FYZIKÁLNÍ METODY OBRÁBĚNÍ

Prezentace na téma: "FYZIKÁLNÍ METODY OBRÁBĚNÍ"— Transkript prezentace:

1 FYZIKÁLNÍ METODY OBRÁBĚNÍ
Ing. Jana Kalinová 2013 Elektroerozívní obrábění

2 Proč fyzikální technologie?
Vývoj a používání těžkoobrobitelných materiálů na konstrukce zařízení (žáropevné, žáruvzdorné, kalené mat., keramické, slinuté kovy, kompozitní, atd.) Možnost opracování tvarově složitých součástí Miniaturizace (sondy v medicíně, regulační technice, apod.) Propojení CAD/CAM v automatizovaných provozech

3 Nevýhody fyzikálních metod?
Menší produktivita z hlediska úběru materiálu Vysoká energetická náročnost Vysoké vstupní náklady

4 Obrábění elektrickým výbojem
Elektroerozivní elektrickou jiskrou Elektroerozivní elektrickým obloukem

5 Chemické obrábění Elektrochemické obrábění Chemické obrábění

6 Obrábění paprskem koncentrované energie
Laser Elektronový paprsek Iontový paprsek Plazma

7 Mechanické procesy Obrábění ultrazvukem Kapalinovým paprskem
Proudem brusiva

8 Obrábění elektroerozivní
Pouze pro vodivé materiály !!! 1 – směr posuvu elektrody 2 – nástroj (katoda) 3 – generátor impulsů 4 – pracovní vana s dielektrikem 5 – tekuté dielektrikum (nebo plynné) 6 – obrobek (anoda) 7 – elektrický výboj a – vzdálenost anody a katody (5 až 100 mikrometrů)

9 Obrábění elektroerozivní
Elektrotepelný proces, u kterého se úběr materiálu dosahuje elektrickými výboji mezi katodou (nástrojová elektroda) a anodou (obrobek) ponořenými do tekutého dielektrika (medium s vysokým elektrickým odporem) Úběr materiálu = elektroeroze (tání a odpaření materiálu)

10 Obrábění elektroerozivní
h – hloubka kráteru d – průměr kráteru Qi – množství materiálu odebrané jedním výbojem k - součinitel úměrnosti mezi katodou a anodou We - energie výboje Ue - střední napájecí napětí Ie - střední napájecí proud t - trvání pulzu Qi = k . We (mm3) We = Ue . Ie . ti (J)

11 Fyzikální pochod úběru
Přivedením napětí na elektrody vznikne výboj Intenzita výboje je funkcí a, znečištěním dielektrika a vodivostí dielektrika Výbojový kanál je v místě vysoké rychlosti iontů = vodivý kanál mezi elektrodami Zde je teplota 3000°C až 12000°C => tání a odpaření materiálu obou elektrod

12 Fyzikální pochod úběru
Současně se odpařuje dielektrikum => bubliny, které praskají a vzniklé dynamické síly odebírají částečky materiálu Přerušením elektrického obvodu dojde ke snížení teploty, poklesu tlaku plynů, roztavený mat. je odplaven = > kráter Zbytky mat. zůstávají ve formě spalin a mikročástic

13 Fyzikální pochod úběru
Cílem je dosáhnout opakovanými výboji na obrobku maximálního úběru a na nástrojové elektrodě minimálního opotřebení Požadujeme co nejvyšší produktivitu, tvarovou a povrchovou přesnost Zajišťujeme to polaritou obvodu, četností výbojů, volbou nástrojového materiálu a volbou dielektrika

14 Obrábění elektroerozivní
Podle časového průběhu výboje rozlišujeme OBLOUK – stacionární výboj JISKRA – nestacionární výboj Výboj ovlivňuje množství odebraného materiálu a kvalitu povrchu obrobku.

15 Obrábění elektroerozivní
Časové využití periody výboje q = ti / T q – časové využití periody výboje ti – trvání pulzu T – perioda, frekvence výbojů Podle q tedy dělíme výboje na jiskrové a obloukové.

16 Stacionární výboj – elektrický oblouk
=> větší úběry….. pro HRUBOVÁNÍ Doba trvání pulzu je delší, větší než s Větší časové využití periody q = 0,2 až 1 Frekvence výbojů je nižší Hustota proudu 102 až 103 A/mm2 Teplota ve výbojovém kanálu nižší, tj. 3300°C až 3600°C Energie výbojů vyšší, tj. We = 102 J

17 Nestacionární výboj – elektrická jiskra
=> menší úběry….. pro DOKONČOVÁNÍ Doba trvání pulzu je krátká, menší než s Malé časové využití periody q = 0,03 až 0,2 Frekvence výbojů je vysoká Hustota proudu asi 106 A/mm2 Teplota ve výbojovém kanálu vysoká, tj. cca 12 000°C Energie výbojů nižší, tj. We = 10-5 až 10-1 J

18 Využití elektroerozivního obrábění
Hloubení dutin zápustek Hloubení forem (lisotechnika, vstřikování, aj.) Tvarově složité povrchy Řezání drátovou elektrodou Leštění povrchů Elektrokontaktní obrábění Mikroděrování

19 Elektroerozivní stroj

20 Elektroerozivní stroj
Schéma zapojení částí stroje pro hloubení dutin zápustek a forem: 1 – pracovní hlava 2 – filtrační zařízení 3 – filtr 4 – dielektrikum 5 – čerpadla 6 – pracovní stůl 7 – obrobek (anoda) 8 – nástroj (katoda) 9 – generátor pulzů 10 – CNC řídící systém

21 Elektroerozivní stroj
U CNC strojů je vše řízeno řídícím systémem: Pohyby a polohy pracovního stolu Pracovní parametry generátoru Přívod dielektrika Výměna elektrod ze zásobníku Řízení posuvu elektrody Kontrola probíhající elektroeroze, = >

22 Elektroerozivní stroj
Různé aplikace vyžadují různé formy elektrických výbojů z generátoru !! Druhy generátorů: Závislé elektrojiskrové (relaxační) = opakované nabíjení a vybíjení kondenzátorů ze zdroje stejnosměrného napětí. Pracovní podmínky jsou závislé na napěťových poměrech v pracovní mezeře mezi anodou a katodou !

23 Elektroerozivní stroj
Druhy generátorů: Nezávislé zdroje výbojů = pracovní podmínky nejsou závislé na napěťových poměrech v pracovní mezeře. Mechanické kolektorové a bezkolektorové generátory Tranzistorové širokorozsahové generátory (používají se nejčastěji).

24 Elektroerozivní stroj
Optimální pracovní podmínky mezi elektrodami: Nastavení čelní mezery a a její udržování v pracovním cyklu Regulace proudu a napětí Nastavení doby a frekvence pulzů Volba dielektrika Volba materiálu nástrojových elektrod Regulace přísuvu nástrojové elektrody…. ….. zajišťuje SERVOMECHANISMUS

25 Druhy dielektrika Strojní olej Transformátorový olej Petrolej
Destilovaná voda Speciální dielektrika od výrobců

26 Funkce dielektrika Izolant mezi elektrodami
Odvod tepla z prac. prostředí Ohraničení výbojového kanálu Odstranění odebraného materiálu z místa výboje Zabránění usazení částic odebraného materiálu na nástrojové elektrodě

27 Vlastnosti dielektrika
Dostatečný elektrický odpor Vhodná viskozita Dobrá smáčivost Bod vzplanutí > 60°C Hygienická a ekologická nezávadnost Nízká cena

28 Způsoby vyplachování dielektrika
VNĚJŠÍ TLAKOVÉ VNITŘNÍ 1 – katoda, 2 – vana, 3 – dielektrikum, 4 – anoda, 5 – přívod dielektrika,

29 Způsoby vyplachování dielektrika
ODSÁVÁNÍM katodou ODSÁVÁNÍM z vany 1 – katoda, 2 – vana, 3 – dielektrikum, 4 – anoda, 5 – přívod dielektrika, 6 - odsávání

30 Způsoby vyplachování dielektrika
PULSNÍ KOMBINOVANÉ 1 – katoda, 2 – vana, 3 – dielektrikum, 4 – anoda, 5 – přívod dielektrika, 6 - odsávání

31 Nástrojové elektrody Konstruují se pro každý případ zvlášť
Výrobní náklady činí až 50% Celistvé Skládané Kovové Nekovové Kombinované

32 Požadavky na elektrodový materiál
Dobrá elektrická vodivost Dobrá tepelná vodivost a kapacita Vysoký bod tání a bod varu Odolnost proti elektrické erozi Adekvátní mechanická pevnost Tvarová stálost Malá tepelná roztažnost Dobrá obrobitelnost

33 Kovové materiály Elektrolytická měď Slitina W a Cu Slitina W a Ag
Slitina Cr a Cu Měď Ocel

34 Nekovové materiály Grafit Kombinované Kompozice grafitu a mědi

35 Výběr z kombinací nástroj-obrobek HRUBOVÁNÍ
ELEKTRODA OBROBEK KVALITA POVRCHU W – KARBID OCEL STŘEDNÍ HLINÍK DOBRÁ MOSAZ TITAN MĚĎ ANTIKORO GRAFIT RYCHLOŘEZNÁ

36 Výběr z kombinací nástroj-obrobek NAČISTO
ELEKTRODA OBROBEK KVALITA POVRCHU W – KARBID OCEL DOBRÁ HLINÍK ŠPATNÁ =>MOSAZ/OCEL MOSAZ TITAN MĚĎ ANTIKORO STŘEDNÍ GRAFIT RYCHLOŘEZNÁ

37 CNC řízení pohybů jednoduché elektrody
1 - obrobek, 2 – elektroda, 3 – pracovní pohyby

38 Složená elektroda Jednotlivé díly elektrody Vyrobená forma a výrobek

39 Rozměry elektrody kruhového tvaru
d – průměr nástrojové elektrody D – průměr dutiny a – velikost pracovní mezery Rmax – drsnost povrchu Z – tloušťka narušeného povrchu Mm – hodnota o niž musí být nástroj menší

40 d = D – 2(a + Rmax + z) = d – 2 Mm d = D – 2a
Rozměry kruhové elektrody - hrubování d = D – 2(a + Rmax + z) = d – 2 Mm Rozměry kruhové elektrody - načisto d = D – 2a

41 Upínání elektrody na přírubu
Upínání se volí podle požadované: Přesnosti výroby Operativnosti Hospodárnosti Systémové použitelnosti

42 Upínání elektrody za stopku

43 Upínání elektrody – výměnné držáky

44 Řezání – stejný princip jako hloubení
Přímkové tvarové plochy 1 – drátová elektroda (katoda) 2 – CNC řídící systém 3 – generátor 4 – směr posuvu elektrody 5 – vyřezaná drážka 6 – obrobek (anoda)

45 Drátová elektroda Měď, mosaz, molybden
Posuv a pohyb CNC řízením v 6ti osách Drát tvarově přesný Předepjatý Rovný Kalibrovaný diamantovým průvlakem

46 Celé zařízení 1 – zásobník drátu 2 – přívod výbojového proudu
3 – horní vedení drátu 4 – napínání drátu 5 – obrobek 6 – startovací díra 7 – řezaný tvar 8 – dolní vedení drátu 9 – přívod dielektrika

47 Obrobky drátořezem

48 Tvarová drátová elektroda - dutiny

49 Tvarová drátová elektroda
Třírozměrné součásti (nejen plošné) Materiál - měď Tvar trubky obdélníkového průřezu Vysoká pevnost a tuhost nástroje Pohyb ve všech osách Výroba dutin i „obrobku“

50 Leštění povrchů Pro Ra = 0,2 Pulzy nízké energie
Pulzy krátké doby trvání (3 až 5 μs) Nástroj má leštěný povrch Nástroj koná kmitavý pohyb Krátery se překrývají Hospodárná leštěná plocha do 100cm2

51 Výroba mikrootvorů Pro Ra = 0,08 až 0,5 Otvory průměr 0,02 až 5mm
Hloubka až 100mm Nízká energie pulzů a krátká doba pulzů (3 až 5 μs) Vedení elektrody skleněnou kapilárou Polohování nástroje přídavným optickým zařízením Při vyplachování dielektrika elektroda kmitá díky Ultrazvukovému generátoru kmitů

52 Výroba mikrootvorů 1 – elektroerozivní stroj
2 – ultrazvukový generátor 3 – řídící systém stroje 4 – dielektrikum 5 – obrobek 6 – nástrojová elektroda 7 – generátor pulzů 8 – převodník elektrických kmitů na mechanické

53 Elektrokontaktní obrábění
Úběr materiálu obloukovým výbojem Zapojení na střídavý proud Transformátor 10 až 250kW Frekvence 50 až 500Hz Doba trvání výboje až 0,01s Nástrojová elektroda koná otáčivý pohyb => nedojde k přivaření nástroje k obrobku Na elektrodě drážky k lepšímu výplachu dielektrika

54 Elektrokontaktní obrábění
Úběr materiálu až 106 mm3/min Tepelné ovlivnění do hloubky 0,2 až 5mm Vysoká energetická náročnost Vznik ultrafialového záření Nízká kvalita obrobené plochy Vhodné pro řezání nálitků, vtoků, opracování svarů

55 Elektrokontaktní obrábění
1 – napájecí zdroj, 2 – transformátor, 3 – obrobek, 4 – nástrojová elektroda

56 Použité zdroje ŘASA, Jaroslav, Přemysl POKORNÝ a Vladimír GABRIEL. Strojírenská technologie vyd. Praha: Scientia, 2001, 221 s. ISBN