Különleges megmunkálások

Különleges megmunkálások

(MSc)

www.uni-miskolc.hu/~ggytmazs

2/

-Kifejlesztésüket a megmunkálandó anyagok fejlődése indikálta

-anyagválasztásanyagkészítés

Különbözőenergia formák hasznosítása:

-Hő -Kémiai -Elektrokémiai -Mechanikai

Különleges megmunkálás:

•fizikai folyamatuk lényegében, vagy

•folyamatjellemzőkben

jelentősen különböznek a hagyományos eljárásoktól

1. A különleges megmunkálások jellegzetességei és csoportosításuk

3

Mikor alkalmaznak különleges megmunkálásokat?

- Ha a megmunkált anyag keménysége, szilárdsága túlságosan nagy.

- Ha a munkadarab túlságosan rugalmas vagy karcsú ahhoz, hogy elviselje a forgácsolás közben fellépő erőket.

- Ha összetett bonyolult alakzatot kell megmunkálni (külső, belső).

- Ha nem megengedett jelentősebb hő keletkezése, illetve a felületi hőmérséklet növekedése.

- Ha nem keletkezhet maradó feszültség - Ha a felületi minőség nem biztosítható.

- Ha a pontosság nem kielégítő.

Különleges megmunkálások csoportosítása

Mechanikai energiát hasznosítók Kémiai energiát hasznosítók

Elektro-kémiai energiát hasznosítók

Hőenergiát hasznosítók

Ultrahangos Vízsugaras Abrazív vízsugaras Kémiai Elektro-kémiai

Elektro-eróziós Lézersugaras Elektronsugaras Ionsugaras Plazmasugaras

5

a) Termikus anyagleválasztási eljárások

Elektromos áram termikus hatását kihasználó eljárások:

o szikraforgácsolás (EDM)

Sugaras megmunkálások:

jól koncentrálható nagy energiasűrűségűsugár végzi a megmunkálást:

olézersugaras (LBM), oelektronsugaras (EBM), oionsugaras (IBM)

oPlazmasugaras, plazmaíves(PBM, PAC) megmunkálások

6

b) Kémiai megmunkálások

A marandó munkadarab és a marószer között lejátszódó vegyi reakciókonalapulnak.

Az anyagleválasztás közvetlenül a marószer és a munkadarab kölcsönhatásában történik, nincs szükség semmilyen áramforrásra.

Eljárások:

•Maratás

•Kémiai polírozás

c) Elektrokémiai megmunkálások

Az eljárás az elektromos áram vegyi hatásán alapul.

Csoportosítása:

• Elektrokémiai süllyesztés

• Elektrokémiai köszörülés

• Elektrokémiai polírozás

• Elektrokémiai sorjátlanítás

d) Mechanikai megmunkálások

Az eljárások mechanikai folyamatok alkalmazásán alapulnak Csoportosításuk:

•Sugaras eljárások

ovízsugaras vágás (WJM, WJC)

oabrazív vízsugaras vágás (AWJM, AWJC)

•Ultrahangos megmunkálás (USM)

•Nagysebességűforgácsolás (HSC vagy HSM)

•Ultraprecíziós megmunkálás (UP)

(A hőenergiát különféle módokon hozhatjuk létre, e szerint különböztetjük meg az eljárásokat)

- szokták ezt az eljárást az ún. villamos megmunkálások közé is sorolni - a villamos energiát nem mechanikaivá alakítja, hanem hőenergiává - az anyagleválasztásra fordított hányad kevés, a hatásfok kicsi - csak villamosan vezető anyagok munkálhatók meg így

- szerszáma: elektróda, a mechanikai tulajdonságok nem fontosak

2. Elektroeróziós megmunkálások

(Szikraforgácsolás, EDM Electro Discharge Machining)

- vezetőképesség - hőkapacitás - olvadáshő Hőenergiát hasznosító eljárás

Elektroeróziós megmunkálások

Erózió: Külső hatásra létrejövő jelentős mértékű roncsolódás

Kisülések szabályozása - szikrakisülés - ívkisülés - (hideg kisülés)

hatására megy végbe

Elektroeróziós megmunkálás Elecktro-erózió: Elektromos kisülés hatására jön létre

11

Történelmi áttekintés

az elektromos kisülés eróziós hatását 1770-ben fedezték fel

primitív EDM gépek (1920.-40., vibráló elektródok, relaxáló áramkörök, szervo kontroller)

a II. világháború idején terjedt el, a fegyvergyártásnál alkalmazták, különleges keménységűanyagok megmunkáló módszere (impulzus generátor, X-Y-Z irányú mozgatás)

EDM szabadalom: 1943., Lazarenko-testvérek

WEDM szabadalom: 1945., Perfilev és Bauer

az elsőszerszám és gépgyártásban alkalmazható berendezést az Erosimat C gépetMagyarországonfejlesztették ki, ami1958-ban elnyerte a Brüsszeli Világkiállítás Nagydíját

1960-as évek: független impulzus-generátorok

1970. körül javítják a mechanikát, az öblítést, a vezérlést (CNC), az elektronikát

1975. használható WEDM megmunkálógép

Elektroeróziós megmunkálások

1: dielektrikum 2: előtoló mű 3: generátor E: szerszám W: munkadarab

2.1 Szikraforgácsoló rendszer felépítése

Szikraforgácsolás:

- elektródákat (T – W) egyenfeszültségre kapcsol - dielekrikumba (szigetelő folyadékba) merülve - kisüléssorozat létrehozása az elektródák között

13

Tömbelektródás szikraforgácsolás 2.2 Az anyagleválasztás folyamata szikraforgácsoláskor

- feszültség kapcsolása az elektródákra

- potenciálkülönbség létrejötte a dielektrikumban az elektródás között (80-250V)

- ionizáció a folyadékban (a)

- a szigetelő „átüt”, vezető csatorna jön létre (szikra, ív) (b, c, d) - az ív hőmérséklete nő (10000K), gázbuborék keletkezik (c, d, e) - az anyag megolvad, gőzzé válik, szétfröccsen (e)

- az ívfeszültség gyorsan esik, az energia utánpótlás megszűnik, a kisülési csatorna összeomlik, a gázbuborék szétrobban (f) - a megolvadt fém apró cseppekben szilárdul, kényszeröblítés - deionizáció, a teljes ciklusidő ~ 10-50µs

14

Tömbelektródás szikraforgácsoló gép felépítése

2.3. A szikraforgácsoló rendszer elemei

a) A szikraforgácsoló gép gerjesztése

A megmunkálási ciklust ún.

impulzusgenerátorokkalvezéreljük

-vezérelt impulzusgenerátor a generátor egyenfeszültségét tranzisztor és kapcsoló segítségével visszük az elektródákra

-relaxációs generátor(olcsó) kapcsoló és tároló elemként

kapacitást és induktivitást alkalmaznak - számítógépes vezérlés

17

b) Dielektrikum

Szükséges tulajdonságok:

- kis vezetőképesség(kisebb távolságnál jön létre a kisülés, nagyobb energiasűrűség, jobb leképzés) -viszkozitás: nagyoláshoz nagy

simításhoz kicsi -ne legyen egészségre ártalmas, - nagy forráspontilllobbanáspont

- anyaguk jellegzetesen: petróleumbázisú paraffinok vagy deionizált víz (kis furatok pl.) - hűteni és szűrni kell

- a munkatérben mindig friss kell (áramoltatás)

18

Öblítési technikák

Normál

Fordított Sugár

Rezgetéses

19

c) Szerszám elektróda

Szükséges tulajdonságok:

- magas olvadáspont - jó elektromos vezető - könnyen megmunkálható

Leggyakoribb szerszámanyagok:

-vörösréz - króm-réz - wolfram-réz - wolfram-ezüst - sárgaréz - wolfram - acél,

-grafit ₂₀

Hőtágulási együtthatója a negyede a rézének, (alak és mérethűség) Sűrűségeötöde a rézének, (könnyebb)

Leválasztóképessége1,5-3 –szor nagyobb Kisebb a kopása

Nagyobb méretekalakíthatók ki belőle Nagyobb hősokk-kalszembeni ellenállás Megmunkálhatóságasokkal könnyebb

A grafit napjainkban kezdi kiszorítani a rezet:

Az elektróda kopása

-mennyiségi - sarok - frontális - oldal

A grafit szublimál 3550 °C-on, fekete füstfellegekkísérik a EDM-et

21

2.4 Technológiai jellemzők

- a leválasztott anyagrész annál nagyobb, minél nagyobb a kisülés energiatartalma

Egyszeri szikrakisülés okozta kráter fémfelületen

22

Potenciál-különbség: 40-400 V (pulzáló egyenáram)

Áramerősség: 1-300 A Szikraköz: 0,01-0,05 mm Szikrahőmérséklet: 3800 °C

Technológiai jellemzők

- anyagáram, mm³/min, időegység alatt leválasztott anyag - az elektróda relatív kopása, %, elektróda kopás/mdb fogyás

-áramerősség:I 1-300 A

általában <2% elérhető

Az áramerősség hatása a relatív kopásra

Az optimumérték 3-4 A áramerősségnél van

2.5 A felület minősége

d, h (R_max) méretekkel jellemezhető

- a felületi rétegben jelentős változások történnek - a ciklusidő és az áramerősség befolyásolja elsősorban

Azonos energia esetén I_enövelésével d csökken, h nő t_cnövelésével d nő, h csökken

25/30

Azonos energia esetén I_enövelésével d csökken, h nő t_cnövelésével d nő, h csökken

26/30

A felület minősége

Az áramerősség és a ciklusidő hatása a felület érdességére

A felületi érdesség a ciklusidőés az íváram növelésével növekszik

27/30 28

A szikraforgácsolt felület alatti réteg kilágyul, keménysége csökken.

A kilágyult réteg vastagsága arányos a vágási energiával (0,05 mm simítófokozatban, 0,2 mm nagyoló fokozatban).

A felület minősége

Felületi réteg probléma a szikraforgácsolásnál

29

A kilágyított réteg abrazív megmunkálással távolítható el.

A felület minősége

Felületi réteg kikeményedés, mikrorepedés

A munkadarab élettartamának növelése érdekében az újrakristályosodott fémet tartalmazó kikeményített réteget eltávolítják, vagy a dielektrikumba adagolt segédanyagporok (Al, Si, C, 1-100 µm) segítségével felületileg ötvözik, tükörszerű EDM felületet hozva létre (kevés mikrorepedés).

2.6 A felület alatti rétegek tulajdonságai

pl. edzett acél - Felület nagyon kemény - Maradófeszültség: az

ujraszilárdult rétegben húzó, alatta nyomó (kedvezőtlen) - Rossz kifáradási tulajdonságok - Felületi réteg hálós

repedésének veszélye

30/30

2.1.5 A megmunkálás pontossága

Elsősorban az alkképzés pontosságát értjük alatta.

Több tényező befolyásolja:

- a gép kinematikai pontossága

- beállítás pontossága

- szerszám gyártási pontossága - hő okozta deformációk - elektróda rés egyenetlensége - elektródafogyás

2.1.6 A szikraforgácsolás változatai

- tömbelektródás - huzalelektródás Valódi változatok:

33

forgó fej és tömbelektróda Tömbelektródás szikraforgácsolás

34

Elektróda bolygatás

Tömbelektródás szikraforgácsolás

Huzalos szikraforgácsolás

- huzal: 0,05-0,3 mm átmérőjű vörös- vagy sárgaréz

- szigetelő folyadék: deionizált víz - a huzal lassan fogy, pótolják - elektróda rés egyenetlensége - elektródafogyás

- egyenlőtlen anyagleválasztás

Ma már CNC vezérlésűek Léteznek kombinált berendezések is.

35/30 36

Huzal anyagok

• Sárgaréz 100%

• Bevonatos sárgaréz

• 45% Zn / 55% Cu

• Acélmagos cink bevonat

Anyagleválasztás

A huzalfeszítés növelése csökkenti a huzal vibrációját, a vágórés szélességét, így növelhető az előtolás sebessége. (határ: a huzal szakítószilárdsága).

Az áramerősség és a kisütési frekvencia megduplázása kétszeresére növeli az anyag leválasztás sebességét.

37

Huzalos szikraforgácsolás

38

Huzalos szikraforgácsolás

Mikro szikraforgácsolásos fúrás

Hengeres mikro-elektróda D = 30 m és az általa volfrámba fúrt lyuk Megoldandó problémák:

• Precíziós elektróda (volfrám, volfrám- karbid) megmunkálás

• Elektróda pozicionálás ( 1 m, sztereo mikroszkóp!!),

• Nagy nyomású dielektrikumos öblítés

• Megfelel villamos jellemzők (I = 0,01*IEDM)

• Pontos elektróda vezetés

1/

3. Lézersugaras megmunkálások

(LBM, Laser Beam Machining)

Lézer:erős, párhuzamos fénysugarat adó fényforrás.

Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation magyarul: fényerősítés indukált emisszióval

megelőlegezte, hogy bizonyos feltételek együttállásakor a fény adott közegben nem csak gyengülhet, hanem  erősödhet is

Lézersugárzás:1917 Einstein elmélete:

L A S E R

2

Lézersugár:nagy energiasűrűségű(koncentrált),  párhuzamosított fénynyaláb, mintha

végtelenben lévőfényforrásból jönne, kis átmérőben szabályozható.

Ipari megmunkálások: vágás, fúrás, hegesztés, feliratozás, hőkezelés, átolvasztás, felületi mikroötvözés

Az elsőlézer:rubin lézer

Theodore Maiman (1960)

3

3.1 Stimulált emisszió (áttekintés)

A stimulált emisszió útján felszabaduló foton energiája,  frekvenciája, fázishelyzete és haladási iránya azonos a 

stimulálást kiváltó fotonéval, továbbá az így „megszaporodott”

fotonok további kölcsönhatások révén még újabb fotonokat  szabadíthatnak fel.

4

5 6

Stimulált emisszió Spontán emisszió

3.2 Optikai rezonátor

• Azok a fotonok melyek haladási iránya nem merőleges a tükörre,

9

A lézer közeget két tükör közé helyezik.

A fénysugár ide-oda verődik, így a fotonok átlagos úthossza megnő, s vele együtt a stimulált emisszió valószínűsége.

Optikai rezonátor

10

11

‐ Energia bevitellel (fény, hő) gerjesztjük az atomok, molekulák, ionok elektronjait, vagy megváltoztatjuk a molekulák rezgési állapotát.

‐ A gerjesztett elektronok magasabb energianívójú elektronpályára kerülnek.

‐ Az alapállapotba történő visszatérés során a két elektronpálya  energiakülönbségének megfelelő hullámhosszúságú fényt  sugároznak ki.

‐ A kisugárzott fényt rezonanciával erősítjük (a lézerkamra a hullámhossz felének egész számú többszöröse, egyik vége teljesen visszaveri a fényt, a másik részlegesen).

3.3 Lézersugár előállítása

12

Az erősítő interferencia feltétele

Lm  hullámhossz,

2 m: nagy egész szám

.

Állóhullám kialakulása:

_^c_^mc

 2L

A frekvencia:

13

• A fény színe (hullámhossza) az elektronpályák közötti energiaszint különbségtől függ

E

E

E

E

Energia szint diagram

14

3.4 A lézerfény jellemzői

Párhuzamos fénynyaláb(egy közönséges izzóval ellentétben). 

Monokromatikus, mivel a gerjesztett atomok meghatározott frekvenciájú sugárzást bocsátanak ki (a közönséges izzó fehér fénye különbözőfrekvenciájú sugárzások keveréke).

Koherens: azaz a fényhullámok azonos fázisban vannak Polarizált(egy síkban rezgő) fény.

A lézerek energiája kis térrészbenkoncentrálódik, impulzus üzemmód esetén nagyonrövid időtartamban.

A lézerfény teljesítménysűrűségenagy (a megszokott  fényforrásokénak sokszorosa lehet).

A lézerek hatásfoka nagyonkicsi(0,1‐18%).

A lézerfény tulajdonságai

• Nem befolyásolja a mágneses tér.

• Nem szükséges, hogy a munkadarab elektromos vezető legyen.

• Minden anyaggal kölcsönhatásba lép (fém, műanyag, fa, kerámia).

• Működéséhez nem kell vákuum.

• Nem keletkezik röntgen‐sugárzás

3.5 Lézerek típusai (a lézerközeg alapján)

•Szilárdtest (szennyezettionkristály)‐lézer

‐Rubin lézer

‐Nd‐YAG lézer (Neodímium‐Yttrium‐Alumínium‐Gránát)

•gázlézer

•félvezetőlézer

•folyékony festéklézer

•

17

Jellegzetes lézer fényforrások - Rubin lézer

- Nd-YAG lézer (Neodímium-Yttrium-Alumínium-Gránát) - CO₂lézer

- stb

Rubin lézer

-csak azok a sugarak maradnak meg a rendszerben, amelyek szigorúan

párhuzamosak a kristály hossztengelyével.

-amikor a fény energiája meghaladja azt a mértéket, amely már ki tud lépni a

féligáteresztő tükrön, a lézer világítani kezd.

-a két tükör miatt a kilépő fény már nagyon párhuzamos nyalábokból áll

-a sugár széttartása (divergenciája) elhanyagolhatóan kicsi.

18

Rubin lézer

19

‐ CO₂ lézer , 10.600 nm

‐ He‐Ne lézer, 632.8 nm

elektromos gerjesztés Gázlézerek

20

21

He-Ne lézer

22

3.6 Lézerek alkalmazása

Vágás

Fúrás

Hegesztés

Jelölés, gravírozás

Felület strukturálás

Marás, üregképzés

Ötvözés, hőkezelés

Bevonás

Speciális alkalmazások:

Prototípus gyártás (SLA, SLS,  LOM..)

Speciális bevonatok (LCVD, ..)

Képalkotás, optika

Spektroszkópia

Mérés

Lézer sebészet

Lézer fogászat

3.7 A lézersugaras megmunkálások lényege

céltárgyra termikus vagy fotokémiai energia formájában

- Az energia átvitel eredményeként a céltárgy anyaga megolvad, és az olvadékot gázsugárral eltávolítjuk, vagy közvetlenül elpárologtatjuk - A lézeres megmunkálások lokalizált, kontaktusmentes eljárások, az

erőhatások mikro-skálán mozognak (a foton-nyomás hatása elhanyagolható)

3.8 A lézeres megmunkálógépek felépítése

- lézer előállítása - sugárvezetés - fókuszálás - relatív mozgás

A relatív mozgás

többféleképp megoldható

25

Mozgató rendszerek

A relatív mozgás többféleképp megoldható

26

Megmunkáló gépek

27

3.9 Lézersugaras vágás

- Nagy energiasűrűségű, erősen fókuszált (d = 0,1 mm), koherens fény hatására a fém megolvadés részben elpárolog vagy elég - Az energia 10^-11s alatt hővé alakul

- Vágási sebesség: 1-10 m/min - energiasűrűség: 10⁴-10⁵W/mm²

- a munkagáz (pl. argon) a megolvadt anyagot kifújja

- vékony vágórés

- relatíve keskeny hőhatás zóna

28

• A tükrökkel a sugár irányítható

• A lencsékkel fókuszálható

• A segédgáz eltávolítja az ömledéket

29

Lézersugárral vágható anyagvastagságok

- acél: 15 mm - műanyag. 25 mm

30

Lézersugárral vágható anyagvastagságok

Lézersugárral vágható anyagvastagságok Lézersugárral vágható anyagvastagságok

33

3.10 Lézersugaras technológiák

34

Lézersugaras technológiák

Lézersugaras fúrás

35

Lézersugarashegesztés

Lézersugaras technológiák

36

Lézersugaras gravírozás

Lézersugaras technológiák

4. Plazmasugaras megmunkálások

(Plasma Beam Machining, PBM)

4.1 A plazma

- nagy energiaállapotú gáz

- az anyag „negyedik halmazállapota”

- ionok és elektronok halmaza

- egyenáramú ív segítségével állítják elő - 10⁷K hőmérséklet hozható létre

2

• Fogalma

– 4. halmazállapot (anyag energia szintje)

– Magas hőmérsékletű, elektromosan vezető,ionizált állapotú gáz

• Jellemzői

– töltések összekeveredve , egyenletesen helyezkednek – Könnyen elmozdítható

töltéshordozók → jó elektromos vezető→ hőmérséklettel növelhető

A plazma

Az anyag halmazállapotai A plazma kialakulásának tényezői

5

Az anyag plazma állapotban előfordul:

• világűrben

• igen magas hőmérsékleten

• természetes- vagy mesterséges úton létrejött gázkisülésekben Csillagködök:

ködszerű, látható plazmaképződmények (Cygnus köd)

Villám:

Gázkisülés atmoszférikus nyomáson

6

Jellegzetes plazmaállapotok

7

Az univerzum látható anyagának 99,9%-a plazma állapotban van (csillagok, csillagközi és bolygóközi anyag)

8

Plazmatechnológia – Felületek tisztítása – Plazma képernyők – Kémiai alkalmazások

Fluoreszcens lámpa

Ívlámpa

Plazma alapú fényforrások – Plazma-megmunkálás,

felületi rétegek felvitele, plazmaszórás

Plazmaszórás

9

4.2 Plazmasugaras megmunkálás

- elektróda (-) általában wolfram - munkadarab (+)

- kettő között ív jön létre

- a részecskék ütköznek a gázatomokkal, ionok jönnek létre - vágógáz és védőgáz

- gáz: ne legyen eróziós hatása ne károsítsa az elektródát és a fúvókát

Plazma előállítása:

A plazmasugaras vágás lényege

4.3 Plazmasugaras vágás elemei

• Áramforrás,

• plazmaégő,

• munkadarab,

• vágóasztal,

• gázellátó-,

• hűtő rendszer

A plazmavágás berendezései

14

A plazmavágás berendezései

15

4.4 Plazmavágási eljárások

Kétgázos eljárás – Kézi eljárásoknál – Levegő vagy nitrogén

Egygázos eljárás

– Munkagáz (plazmagáz) – Segédgáz (védőgáz) – Többféle variáció

16

Plazmavágási eljárások

Víz-befecskendezéses plazmavágás

– Segédgáz helyett víz – Hűtés

– Jobb felületminőség – Korrózióálló anyagokhoz Vízzel védett plazmavágás

– Munkagáz oxigén vagy nitrogén

– Víz fecskendezés a sugárba – Kisebb sugár átmérő

– Jobb felület

A plazma sugár hőmérsékleteloszlása (4mm –re a kilépéstől)

18

Plazmagázok:

Levegő Oxigén O₂ Nitrogén N₂

Argon - Hidrogén gázkeverék Ar (65%) - H₂(35%)

Nitrogén – Hidrogén gázkeverék N₂(95%) - H₂(5%)

Védőgázok:

Levegő Nitrogén N₂ Széndioxid CO₂

Védőgáz helyett használnak vizet is.

4.5 Plazma- és segédgázok, technológiai adatok

Technológiai adatok:

– Előtoló (vágási) sebesség – Íváram

– Gázösszetételek – Gáznyomások – Fúvókamagasság

– Fúvóka anyag és kialakítás

4.6 A plazmasugaras vágás minősége és hatékonysága

– Jellegzetes vágási felület – Elhajlási vonalak

– Salak

– Viszonylag nagy vágási mélység

A plazmavágás hatékonysága

21

A plazmavágás hatékonysága

22

A plazmavágás hatékonysága

23

A plazmavágás költéghatékonysága

4.7 Plazmával segített forgácsolás

5. Elektronsugaras megmunkálás (Electron Beam Machining, EBM)

Elektron ágyú:

-Kibocsátja az elektronokat (katódsugárcső)

- katód: volfrám, tantál

- Felgyorsítja az elektronsugarat 200 000 km/s

- a fénysebesség 66%-a!

- Elektromágneses mező:

kis- (< 30 kV) és nagyfesz.

(> 100 kV) rendszerek - Fókuszálja a munkadarabra

(elektromágneses lencse ) - Nagy energiasűrűség

1 MW/mm²

- Röntgen-sugár veszély

26

Megmunkáló gép

Elektronsugaras hegesztőgép

- csökkenti a szennyeződéseket (hatása azonos a tiszta argonéval) - megakadályozza a levegőt alkotó gázok molekuláival való ütközéseket - megakadályozza az égést

A vákuum feladata:

- A mdb a másodperc milliomod része alatt 1000 °C-ra hevül, helyi olvadás és elpárolgás

- az üreg belsejében kialakult nagy nyomás ki- és felfelé préseli az olvadékot a lyukból,

- rendkívül pontos, kis átmérőjű furatok

Precíziós finommegmunkálásokhoz: pl finomfúrás (<10m) Elektronsugaras megmunkálások alkalmazása

- Speciális szűrők készítése (saválló acélból)

- Fémek (Ti ötvözetek) és nemfémek, ultrakemény, rideg és törékeny anyagok (kerámiák, zafír, kvarc) precíziós fúrása

- lemezvastagság 0,01-5mm - a sugár könnyen

eltéríthető

- hátrány: vákuum kell

Az elektronsugaras megmunkálás energiasűrűsége

1

6. Kémiai megmunkálások (Maratás) (Chemical Machining, CHM)

A kémiai megmunkálások a

• marandómunkadarabés a

• marószer

között lejátszódó vegyi reakciókon alapulnak.

Az anyagleválasztás tehát közvetlenül a marószer és a munkadarab kölcsönhatásában történik,nincs szükség áramforrásra.

A folyamatokat legfeljebbhevítésselvagykeveréssel

intenzifikáljuk. Elsősorbanagresszív maró anyagokalkalmasak.

Alumínium, színesfémek és nemfémek (pl. üveg megmunkálására alkalmasak). Nem nagyméretű alkatrészek gyártásakor.

2

Kémiai megmunkálások

Maratás

A megmunkálandó munkadarab felületet a megfelelő marószerrel közvetlen kapcsolatba kell hozni.

Amelyeket nem akarunk megmunkálni, a marószer elől el kell takarni.

Az alkatrészek felülettel párhuzamos rétegeinek meghatározott helyen való eltávolítására ill. vékony lemezek külső kontúrjának, áttöréseinek kialakítása.

(i) Clean (ii) Apply resist (iii) UV exposure (iv) Development (v) Etching (v) Stripping (i) Clean (ii) Apply resist (iii) UV exposure (iv) Development (v) Etching (v) Stripping

Foto-kémiai eljárások

3

Maratás

Technológiai paraméterei:

‐A munkadarab és a vegyszer anyaga‐‐‐‐‐elsősorban ez határozza meg

‐a merítés időtartama

‐a hőmérséklet

Oldószerként acélnál: sósav, kénsav, foszforsav keveréke üvegnél: hidrogénfluorid (folyékony – üvegszerű, fényes

gázállapot – matt )

Takaráshoz: acélnál: tisztítás után különbözőállapotú gumi, amit rászárítanak üvegnél: viasz, parafin

Védő réteggel részben fedett felületeknél a bevonat határánál alámaródás tapasztalható (maratás mélységével egyezik meg).

Kémiai megmunkálások

4

Pontosság: elsősorban a munkadarab pontossága határozza meg Felület minősége:

Érdesség:- munka jellegéből adódóan nem lényeges.

‐közelítőleg eredeti felületnek felel meg Felületi réteg állapota :

- változásokat (keménység,szövetszerkezet, felkeményedés) a megmunkálás (!) nem okoz.

- Kifáradást rontó tényező nincs.

A maratás jellegzetességei

5

Kémiai polírozás

Megfelelően választott erős savba mártott érdes felületről a csúcsok lemaródnak, míg a mélyedésekben az anyag nem oldódik.

Ennek oka,

- hogy a csúcsokon és a mélyedésekben különböző az oldószer koncentrációja(és ennek megfelelően a pH értéke is),

- a csúcsokon és a mélyedésekben különböző az oldószer koncentrációja (és ennek megfelelően a pH értéke is),

- a mélyedésekben passziváló hártya képződik, amely gátolja a fém oldódását.

- Túlmaratás lehetséges!

A maratás sajátosságai

6

A maratás sajátosságai

- nincsenek erők, „szerszámok”

- a maszk szélén alámetszés képződhet, kb. a rétegvastagság nagyságának felel meg

Leggyakoribb alkalmazása:

• finommechanikában, műszertechnikában főként vékony (néhány tized mm vastagságú)

lemezekből készült, bonyolult alakú alkatrészeket gyártása

• üveg maratása

• félvezetőtechnika

• nyomatott áramkörök készítése

• homogén és heterogén szövetszerkezetek vizsgálata, egyes fázisok megkülönböztetése és a szemcsehatárok láthatóvá tétele

A maratás alkalmazásai Jellegzetes alkalmazások

9

Kémiai polírozás

- Az egyenlőtlen maródás következtében a felület fokozatosan simább lesz, fényesedik.

- Polírozáshoz általában foszforsav–salétromsav–ecetsav megfelelő keverékét használják.

- Leggyakoribb alkalmazási területe : különböző munkadarabok fényesítése

A maratás sajátosságai

7. Elektrokémiai megmunkálások

(Electron Chemical Machining, ECM)

A folyamat lényege az ún. anódikus oldódás

Anód (+):

- töltéscsere - fémleválás - O₂keletkezik

Katód (-):

- töltéscsere - fémkiválás - H₂keletkezik

Elektrolit: NaCl vizes oldata

- csapadék

keletkezik (Fe-OH) - FeCl disszociál - hőfejlődés - csak a vizet kell

pótolni

- az intenzitás az áramerősségtől függ

11

Anód (+):

-Fe = Fe²⁺+ 2e^- fémleválás, Fe kationok - O₂keletkezik

Katód (-):

-H₂O + 2e^-= H₂+ 2OH^- az elektronok a vízmolekulákkal reagálnak, H₂képződik OH^-anion - fémkiválás

- H₂keletkezik Elektrolit:

-Fe²⁺+ 2OH^-= Fe(OH)₂ az Fe kationok és az OH anionok reakcióba lépnek vashidroxid kicsapódás

12

NaCl →molekulái felbomlanak, nátrium + víz →nátrium hidroxid + hidrogén

2 Na + 2 H₂O→2 NaOH + H₂ anód: vas oldódik, vasklorid

2 Cl + Fe→FeCl₂

a nátriumhidroxid és a vasklorid

reakciója következtében nátriumklorid és vashidroxid 2 NaOH + 2 FeCl₂ →2 NaCl + Fe(OH₂) Elektrolit:

Jellegzetes eljárások - Elektrokémiai süllyesztés - Elektrokémiai polirozás - Elektrokémiai köszörülés

(elizálás)

Elektrokémiai süllyesztés vázlata

Az elektrokémiai megmunkálások előnyei:

•A szerszámkopás elmaradása.

•Az alacsony megmunkálási hőmérséklet.

•A szövetszerkezeti változások elmaradása.

14

• Szerszám (katód): vörösréz, sárgaréz vagy rozsdaálló acél

• A szerszámba furatokat készítenek, ezeken keresztül vezetik be az elektrolitot mintegy 10‐25 bar nyomáson.

• Az elektrolit áramlási sebessége a munkahézagban 10÷50 m/s.

7.1 Elektrokémiai süllyesztés

NaCl →molekulái felbomlanak, nátrium + víz →nátrium hidroxid + hidrogén 2 Na + 2 H₂O→2 NaOH + H₂ anód: vas oldódik, vasklorid

2 Cl + Fe→FeCl₂

a nátriumhidroxid és a vasklorid reakciója következtében nátriumklorid és vashidroxid

2 NaOH + 2 FeCl₂ →2 NaCl + Fe(OH₂)

Elektrokémiai süllyesztés Elektrokémiai süllyesztés

Jellemző adatok (techn. adatok):

Elektrolit:

Munkafeszültség:

Áramsűrűség:

Munkarés (s):

NaNO₃, NaCl, KCl, HNO₃ vizes oldata 5 ÷ 20 V

0,1 ÷ 4 A/mm² 0,05 ÷ 1 mm v_f előtolósebesség: 0,2 ÷ 10 mm/min Jellemzői:

• A munkakéregből a vashidroxidot tartalmazó elektrolitot elszívjuk, tisztítás és szűrés (ülepítés) után az

17

• A katódon hidrogén válik ki, robbanásveszélyes gázbuborék formájában ...→csökken az anyagleválasztási sebesség.

• Öntöttvas, acélok megmunkálásakor az ionsav gyakran mérgező anyagokat tartalmaz→környezetvédelmi utasítások.

• Elektrolit elektromos ellenállása miatt hő keletkezik, hűtésről gondoskodni kell.

Felületminőség: igen kedvezően alakul

• ausztenites, saválló, rozsdamentes acéloknál Rmax < 1 μm

• szénacélok Rmax = 5‐10 μm

• szemcseszerkezet nem szenved változásokat

• jól tükrösíthető Alkalmazási terület:

Nagy keménységű, nehezen megmunkálható anyagok.

Néhány nemesfém és nem nemvasfém (karbidok miatt) nem.

Elektrokémiai süllyesztés

Jellemzői: Elektrokémiai süllyesztőgép

példák

19 20

• A szerszám nem dolgozó részeit szigetelik.

• Hatásmechanizmus azonos az elektrokémiai süllyesztéssel, de nincs előtoló mozgás.

• Az elektródákat a munkafeszültség bekapcsolása és az elektrolit hozzávezetése előtt megfelelőtávolságra (0,5–1 mm) beállítják

7.2 Elektrokémiai sorjátlanítás

21

Elektrokémiai sorjátlanítás

• Az áramerősség a csúcshatás és a kis elektródaköz miatt a kiálló sorjánál (csúcs‐hatás) a legnagyobb.

• Faraday –törvény – itt a legnagyobb az anyagleválasztási sebesség is.

• Az elektródák megfelelőkialakításával, különösen bonyolult alakoknál, nagysorozat és tömeggyártásban rendkívül gazdaságosan alkalmazható.

22

7.3 Elektrokémiai polírozás

‐Munkadarabot elektrolittal megtöltött kádba helyezzük.

‐Elektródok közötti távolság lényegesen nagyobb mint elektrokémiai süllyesztésnél.

Következmény:

+ áramsűrűség nagyon alacsony

+ mdb. felületéről nagyon vékony réteg válik le

+ az áramsűrűség a mdb. érdesség csúcsain nagyobb (mélyebb rétegeket az elektroliton képződő sófilm tölti ki) + a felület egyenetlenségei fokozatosan lemunkálódnak, a

felületi érdesség javul

Elektrokémiai polírozás

- speciális alkalmazások, finom felületek létrehozása

kiindulási állapot

durva sorjátlanítás

csiszolással 10 perc elektro polírozás Elektrokémiai polírozás

25 26

7.4 Elektrokémiai köszörülés (elizálás)

• A hagyományos köszörülés és az elektrokémiai anyagleválasztás kombinációja.

• Az elektrokémiai megmunkálás előnyeit (szerszámkopás elmaradása, az alacsony megmunkálási hőmérséklet, szövetszerkezeti változások elmaradása) a köszörülésre tudjuk átültetni.

• Szerszám: fémkötésű(elektromosan vezető) köszörűkorong

A mdb. felületén keletkező anód‐filmet (amely az elektrokémiai oldást hátráltatja) a mozgó szemcsék eltávolítják.

Elektrokémiai köszörülés (elizálás)

- szerszám: abrazív szemcsék, pl. bórnitrid (szigetel) fémes kötőanyagban (vezető)

- alapvetően anódos megmunkálás - a szemcsék csak a leválasztott anyag

eltávolításában segítenek

- fontos a megfelelő résméret biztosítása

1: csiszoló szemcsék 2: fémes kötőanyag 3: munkadarab 4: fellazított réteg 5: elektrolit

Elektrokémiai köszörülés (elizálás)

- NC köszörűgépen komplex profilok kialakítására

- Kemény anyagok (zsugorított karbidok, alaktartó ötvözetek:

Inconel, Nimonic, titánötvözetek, fémkompozitok: Al-Al2O3) megmunkálása

- Speciális szerszám-elektródokat használnak polikristályos gyémánt (PCD) csiszolóporral

Alkalmazás

30

Speciális alkalmazás:

Elektrokémiaikorongszabályozás

•fordított polaritás

•elektrokémiai úton a korong fém kötőanyagát oldja, a szemcsékre nincs hatással

•minden szemcse hasznosan, a megmunkálás során kopik el, majd a kopott szemcse kihullása biztosítja az új, éles szemcsék felszínre kerülését

• az intenzitást (a kötőanyag oldásának sebességét) az áramsűrűség (A/m2) értéke határozza meg, amit az anód‐katód távolságával (az elektrolit réteg vastagságával) állíthatunk be

• folyamatosan, megmunkálás közben is alkalmazható, kiküszöbölve a korong szabályozása által igényelt holtidőket

Az áramerősség hatása az elektrokémiai megmunkálások jellemzőire

1

8. Ultrahangos megmunkálások (Ultrasonic machining, USM)

Ultrahang: azok a hangok, amelyek az emberi hallásküszöb, azaz 20 kHz feletti

frekvenciatartományba esnek.

Két csoportra osztjuk az ultrahangot, aszerint, hogy a hang intenzitása 1W/m²‐nél kisebb vagy nagyobb.

• aktív ultrahangok, 1 W/m²‐nél nagyobb intenzitás esetén,

• passzív ultrahangok, 1 W/m²‐nél kisebb intenzitás esetén.

- terjedésükhöz közvetítő közeg kell - a közegek határától visszaverődnek - a jellemző ultrahang frekvencia:

16 kHz - 100 MHz - hallható: 20 Hz - 20 kHz.

- infrahangok: 20 Hz alatt

Ultrahang: Rugalmas közegben terjed mechanikai hullám

Gázban, folyadékban:

longitudinális hullám,

szilárd anyagokban emellett transzverzális és tágulási hullámok is jellemzőek - energiasűrűség: 10W/cm²

- ágyú elsütésekor az ágyúcső nyílása mellett közvetlenül 0,001 W/cm² hangenergia mérhető,

- 10 000 ágyút kell elsütni egyszerre

Ultrahangos megmunkálás

3

Aktív ultrahangokat a műszaki életben megmunkálásra (forgácsolás, vágás, hegesztés, forrasztás, hőfejlesztés, gáztalanítás, tisztítás, stb.) alkalmazzák. Ilyenkor a

mechanikus rezgés munkavégző képességét használják ki.

Passzív ultrahangokat elsősorban a mérés‐és híradástechnikában, valamint a katonai felderítésben alkalmaznak.

Az ultrahangok (általában) longitudinális, azaz hosszirányú hullámok, melyek az átvivő közeg molekuláinak gerjesztésével terjednek, elhanyagolhatóan kicsi csillapítással.

A levegőben hangsebességgelterjed (20°C‐on343 m/s).

A terjedési sebesség a közvetítő közegtől függ:

• acél és alumínium:

• beton:

• víz:

• acél és alumínium: 5100 m/s,

• beton: 3800 m/s,

• víz: 1460 m/s.

4

Aktív ultrahangokalkalmazási területe elsősorban a kemény, rideg anyagok megmunkálása:

o üveg o zafír

o korund (alumínium oxid) o ferrit

o PCD (polikristályos gyémánt) o piezokerámia

o kvarc

o szilícium karbid bevonat o műszaki kerámia

Ultrahangos anyagleválasztás:

1. Munkadarab 2. Rezgő szerszám 3. Csiszoló-szuszpenzió

(bór-karbid vagy szlicíum-karbid)

6

Ultrahangos anyagleválasztó berendezés elvi felépítése

Ultrahangos megmunkálógépek

Koncentrátor kialakítások

9

1. A szerszám oszcilláció amplitúdója (a₀) ( 15 ‐50 µm) 2. A szerszám oszcilláció frekvenciája (f) (19 kHz÷25 kHz) 3. A szerszám előtoló ereje (F)

4. Szerszám anyaga (lágyacél, titán ötvözés)

5. Az abrazív anyag típusa (bórkarbid, szilícium karbid, alumínium oxid)

6. Az abrazív anyag mérete (d) (100‐800um) 7. A szerszám érintkező felület nagysága (A) 8. Az abrazív anyag koncentrációja (C)

9. A munkadarab és a szerszámanyag szilárdságának aránya λ=σ_w/σ_t

Ultrahangos megmunkálások paraméterei

10

Ultrahangos megmunkálások paraméterei

11

Különleges megmunkálások alkalmazása Eljárások összehasonlítása

8. Abrazív vízsugaras vágás

I.e. : természetes folyósodrás ásványok tisztításához (Egyiptom) I.e. : mesterséges vízsugár ásványok tisztításához (Róma) 1850: vízsugár használata az arany bányászatában (USA)

1930: vízsugár alkalmazása a szénbányászatban (Oroszország, 7 bar)

1950: vízsugaras tisztítás

1960: a vízsugaras vágás kutatása

1970: nagynyomású rendszerek kifejlesztés ( 4000 bar) 1972: első ipari alkalmazások (FLOW)

1980: abrazív por adagolása a vízsugárhoz

1983: kereskedelemben beszerezhető abrazív vízsugaras berendezések

2000: 6000 bar

8.1.  Az abrazív vízsugaras technológiák történeti  áttekintése

8.2 Az abrazív vízsugaras vágás elve

Vízsugaras vágófej

Vágófej kialakítások

A vágófej működési elve

1: nagynyomású víz;

2: elsődleges (vizes) fúvóka;

3: keverőkamra;

4: védősapka;

5: fröccsenő víz;

6: munkadarab;

7: a munkadarabot tartó rács;

8: a kádban lévő víz;

9: a munkadarab már vágott része;

10: abrazív fúvóka;

11: abrazív homok

A vízsugaras rendszerek elemei

z y

x

Abrazív vízsugaras vágófej Munkadarab

Nyomásnövelő szivattyú

Abrazív adagoló készülék

Rezgős adagoló

Megmunkáló rendszer A nyomásfokozó

Nyomásrendszer 8.4 CAD/CAM  tervezés lépései

MegaCAD Program

Formátum konverzió

MG  Converter  Program

Elhelyezési terv, szimuláció

Nesting Program

Különböző alakzatok előállítása

Üvegek

Műanyagok Kerámiák

Fémek

Fa

Acél

Nagy vastagságban is !!

pl. 132 mm Kompozitok

Különböző alakzatok előállítása

Abrazív vízsugaras vágás Abrazív vízsugaras vágás

Víz Víz Víz

Nyomás létrehozása

Nyomás létrehozása

Nyomás létrehozása

Víz- fúvóka

Víz- fúvóka

Abrazív anyag tároló

Szívótér (keverőtér) Abrazív

fúvóka Szuszpenziós

fúvóka Abrazív anyag szuszpenzió Abrazív anyag nyomástartó

Vízsugaras vágás (WJ)

Injektoros abrazív vízsugaras vágás (AWJ)

Abrazív szuszpenziós vágás (ASJ)

8.5 A vágósugarak fajtái

szuperszonikus sebesség v=500‐1400 m/s

Sebesség és energia‐

eloszlás a sugárban

v  2 p



v: a sugár sebessége

p: víznyomás p=150‐500 MPa  ρ: a közeg sűrűsége

Bernoulli törvény:

8.6 A megmunkáló sugár jellegzetességei

A sugár belső struktúrája

Kölcsönhatás a környezettel:

‐a koherens sugár sérül 

‐a levegő mennyisége növekszik

‐megkezdődik a divergencia 

‐a terhelés változhat: statikus – dinamikus

‐a környezet elnyeli az energia egy részét

Közvetlenül a kilépésnél  célszerű forgácsolni !

A sugár becsapódásának iránya

Becsapódási szög: 0‐90^o a) merőleges sugár: ~90^o b) ferde sugár:      <90^o c) érintő sugár:      ~0^o

‐Kis vízáram  0.5‐5 l/min

‐Kis forgácsoló erők, max. 100 N

‐Alacsony hőmérséklet 60‐90 °C

‐Nincs károsodás az anyagban

Injektoros sugár alkotóelemei

Tömegarány Térfogatarány

víz, abrazív szemcsék, levegő

8.7 Az anyagleválasztás lényege abrazív vízsugaras  vágáskor

Erózió:szilárd részecskékkel való ütközés hatására bekövetkezett jelentős anyagveszteség

Nagy energiasűrűség Felgyorsult erózió

Megmunkálás

• képlékeny alakváltozás nyírással

• kopás

• repedések összenövése

• rideg törés

• helyi megolvadás (szikrázás)

Rideg és szívós erózió vízsugaras vágáskor

Szívós erózió Rideg erózió

Szívós anyagokra

Jellegzetes vízsugárral vágott felület

8.8 A vízsugaras vágás paraméterei

AWJ Berendezés Anyag Eredmény

abrazív anyag abrazív mérete abrazív tömegáram fúvóka hossz és átmérő

nyomás

vágási sebesség fúvóka magasság

keménység repedési tulajdonság keménység szilárdság lemez vastagság

anyagleválasztási sebesség

tűrés

felületi érdesség vágórés szélesség és forma

8.9 Pontossági kérdések

Az irányváltás okozta pontatlanságok A vágórés lehetséges alakjai (anyag: laminált papír) Megmunkálási hiba > 0.1 mm

Változó vágási front

1 2

v v v v

1 2

v v v v

Vágófej döntése az előtolás síkjában

vv vv



vv vv



Vágófej döntése az előtolás síkjára merőlegesen

A pontosság növelése a vágófej döntésével

8.10 A bevágási mélység értelmezése

1 mmW_i W_top

W_j W_e

1 mm

W_b,min W_b,max

30 mm 1 mm

W_i W_top

W_j W_e

1 mm

W_b,min W_b,max

30 mm

Bevágási mélység:  k_max Átvágott felület

Az anyagleválasztás a bevágási mélységgel jellemezhető

Bevágott alumínium  ill. üveg

8.11 A technológiai paraméterek hatása a vágórésre és  pontosságra

A vágórés alakja az egyik legnehezebben kézben tartható minőségi jellemző

Alapvetően az időegység alatt bevitt energiával szabályozható

A technológiai paraméterek hatása

Nyomás

Bevágási mélység

Előtolás

Bevágási mélység

Fúvóka magasság

Bevágási mélység

Abrazív áram

Bevágási mélység

A technológiai paraméterek hatása

Az előtolás és az abrazív áram hatása  a bevágási mélységre

p=3000 bar

8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 18,00 20,00

depth of kerf k, mm

ma=6 g/s ma=5 g/s ma=4 g/s

X12Cr13 stainless steel

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 traverse rate f, mm/min

depth of kerf k, mm m=400

m=200 m=100

p=250 MPa

20 25 30 35 40 45

erf k, mm

m=400 m=200 0

5 10 15 20 25 30 35 40 45

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 traverse rate f, mm/min

depth of kerf k, mm m=400

m=200 m=100

p=300 MPa

AlMgSi0,5

Az előtolás és az abrazív áram hatása 

a bevágási mélységre

AlMgSi0,5

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

150 200 250 300 350

pressure p, MPa

depth of kerf k, mm

f=100 f=300 f=500 f=700 f=800 m=100g/min 0

5 10 15 20 25 30 35 40 45

150 200 250 300 350

pressur p, MPa

depth ofkerf k, mm

f=100 f=300 f=500 f=700 f=800 m=200g/min 0

5 10 15 20 25 30 35 40 45

150 200 250 300 350

pressure p, MPa

depth of kerf k, mm

f=100 f=300 f=500 f=700 f=800 m=400g/min

Az előtolás és az abrazív áram hatása  a bevágási mélységre

Különböző anyagminőségek bevágási mélységei

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

0 250 500 750 1000 1250 1500 traverse rate f, m/min

depth of kerf k, mm

AlMgSi0.5, p=2000 bar marble, p=2000 bar Steel X12Cr13, p=2000 bar

Kétféle lehetséges erózió Rideg (pl. márvány)

Szívós (pl. alumínium)

nehézkes szívós erózió, jelentéktelen rideg erózió

Acél:

márvány acél AlMgSi0,5

8.12 A megmunkált felület érdessége

(200 mm/min) (250 mm/min)

3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7

0 5 10 15 20

de pth of ke rf, mm

surface roughness Ra, um p=207 Mpa

p=345 Mpa aluminium f=127 mm/min garnet 80 ma=3,8 g/s dn=0,25 mm dm= 0,76 mm

3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7

0 5 10 15 20

de pth of ke rf, mm

surface roughness Ra, um p=207 Mpa

p=345 Mpa aluminium f=127 mm/min garnet 80 ma=3,8 g/s dn=0,25 mm dm= 0,76 mm

3 4 5 6 7 8 9

0 5 10 15 20 25

depth of kerf, mm

surface roughness Ra, um

f=64 mm/min f=191 mm/min f=254 mm/min aluminium p=345 Mpa dn=0,25 mm dm=0,76 mm garnet 80 ma=3,8 g/s

3 4 5 6 7 8 9

0 5 10 15 20 25

depth of kerf, mm

surface roughness Ra, um

f=64 mm/min f=191 mm/min f=254 mm/min aluminium p=345 Mpa dn=0,25 mm dm=0,76 mm garnet 80 ma=3,8 g/s

Irodalmi adatok [B. Havlik, Z. Krajny]

A megmunkált felület átlagos érdessége

0 2 4 6 8 10 12

0 100 200 300 400 500 600

feed rate, mm/min

Ra, um

p=200, 250, 300 Mpa, m_a= 200, 400 g/min

f=100 mm/min Ra ~ 5÷8 m f=300 mm/min Ra ~ 5÷10 m f=500 mm/min Ra ~ 4÷10 m

A megmunkált felület átlagos érdessége

Saját mérések

p=250 MPa,m_a=400 g/min ,f=100 mm/min p=200 MPa,m_a=400 g/min ,f=300 mm/min

p=200 MPa, m_a=200 g/min , f=300 mm/min

R

= 6.03 m

R

=69.41 m R

= 6.74 m

R

=68.25 m R

= 6.21 m

R

=57.51 m

A megmunkált felület érdessége

W

=10.70 m

= 61.52 m

W

=57.60 m P = 94.36 m

A megmunkált felület érdessége

AlMgSi p=320 MPa dn=0,25 mm dm=0,8 mm garnet 80 ma=6 g/s s=3 mm 170x

35x

17x

f=100

f=300 mm/min

A megmunkált felület topográfiája Scanning 

elektron mikroszkóppal vizsgálva

8.13 Abrazív anyagok

Használatos abrazív porok: természetes vagy mesterséges

•Gránát homok

•Olivin

•Cu salak

•C salak

•Kvarc homok

•Korund Al

O

•SiC

•Porcelán

Szempontok:

•fizikai tulajdonságok

•környezeti hatások

•költséghatékonyság

•technológiai hatások

•ár

Gránát homok

A gránát azon szilikátok (SiO

)összefoglaló neve, melyek tetraéderesen kristályosodnak pl. Mg, Ca, Fe, Mn vegyületei.

Pl.: almadin pyrope Mg

Al

[SiO4]

andradit uvarovit Ca3Cr

[SiO4]

almadin

andradit kvarc

olivin

100x

250x 150x

25x

Új állapotú gránát 80 abrazív por  elektronmikroszkópos képe

77x

200x 200x

38x

Használt gránát 80 abrazív por 

elektronmikroszkópos képe

8.14 A vízsugaras vágás költséghatékonysága

Előny Hátrány

széles tartományú anyag megmunkálható relatív nagy vastagságú lemez vágható folyamat alatt nincs hőfejlődés minimális alátámasztó erő kevés hulladék

anyagra nézve nincs káros kihatás (repedés, edződés)

nincs megolvadás és füst termelődés

magas zajszint

higroszkópos anyag nem megmunkálható por és gőz termelődés

rövid a fúvóka élettartama

pontossági problémák (vágási hézag formája, felületi érdesség, stb.)

költésges

8.15 A vízsugaras vágás előnyei és hátrányai

8.16 Alkalmazási lehetőségek

Laminált szerkezetek és térbeli alakzatok vágása

t1hw

hp tw

Térbeli alakzatok vágása

•Többtengelyes robotok alkalmazása

•Biztonságtechnikai feltételek megoldása

A vízsugaras megmunkálás alkalmazási lehetőségei A vízsugaras megmunkálás alkalmazási lehetőségei

Kb. 420MPa Kb. 600MPa

8.17 További lehetséges megmunkálások

„Műveleti sorrend” – sakkfigura készítés

Lehetséges műveletek

•vágás

•fúrás

•esztergálás

•marás

Esztergálás

A befejező megmunkáláshoz:

•finomabb abrazív anyag

•Fogásvétel nélküli megmunkálás

Esztergálás

Esztergálás Fúrás

•körpályán mozgó sugárral (vágás)

•álló sugárral – a megmunkált átmérő a sugárátmérővel azonos

Korrekt geometria biztosítása nehéz

Marás

Probléma:

A bevágási mélység kézbentartása

Marás

Vízsugaras anyagleválasztási kísérletek