUTOR NEUVEDEN. [online]. [cit ]. Dostupný na WWW: AUTOR NEUVEDEN. [online]. [cit ]. Dostupný na WWW: AUTOR NEUVEDEN. [online]. [cit ]. Dostupný na WWW: AUTOR NEUVEDEN. [online]. [cit ]. Dostupný na WWW: save/Dokoncovaci_a_nekonvencni_metody_obrabeni/Nekonvencni%20metody/Laser/Obrazky/009- obecne_schema.jpg AUTOR NEUVEDEN. [online]. [cit ]. Dostupný na WWW: save/Dokoncovaci_a_nekonvencni_metody_obrabeni/Nekonvencni%20metody/Laser/Obrazky/003- monochromaticky.jpg, AUTOR NEUVEDEN. [online]. [cit ]. Dostupný na WWW: save/Dokoncovaci_a_nekonvencni_metody_obrabeni/Nekonvencni%20metody/Paprsek%20plazmy/ 003-Esab.jpg, AUTOR NEUVEDEN. [online]. [cit ]. Dostupný na WWW: save/Dokoncovaci_a_nekonvencni_metody_obrabeni/Nekonvencni%20metody/Paprsek%20plazmy/ 005-materialu.jpg

Použité zdroje: AUTOR NEUVEDEN. [online]. [cit ]. Dostupný na WWW: save/Dokoncovaci_a_nekonvencni_metody_obrabeni/Nekonvencni%20metody/Paprsek%20pla zmy/007-Esab_Suprarex-SXE-P.jpg save/Dokoncovaci_a_nekonvencni_metody_obrabeni/Nekonvencni%20metody/Paprsek%20pla zmy/007-Esab_Suprarex-SXE-P.jpg AUTOR NEUVEDEN. [online]. [cit ]. Dostupný na WWW: save/Dokoncovaci_a_nekonvencni_metody_obrabeni/Nekonvencni%20metody/Paprsek%20pla zmy/002-Rasor_G9120-II.jpg, AUTOR NEUVEDEN. [online]. [cit ]. Dostupný na WWW: save/Dokoncovaci_a_nekonvencni_metody_obrabeni/Nekonvencni%20metody/Elektrochemic ke%20obrabeni/001-rozpousteni.jpg Použitá videa z vlastních zdrojů Použitá literatura: ŘASA,KEREČANINOVÁ. Nekonvenční metody obrábění [online]. [cit ]. Dostupný na WWW: Doc. Ing. Anton Humár, CSc.: TECHNOLOGIE I, TECHNOLOGIE OBRÁBĚNÍ – 3. část, Interaktivní multimediální text pro bakalářský a magisterský studijní program, 2005, dostupný na save/Dokoncovaci_a_nekonvencni_metody_obrabeni/TI_TO-3.cast.pdf