UNIVERSITETI I PRISHTINËS “HASAN PRISHTINA” · kontroll më të rreptë mbi dimensionet, karakteristikat sipërfaqësore etj. Proceset e heqjes së materialeve janë kryesisht
Post on 19-Jun-2020
2 Views
Preview:
Transcript
1
UNIVERSITETI I PRISHTINËS
“HASAN PRISHTINA”
FAKULTETI I INXHINIERISË MEKANIKE
Nexhat Qehaja
TEKNOLOGJITË E REJA NË INDUSTRI
(Ligjerata t autorizuara)
Prishtine, 2018
2
Kapitulli
1
Proceset e përpunimit me heqje të
materialit
1.1 Hyrje
Proceset e prodhimit mund të ndahen gjerësisht në dy grupe dhe ato janë proceset primare
të prodhimit dhe proceset prodhuese dytësore. Të parat sigurojnë formën bazë dhe
madhësinë e materialit sipas kërkesës së projektuesit. Pjesët e prodhuara me këto procese
si derdhje, deformim, metalurgji të pluhurit dhe procese të ndryshme të formësimit shpesh
herë kërkojnë operacione shtesë para se të jenë gati për përdorim ose montim.
Proceset e prodhimit dytësor ofrojnë formën dhe madhësinë përfundimtare me
kontroll më të rreptë mbi dimensionet, karakteristikat sipërfaqësore etj. Proceset e heqjes
së materialeve janë kryesisht proceset prodhuese dytësore.
Proceset e heqjes së materialit mund të ndahen në dy grupe dhe ato janë "Proceset
konvencionale të përpunimit" dhe "Proceset jo-konvencionale të përpunimit".
Proceset e përpunimit me heqje të materialit janë rruga më e zakonshme për
gjenerimin e saktësive të pranueshme dimensionale dhe cilësisë sipërfaqësore. Ky
përpunim është një rrugë më e shtrenjtë për shkak të materialit të harxhaur, kohës dhe
energjisë së shpenzuar për largimin e materialit tepërt.
Proceset jo-konvencionale të përpunimit definohen si një grup procesesh që heqin
materialin e tepërt me anë të teknikave të ndryshme që përfshijnë energji mekanike,
3
termike, elektrike ose kimike si dhe kombinime të këtyre energjive, por nuk përdorin vegla
të mprehta të prerjes siç duhet të përdoren për proceset konvencionale të
prodhimit.Shembuj të proceseve konvencionale të përpunimit janë tornimi, shpimi frezimi,
zdrugimi, përshkimi, prerja, retifikimi etj.
Në mënyrë të ngjashme, përpunimi kimik (CM), përpunimi elektrokimik (ECM),
përpunimi me ultratingull (USM), përpunimi me shkarkim elektrik (EDM), përpunimi me
vrushkull uji (WJM), përpunimi me vrushkull abraziv (AJM) janë disa nga proceset jo-
konvencionale të përpunimit.
1.2 Historiku i zhvillimit të metodave të përpunimit
Përdorimi i materialeve të ndryshme për vegla është i lidhur ngusht me fillimin e
civilizimit njerëzor. Nga kohët më të hershme, metodat e prerjes së materialeve janë
mzhvilluar duke përdorur vegla dore të bëra prej kockave, shkopit ose gurit. Më vonë,
veglat e dorës janë punuar prej metaleve elementare si bronzi dhe hekuri janë përdorur
gjatë një periudhe gati një milion vjetësh. Në të vërtetë, deri në shekullin e
shtatëmbëdhjetë, veglat kanë qenë ose me dorë ose me mekanizma të shtyrë nga metoda
shumë elementare. Me metoda të tilla, u prodhuan vagonë, anije dhe mobilje, si dhe veglat
bazë për përdorim të përditshëm. Me futjen e ujit, avullit dhe më vonë, energjisë elektrike
si burime të dobishme të energjisë ka çuar në prodhimin e makinave me ngasje elektrike,
të cilat shpejt zëvendësuan veglat e dorës. Bazuar në këto përparime dhe së bashku me
zhvillimin metalurgjik të lidhjeve të çelikut si material për vegla prerëse, industritë e reja
të makinave vegla fillojnë të shfaqen në shekujt e tetëmbëdhjetë dhe nëntëmbëdhjetë.
Një kontributi i madh origjinal në këtë industri të re erdhi nga John Wilkinson më
1774. Ai ndërtoi një makinë precize për shpimin e cilindrave të motorëve, duke kapërcyer
kështu problemin që lidhej me makinat e para vegla, me ngasje nga avulli. Njëzet e tre vjet
më vonë, Henry Maudslay bëri një avancim të mëtejshëm të përpunimit kur ai krijoi një
torno me motor me vidë. James Nasmyth shpiku makinën e dytë bazike për zdrugim, me
këtë teknikë punohen sipërfaqet e sheshta, këndore, kanale dhe T-kanale duke përdorur
vegla me një teh prerës. Makina e njohur e shpimit është kategoria e tretë e makinës vegël,
e cila i hap vrimat me një punto dy tehe prerëse. Whitney rreth vitit 1818 ndërton makinën
e parë frezuese për punimin e U-kanaleve, T-kanaleve, si dhe sipërfaqeve të sheshta.
Makina e parë frezuese universale, ndërtohet më 1862 nga J. R. Brown, ishte i punësuar
për të hapjen e kanaleve të puntove spirale.
Në fund të shekullit të nëntëmbëdhjetë, prezantohet makina retifikuese. Një
formë e avancuar e kësaj teknologjie është procesi i lapimit i përdorur për të prodhuar
sipërfaqe me cilësi të lartë dhe me tolerancë shumë të ngushtë, më të vogël se ±0.00005
mm) krahasuar me ± 0.0025 mm të arritur gjatë procesit të retifikimit. Sharrat shiritore dhe
diskore rrethore janë përdorur për të prerë forma në pllaka metalike, për të bërë konturet e
jashtme dhe të brendshme, dhe për të bërë shkurtime këndore.
4
Një përparim tjetër i rëndësishëm vjen më 1896, kur F. W. Fellows ndërtoi një
makinë që mund të prodhonte çdo lloj dhëmbëzori. Ndërtimi i makinave shumëboshtore
tornuese vertikale dhe shpuese si dhe makina speciale (për shembull, përshkuese,
honinguese, dhe shpuese) janë shembuj të tjerë të dukshëm të përparimit teknologjik në
ndërtimin e makinave. Në pjesën e mëvonshme të shekullit të nëntëmbëdhjetë dhe në
shekullin e njëzetë, makinat vegla u bënë gjithnjë e më shumë me energji elektrike sesa
avulli. Makinat metalprerëse themelore i nënshtrohen përmirësimit të mëtejshëm; për
shembull, u futën në përdorim veglat me shumë tehe prerëse për makinat frezuese. Edhe
me këto përparime, praktika e makinave konvencionale ende mbështetet në parimin me të
cilin vegla duhet të bëhet nga një material që është më i forte sesa pjesa e punës që do të
përpunohet. Gjatë përpunimit me këto metoda konvencionale, operatorit i jepet vizatim i
pjesës së përfunduar. Operatori i makinës përcakton strategjinë e përpunimit, rregullon
makinën dhe zgjedh veglën, shpejtësinë dhe hapin prerës. Operatori manipulon dhe
kontrollon makinën gjatë përpunimit të pjesës e cila duhet ti plotëson kërkesat e parapara
në vizatim. Në rrethana të tilla, saktësia e produktit dhe cilësia e sipërfaqes nuk është e
kënaqshme, pasi varet nga shkathtësia e operatorit. Zhvillimi i mëtejshëm i këtyre
makinave konvencionale erdhi nga futja e teknikave të kopjimit, kamerave dhe
mekanizmave automatikë që reduktonin punën dhe rrjedhimisht ngritën saktësinë e
produktit.
Zbulimi i teknologjisë së kontrollit numerik (NC) në vitin 1953, gjerësisht hapi
dyert për kontrollin numerik kompjuterik (CNC) dhe kontrollin direkt numerik (DNC) të
qendrave përpunuese, të cilat kanë rritur saktësinë dhe uniformitetin e produktit.
Zhvillimet në proceset e përpunimit dhe makinave kanë vazhduar gjatë 50 viteve të fundit
për shkak të përmirësimeve të shpejta në industrinë elektronike dhe kompjuterike. Dizajne
të avansuara të makinave konvencionale kanë mundësuar prodhimin e formave të
ndërlikuara me një saktësi prej ± 1(μm). Në praktikën moderne gjithënjë e më shpesh
përpunohen, materialet më të forta dhe më të vështira për t'u prerë. Për këtë arsye, më
shumë vëmendje u kushtohet proceseve të përpunimit, ku vetitë mekanike të materialit të
pjesës punuese nuk vendosin asnjë kufizim në procesin e heqjes së materialit. Në këtë
drejtim, teknikat përpunimit jo-konvencional hyjnë në praktikë si një alternativë e
mundshme për përpunueshmërinë, kompleksitetin e formës, integritetin e sipërfaqes dhe
kërkesat e minimizimit.
Metodat e para të avancuara (jo-konvencionale) të përpunimit janë të iniciuara në
fund të shekullit XVIII, në vitin 1770. Shkenctari anglez Joseph Priestley është i pari që
vrojtoi dukurinë e shkatërrimit eroziv të metaleve gjatë veprimit të rrymës elektrike. Në
vendin e ndarjes së qarkut elektrik vie deri të shfaqja e shkëndijës elektrike ose harkut
elektrik. Edhe shkëndija edhe harku elektrik shkaktojnë shkatërrimin e metalit në zonën e
ndërprerjes së qarkut elektrik, përkatësisht shfaqjen e përpunimit elektroeroziv.
Hulumtimet me qëllim të evitimit të dëmshëm të efektit eroziv në vendin e kontaktit
elektrik, i kanë arritur çifti bashkëshortor i shkencëtarëve B.R dhe N.I Lazarenko (BRSS)
5
duke shfrytëzuar veprimin gjegjësisht efektin eroziv të shkarkimit elektrik, në vitin 1943
zhvillojnë metodën e përpunimit të metaleve me anë të elektroerozionit (EDM). Metodat
e para të përpunimit elektrokimik fillojnë që nga viti 1911, kur është aplikuar polirimi
elektrokimik i metaleve. Nga viti 1947 deri 1950 janë zhvilluar edhe metodat të tjera të
përpunimit elektrokimik, me zhvillimin e njëkohëshëm edhe të metodave të përpunimit
anodomekanik, anodoabraziv dhe metodave tjera të përpunimit jo-konvencional.
Bazat e laserit dhe parimet e tij fundamentale i ka parashtruar Albert Einstein, në
vitin 1917 ndërsa pajisja e parë laserike e destinuar për përpunimin e metaleve, matje dhe
kontroll të prodhimeve janë të zhvilluara në vitin 1961/62, në Bashkimin Sovjetik dhe
SHBA. Në vitin 1983 kanë filluar edhe hulumtime të rëndësishme të dukurive në zonën e
tensionit të lartë të shkarkimit të shkëndijës elektrike në mediumin e lëngët. Këto
hulumtime paraqesin fillet e zhvillimit të përpunimit elektrohidraulik. Metodat e
përpunimit elektrokimik (sidomos të korrodimit kontural kimik) janë të zbatura në
prodhimtari në vitet 1954/1955. Në ato vite në mënyrë shumë strikte janë parashtruar
kërkesat për zvogëlimin e peshës së konstruksionit, pa zvogëlimin e ngurtësisë dhe
stabilitetit të tij. Për qëllime të tilla në veçanti është efektiv përpunimi elektrokimik.
Prodhimtarinë në kushtet bashkëkohore e karakterizon zbatimi i gjerë i përpunimit me
ultratingull, përpunimit laserik, përpunimit me plazmë, përpunimit në fushën
elektromagnetike e ngjashëm. Këto janë metoda të cilat mundësojnë përpunimin e
materialeve me përpunushmëri të vështirë, ngritjen e nivelit të prodhueshmërisë dhe
ekonomicitetit të përpunimit të metaleve, dukshëm zgjerojnë zbatimin e materialeve të reja
dhe zhvillimin e konstruksioneve racionale dhe kompakte me gabarite shumë të vogla të
makinave, instrumenteve prerëse, pajisjeve etj. Teknikat inovative të përpunimit ose
modifikimet e metodave ekzistuese duke kombinuar proceset e ndryshme të përpunimit
ishin të nevojshme. Përpunimet e kombinuara (hibride) funksionojnë duke shfrytëzuar
avantazhet e proceseve të kombinuara ose reciprokisht të ndërthurura dhe duke shmangur
efektet negative të proceseve përbërëse kur ato aplikohen individualisht.
1.3 Proceset konvencionale prodhuese
Siç përshkruhet në standardin DIN 8580, proceset prodhuese klasifikohen në gjashtë grupe
kryesore: formësimi primar, deformimi, ndarja, bashkimi, shtresimi (veshja) dhe
modifikimi i karakteritikave të materialit Fig.1.1.
6
Figura 1.1 Klasifikimi i proceseve prodhuese sipas DIN 8580
Formësimi primar është krijimi i një forme fillestare nga shkrirja, gazi ose gjendje
e ngurtë pa formë. Ndarja është heqja lokale e materialit.
Bashkimi përfshin saldimin, ngjitjen, shkrirjen e materialeve. Ai prodhon nyje të
përhershme midis pjesëve që do të bashkohen. Përdoret kryesisht për të montuar shumë
pjesë për të bërë një sistem.
Shtresimi nënkupton aplikimin e shtresave të hollë në komponente, si për shembull
me galvanizim, pikturë dhe mbështjellje me fletë metalike.
Qëllimi i modifikimit të vetive të materiale është që të ndryshojë karakteristikat
materiale të pjesës së punës.
Pjesët e prodhuara me derdhje, deformim dhe proceset e ndryshme të formësimit shpesh
kërkojnë operacione të mëtejshme para se të jenë gati për përdorim ose montim. Në shumë
aplikacione inxhinierike, pjesët duhet të jenë të këmbyeshme në mënyrë që të funksionojnë
siç duhet dhe të kenë një besueshmëri gjatë jetëgjatësisë së shërbimit të tyre të pritur ;
kështu që kontrolli i saktësisë dimensionale dhe cilësisë së sipërfaqes të pjesë është e
nevojshme gjatë prodhimit.
Përpunimi përfshin heqjen e një sasie të materialit (shtesat e përpunimit) nga
materiali i pjesës punuese në mënyrë që të prodhojnë një gjeometri specifike në një shkallë
të caktuar të saktësisë dhe cilësisë së sipërfaqes.
Proceset (metodat) konvencionale paraqesin një familje të operacioneve formuese, veçoria
e përbashkët e të cilave është largimi i materialit nga pjesa e punës fillestare ashtu që
pjesa e mbetur me gjeometrinë e paraparë paraqet produktin përfundimtar.
Përpunimet konvencionale gjithashtu njihen edhe me emërtimin tradicionale, këto
përpunime kërkojnë praninë e një vegle prerëse fortësia e materialit të së cilës duhet të
jetë me madhe se ajo e materialit të copës punuese. Kjo vegël duhet të depërtoj në pjesën
7
e punës në një thellësi të caktuar. Gjithashtu, lëvizja relative midis veglës dhe materialit të
pjesës së punës është e domodoshme për formimin ose gjenerimin formës së kërkuar.
Mungesa e cilit do prej këtyre elementeve në çdo proces përpunimi; si mungesa e kontaktit
vegël-pjesë punuese ose lëvizjes relative procesin e bën jo-konvencional. Përpunimet
konvencionale sipas meknaizmit të veprimit mund të klasifikohen në; prerje dhe
mekanike abrazive (MA) Fig.1.2.
1.4 Proceset jo-konvencionale
Për shkak të konkurrencës globale dhe kërkesave të konsumatorëve, industritë prodhuese
vazhdimisht ballafaqohen me sfidat e kostos ekonomike, kohëzgjatjen e ofrimit të
produktit, kohëzgjatjen e ciklit të prodhmtarisë etj. Përpunimi i materialeve të reja
inxhinierike me vetitë e tyre të përmirësuara (termike, kimike dhe mekanike) me proceset
konvencionale të prerjes dhe abrazion mekanik është i vështirësuar, joekonomik, e shpesh
edhe i pamundur. Kjo është për shkak se përpunimi konvencional shpesh bazohet në
heqjen e materialit duke përdorur vegla prerëse që duhe të jenë më të forta se materiali i
pjesës së punës. Kjo kërkon edhe përsosjen e proceseve ekzistuese konvencionale,
zhvillimin e veglave prerëse të reja më kualitative dhe proceseve të ashtuquajtura procese
jo-konvencionale të përpunimit.
Për të zgjidhur kërkesat aktuale të prodhimit të materialeve të avancuara, metodat
e përpunimit jo-konvencionale tani po pranohen në mbarë botën për të ulur koston e
prodhimit dhe kontrollin efektiv mbi parametrat e përpunimit. Përpunimet jo-
konvencionale po përdoren gjerësisht në aplikimet industriale për kontroll të efektshëm
dhe përzgjedhjen optimale të parametrave të procesit gjatë përpunimit. Këto metoda luajnë
rol të rëndësishëm në prodhimet e industrisë së automobilave, të mbrojtjes dhe prodhimit
të stampave (matricave). Proceset jo-konvencionale të përpunimit janë procese tek të cilat
largimi i tepricës së materialit, ndryshimi i formës, dimensionit dhe strukturës së materialit
realizohet me shfrytëzimin e energjisë elektrike, kimike, optike, magnetike, nukleare dhe
formave tjera të energjisë të sjellura drejtpërdrejt në zonën e përpunimit.
8
Figura 1.2 Proceset me heqje të materialit
1.4.1 Karakteristikat themelore
Karakteristikat themelore të proceseve jo-konvencionale të përpunimit janë të kushtëzuara
me llojin në energjisë, mekanizmin për shkatërrimin e materialit, llojin e mediumit
transmetues dhe burimit të energjisë. Mirëpo, e padiskutueshme është që vendi dhe
rëndësia e metodave jo-konvencionale të përpunimit në teknikën dhe teknologjinë
bashkëkohore rrjedh si rezultat i ndikimit të një mori faktorëve më pak ose më shumë
relevant, e para së gjithash të:
Faktorët që lidhen me rritjen e shpejtësisë, ngarkesës dhe temperaturës së punës
së elementeve përgjegjëse të makinave dhe pajisjeve, rritjen e besueshmërisë së
punës dhe jetëgjatësisë, si dhe nomenklaturës së materialeve me specifikim të
kërkesave nga aspekti i karakteristikave. Plotësimi i këtyre kërkesave realizohet
me zbatimin e gjërë të çeliqeve me rezistencë të lartë, jo-koroduese, çeliqeve dhe
metaleve me legurime të larta, të gjysmë përçuesve (germaniumit dhe siliciumit
etj.), materialeve kompozite dhe materialeve tjera përpunueshmëria e të cilave
me metodat klasike është shpesh edhe i pamundur.
9
Faktorëve që lidhen me aplikimin më substancial të përpunimit me deformim,
derdhjen precize, e në veçanti me përdorimin gjithnjë më të madh të masave
plastike dhe prodhimeve të punuara prej tyre para së gjithash me metodat e
presimit. E gjithë kjo sjell deri te rritja e kërkesave në pikëpamje të kualitetit dhe
të saktësisë së përpunimit me farkëtim, derdhje, presim dhe me vegla të tjera me
konfiguracione të ndërlikuara, të cilat me vështirësi mund të punohen me metodat
mekanike të përpunimit.
Faktorëve e lidhur me nevojën e punimit të vrimave, kanaleve dhe të kanaleve të
profiluara me dimensione shumë të vogla, veçanërisht në vende me qasje
relativisht të vështirë.
Në gjitha rastet e lartpërmendura shfrytëzimi i proceseve jo-konvencionale të përpunimit
të metaleve është më efektiv dhe më efikas. Analiza e tyre tregon një mori karakteristikash
të përbashkëta të tyre, sikur që janë:
Pavarësia praktike e shpejtësisë së përpunimit, kualitetit të sipërfaqes së
përpunuar, produktivitetit dhe ekonomicitetit të përpunimit nga karakteristikat
mekanike të materialeve të detaleve që përpunohen (fortësia, shtalbësia dhe
qëndrueshmëria në këputje etj.), me përjashtim të metodës së përpunimit me
ultratingull-USM, tek e cila përpunueshmëria e materialit rritet me rritjen e
fortësisë dhe brishtësisë, ndërsa bie me rritjen e shtalbësisë së materialit.
Përderisa, karakteristkat fizike (përçueshmëria elektrike, përçueshmëria e
nxehtësisë…) ndikojnë në përpunueshmëri të materialit të copës punuese.
Mundësia e përpunimit të konfigurimeve të ndryshme drejtpërdrejt nëpër gjithë
sipërfaqen e detalit që përpunohet, me një lëvizje të thjeshtë të veglës. Me këtë
mundësohet përpunimi i produkteve me konfiguracion të ndërlikuar me makina
të një konstruksioni dhe lëvizje kinemtaike të thjeshtë.
Nuk ka nevojë për vegla me fortësi më të madhe se fortësia materialeve të
detaleve që përpunohen-nuk ka pykë prerëse Përafërsisht, tek të gjitha proceset
jo-konvencionale të përpunimit, presioni i veglës ose është i barabartë me zero
ose është shumë i vogël për shkak të mungesës së kontaktit dhe forcave mekanike
ndërmjet veglës dhe copës punuese, duke përjashtuar disa metoda të përpunimit
me ultratingull.
Zvogëlim i madh i shpenzimit – shkartit të materialit në krahasim me shpenzimet
gjatë përpunimit mekanik. Kjo është në veçanërisht e rëndësishme gjatë
10
përpunimit të materialeve shumë të shtrenjta (germaniumit, karbonit, rubinit,
kuarcit, diamantit e materialeve tjera monokristalore).
Saktësi e lartë e përpunimit, sidomos në rastet kur përpunimi me metodat klasike
është i vështirësuar ose i pamundur.
Mundësi e përpunimit të pjesërishëm të detaleve me gabarite të mëdha pa
shfrytëzimin e makinave me dimensione shumë të mëdha.
Mundësi të mëdha të automatizimit të plotë dhe mekanizimit të proceseve të
përpunimit, me realizimin e furnizimeve të shumëfishta.
Prodhueshmëri e lartë dhe rentabilitet, çka është sidomos e rëndësishme gjatë
punimit të metaleve me konfigurime të ndërlikuara nga materialet të çmuara ose
shumë të shtrenjta.
Përmirësim i dukshëm i kushteve të punës etj.
Shfaqja e metodave jo-konvencionale të përpunimit siguron mundësi dukshëm më të gjëra
të formimësimit gjegjësisht përpunimit me deformim të elementeve konstruktive të
makinave dhe mekanizmave, si nga pikëpamja e zgjedhjes së materialeve po ashtu edhe
nga konstruktimi i elementeve dhe makinave në tërësi (forma dhe dimensioni).
1.4.2 Klasifikimi i proceseve jo-konvencionale të përpunimit
Për të klasifikuar proceset (metodat) jo-konvencionale (jo-tradicionale, avancuara,) të
përpunimit, duhet kuptuar dhe analizuar dallimet dhe karakteristikat e ngjashme midis
proceseve konvencionale të përpunimit dhe proceseve jo-konvencionale të përpunimit.
Proceset konvencionale të përpunimit kryesisht heqin materialin në formën e ashklës duke
aplikuar forcë në materialin e punës me një vegël prerëse në formë pyke që është më e
fortë se materiali i pjesës punuese nën kushtet të caktuara të përpunimit.
Forca të tilla nxisin deformime plastike Brenda pjesës së punës që çojnë në deformime
prerëse përgjatë planit prerës dhe formimin e ashklës. Fig.1.3 përshkruan formimin e tillë
të ashklës me anë të deformimeve prererëse gjatë përpunimit konvencional.
Kështu, karakteristikat kryesore të përpunimit konvencional janë:
• Në përgjithësi formimi i ashklave makroskopike është pasojë e deformimit të
prerjes.
11
• Largimi i materialit bëhet për shkak të veprimit të forcave prerëse – fusha e
energjisë mund të klasifikohet si mekanike.
• Vegla e prerëse është më e fortëë se pjesa e punës në temperaturën e dhomës, si
dhe gjatë kushteve të përpunimit.
Nga ana tjetër proceset jo konovencionale të përpunimit dallohen me këto karakteristike:
• Largimi i materialit mund të ndodhë me formimin e ashklave ose edhe pa
formimin e ashklës. Për shembull, tek metoda e përpunimit me vrushkull abaziv
- AJM (Abrasive Jet Machining) , ashklat janë me përmasa mikroskopike dhe në
rastin e përpunimit elektrokimik heqja e materialit ndodh për shkak të shpërbërjes
elektro kimike në nivel atomik.
Figura 1.3 Deformimet elastike dhe plastike gjatë procesit të formimit të ashklës
• Tek metodat jo-konvencionale të përpunimit (MJKP), nuk është e domosdoshme
prania e një vegle fizike. Për shembull, gjatë përpunimit laserik, ndërsa tek
përpunimi elektro kimik- ECM (Electo Chemical Machining) një vegël fizike
është shumë e nevojshme për përpunim.
• Tek metodat jo-konvencionale të përpunimit (MJKP), vegla nuk duhet të jetë më
e fortë se materiali i pjesës së punës. Për shembull, tek përpunimi me elekto
erosion – EDM (Ekectro Discharge Machining), bakri përdoret si material vegle
për përpunimin e çeliqeve.
• Tek metodat jo-konvencionale të përpunimit (MJKP) jodomosdoshmërisht
përdoret energjia mekanike për të siguruar heqjen e materialit. Ato përdorin
forma të ndryshme energjie për të siguruar përpunimin. Për shembull, tek
përpunimi me ultratingull-USM (Ultra Soning Machining), përpunimi me
12
vrushkull abraziv – AJM, përpunimi me vrushkull uji – WJM (Water Jet
Machining) përdoret energjia mekanike për heqjen e materialit, ndërsa tek
përpunimi ECM shpërbërja shkaton heqjen e materialit.
Performanca dhe jetëgjatësia e veglës- elektrodes përmirësohet dukshëm gjatë përpunimit
të materialeve shumë të vështira për shkak të mos kontaktit të elektrodës me copën
punuese. Këto metoda të përpunimit përdorin lloj të ndryshëm të energjisë në mënyrë të
kontrolluar gjatë përpunimit. Këto teknika mund të jenë automatizuara dhe programuara
për fabrikimin e komponentëve komplekse.
Format komplekse dhe komponentët e brishtë gjithashtu mund të punohen me minimum
ndërhyrje njerëzore.
Këto procese jo-konvencionale të përpunimit mund të klasifikohen sipas numrit të
veprimeve të përpunimit (llojit të energjisë) të përfshira në heqjen e materialit nga pjesa e
punës dhe sipas kësaj këto mund të jenë;
me veprim të një lloji të energjisë dhe
me veprim të kombinuar (hibrid).
1.4.2.1 Proceset jo-konvencionale me një veprim përpunimi.
Për këto procese përdoret vetëm një veprim përpunimi për heqjen e materialit nga pjesa e
punës. Ato mund të klasifikohen sipas burimit të energjisë së përdorur për të gjeneruar një
veprim të tillë përpunimi: mekanike, termike, kimike, dhe elektrokimike Fig. 1.4.
Fig. 1.4 paraqet klasifikimin e proceseve jo-konvencionale të përpunimit në bazë të llojit
të energjisë të përfshirë në heqjen e materialit.
Figura 1.4 Klasifikimi i proceseve jo-konvencionale me një veprim përpunimi
Numri i madh i metodave të ndryshme mund të klasifikohet edhe sipas: llojit të energjisë
e cila shfrytëzohet, mekanizmave themelorë të cilët largojnë tepricën e materialit, llojit të
13
mediumit punues përkatësisht transmetues, llojit të burimit të energjisë dhe një mori të
karakteristikave më pak ose më shumë relevante të procesit të përpunimit Fig. 1.5.
1.4.2.1.1 Përpunimi mekanik
Heqja e materialit me anë të proceseve mekanike përfshin veprimin e prerjes, erozionit
dhe veprimin e gërryerjes (abrazionit). Mekanizmi i prerjes përfshin një veglë prerëse si
burim energjie dhe operacioni i përpunimit kryhet nga një kontakt fizik i drejtpërdrejtë i
elektrodës-veglës me copën punuese. Gjatë këtyre proceseve, gërryerja e materialit në
copën punuese shkaktohet nga shpejtësia e lartë rrjedhëse e grimcave gërryese ose e
lëngjeve. Gjatë përpunimin me ultratingul (USM) dhe përpunimit me vrushkull (fiskajë,
rrymë) të ujit (WJM), heqja e materialit ndodh për shkak të veprimit mekanik / abrazion
(MA). Mjetet (mediumet) e përpunimit janë grimcat e ngurta të suspeszuara në mediume
abrazive (suspensioni gërryes) në të parën, ndërsa në këtë të fundit përdoret lëngu me
presion të lartë. Aftësia prerëse e lëngjeve mund të rritet duke futur abraziv (gërryes) në
vrushkullin e fluidit si në rastin e procesit të përpunimit të ujit me abraziv (AWJM).
Klasifikimi dhe komponentët e ndërveprimit mekanik për proceset jo-konvencionale të
përpunimit janë treguar në Fig. 1.6.
Figura 1. 5 Metodat jo-konvencionale të përpunimit të renditura sipas karakteristikave themelore
14
1.4.2.1.2 Përpunimi termik
Përpunimi termik e heq matererialin e lejuar nga copa punuese nëprmjet të shkrirjes ose
avullimit. Shumë fenomene sekondare ndodhin gjatë përpunimeve të tilla si mikro thyerjet,
formësime- në zonat e prekura nga nxehtësia, zhvendosjet etj. Burimi i nxehtësisë që
kërkohet për heqjen e materialit mund të jetë plazma sikur rasti gjatë përpunimit me
shkakim elektrik EDM dhe përpunimit me plazmë PBM ose fotonet gjatë përpunimit me
laser LBM, elektronet tek përpunimi me tufë elktronesh EBM, jonet tek përpunimi jonik
IBM etj. Për secilin nga këto procese, mediumi përpunues është i ndryshëm. Derisa
shkarkimi elektronik ndodh në një lëng dielektrik tek EDM, tufa e joneve dhe rrezet laser
arrihen në vakum gjatë IBM dhe IBM siç tregohet në figurën 1.7.
1.4.2.1.3 Përpunimi kimik dhe elektrokimik
Këto procese përfshijnë heqjen e materialit me zhvendosje të joneve. Te këto procese,
proceset kimike përfshijnë heqjen e materialit me shpërbërje kimike (CD-Chemical
Dissolution) ndërsa proceset elektrokimike përdorin shpërbërjen elektrokimike për heqjen
e materialit (ECD-Electro Chemical Dissolution). Frezimi kimik (CHM-Chmical Milling)
dhe përpunimi fotokimik (PCM-Photo Chemical Machining) janë shembujt e përpunimit
kimik. Përpunimi elektrokimik (ECM) përdor veprimin e shpërbërjes elektrokimike për të
hequr materialin duke përdorur transferimin e joneve në një qelulë elektrolitike. Fig. 1.8
tregon klasifikimin e proceseve të përpunimit kimik dhe elektrokimik.
Figura 1.6 Klasifikimi dhe komponentët e ndërveprimit mekanik për proceset jo-konvencionale të përpunimit
15
Figura 1.7 Proceset jo-konvencionale termike
1.5 Proceset e kombinuara (Hibride)
1.5.1 Hyrje
Në industrinë e sotme prodhuese, operacione të ndryshme prodhuese përdoren gjerësisht
për prodhimin e produkteve për shumë sektorë industrialë. Këto procese përgjithësisht
njihen si përpunimi CNC, prodhimi aditiv (shtesë), proceset transformuese të tilla si
formësimi, operacionet e bashkimit dhe ndarjes, për shembull saldimi dhe sharritja.
Megjithatë, këto procese prodhuese kanë pengesat e tyre të natyrshme të cilat nuk mund
të eliminohen. Me fjalë të tjera, për shkak të kufizimeve të tyre teknologjike, ato nuk janë
gjithmonë të mundshme për prodhimin e komponenteve të ndryshme në aspektin e
gjeometrisë, dimensionit dhe fortësisë etj. Përpunimi CNC mund të ketë vështirësi në
punimin e formave komplekse për shkak të qasjes (aksesit) të instrumentit prerës.
Temperaturat e larta dhe konsumi i veglës janë konsiderata të tjera gjatë përpunimit të
materialeve të forta. Bazuar në problemet e përmendura më lart, prodhimi hibrid, i cili
mund të konsiderohet si kombinim i dy ose më shumë proceseve prodhuese, po bëhet
16
gjithnjë e më aktuale për hulumtuesit e prodhimit. Qëllimi i zhvillimit të këtyre proceseve
hibride është rritja e avantazheve të tyre ndërsa në të njëjtën kohë minimizohen
disavantazhet e tyre.
Figura 1.8 Proceset e përpunimit kimik dhe elektro-kimik
Kombinimi i përpunimit CNC dhe proceseve aditive mund të ofrojë një zgjidhje të re
substanciale për kufizimet e proceseve aditive për shkak të saktësisë së lartë dhe
shpejtësisë së përpunimit që ofrojnë proceset e përpunimit. Për më tepër, kombinimi i
ngrohjes me lazer dhe deformimit redukton kthimin elastik.
Integrimi i dridhjeve të shpimit me ultratingull mund të zvogëlojë forcën e prerjes dhe
shkallën e konsumimit të veglës.nPërfshirja e shpimit me lazer dhe ECM në mënyrë të
konsiderueshme largon shtresën e rishikimit dhe zonën e nxehtësisë. Nga kjo që u paraqitë
më lartë tregon se prodhimi hibrid ka një potencial të madh për rritje në aspektin e
prodhimit të pjesëve më komplekse me më shumë fleksibilitet dhe mbajtjen e saktësisë së
lartë në një kohë relativisht të shkurtër të prodhimit. Proceset hibride hapin rrugë të reja
kërkimi për rritjen e kapaciteteve të proceseve, duke minimizuar dobësitë e tyre dhe duke
zgjeruar fushat e aplikimit. Këtu do të klasifikohen proceset aktuale të prodhimit në
17
teknologji; qartësohen teknikat dhe termat e ndryshme të përdorura nga hulumtuesit;
përcaktohen, identifikohen dhe klasifikohen proceset prodhuese hibride.
1.5.2 Përkufizimet e proceseve hibride
Në këtë pjesë prezantohen shkurtimisht përkufizimet e proceseve hibride, si dhe termat e
tjerë 'hibridë' të lidhura nga hulumtuesit e tjerë në mënyrë që të sigurohet baza e proceseve
hibride. Është e njohur se prodhimet/proceset hibride janë një term i paqartë. Shumë
studiues e quajnë kombinimin e proceseve të ndryshme prodhuese si prodhim hibride ose
proceset hibride pa një përkufizim të saktë.
Nocioni “përpunimet hibride” mund të përshkruhet si kombinim i dy ose më shumë
procese përpunuese për të hequr një sasi të materialit. Edhe ky përkufizim shihet ende i
paqartë. Karakteristikat e performancës së proceseve të përpunimit hibrid duhet të jenë
shumë të ndryshme nga ato që janë karakteristike për proceset e komponentëve kur kryhen
veçmas. Kombinimi i operacioneve të përpunimit mund të konsiderohet ose në terma të
një metode hibride përpunimi, me të cilën dy ose më shumë procese përpunuese aplikohen
në mënyrë të pavarur në një makinë të vetme, ose në aspektin e një qasjeje të përpunimit
të asistuar, më shumë procese përdoren njëkohësisht.
'Procesi i përpunimit hibrid' përfaqëson kombinimin e dy ose më shumë proceseve të
përpunimit me 'mekanizma të veçantë të heqjes së materialit'.
‘Proces hibrid’ quhet një metodë, ku dy ose më shumë procese të heqjes së materialit
funksionojnë njëkohësisht.
1.5.3 Rëndësia e hulumtimit të proceseve hibride
Hulumtimi i procesve hibride ka fituar rëndësi të konsiderueshme si në radhët akademike
poashtu edhe në industri. Arsyet pse proceset hibride të prodhimit janë të nevojshme mund
të përmblidhen shkurtimisht në dy aspekte: (1) proceset konvencionale të prodhimit të cilat
kanë përparësi dhe disavantazhe; (2) disa nga produktet që duhet të prodhohen në ditët e
sotme nuk mund të prodhohen duke përdorur proceset prodhuese individuale
konvencionale ose me fjalë tjera, është më e arsyeshme të prodhohen ato produkte duke
përdorur proceset hybride në aspektin e mundësive të procesit, kohës së prodhimit dhe
shpenzimeve. Disa shembuj tipikë dhe përfaqësues janë përshkruar më poshtë.
-Shpimet e thella mekanike konvencionale të mikro-vrimave me punto të Inconel® 718
paraqesin një proces konsumues në raport me kohën. Një përmirësim i dukshëm në
aspektin e qarkullimit është vërejtur dhe është raportuar një rritje prej 50% e shklallës së
18
ashklës së larguar MRR (Material Remoëal Rate), gjatë përdorimit të procesit hibrid që
kombinon shpimin mekanik me lazer dhe vibrimet ultrasonike.
-Në anën tjetër, shtresa e mbuluar dhe spërkatja nuk mund të eliminohen plotësisht nëse
përdoret një proces individual i shpimit me rreze lazer. Kombinimi i shpimit me lazer dhe
ECM ofron një zgjidhje të mirë për të reduktuar dramatikisht shtresën e mbuluar.
-Në mënyrë që të rritet jetëgjatësia e veglave, të zvogëlohen forcat e prerjes dhe të arrihet
një kaulitet më i mirë sipërfaqësor gjatë frzeimit mekanik, tornimit dhe retifikimit të
materialeve të forta (p.sh. qeramika, çeliku të derdhur H 13, lidhjet me Ti dhe Ni dhe
Inconel® 718), aplikohet koncepti i përpunimit me ndihmës e ultrtingullit dhe përpunimi
mekanik të zgjatur termikisht.
Qëllimi fillestar i zhvillimit të proceseve prodhuese hibride është të sigurojë
përparësitë e proceseve përbërëse duke minimizuar disavantazhet e tyre të qenësishme.
Edhe pse ende nuk është formuar konsensusi specifik i përkufizimit të proceseve hibride,
zhvillimi i një koncepti hibrid po përhapet gjerësisht dhe është shpërndarë në shumë fusha
kërkimore. Përmirësimet teknologjike të proceseve jo-konvencionale të përpunimit mund
të arrihen duke kombinuar veprime të ndryshme fiziko-kimike në materialin që
përpunohet. Në veçanti, veprimet e përpunimeve jo-konvencionale si mekanike, termike
ose elektro-kimike mund të kombinohen me veprime mekanike të të përpunimeve
konvencionale. Për të kuptuar plotësisht mekanizmin e procesit të përpunimit hibrid të
bazuara në veprimin termik dhe mekanik, kërkohen njohuri të komponenteve të proceset
dhe parametrat të tyre.
1.5.4 Ndarja e proceseve hibride
Varësisht nga faza kryesore e përpunimit e përfshirë në heqjen e materialit, përpunimet
hibride mund të klasifikohen në:
procese hibride kimike dhe elektrokimike dhe
procese hibride termike.
1.5.4.1 Proceset hibride kimike dhe elektro-kimike
Në këtë familje të proceseve hibride të përpunimit, faza kryesore e largimit të materialeve
është ose zhvendosja kimike (CD) ose zhvendosja elektro-kimike (ECD). Një veprim i tillë
përpunimi mund të kombinohet me asistencë termike me ngrohja lokale në rastin e
përpunimit elektro-kimika me ndihmën e lazerit (ECML). Me fjalë të tjera, futja e veprimit
mekanik ndihmon fazën e përpunimit ECD gjatë retifikimit elektro-kimik (ECG) dhe
superfinishit elektro-kimike (ECS).
19
1.5.4.2 Proceset hibride termike
Në këtë rast largimi mekanizmi kryesor i largimit të materialit është termik. Kombinimi i
kësaj faze me fazën e zhvendosjes elektro-kimike (ECD), veprimit mekanik (MA) dhe
vibrimi ultrasonik (SHBA) gjeneron një familje të proceseve të veprimit të dyfishtë.
Përpunimet i trefish hibride gjithashtu është i arritshëm duke kombinuar fazën e erozionit
me shkarkim elektrik (EDE), veprimin e zvendosjes elektro-kimike (ECD), dhe veprimin
mekanik ( MA) gjate retifikimit (G). Një kombinim i tillë rritë shpejtësinë e heqjes së
materialit ( MRR) dhe cilësinë e sipërfaqes së përpunuar gjatë retifikimit me shkarkim
elektro-kimik (ECDG) dhe proceset e tjera hibride të paraqitura në Fig. 1.9.
Figura 1.9 Proceset hibride të përpunimi
20
Në tabelën 1.1 është paraqitur një klasifikim i zgjeruar i procesve përpunuese hibride sipas
burimit kryesor të nergjisë dhe kombinimeve të nergjisë.
Tab. 1. 1 Klasifikim i zgjeruar i procesve përpunuese hibride sipas
21
Kapitulli
2
Proceset e mekanike
2.1 Përpunimi me ultratingull
2.1.1. Bazat e procesit
Oscilimi i veglës me ultratingull mund të shfrytëzohet për heqjen e tepricës së materialit
(përpunimin dimensional) ose përmirësimin e efektivitetit të metodave të përpunimit
konvencionale dhe jo-konvencionale (përpunimi me prerje dhe deformim, elektrokimik,
elektroerozion, kimik dhe me metodat tjera të përpunimit). Në kushtet e prodhimtarisë
bashkëkohore metoda e përpunit me ultratingull (eng. Ultrasonic Machining-USM) Fig.
2.1.1, shfrytëzohen për punimin e prodhimeve të çfarëdo konfiguracioni, sidomos të
prodhimeve të punuara nga metalet e forta dhe super të forta (materialeve izoluese,
elementeve elektronike e ngjashëm), pastrimin, saldimin dhe ngjitjen etj.
Përpunimi me ultratingull është proces mekanik i përpunimit jo-konvencional tek i cili
shfrytëzohen kokërrizat e materialit abraziv Fig. 2.1.2 dhe Fig. 2.1.3, si vegël (instrument)
prerëse. Energjia e nevojshme për procesin e përpunimit formohet nëpërmjet burimit të
lëkundjeve (vibrimeve, oscilimeve) me frekuencë të lartë (1) që transmetohet nëpëmjet
transkuderit dhe veglës në kokërrizat abrazive (5), të cilat me goditjet e tyre në detalin që
përpunohet (6) sjellin deri te shkatërrimin e shtresave sipërfaqësore dhe formimin i
konfiguracionit të copës punuese në përputhje me konfiguracionin – profilin e veglës (3).
Intensiteti relativisht i lartë i procesit mundësohet me frekuencën e lartë të oscilimit prerës
(18-25 kHz) dhe me sasinë e lartë të materialit abraziv i cili gjendet në proces (30.000-
22
100.000 kokërriza/cm2). Me depërtimin e kokërrizave abrazive, nën veprimin e vibrimeve
të ultratingullit, në materialin e detalit që përpunohet vie deri te shfaqja dhe zgjerimi i
mikro-makro-çarjeve. Çarjet reciprokisht ndërthurren njëra me tjetrën duke formuar
shtresën e dobësuar mekanike. Me goditjet e mëtutjeshme të kokërrizave shtresa e
dobësuar relativisht lehtë shkatërrohet, me shfaqjen e produkteve (grimcave, mbetjeve) të
përpunimit të materialit të copës punuese të formave dhe madhësive të ndryshme).
Figura 2.1.1 Skema parimore e përpunimit me ultratingull
Lëvizje themelore në procesin e përpunimit janë: lëvizjet kryesore dhe lëvizjet ndihmëse.
Lëvizja kryesore ekzekutohet nga vegla prerëse prerëse, së bashku me burimin e vibrimeve
dhe paraqet lëvizje osciluese me frekuencë të lartë.
Fig. 2.1.2 Mekanizmi standard i përdorur në shumicën e makinave universale me ultratingull
23
Lëvizja ndihmëse e veglës prerëse ose e copës punuese, me presion përkatës të veglës ose
detalit që përpunohet, mundëson formimin gradual të thellimeve dhe kopjimin e formës së
pjesës punuese të veglës.
2.1.2 Esenca- fizka e procesit
Esenca e procesit të përpunimit me ultratingull është në heqjen e materialit me rrëshqitjen
– largimin e mikro thërrmijave nga sipërfaqja e detalit që përpunohet. Largimi pason me
goditjet e kokërrizave abrazive, të shkaktuar me veprimin e oscilimeve me ultratingull të
frekuencës 18 deri 25 kHz ndërsa në kushtet e prodhimtarisë bashkëkohore deri 2000
MHz, gjatë amplitudës relativisht të vogël të oscilimeve të instrumentit prerës (0,01-0,06
mm) dhe forcën e presionit të veglës prerëse përkatësisht të detalit që përpunohet 3,0-7,5
N.
Figura 2.1.3 Skema parimore e përpunimit me ultratingull me mënyra të ndryshme të furnizimit me suspension
abraziv
Është e rëndësishme të ceket që shumica e pajisjeve të ultratingullit punojnë në frekuenca
prej 0,1 deri në 25 MHz. Infatingulli përfshinë fushën e oscilimeve të padegjueshme
shumë të ngadalta. Ultratingulli fillon në kufirin e sipërm të zërit deri në 1010 Hz Fig. 2.1.4.
Figura 2.1.4 Fusha e frekuencave të infratingullit, tingullit dhe ultratingullit [45]
24
Vetë mekanizmi i heqjes së tepricës së materialit varet nga metoda e përpunimit me
ultratingull, ndërsa bazën e mekanizimit e përbën goditja e kokërrizave abrazive dhe
procesi i kavitacionit të fluidit në zonën e përpunimit. Me ndrydhjen e flukseve vie deri
tek likuidimi i tyre, me shfaqjen e presioneve të larta hidraulike dhe të shkatërrimit të
fuqishëm eroziv të materialit të detalit që përpunohet. Procesit i kavitacionit (shfaqja dhe
zhdukja e flluksave), me presion të lartë (mbi 1000 bar), përcillet edhe me shfaqjen e
shkarkimeve elektrike, me ç’rast muret e fluksave janë negativisht të elektrizuara, ndërsa
pikëzat e tretësirës-fluidit brenda flluskës, në mënyrë pozitive të elektrizuar. Rritja e
temperaturës së suspensionit sjell deri tek rritja e presionit të gazrave dhe avujve, Brenda
flluskës dhe rritjen e numrit se flluskave të elektrizuara.
Tek përpunimi me ultratingull me metodën e thithjes së suspensionit abraziv përkatësisht
me lëvizjen e detyruar të suspensionit, bazën e mekanizmit të shkatërrimit të materialit e
përbën numri tejet i madh i thërrmijave fluturuese të materialit abraziv dhe kavitacioni
shumë i theksuar i fluidit, i cili shkakton shkatërrimin eroziv të materialit.
Figura 2.1.5 Mekanizmi i shtatërrimit të materialit
Përpunimi me ultratingull i materialeve me shtalbësi më të madhe, në fazën fillestare,
përcillet me procesin e deformimit plastik dhe me fuqizimin gjegjësisht forcimin të
shtresave të shtresave sipërfaqësore. Gjatë goditjes të numrit të madh të kokërrizave të
forta të materialit abraziv nuk vie, deri të shkatërrimi por deri të fortësimi i shtresës
sipërfaqësore të materialit. Mirëpo, pas arritjes së fortësisë së caktuar të shtresës
sipërfaqësore, pason procesi i përpunimit me ultratingull dhe formësimi detalit që
25
përpunohet. Shpejtësia e përpunimit me ultratingull është e kufizuar me shpejtësinë e
fortësimit të shtresës sipërfaqësore dhe me intentizitetin e zhvillimit të kavitacionit.
2..1.3 Operacionet prodhuese të përpunimit me ultratingull
Përpunimi me ultratingull shfrytëzohet gjatë realizmit të një mori operacioneve prodhuese,
sikur që janë prerja, frezimi, tornimi, shpimi, retifikimi, punimi i filetave, punimi dhe
përpunimit i formave të konfiguracioneve të formave të ndërlikuara (gravimi i
instrumenteve, i veglave për farkëtim dhe presim) etj. Fig. 2.1.6. Përveç realizmit të
operacioneve prodhuese të cekura, metodat e ndryshme të ultratingullit shfrytëzohen edhe
për rritjen e efektivitetit të metodave tjera të përpunimit Fig. 2.1.6 dhe për ekzekutimin e
një mori operacionesh prodhuese etj., (saldim, ngjitje, testime të materialeve, identifikimin
dhe defektoskokopinë e parametrave të ndryshëm të procesit etj.) Rëndësi të veçantë kanë
metodat e përpunimit me ultratingull gjatë përpunimit të materialeve të ndryshme të forta
dhe të brishta, kur arrihen rezultate më të mira si në pikëpamje të kualitetit, po ashtu edhe
në pikëpamje të prodhueshmërisë së përpunimit. Në Fig. 2.1.7 është paraqitur klasifikimi
i metodave të ndryshme të përpunimit me ultratingull.
Figura 2.1.6 Operacionet prodhuese të përpunimit me ultratingull dhe pamjet e detaleve të përpunimit të
formuar me metodën e përpunimit me ultratingull
26
2.1.4 Parametrat e procesit
Në procesin e përpunimit, para se gjithash në intentizitetin i shkatërrimit të materialit dhe
treguesit tekno – ekonomik të procesit ndikojnë shumë parametra, sikur që janë: parametrat
e valës së ultratingullit, karakteristikat themelore të suspensionit, fuqia nominale
shndërruesit, karakteristikat e materialit të detalit që përpunohen, etj. Të gjitha këto janë
elemente të cilat drejtpërdrejt ndikojnë në treguesit themelor të procesit (shpejtësinë e
përpunimit , prodhueshmërinë, kualitetin dhe saktësinë së përpunimit. Gjatësia valore e
oscilimeve të ultratingullit varet nga shpejtësia e përhapjes së shpejtësisë së valës C (cm/s)
dhe frekuencës së oscilimit f (Hz) Fig. 2.1.8 [21]:
𝜆 = 𝐶/𝑓 [𝑐𝑚] (2.1.1)
ku; C- është shpejtësia e përhapjes së valës :
𝐶 = √𝐸
𝜌= 𝜆𝑓 [𝑚/𝑠]
(2.1.2)
Në trupat e ngurtë, përkatësisht në mjedis të lëngët (suspensioni abraziv).
𝐶 = √1
𝜌𝛽= 𝜆𝑓 [𝑚/𝑠]
(2.1.3)
Në shprehjet e mësipërme janë;
E (MPa) – moduli i elasticitetit të materialit të detalit që përpunohet,
Ρ (g/cm3) – dendësiteti i desperzionit të abraziv dhe
Β (cm2/N) – koeficienti i ngjeshjes së kokërrizave të materialit abraziv.
Duke njohur frekuencën rrethore të oscilimeve të valëve të ultratingullit:
𝜔 = 2𝜋𝑓 = [𝑟𝑎𝑑/𝑠] (2.1.4)
27
Figura 2.1.7 Klasifikimi i metodave të përpunimit me ultratingull
Figura 2.1.8 Karakteristikat themelore të suspensionit abraziv
Mund të definohen edhe karakteristika e tjera gjatësore-aksiale të valës së ultrtingullit:
amplituda e shpejtësisë së oscilimit:
𝐵 = 𝜔𝐴 = 2𝜋𝑓𝐴 = 1000√20𝐼
𝜌𝐶 [𝑚/𝑠] (2.1.5)
amplituda e shpejtimit (nxitimit):
𝐷 = 𝜔2𝐴 = 1000𝜔√20𝐼
𝜌𝐶 [𝑚/𝑠2] (2.1.6)
amplituda e presionit të tingullit në drejtim të përhapjes së valës:
𝑃 = 𝜌𝜔𝐴𝐶 [Mpa] (2.1.7)
dendësinë e energjisë së valëve:
𝐸 = 0,5 𝜌𝜔2A2 [W/cm3] ` (2.1.8)
28
sasinë e energjisë të valëve në njësi të kohës:
𝐼 = 𝐸𝐶 = 0,5 𝜌𝜔2CA2 [W/cm2] (2.1.9)
amplituda e oscilimit të valës së ultratingullit:
𝐴 =1000
𝜔√
20
𝜌𝐶 [𝑐𝑚] (2.1.10)
rezistenca e përhapjes së valës së ultratingullit në ambientin gjegjës:
𝜁 = 𝜌𝐶 =𝑃
𝜔Α [𝑀𝑝𝑎/𝑐𝑚] (2.1.11)
Shpejtësia e lëvizjes së veglës dhe copës punuese. Me përzgjedhjen adekuate dhe
përcaktimin i parametrave bazë gjatësor të valës së ultratingullit, krijohen kushtet për
llogaritjen e shpejtësisë kryesore:
𝑉0 =4𝑓𝐴
1000= (0,6 − 7) [𝑚/𝑠] (2.1.12)
Si dhe shpejtësisë maksimale:
𝑉0𝑚𝑎𝑥 =2𝜋𝑓𝐴
1000 [𝑚/𝑠] (2.1.13)
Shpejtësia e largimit të tepricës së materialit (shpejtësia e përpunimit) përcaktohet me
relacionin:
V= 𝐴2𝐹 [𝑚𝑚/𝑚𝑖𝑛] (2.1.14)
ku është:
F (N)- forca shypëse e veglës gjegj., copës punuese.
Me një seri hulumtimesh eksperimentale është përcaktuar varësia e shpejtësisë së
përpunimit nga një varg parametrave të tjerë të procesit e formës:
V= 𝐾0(𝐴2𝐹)𝛼𝐾𝑞𝑓 [𝑚𝑚/𝑚𝑖𝑛] (2.1.15)
ku janë;
29
Ko, α dhe q - konstanta dhe eksponent të varur nga vetitë mekanike të materialit
të copës punuese dhe K (%) – koncentrimi i abrazivit (kokrrizave të materialit gërryes) në
suspesionin abraziv.
Koha kryesore e përpunimit. Varësisht nga shpejtësia e prerjes dhe patametrave të
regjimit të përpunimit përcaktohen edhe karakteristika tjera të përpunimit me ultrtingull.
Koha kryesore (teknologjike) është:
𝑡𝑘=𝑍𝑚𝑎𝑥
𝑉 (𝑚𝑖𝑛) (2.16)
ku;
Zmax-shtesa maksimale e përpunimit (mm).
2.1.5 Suspensioni abraziv
Përbëhet nga përzierja e lëngjeve përkatëse, zakonisht ujit dhe kokërrizave të materialit
abraziv me përqendrim të caktuar. Përqendrimi varet nga fortësia e materialit të detalit që
përpunohet dhe e vështruar nga aspekti i peshor sillet, në kufijtë 20–40%, përkatësisht 20%
gjatë përpunimit me ultratingull me suspensionin abraziv nën presion. Lëngu mundëson
futjen e pandërprerë të materialit abraziv në boshllëkun punues dhe largimin e produkteve
të përpunimit, materialit abraziv të konsumuar dhe produkteve të konsumimit të veglës
prerëse, ftohjen e detalit që përpunohet dhe të veglës prerëse etj. Kjo do të thotë se
zgjedhja e fluidit Tab. 2.1.1 duhet të jetë rezultat i analizës dhe karakteristikave themelore,
sikur që janë: densiteti, viskoziteti, përçueshmëria termike, aftësia në lagien e instrumentit
prerës, detalit që përpunohet dhe të materialit abraziv etj.
Tabela 2.1.1 Indeksi relativ i prodhueshmërisë
Efektet më të mira, në pikëpamje të prodhueshmërisë dhe të karakteristikave themelore, i
mundëson uji, sepse uji mundëson bartjen me të mirë të kokërrizave abrazive dhe largimin
e produkteve të ndryshme nga zona e përpunimit. Parandalimi i korrozionit të elementeve
të procesit teknologjik arrihet duke shtuar inhibitor-in (frenues-ngadalsues) adekuat të
30
korrozionit (kryesisht 2% nitratit të natriumit), në veçanti në rastin e prurjes masive të
suspensionit abraziv në zonën e përpunimit.
2.1.5.1 Materiali abraziv. Si material abraziv shfrytëzohen materialet e ndryshme Tab.
2.1.2, karakteristikat themelore të të cilëve janë: fortësia dhe qëndrueshmëria e lartë gjatë
brishtësisë relativisht të ulët, aftësia e lartë prerëse (forma jo e rregullt me tehe të mprehta
në dimensione të ndryshme dhe drejtime të ndryshme), qëndrueshmëria në ngarkesat
goditëse – thyerje etj.
Tabela 2.1.2 Karakteristikat themelore të materialit abraziv
Si material abraziv zakonisht shfrytëzohet karbiti i silicit dhe karbiti i borit. Karbiti i borit
ka aftësi më të mira prerëse (intensitet të largimit të materialit të tepërt në njësi kohore).
Mirëpo është për 10 herë me i shtrenjtë. Për këtë arsye shfrytëzohet për përpunim me
ultratingull për materialet e forta, materialeve në radio teknik dhe në elektronikë e
ngjashëm, përkatësisht materialeve të forta dhe të qëndrueshme me shtalbësi të vogël. Për
përpunim të materialeve të brishta (qelqit, kuarcit, germaniumit, silicit) preferohet që të
shfrytëzohet karbiti silicit. I njëjti është dukshëm më i lirë dhe me pak e ndot ambientin
punues, mirëpo mundësinë punueshmëri më të ulët për 20-30% më të ulët.
2.1.6 Instalimi – pajisja punuese
Instalimi për përpunim me ultratingull Fig. 2.1.9 përbëhet nga disa elemente themelore e
ato janë: gjeneratori i vibrimeve të ultratingullit (1, i përbërë nga burimi i energjisë–2,
31
përforcuesi i vibrimeve ose oscilatori-3 si dhe transformatorit të vibrimeve - 4), sistemit të
lëvizjes ndihmëse (5) veglës prerëse (6) sistemit të qarkullimit të suspensionit abraziv (7)
dhe instalimeve themelore, makinës në kuptimin e ngushtë (8), e cila mundëson vendosjen
gjegjësisht montimin e elementit të instalimit dhe pranimit e detalit që përpunohet (9),
brenda govatës (10).
Makinat bashkëkohore për përpunim me ultratingull ndahen në statike dhe të lëvizshme
ose mobilie, ndërsa sipas destinimit në universale dhe të specializuara. Sipas fuqisë
instaluese makinat mund të jenë: me fuqi të vogël (20-200W), të mesme (250-1200W) dhe
fuqisë së madhe (1,5-4 kW).
Sipas numrit të operacioneve prodhuese përkatësisht pozicioneve të përpunimit ose numrit
të copave që përpunohen njëkohësisht, makinat mund të jenë një pozicionale ose speciale
dhe shumë pozicionale Fig. 2.1.10.
Figura 2.1.9 Skema parimore e pajisjes për përpunim me ultratingull
32
Figura 2.1.10 Paraqitja skematike e makines me një pozicion (a) dhe me shumë pozicione (b)
Karakteristikat eksploatuese themelore të makinës për përpunim me ultratingull janë:
sipërfaqja maksimale dhe thellësia e përpunimit, hapi maksimal i instrumentit prerës ose
detalit që përpunohet në drejtimin e lëvizjes kryesore dhe ndihmëse, dimensioni i tavolinës
punuese, fusha e ndërrimit të ngarkesave –forcave të presionit, karakteristikave e valës së
ultratingullit dhe fuqisë.
Vet parimi i punës së makinës qëndron në formimin e sinjalit elektrik të
frekuencës së ultratingullit, nga ana e burimit të energjisë (2). Me shndërrimin e tij në
vibrime mekanike të ultratingullit me ndihmën e transduktorit (3) dhe përforcuesin e
vibrimeve mekanike nëpërmjet sonotrodës (4). Vala e tillë e formuar e ultratingullit bartet
në instrumentin prerës (6) me çka, me futjen e suspensionit abraziv, janë krijuara kushtet
për realizimin e procesit të përpunimit Fig. 2.1.11.
2.1.6.1 Transduktori. Për formimin e lëvizjes oscilatore të veglës prerëse, me frekuencë të
ultratingullit shfrytëzohen tipe të ndryshme të transduktorëve (eng. transducer) ose
oscilatorëve Fig. 2.1.11.Transduktorët e shndërrojnë impulsin elektrik, të formuar nga
burimi i energjisë, në oscilime mekanike me amplitudë përkatëse dhe frekuencë të
ultratingullit (18 – 25 kHz e më shumë).
Elementet themelore të tyre janë: bërthama (1), rryma elektrike (2), mbështjella për
formimin e fushës magnetike (3), shtëpiza (4) me fluidin për ftohje (5) dhe sistemin e
lidhjes (6) të sonotrodës (7) dhe nëpërmjet saj veglën prerëse (8).
Tek punimi i oscilatorit zakonisht shfrytëzohet efekti “magnetostriktiv” efekti i Xhulit
(Joule), aftësitë e legurave fero magnetike që të ndërrojnë formën dhe dimensionet,
shkurtimin dhe zgjatimim, nën ndikimin e fushës alternative të ndryshueshme magnetike.
Me këtë krijohen kushtet për formimin e valës së ultratingullit të oscilimeve mekanike
me amplitudë relativisht të vogël (8–10 μm). Për këto arsye zakonisht shfrytëzohen
transduktorët-oscilatorët magnetostriktiv të punuar nga material të ndryshme fero
33
magnetike Tab. 2.1.3, bazën e të cilëve e përbëjnë një mori komponentësh të legurave të
hekurit, kobaltit, vanadiumit, aluminiumit, nikelit.
Figura 2.1.11 Paraqitja skematike e pamjes së transduktorit – oscilatorit
Tabela 2.1.3 Karaketristikat themelore të materialeve fero magnetike
34
2.1.6.2 Transfrmatori e oscilimeve-Sonotroda. Derisa sa transdukorët formojnë valën e
ultratingullit me amplitudë të pamjaftueshme, atëherë, për një përpunim të suksesshëm,
shfrytëzohen sonotrodat detyrë themelore e të cilave është transformimi i valës së formuar
në valë me amplitudë të oscilimeve 25-60 µm Fig. 2.1.12. Në rast të përgjithshëm,
sonotroda është shufër me seksion tërthor të ndryshueshëm. Pikërisht, kjo ndryshueshmëri
mundëson transformimin e amplitudës, kështu që karakteristika themelore e sonotrodës
është shkalla-koeficienti i përforcimit të amplitudës Fig. 2.1.13. Gjatë zgjedhjes së
materialit për punimin e sonotrodës duhet të kihen parasysh faktet se e njëjta punon në
kushtet e regjimit të ndryshueshëm alternativ të ngarkesave, me frekuencë jashtëzakonisht
të lartë të ndërrimit. Mu për këto arsye shfrytëzohet materiali me karakteristika mekanike
relativisht të mira, në veçanti me qëndrueshmëri ndaj lodhjes (C22, 41Cr41, 31CrMoV9 e
ngjashëm..., legurat e titanit etj.
Figura 2.1.12 Skena parimore dhe zgjedhja konstruktive e sonotrodës
35
Figura 2.1.13 Koeficienti i përforcimit të amplitudës së valës së ultratingullit
2.1.6.3 Vegla prerëse. Instrumenti prerës, zakonisht punohet se bashku me sontrodën dhe
gjatësia e tij i përgjigjet gjysmës se valës Fig. 2.1.12 dhe Fig. 2.1.14. Pjesa punuese e
instrumentit prerës (3) është ashtu e konstruktuar që akset e bërthamës se shndërruesit (1)
dhe transformuesit (2) kalojnë nëpër qendrën e rëndesës së konfiguracionit të veglës
prerëse (3).
Figura 2.1.14 Ndikimi i jo aksialitetit të bërthamës së shndërruesit, transformuesit dhe instrumentit në shfaqjen
e oscilimeve tërthore
Në të kundërtën vie deri tek shfaqja e oscilimeve tërthore të instrumentit prerës dhe të
zvogëlimi i theksueshëm i saktësisë së përpunimit. Sipas konstruksionit instrumentet
prerëse mund të jenë të pandryshueshme ose të ndryshueshme, një pozicionale dhe shumë
pozicionale Fig. 2.1.15 dhe ngjashëm. Forma pjesës punuese të instrumentit prerës i
36
përgjigjet formës së konfiguracionit të detalit që përpunohet, ndërsa definohet me
karakteristikën themelore të procesit, në veçanti, nga saktësia e kërkuar dhe kualiteti e
përpunimit. Kështu, p.sh.për zvogëlimin e konicitetit të vrimës, gjatë shpimit instrumenti
prerës punohet me pjerrtësinë 1:10 dhe fazetën 1-2 mm për përpunimin e njohshëm të
ashpër dhe të pastër të vrimave instrumenti ka formën s hkallëzore me ndryshim të
diametrit 0,5-1 mm, për prerje instrumenti punohet nga shumë pjesë, për të siguruar
largimin e sasisë sa më të vogël të materialit Fig. 2.1.15 etj.,varësisht nga destinimi. Forma
dhe dimensionet e instrumentit prerës përvetësohen varësisht nga forma dhe dimensionet
e detalit që përpunohen, shmangieve të lejuara të dimensioneve të detalit që përpunohet,
madhësisë së kokërrizave të materialit abraziv, saktësisë së përpunimit etj. Për përpunimin
e sipërfaqeve të jashtme dhe të brendshme cilindrike, p.sh, dimensionet e instrumentit
prerës Fig. 2.1.16 varen nga diametri i vrimës përkatësisht nga boshti i detalit që
përpunohet (d), shmangies së lejuar të dimensioneve të detalit që përpunohet (T) dhe
madhësisë së kokërrizave të detalit që përpunohet (Kz).
Për punimin e instrumentit prerës shfrytëzohen materialet e ndryshme (metalet e forta me
shtalbësi të lartë, mesingu, bronzi, llojet e ndryshme të çelikut të pa leguruar sipas DIN;
C22, C45, C60, çeliku karbonik për vegla etj.), karakteristikat themelore të të cilëve janë:
qëndrueshmëria ndaj goditjeve dhe konsumimit, shtalbësia e ngjashëm. Me zgjedhjen e
drejtë të materialit zvogëlohet intensiteti i konsumimit Tab. 2.1.4 dhe rritet saktësia e
formës gjithashtu edhe e dimensioneve të detalit që përpunohet.
Figura 2.1.15 Format e mundshme të instrumentit prerës për përpunim me ultratingull
37
Figura 2.1.16 Dimensionet e instrumentit prerës gjatë përpunimit me ultratingull
Vërehet se qëndrueshmëria e instrumentit prerës varet nga intensiteti i konsumimit dhe i
karakteristikave fizike-kimike të materialit të detalit që përpunohet dhe nga një mori të
faktorëve tjerë. Si kriter i konsumimit të instrumentit prerës shfrytëzohet vlera përkatëse e
parametrave të konsumimit, si për gjatësi po ashtu edhe për prerjen tërthore të instrumentit
prerës (konsumimi gjatësor dhe tërthor).
Tabela 2.1.4 Vlerat e parametrave të instrumentit prerës gjatë përpunimit me ultratingull
2.2 Përpunimi me rrymim abraziv
2.2.1 Hyrje
Gjatë përpunimit me rrymim abraziv (eng. Abrasive Jet Machining- AJM), grimcat
abrazive (gërryese) të Al2O3 ose SiC godasin materialin e copës punuese me një shpejtësi
të lartë. Rrymimi i grimcave gërryese bartet nëpërmjet një gazi ose ajri të thatë. Shpejtësia
38
e lartë e rrymimit të grimcave abrasive gjenerohet duke konvertuar energjinë e presionit
të gazit bartës ose ajrit në energjinë kinetike të tij dhe rrjedhimisht me shpejtësi të lartë.
Diza e drejton rrymimin e grimcave në mënyrë të kontrolluar mbi materialin e copës
punuese, ashtu që distanca midis grykës dhe pjesës së punës dhe këndit të goditjes të mund
të vendoset në mënyrën e dëshirueshme. Grimcat abrazive me shpejtësi të lartë e largojnë
materialin nga veprimi i mikro-prerjes si dhe nga thyerja e brishtë e materialit të punës.
Fig. 2.2.1 tregon në mënyrë skematke procesin e heqjes së materialit.
2.2.2 Sistemi përpunues
Në sistemin e përpunimit të treguar në Fig. 2.2.2, gazi furnizohet nën një presion prej 2
deri në 8 kg/cm2. Oksigjeni nuk duhet të përdoret kurrë sepse shkakton një reakcion kimik
të dhunshëm me ashklat e copës punuese ose materialin e abrazivit.
Figura 2.2.1 Terminologjia e përpunimit AJM
Pas filtrimit dhe rregullimit, gazi kalon nëpër një dhomën e përzierjes që përmban grimca
gërryese dhe vibron në 50 Hz. Nga dhoma e përzierjes, gazi, së bashku me grimcat
gërryese të marra (10-40 μm), kalon nëpërmjet një gryke prej metali të fortë- WC
(Wolfram Carbide) me diametër 0.45 mm Fig. 2.2.2.
Parametrat e procesit janë:
• Abrazivi
⎯ Materiali – Al2O
3 / SiC / sfera qelqi
⎯ Forma – e parregultt / sferike
⎯ Madhësia – 10 ~ 50 μm
⎯ Shpejtësia rrjedhëse e masës – 2 ~ 20 gm/min
39
Fig. 2.2.2 Ilustrimi skematiki i procesit me rrymim abraziv-AJM
• Gazi bartës
⎯ Përbërja – Air, CO2, N
2
⎯ Densiteti – Air ~ 1.3 kg/m3
⎯Shpejtësia – 500 ~ 700 m/s
⎯ Presioni – 2 ~ 10 bar
⎯ Shkalla e rrjedhjes – 5 ~ 30 l/min
• Rrymimi i abrazivit
⎯ Shpejtësia – 100 ~ 300 m/s
⎯ Raporti i përzierjes - raporti i rrjedhës së masës gërryese ndaj gazit-
Mabr/Mgaz
⎯ Distanca e grykës nga copa punuese – 0.5 ~ 5 mm
⎯ Këndi i vendosjes – 600
~ 900
• Diza (gryka)
⎯ Materiali – WC / Safir
⎯ Diametri – (i brendshëm) 0.2 ~ 0.8 mm
⎯ Jetëgjatësia – WC (12–30 h), safiri (300 h)
Karakteristikat e rëndësishme të përpunimit AJM janë:
• Shkalla e heqjes së materialit (MRR) mm3/min ose gm/min
• Saktësia e përpunimit: ±0.05 mm
• Ashpërsia e sipërfaqes:
- 0.15–0.2 µm (grimcat10-μm)
-0.4–0.8 μm (grimcat 25-μm)
-1.0–1.5 μm (grimcat 20-μm)
• Jetëgjatësia e grykës (dizes)
40
Fig. 2.2.3 paraqet efektin e disa parametrave të procesit në shkallën e largimit të materialit
MRR.
Fig. 2.2.3 Efekti i parametrave të përpunimit në MRR
2.2.2.1 Modelimi i shkallës së largimit të materialit
Siç u përmend më herët, heqja e materialit në AJM zhvillohet për shkak të thyerjes së
brishtë të materialit të punës për shkak të ndikimit të grimcave abrazive të shpejtësisë së
lartë. Gjatë përpunimit (AJM), teprica e materialit largohet nga ndikimi i erozionit i
shkaktuar nga goditja e grimcave pafundësisht të ngurta me sipërfaqen punuese.
Modelimi është bërë me supozimet e mëposhtme:
41
1) Lëndët gërryese janë të formës sferike dhe të ngurta. Grimcat karakterizohen
nga diametri mesatar i grimcave dg
2) Energjia kinetike e grimcave abrazive përdoret plotësisht në heqjen e
materialit
3) Në vlerësimin e shkallës së largimit të materialit (MRR) gjatë përpunimit
AJM, supozohet se për materialet e ductile (plastike), vëllimi i materialit të
hequr nga një ndikim i vetëm është i barabartë me vëllimin e gjurmës së
vetme; ndërsa për materialet e brishtë vëllimi i materialit të hequr nga një
goditje e vetme është e barabartë me vëllimin e kraterit hemisferik që ka
diametër të barabartë me gjatësinë e kordës të gjurmës Fig.2.2.4.
Fig.2.2.4 Paraqitja skematike e vëllimit të materialit të hequr nga materiali duktil dhe materialet i
brishtë me një ndikim të vetëm
Fig. 2.2.5 Interakcioni i grimcave abrazive me copën punuese
Në bazë të këtij supozimi, shprehja e MRR për përpunimin e materialeve duktile dhe të
brishtë mund të llogaritet sipas gjeometrisë së gjurmës nga fig.2.2.5: 2 2 2
2 2 2 2
2 2
2
2 2
2 2
g g
g g
g
AB AC BC
BC r AB AC
d dr
r d d
r d
(2.2.1)
42
Vëllimi i hequr i materialit të brishtë është volumi i kraterit hemisferik të ndikimit
dhe është dhënë nga:
3
232 2
3 3B gr d
(2.2.2)
Për materialin duktil (plastik), vëllimi i heqjes së materialit me impakt të vetëm është i
barabartë me vëllimin e gjurmës dhe shprehet si:
2
2
2 3 2
g g
D
d d
(2.2.3)
Energjia kinetike e një grimce të vetme gërryese jepet nga:
2 3 2 3 21 1. .
2 2 6 12g g g g g gK E m v d v d v
(2.2.4)
ku janë;
v- shpejtësia e grimcave abrazive
mg - masa vetanake e abrazivit
dg - diametri i grimcës
ρg – densiteti i grimcës
Materiali i copës punuese i nënshtrohet ndikimit të një force maksimale F që do të çonte
në një ulje të thellësisë së gjurmës 'δ'. Kështu, puna e bërë gjatë gjurmës së tillë është dhënë
nga:
1
2W F (2.2.5)
Duke konsideruar H si fortësinë ose forcën e rrjedhës së materialit të punës, forca e
ndikimit (F) mund të shprehet si:
2F r H (2.2.6)
F= sipërfaqja e gjurmës 𝑥 fortësia
ku,
r- rrezja e gjurmës
21 1
2 2W F r H (2.2.7)
43
Tani, siç supozohet se energjia kinetike (K.E) e abrzivit përdoret e tëra për heqjen
e materialit, atëherë puna e bërë barazohet me energjinë:
W=K.E (2.2.8)
(2.2.9)
(2.2.10)
(2.2.11)
(2.2.12)
(2.2.13)
Tani, MRR gjatë përpunimit AJM për materialet e brishta mund të shprehet si:
B B BMRR x Numri i veprimeve të abrazivit për sekond N (2.2.14)
(2.2.15)
gjegj.,
(2.2.16)
(2.2.17)
(2.2.18)
44
gjegj.,
(2.2.19)
me që; (2.2.20)
(2.2.21)
gjegj., (2.2.22)
(2.2.23)
(2.2.24)
(2.2.25)
Atëherë do të jetë:
(2.2.26)
(2.2.27)
2.2.2.2 Aplikimi:
Për shpimin e vrimave të formave të ndërlikuara në materiale të forta dhe të
brishta,
45
• Për përpunimin e materialeve të brishtë dhe të ndjeshme ndaj nxehtësisë
• AJM mund të përdoret për shpimin, prerjen, çarjen, pastrimin nga oksidimi
• Mikro-përpunimi i materialeve të brishtë.
2.2.2.3 Aftësitë e procesit:
• Materialet e aplikueshme: Zakonisht materialet e forta dhe të
brishtë, të tilla si çeliku inox, qelqi, qeramike etj.
• Rreze minimale qoshe: 100μm.
• Koniciteti: 1 - 5º.
• MRR: 10 - 50mm3 / min.
• thellësia maksimale e prerjes: 10mm (varet nga materiali).
• Thellësia minimale e prerjes: 1 - 2mm.
.1 Përparësitë e procesit AJM:
Mund të fitohet cilësia e sipërfaqes, në rendin e 50-200μm.
Është veçanërisht i përshtatshëm për përpunimin e materialeve të forta dhe të
brishta, të tilla si lidhjet e titan dhe germanium, qeramika etj., Të cilat zakonisht
kanë përpunueshmëri të dobët me përpunimin konvencional.
Meqenëse prodhimi i nxehtësisë është i papërfillshëm, materialet e ndjeshme
delikate ndaj nxehtësisë (si druri ose letra) mund të përpunohen në mënyrë efikase
nga AJM.
Procesi është i pavarur nga përçueshmëria elektrike ose termike e materialit të
punës.
Afiniteti kimik ose inertiteti i materialit të punës nuk është gjithashtu pengesë për
AJM.
Përgatitja e makinës nuk është shumë kushtueshme, dhe në të njëjtën kohë, është
mjaft e lehtë për të manipuluar dhe për tu mirëmbajtur.
Nuk ka nevojë për ndërrim të veglës.
Mund të përpunohen edhe pjesët e ndërlikuara të skajeve të mprehta.
Materialet e përpunuara nuk iu nënshtrohen sforcimeve shtesë.
Nuk kërkohet vrimë fillestare për fillimin e operacionit siç kërkohet
gjatë përpunimit me elektroerozion me tel (EDM).
Shfrytëzimi i materialit është i lartë.
Mund të përpunohen materiale të hollë.
46
2.2.2.5 Disavantazhet:
Shkalla e heqjes së materialeve është e ulët
Aplikimet e AJM janë të kufizuara vetëm në materialet e forta dhe të brishta.
Meqë grimcat gërryese futen në sipërfaqen e punës, kështu që nuk është e
përshtatshme për përpunimin e materialeve të buta, si bakri, goma, plastika etj.
Ndotja atmosferike dhe rreziqet e tjera shëndetësore (pluhuri i silicit).
Grimcat gërryese nuk mund të ripërdoren, kështu që rritet kostoja dhe humbjet.
Jetëgjatësia e grykësës është e shkurtër, hunda e metalit të fortë (WC) (çmimi
rreth $ 3/copë) mund të përdoret për 20-30 orë; ndërsa, diza e safirit (çmim rreth
$ 15/copë) mund të përdoret për 200-250 orë.
Koniciteti i vrimave më të thella është i pashmangshëm.
Devijimet gjatë prerjes nuk mund të shmangen (saktësia e ulët e ± 0.1 mm)
Zakonisht nuk mund të sigurohet cilësi e sipërfaqes nën 100μm,
e cila, në tregun e sotëm nuk është fare e mirë.
2.3 Përpunimi me rrymim uji dhe abraziv me rrymim uji
2.3.1 Hyrje
Përpunimi me rrymim uji (Water Jet Machining- WJM) dhe abraziv me rrymim uji
(Abrasive Water Jet Machining - AWJM) janë dy procese jo-tradicionale ose jo-
konvencionale të përpunimit. Ata i përkasin grupit të proceseve jo-konvencionale
mekanike. Te këto procese (WJM dhe AJWM), energjia mekanike e ujit dhe fazat gërryese
përdoren për të arritur largimin ose përpunimin e materialit. Përpunimi me rrymim uji
(WJM) dhe abraziv me rrymim uji (AWJM) mund të arrihen duke përdorur metoda dhe
qasje të ndryshme siç janë renditur më poshtë [33]:
• WJM – i pastër
• WJM - me stabilizues
• AWJM - trefazor - abraziv, ujë dhe ajër
47
• AWJM - dyfazor - abraziv dhe ujë
Sipas mënyrës së pompimit të fluidit WJM dhe AWJM mund të jenë:
-Me pompim të drejtpërdrejtë
- Me pompim jo të drejtpërdrejtë
- Me pompim anashkalues (Bypass
Megjithatë, në të gjitha variantet e proceseve, metodologjia bazë mbetet e njëjtë. Uji
pompohet me një presion mjaft të lartë, 200-400 MPa (2000-4000 bar) duke përdorur
teknologjinë e intensifikimit. Intensifikuesi punon në parimin e thjeshtë të amplifikimit të
presionit duke përdorur cilindra hidraulikë të seksioneve të kryqzuara, siç përdoret në "Jute
Bell Presses". Kur uji në një presion të tillë lëshohet përmes një grykë të përshtatshme
(përgjithësisht dia 0,2-0,4 mm), energjia potenciale e ujit konvertohet në energji kinetike,
duke dhënë një rrjedhje me shpejtësi të lartë (1000 m/s). Rrjedhja i tillë me shpejtësi të
lartë mund të përpunojë fletë të hollë / fletë prej alumini, prej lëkure, tekstili, ushqime të
ngrira etj.
Gjatë përpunimit WJM të pastër, uji komercialisht i pastër (uji i rubinetit)
përdoret për qëllime përpunimi. Sidoqoftë, me që ujit me shpejtësi të lartë shkarkohet nga
diza, rrymimi tenton të tërheqë ajrin atmosferik dhe të ulë zvogëlimin e aftësisë së prerjes.
Prandaj, shumë shpesh stabilizuesit (polimeret e gjatë zinxhiror) që pengojnë
fragmentimin e ujit shtohen në ujë.
Në përpunimin AWJM, grimcat gërryese si rëra (SiO2), rruaza qelqi shtohen në
ujin për të rritur aftësinë e prerjes së. AWJ janë kryesisht të dy llojeve - tipi trefazor dhe
dyfazor siç u përmend më herët. Në AWJM të trefazor, grimcat gërryese lejohen të hyjnë
në rrymën e ujit për të formuar një rrymim abraziv të ujit me shpejtësi domethënëse prej
800 m/s. Rrymimi i tillë abraziv me shpejtësisë të lartë mund të përpunojë pothuajse çdo
material. Fig. 2.3.1 tregon pamjen fotografike të një sistemi komercial të përpunimit CNC
me rrymim të ujit së bashku me pamje të ngushtë të kokës prerëse.
48
Fig. 2.3.1 Sistemi komercial CNC për përpunimin me rrymim të ujit (WJM) dhe kokat e prerjes
Aplikimi:
Aplikimet dhe materialet, të cilat përgjithësisht përpunohen duke përdorur WJM dhe
AWJM, jepen më poshtë:
• Largimi i bojës
• Pastrimi
• Prerja e materialeve të buta
• Prerja e mishit të ngrirë
• Tekstile, Industria e lëkurës
• Kirurgjia
• Farkëtim
• Prerje
• Frezim me xhepa
• Shpim
• Tornim
Materialet:
• Çeliqet
• Lidhjet me ngjyra
• Lidhjet Ti, Ni- lidhjeve
• Polimere
• Kompozitet e matricës metalike
• Kompozitet e matricës qeramike
• Betoni
• Guri - Granit
• Druri
• Plastikë e përforcuar
49
• Laminatet e polimerit metalik
• Laminatet e fibrave të metalit dhe qelqit
Aftësia prerëse e përpunimit me rrymim të ujit mund të përmirësohet në mënyrë drastike
duke shtuar grimca të mprehta dhe të forta në rrymimin e ujit. Kështu, përpunimi WJM
zakonisht përdoret për të prerë materialet e ashtuquajtura "të buta" dhe "të lehta për
përpunim", siç janë fletët e holla, lidhjet jo hekurore, druri, tekstilet, polimeret, mish të
ngrirë, lëkura etj., por fusha e materialeve "të vështira dhe vështirë-të përpunueshme " si
fletë të trasha prej çeliku, alumini dhe materiale të tjera komerciale, matricat metalike dhe
kompozite qeramike, plastika të përforcuara, kompozitet e shtresuara etj., janë të
rezervuara për AWJM.
Përvec prerjes (machining) jet me presion të lartë gjithashtu gjen aplikim në heqjen e bojës,
pastrimin, kirurgji, farkëtim për të hequr sforcimet e mbetura etj. AWJM gjithashtu mund
të përdoret përveç prerjes për frezim, tornim, shpim etj. Një nga fushat strategjike ku
AWJM robotik po gjen zbatim kritik është çmontimi i centraleve bërthamore.
Fig. 2.3.2 përshkruan një shembull tipik të AWJM, ku është përpunuar çeliku inox me
trashësi 50 mm. Fig. 2.3.3 tregon saktësinë e mundshme dhe saktësinë me AWJM. Disa
nga prodhuesit industrial pretendojnë se kanë përdorur me sukses AWJM në prodhimin e
formave të lira sipërfaqësore me frezim siç tregohet në faqen në vijim:
Përpunimi WJM dhe AWJM kanë disa funksione të dobishme, të cilat ndihmuan në arritjen
e depërtimit të rëndësishëm në industritë prodhuese.
• Vendosja dhe programimi jashtëzakonisht i shpejtë
• Vendosje shumë pak për shumicën e pjesëve
• Përpunimi i pothuajse çdo formë 2D në çdo material
• Forca anësore shumë të ulëta gjatë përpunimit
• Pothuajse aspak nxehtësi e gjeneruar në pjesën e punës
• Përpunimi i pllakave të trasha.
50
Fig. 2.3.2 Pllakat nga çeliku inox Fig. 2.3.3. Komponente të ndryshme inxhinierike të
e përpunuara me AWJM përpunuara me AVJM
2.3.2 Sistemi makinerik
Çdo sistem standard i përpunimit me rrymim të ujit abraziv (AWJM) duke përdorur
metodologjinë e përfshirë të AWJM përbëhet nga modulet e mëposhtme Fig. 2.3.4.
Fig. 2.3.4 Paraqitja skematike e përpunimit AWJM
Intensifikuesi (përforcuesi), i treguar në Fig. 2.3.5 është drejtuar nga një paketë hidraulike.
Bërthama e paketës së energjisë hidraulike është një pompë hidraulike e zhvendosjes
pozitive. Paketat e fuqisë në sistemet komerciale moderne kontrollohen shpesh nga
mikrokompjuterët për të arritur rritje të programuar të presionit etj.
Fig. 2.3.5 Paraqitja skematike e intensifkuesit
Pompa hidraulike e presionit të ulët e dërgon vajin hidraulik në intensifikues me një
presion të Ph. Raporti i seksionit tërthor të dy cilindrave në intensifikues është një raport
(A = A madh / A vogël). Kështu, amplifikimi i presionit do të ndodh në cilindrin e të vogël si
më poshtë.
51
(2.2.28)
(2.2.29)
(2.2.30)
Kështu, nëse presioni hidraulik është vendosur në 100 bar dhe raporti i zonës është 40, pë
= 100 x 40 = 4000 bar. Duke përdorur valvulën e kontrollit të drejtimit, intensifikuesi nxitet
nga njësia hidraulike. Uji mund të furnizohet drejtpërdrejt në cilindrin e vogël të
intensifikuesit ose mund të furnizohet përmes një pompe përforcuese, e cila në mënyrë
tipike e rrit presionin e ujit në 11 bar para se ta furnizojë atë me intensifikuesin. Nganjëherë
uji zbutet duke shtuar zbutësa të zinxhirit polimerik në “njësinë shtesë”
Kështu, ndërsa punon intensifikuesi, ai jep ujë me presion të lartë (fig. 2.3.6). Ndërsa
pistoni më i madh ndryshon drejtimin brenda intensifikuesit, do të kishte një rënie në
presionin e shpërndarjes. Për të kundërshtuar pika të tilla, një cilindër i trashë shtohet në
njësinë e shpërndarjes për të akomoduar ujin me presion të lartë. Ky quhet "akumulues" i
cili vepron si një "rrotë fluturuese" e një motori dhe minimizon luhatjet e presionit të ujit.
Uji me presion të lartë pastaj furnizohet nëpërmjet tubave të çelikut inox deri në kokën e
prerëse. Vlen të theksohet këtu që tubat e tillë duhet të mbajnë ujë në presion 400 bar (400
MPa) me fleksibilitet të theksuar. Koka prerëse përbëhet nga një grykë, një dhomë
përzierëse dhe një tub fokusues në të cilën formohet rrymimi i ujit dhe përzierja me grimca
gërryese për të formuar rrymimin abraziv të ujit.
Fig. 2.4. 6 paraqet një kokë prerëse skematike dhe të fotografuar. Diametri tipik i tubave
elastik çelik inox është 6 mm.
Fig. 2.3.6 Pamja skematike dhe foto e kokës prerëse
52
2.3.3 Suspensioni rrymues
Në përpunimin AWJM dyfazor, rrymimi i ujit gërryes, i cili vjen nga tubi fokusues ose
diza, mund të përdoret për të përpunuar materiale të ndryshme.
Gjatë përpunimit AWJM, rrymimi i ujit gërryes formohet krejt ndryshe. Ekzistojnë tri lloje
të ndryshme të formimit të rrymimit abraziv; e drejtpërdrejtë, indirekte dhe e anashkalimit
(Bypass). Fig. 2.3.7 tregon parimin e punës të sistemit të rrymimit abraziv AWJM. Në
suspensionin e përpunimit AWJM, përzierja e përformuar e ujit dhe grimcave gërryese
derdhet në një presion mjaft të lartë dhe ruhet në enë nën presion. Pastaj uji dhe gërryesi i
presionit të lartë të përzgjedhur lejohen të shkarkohen nga një grykë për të formuar një
rrymim të ujit gërryes.
Fig. 2.3.7 Paraqitja skematike e përpunimit-AWJM (Llojet e suspensionit)
53
2.3.4 Kolektorët
Edhe pasi rrymimi gërryes është përdorur për përpunim, ai mund të ketë nivele mjaft të
larta të energjisë në varësi të llojit të aplikimit. Një energji e tillë e lartë e rrymimit të ujit
abraziv duhet të “amortizohet” para se të dëmtojë ndonjë pjesë të makinës ose operatorit.
Kolektori (catcher) përdoret për të thithur energjinë e mbetur të AWJ dhe për të shpërndarë
të njëjtën. Fig. 2.3.8 tregon tre lloje të ndryshme të kolektorëve - bazenit të ujit, sfera çeliku
ose qeramike të zhytur dhe pllaka TiB2.
Fig. 2.3.8 Disa kolektor tipik
2.4 Përpunimi me rrymim akulli
2.4.1 Hyrje
Në procesin e përpunimin me rrymim të ujit abraziv (AWJM) grimcat abrazive si karabiti
i silicit (SiC) dhe oksidi i aluminit (Al2O3) përdoren për përpunim. Përpunimi me rrymim
të akullit (Ice Jet Machining-IJM) është derivat i procesit të përpunimit AWJM në të cilin
përdoren grimcat e akullit në vend të grimcave abrazive.
Mangësia kryesore e përpunimit me rrymim uji (WJM) është efikasiteti i ulët i transferimit
të energjisë në mes të rrymimit dhe pjesës së punës. Kjo prodhon shkallë të ulët të prerjes,
54
e cila e kufizon përdorimin e rrymimit të ujit për përpunimin e materialeve relativisht të
buta . Derisa, përpunimi me rrymim të ujit abraziv (AWJM) mund të përdoret për çdo
material inxhinierik.
Megjithatë, efikasiteti energjetik i përpunimit AWJM është ende i ulët. Përzierja e ujit dhe
lëndës abrazive e kufizon dukshëm diametrin minimal të rrymës që mund të përdoret.
Gjjatë përpunimit me rrymim të ujit abraziv (AWJM), mbeturinat e ujit janë shumë të larta,
pasi rryma e ujit përmban grimca abrazive. Për të ripërdorur ujin nevojitet një sistemin
shumë i komplikuar i pastrimit të tij. Ndërsa gjatë përpunimit me rrymim akulli (IJM),
akulli përdoret në vend të lëndës abrazive.
Teknologjia e rrymimit të akullit (Cryo Jet/Ice Jet – IJ) përdor grimcat e akullit të bëra nga
uji që vjen nga uji i rrjedhshëm ose sistemi i ujërave të ëmbla për të prerë materialin. Derisa
grimcat e akullit presin materialin, ato shkrihen dhe hyjnë në rezervuarin e ujit të makinës.
Uji nën presion që vepron si një rrymë prerëse mund të ri-përdoret, me filtrim
adekuat, pa patur nevojë për trajtim të tij duke krijuar një qark të mbyllur të ujit. Gjithashtu,
me përdorimin e teknologjisë AWJ prodhohen mbetje të ngurta që e ndotin mjedisin.
Ndërsa në krahasuar me AWJ, teknologjia IJ është miqësore me mjedisin.
2.4.2 Përshkrimi i procesit
Gjatë përpunimit me rrymim akulli (IJM), grimcat abrazive zëvendësohen nga grimcat e
akullit që formojnë rrymimin e akullit. Meqenëse fortësia e grimcave të akullit është më e
vogël se sa ajo e grimcave abrazive si SiC dhe Al2O3, priten norma më të ulëta të largimit
të materialit, krahasuar me përpunimin me rrymim të ujit abraziv (AWJM). Megjithatë,
reduktimi i kostos dhe ndikimi miqësor me mjedisin rrethues e bëjnë përpunimin me
rrymim akulli (IJM) edhe më të mirë. Përpunimi IJM përdoret në industrinë ushqimore
elektronike, mjekësore dhe hapësinore ku ndotja është e palejueshme.
Gjenerimi i grimcave të akullit bëhet sipas dy mënyrave:
1) Formimi i grimcave të akullit duke përdorur ngrirjen e rrymës së ujit (<500 μm)
Fig. 2.4.1 dhe
2) Futja e grimacave të akullit (>500 μm) në rrymën e ujit Fig. 2.4.2.
55
Fig. 2.4.1 Sistemi IJM me nënftohje të ujit nën presion
Fig 2.4.2 Grimcat e akullit “Cryogenic”
Në rastin e parë, grimcat e akullit gjenerohen ose nga nënftohja e ujit nën presion gjatë
kalimit nëpër këmbyesin e nxehtësisë (-15oC) ose me futjen gazit kriogjenik (azotit të
lëngshëm N2 me temperaturë -196 oC) drejtpërdrejt në rrymën e ujit, Fig. 2.4.1.
Përgjithësisht, lëngjet kriogjenike e kanë pikën e vlimit në presionin atmosferik rreth -
150oC ose edhe më ulët.Në rastin e dytë, kubzat e akullit prodhohen nga një gjenerator i
akullit para përzierjes së tij me rrymën e ujit fig.2.4.3.
Fig. 2.4.4 tregon gjenerimin e akullit duke futur azotin e lëngshëm në pikat e ujit të
atomizuar. Temperatura e azotit të lëngët është -196 oC. Ndërsa uji vjen në kontakt me
56
azotin e lëngshëm, ai konvertohet në grimca akulli, i cili mblidhet në rezervuarin e
magazinimit ku ftohet edhe më tej dhe dergohet në bluarsin e akullit. Pasi i shtohet CO2 i
ngurtë për të parandaluar shkrirjen e akullit të grimcuar, ai hidhe në rrymën e ujit në
kokën prerëse të pajisjes për përpunim me rrymim akulli (IJM).
Fig. 2.4.3 Paraqitja skematike e përpunimit IJM
Përparësitë. Përpunimi me rrymim të grimcave të akullit (IJM) ofron deri në 40% më
shumë largim të biomaterialit në krahasim me procesin e thjeshtë me rrymim uji (WJM).
Prandaj, mund të jetë e zbatueshme në prerjen primare të trupave të mishit dhe të kockave
në therrtore.
Fig. 2.4.4 Procesi i gjenerimi i grimcave të akullitbrenda rezervoarit “Cryo” para futjes në rrymin e ujit
57
Procesi mund të ketë gjithashtu përdorim në prerjen e ushqimeve të ngrira dhe të buta.
Këto efekte të përmirësuara higjienike mund të arrihen në presione shumë më të ulta të ujit
sesa kërkohet në prerjen e materialeve të inxhinierike. Produktet ushqimore dëmtohen nga
prerja me frimca akulli. Prerja e indeve të njeriut dhe të tjera nga gërryeset jo-tradicional
të përfshira në proceset e me rrymim uji, gjithashtu po bëhen të rëndësishme. Disavantazhi
i përpunimit me rrymim akulli është kostoja e lartë e pajisjeve. Kostoja më e lartë është
ajo e pompë sintensifikues me fuqi të lartë. Nëse presionet e ulëta të nevojshme për
biomateriale më të buta ulin akom këtë kosto.
2.5 Përpunimi final abraziv magnetik
2.5.1 Hyrje
Polirimi me me asistim të fushës magnetike është një proces jo-konvencional në të cilin
forcat e përpunimit kontrollohen nga një fushë magnetike. Në përputhje me këtë, polirimi
përfundimtar arrihet pa patur nevojë për makina përpunuese tepër të shtrenjta, të ngurta,
ultraprecise dhe pa gabime duke inkorporuar elementet magnetike të nevojshme të
polirimit në makinat ekzisuese.
Ekzistojnë dy lloje të polirimit me asistim të fushës magnetike: përpunimi abraziv
magnetik (Magnetic Abrasive Finishing-MAF), e cila përdor një “furçë” të lëmuar
magnetike për përpunim përfundimtar, dhe polirim magnetik notues (fluid retifikues
magnetik), i cili përdor lëngun magnetik që është një shpërndarje koloidale e nëndomenit
të grimcave magnetike në një bartës të lëngshëm me lëndë gërryese (abrazive).
2.5.2 Sistemi përpunues
Në figurën 2.5.1 është paraqitja skematike e aparaturës MAF. Copë punuese cilindrike
është përforcuar në kokën e bushtit punues që siguron lëvizje rrotulluese. Copa punuese
mund të jetë një material magnetik (çelik) ose jo-magnetik (qeramikë) nëpër të cilët
kalojnë linjat e fushës magnetike.Lëvizja osciluese aksiale vo në fushën magnetike
realizohet nëpërmjet levizjes osciluese të poleve magnetike në raport me copën punuese.
Përzierja e imët abrazive ferromagnetike futet ndërmjet copës punuese dhe kokave
magnetike ku procesin e përpunimit final e realizon fusha magnetike. Zakonisht madhësitë
tipike të konglomerateve magnetike gërryese janë 50 deri në 100 mikron dhe lëndës
gërryese janë të rangut 1 deri në 10 mikronë.
58
Fig. 2.5.1 Paraqitja skematike e përpunimit final abraziv magnetik [49]
Gjatë përpunimit të materiale jo-magnetike, lëndët gërryese magnetike lidhin
njëra-tjetrën magnetikisht midis poleve magnetike N dhe S përgjatë linjave të forcave
magnetike, duke formuar brusha gërryese fleksibël magnetike. Për të arrihtur një
qarkullimi uniform të abrzazivit, lënda abrazive magnetike në mënyrë periodike përzihet.
2.5.3 Polirimi elekromagnetik
Përpunimi në fushën elektromagnetike (polirimi elektromagnetik) siguron heqjen e
shtresës së hollë (trashësia 5-30 μm) dhe përmirësimin e kualitetit (cilësisë) paraparak të
përpunimit. Përfshinë disa operacione prodhuese të tilla si superfinishi, honingimi,
retifikimin e instrumenteve prerëse të komplikuara si puntot etj. Tek polirimi në fushën
elektro-magnetike (Fig.2.5.2), copa punuese dhe materiali i imët abrziv me veti
ferromagnetike, ndodhen ndërmjet poleve të elektromegantit. Me lëvizjen rrotulluese dhe
oscilatore të copës punuese vie dhe poleve të elektromagnetit vie deri prerja e vijave të
fushës elektromagnetike dhe lëvizja e grimacave abrazive.
Fig.2.5.2 Paraqitja skematike e përpunimi final abraziv
59
Me lëvizjen e grimcave abrazive dhe goditjen e tyre në sipërfaqen e copës punuese vie deri
te largimi i shtresës së tepërt të materialit dhe krijimi i një sipërfaqe të kualitet shumë të
lartë të përpunimit. Përveç lëvizjes rrotulluese dhe oscilatore, shfytëzohet edhe lëvizja
aksiale (gjatësore) drejtvizore. Lëvizjen kryesore rrotulluese, për rreth të aksit vetanak,
zakonisht e realizon copa punuese, ndërsa lëvizjen ndihmëse aksiale dhe oscilatore copa
punues ose polet e elektromagnetit.
Sipas të gjitha skemave të përunimit elektromagnetik, fusha magnetike e luan rolin e
lidhësit, duke krijuar nga grimcat e veçanta të pluhurit abraziv një instrument (vegël)
elastik dhe forcën e nevojshme prerëse me të cilën pluhuri abraziv realizon procesin
prerjes së materialit. Përpunimi në fushën elektromgnetike realizohet me aplikimin e
domosdoshëm të mjeteve për ftohje, me çka parandalohet saldimi (ngjitja) e metalit të
shkrirë dhe sipërfaqes së përpunuarsi dhe sigurohet rritja e fortësisë së shtresave
sipërfaqësore. Energjia mikro-elektrike (e indukuar gjatë procesit të përpunimit) ) jo
vetëm që çon në shtimin e largimit të materialit, por edhe në forcimin e shtresave
sipërfaqesore dhe krijimin e shtresave sipërfaqësore me karakteristika të reja fiziko-
kimike dhe rritjen e rezistencës ndaj konsumit
2.5.4 Operacionet prodhuese dhe parametrat e përpunimit
Varësisht nga regjimi i përpunimit dhe vlerave themelore të fushës magnetike, procese i
përpunimit elektromagnetik mund të merrë karakter të përpunimit final me instrument të
ngurtë (retifikim, polirim, superfinish, honingim,miko-honongim ose përpunim final me
rrymim abraziv (Abrasive Jet Machining-AJM). Gjatë operacioneve prodhuese të polirimit
realizohet një largim intensiv i materialit të tepërt (mikro- jo rrafshirave), rritja e kualitetit
dhe saktësisë së përpunimit (8-10) herë zvoglohet valëzimi, rritja e fortësisë,
qëndrueshmërisë kontaktuese dhe qëndrueshmërisë ndaj lodhjes, ulje të konsiderueshme
të vlerave të sforcimeve të shfaqura para polirimit si dhe uljen e përmbajtjes së austenitit
të mbetur në shtresat sipërfaqësore të copës punuese.
Në procesin e përpunimt ndikimin më të madh e ka numri i rrutullimeve të copës punuese
(shpejtësia e lëvizjes rrotulluese), frekuenca e oscilimit, amplitude e oscilimit, tensioni i
fushës magnetike dhe karakteristikat elektromagnetike të të copës punuese dhe pluhurit
abraziv. Përpunimi final në fushën elektromagnetike përdoret për përpunimin e pjesëve të
cfarëdo dimensioni dhe forme gjeometrike, prej materialeve magnetike dhe jomagnetike.
Megjithatë, metoda përdoret më së shpeshti për përpunim final të sipërfaqeve planare,
cilindrike të jashstne dhe të brendshme, të zakonshme dhe komplikuara si psh.,
instrumenteve metalprerëse me gjeometri të komlikuar-gjatë pregaditjes së teheve prerëse
të puntove spirale Fig. 2.5.3.
60
Fig. 2.5.3 Metodat e pregaditjes së teheve prerëse të puntove spirale
Në Fig. 2.5.4 është paraqitur pamja e smadhuar e kualitetit të përpunimit të teheve prerëse
të puntove spirale me retifikim dhe me përpunim abrziv magnetik, ndërsa në Fig. 2.5.5)
dhe Fig. 2.5.6) janë paraqitur pamja dhe konfigurimi i makinës me unaza koaksiale të
poleve magnetike për polirim të puntove spirale si dhe koncepti i ri i sistemit të përpunimit
abrazivo magnetik.
Aplikimi i përpunimit abrazivo-magnetik për përpunimin e puntove spirale i ofron këto
përparësi:
përmirësimin i cilësisë së teheve prerëse të puntove prerjes stërvitje dhe të gjitha
sipërfaqeve
gjenerimi i riprodhueshmërisë së tehut prerës nëpërmjet përshtatjeve mikro-
gjeometrike.
realizimi i mikrostrukturimit dhe përmirësimi i sipërfaqes me vetëm me një kalim
(hap) të procesit
rritja e stabilitetit të prerjes dhe teheve prerëse
rritja e jetë gjatësisë së puntove të pa veshura deri në 87%, dhe
(rritja rreth 2 herë e jetë gjatësisë së puntove të veshura).
Fig.2.5.4 Kualiteti i përpunimit me retifikim dhe abrziv magnetik
61
Fig. 2.5.5 Pamja dhe konfigurimi i makinës për përpunim abrzaiv magnetik
Fig. 2.5.6 Koncepti i sistemit të ri abrazivo-magnetik
2.5.5 Treguesit tekniko-ekonomik të procesit
Prodhueshmëria, kualiteti dhe saktësia e përpunimit tek përpunimi në fushën magnetike
janë funksioni i drejtpërdrejtë i parametrave bazë (regjimit të përpunimit: shpejtësisë së
prerjes v, shpejtësia së levizjes ndihmëse vn, shpejtësisë osciluese vo, amplitudës dhe
frekuencës së oscilimit, induksionit magnetik, madhësisë së boshllëkut punues dhe
kohëzgjatjes së procesit). Shkalla e ndikimit të parametrave të përpunimit është e
ndryshme. Shpejtësia e prerjes- e rrotullimit e copës punuese përcakton mekanikën e
procesit dhe rrjedhën e e fenomeneve elektro-magnetike dhe elektro-mekanike.
Me rritjen e saj rritet edhe rruga e prerjes, për periudhën e njëjtë të kohës, që do të thotë se
rritja e shpejtësisë çon në rritjen e produktivitetit. Por, produktiviteti rrritet deri në një vlerë
të caktuar, e mandej bie. Kjo nuk shpjegohet vetëm nga fakti i kontaktit të kokrrave
62
gërryese dhe copës punuese është më i shkurtër, por edhe të fenomeneve dhe proceseve të
shumta fizike që ndodhin në zonën e përpunimit.
Ndikimi kryesor i shpejtësisë osciluese (lëkundëse, vibruese) pasqyrohet në faktin se
lëvizshmëria e kokrrave gërryese në zonën e përpunimit kushtëzohet nga vlera e saj. Në
varësi të vlerës së shpejtësisë së lëkundjes, parandalohet ose jo përputhja e trajektores së
kokrrizave gërryese dhe drejtimit të lugjeve dhe brigjeve të tjera në sipërfaqe, të krijuara
nga përpunimi paraprak. Shpejtësia e lëvizjes ndihmëse siguron ndryshimin e zonës së
kontaktit ndërmjet copës punuese dhe abrazivit (rrjedhja e vazhdueshme e procesit) dhe
ajo siguron edhe presionin e nevojshëm shtesë të pluhurit abraziv në zonën e përpunimit.
Kjo krijon kushte për rritjen e depërtimit të thellësisë të pluhurit abraziv në drejtimin e
vektorit të shpejtësisë së prerjes.
Amplituda e osciluese nuk ka një efekt të rëndësishëm në procesin e përpunimit. Me
zvogëlimin e saj, dhe rritjen e frekuencës së lëkundjes është e mundur të sigurohet lëvizje
intensive e kokrrizave gërryese. Induksioni magnetik ka një ndikim të madh në ngurtësinë
dhe lidhjen e masës gërryese në një tërësi dhe është një faktor themelor i procesit. Vlera e
induksionit në kufijtë 0.8-1,2 T (Tesla) siguron efektet më të mira dhe dhe lëvizshmërinë
e lartë të kokrrizave gërryese.Madhësia e boshllëkut punues, vlera minimale e të cilit
duhet të jetë mbi madhësinë e kokrrave gërryese, përcakton sasinë dhe ngurtësinë e masës
gërryes-magnetike. Me zvoglimin e madhësisë së bashllëkut punues vie deri te rritje e
ngurtësisë së masës gërryese.
Ndikimi i kohës së përpunimit është shumë i rëndësishëm dhe kompleks. Duke rritur kohën
e përpunimit lajmërohet rritja e sasisë së kokrrizave gërryese në sipërfaqen e përpunimit,
por edhe një sërë mikro dhe makro-procesesh me karakter mekanik, elektromagnetik dhe
elektrokimik. Treguesit bazë të përpunimit elektromagnetik varen nga një numër faktorësh
të tjerë, siç janë: materiali i përpunimit, llojit të materialit gërryes dhe imtësisë së tij,
përmbajtja e komponentit magnetik në përzierjen ferro-magnetike dhe kështu me radhë.
Të gjitha këto janë faktorë që tregojnënë kompleksitetin e procesit dhe drejtimin e qasjes
adekuate në çështjet e testimit dhe futjen e përpunimit elektromagnetik në prodhimtari.
2.5.6 Pluhuri abraziv
Karakteristikat themelore të pluhurit janë induksioni i lartë magnetik, depërtimi magnetik,
aftësisia prerëse, rezistenca ndaj konsumimit, përçueshmëri termike të mirë dhe stabilitet
kimik, me rezistencë të ulët në përçueshmërinë e rrymës elektrike. Për prodhimtarinë
63
serike dhe masive, aplikohet pluhuri dy komponentësh i fituar me metalurgjinë e pluhurit,
dmth. sinterim. Produktivitetin më të mirë e siguron pluhuri me bazë hekuri dhe shtesë të
titanit ose elektro korundit. Efektiviteti i procesit të përpunimit elektromagnetik në masë
të rëndësishëm varet nga aftësitë magnetike dhe prerëse, mikro-fortësia dhe fuqisë lidhëse
të komponentes magnetike dhe pluhurit gërryes. Ndikim thelbësor ka, po ashtu, përbërja,
forma e grimcave, aktiviteti kimik, teknologjiia e prodhimit dhe çmimi i pluhurit.
2.5.7 Pajisja për përpunim elektromagnetik
Procesit të përpunimit elektro-magnetik, mund t'i nënshtrohen produkte me dimensione të
vogla të punuara nga materialet si diamanti, para-magnetike dhe ferromagnetike,
konfigurime të ndryshme me sipërfaqe rrotulluese, formë e thjeshtë dhe komplekse.
Instalimi themelor përmban disa sisteme; magnetike, mekanike, elektrike dhe sistemet e
ftohjes dhe lubrifikimit Fig. 2.5.7.
Fig. 2.5.7 Skema e pajisjes për polirim elektromagnetik
Në Fig. 2.5.8 është paraqitur përgatitja e teheve prerëse me pluhur magnetik nëpërmjet
robotëve manipulues gjatë prodhimit serik të puntove spirale.
64
Fig. 2.5.7 Paraqija skematike dhe pamja e robotit për përgatitjen e teheve prerëse të puntove spirale
65
Kapitulli
3
Proceset e bazuara në energjinë
kimike dhe elektrokimike
3.1 Përpunimi kimik
3.1.1 Bazat e procesit
Përpunimi kimik (Chemical Machining - CM) paraqet shpërbërjen e kontrolluar të
materialit të pjesës së punës (gravurë) me anë të një reagensi të fortë kimik (kemikati).
Gjatë përpunimit kimik (CM) materiali largohet nga zonat e përzgjedhura të copës
punuese duke e zhytur atë në një reagentë kimikë; të tilla si acide dhe solucione alkaline.
Heqja dhe largimi i tepricës së materialit është rezultat i reakcioneve kimike dhe
elektrokimike kimike të copës punuese dhe tretjes (materies shpërbërëse) pa veprimin e
enegjisë elektrike të jashtme.Varësisht nga lloji i materialit të coës punuese dhe tretjes
zhvillohen një seri reaksionesh qëllimi përfundimtar i të cilëve është largimit i materialit
të tepërt. Metodat kimike përdoren për përpunimin e lidhjeve të aluminit dhe magneziumit,
metaleve me ngjyra, çelikut, titanit, lidhjet e bakrit, beriliumit dhe lidhjeve të tjera metalike
me qëllim, mbi të gjitha, reduktimin e masës totale të copës punuese, pa zvoglimin e
karakteristikave mekanike. Procesi përdoret për të prodhuar xhepa dhe kontura si dhe për
të hequr materialin nga pjesët (detalet) që kanë raport të lartë në mes ngurtësisë dhe peshës.
Pëpunimi kimik (CHM) përbëhet nga 4 hapa faza karakteristike:
3 Përgatitja dhe pastrimi i sipërfaqes së pjesës së punës. Kjo siguron ngjitje
(athezion) të mirë të materialit maskues dhe siguron mungesën e ndotësve
(papstërtive) që mund të ndërhyjnë në procesin e përpunimit.
4 Maskimi (vendosja e shtreave mbrojtëse) duke përdorur një maskë
66
lehtësisht të largueshme, e cila është kimikisht e rezistueshme (impregnuar) dhe
mjaftueshëm e ngjitur për t’i qëndruar konsumit kimik gjatë gravimit.
5 Shënimi i shabllonit të maskës, për të zbuluar që duhet ti ekspozohen
përpunimit kimik. Lloji i maskës së zgjedhur varet nga madhësia e pjesës së
punës, numri i pjesëve që duhet të punohen dhe mënyra e dëshiruar e çmontimit
të detajeve. Maskat e mëndafshta preferohen për përpunime finale të cilat
kërkojnë toleranca të vogla dimensionale.
6 Copa punuese pastaj gravohet dhe shpërlahet, dhe i hiqet maska
Para se pjesa të përfundohet. Gjatë përpunimit kimik Fig. 3.1.1, thellësia e gravimit
kontrollohet nga koha e zhytjes. Për t’iu shmangur përpunimin e pabarabartë, kimikatet që
godasin sipërfaqet përpunuese duhet të jenë të freskëta. Kimikatet e përdorura janë shumë
korrozive dhe prandaj duhet të trajtohen me masa adekuate të sigurisë.
Fig. 3.1.1 Paraqitja skematike e pajisje për përpunim kimik
Të dy avujt dhe rrjedhjet duhet të kontrollohen në mënyrë të përshtatshme për mbrojtjen e
mjedisit. Turbulencat e copës punuese dhe lëngut janë të zakonshëm; megjithatë, rrjedha
e tepruar e tretjes mund të rezultojë në kanalizimin, kanale, apo të çara. Pjerrtësimi i copës
punuese mund të parandalojë rrjedhjen në kanalizim nga flluskat e gazit. Bellows-i (1977)
dhe Manuals Handbook (1989) njoftojnë se në sipërfaqes e përpunuar ndodh shpërndarje
e pabarabartë e nxehtësisë që rezulton nga veprimi kimik.
Temperaturat e zakonshme të reagentit shkojnë nga 37 në 85 ° C. Shkalla më e shpejtë e
gravimit ndodh në temperature më të larta, por duhet të kontrollohet brenda ± 5 ° C të
temperaturës së dëshiruarnë mënyrë që të arrihet një përpunim uniform. Kur përdoret
maska, veprimi i përpunimit vazhdon si nga brenda vrimës së maskës dhe në anën e pasme
të maskës duke krijuar kështu faktorin e gravuar të paraqitur në Fig. 3.1.2. Faktori i
gravimit është raporti i prejes nga poshtë d me thellësinë e gravimit T. Ky raport duhet të
merret parasysh gjatë përgatijes së shablonit të maskës. Një faktor tipik i gravimit prej 1:
1 ndodh gjatë një thellësie prerëse prej 1.27 mm. Prerjet më të thella mund ta ulin këtë
67
raport në 1: 3. Rrezja e filetit të prodhuar do të jetë përafërsisht e barabartë me thellësinë
e gravimit. Për përpunim të njëkohshëm të pjesëve të shumta, përdoren shpesh rafte ose
pajisje manipulimi për të lehtësuar zhytjen e pjesëve të punës në reagensin kimik dhe për
shpëlarje të mëvonshme.
Pas shpëlarjes së kimikateve nga pjesa e punës, demaskimi realizohet në mënyrë
manuale (duar), me brushë mekanike, ose pastrim kimik. Disa kimikate largohen nga film
i ndotur në sipërfaqen e përpunuar, nëpërmjet kimikateve të tjerë ose shpesh edhe me
brusha mekanike. Përpunimi kimik (CHM) nuk do të eliminojë parregullsitë sipërfaqësore,
lugjet, gërvishtjet, ose valëzimet. Nëpërmjet hapave të njëpasnjëshëm të heqjes së maskës
dhe zhytjes siç tregohet në Fig. 3.1.3 mund të arrihen prerje shkallzëore. Prerjet konike
Fig. 3.1.4 mund të prodhohen gjithashtu prodhuar pa e maskuar copën punuese duke
kontrolluar thellësinë dhe shpejtësinë e zhytjes ose tërheqjes dhe numrin e zhytjeve. Pjesë
konike të vazhdueshme, madje si 0,060 mm/mm për alumin dhe 0.010 mm/mm për lidhjet
e çelikut, janë përpunuar në prodhim (Metals Handbook, 1989).
Fig. 3.1.2 Faktori i gravimit pas përpunimit kimik
68
Fig. 3.1.3 Prerja e konturës me përpunim kimik
3.1.2 Mjetet për përpunim kimik
Mjetet për përpunim kimik janë relativisht të lira dhe të thjeshta për t'u modifikuar. Katër
lloje të ndryshme të mjeteve nevojiten: maskuesit, kemikatet, shablloni dhe pajisjet.
Fig. 3.4 Përpunimi konik dhe i shakllëzuar kimik
69
3.1.2.1 Maskuesit. Maskuesit përdoren përgjithësisht për të mbrojtur pjesët e copës
punuese ku veprimi kimik (Chemical Dissolution-CD) nuk është i nevojshëm. Zakonisht,
si material bazë përdoren sintetika ose gome. Tabela 3.1 tregon maskuesit e ndryshëm dhe
kemikatet për disa materiale së bashku me shkallën dhe faktorin e gravimit (gdhendjes).
Maskuesit duhet, megjithatë, të posedojnë vetitë e mëposhtme:
1. Të jenë mjaft të qëndrueshëm gjatë manipulimit
2. Të ngjiten mirë në sipërfaqen e pjesës së punës
3. Të shënohen dhe prehen me lehtësi
4. Të jenë rerzistente ndaj kemikateve të përdorura
3.1.2.2 Kemikatet
Kemikatet (reagensat, gravuesit) shih Tab. 3.1 janë acidi ose alkaline të ruajtura brenda
një game të kontrolluar të përbërjes kimike dhe temperaturës. Synimet kryesore teknike të
tyre janë të arrijnë sa vijon:
Cilësi të mirë të sipërfaqes
Uniformitet gjatë heqjes së metaleve
Kontrollin e veprimit selektiv dhe intergranular
Kontrollin e thithjes së hidrogjenit në rastin e lidhjeve të titanit
Mirëmbajtja e sigurisë personale
Çmimi më i mirë dhe besueshmëria për materialet që do të përdoren në
ndërtim e rezervuarit të procesit
Ruajtja e cilësisë së ajrit dhe shmangia e problemeve të mundshme
70
mjedisore.
Kostoja e ulët për njësi të masës së shpërbërë
Aftësia për rigjenerimin e kemikateve dhe / ose neutralizimin e lehtë dhe
shkatërrim të produkteve të mbeturinave.
3.1.2.3 Shenuesit e shablloneve
Shenuesit e shablloneve përdoren për të përcaktuar fushat për ekspozim ndaj veprimit të
përpunimit kimik. Më e zakonshme Metoda më e zakonshme e shenimit të pjesëve të punës
është prerja e maskës me një thikë të mprehtë në mënyrë të kujdesshme të maskës nga
zonat e zgjedhura. Linjat e vizatimit ose modelet e metalit ose tekstil me fije qelqi
udhëzojnë procesin e shenimit. Faktori i kompensimit të gravimit duhet të përfshihet në
çdo metodë të përdorur për opreacionin e shenimit. Fig. 3.1.5 tregon kontrollimin numerik
(NC) të lazerit për shenimin (skrimin) e maskës për CHM të një sipërfaqe të madhe
relativisht .
Fig.3.1.5 Prerja me laser e maskës për përpunim kimik
71
3.2 Përpunimi elektrokimik
3.2.1 Hyrje
Përpunimi elektrokimik (Electrochemical Machining- ECM) është një proces modern i
përpunimit që mbështetet në heqjen e atomeve të pjesëve të punës me anë të shpërbërjes
elektrokimike (Electrochemical Dissolution-ECD) në përputhje me parimet e Faraday
(1833). Gusseff-i paraqiti patentën e parë mbi ECM në vitin 1929, dhe zhvillimi i parë i
rëndësishëm ndodhi në vitet e 1950-ta, kur përdoret procesi përpunimit të lidhjeve të forta
dhe të rezistencës ndaj nxehtësisë.
3.2.2 Parimet e elektrolizës
Elektroliza ndodh kur rryma elektrike kalon midis dy elektrodave të zhytura në një tretje
elektroliti. Sistemi i elektrodave dhe elektoliti emërohen si qelulë elektrolitike.
Reakcionet kimike, të cilat ndodhin në elektroda, njihen si reakcione anodike ose katodike.
Shpërbërja elektrike (ED) nga copa punuese (anoda) formon bazën e përpunimit
elektrokimik të metaleve. Sasia e metalit të tretur (të hequr nga përpunimi) ose i depozituar
llogaritet nga ligjet e Faraday të elektrolizës, të cilat thonë se:
1. Sasia e masës së tretur (shpërbër) m, është në proporcional të drejtë me sasinë e
energjisë elektrike:
𝑚 ∝ 𝐼𝑡 (3.2.1)
2. Sasia e substancave të ndryshme të tretura m, me të njëjtën sasi të energjisë
elektrike (It) është proporcional me ekuivalentin kimik të peshave të substancave
ε.
𝑚 ∝ 𝜀 (3.2.2)
dhe;
𝜀 =𝐴
𝑍 (3.2.3)
ku;
I - rryma elektrolizuese, A
t - koha e përpunimit, min
𝜀 - ekuivalenti kimik i peshave, g
A - pesha atomike
Z - Valenca e copës punues
72
3.2.3 Teoria e përpunimit elektrokimik
Përpunimi elektrokimik përdor rrymën e vazhdueshme (Direct Current-DC) me një
densitet të lartë prej 0.5 deri 5 A / mm2 dhe një të ulët tensionit prej 10 deri 30 V, Fig.3.2.1.
Rryma e përpunimit kalon nëpër tretjen elektrolitike që mbush hapsirën midis copës
punuese (anoda) dhe një vegle paraprakisht të përgatitur (katoda).
Fig. 3.2.1 Paraqitja skematike e procesit ECM
Elektroliti është i detyruar të rrjedhë përmes hapësirës ndërmjet elektrodave me shpejtësi
të lartë, zakonisht më shumë se 5 m/s, për të intensifikuar transferimin i masës dhe
ngarkesës përmes nënshtresës afër anodës. Me lëvizjen intensive të elektrolitit mundësohet
largimi i produkteve të tretjes anodike nga zona e përpunimit dhe kopjimi i profilit të
katodës në sipërfaqen e anodës, stabiliteti dhe prodhueshmëri e lartë e përpunimit, largim
i nxehtësisë dhe vlerave përkatëse të parametrave të treguesve të tjerë të procesit Fig .3.2.2.
Fig. 3.2.2 Formësimi i copes punuese gjatë përpunimit elekrokimki- ECM
73
McGeough (1988) pohon se kur zbatohet një ndryshim potencial nëpër elektroda, disa
reakcione të mund të ndodhin në anodë dhe katodë. Fig. 3.2.3 ilustron reakcionin e
shpërbërjes së hekurit në tretjen e natrium klorurit (NaCl) si elektrolit. Rezultati i disocimit
të elektrolitit dhe tretjes NaCl sjell deri:
(3.2.1)
Fig. 3.2.3 Rekacionet elektrokimike gjatë përpunimit elektrokimik të hekurit
Anionet e ngarkuara negativisht OH- dhe Cl- lëvizin drejt anodës, dhe kationet e ngarkuar
pozitivisht të H+ dhe Na+ drejtohen në katodë.
Në anodw, Fe ndryshon në Fe++ duke humbur dy elektrone:
(3.2.2)
Në katodë, reagimi përfshin gjenerimin e gazit të hidrogjenit dhe
jonet hidrokside:
(3.2.3)
2 222e eF H O F OH H (3.2.4)
Hidroksidi i hekurit mund të reagojë më tej me ujë dhe oksigjen për t'u formuar hidroksidi
I hekurit, Fe (OH)3:
2 22 34 2 4e eF OH H O O F OH (3.2.5)
Me këtë kombinim metali-elektrolit, elektroliza ka implikuar shpërbërja e hekurit, nga
anoda, dhe gjenerimi i hidrogjenit, në katodë (McGeough, 1974).
74
3.2.4 Llojet e përpunimit ECM
Në vartësi nga mënyra e realizimit të përpunimit dallohen dy përpunime:
1. Përpunimi ECM me elektrodë të formësuar (elektroda të lëvizshme dhe të
palëvizshme) Fig. 3.2.4.
2. Përpunimi ECM pa elektrodë të formësuar (përpunimi ECM i sipërfaqeve)
Fig. 2.3.4 Forma të ndryshme të elektrodave
Varësisht nga parametrat e regjimit të përpunimit dallojnë dy metoda tjera të përpunimit
ECM:
1. Përpunimi gjatë parametrave të përpunimit (shpejtësia e lëvizjes së
instrumentit, tensioni, presioni i elektrolitit etj. ) konstant (me rritje graduale të vogël) )
dhe
2. Parametrave të përpunimit të ndryshueshëm (periodik ose impulsiv).
Numri i madh i materialeve konstruktive në mënyrë të shkëlqyer përpunohet me metodat
e përpunimit ECM me makinat me parametrat konstant ose parametra gradualisht të
ndryshueshëm të regjimit të përpunimit. Mirëpo, në disa raste sikur që është përpunimi i
çelikut jo korodues dhe të materialeve tjera me përpunueshmëri shumë të vështirë, më e
përshtatshme është të shfrytëzohet metodat përpunimit gjatë parametrave të ndryshueshëm
të regjimit të përpunimit, e më së shpeshti gjatë ndryshimit impulsiv të tensionit.
Kohëzgjatja e impulsit sillet në kufijtë prej 0,01 – 0,4 s. Regjimi i impulsiv i punimit
mundëson zvogëlimin e shpejtësisë së qarkullimit të elektrolitit, thjeshtëzimin e zgjidhjes
konstruktive të makinës dhe sistemit të qarkullimit të elektrolitit, përmirësimin e kualitetit
të përpunimit (zvogëlimin e ashpërsisë) e ngjashme, sidomos gjatë përpunimit të çeliqeve
karbonike me strukturë martensite.
75
3.2.5 Operacionet prodhuese
Përpunimi elektrokimik shfrytëzohet për punimin e pjesëve me konfiguracione të
ndërlikuara dhe me brishtësi të vogël, përpunimin e sipërfaqeve jo lehtë të arritshme dhe
materialeve me kualitete shumë të larta, të prirura për shfaqjen e çarjeve gjegjësisht
plasaritjeve (silici, germaniumi, beriliumi, etj), si dhe realizimin e një mori operacioneve
tjera prodhuese (me gabarite te vogla, mesme dhe të mëdha me saktësi edhe deri 0.05mm)
Fig. 3.2.5.
Fig. 3.2.5 Paraqitja skematike e përpunimit elektrokimik të lopatave të turbines
76
Fig. 3.2.6: (a) lopata e turbinës, (b) kanale të hollë, (c) disku i kompresorit
Në figurën 3.2.6 janë paraqitur pjesë tipike të bëra nga përpunim elektrokimik: (a) lopata
e turbinës e bërë nga aliazhi i nikelit me 360 HB, forma e elektrodësështë paraqitur në
anën e djathtë; (b) kanale të hollë në një kafaz çeliku – 4340 që mban rula; (c) fletët ajrore
(krihët) integruese në një disk kompresori. Ndërsa në figurën 3.2.7 dhe 3.2.8 janë treguar
paraqitja skematike e operacionit të retifikimit dhe operacioni i tornimit gjatë përpunimit
elektrokimik.
Fig. 3.2.7 Paraqitja skematike 3D i operacionit të retifikimit elektrokimik
77
3.2.6 Parametrat e regjimit të përpunimit
Parametrat themelor të regjimit të përpunimit definohen me: dendësitetin e rrymës
elektrike (njëtrajtshmëria e së cilës paraqet supozimin bazë për zhvillimin e drejtë të
procesit), tensionin i cili mund të jetë konstant ose i ndryshueshëm – impulsiv me
kohëzgjatje të impulsit prej 0,01 – 0,04 sec, me fuqinë e rrymës elektrike, me boshllëkun
në mes të elektrodave, presionin , shpejtësinë e lëvizjes, rrjedhjen dhe temperaturën e
elektrolitit dhe shpejtësinë e lëvizjes ndihmëse të elektrodave. Parametrat themelor të
qarkut t elektrik janë:
- dendësiteti i rrymës elektrike:
(3.2.6)
- rezistenca elektrike e elektrolitit:
(3.2.7)
-fuqia e rrymës elektrike:
(3.2.8)
Ku janë :
U (V) – tensioni në skajet e elektrodave,
Ke (1/ohm mm) – përçueshmëria specifike elektrike e elektrolitit,
(mm) – boshllëku në mes të elektrodave dhe
A (mm2)- sipërfaqja e detalit që përpunohet, e cila merr pjesë në proces.
-Shpejtësia e largimit të materialit (e tretjes), ndryshimeve të dimensionit të
detalit që përpunohet ose lëvizjes së instrumentit prerës është:
(3.2.9)
-Prodhueshmëria vëllimore speficike proporcionale Km dhe dendësiteti i rrymës
elektrike, varet nga vlerat e tensionit, boshllëkut në mes të elektrodave, fuqisë së rrymës
elektrike dhe sipërfaqes së detalit që përpunohet, e cila merr pjesë në proces. Në veçanti
78
është aktual ndikimi i prodhueshmërisë vëllimore e cila konsiderohet edhe si parametër në
përpunimin elektrokimik:
(3.2.10)
Ku janë:
Ke (g/Ah) – ekuivalenti elektrokimik i materialit dhe
(cm3) - dendësiteti i materialit të detalit që përpunohet.
Koha kryesore e përpunimit varet nga madhësitë e shtesës për përpunim z (mm) dhe
shpejtësia e ndryshimit të dimensionit të detaleve që përpunohet, d.m.th,
(3.2.11)
3.2.7 Fluidi punues – elektroliti
Elektroliti është një ndër elementet më të rëndësishëm të procesit të përpunimit
elektrokimik. Detyrat themelore të elektrolitit janë :
- largimi i thërmiave të formuara me tretjen anodike,
- ftohja e instrumentit dhe detalit që përpunohet,
- largimi i shtresës së pasivizuar dhe të gazrave të krijuar ,
- krijimi i parakushteve të domosdoshme për zhvillimin e përpunimit të procesit
elektrokimik dhe proceseve tjera gjatë përpunimit etj.
Për realizimin e detyrave të cekura elektroliti duhet të ketë:
përçueshmëri elektrike specifike të lartë ,
vlerë pH përkatëse
veti anti korrozive të larta
viskozitet të vogël
shkallë të lartë të përshtatshmërisë për përdorim (pranimin dhe
sfrytëzimin gjatë procesit të punës),
nivel të lartë të vetive mbrojtëse (jo rrezikshmëri gjatë punës)
zbatim të lartë ekonomik (çmim i ulët ) etj.
Si elektrolite më së shpeshti përdoren tretjet e ujit dhe kriprave neutrale NaCl, NaNO3, KCl
etj.
79
Zgjedhja e elektrolitit varet nga:
materiali i copës punuese Tab. 3.2.1
saktësisë së dëshiruar
kualitetit (cilësisë) së sipërfaqes së përpunuar
Tabela 3.2.1 Llojet e elektoliteve tek përpunimi elektrokimik-ECM
Zgjedhja e llojit dhe e parametrave të regjimit dhe kushteve punuese të elektrolitit
(rrjedhjes, presionit, shpejtësisë së rrymimit, përqendrimi dhe temperaturës së elektroliti),
mund të merren vetëm në bazë të analizës komplekse të ndikimit të elektrolitit në
karakteristikat themelore dhe treguesve tekniko-ekonomik të procesit të përpunimit ECM.
Elektroliti duhet të jetë ashtu i kompozuar, që nga materiali i detalit që përpunohet, të
formojë kompozime të cilat me lehtësi mund të treten në ujë dhe thjeshtë të largohen nga
sistemi i qarkullimit të elektrolitit.
3.2.8 Pajisja - instalimi për përpunimin elektrokimik
Instalimi për përpunimin elektrokimik Fig. 3.2.8 në parim, përbëhet prej:
makinës vegël,
burimit të energjisë elektrike
sistemit qarkullues të elektrolitit dhe
80
sistemit për kontroll dhe drejtim të procesit të përpunimit elektrokimik të
materialit.
Të gjitha elementet e instalimit dhe instalimi në përgjithësi janë të projektuara ashtu që
të mundësojnë nivel përkatës të parametrave dhe kërkesave të rëndësishme për
funksionimin e instalimit, sikur që janë: prodhueshmëria, saktësia, qëndrueshmëria,
shkalla e a automatizimit, jo rrezikshmëria-niveli i mbrojtjes, efikasiteti ekonomik etj.
Përparësitë e përpunimit ECM:
• Prodhueshmëri e lartë (50 000 mm3/min),
• Kualiteti i përpunimit N3-N6 ( Ra = 0,1 – 2,5 μm ),
• Komponentët nuk i nënshtrohen ngarkesave termike apo mekanike
• Nuk vie deri te konsumi i veglave,
• Mund të arrihet shkallë e lartë e lëmueshmërisë së sipërfaqeve (25 μm),
• Pjesët e thyeshme lehtë mund të përpunohen për shkak të mungesës së
sforcimeve,
Fig. 3.2.8 Paraqitja skematike e instalimit për përpunim elektrokimik
Lehtë mund të bëhët punimi i detaleve komplekse të makinave, veçanërisht në
industrinë e hapësirës ajrore-kosmike, siç janë lopatat e turbinës, pjesët e
motorëve të aeroplanëve etj.
81
Me këtë metodë mund të shpohen vrima të të thella, raporti i thellësisë / diametrit
shkon deri në 200.
Mangësitë e përpunimit ECM:
Metoda nuk është e përshtatshme për të bërë forma të mprehta katrore për shkak
të tendencës së elektrolitit për të brejtur (rrëzuar) skajet e mprehta
Metoda është e kufizuar vetëm në materialet elektrikisht të përçueshëm.
Pajisjet ECM janë shumë të shtrenjta dhe kanë konsum shumë të lartë të
energjisë, prandaj kjo kosto arësyetohet vetëm në prodhimtarinë serike,
Saktësia e përpunimit është e vogël (0,02 – 0,2 mm), kështu që procesi nuk është
i
përshtatshëm për copa punuese të vogla.
82
Kapitulli i katërt
4
Proceset termike
4.1 Përpunimi elektroeroziv
4.1.1 Bazat e procesit
Përpunimi elektroeroziv ose me shkarkim elektrik (Electric Discharge Machening – EDM)
përfshinë metodat e përpunimit të metaleve te të cilat largimi i tepricës së materialit
realizohet me serinë e shkarkimeve elektrike me karakter periodik, të realizuara në mes të
instrumentit prerës katodës (1) Fig. 4.1.1 dhe detalit që përpunohet anodës 2.
Fig. 4.1.1 Elementet themelore të përpunimit elektroeroziv
83
Gjatë distancës përkatëse të instrumentit prerës dhe detalit që përpunohet (0,005 – 0,5 mm)
vendoset harku elektrik ose shkëndija (3). Shfaqja e harkut elektrik ose shkëndisë elektrike
sjell deri të jonizimi i fluidit punues (dielektrikut 4), formimit të shtyllës së elektrike
(shtyllës jonizuese 5), shkrirjes dhe avullimit të thërrmijave të materialit të detalit që
përpunohet, nën veprimin e rrymës elektrike me dendësitet të lartë, e cila rrjedh nëpër
shtyllën jonizuese në periodë – interval shumë të shkurtë kohor (disa s).
Me ndërprerjen e shkarkimit (zbrazjes) elektrike (qarkut elektrik) vie deri te shpërthimi
(eksplodimi) i shtyllës jonizuese, nxjerrja e materialit të shkrirë (tretur) dhe largimit të tij
nga zona e përpunimit. Ftohja e materialit të tretur dhe largimi i tij realizohet me
dielektrikun i cili qarkullon.Shkarkimet impulsive, alternative sigurojnë, shkatërrimin e
materialit, depërtimin e instrumentit prerës dhe formimin e profilit i cili i përgjigjet profilit
të instrumentit prerës.
4.1.2 Parimet e përpunimit
Sipas mënyrës dhe parimeve të shkatërrimit të materialit, proceseve të cilat zhvillohen në
mes të instrumenteve prerëse dhe detalit që përpunohet, mënyrës së formimit të zbrazjeve
elektrike dhe kohës së zgjatjes së impulseve, dallohen edhe metodat e përpunimit
elektroeroziv Fig. 4.1.2.
Te erozioni me hark-elektrik largimi i tepricës së materialit realizohet me zbrazjen
periodike stacionare. Me oscilimet mekanike (me afrimin dhe largimin e instrumentit
prerës) vie deri te formimi dhe shuarja e harkut elektrik, shkatërrimit periodik të materialit
dhe largimit të tij nga zona e përpunimit.
Fig. 4.1.2 Metodat e përpunimit elektroeroziv
84
Me sjelljen e ujit nëpër elektrodë, materiali i tretur dukshëm ftohet dhe largohet nga
materiali bazë, nën veprimin e forcave dinamike të shfaqura me rastin ftohjes intensive të
materialit. Në procesin e erozionit me elektrohark formohet shtylla jonizuese e zgjeruar
kah anoda, me çka dukshëm zvogëlohet saktësia e përpunimit. Nga arsyet e tilla dhe nga
një mori arsyesh tjera erozioni me elektrohark kryesisht shfrytëzohet në punëtoritë e
remontit dhe si i tillë nuk ka rëndësi për praktikën e gjerë industriale. Kur është fjala për
përpunimet me elektroerozion atëherë nënkuptohen, para së gjithash, metodat me
elektroshkëndi ose me elektroimpulse të përpunimit.
Tek metoda e përpunimit me elektroshkëndi erozive largimi i materialit të tepërt është
rezultat i zbrazjeve serike periodike jostacionare dhe kuazistacionare në dielektrikum. Me
veprimin e shkendisë elektrike vie deri te shkrirja dhe avullimi i materialit, i cili, gjatë
ndërprerjes së shkarkimit elektrik ftohet në mënyrë intensive. Kjo sjell deri te avullimi i
materialit të tretur në formë të shpërthimeve, nxjerrjen e materialit të lëngshëm dhe
kondensimi i tij në dialektrik , me shfaqje e kraterit përkatës në anodë. Erozionin me
elektroshkëndi e karakterizon kohëzgjatja shumë e shkurtër e impulseve (deri 1 s) dhe
raport relativisht i madh i periodës dhe i kohës zgjatjes së impulsit (1/t = 10). Shkarkimi
elektrik, zakonisht, përfshinë sipërfaqen 0,05 – 1 mm2, në thellësinë 0,005 – 0,5 mm.
Realizohet me ndihmen rrymës elektrike, e cila në shtyllën e shkarkimit elektrik arrin
dendësitetin deri 10000 A/ mm2, derisa pjesët e elektrodës ngrohen deri në temperaturën
8000 – 12000 0 C.
Përpunimi me elektroimpuls dallon nga përpunimi me elektroshkëndi për shkak të
karakterit të impulseve elektrike, kohëzgjatjen e tyre (100 – 1000 s) dhe raportin e
periodës dhe kohëzgjatjes së impulsit (1/t = 1- 10). Impulset elektrike formohen përmes
gjeneratorit autonom (gjeneratori me motor), i cili jep impulse një polare me frekuencë
përkatëse (p.sh 400 Hz). Skema parimore e përpunimit është e ngjashme me metodën e
përpunimit me elektroshkëndi me ç’rast instrumenti prerës paraqet anodën, detali që
përpunohet paraqet katodën. Dallohet me shpejtësi të madhe të largimit të materialit, me
shpenzime më të vogla të energjisë elektrike, me kohëzgjatje më të madhe të
qëndrueshmërisë (jetëgjatësisë) së instrumentit prerës dhe diçka më pak prodhueshmëri në
operacionet prodhuese të përpunimit final. Për këto arsye përpunimi me elektroimpuls
(gjatë vlerave të ulëta të tensionit 25-30V, me vlera më të larta fuqisë elektrike 50 – 500
A dhe vlera më të ulëta dhe të mesme të frekuencave të impulseve të gjeneratorit, 400 –
30000 Hz ) përdoret për përpunim të ashpër .Duke filluar nga karakteristikat themelore të
përpunimit me elektrohark dhe me elektroimpuls në praktikën industriale zakonisht
shfrytëzohen metodat e kombinuara të përpunimit (përpunimi paraprak me elektroimpulse
ndërsa përpunimi final me elektroshkëndi).
85
4.1.3 Esenca – fizika e procesit
Përpunimi me elektroerozion realizohet me dy elektroda -instrumenti 1 dhe detali që
përpunohet- 2, Fig. 4.1.3 të zhytura në tretësirën punuese – dilektrikun (3) me rezistencë
të lartë elektrike. Dukuritë të cilat zhvillohen gjatë shkarkimit impulsiv, brenda boshllëkut
(hapsirës) në mes elektrodave, janë mjaft të ndërlikuara dhe komplekse dhe paraqesin
objekt të hulumtimit të një mori shkencëtarëve. Me zvogëlimin e boshllëkut punues
(distancës punuese), gjatë vlerave kritike (zakonisht 0,05 – 0,5 mm ), vie deri të shfaqja e
shkëndijave elektrike – shkarkimeve në mes të elektrodave. Shkarkimet elektrike janë
pasojë e proceseve të ndërlikuara fizike, ndërsa manifestohen me shfaqjen e shtyllës së
shkarkimit elektrik si rezultat i jonizimit të vëllimit të vogël të dielektrikut Fig. 4.1.4.
Shfaqja e shkarkimeve elektrike shkakton nxehjen e dukshme të sipërfaqes së elektrodës
(deri në temperaturën 8000 – 12000 0C e më shumë), si dhe avullimin e dielektrikut dhe
krijimin e fluskave të gazit, me presion shumë të lartë të dielektrikut. Me ndërprerjen e
qarkut elektrik vie deri te shpërthimi i fluskave të gazit për shkak të rënies momentale të
temperaturave. Me këtë krijohen forca të rëndësishme ose të dukshme dinamike, të cilat
largojnë metalin e shkrirë nga krateri.
Fig. 4.1.3 Skema parimore e përpunimit me elektroerozion
86
Fig. 4.1.4 Zona e shkarkimit dhe flluska e gazit gjatë përpunimit me elektroerozion
Materiali i shkrirë (avulluar) në mënyrë eksplozive, për shkak të veprimit të ftohjes së
dielektrikut, ngurtësohet në formë të sferave të imta dhe largohet nga zona e përpunimit
me ndihmën e dielektrikut, qarkullues, në këtë mënyrë formohet krateri me madhësi
përkatëse, ndërsa seria e zbrazjeve të njëpasnjëshme shkakton shfaqjen e një mori
krateresh (njëpasnjëshëm), përkatësisht largimit e materialit të tepërt të detalit që
përpunohet. Vërehet se, në procesin e përpunimit elektroeroziv vie deri tek dukuritë e
ndryshme ndërsa themelore janë dy : dukuria elektrike (shkaktimi i zbrazjes në rrethinën
elektrike të tretësirës) dhe dukurisë së nxehtësisë (shkrirja dhe avullimi i materialit të
elektrodës dhe avullimit të dielektrikut). Gjatë kësaj tensioni elektrik dhe fuqia e rrymës
elektrik, gjatë një impulsi elektrik, kanë ndryshim karakteristik me kohën Fig. 4.1.5, e cila
karakterizohet me tri faza:
jonizimi i dielektrikut,
shkarkimi elektrik dhe
rënia gjegjësisht largimi i shtyllës jonizuese (dejonizimi)
87
Fig. 4.1.5 Shtylla jonizuese dhe pamja e impulsit elektrik
Në fazën e parë vie deri te jonizimi i dielektrikut Fig. 4.1.6. Për shkak të
johomogjinetit dhe sipërfaqes së instrumentit prerës dhe detalit që përpunohet shfaqet
emitimi diskret i elektroneve Fig. 4.1.6.a nga elektrodës negative. Me ndeshjen e
elektroneve me thërrmijat neutrale, të mediumit punues (dielektrikut), shkaktohet
shkatërrimi i molekulave të dielektrikut (largimi i një elektroni nga molekula) dhe shfaqjae
grimcave (thërmiave) të elektrizuara negativisht dhe pozitivisht (jone), gjegjësisht jonizimi
i dielektrikut. Nëse numri i elektroneve dhe energjia e tyre është mjaft e madhe vie deri te
reaksioni zinxhiror dhe jonizimi i plotë i hapësirës në mes të elektrodave, përkatësisht së
shfaqjes së shtyllës jonizuese. Shfaqja e shtyllës jonizuese – shkarkuese mundëson
rrjedhjen e energjisë elektrike, përkatësisht qarkullimin thërrmijave me ngarkesë elektrike,
ngjashëm me llavën, nga njëra në drejtim të elektrodës tjetër.
Në fazën e dytë – faza e shkarkimit elektrik Fig. 4.1.7 thërrmijat e elektrizuara
pozitivisht lëvizin kah elektroda negative, ndërsa thërrmijat e elektrizuara negativisht kah
elektroda pozitive. Me rrjedhjen e rrymës elektrike vie deri të rënia e rezistencës të
mediumit gjegjësisht të dielektrikut dhe rritja e fuqisë së rrymës elektrike, vie deri tek
rritja e presionit dhe temperaturës brenda shtyllës jonizuese dhe shfaqjes së shkrirjes dhe
avullimit të materialit të detalit që përpunohet përkatësisht të elektrodës Fig. 4.1.8.
Në fazën e tretë - me ndërprerjen e qarkut elektrik, vie deri te rënia rapide e
rezistencës të thërrmijave me ngarkesa elektrike (të elektrizuara), shkatërrimit të
fluskaveve të gazit dhe me rënien rapide të presionit. Kjo shkakton avullimin eksploziv të
materialit, ftohje momentale të tij (në kontakt me dielektrumin) shfaqjen e thërrmijave të
ngurtësuara të materialit dhe mbetjeve të tretësirës punuese (zakonisht të karbonit dhe
gazit).
88
Fig. 4.1.6 Paraqitja skematike e procesit të jonizimit
Fig. 4.1.7 Paraqitja skematike e thërrmijave të shkarkimit elektrik
Fig. 4.1.8 Skema e shkatërrimit të shtyllës jonizuese dhe largimit të materialit të elektrodës – dejonizimi
89
4.1.4 Operacionet prodhuese
Përpunimi elektroeroziv shfrytëzohet në rastet kur përpunimi mekanik i materialit është i
pa mundshëm ose skajshëm i vështirë, gjatë përpunimit të materialeve shumët të forta
(çeliku zjarrdurues, dhe çeliku jo oksidues e ngjashëm). Me përpunimin e vrimave me
diametër të vogël (0,1-1mm), vrimave dhe detaleve me forma dhe konfiguracione të
ndërlikuara Fig. 4.1.9 dhe etj. Në figurën 4.1.10 është paraqitur klasifikimi i mundshëm i
operacioneve që realizohen gjatë përpunimit me elektroerzion. Në shumë raste përpunimi
me elektroerozion është metodë e vetme e përpunimit të gjysmë fabrikateve nga molibdeni,
volframi dhe tantali, me saktësi dhe kualitet të përpunimit (deri 1-2 m). Veçanërisht është
i përshtatshëm dhe ekonomikisht i arsyeshëm gjatë prerjes (shkurtimit), hapjes së kanaleve
të ndryshme të detaleve të punuara nga metalet e shtrenjta (germaniumi e ngjashëm), kur
gjerësia e prerjes (e formuar nga elektrodat prej molibdeni, mesingu ose çeliku me trashësi
përreth 0,15 mm) është relativisht e vogël 0,25-0,30 mm, me një kualitet të lartë të
përpunimit të sipërfaqes.
Fig. 4.1.9 Paraqitja skematike e disa operacioneve prodhuese të përpunimi elektroeroziv
90
Fig. 4.1.10 Klasifikimi i mundshëm i operacioneve prodhuese të përpunimit elektroeroziv
Zhvillimi i metodave të përpunimit elektroeroziv dhepajisjeve përkatëse, ka mundësuar
realizimin e një mori operacioneve prodhuese prej me të ndryshme, si edhe të atyre të cilat
realizohen me metodat klasike (konvencionale të përpunimit). Me zhvillimin e makinave
për përpunim me elektrodë në formë teli dhe përsosjen e mëtutjeshme të makinave për
përpunim me elektroda të plota janë krijuar kushtet për rritjen e dukshme të efikasiteti
(produktivetit dhe ekonomicitetit) të ekzekutimit të një mori operacionesh prodhuese.
Përpunimi me elektrodë në formë teli siguron edhe përpunimin i konturave të ndërlikuara
me shkallë të lart të saktësisë, me një automatizim të thjeshtë të lëvizjeve, sipas programit
të dhënë paraprakisht.
4.1.5 Parametrat e procesit të përpunimit
Procesi i përpunimit elektroeroziv Fig. 4.1.11 varet nga shumë parametra të renditur
zakonisht, në dy grupe: elektrik dhe mekanik. Njohja e tyre dhe analiza e ndikimit të
parametrave veç e veç në treguesit tekno-ekonomik të procesit të përpunimit është
parakusht themelor për formimin e prodhimit të kualitet gjegjës. Parametrat elektrik janë
të përcaktuar me karakteristikat elektrike të impulsit, ndërsa mekanik me skemën
kinematike të përpunimit, regjimin e lëvizjeve ndihmëse (shpejtësia e lëvizjes ndihmëse),
me shpejtësinë e rrotullimit të elektrodës e ngjashëm.
91
Fig. 4.1.11 Skema parimore e rregullimit të procesit të përpunimit elektroeroziv
Efekti i përpunimit varet nga parametrat themelor të qarkullimit të dialektrikut (presionit
dhe rrjedhjes) dhe një mori më shumë ose më pak (karakteristikave të materialit të detalit
që përpunohet: temperaturës dhe nxehtësisë së shkrirjes dhe të avullimit, nxehtësia dhe
përçueshmëria elektrike, përbërja kimike etj; karakteristikat e diaelektrikut,
përçueshmëria, viskoziteti, temperatura e depërtimit dhe shpejtësia e dejonizimit,
karakteristikat e materialit të instrumentit prerës: përçueshmëria termike, polariteti dhe
shpejtësia e dejonizimit të hapësirës punuese, intensitetit të avullimit të mediumit punuese
etj.). Të gjitha këto janë karakteristika dhe parametra të cilët ndikojnë në mënyrë
komplekse dhe të ndryshme, kështu që janë të domosdoshme hulumtimet dhe vështrimet
adekuate.
4.1.6 Fluidi punues
Për realizimin e procesit të përpunimit elektroeroziv dhe arritjes se efekteve përkatëse
tekno-ekonomike, kujdes të veçantë i kushtohet edhe zgjidhjes së fluidit punues dhe
projektimit të metodës së shpëlarjes së hapësirës punuese dhe sistemit adekuat të
qarkullimit të tretësirës.
4.1.6 1 Dielektriku
Detyrat themelore të tretësirës gjegjësisht fluidit punues janë: krijimi i kushteve për
realizimin e shkëndijës (zbrazjes elektrike) në mes të elektrodave, izolimi i hapësirës në
mes të elektrodave, largimi i produkteve të përpunimit, ftohja e elektrodave, krijimi i
92
kushteve përkatëse për shfaqjen e shtyllës të shkarkimit elektrik, evitimi i sendimentimit
të jo pastërtive dhe të produkteve të erozionit në njërën nga elektrodat etj.
Mu për këto arsye, gjatë zgjedhjes së llojit të dielektrikut, përveç kërkesave themelore të
procesit të përpunimit, kujdes të veçantë i kushtohet edhe karakteristikave themelore të
dielektrikut: viskoziteti i vogël kinematik, rezistenca e lartë elektrike, vlera adekuate e
vetive dielektrike (shpejtësia jonizuese dhe dejonizuese), vlera e lartë e temperaturës se
ndezjes, neutraliteti kimik dhe jo toksiciteti (jo helmueshmëria), niveli i lartë i vetive
mbrojtëse dhe niveli i ulët shpenzimeve eksploatuese.
Si dielektrik shfrytëzohet uji i dejonizuar dhe lloje të ndryshme të karbohidrateve (vaji,
petroli, kerozina etj. Uji i dejonizuar dhe petroliumi kanë qëndrueshmëri të shkurtër,
kështu që kërkohet që të ndërrohen me shpesh se sa në rastin e punës me vajin mineral.
Për përpunimin e pjesëve me të imta dhe për përpunimin final shfrytëzohen fluidet me
viskozitet më të vogël (uji i dejonizuar ose petroliumi), ndërsa për përpunimin e ashpër
dhe për përpunimin e detaleve me gabarite të mëdha shfrytëzohet fluidi me viskozitet më
të lartë (vaji mineral).
4.1.6.2 Shpërlarja e hapësirës punuese
Shpëlarja e hapësirës punuese (rrjedhja e dielektrikut në mes të instrumentit prerës dhe
detalit që përpunohet) është një nga faktorët kryesor me ndikim në prodhueshmëri dhe në
intentisitetin e konsumimin e instrumentit. Në fillim të procesit dielektriku është i pasur
dhe ka rezistencë më të lartë elektrike se sa gjatë procesit. Per këto arsye është e
domosdoshme që në kohë të caktuar kjo rezistencë të mposhtet dhe të shfaqet shkarkimi
parë. Thërmiat e larguara me shkarkimin e parë Fig. 4.1.12 mundësojnë shkarkim më të
lehtë elektrik dhe përmirësimin e kushteve të përpunimit. Mirëpo, kur përbërja e thërrmijav
është shumë e madhe, vie deri tek ndotja e hapësirës punuese, shfaqja e lidhjes së shkurtër
ose të harkut, me këtë edhe një mori procesesh të padëshiruara të cilat shkaktojnë rënien e
prodhueshmërisë, zvogëlimin e kualitetit të përpunimit dhe një mori efektesh tjera
negative. Shpëlarja e hapësirës punuese nuk duhet të jetë as shumë e fuqishme e as shumë
e dobët, sepse efekti më i mirë i përpunimit arrihet gjatë koncentrimit optimal të
produkteve të përpunimit. Shpëlarja e hapësirës punuese mund të bëhet në mënyrë natyrale
dhe të detyruar.
93
Fig. 4.1.12 Ndikimi i sasisë së produkteve të përpunimit në kushtet e përpunimit
Shpërlarja natyrale është rezultat i veprimit të valëve hidraulike dhe akustike të krijuara
gjatë procesit të shkarkimit elektrik dhe shfaqjes së ndryshimit të temperaturave të
dielektrikut brenda boshllëkut punues në mes të elektrodave dhe dielektrikut.
Fig. 4.1.13 Metodat e shpëlarjes së hapësirës punues-a
Mirëpo, me shpërlarje natyrore, zakonisht, nuk mundësohet efikasiteti përkatës, prandaj
shfrytëzohet metodat e ndryshme të shpëlarjes së detyrueshme Fig. 4.1.13, sikur që janë:
injektimi Fig. 4.1.13a nëpër instrumentin prerës ose detalit që përpunohet nën presion me
impulse të vazhdueshme ose me rrjedhje pulsuese të dielektrikut me absorbimin
(përthithjen) nëpër instrument ose detal që përpunohet, me shpëlarjen anësore tërthore,
me oscilimin gjatësor, të instrumentit – elektrodës, me largimin gjegjësisht afrimin
periodik të instrumentit prerës, me përzierjen e dielektrikut, me shpëlarjen e kombinuar
etj.
94
Fig. 4.1.13 Metodat e shpëlarjes së hapësirës punues
4.1.7 Instrumentet për përpunim me elektroerozion
Fakti se shpenzimet e instrumentit (veglës) mund të jenë deri 50% të vlerës së përpunuar
të operacioneve prodhuese, tregojnë për nevojën e definimit adekuat të gjithë parametrave
relevant të instrumentit prerës e para se gjithash: formës, numrit dhe dimensioneve,
mënyrës dhe metodave të punimit dhe llojeve të materialeve të instrumentit për përpunimin
me elektroerozion.
95
Fig. 4.1.14 Pamje të veglave dhe detaleve të punuara me elektroerozion
Zgjedhja e formës dhe dimensioneve të instrumentit, materialit të instrumentit dhe
zgjedhjes së mënyrave të konsumimit të instrumentit prerës, paraqesin problematikë
komplekse, e cila kërkon një mori analizash dhe eksperimenteve hulumtuese. Punimi i
instrumenteve të tipeve të ndryshëm dhe konfiguracioneve të ndryshme Fig. 4.1.14
realizohet me metoda të ndryshme të përpunimit, sikur mekanike, ashtu edhe jo-
konvencionale, si dhe në makina me përpunim elektroerozion me elektrodë nga teli.
4.1.7.1 Forma dhe dimensioni i instrumentit prerës
Forma dhe dimensioni i instrumentit varet, para së gjithash, nga metoda e përpunimit me
elektroerozion përpunimi me elektrodë të plotë ose me elektrodë në formë teli , llojet e
prodhimit, të karakteristikave themelore të procesit etj. Tek përpunimi me elektroerozion
me elektrodë në formë teli shfrytëzohet teli me diametër 0,2 deri 0,7 mm (zakonisht 0,25
mm), për thellësi më të vogla të detalit punues teli me diametër 0,1 deri 0,2 mm ndërsa për
ekzekutim e prerjeve më të pastra teli me diametër 0,03 – 0,1 mm. Teli punohet zakonisht,
prej molibdeni, volframi ose çeliku. Kërkesat themelore, në fazën e punimit të telit janë:
saktësia e lartë (shmangia e lejuar maksimale ±1μm), kualiteti i lartë i sipërfaqes, mungesa
e sforcimeve të mbetura, vetitë e garantuara mekanike në kufijtë e ngushtë të shmangieve.
Tek metodat me përpunim me elektroerozion me elektrodë të plotë, forma e elektrodës
ndryshon varësisht nga lloji i instalimit – makinës, e cila shfrytëzohet në procesin e
përpunimit. Kështu që, p.sh, në makina me lëvizje planetare forma e instrumentit prerës
është dukshëm më e thjeshtë, derisa shpenzimet e punimit janë dukshëm më të vogla.
Dimensioni dhe forma e instrumenteve prerëse (të elektrodat plota me lëvizje planetare)
janë të definuar : me formën dhe dimensionin e detalit që përpunohen Fig. 4.1.15, me llojin
96
dhe destinimin e instrumentit prerës (përpunimi i ashpër paraprak ose përpunimi i pastër),
me vlerën e boshllëkut të nevojshëm, me llojin e materialit të instrumentit prerës, dhe
intentizitetin e konsumimit dhe një mori faktorëve tjerë më pak apo më shumë relevant.
Fig. 4.1.15 Elementet themelore të llogaritjes së instrumentit prerës
Gjatë llogaritjes së dimensioneve relevante të instrumentit prerës për përpunim final,
dimensionet relevante janë:
)1.1.4(][)2( mmULWZLL qqA
Tek punimi dhe përpunimi i sipërfaqeve të brendshme dhe të jashtme cilindrike,
përkatësisht është :
)2.1.4(][)( mmULWZLL qqa
Tek punimi dhe përpunimi i konfiguracioneve të çfarëdo forme.
Në shprehjet janë:
[mm] – boshllëku në mes të elektrodave,
Z [mm] – shtesa për përpunim,
W [mm] – vlera e llogaritur e gabimeve të mundshme të përpunimit dhe Lq [mm] –
dimensionet përkatëse të detalit që përpunohet .
Për operacionet prodhuese të përpunimit të ashpër dimensionet relevante të instrumentit
prerës janë :
)3.1.4(][)( 21 mmffULL qa
Ku janë: f1 [mm] – përmasa shtesë e cila përfshin boshllëkun punues, lartësinë maksimale
të jo rrafshinave të sipërfaqes anësore dhe shtesa siguruese (Zs ) e cila është:
)4.1.4(][22 max1 mmZRf s
Për sipërfaqet cilindrike, përkatësisht është :
97
)5.1.4(][max1 mmZRf S
Për konfiguracione me forma të ndërlikuara, ndërsa f2 [mm] shmangia e lejuar e pozitës
për kalimet e ashpra përkatësisht për përpunime të pastra. Gjerësia e fushës toleruese të
punimit të instrumentit prerës është funksion i gjerësisë të fushës toleruese të
dimensioneve relevante të detalit që përpunohet (T) dhe, për instrumente të destinuar për
përpunim të pastër,
)6.1.4(][5,0 mma
Varësisht nga lloji i kualitetit të përpunimit shfrytëzohen një ose më shumë elektroda.
Numri i elektrodave të nevojshme varet nga: kualiteti i përpunimit, ndërlikueshmëria e
konfiguracionit të detalit që përpunohet, natyra e materialit të detalit që përpunohet, vlerta
kritike të rrumbullakimit, saktësia e përpunimit, dimensionet – gabaritet e detalit që
përpunohet, thellësia e përpunimit. Varësisht nga ndërlikueshmëria dhe lloji i përpunimit
shfrytëzohen, dy ose tri elektroda (instrumente prerëse), mirëpo, zgjedhja adekuate e
numrit të elektrodave mund të bëhet vetëm me analizën e rentabilitetit të procesit të
përpunimit, përkatësisht çmimit për njësi të kostos – të shpenzimit të instrumentit prerës.
4.1.7.2 Boshllëku punues.
Paraqet distancën në mes të elektrodave dhe përcaktohet në varësi numri i madh i
parametrave të përpunimit. Mund të llogaritet edhe me shfrytëzimin e relacionit të formave
të ndryshme, si p.sh:
)8.1.4(][
)7.1.4(][3
2max
mmCUK
mmeR
VX
O
për boshllëk ballor Fig. 4.1.16 përkatësisht:
)9.1.4(][mmWC z
iZb
për boshllëk anësor.
Në shprehjet e mësipërme janë
0 [mm] – boshllëku gjatë të cilit vie deri të krijimi i qarkut elektrik,
Rmax [mm] – lartësia maksimale e jo rrafshinave të sipërfaqes së përpunuar ,
e [mm] – pjesa e boshllëkut e mbushur me produktet e erozionit,
wi, ws – energjia e impulsit,
U [v] – tensioni,
98
C [f] – kapaciteti elektrik,
k, cz, x dhe v – konstante dhe eksponente të varshmërisë funksionale.
Gjatë shpimit të çelikut me instrument prerës nga mesingu, me diametër 0,12 – 1,5 mm
dhe me parametra të qarkut elektrik, tensionin u = 20 – 80 V dhe c = 0,02–1 μF , vlerat e
konstanteve dhe eksponentëve janë k = 75 10-5 dhe x = 1 dhe v = 1/3.
Fig. 4.1.16 Boshllëku punues gjatë përpunimit me elektroerozion
Vlera e boshllëkut punues varet nga parametrat e impulsit elektrik Fig. 4.1.17.
Karakteristikat e dielektrikut, mënyrës së shpëlarjes së hapësirës punuese dhe një mori
faktorëve tjerë.
Fig. 4.1.17 Ndikimi i vlerave të fuqisë së rrymës në vlerat e boshllëkut punue
4.1.7.3 Konsumi i instrumentit
Procesin e përpunimit me elektroerozion e përcjellin edhe konsumi i instrumenti prerës i
krijura si rezultat i humbjeve të thërmiave të materialit të instrumentit prerës Fig. 4.1.18.
Intentisiteti i konsumimit të instrumentit prerës varet nga shumë faktorë, e para se gjithash
99
nga lloji i materialit të detalit që përpunohet Fig. 4.1.19 energjisë së shkarkimit të
instrumentit prerës, kohës së zgjatjes dhe tensionit të jonizimit – Fig. 4.1.20, fuqisë dhe
frekuencës së rrymës elektrike të shkarkimit Fig. 4.1.21 dhe ngjashëm, mënyrës së
shpëlarjes së hapësirës punuese etj.
Tabela. 4.1.1 Kombinimet më të shpeshta të elektrodave të shfrytëzuara
100
Fig.4.1.18 Elementet themelore të konsumimit të instrumentit prerës
Në Tab. 4.1.1 jepen kombinimet më të shpeshta të elektrodave të shfrytëzuara. Konsumi
i instrumentit (veglës) prerës vlerësohet si konsum relativ dhe paraqet raportin në mes të
vëllimit të materialit të hequr nga vegla (Va) dhe detali që përpunohet (Vp) :
)10.1.4(][/100 ZVVh pav
Fig. 4.1.19 Ndikimi i kohëzgjatjes së impulsit, energjisë së shkarkimit dhe llojit të materialit të instrumentit në
konsumin vëllimor të instrumentit
Fig. 4.1.20 Ndikimi i kohës dhe i tensionit të dejonizimit në konsumin vëllimor të instrumentit
101
Fig. 4.1.21 Ndikimi i fuqisë dhe i frekuencës së rrymës elektrike të shkarkimit në konsumin vëllimor të
instrumentit
4.1.7.4. Materiali i instrumentit
Për punimin e instrumentit, praktikisht shfrytëzohen të gjitha materialet të cilat përçojnë
rrymën elektrike Tab. 4.1.1 dhe Tab. 4.1.2, ndërsa më të përshtatshmet janë ato materiale
të cilat kanë pikën e shkrirjes më të lartë dhe rezistencën specifike elektrike më të vogël.
Materiali i instrumentit duhet të sigurojë përçueshmëri të mirë elektrike dhe të energjisë
së nxehtësisë, që të ketë indeks të lartë të përpunueshmërisë me metoda të ndryshme të
përpunimit (konvencionale dhe jo-konvencionale), shkallë të lartë të qëndrueshmërisë në
konsum dhe deformim etj.
Tek zgjedhja e materialit të instrumentit duhet të merret parasysh edhe fakti se konsumi i
instrumentit ndryshon edhe formën edhe saktësinë e konfiguracionit të dëshiruar . Kjo do
të thotë se më i përshtatshmi është ai material i cili mundëson ngadalësimin e konsumit të
instrumentit prerës (volframi, bakri elektrolitik, grafiti) etj.
Tabela 4.1.2 Materiali për punimin e instrumentit në proceset për përpunim me elektroerozion
102
4.1.8 Instalimi- pajisja për përpunim më elektrerozion
Elemente themelore të instalimeve Fig. 4.1.23 janë: makina në kuptimin e ngushtë,
gjeneratori i impulseve elektrik, sistemi i qarkullimit të dieleketrikut dhe sistemi i
kontrollit dhe i drejtimit. Makinat e para për përpunim me elektroerozion kanë qenë të
ndërtuara sipas mostrës të makinave konvencionale (makina shpuese, freza vertikale ) e
ngjashme, ashtu që mbajtësi instrumentit me transmetues është i zëvendësuar me
mbajtësin e instrumentit me rregullator , ndërsa në tavolinën punese është vendosur govata
me dieleketrik. Në govatë vendosen detali që përpunohet, ndërsa govata është e lidhur me
sistemin e qarkullimit të dielektrikut me elementet themelore të saj. Makina, sipas
destinimitt, ndahet në makina për përpunim me elektrodë të plotë ose me elektrod në formë
teli.
103
Fig. 4.1.22 Ndikimi i polaritetit të instrumentit prerës në treguesin e procesit
Deri tani janë zhvilluar kryesisht katër lloje të makinave për përppunim me elektroerozion,
të cilat kanë gjetur përpunim më të gjerë në praktikë, e ato janë:
1. Makinat-EDM standarde për shpim, gjegj.,hapjen e gravurave
2. Makinat-EDM me levizje planetare
3. Qendrat përpunuese-EDM
4. Makinat-EDM për prerje me elktrodë teli.
Tre llojet e para të makinave përbëhen kryesisht nga elementë të njëjtë, por dallojnë vetëm
me anë të pozicionimit të tabelës dhe elektrodës, domethënë nga mënyra e kontrollit të
gjeneratorit impuls elektrik dhe agregatit dielektrik.
Tiparet karakteristike të këtyre makinave janë si më poshtë:
1. Mbajtësi (makinat shtyllore janë pa mbajtës) ;
2. Tavolina punuese me rrëshqitësa të të kryqëzuar ;
3. Govata në të cilën vendoset coppunuese e zhytur në dielektrike dhe
4. Mbajtësi i elektrodës me rregullatorin e zhvendosjes (5).
4.1.8.1 Makinat për përpunim me elektrodë të plotë
Mundëson punimin e konfiguracioneve të ndryshme me shfrytëzimin e elektrodës
përkatëse me konfiguracion të ndërlikuar Fig. 4.1.2.4 ose elektrodës me formë të thjeshtë
me lëvizjen planetare të elektrodës Fig. 4.1.25. Tek makinat për përpunim me elektro
104
shkëndijë si burim i energjisë shfrytëzohet, zakonisht, gjeneratori RC ose RLC, derisa
energjia e shkarkimit formohet përmes kondensatorit.
Fig. 4.1.23 Elementet themelore të strukturës së makinës për përpunim me elektroerozion
Te makinat për përpunim me elektroimpuls, shkarkimi impulsiv formohet nga burimi i
energjisë (gjeneratorit impulsiv), ndërsa evitimi i shfaqjes së kontaktit të shkurtër
gjegjësisht lidhjes së shkurtër arrihet me oscilimit periodike të instrumentit prerës dhe të
detalit që përpunohet.
Fig. 4.1.24 Paraqitja skematike e makinës për përpunim me elektroerozion me elektroda të plota
105
Fig. 4.1.25 Forma e instrumentit dhe bazat e ndërtimit për përpunim me elektrodë të plotë, me lëvizje planetare
të instrumentit
4.2 Përpunimi me laser
4.2.1 Hyrje
Karakteristikat specifike të rrezatimit laserik kanë mundësuar përdorime gjerë të laserit në
industri, informatikë, medicinë, industri ushtarake dhe shkencë. Edhe pse laserët e parë
janë ndërtuar viteve 1960-ta, praktikisht viteve 1980-ta kanë fituar rëndësi më të madhe
dhe janë bërë bazë për procese dhe teknologji prodhuese plotësisht të reja. Teknologjia
laserike ka gjetur përdorim në shumicën e degëve industriale për përpunimin e materialeve
dhe për Metrologji matje). Rastet e përmendura të përdorimit të teknologjisë laserike janë
vetëm fillimi i shfrytëzimit të mundësive potenciale të laserit, sepse janë përvetësura edhe
shumë përparime që presin të aplikohen në praktikë. Teknika laserike në industrinë metal
përpunuese momentalisht me së shumti përdoret për prerjen e llamarinave, për shpim,
përpunim termik dhe saldim. Përparësi kanë laserët CO2 dhe Nd -YAG, sepse janë treguar
me efektiv dhe me produktivitet të lartë në prodhimtarinë bashkohore. Laseri është një
pajisje që lëshon dritë nëpërmjet një procesi të përforcimit optik të bazuar në emetimin e
stimuluar të rrezatimit elektromagnetik.
Termi "LASER" paraqet shkurtesën për përshkrimin e gjatë të njërit prej
parimeve bazë të fizikës (eng."Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”
– përforcimi i dritës me emetim të stimuluar të rrezatimit), gjegj., është përforcues
rrezatimi me kalimin stimulativ të atomeve ose molekulave nga niveli i lartë energjetik në
nivel me të ulët energjetik
Emetimi i stimuluar është një proces që ndodh kur atomi është në një gjendje të eksituar
(ngacmuar, metastabile) dhe elektroni kalon nga një gjendje më e lartë, në një gjendje
energjetike më të ulët të shkaktuar nga prania e një fotoni, që ka energji të barabartë me
106
dallimin midis dy niveleve të energjisë midis të cilave ndodh tranzicioni. Në këtë rast,
atomi emeton (lëshon) një foton të energjisë dhe drejtimit të njëjtë si fotoni ngacmues.
Përpunimi më laser (Laser Beam Machining -LBM), bazohet në aplikimin e energjisë së
dritës së përforcuar, e fituar me rrezatim stimulues, për përpunimin e materialeve me
shkrirje ose avullim. Tufa e rrezeve laserike, e fokusuar në diametër punues 0.015-0.2
[mm], u bë vegla universale e cila praktikisht mundet me pre çdo material. Për dallim nga
veglat konvencionale laseri është pa “formë” prandaj nuk ka nevojë që të porositet special
për prodhim dhe nuk kërkon shpenzime për deponim, mbrehje, dhe centrim (bazhdarim).
Fig. 4.2.1 Paraqitje skematike e emtimit të stimuluar
Zbulimit të emetimit të stimuluar i paraprijnë hulumtimet e A. Einstein në vitin 1917 , i
cili në veprën etij «On the Quantum Theory of Radiation» dha konceptin teorik dhe
parashikoi shpikjen e laserit dhe paraardhësit e tij “maser-it”. Maseri është një pajisje që
punon në të njëjtën mënyrë si laseri, por në një brez tjetër të frekuencave. Maseri punon n
spektrin e mikrovalëve, ndërsa laseri punon n spektrin elektromagnetik dritës së dukshme
dhe ultraviolete (UV). Spektri i përgjithshëm elektromagnetik është paraqitur në figurën
4.2.2, shtrihet nga radio valët (me gjatësi vale 104-102 cm) deri te rrezatimi gama (me
gjatësi vale prej 10-10- 10-12 cm).
Në vitin 1961 Th. H. Maiman konstruktoi laserin e parë në bazë të rubinit me
blic llampë si pompë optike. Laseri i parë me gaz He-Ne u ndërtua me 1962, ndërsa laseri
i parë me bazë organike në vitin 1966 (Sorokin, Lankard).Sot ekzistojnë shumë lloje të
laserëve, megjithatë, nga pikë vështrimi shkencor si edhe ai industrial, laseri CO2 është
padyshim laseri më i rëndësishëm. Kalimet e shumë numerta mes niveleve rotacion-
vibruese të molekulave të CO2, mundësojnë rrezatimin në spektrin infra të kuq me gjatësi
valore prej 8.7 m deri 11.8 m , ashtu që emetimi me i fuqishëm është në zonën 10.6
m . Laserët CO2 mund të jen fuqive të ndryshme, në interval prej disa [mW], për
107
nevoja shkencore dhe prej disa dhjetëra [kW], për përpunimin e materialeve. Laseri i parë
CO2 është konstruktuar në vitin 1964, dhe ka pasur fuqinë prej disa [mW], mirëpo mjaft
shpejt u zhvillua në laser kontinual më të fuqishëm. Në fillim laseri CO2 ka punuar me
dioksid karboni të pastër që me vonë kalon në përdorim të përzierjes së azotit dhe heliumit
me që rast është rritur fuqia për shumëfish.
108
Fig. 4.2.2 Spektri i përgjithshëm i valëve elektromagnetike
4.2.2 Bazat teorike
Laseri është përforcues i rrezatimit koherent elektromagnetik në brezin optik (1[mm]<<2[mm]). Rrezatimi i laserit për nga natyra është rrezatim drite por për dallim nga drita,
përkatësisht nga burimi termik i dritës për nga dendësia e madhe energjisë spektrale,
monokromatike, gjatësisë së madhe të valëve koherente, frontit stacionar të valëve në
fluksin e rrezatimit laserik, stabilitetit të madh të amplitudës, si dhe mundësisë për prodhim
të impulseve ultra të shkurtër të dritës. Parimi i punës të laserit bazohet në rrezatimin
laserik të materialeve gjatë simulimit të kalimit të grimcave atomike apo molekulave nga
niveli i lartë energjetikë në nivel me të ulët energjetikë. Sipas teorisë kuantike energjia
përhapet në mënyrë impulsive. Elektronet në përbërje të mbështjellësit elektronik të atomit
munden të kenë vetëm vlera të caktuara diskrete të energjisë.
Spektri energjetik i atomit zakonisht paraqitet në formë të vijave horizontale të cilat janë
të distancuara përmasa të ndryshme njëpasnjëshme të vlerave energjetike. Deri sa atomi
është në gjendje të pa eksituar d.m.th. në gjendje fillestare, ai nuk rrezaton energji (dritë),
ndërsa elektronet pozicionohen në nivelet me të ulët energjetike. Gjatë kalimit nga njëri
nivel energjetik në nivelin tjetër energjetik pason absorbimi i energjisë ose lirimi i
energjisë së caktuar (hv) në formë të kuantit ose fotonit. Atomi tenton të pozicionohet në
gjendje të energjisë më të ulët. Për këtë kalimi i tij nga niveli i ulët energjetikë në nivel më
të lartë energjetik mund të bëhet vetëm me sjelljen e energjisë së caktuar nga rrethina e
jashtme d.m.th. furnizimin me energjisë të nxehtësisë ose absorbimin e fotoneve me
energji elektromagnetike e cila është njëjt me ndryshimin energjetik të niveleve
energjetike.
109
Elektroni me rastin e eksitimit mund të pranoj vetëm aq energji sa është ndryshimi
energjetik i spektrit të atij atomi. Kjo mund të jetë 231312 ,, EEEEEE e kështu
me radhë. Elektroni në gjendje të eksituar qëndron shkurt (10-8s). Me rastin e kalimit të
elektronit nga gjendja e eksituar energjetike E2 në një gjendje energjie më të vogël E1, do
të emitohet një foton energji.
12 EEhv (4.2.1)
ku janë:
v – frekuenca e rrezatimit,
ℎ = 62606 × 10−34 J - konstanta e Planckut.
Kalimi i atomit nga niveli më i lartë energjetik në nivel më të ulët energjetik ndiqet me
emetimin e energjisë në formë fotoneve me energji elektromagnetike në raport i cili është
i barabartë me ndryshimin mes niveleve energjetike të atomit para dhe pas kalimit. Fotoni
është kuanti themelor i dritës i cili me energjinë e vetë saktësisht i përgjigjet ndryshimit
mes niveleve energjetike.
Duke pasur parasysh mundësinë e transferimit të atomit prej një niveli në tjetrin, dallojmë:
a) absorbimin,
b) emetimin spontan,
c) emetimin stimulues (induktiv).
Në Fig. 4.2.3 janë treguar gjendjet e mundshme të rrezatimit elektromagnetik të sistemit
atomik.
Absorbimi është proces i kalimit prej nivelit më të ulët në nivel më të lartë. Ndodhë me
veprimin e fotonit të futur në atom me energji (hv) i cili gjendet në nivel të ulët energjetik
E1 duke i mundësuar të kaloj në nivel më të lart energjetik E2
a) b)
110
c)
Fig. 4.2.3 Skema e rrezatimit elektromagnetik të sistemit atomik me dy nivele: (a) absorbimi (b) emetimi spontan
,(c) emetimi i stimuluar
Emetimi spontan ndodhë kur atomi kalon nga niveli energjetik më i lartë E2, në nivel me
të ulët E1. Atomi anon që nga niveli me i lartë të kalon në nivel me të ulët. Me rastin e
emetimit spontan atomi emiton valët elektromagnetike faza e të cilës nuk ka raport të
caktuar me fazën e valëve të emituar nga cilido atom tjetër.
Emetimi i stimuluar është procesi kur në atom i cili gjendet në gjendje të eksituar vepron
rrezatimi i futur i energjisë se caktuar duke liruar nga ai energjinë në formë fotoni me cilësi
të njëjtë sikur të fotonit të futur. Tani kemi dy foton; të stimuluarin dhe stimuluesin. Pasi
procesi është shkaktuar nga veprimi i valës elektromagnetike të futur, vala e emituar e cilit
do atom është në fazë me valën e futur, përveç kësaj ajo përcakton edhe drejtimin e valës
se emituar.
Emetimi i stimuluar është mekanizëm ku shumohen fotonet, gjegjësisht ku përforcohet
drita. Që të tre proceset ndodhin njëkohësisht, me që rast mundësia e kalimit është
proporcionale me numrin e atomeve të eksituar. Mundësia e kalimit të emitimit stimulativ
është proporcionalisht e shtuar me densitetin e energjisë rrezatuese .krejt çka u tha për
sjelljen e elektroneve në atom d.m.th për energjinë diskrete mundet të thuhet edhe për
molekulat. Energjia e molekulave në një formë është shuma e energjive të elektroneve në
lëvizje, oscilimit të atomit brenda molekulës dhe rotacionit të molekulës si tërësi. Për
molekulën në gjendje stacionare energjia e saj është kuantike d.m.th. Se ka vlerën e caktuar
strikte. Frekuencën e rrezatimit të cilën e emetojnë ose absorbojnë molekulat është e
caktuar, sikur edhe të rasti i atomeve, me ndryshimin e energjive në mes dy gjendjeve ku
kalimi kryhet tek emetimi apo absorbimi i fotonit.
Në fig. 4.2.4 është dhënë skema parimore e laserit. Pjesët themelore përbërëse të laserit
janë: mediumi aktiv, rezonatori dhe burimi i energjisë.
.
Fig. 4.2.2 Skema parimore e laserit
111
4.2.2.1 Popullimi invers
Procesi i arritjes së një dendësie më të lartë të popullimit të atomeve në nivelin më të lartë
energjetik në krahasim me nivelin e ulët energjetik njihet si popullim invers. Atomet nga
niveli i ulët energjetik ngriten në nivelin e eksituar nëpërmjet energjisë jashtme. Ky
fenomen nuk është i zakonshëm dhe prandaj quhet popullim invers. Kjo gjendje është e
mundur të arrihet në dy mënyra :
1. Me rritjen e numrit të atomeve ose molekulave që kanë më energji më të lartë
2. Me reduktimin i numrit të atomeve ose molekulave që janë në gjendje
energjie më të ulët
Për të arritur popullimin invers (e anasjelltë), është më e lehtë të përdoren sistemet me tre
ose katër nivele energjetike.
4.2.2.1.1 Metodat e arritjes së popullimit invers. Nën kushte normale, më shumë
elektronet ndodhen në gjendje më të ulët energjie sesa në gjendje më të lartë të energjisë.
Popullimi invers është një proces i arritjes së më shumë elektroneve në gjendje më të lartë
të energjisë sesa gjendja e ulët e energjisë.
Për të arritur popullimin invers, duhet të furnizohet me energji mediumin laserik. Procesi
i furnizimit me energji i mediumit laserik quhet pompim. Burimi që furnizon me energji
mediumin laserik quhet burim i pompës. Lloji i burimit të pompës që përdoret varet nga
laseri. Burime të ndryshme pompash përdoren për mediume laserike të ndryshme për të
arritur popullimin invers. Disa nga burimet më të përdorura të pompimit janë si më poshtë:
optik
shkarkim elektrik ose eksimitimi nëpërmjet elektroneve
përplasja joelastike e atomeve
pompimi termik
reaksionet kimike
Popullimit invers arrihet lehtësisht kur sistemi i molekulave ose atomeve ka nivelet e
energjisë me vetitë e favorshme. Për shembull, kur niveli i sipërm i energjisë ka një
jetëgjatësi të gjatë dhe niveli i ulët i energjisë ka jetëgjatësi të shkurtër.
Pompimi optik - siç sugjeron emri, në këtë metodë, drita përdoret për të furnizuar me
energji mediumin laserik. Një burim i jashtëm i dritës si një flash llambë ksenoni përdoret
për të prodhuar më shumë elektrone (popullim të lartë) në nivelin më të lartë të energjetik
të laserit. Kur burimi i dritës siguron energji të mjaftueshme për elektronet e nivelit më të
ulët energjetik të mediumit laserik, ata kërcejnë në gjendjen më të lartë të energjisë E3.
Elektronet në gjendjen më të lartë të energjisë nuk qëndrojnë për një kohë të gjatë. Pas një
112
periudhe shumë të shkurtër, ata bien në gjendjen e ardhshme më të ulët të energjisë ose në
gjendjen e metastabile (jo të qëndrueshme) E2 duke lëshuar rrezatim me pak energji Fig.
4.2.3.
Fig. 4.2.3 Skema e pompimit optik nëpërmjet fotoneve
Gjendja jo e qëndrueshme e atomit (metastabile) E2 ka jetëgjatësi më të lartë se sa niveli
më i ulët i energjisë E1. Prandaj, më shumë elektronet grumbullohen në gjendjen e
energjisë E2 se sa gjendjen e ulët të energjisë E1. Kështu, arrihet popullimi invers.
Pompimi optik përdoret tek laserët me medium të ngurtë si laseri i rubinit.
Shkarkim elektrik ose eksimitimi nëpërmjet elektroneve - i referohet rrjedhjes së
elektroneve ose rrymës elektrike përmes mediumit të gazët, lëngshëm ose të ngurtë. Në
këtë metodë të pompimit, shkarkimi elektrik vepron si burim pompimi ose burim energjie.
Një shkarkesë elektrike e tensionit të lartë (rrjedhja e elektroneve, ngarkesës elektrike, ose
rryma elektrike) kalon përmes mediumit të laserit të gazit.
Fig. 4.2.4 Skema e pompimit optik nëpërmjet elektroneve
Fusha elektrike intensive përshpejton elektronet me shpejtësi të larta dhe bien ndesh me
atomet neutrale në gaz. Si rezultat, elektronet në gjendjen më të ulët të energjisë fitojnë
mjaft energji nga elektronet e jashtme dhe hidhen në gjendjen më të lartë të energjisë. Kjo
metodë e pompimit përdoret në laserë të gazit si laserët e argonit Fig. 4.2.4. Procesi i
arritjes së popullimit invers tek e laserët e gazit është pothuajse i ngjashëm me laserin e
ngurtë. Dallimi i vetëm është burimi i pompës që përdoret për furnizimin e energjisë dhe
113
llojin e mediumit laserik të përdorur. Në laser të ngurtë, si burim pompimi i jashtëm
përdoret drita e një flash llambë ksenoni, ndërsa në laserin e gazit përdoret një shkarkesë
elektrike me tension të lartë si burim pompimi.
Fig. 4.2.5 Skema e pompimit termik
Përplasja joelastike e atomeve - ashtu sikur tek metoda e shkarkimit elektrik, edhe këtu
shkarkimi elektrik i tensionit të lartë vepron si burim i pompimit. Megjithatë, në këtë
metodë, përdoret një kombinim i dy llojeve të gazeve, psh., X dhe Y. Gjendja e ngacmuar
e gazit X përfaqësohet nga X+ ndërsa gazi Y përfaqësohet si Y+. Të dy gazrat X dhe Y
kanë të njëjtat gjendje të eksituese (X+ dhe Y+). Kur një shkarkesë e tensionit të lartë
elektrik kalon nëpër një medium laserik që ka dy lloje të gazeve X dhe Y, elektronet e
gjendjes më të ulët të energjisë të gazit X do të shkojnë në gjendjen eksituese X+ në mënyrë
të ngjashme elektronet e gjendjes më të ulët të energjisë gazit Y shkojnë në gjendjen
eksituese Y+. Fillimisht, gjatë shkarkimit elektrik, elektronet e gjendjes të energjisë më të
ulët në gazin X ose atomet X shkojnë në gjendjen eksituese X+, për shkak të përplasjes së
vazhdueshme me elektrone. Elektronet në gjendjen e eksituar në gazin X+ tani bien ndesh
me elektronet e gjendjes më të ulët të energjisë në gazin Y. Si pasojë, elektronet me gjendje
më të ulët të energjisë në gazin Y fitojnë energji të mjaftueshme dhe hidhen në gjendjen e
eksituar Y+. Kjo metodë përdoret në laserin Helium-Neon (He-Ne).
Pompimi termik -Ndonjëherë popullimi invers mund të arrihet duke ngrohur mediumin
laserik. Në pompimin termik, nxehtësia vepron si burim pompimi ose burim energjie. Në
këtë metodë, popullimi invers arrihet duke furnizuar ngxehtësi në mediumin laserik. Kur
energjia e nxehtësisë furnizohet në laser, elektronet me gjendje më të ulët të energjisë
elektrike fitojnë energji të mjaftueshme dhe hidhen në nivelin më të lartë të energjisë Fig.
4.2.5.
114
4.2.2.3.. Vetitë e rrezatimit laserik
Vetitë themelore që dallojnë dritën e laserit Fig. 4.2.6 nga drita e zakonshme:
Fig. 4.2.6 Llojet e rrezatimi laserik
Drita laserike është monokromatike, dmth., përmban vetëm një gjatësi valore
specifike (prandaj ka vetëm një ngjyrë);
Gjatësia e valës së dritës të një laseri përcaktohet nga sasia e energjisë që
elektroni lëshon kur kalon në një nivel më të ulët të energjisë;
Drita laserike është koherente - lëvizja e të gjitha fotoneve është e përafruar
(sinkronizuar, harmonizuar). Për këtë arsye drita laserike duket si një vijë e
drejtë, nuk përbëhet nga një maksimum dhe një minimum si valët e formave të
tjera të dritës;
Drita laserike është e orientuar, rrezja laser është shumë e ngushtë, e fortë dhe
e koncentruar, gjegj., e intensitetit të lartë .
4.2.2.4. Mediumi aktiv
Mediumi aktiv (mediumi laserik) e përcakton se në cilën gjatësi valore do të punojë dhe i
përcakton vetitë e laserit. Në varësi të llojit të laserit , medium aktiv mund të jetë në
gjendje:
të lëngët - laserët me ngjyra. Këto janë tretës organikë kimikë (p.sh. metanol,
etilen glikol) në të cilin shtohen ngjyra kimike si rodamin ose fluorescin.
115
Përbërja e saktë kimike e ngjyrosëve e përcakton gjatësinë valore të punës të
laserit me ngjyrues;
të gaztë - dioksidi i karbonit, argoni, krypton ose përzierje He-Ne. Këta laserë
përdorin shkarkimin e ngarkesës elektrike si pompë laserike;
ngurtë - Kristali ose qelqi. Materialet e ngurta kanë përzierje të papastërtive të
(Cr, Ti,Er). Shembuj të laserëve të gjendjes së ngurtë janë Nd: YAG, Ti: safir,
Cr: LiSAF dhe shumë të tjerë.
4.2.2.5 Rezonatori optik
Rezonator optik në formën më të thjeshtë paraqet dy pasqyra paralele, të vendosura rreth
mediumit laserik, të cilat lejojnë lidhjen kthyese të dritës. Në pasqyra vendosen lyerje
reflektuese, të cilat përcaktojnë shkallën e reflektimit. Zakonisht njëra është një reflektor
me një shkallë të lartë të reflektimit (100%) ndërsa tjetra me reflektimit të pjesshëm (~95
%), e cila quhet edhe reflektor dalës, për shkak se ajo mundëson një pjesë e dritës ta lëshoj
rezonatorin optik duke krijuar rrezen dalëse të laserit. Drita nga mediumi laserik, e krijuar
nga emetimi spontan e shkaktuar nga veprimi i pompës laserike, reflektohet në pasqyrë
dhe të kthehet në mediumin laserik, e cila mund të përforcohet me emetimin e stimuluar.
Reflektimi nga pasqyra dhe kalimi nëpër mediumin laserik, mund të ndodhë qindra herë
para se drita ta lëshoj rezonatorin optik. Tek laserët më kompleks, përdoret renditja me 4
ose më shumë pasqyra. Ndërtimi dhe shtrirja e pasqyrave, në raport me të medimumin
laserik është e një rëndësie të madhe për përcaktimin e gjatësisë valore të saktë të punës
dhe vetive e tjera të laserit. Pajisje të tjera optike, të tilla si pasqyra e rrotulluese,
modulatorët, filtra dhe absorbues, mund të vendosen brenda rezonatorit optik për të
prodhuar një shumëllojshmëri të përshtypjeve në rrezen dalëse të laserit të tilla si
ndryshimi i gjatësisë valore punuese ose ose duke krijuar një impulsin e dritës laserike
dalëse. Disa laser edhe nuk posedojnë rezonator optik, por bazohen në një përforcim
shumë të madh optik, kështu që krijojnë emetimin spontan të përforcuar (engl. amplified
spontaneous emission – ASE), kështu që ju nuk ka nevojë për reflektim nga pasqyra prapa
në mediumin laserik. Për këta laserë thuhet se janë superluminescent, dhe lëshojnë dritë
me një shkallë të ulët të harmonizimit ose koherencës, por me një gamë të gjerë të spektrit.
Meqenëse nuk kanë një rezonator optik, këto pajisje shpesh edhe nuk quhen laserë.
4.2.3 Llojet e laserëve
Ekzistojnë shumë kritere për ndarjen e laserëve. Më së shpeshti ndahen sipas Fig. 4.2.7:
116
Fig. 4.2.7 Kriteret për ndarjen e laserëve
1. Sipas gjendjes agregate të mediumit aktiv:
- laserë të ngurtë;
- laserë të lëngët dhe
- laserë të gazët
2. Sipas regjimit punues :
- laserë impulsiv dhe
- laserë kontinual
3. Sipas mënyrës së eksitimit(nxitjes):
- laserë me eksitim optik
- laserë me eksitim të shkarkimit elektrik
- laserë me eksitim të reaksioneve kimike dhe
- laserë me eksitim të tufës së thërrmijave me energji të madhe
4. Sipas spektrit të gjenerues :
- laserë të cilët rrezatojnë në brezin e spektrit infra të kuq, të bardhë dhe
ultravjollcë.
4.2.3.1 Laserët e ngurtë
Tek laserët me bazë të ngurtë, si medium aktiv, shfrytëzohet trupi kristalor ose amorf.
Trupat e ngurtë kanë koncentrim të thërrmijave aktive dukshëm me të madhe sesa trupat e
gazët. Për këtë shkak përhapja e niveleve energjetike në trupat e ngurtë është shumë më e
madhe se te gazrat. Trupi i ngurtë si medium optik është me pak homogjen se sa gazrat,
çka kushtëzon humbje me të mëdha disperzive të dritës dhe zvogëlon kualitetin e
117
rezonatorit me rastin e gjatësisë së tij të madhe , për ketë arsye nuk ka kuptim prodhimi i
mediumeve aktive të gjatësisë së madhe. Elementet aktive të këtyre laserëve nuk kalojnë
gjatësinë 60[cm] për materialet optike më homogjene. Këndi i divergjencës të rrezatimit
laserik përmban disa dhjetëra minuta, për dallim nga laserët me gaz ku ky kënd përmban
vetem disa minuta. Duke marrë parasysh se nëpër dialektrik nuk mundet me kalue rryma
elektrike, popullimi (dendësia) invers i niveleve energjetike arrihet me pompim optik.
Pompimi optik arrihet në atë mënyrë që mediumi aktiv ndriçohet me dritë
intensive nga burimi i veçante i dritës. Mediumi aktiv në formën e dialektrikut kristalor
ose të dialektrikut amorf e ka formën e cilindrit apo të paralelepipedit kënd drejtë. Pasqyrat
janë të ndërtuara me përpunime të veçantë të sipërfaqeve të kufizuara të trupit, të cilat
paraqesin mediumin aktiv. Në këto sipërfaqe vendoset shtresa e argjendit apo shumë
shtresa të ndonjë dialektriku, e cila mundëson fitimin e kofecientit reflektues të nevojshëm
në brezin spektral të caktuar. Dimensionet e rezonatorit zakonisht janë të vogla. Seksioni
tërthor zakonisht është rreth ose katror, diametri i të cilit është nga 2[mm] deri3[cm].
Gjatësia e rezonatorit është deri 60[cm]. Sipërfaqet anësore nga njëherë ndërtohen të
valëzuara ose vetëm afër pasqyrave.
Fig. 4.2.8 Laseri i ngurtë impulsiv; R shkalla e reflektimit
Materiali themelor i matricës rezonatore nuk merr pjesë drejtpërdrejt në proceset fizike të
cilat sjellin deri të rrezatimi laserik. Matrica paraqet dialektrikun kristalor apo amorf i cili
përmban numër të vogël të atomeve të aktivatorit, zakonisht nën 1%. Kalimet induktive
zhvillohen në aktivatorë me çka ftohet rrezatimi laserik. Zmadhimi i koncentrimit të
aktivatorëve, nga njëra anë, kontribuon rritjes se sasisë grimcave të cilat marrin pjesë në
procesin e formimit të rrezatimit laserik, derisa nga ana tjetër ndikojnë negativisht në kohë
qëndrimin e elektroneve në nivelet metastabile. Si aktivator shfrytëzohen elementet e rralla
(rënda) si dhe kromi dhe urani. Si matricë përdoren rrjetat nga acidet ose kripërat alkaline-
tokësore : H2WO4, H2MOO4 dhe HF. Më së shpeshti përdoren kripërat e kalciumit. Shumë
tipe të rezonatorëve janë të ndërtuar në bazë të komponimeve të Itrijumit Y3Me5O12, ku
118
simboli Me simbolizon metalet : aluminin, hekurin ose arin. Rezultate veçanërisht të mira
ka treguar komponimi Y3Al5O12 i cili simbolizohet me YAG (itrijum aluminijum granat).
Nga materialet tjera kristalore, të cilat shfrytëzohen si matrica duhet përmendur korundin.
Ky kristal shfrytëzohet në laserin e rubinit. Krahas kristalit, si matricë për rezonator
përdoret edhe qelqi. Shfrytëzohen qelqe speciale me përbërje: K-Ba-Si, La-Ba-Th-B, Na-
Ca-Si, Li-Mg-Al-Si, etj
Nxitja e aktivatorit bëhet nëpërmjet sistemit për matje optike i cili përbëhet nga
llambat speciale – shkëlqyese dhe sipërfaqësore që reflektojnë dhe e përqendrojnë dritën
kah mediumi aktiv. Si shkëlqyes përdorën llambat speciale me zbrazje të gjatë që janë të
mbushura me ksenon. Këto llamba e kanë formën spirale ose janë të drejta dhe në skaje
gjendet elektrodat. Kur të ndezët llampa, kondenzatori nëpërmjet saj zbrazet me shpejtësi
me çrast krijohet ndriçushemëria intensive (vetimë).
Tek laserët e fuqisë më të madhe, shfrytëzohen bateritë kondenzatore të kapacitetit të
rendit 1000 [μF], të cilat mbushen deri të disa mijëra volt. Spektri i rrezatimit të llampes e
mbulon diapazonin e gjatësive valore prej 200 [nm] deri 1000 [nm]. Në rrezatim del rreth
30% e energjisë së sjellur në llampë ndërsa pjesa tjetër e energjisë shpërndahet në nxehtësi.
Për shkak të goditjes së madhe termike, këto llampa ndërtohen prej kuarcit. Për pompim
optik në regjimin kontinual përdoren llampat me kapilarë cirkulure. Një llampë e tillë
paraqet gypin kapilarë nga kuarci me diametër 1~2 (mm) i cili është i mbushur me avullin
e zhivës nën shtypje mbi 107(Pa). Për punën në regjimin kontinual mund të shfrytëzohen
edhe llampat në bazë të argonit dhe jodit. Janë të ndërtuara në formë gypi nga kuarci me
diametër 10 (mm) dhe gjatësi 300 (mm).
Tabela 4.2.1 Laseri i ngurtë
119
-Vërejtje: pw-regjimi pulsiv , cw-regjimi kontinual
4.2.3.1.1 Laseri i rubinit
Në mesin e laserëve me trup të ngurtë më i njohuri është laseri i rubinit. Ky laser i pari i
ndërtuar me 1960. Rubini është shfrytëzuar si medium aktiv, i cili është prodhuar
artificialisht. Përndryshe rubini është material ngjyrë trëndafili të zbehtë deri në të kuqe e
ndritshme. Rubini është kristal i oksidit të aluminit (Al2O3) i cili përmban përqindje
peshore prej 0.03-0.05% të Cr2O3 duke i dhënë atij ngjyrë trëndafili. Ngjyra e kristalit varet
nga sasia e kromit ku sa më shumë të ketë krom, kristali do të jetë më i kuq. Sidoqoftë,
kristali më shpesh i përzgjedhur është me 0.05%. Kjo rrjedh nga ajo se atomet e kromit
kanë absorbim selektiv të dritës në fushën e gjelbër dhe të verdhë të spektrit. Gjatë këtij
absorbimi, atomet e kromit kalojnë në gjendjen e ekzistuar. Kthimi në gjendjen bazë, duhet
të realizohet nëpërmes dy kalimeve të njëpasnjëshme. Kalimi i parë pa emetim bëhet në
nivelin metastabil “R” gjatë këtij kalimi, jonet e kromit japin energji rrjetës kristalore të
rubinit. Në nivelin metastabil, jonet qendrojnë më gjatë se në nivel më të lartë me çka
arrihet ngopja (stervendosja) e këtij niveli. Kthimi i joneve në gjendjen bazë kryhet me
emetimin e dy lloje rrezatimesh nga fusha e pjesës së kuqe të spektrit të gjatësisë valore
λ1=693.4 (nm) dhe λ2=692.9 (nm). Ky kthim bëhet në formë te ortekut të fotoneve me
gjatësi të njëjtë valore. Në figurën 4.2.9 është dhënë skema e laserit të rubinit.
Fig. 4.2.9 Skema e laserit të rubinit
Rubini i cili shfrytëzohet në laser, e ka formën e shkopit të dimensioneve të vogla, me
diametër 0.5-1(cm) dhe gjatësi 2-10 (cm). Sipërfaqet e rrafshëta të këtij shkopi janë
rigorozisht paralele, precize të rrumbullakuara dhe të argjentarizuara ashtu që formojnë
pasqyra. Pasqyrat janë të kthyera njëra kah tjetra ashtu që njëra nga ato është gjysma e
tejdukshme (gjysmë e rrezatueshme). Tërë shkopi i rubinit është i mbështjellur me llambën
impulsive ksenone (blic llamba) në formë të spirale, kohëzgjatja e impulsit të dritës është
rreth 10-3 (s). Atomet e kromit, gjatë ndezjes të blic llambës absorbojnë dritën ashtu që
120
shumica e atomeve bëhet e ekscituar. Pra kryhet i ashtuquajturi “pompim optik”. Disa nga
atomet e ekssituara të kromit spontanisht emitojnë fotone duke kaluar në nivele më të ulëta
energjetike. Fotonet që lëvizin të orientuara paralel në boshët të rubinit dëbohen nga
pasqyra duke tërhequr numër gjithmonë më të madh të atomeve të kromit me emetim të
stimuluar me që rast formohet orteku i fotoneve. Nën përforcim të mjaftueshëm, një pjesë
e tufës së rrezeve të laserit, del nëpër pasqyrën gjysmë të dukshme (rrezatueshme) të
kristalit. Fotonet në tufën dalëse të rrëzës së laserit e kanë të njëjtën frekuencë dhe gjenden
në të njëjtën fazë kështu që tufa është monokromatike dhe koherente. Energjia e impulsive
laserikë varet nga energjia e llampës për pompim. Koeficienti i veprimit të dobishëm i
laserit të rubinit sillet rreth 1%. Ekzistojnë edhe laserë në bazë të rubinit të cilët punojnë
në regjim kontinual. Fuqia e impulsitë të laserit mund të jetë e radhës (mW) e më e madhe
ndërsa e regjimit kontinual fuqia e arrin radhën 100 (mW). Laserët që punojnë në regjimin
kontinual zakonisht ftohen në sistem të veçantë të ftohjes. Divergjenca e tufës së rrezes
laserike është shumë e vogël dhe zakonisht sillet rreth 0.001(rad)
4.2.3.1.2 Laseri Nd:YAG
Një nga laserët më të rëndësishëm i cili ka zbatim të shumëllojshëm në industri dhe
shkencë është ai i neodiumit. Laseri Nd:YAG (neodymium-doped yttrium aluminium
garnet) si medium aktiv shfrytëzon YAG të pasuruar me neodim trevalent. Nd:YAG është
përfaqësues tipik me katër nivele energjetike. Niveli i epërm i kalimit laserik është 4F3/2
(115000 (cm-1)) ndërsa niveli i poshtëm 4I11/2 (2.111(cm-1)) mbi gjendjen bazë, figurën
4.2.10.
Fig. 4.2.10 Niveli energjetikë i laseritë YAG : Nd
Nën veprimin e pompës optike, elektronet eksitohen dhe hudhen në nivele të zgjeruara
energjetike e pastaj kalojnë shpejtë në nivelin e lartë laserikë 4F3/2. Ky kalim është jo
121
radioaktiv sikur edhe nga kalimi nga niveli i poshtëm laserik në gjendjen bazë. Në të dy
laserët energjia e elektroneve i dorëzohet rrjetës kristalore për këtë arsye ajo nxehet ndërsa
është e domosdoshëm që ta ftohim kristalin. Kristalet janë në formë cilindrike të gjatësisë
150 (mm) dhe vëllim në mes 25 (cm3). Gjatë kohës të punës mund të deponohen rreth 150
(m/cm3) me çka mund të prodhohen impulse prej 10 (J) me frekuenca 0.1(Hz). Përveç
granitit, me neodim mund të arrijnë (shkrihen) edhe CaW04, YAl03, YL1F4, por kristalet
Nd: YAG, MA me efikasitet e shëndrrojnë rrezatimin ekscitues të llampës me rrezatim
laserik për këtë arsye edhe më së shpeshti përdoret. Laseri YAG:Nd punon me regjim
impulsiv dhe atë kontinual ky laser liron energji prej disa qindra (mJ) me frekuencë prej
1~50 [Hz], sistemi për pompim është i ngjashëm sikur te laseri i rubinit. Energjia që mund
të lirohet është e limituar me kapacitetin e kristalit.
Fig. 4.2.11 Skema parimore e Nd: YAG laserit
4.2.3.2 Laserët ë lëngët
Përveç gazeve dhe trupave të ngurtë, lëngjet posedojnë veti që i bëjnë ato të përshtatshme
si materiale për laser. Lëngjet tregojnë përparësi të mëdha sepse lejojnë ndryshime të
përqendrimit të joneve aktive. Përveç kësaj ato lejojnë një ftohje më të thjeshtë në krahasim
me sistemet solide duke qarkulluar mediumi aktiv. Ana më e dobët mediumit të lëngët
laserik është koeficienti i tij i lartë i zgjerimit termik dhe ndryshimi i indeksit të thyerjes.
Ndryshimet termike dhe rrjedha e lëngut shkaktojnë johomogjenitet në indeksin e thyerjes
dhe zvogëlojnë cilësinë e laserit.
Gjatë projektimit të laserëve me medium të lëngshme më e rëndësishme është zgjedhja e
materialit që tregon luminiscencë në fazën e lëngshme. Shumë lëngje organike kanë një
luminiscence të fortë për dallim prej atyre inorganike tek të cilat është më pak e pranishme.
Lempicki dhe Samelsoni ishin të parët në vitin 1963 që arritën një efektin laserik në lëng.
Ata përdorën lidhjen komplekse kimike trivalente të evropiumit (Eu) si material aktiv i
tretur në tretësin organik, Fig. 4.2.12.
122
Fig. 4.2.12 Paraqitja skematike e laserit të lëngët
Si medium aktiv te laserët me bazë të lëngut, shfrytëzohen tretjet e komponimeve organike
(psh. metanol, etilen glikol) të cilave u shtohen ngjyra kimike si rodamin ose fluorescin .
Dallojmë dy lloj laserësh në bazë të lëngut: laserët me tretje të komponimeve organike dhe
laserët me tretje të komponimeve joorganike. Në laserët në bazë të lëngut arrihet
përqendrimi njëjtë i grimcave aktive sikurse në mediumin aktivë në bazë të trupave të
ngurtë, kështu që mund të ftohet energjia e madhe e rrezatimit për medium të vëllimit.
Lëngu optikisht është më homogjen se trupat e ngurtë për ç’arsye të trupave të lëngët,
humbjet e rrezatimit janë më të vogla se te trupat e ngurtë të cilët ekzistojnë defekte të
ndryshme në strukturë. Te regjimi impulsivë i punës, vëllimi punues i lëngut mund të
përtërihet në tërësi. Stabiliteti në raporte me sforcimet termike është dukshëm ma i lartë se
te laserët në bazë të trupave të ngurtë. E metë laserëve në bazë të lëngët është jo stabiliteti
në kohë i tretjes. Me tretje, qysh pas 1~2 muaj formohen fundrina të cilat ndeshen dhe e
zvogëlojnë rrezatimin laserit. Te lëngjet vie deri te formimi i të ashtu quajturave thjerrëza
termike fokusi i të cilave ndryshon gjatë kohës së impulsit të rrezatimit kështu që
divergjenca e rrëzes laser mund të arrijë disa shkallë. Laserët në bazë të tretjeve joorganike
përdoren lëngjet kimikisht agresive për dallim nga laserët në bazë të tretjeve organike.
Në bazë të tretjeve organike fitohet spektri i gjërë i rrezatimit laserik kështu që vija
spektrale mund të ketë gjerësinë rreth 100 (nm) gjë që mundëson konstruktimin e laserit
që mund të përshtatet në fushë të gjerë valore. Me zgjedhjen e komponimit organik, arrihet
fushë gjegjëse valore në të cilën laseri mund të rrezatojë ndërsa kyçjen e elementeve
selektive në rrerzonator, arrihet rrezatim laserik me gjatësinë e dëshiruar valore brenda
fushës valore. Këso laserësh mund të punojnë edhe në regjimin kontinual e edhe në atë
impulsiv ndërsa laserët me tretje joorganike shfrytëzohen vetëm te regjimi impulsiv.
Ekscitimi i laserit në bazë të lëngut realizohet me pompim optik.
123
4.2.3.3 Laserët e gazit
Ekzistojnë shumë laserë të gazët të cilët dallojnë mes veti sipas llojit të gazit që e përbejnë
si medium aktiv, pastaj për nga natyra e realizimit të të popullimit invers. Në raport me
trupa tjerë, gazrat kanë gjendje saktësisht të përcaktuar të nivelit energjetik të atomeve ose
molekulave, për këtë një mori e kalimeve të mundshme nga niveli në nivel te gazrat e
ndryshme. Karakteristikë tjetër e gazrave është homogjeniteti optik. Dendësia gazit është
e vogël dhe për këtë në gazra nuk vie deri te disperzioni i dritës dhe deri te deformimi i
rrezes së dritës. Mu kjo veti e gazrave lejon që distanca në mes të pasqyrave në rezonatorin
optik të laserëve të gazit të jetë e madhe me çka më lehtë arrihet monokromaticiteti dhe
orientimi më i mirë i rrezes laser. Nga ana tjetër gazi si mjedis (medium) aktiv ka edhe
disa te meta: dendësia e gazit është dukshëm më e vogël se dendësia e trupave të ngurtë
dhe për të njëjtën njësi vëllimi nuk mund te eksitohet numër i madh atomesh që emetojnë
dritë si te trupat e ngurtë. Për këtë te laserët e gazit, nuk mund të arrihet impuls i fuqisë së
madhe si te trupat e ngurtë. Vendosja e popullimit te këta laser, arrihet me ekscitimin e
atomeve ose molekulave të gazit gjatë ndeshjes së tyre me elektronet e shpejta të lira gjatë
kohës së zbrazjes së gazit. Shtypja e gazit te këta laser arrin prej 103(Pa) deri 102(Pa). Në
praktikë dallojnë tre tipe laserësh në bazë të zbrazjes së gazrave: laserët me atome neutrale,
laserët jonik dhe laserët molekularë. Këta laser dallojnë në mes veti për nga mekanizmi i
krijimit të popullimit invers dhe për nga gjatësia valore e rrezatimit. Në figurn 4.2.13 është
treguar diagrami tipik i niveleve energjetike të gazrave.
Niveli energjetik më i lartë, i përgjigjet energjisë së jonizimit të gazit në gazin i cili
përbëhet nga atome ose energjisë së disocimit te molekulave në gazin molekular. Nivelet
energjetike të shënuar me “IP” paraqesin zakonisht nivelet në të cilat kryhen kalime të
induktuara. Nivelet qe shtrihen mbi “IP” formojnë spektër shumë të dendur i cili kah fundi
praktikisht është i pandërprerë. Në këto nivele, elektronet qëndrojnë shumë shkurt bien
mbi nivelin e epërm të sërisë “IP” të cilin e kemi shënuar me Ei, i cili paraqet nivel
metstabil.
Fig. 4.2.13 Diagrami i niveleve energjetike të gazrave
124
Nënë këtë nivel gjendet niveli 6E në të cilin elektronet qëndrojnë shumë shkurt e që i
përshtatet realizimit të popullimit invers të atomeve. Mirëpo, në spektrin e disa gazrave (
kryesisht gazrave inerte), të serisë “IP” gjendet edhe një nivel metastabil, niveli 4E , i cili
ka vendosje të madhe . Ekzistimi i nivelit të tillë e eviton popullimin invers kështu që niveli
6E më dobët do të mbushet. Në laserët gazët molekularë energjia e disocimit arrinë në
][3:2 eVEi ndërsa kalimet në mes nivelit 6E dhe 5E i përgjigjen gjatësive valore të
rrezatimit në mes 10 dhe 100 [nm] që d.m.th se i takojnë valëve infra të kuqe dhe atyre
submilimitrike.
4.2.3.4 Laserët sipas mënyrës së operimit të valës
4.2.3.4.1 Laserët me valë të vazhdueshme
Operimi i vazhdueshëm i valës (eng. continuous wave- cw) të një laseri do të thotë që
laseri vazhdimisht pompon dhe vazhdimisht lëshon dritë. Emetimi mund të ndodhë në një
mënyrë (mod) të vetme rezonatore (→ operacion me një frekuencë) ose në mënyra më të
shumta. Tek laserët me valë të vazhdueshme (cw), përforcuesi optic (rezonatori) gjendet
në mes të dy pasqyrave tëvendosura paralele. Një pasqyrë është 100% reflektuese dhe e
dyta e lëshon një sasi të caktuar drite. Tufa laserike Brenda rezonatorit reflektohet, rrit
densitetin e energjisë të rrezatimit dhe pas arritjes së kushteve të emetimit laserik tufa
(rrezja) lëshohet përmes një pasqyre që është pjesërisht e depërtueshme. Laser i parë i valës
së vazhdueshme ishte një laser helium-neoni që vepron në gjatësi valore 1153 nm.
4.2.3.4.2 Laserët me valë pulsuese
Operimi i pulsuar i laserëve (eng. pulsed wave-pw) i referohet çdo laseri që nuk
klasifikohet si valë e vazhdueshme, në mënyrë që fuqia optike të shfaqet në impulse të një
kohëzgjatjeje të caktuar, në një shkallë të përsëritur. Në rastin e laserwve pulsues, është e
mundur që të përdoren pasqyra plotësisht të padepërtueshme (100% reflektuese), njëra prej
të cilave periodikisht lëviz jashtë rrugës optike të laserit. Kur pasqyra është në vendin e
saj, ajo e kap atë rreze laser brenda rezonanatorit ku ajo është përforcohet. Kur pasqyra
largohet, nga laseri shfaqet një impuls i shkurtër i rrezatimit intensiv me laser. Laserët
pulsues mund të arrijnë fuqi shumë të lartë disa impulse, ndonëse fuqia mesatare e laserit
është relativisht e vogël.Sot, mund të punohen laserë të cilët lëshojnë (transmetojnë) 20-
50 pulse për sekondë, dhe pulset individuale zgjasin rreth një femtosekondë.
125
4.2.4 Parimi i përpunimit me laser
Parimi i funksionimit të laserit bazohet në vetinë e emetuesit – mediumit aktiv (të ngurtë,
të lëngshëm, të gazët) që në një periudhë të shkurtër kohe, prej disa milisekondash të
emetoj (transmetoj) në formë të dritës rrezatuese një pjesë të energjisë të futur më parë.
Gjatë përplasjes së tufës laserike me një trup të ngurtë të errët (jo i tejdukshëm), në
sipërfaqen dhe nënshtresat e tij (në një thellësi të caktuar) zhvillohen procese të ndryshme
fizike. Nën ndikimin e saj vie deri te nxehja intensive sipërfaqesore, shkrirja dhe avullimi
i materialit të detalit punues.
Për këtë arsye, veprimi i tufës laserike në materialin punues, mund të ndahet në disa faza
karakteristike:
reflektimi (refuzimi) i tufës laserike nga sipërfaqja,
apsorbimi i rrezatimit laserik nëpër shtresat siperfaqesore të copës punuese dhe
transformimi i enerigjisë fotonike ( dritës) në energji nxehtësie,
nxehja e sipërfaqes së rrezatuar me shkrirje dhe avullimin e shtresës sipërfaqësore
largimin e produkteve të shkatërrimit dhe.
ftohjen e materialit me pushiminin e veprimit të rrezatimit laserit.
Për veç kësaj, njëkohësisht zhvillohen edhe procese kimike dhe transformime fazore të
cilat bashkërisht, dukshëm ndikojnë në karakterin e veprimit të rrezatimit laserik. Ky
proces është bazë e çdo veprimi të përpunimit të rrezatimit laserik. Cili nga këta do të
manifestohet, varet nga dendësia e fuqisë së rrezatimit laserik; kohës së intereaksionit në
mes rrëzës së laserit dhe materialit të detalit dhe i energjisë specifike të nevojshme për
përpunim të caktuar. Për përcaktim të drejtë të mundësisë dhe fushës së aplikimit të
përpunimit me laser duhet të bëhet klasifikimi nga aspekti e energjetik dhe teknologjik.
Për klasifikimin e përpunimit nga aspekti i energjisë, përdoren parametrat:
dendësia e fuqisë qc [W/cm2] dhe
kohëzgjatja e veprimit të tufës laserike t.
Dendësia e fuqisë është :
2
4c
m
Nq
d
(4.2.1)
ku është:
N [W] – fuqia e tufës laserike
126
dm [cm] – diametri I tufës së fokusuar me veprim kontinual dhe është:
d
V (4.2.2)
ku është;
V [cm/s] – shpejtësia e zhvendosjes së tufës laserike nëpër sipërfaqen e përpunuar.
4.2.5 Saktësia e përpunimit me laser
Saktësia e përpunimit të laserit varet kryesisht nga intensiteti dhe qëndrueshmëria e
parametrave të energjisë të rrezes laser dhe karakteristikat gjeometrike të sistemit optik.
Meqë bëhet fjalë për gjeometrinë e padefinuar të procesit të përpunimit të laserit (forma
konike dhe mekanizmi i përpunimt termik), janë të pashmangshme gabimet në
dimensione, formë dhe pozicion. Devijimi i përmasave dhe profileve të përpunimit nga
specifikimet është veçanërisht i theksuar në përpunimin e ashpër të pjesëve të punës të
brishta.. Në rastin e përfundimit përfundimtar të pjesës së punës me përmasa më të vogla,
arrihet një saktësi e lartë prej ± (0.01-0.001) mm.
Karakteristikat gjeometrike janë vendimtare për saktësinë e përpunimit të laserit. Është e
domosdoshme në vendin e përpunimit që të arrihet fokusimi maksimal i rrezes së laserit,
pra, të kryejë përpunimin me rreze minimale të rrezes. Është gjithashtu e rëndësishme të
shmanget devijimi i paralelitetit të shtrirjes lineare të dritës laser (polarizimi) në krahasim
me drejtimin e prerjes ose të përdoret polarizimi radial.
Sa më i artë të jetë pulsi i rrezeve, gjegj., sa më e lartë është frekuenca e pulsit të rrezeve,
pëpunimi është më i mirë gjegj., gabimet e dimensioneve më të vogla, Fig. 4.2.14.
Fig. 4.2.14 Dallimi në përpunim krahasuar me pulsin e rrezes laser
127
4.2.6 Cilësia e sipërfaqes së përpunuar
Gjaë përpunimin me laser, për shkak të shfaqjes së temperaturës së lartë në zonën e ngushtë
të përpunimit të, ka parregullsi më të pashmangshme gjeometrike, p.sh. ndryshimet fiziko-
kimike në shtresën sipërfaqësore të materialit të punës.Realizohet klasa e kualiteti të
përpunimit( N7-N12), me një trashësi të shtresës së dëmtuar që varion nga një gamë e gjerë
prej 0.01 deri në 0.05 mm, veçanërisht gjatë prerjes me laser me një regjim të vazhdueshëm
pune. Cilësia e sipërfaqes së përpunuar varet nga forca specifike e rrezes laser, koha e
impulsit, karakteristikat termo-fizike të materialit të punës, shpejtësia e përpunimit, lloji
dhe presioni i gazit ndihmës etj.
Në figurën 4.2.15 mund të vërehen dallimet në kualetitn e sipërfaqes së përpunuar të
shkaktuara nga ndryshimi i shtypjes së gazit ndihmës.
Fig. 4.2.15 Dallimi i kualitetit të përpunimit në varësi të shtypjes së gazit ndihmës
4.2.7 Përpunueshmëria e materialeve me laser
Rrezja laser e fokusuar në diametrin punues 0,15÷0,2 [mm] është bërë vegël (instrument)
universale e cila mundet me i prerë gati të gjitha materialet e njohura. Për dallim prej
instrumenteve konvencionale, ky është pa formë e që nuk mundet të porositet special për
prodhim si dhe nuk imponon shpenzime të lidhura me deponimin, mprehjen ose
rregullimin. Mundësia e drejtimit dhe manipulimit e bënë rrezen laser ideal të përshtatshme
për përpunimin me ç’rast laseri mund të jetë i integruar në sisteme më të mëdha
teknologjike.
Karakteristikat teknologjike të përpunimit me laser varen nga lloji operacionit teknologjik
dhe për operacionet e heqjesë së materialit janë:
128
- saktësia e përmasës (diametrit dhe dhe thellësisë së vrimës së shpuar, saktësisë
së vijës prerëse, etj).
- kualiteti i sipërfaqes së përpunuar (ashpërsia e sipërfaqes, ndryshimet
strukturore në sipërfaqe, etj).
- produktiviteti i përpunimit (sasia e materialit të hiqur për impuls, numri i vrimave
të shpuara në një njësi të kohës).
Përpuimi me laser (LBM) mund të përdoret për të përpunuar të gjitha llojet e metaleve dhe
materialeve jometalike që posedojnë një minimum absorbimi të rrezatimit infra të kuq.
Materialet metalike- pothuajse të gjitha metalet dhe lidhjet e tyre, edhe pse në temperaturë
të dhomës e reflektojnë dritën, posedojnë thithjen fillestare të rrezatimit infra të kuq që
është brenda intervalit prej 0.5-10%, dhe përpunohen pak a shumë me sukses me laser.
Materialet jometalike - si rregull, janë absorbues të mirë të rrezatimit infra të kuqe. Përveç
kësaj, në përgjithësi, materiale jo metalike posedojnë një koeficient të ulët të
përçueshmërisë termike dhe kanë një pikë të ulët të shkrirjes apo ndezjes. Për shkak të
kësaj, jo metalet janë material shumë të përshtatshme për përpunimi me laser .
Përpunshmëria e metalit me laser është e ndryshme dhe varet nga vetitë e ndryshme të
materialit, e sidomos nga vetitë termofizike (kapaciteti termik specifik, përçueshmëria
termike, nxehtësia e shkrirjes dhe sublimimit, temperatura e shkrirjes dhe avullimit etj).
Metalet kanë përpunueshmëri më të mirë nëse kanë energji të avullimit më të vogël dhe
përçueshmëri më të dobët të nxehtësisë. Psh., Cu, Ag, Au (përçueshmëri e mirë e
nxehtësisë ) dhe W, Ir , Mo (energji e madhe e avullimit), shumë vështirë përpunohet me
laser. Mirëpo; Zr, Ti (përçueshmëri e dobet e nxehtësisë) si dhe Zn, Pb, Sn (energji e vogël
e avullimit), lehtë përpunohen me laser.
Në Tab 4.2.2 është dhënë përpunushmëria relative e metaleve të pastra sipas vëllimit të
larguar nga hapja (vrima) elementare. Tek jometalet nuk mund të jepet një konstatim i tillë
fenomenologjik sepse proceset fizike janë më të komplikuara dhe dukuritë e shfaqura më
komplekse. Në Fig. 4.2.16 është paraqitur diagrami i aplikimit të përpunimit me laser në
bazë të karakteristikave energjetike të tufës laserike.
Ekzistojnë katër zona karakteristike:
nxehja sipërfaqësore,
shkrirja
largimi i materialit dhe
formimi i plazmës.
129
Tabela 4.2.2 Përpunushmëria relative e metaleve
Dendësia e fuqisë së rrezatimit laserik 104 [W/cm2) dhe koha e interakcionit 10-2
-10-1)210 [s] shfrytëzohet për përpunimi termik, dendësia e fuqisë ]/[1010 265 cmW dhe
koha e interakcionit 1÷10[ms] shfrytëzohet për saldim, ndërsa e fuqisë ]/[1010 286 cmW
dhe koha e njëjtë e interakconit (si më parë) shfrytëzohet për shpuarje dhe prerje ndërsa
dendësia e fuqisë më e madhe se ]/[10 28 cmW mundëson largimin eksploziv të materialit,
metodë e cila ende nuk përdoret në praktikë. Shumica e proceseve teknologjike laserike,
bazohet në veprimin termik të rrezatimit laserik.
Fig. 4.2.16 Diagrami i aplikimit të përpunimi me laser bazë të karakteristikave energjetike të tufës laserike
130
Gjatë qc= 107-108 (V/cm2) dhe t=10-5-10-4, mund të realizohen operacionet teknologjike
që janë të lidhura me largimin e materialit; shpimin i vrimave, prerjen, gravimin etj.
Gjatë qc>108 (V/cm2) dhe t<10-3 (s) , nuk mund të realizohen operacione teknologjike
pasi që plazma e formuar nën sipërfaqen e materiali, praktikisht plotësisht i apsobon rrezet
laserike dhe e pengon veprimin e tyre në material.
Gjat shqyrtimit t proceseve termike që ndodhen në material nën veprimin e rrezatimit
laserik, është e domosdoshme njohja e karakteristikave siç janë: dendësia e fuqisë së
rrezatimit laserik (qc), shpërndarja hapësinore e dendësisë së fuqisë (qr), koha e zgjatjes së
impulsit (ti), gjatësia valore e rrezatimit laserik )( , kushtet e fokusimit, thellësia e
depërtimit të impulsit laserik në material (x), pjesa e absorbuar e rrezatimit laserik, (𝛼 =
1 − 𝑅), etj.
4.2.8 Operacionet e përpunimit laserik
Me zhvillimin e teknologjisë, ka pasur edhe zhvillim të laserëve, gjegj., të operacioneve
laserike, prandaj sot përpunimi me laser i materialeve është i përfaqësuar në shumicën e
proceseve prodhuese.
Operacionet e prodhuese të laserit janë:
shpimi dhe perforimi (Laser Drilling and Perforating)
prerja dhe shkurtimi
punimi i sipërfaqeve hapësinore dhe komplekse
gravim dhe shënim (markim)
saldim dhe ngjitje
përpunim termik
veshje të materialeve
përforcimi i deformimit të materialit
lakimi i llamarinës
largimi i korrozionit me laser
përpunimi i kombinuar me laser
4.2.8.1 Shpimi dhe perforimi me laser
Shpuese dhe perforimi i formave të ndryshme gjeometrike, thellësive dhe pozicioneve janë
operacione tipike të përpunimit laserik. Përpunimi kryhet kryesisht me laser Nd: YAG në
mënyrën pulsive. Përpunoheni materialeve të ndryshme dhe hapje të vogla të diametrit Φ
(0.01 deri 0.5 mm), të cilat mund të shpohen ose të perforohen, janë tiparet dhe përparësitë
131
kryesore të laserëve në lidhje me metodat e tjera të përpunimit. Përdoret në industrinë e
mekanikës precize, industrinë e punimit të veglave, industrisë së tekstilit, elektroindustrisë
etj. Në figurën 4.2.17 është shembull i shpimit laserik. Shpimi me laser është operacion
tipik i përpunimit laserik (proces elementar) i cili paraqet bazë për operacionet tjera
teknologjike të përpunimit me laser. Procesi i përpunimit bazohet në formimin e vrimës
ose hapjes në materialin e detalit me veprimin e rrezatimit laserik të fokusuara me ç`rast
materiali hiqet (shmanget) me avullim. Sasia e materialit cila do të jetë e larguar (hequr)
me avullim, varet nga dendësia e fuqisë së rrezatimit laserik dhe nga nxehtësia latente e
avullimit të materialit të detalit.
Fig. 4.2.17 Shembull i shpimit laserik
Te dendësia e vogël e fuqisë, ndodhë vetëm shkrije lokale pa formimin e vrimës Fig.
4.2.18a. Me rritjen e dendësisë së fuqisë, fillon krahas shkrirjes edhe avullimi në qendër të
shenjës së dritës mbi material, ndërsa masa e lëngët, lëvizë në skaje dhe në fillim të vrimës
Fig. 4.2.18 b, d.m.th formohet vrima iniciale. Me rritjen e dendësisë së fuqisë rriten:
thellësia dhe diametri i vrimës (krateri).
Fig .4.2.18 Procesi i formimit të vrimës ne materialin e detalit me ndryshimin e dendësisë së fuqisë së rrezatimit
laserik
132
Materiali i shkrirë i mbushë muret e vrimës nën veprimin e impulsit ngritët në kunorë në
fillim të vrimës ndërsa me ndërprerjen e impulsit, si pajos e konpenzimit të avullit, faza e
lëngët tërhiqet në vrimë Fig. 4.2.18c, d, e). Te impulsi i rrezatimit laserik të fuqisë së
radhës 108 [W/cm2], shfaqet hedhje (qitje) e fuqishme e produkteve të avullimit
(shkatërrime) të materialit me çrast fitohet vrima ose hapja e formës rrethore Fig. 4.2.18 f.
Teorikisht mund të përcaktohet thellësia e vrimës në bazë të sasisë së materialit i cili mund
të hiqet me avullim. Sasia maksimale e materialit të hequr mund të përcaktohet nën
supozimin se sasia e përgjithshme e energjisë së absorbuar (përthithur) është shpenzuar
për avullim të materialit dhe se forma e vrimës së fituar është cilindrike me sipërfaqe A
dhe thellësi H atëherë energjia e duhur për avullim të njësisë së vëllimit të detalit është
dhënë me shprehjen:
)T-c(Tc E 0iv1 (4.2.3)
ku janë;
- dendësia specifike e materialit të detalit
Cv - nxehtësia latente e avullimit të detalit
C - nxehtësia specifike e avullimit të detalit
Ti - temperatura e avullimit të detalit
T0 - temperatura e rrethinës
Thellësia e shpimit, përcaktohet me shprehjen:
0TTccA
EH
i
(4.2.4)
Në praktikë për përcaktimin e thellësisë dhe të diametrit të vrimës te shpimi laserik,
shfrytëzohen shprehjet e fituara eksperimentale:
zH
s
yH
i
xH
H ftECH (4.2.5)
s
xD
D fECd
D
44.2 (4.2.6)
ku janë;
CH, CD- Koeficientët e përpunueshmërisë së materialit,
E-energjia e rrezatimit,
ti- zgjatja e impulsit të rrezatimit,
133
fs- largësi e xixës së thjerrëzës,
λ- gjatësia valore e rrezatimit të laserit,
d- diametri i metalit laserik (mediumit aktiv),
XH, YH, ZH, XD- eksponente që varen nga materiali i detalit.
4.2.8.2 Preja laserike
Nuk ka lëmi në përpunim e cila ka përparuar aq shpejt sikur prerja me laser. Për ta kuptuar
se çka bën laserin të përshtatshëm për prerje duhet shqyrtuar karakteristikat specifike të
rrezatimit laserik. Laseri prodhon tufën e dritës monokromatike kohoren të intezitetit të
madh energjetik të cilën e karakterizon drejtimi dhe dispersioni i vogël. Ne interaksion
me materialin e përpunuar, nëse kjo energji është më e madhe se aftësia e materialit për të
reflektuar, përçuar apo shpërnda këtë energji, vije deri tek absorbimi i energjisë se dritës
dhe shndërrimin e saj në nxehtësi, gjegjësisht rritjes së temperaturës në vendin e rrezatuar.
Gjatë rritjes rapide të temperaturës vie deri tek shfaqja e shkrirjes lokale ose avullimit të
materialit, çka varet nga intensiteti i gjenerimit të nxehtësisë , e kjo shkakton krijimin e
vrimës apo hapjes te materiali.
Fig. 4.2.19 Paraqitja skematike e prerjes laserike
134
Me lëvizjen e rrezes laserike ose të materialit përpunues krijojmë procesin e prerjes
laserike ose frezimit laserik. Në shumë raste tufa jo e fokusuar e rrezatimit laserik e
laserëve industrial shumë kilovatësh, nuk posedon energjinë adekuate të bëjë me shumë se
ta nxehë sipërfaqen e materialit përpunues. Mirëpo nëse kjo tufë drejtohet përmes
thjerrëzave për fokusim, energjia është e fokusuar në sipërfaqe me diametër me të vogël
se 0,25 (mm) çka prodhon energji prej miliona ëat e aftë për avullimin e shumë
materialeve. Makinat laserike përveç nxehtësisë të fituar nga fokusimi i tufës së rrezeve
laserike shfrytëzojnë edhe gazin ndihmës i cili largon materialin e shkrirë nga zona e
prerjes, mbron thjerrëzën nga avullimi dhe ndihmon në procesin e djegies Fig. 4.19.
Procesi i prerjes laserike konsiderohet i të plotë (nga pikëpamja teknologjike) pr shkak t
efekteve termike (nxehjen, shkrirjen, avullimin, degradimin termik dhe erozionin), të cilat
shfaqen nga rrezatimi laserik në materialet industriale, me qëllim që nga lënda e parë të
fitohet produkti final. Fillimi i prerjes me laser është i kushtëzuar me kontaktin e rrezatimit
laserik me materialin përpunues, madje edhe kur absorbimi i energjisë së tufës goditëse të
rrezatimit laserik është i pjesrishëm. Fenomenologjia e prerjes me laser është
jashtëzakonisht komplekse. Metodat bazohen në rrezatimin e materialit përpunues me
tufën e rrezatimit laserik me zhvillime lokale të energjisë lëvizëse, kontinuale ose pulsive,
të densitetit të fuqisë q [W/m2] ose energjisë qe (J/m2), përkatësisht energjisë lineare ql
(J/m), e cila është në gjendje të prodhoj proceset më të volitshme termofizike,
termokimike, hidrodinamike, dhe erozive për prerjen e materialeve (me asistencë nga
jashtë apo në mënyrë autonome) Fig. 4.2.20.
Fig. 4.2.20 Paraqitja skematike e procesit të prerjes laserike: (a)tufa e rrezatimit laserik, (b) vrushkullori e gazit
ndihmës, (c)gjerësia e prerjes, (d) distanca punuese, (e)lëvizja ndihmese, (l)pozita e shkëndijës, (g)sipërfaqja e
përpunuar, (h) zona e ndikimit termik, (i)nxjerrja materialit të shkrirë, (j) largimi i zgjyrës dhe materialit të shkrirë
Metodat e prerjes me laser. Ekzistojnë tri metoda të prerjes laserike: (a) me largim të plotë
të materialit përgjatë vijës së prerjes (me avullim dhe më shpesh shkrirjen me avullim të
135
kufizuar), (b) me largim të pjesëreshëm të materialit përgjatë vijës së prerjes (me avullimin
e materialit deri në thellësi të caktuar dhe me largimin plotësues me veprim mekanik ose
avullimin e materialit të një lloji nga nënshtresa e materialit të llojit tjetër dhe (c) pa
largimin e materialit përgjatë vijës së prerjes (me thermim të kontrolluar në gjendjen e
ngurtë nën veprimin e forcës mekanike, të aplikuar gjatë rrezatimit laserik).
Prerja laserike e cila është e bazuar në shkrirjen dhe në avullimin e kufizuar të materialit
të përpunuar, mund të jetë me largim autonom të materialit nga zona e prerjes ose me
largimin e materialit nga zona e prerjes me ndihmën e gazit i cili ka veti erozive. Për prerjen
e metaleve zakonisht shfrytëzohet gazi reaktiv O2 gjerësa për prerjen e jometaleve
shfrytëzohet gazi neutral (N2) ose gazi inert (Ar).
Fig. 4.2.21 Shpërndarja e fuqisë së rrezatimit laserik në zonën e prerjes
Metodat kontinuele dhe pulsive të prerjes, bazohen në avullimin e materialit punues,
kërkojnë densitet të lartë fuqisë, përkatësisht densitet të lartë energjetik. Zakonisht
krijohen me rrezatimin pulsiv. Metoda e prerjes laserike me ndihmën e gazit kryhet,
zakonisht, me rrezatim kontinuel, dhe ndihmohet nga nxehtësia e cila zhvillohet në
reaksionin kimik mes O2 dhe materialit që përpunohet (në rastin e gazit reaktiv) gjegjësisht
me veprimin eroziv të vrushkullit të gazit në zonën e prerjes (në rastin e gazit neutral dhe
inert), çka dukshëm e zvogëlon energjinë e nevojshme për vet procesin e prerjes. Metoda
(b) shfrytëzohet për prerjen e shtresave metalike në bazament prej qeramike dhe shtresave
polimerie në bazamente prej metali. Kjo metodë, me ose pa largim të pjesërishëm të
materialit, kërkon energji plotësuese, e cila bën thërrmimin plotësues të materialit kur
rrezatimi laserik përfundon. Këto metoda, sikur edhe metoda (c), aplikohen të rastet e
materialeve të brishta (qelqi, gjysmëpërçuesit, materialeve qeramike). Sot më përhapur në
industri janë metodat e prerjes të bazuar në largimin e plotë të materialit përgjatë sipërfaqes
ndarëse me shkrirjen apo avullimin e kufizuar me shfrytëzimin e gazit ndihmës. Tregues i
136
rëndësishëm i prerjes laserike është bilanci i forcave në zonën e prerjes dhe me këtë edhe
kushtëzimi i nxehtësisë së shfrytëzuar, Fig. 4.2.21. Bilanci i fuqisë të prerja laserike është
dhënë me shprehjen :
PL=Pr+Po+Pp+Ps (4.2.7)
Ku janë: PL- fuqia e rrezatimit laserik, PR- fuqia e shpenzuar në krijimin e masës së shkrirë,
P0- fuqia e bartur përmes masës së shkrirë dhe gazit ndihmës, PP- fuqia e humbur gjate
përcjelljes së materialit të përpunuar, PS-fuqia e fituar nga reaksionet egzoterme.
Një pjesë e fuqisë se rrezatimit laserik humbet me përcjellje përmes materialit dhe përmes
masës se shkrirë dhe gazit ndihmës, mirëpo pjesa më e madhe shfrytëzohet për krijimin e
masës së shkrirë në vendin e prerjes. Kjo fuqi e dobishme mund të smadhohet në rast se
gazi ndihmës është oksigjeni, tek reaksioni egzoterm.
Me këtë rast në sasinë e energjisë së absorbuar dukshëm ndikojnë vetitë fiziko-termike të
materialit të përpunuar dhe nga ato varet zgjedhja e parametrave të përpunimit. Mirëpo, në
procesin e prerjes gjatë lëvizjes të tufës se fokusuar të rrezatimit laserik në krahasim me
materialin që përpunohet, shfrytëzohet edhe një pjesë e energjisë Ep në drejtim të prerjes,
sepse para ngrohë vendin e prerjes. Gjatë nxehjes në zonën e prerjes vie deri te fortësimi
(kalitja) e shtresës së prerë sipërfaqësore dhe deri tek ndikimi në kualitetin e prerjes.
Përparësitë dhe dobësitë. Prerja laserike ka shumë përparësi në krahasim me metodat
klasike të prerjes së materialit :
a) Energjia shumë e fortë e tufës së rrezatimit laserik, të koncentruar në sipërfaqe
të vogël ekstreme, mundëson:
Prerje të ngushtë dhe të rrafshët.
Ndikim minimal termik në strukturën e materialit në zonën e prerjes,
Ndikim minimal termik në deformimin e detalit përpunues.
b) Rrezatimi laserik paraqet “instrument prerës pa kontakt” çka do të thotë :
Nuk ka veprim të forcave e as deformime mekanike,
Nuk ka konsumim të instrumentit dhe nuk ka nevojë për ndërrim të tij,
Mundet me pre materiale pa marr parasysh fortësinë e tyre.
c) Rrezatimi laserik është i përshtatshëm për krijimin e shkallës së lartë të
drejtimit dhe udhëheqjes e me këtë mundëson:
Automatizimin e plotë dhe integrimin e lehtë në repartet e sistemeve teknologjike,
Mundsi e pa limituar e profilimit.
d) Me zvogëlimin e kohës së përpunimit dhe kohës ndihmëse, rritet ekonomiciteti i
përpunimit.
e) Me përdorimin e teknologjisë laserike rritet kualiteti i prodhimit, mundësohet
zhvillimi i prodhimeve të reja dhe rritja e fleksibilitetit të prodhimit.
137
4.2.8.3 Gravimi dhe shenimi me laser
Gravimi me laser (eng. Laser Engraving) e formës së dëshiruar gjeometrike dhe shenimi
i identifikimit karakterizohet nga shpejtësia, saktësia dhe cilësia e shënjimit të përhershëm,
pa ndonjë etiketë, ngjyrë, dëmtim mekanik, kruarje etj. Kushtet më agresive të prodhimit
dhe tregut, kërkojnë shënim kualitativ, të shpejtë dhe efikas të materialeve industriale,
gjysëmfabrikateve. Shënimi me laser me të madhe shfrytëzohet. Në krahasim me metodat
klasike, shënimi me laser në shumë elemente ka përparësi.
Mundet të përdoret për materiale prej me të ndryshme dhe në mënyrat me të ndryshme.
Shumë është fleksibile, mundësohet udhëheqja kompjuterike e rrezatimit laserik,
përshtatjen formës së objektit punues, është e qëndrueshme e tjerë. Laserët janë të
përshtatshëm për integrimin në repartet prodhuese ashtu që objekti përpunues mundet të
shënohet edhe gjatë procesit të prodhimit. Është e mundshme ndërtimi i tyre në pajisjet
ekzistuese. Viteve të fundit janë zhvilluar në veçanti metodat e shënimit laserik të
materialeve. Shënimi me laser në plastikë tanim është teknologji e përvetësuar dhe
praktikuar.
Procesi i shënimit. Gjatë veprimit të rrezatimit laserik në sipërfaqen e materialit të
përpunuar vie deri rritja e temperaturës në shtresën sipërfaqësore. Varësishtë nga lartësia
e temperaturës lajmërohet: nxehja, shkrirja, avullimi dhe proceset fotokimike në shtresën
sipërfaqësore plastike. Rezultat i nxehjes së shtresës sipërfaqësore të plastikes është
ndryshimi i strukturës së materialit ose ngjyrës së sipërfaqes. Kur plastika është e nxehur
deri në temperaturën, e cila është nën pikën e shkrirjes e nën pikën e shkatërrimit të ngjyrës
së përzier në plastikë, vie deri te ndryshimi i ngjyrës së plastikës e cila mundëson shkrimin
e shenjave qartë të dukshme. Kur temperatura e shtresës sipërfaqësore të materialit rritet
mbi pikën e shkrirjes së materialit bazë vie deri tek shkrirja e tij. Pas fortësimit të shkrirjes
formohet shtresa e plastikes e cila ka vëllim më të madh. Lartësia e kësaj shtrese është më
e madhe në krahasim me pjesët e sipërfaqes në të cilat laseri nuk vepron Fig. 4.2.22a, me
ketë është mundësuar krijimi i shenjave në sipërfaqen e materialit.
Me rritjen e fuqisë së laserit arrihet temperatura shumë më e lartë se pika e shkrirjes së
plastikës. Me ketë arrihet që materiali në sipërfaqe të avullohet. Në vendin e avullimit të
materialit shfaqet një thep i cili karakterizohet me shkëlqim të lartë ashtu qe siguron
kontrast të mjaftueshëm për kualitet të lartë të shenjave në sipërfaqe Fig. 4.22.b. Që të
përmirësohet veprimi i rrezatimit laserik në sipërfaqen që përpunohet hidhen lyrës që
karakterizohen me veti tjera të absorbimit dhe reflektimit.
Me ketë është mundësuar veprim më intensiv i rrezatimit laserik në shtresën sipërfaqësore
Fig. 4.22c. Përveç ndryshimeve të përmendura gjatë nxehjes së shtresës sipërfaqësore,
mundë të rezultojë edhe djegëja lokale e plastikes. Procesi i karbonizimit në plastikën me
ngjyrë të ndritshme jep shenja mjaftë të dukshme të cilat shfrytëzohen për shënim. Me
përshtatjen e parametrave të përpunimit me laser, në plastik ose në ngjyrë që është e përzier
138
në plastikë, munden të shkaktohen procese direkte fotokimike të cilët përcillen me veprim
termik.
Fig. 4.22 Krijimi i shenjave në sipërfaqen përpunuese nën veprimin e rrezatimit laserik
Metodat e shënimit me laser
Ekzistojnë dy metoda të shënimit me laser: shënimi me maskë dhe shënimi me lëvizjen e
rrezatimit laserik. Për shënimin me maskë Fig. 4.2.23b, shfrytëzohen laserët pulsiv.
Rrezatimi laserik i gjrësisë së mjaftueshme ndriçon maskën. Në maskë gjenden informatat
të cilat duhet bartur në objektin punues. Forma në maskë fotografohet, përmes së cilës
mundet të shënohet. Kjo metodë është e përshtatshme për shënimin e objekteve punuese
në prodhimtarin masovike. Tek shënimi laserik më lëvizje të rrezatimit laserit Fig. 4.2.23a,
rrezatimi laserik me ndihmën e dy pasqyrave të rrashta dhe thjerrëzës lëvizëse, drejtohet
në objektin punues. Pastaj me lëkundjen e pasqyrave drejtohet rrezatimi laserik dhe bëhet
shënimi me fleksibilitet të madh. Me përshtatjen e parametrave të rrezatimit laserik, gjatë
shënimit laserik, në plastikë ose në ngjyrën e cila është përzier në plastikë, mund të
shkaktohen efekte direkte fotokimike. Të gjitha proceset e shënimit laserik përcillen me
veprimin termik të rrezatimit laserik. Fuqia dhe energjia e impulsit laserik janë parametrat
më të rëndësishëm te metoda e shënimit laserik me maskë. Shënimi kryhet me një puls në
objektin përpunues ashtu që pjesëmarrja e pulsit nuk është e rëndësishme. Tek metodat e
shënimit me rrezatim laserik, frekuenca e pulsit laserik është mjaftë e rëndësishme.
Shënimi në ketë rast kryhet me disa pulse me radhë me definim të distancës kohore.
139
Fig.4.2.23 Skema e shënimit laserik, (a) me lëvizjen e tufës së rrezatimit laserike dhe (b)me anën e maskës
Kualiteti i shenimit- kriteret për vlerësimin e kualitetit të shënimit janë: kontrasti,
mprehtësia e kontrastit, lëmushmëria e sipërfaqes, rezistenca në ndikimet kimike dhe
mekanike dhe kërkesat estetike. Kontrasti është kriter i rëndësishëm për kualitet të
shënimit.
Në zonën e përpunimit të të dhënave është i pranueshëm raporti i kontrastit 1:3 të
sipërfaqes bazë dhe shenjave në të. Mprehtësia e konturës dhe rrafshueshmëria e sipërfaqes
varen nga efekti i rrezatimit laserik në materialin që përpunohet. Në veçanti është e
rëndësishme mënyra e udhëheqjes së rrezatimit laserik. Teknikat e vizatimit të
shumëfishta janë me përparësi ndaj metodës së thellimit sepse jep rezultate më të mira të
mprehtësisë se konturës dhe sipërfaqe homogjene.Teknika e vizatimit të shumëfishtë në
veçanti duhet përshtatur për udhëheqjen e rrezatimit me karakteristikat e materialit.
Qëndrueshmëria në ndikimet mekanike dhe kimike është shumë me e madhe tek shënimi
laserik se sa të mënyra klasike e shënimit.
Me shënimin laserik, shenjat futen në material ashtu që nuk mund të largohen pa
shkatërrimin mekanik. Efektet estetike të arritura më shënimin laserik kënaqin kërkesat e
tregut bashkohorë.
Sfera e përdorimit. Shënimi laserik mundet të përdoret për simbolizmin e objekteve të
përpunuara dhe për simbolizime grafike. Simbolizmi shfrytëzohet për shënimin e numrave
në seri , numrave gjatë testimit, tek të dhënave teknike ose të dhënave prodhuese.
Shënimi grafik ka të bëjë me shkrimin e kontratave, urdhëresave, komponentëve
elektronike, tastaturave, shkallëzuesve tek instrumentet matëse, firmave, barkodave, tjerë.
Gjatë kësaj është e mundshme kombinimi me format klasike të shënimit. Me mënyrën
klasike shënohen informatat e pa ndryshueshme në objektin që përpunohet (p.sh, firma
140
dhe adresa e prodhuesit), deri sa me laser shënohen të dhënat e ndryshueshme (numri serik,
numri i kontrollit, të dhënat specifike të produktit) Fig. 4.2.24 dhe 4.2.25.
Fig. 4.2.24 Shembull i gravimit të noniusit me laser
Përparësia e shënimit me laser është: niveli i lartë i kualitetit dhe reproduktivitet i mirë i
shënimit të simboleve, instrumenti për shënim në vendet me qasje të vështirë, në sipërfaqet
e forta, të shkëlqyera, dhe jo të rrafshëta, shpejtësia dhe fleksibiliteti i madh shënimit, të
mundshme janë shënimet mikroskopike, e tjerë.
Fig. 4.2.25 Shembuj të gravimit të materialeve të ndryshme
141
4.2.8.4 Punimi i sipërfaqeve hapësinore dhe komplekse
Punimi i pjesëve të një gjeometri specifike, kur bëhet një prototip ose një numër shumë i
vogël i copave, arrihet me një zhvendosje komplekse të kokës punuese në raport me copën
punuese, e cila kujton frezimin me kopjim, prandaj prej kësaj rrjedh edhe emri "frezimi
me laser". Në këtë metodë, frezimi me laser është i përshtatshëm për shkak se një rreze
laser mund të jetë me diametër shumë të vogël, kështu që është e mundur të kryhet
përpunimi në një nivel mikroskopik Fig. 4.2.26.
Fig. 4.2.26 Shembull i “frezimit laserik” Fig. 4.2.27 Saldimi laserik
4.2.8.5 Saldimi dhe ngjitja
Saldimi me laser realizohet me shkrirjen e menjëhershme të materialit të dy ose më shumë
pjesëve të lidhura dhe nga ftohja e shpejtë e shtresës së shkrirë. Kjo arrihet duke u bashkuar
materialit pa ose me aplikimin e materialit shtesë, në atmosferë ose nën mbrojtjen e gazit.
Gazrat e saldimit duhet të plotësojnë kërkesat e shumëfishta: të mbrojnë hapësirën, zonën
rreth tegelit, të mbrojnë optikën nga avujt dhe nxehtësia e shfaqur. Përveç metaleve, mund
të saldohen edhe materiale jo metalike dhe materiale të ndryshme të tjera. Bashkimi e
pjesëve që nuk kërkojnë force të madhe lidhëse, por është i nevojshëm hermeticiteti ose
përçueshmëri elektrike, poashtu me sukses realizohen nëpërmjet laserit, dhe ky procesi
njihet si ngjitje me laser. Saldimi me larer kryhet duke përdorur një laser CO2 me fuqi të
lartë prej 2-12 kW.
Tufa laserike fokusohet në një pikë të vogël, e cila ju jep fuqi të mjaftueshme për të shkrirë
materialin. Për fokusim tek lasert CO2 me fuqi madhe të, në vend të pasqyrave të
zakonshme, përdoren pasqyra të ftohura me ujë Fig. 4.2.27.
142
4.2.8.6 Përpunimi termik
Ngrohja lokale e shtresës sipërfaqësore të materialit të trajtuar me nxehtësi mund të arrihet
në mënyrë efikase me trajtimin me laser (Laser Heat Treatment).
Në këtë mënyrë, pothuajse të gjitha metodat e njohura deri tani si përpunimet termike dhe
kimiko termike mund të kryhen, të cilat kanë për detyrë të përmirësojnë vetitë mekanike
ose fiziko-kimike të një sipërfaqe të caktuar në copën punuese.
Në Fig. 4.2.28 jepet një shembull i një trajtimit termik të dhëmbëve të ingarnazhit.
Fig. 4.2.28 Foto e trajtimit termik të dhëmbëve të inganazhit
4.2.8.7 Shtresimi i materialeve
Aplikimi i një shtrese mbi sipërfaqen e një materiali nëpëmjet laserit (Laser Coating) është
një proces që rrit qëndrueshmërinë mekanike, fizike ose kimike të shtresës sipërfaqësore.
Sipërfaqet e aplikuara nga ky proces janë rezistente ndaj konsumit, lodhjes, ndikimit,
temperaturës, korrozionit etj. Lehtësia e shtresimi (veshjes) me laser është gjithashtu
mundësia e mbivendosjes (veshjes) vetëm të atyre pjesëve të sipërfaqes që përcaktohen
nga kërkesat shfrytëzuese ose estetike, Fig. 4.2.29.
143
Fig. 4.2.29 Principi shtresimit të materialeve
4.2.8.8 Forcimi deformues me laser
Forcimi deformues i materialit (eng. Laser Shock Peening) është një proces modern dhe i
avancuar për përmirësimin e vetive mekanike të shtresave sipërfaqësore të materialit të
përpunuar. Duke përdorur këtë procedurë, arrihet një thellësi shumë më e madhe e
sforcimeve (tensioneve) të mbetura shtypëse në material. Procesi i përpunimit bazohet në
mbulimin e mëparshëm të shtresës sipërfaqësore të materialit me një shtresë të hollë të
shtresës së dyfishtë (mbrojtëse + shtresë transparente).
Shtresa siguruese dhe mbrojtëse nuk i lëshojnë rrezet laser nga materiali, duke mbrojtur
shtresën sipërfaqësore të materialit. Rrezja laser drejtohet në plazmë, e pozicionuar
pikërisht mbi zonën që do të forcohet dhe vala goditëse e plazmës që zgjerohet në material
në një drejtim të caktuar i redukton (zhvlerëson) sforcimet në material, Fig. 4.2.30.
Fig. 4.2.30 Principi i forcimit deformues me laser
144
4.2.8.9 Lakimi i llamarinave
Përpunimi me laser mund të përdoret për formësim të përafërt të produkteve prej
llamarinave me procesin e lakimit (engl. Laser Beam Forming). Me larer lakohen pjesë të
llamarinave të hollë dhe profileve pa përdorimin e vegalave (matricës dhe patricës). Për
shkak të mungesës së veglave dhe parimit të thjeshtë të përpunimit, kostot e përpunimit
zvogëlohen, e rritet efikasiteti dhe fleksibiliteti i lakimit të llamarinave. Procesi është i
përshtatshëm në kushtet e prodhimit individual dhe në seri të vogla, tek pjesët e profileve
komplekse nga materiale vështirë të përpunueshme, figurat 4.2.31 dhe 4.2.32
4.2.8.10 Largimi korrozionit me laser
Largimi i korrozionit me laser është një proces i ri i përpunimit që eliminon me sukses
korrozionin nga metali. Oksigjeni i mbetur "robëruar" në shtresën e korrozionit kryesisht
absorbohet gjatë kalimit të energjisë e fotoneve me laser. Në këtë mënyrë, korrozioni
thjesht bie nga materiali dule e lënë sipërfaqen e materialit të pastër dhe të gatshëm për
veshje të reja ose përpunim.
Fig. 2.31 Principi i lakimit të llamarinës
Duke kontrolluar qarkun e mbyllur të sistemit laserik, gjatë këtij përpunimi laseri nuk
dëmton materialin nën shtresën e korrozionit dhe nuk shkakton ndonjë deformim të
materialit, prandaj nuk ka ndryshime fizike, strukturore ose kimike.
145
Fig. 4.2.32 Copa të lakuara të llamarinës
Në këtë mënyrë është gjithashtu e mundur të përpunohen materiale të buta (plastika, gome,
qelqi ...) nga të cilat bojëra të vjetra, veshja, etj., duhet të hiqen.
Fig. 4.2.33 Foto e largimit të korrozionit me laser
4.3 Përpunimi me plazmë
4.3.1 Hyrje
Prerja me plazmë u zhvillua në fund të viteve 1950 të shek. të kaluar për prerje të çelikut
me legurim të lartë dhe aluminit. Ajo ishte projektuar për t'u përdorur në të gjitha metalet
që për shkak të përbërjes së tyre kimike, nuk mund t'i nënshtroheshin prerjes me gaz. Për
shkak të shpejtësise jashtëzakonisht të lartë të saj prerjes (sidomos te materialet e hollë)
146
dhe të zonës së ngushtë të ngrohjes, kjo teknikë përdoret edhe sot për prerje të çeliqeve
jo të leguruara dhe me legurim të ulët. Përpunimi i materialeve metalike sot karakterizohet
nga kërkesat më të larta të cilësisë dhe presioneve në rritje të kostos. Skajet e pjesëve të
prera nuk duhet të kërkojnë ndonjë përpunim shtesë dhe pritet të shfaqin saktësinë
maksimale dimensionale. Si rezultat, aftësia e teknikave tradicionale të prerjes për të
përmbushur këto kërkesa është duke u vënë në pyetje gjithnjë e më shumë.
Prerja me plazmë është në konkurrencë të drejtpërdrejtë me teknikat e tjera të tilla si oxy-
prerja me gaz, prerja me laser dhe prerja me vrushkull uji.Megjithatë, ajo mund gjithashtu
të jetë një alternativë për teknikat mekanike të përpunimit.
4.3.2 Përkufizimi i gazit të plazmës
Nocioni gaz plazme i referohet të gjitha gazeve apo përzierjeve të gazeve që mund të
përdoren për krijimin e një plazme dhe për vetë procesin e prerjes. Me termin plazmë, në
fizikë dhe kimi, nënkuptohet gazi i jonizuar dhe për shkak të vetive të ndryshme nga
materiet e ngurta, lëngshme dhe të gazta konsiderohet si materie me gjendje te veçantë
agregate. Gazi i jonizuar e ka të paktën një elektron të ndarë nga pjesa e atomeve ose
molekulave. Për shkak të grimcave të lira (joneve dhe elektroneve) plazma është një
përçues i mirë i rrymës elektrike dhe fuqishëm reagon ndaj fushës elektrike dhe magnetike.
Çdo gaz është i jonizuar, të paktën në një shkallë të vogël, mirëpo çdo gaz të jonizuar nuk
mund ta quajmë plazmë. Për plazmën thuhet të jetë një gaz kuazi neutral i përbërë nga
grimca neutrale dhe të ngarkuara. Gaz kuazineutral do të thotë, se shikuar nga aspekti
mikroskopik është neutral, por pjesët e tij janë të ngarkuara elektrikisht. Sikur edhe gazi,
plazma nuk ka një formë të caktuar ose volum, ndërsa nën ndikimin e fushës magnetike
plazma mund të merr formë të fibrave.
Në mënyrë shkencore, për herë të parë plazmën e ka përshkruar sir William Crookes në
vitin 1879, duke e quajtur „materie e cila rrezaton“, gjegj., gjendjen e katërt agregate. Në
gypin e Crookes-it janë krijuar “rreze katodike“, të cilat më vonë i ka identifikuar fizikani
anglez Joseph John Thomson të cilat i ka quajtur „plazma“. Të njëjtën shprehje më 1928
e ka përdorur edhe kimisti amerikan Irving Langmuir, ndoshta për arsye se elektronet,
jonet dhe ngarkesat neutrale i kanë përngjarë në rruazat e kuqe dhe te bardha të gjakut tek
plazma e gjakut. Plazma është forma më e përhapur e materies së dukshme në univers. Në
tokë ka shumë pak plazmë, por 99% e materies në gjithësi është plazmë. Fusha e
temperaturave të plazmës Fig. 4.3.1, qëllimisht është paraqitur pak më e madhe nga se ajo
në të vërtetë përfshinë zonën nga temperature e dhomës deri 1014 K, deri sa trupat e ngurtë
ose të lëngët janë të kufizuara në një zonë shumë më të ngushtë të temperaturës.
147
Fig. 4.3.1 Disocimi dhe jonizimi i gazeve të ndryshëm
Duhet të ceket sikur psh., që avulli i ujit ekziston edhe në temperaturat më të vogla se
temperature e vlimit po ashtu edhe plazma ekziston në temperature shumë më të vogla se
temperature e jonizimit ( deri edhe në mikro Kelvina tek plazmat ultra të ftohta). Edhe vet
nocioni i temperaturës është kompleks, pasi tek plazma (edhe avulli edhe gazi) flitet për
temperaturën kinetike të grimcave të veçanta Fig. 4.3.2.
Fig. 4.3.2 Ilustrimi i gjendjeve agregate dhe ndryshimet e tyre
148
Rendi i dytë në Fig. 4.3.2 ilustron gjendjen agregate të ujit, prej akullit në temperatura të
ulta, lëngut në temperaturë të dhomës, avullit dhe plazmës së avullit të fituar nëpërmjet
RFM (Radio Frequency Microwave Plasma) dhe plazmës së induktuar me ndihmën e
laserit. Shpeshherë e dëgjojmë se plazma është gaz i jonizuar, çka është plotësisht e saktë,
por harrohet fakti se këtu bëhet fjalë për një gjendje të veçantë të materies. Vetitë e gazit
dhe plazmës dallojnë në mënyrë të konsiderueshme mes veti. “Gazi i jonizuar” nuk mund
të përshkruhet me ligjet fizike të cilat vlejnë për gazrat Fig. 4.3.3.
Fig. 4.3.3 Ndërrimi i gjendjes agregate të materies
Plazma mund të përshkruhet si gjendje elektrike neutrale e materialit, me numër të njëjtë
të ngarkesave elektrike pozitive dhe negative. Është e rëndësishme të ceket edhe pse
grimcat nuk janë të lidhura, ato nuk janë të lira. Kur grimcat e ngarkuara elektrikisht
lëvizin, ato krijojnë fushë elektrike dhe magnetike, dhe si rezultat, ndërveprojnë me fushat
e tjera elektrike dhe magnetike.
4.3.3 Vetitë dhe parametrat e plazmës
4.3.3.1 Zonat e parametrave të plazmës. Parametrat e plazmës mund të jenë në një
diapazon shumë të gjerë Tab. 4.3.1.
149
Tabela 4.3.1. Parametrat e plazmës
4.3.3.2 Shkalla e jonizimit. Për t'u formuar plazma, është i nevojshëm jonizimi. Jonizimi
nënkupton shndërrimin e atomeve ose molekulave neutrale në grimca elektrikisht të
ngarkuara duke liruar ose pranuar elektrone. Me nocionin dendësia e plazmës zakonisht
nënkuptohet dendësia e elektroneve, ose numri i joneve te lira për njësi të volumit. Shkalla
e jonizimit të plazmës paraqet numrin e atomeve të cilat kanë humbur elektrone, dhe
zakonisht varet nga temperatura. Edhe një gaz pjesërisht i jonizuar, me 1% të atomeve të
jonizuara mund të ketë veti të plazmës (përgjigja ndaj fushën së jashtme magnetike dhe
përçueshmërisë elektrike).
Shkalla e jonizimit definohet si: α = ni/(ni + na)
ku janë;
ni – dendësia e joneve dhe
na – dendësia e atomeve neutrale.
Vetëtima është shembull i plazmës në tokë. Zakonisht, vetëtima krijon një rrymë prej
30.000 Ampera dhe 100.000.000 Volt, emiton dritë, radio valë, rreze rentgeni, deri edhe
rrezatim- gama. Temperaturat e plazmës tek vetëtimat mund të mbërrijnë deri 28.000
Kelvin dhe densiteti i elektroneve mund të kaloj 1024 m-3.
4.3.3.3 Temperatura. Temperatura e plazmës matet me Kelvin ose elektrovolt dhe
zakonisht është masë e energjisë kinetike. Temperaturat shumë të larta janë të nevojshme
për t’u ruajtur jonizimi, e cila është kushti kryesor për formimin e plazmës. Në bazë të
temperaturave relative të elektroneve, joneve dhe atomeve neutrale, plazmat mund të
dallohen si termike dhe jotermike. Plazmat termike i kanë elektronet dhe jonet përafërsisht
150
në të njëjtën temperaturë- ato janë në baraspeshë termike. Plazmat jotermike, nga na tjetër,
kanë elektrone me temperaturë shumë të lartë, ndërsa jonet dhe grimcat neutrale me
temperaturë ulët (temperatura e dhomës). Plazmat mund të ndahen në të ftohta dhe të
nxehta. Plazmat e nxehta janë pothuajse plotësisht të jonizuara, deri sa të ftohtat kanë
vetëm një sasi të vogël të jonizuar, rreth 1%. Por duhet të theksohet se edhe tek plazmat e
ftohta elektronet kanë temperaturë rreth disa mijëra oC. Plazmat e krijuara artificialisht ose
“plazmat teknologjike“ janë kryesisht plazma të ftohta.
4.3.3.4 Potenciali elektrik. Duke qenë se plazma është përçues i mirë, potenciali elektrik
luan rol shumë të rëndësishëm. Potenciali mestar i cili ndodhte ndërmjet grimcave të
ngarkuara elektrikisht quhet potenciali i plazmës. Nëse elektrodat i vendosim brenda
plazmës, atëherë potenciali i plazmës dukshëm do të zvogëlohet. Fusha elektrike në
plazmë është e vogël për shkak të përçueshmërisë së lartë. Madhësia e potencialit elektrik
përcaktohet në vartësi nga dendësia e ngarkesës elektrike, sipas raportit te Boltzmann-it:
ne∝ 𝑒𝑒∅/𝑘𝐵𝑇𝑒 (4.3.1)
Ndërsa në bazë të saj mund të definohet edhe fuqia e fushës elektrike:
𝐸→ = (𝑘𝐵 𝑇𝑒/𝑒)(∇𝑛𝑒/𝑛𝑒 ) (4.3.2)
4.3.3.5 Magnetizimi. Plazma në të cilën fusha magnetike është mjaft e fuqishme, që të
ndikoj në lëvizjen e grimcave me ngarkesë elektrike, njihet si plazmë magnetike.
Shpeshherë ndodh që elektronet të jenë të magnetizura, ndërsa jonet jo. Plazma magnetike
është anizotrope, që do të thotë se vetitë në drejtim të akseve paralele me fushën magnetike,
janë të ndryshme nga ato me drejtimin normal.
4.3.4 Plazma artificiale
Shumica e plazmave të fituara artificialisht formohen me aplikimin e fushës elektrike ose
magnetike. Plazmat varësisht nga aplikimi laboratorik ose industrial mund të ndahen sipas:
Burimit të energjisë së plazmës; rryma një kahore, radiovalët dhe rrezatimi
mikrovalor
Presionit punues; nënpresion ((< 1 Pa), presion mesatar (~ 100 Pa) dhe presion
atmosferik (100 kPa)
Shkallës së jonizimit; plotësisht e jonizuar(plazma enxehtë), pjesërisht e jonizuar
(plazma e ftohtë) dhe plazma me jonizim të dobët
Raportit të temperaturave në plazmë; termike (elektronet dhe jonet përafërsisht
në temperaturë të njëjtë), plazma jotermike
Renditjes së elektrodave për formimin e plazmës
151
Magnetizimit të grimcave brenda plazmës; magnetizuese( jonet dhe elektronet të
bllokuara në fushën magnetike), pjesërisht magnetizuese ( elektronet e bllokuara
në fushën magnetike, ndërsa jonet jo), plazma jo magnetizuese( fusha magnetike
shumë e dobët, vepron vetëm forca e Lorentz-it).
Sipas aplikimit
4.3.4.1 Krijimi i plazmës artificiale. Edhe pse ekzistojnë disa mënyra të krijimit të
plazmës, e përbashkëta e tyre është se energjia hyrëse duhet ta krijoj dhe mbaj atë. Plazma
krijohet me aplikimin e energjisë elektrike përgjatë gazit ose fluidit dielektrik
(izolatorit elektrik), si në figurë ku shohim llambën e kyçur në rrymën njëkahore me
tension të lartë Fig. 4.3.3.
Fig. 4.3.3 Llamba e kyçur në rrymë njëkahore
Potenciali elektrik dhe fusha elektrike gjegjëse shkaktojnë tërheqjen e elektroneve kah
anoda, deri sa bërthamën e atomit e tërheq katoda. Me rritjen e tensionit, rryma elektrike
krijon tendosje në atome, deri në kufirin dielektrik, kur lajmërohet shkëndija dhe gazi bëhet
i jonizuar dhe shndërrohet në përçues. Atëherë vie deri te jonizimi i vrullshëm, kur
përplasja e elektroneve dhe e atomeve neutrale, krijon elektrone dhe jone të reja. Pas 20
përplasjesh, numri i grimcave me ngarkesë elektrike rritet në miliona, pasi rruga e
përplasjes është shumë e shkurtër. Nëse fuqia e rrymës dhe jonizimi janë të mjaftueshme,
krijohet harku elektrik (në realitet vetëtima) ndërmjet elektrodave. Rezistenca elektrike
përgjatë harkut elektrik krijon nxehtësinë, e cila e jonizon pjesën tjetër të mbetur të
molekulave të gazit, e kështu gazi bëhet plazmë.
Plazma është në ekuilibër termik, çka do të thotë se nxehtësia njëtrajtësisht shpërndahet në
elektrone, jone dhe grimcat neutrale, për shkak se elektronet me shpejtësi dhe numër
shumë të madh, shpejt e transmetojnë energjinë në grimcat e tjera.
152
4.3.5 Bazat e përpunimit me plazmë
Përpunimi me plazmë (eng. Plazma Jet Machining – PJM ) në kushtet e prodhimit
bashkëkohor shfrytëzohet për realizimin e operacioneve prodhuese të cilat kërkojnë
përqendrim të lartë të energjisë termike. Këto janë operacionet shkrirjes, saldimit, prerjes
së metalit dhe jometalit, vënien e shtresave të qëndrueshme ndaj konsumit, si në sipërfaqe
metalike po ashtu edhe në ato jometalike etj. Plazma në esencë është çdo materie e ngrohur
në temperaturë të lartë, të mjaftueshme që të shndërrohet në gjendje jonizuese të gaztë
(gjendja e katërt agregate). Në gjendje të tillë, materia sillet sipas ligjeve karakteristike për
gazrat normale ndërsa karakteristikat themelore të saj janë: temperatura shumë e lartë e
zonave të veçanta, jostabilitet energjetik, përçueshmëria elektrike, shpejtësia shumë e
madhe e lëvizjes së grimcave që e përbejnë plazmën etj.
Për përpunimin e metalit gjegjësisht për operacionet prodhuese të përmendura
shfrytëzohen të ashtu quajturat plazmat e “temperaturave të ulta” me temperaturën e
zonave individuale prej 1000 – 100000 K, plazmat të cilat paraqesin gazin pjesërisht të
jonizuar.
Harku i plazmës përfshin dy faza kryesore, faza e ndezjes dhe faza e prerjes. Kështu,
plazma shndërrohet në gaz për ndezje dhe prerje, të cilat mund të ndryshojnë si në
aspektin e llojit të gazit dhe në rrjedhën vëllimore.
4.3.5.1 Gazi ndezës. Ky gaz përdoret për ndezjen e harkut të plazmës. Ai është përgjegjës
për lehtësimin e procesit të ndezjes dhe/ose rritjen e jetës së elektrodës.
4.3.5.2 Gazi prerës. Ky gaz është i nevojshme për prerjen e copës punuese me hark të
plazmës. Ai është përgjegjës për arritjen e një cilësie optimale të prerjes së materialeve të
ndryshme.
4.3.5.3 Gazi sekondar - gazi vorbullues. Ky gaz përmbyll plazmën reaktive pra, ky e
ftoh dhe e ngushton atë. Në këtë mënyrë, ajo përmirëson cilësinë e tehut prerës dhe e
mbron dizën gjatë depërtimit në copën punuese dhe gjatë prerjes nën ujë. Vrushkulli i
plazmës fitohet duke e shtypur gazin e caktuar nëpërmjet harkut elektrik. Harku elektrik
shfaqet ndërmjet elektrodës e cila lidhet në polin “-“dhe copës punuese ose dizës së vet
pajisjes, e cila lidhet me polin “+” Fig. 4.3.4.
4.3.6 Parimi i prerjes me plazmë
Prerja me plazmë është një proces termik i prerjes në të cilin harku i plazmës rrjedh
nëpërmjet dizes (farfallës). Harku i transferuar, formohet kur rryma rrjedh nëpër një
elektrodë jo të shkrishme (katodë) deri te detali (anode), i cili përdoret për të prerë
materiale elektrikisht të përçueshme Fig. 4.3.5 Kjo është, zakonisht forma më e përdorur
e prerjes me plazmë. Në mënyrën jo të transferuar, harku i plazmës formohet mes
153
elektrodë dhe dizes. Edhe duke përdorur një gaz prerës që përmban oksigjen, efekti i
ngrohjes i harkut të plazmës mbizotëron. Kështu, kjo metodë nuk është konsideruar si një
proces i prerjes me gaz, por më tepër si një metodë e prerjes me shkrirje.
Fig. 4.3.5 Paraqitja skematike e harkut të plazmës
Gazrat e plazmës në hark janë pjesërisht të shkëputura dhe të jonizuara, duke e bërë atë
elektrikisht të përçueshëm. Për shkak të dendësisë së lartë të energjisë dhe temperaturës,
plazma zgjerohet dhe lëviz në drejtim të detalit me shpejtësi deri 3 herë më të madhe se e
zërit. Nëpërmjet rikombinimit të atomeve dhe molekulave në sipërfaqen e detalit, energjia
e absorbuar në çast lirohet dhe intensifikon efektin termik të harkut të plazmës në detalin
punues. Në harkun e plazmës prodhohen temperaturat deri në 30.000 K. Bashkë me
energjinë e lartë kinetike të gazi të plazmës, këto temperatura mundësojnë prerje me
shpejtësi jashtëzakonisht të lartë të të gjitha materialeve elektrikisht të përçueshme, në
varësi të trashësisë materialit.
Për të iniciuar procesin e prerjes, së pari ndizet një hark pilot në mes dizës dhe elektrodës
në të cilin aplikohet tensioni i lartë. Kjo energji e ulët harkut pilot përgatit hapësirën midis
ndezësit të plazmës dhe detalit punues duke shkaktuar jonizim të pjesshëm. Kur harku i
pilotit kontakton me harkun e detalit (prerja fluturuese), harkut kryesor i plazmë ndriçon
duke shkaktuar një rritje automatike të fuqisë. Materiali i metalit të shkrirë dhe pjesërisht
të avulluar nga energjia termike e harkut dhe gazit të plazmës. Materiali i shkrirë është i
detyruar të largohet nga zona e prerjes për shkak të veprimit të energjisë kinetike të gazit
të plazmës. Në krahasim me prerjen me gaz, në të cilën rreth 70% e energjisë termike
prodhohet me anë të djegies së hekurit, tek prerja me plazmë energjia e nevojshme për
shkrirjen e materialit në zonën e prerjes prodhohet vetëm elektrikisht. Se cilat gaze të
plazmës do të përdoren varet nga materiali i cili do të prehet. Për shembull, gazi
154
monatomik argoni dhe / ose gazrat dyatomike, të tilla si, azoti me hidrogjen, oksigjen, dhe
kombinimet e tyre si ajri i pastër mund të përdoren si gaz plazme dhe gjithashtu edhe si
gaz prerës.
Flakëhedhësi mund të ftohet me ujë ose me gaz. Procesi i prerjes me plazmë mund të
dëmtohet varësisht nga mënyra e përdorimit (mbi, në dhe nën sipërfaqen e ujit).
Fig. 4.3.6 Principi i punës së plazmës me hark transferues
4.3.7 Procesi i përfitimit të plazmës
Plazma përbëhet nga grimcat e elektrizuara pozitive dhe negative (kationeve dhe
anioneve). Me lëshimin e gazeve të plazmës (siç janë; argoni, hidrogjeni, oksigjeni etj.)
nëpërmjet harkut elektrik Fig. 4.3.7, të krijuar në mes anodës dhe katodës, formohet tufa
(flaka) – plazma. Substanca e tillë e formuar përmban molekula, atome, jone, elektrone,
dhe kuante të dritës. Në 1cm3 të plazmës gjenden rreth 109 – 1010 grimca të elektrizuara.
Jonizimi është rezultat i humbjes së një ose ma shumë elektroneve nga shtresa e jashtme
(orbita e jashtme) e atomeve të plazmës së gazrave. Humbja vie si rezultat i veprimit të
forcave të jashtme të shkaktuara me temperaturë të lartë ose me fushë të fuqishme
elektrike. Kjo do të thotë se plazma mund të jetë e harkut elektrik (termike) ose e
frekuencës së lartë (HF-High Frequency). Për procesin e përpunimit të metalit, posaçërisht
është e rëndësishme plazma harkore (plazma e flakës).
Në procesin e formimit të harkut të plazmës vërehen re disa dukuri karakteristike. Për arsye
të nxehjes së lartë të katodës, vie deri të emetimi i elektroneve dhe jonizimit të plazma
gazi. Me këtë rast, në mes elektrodave formohen grimca jonesh dhe elektronesh të
ngarkesave të ndryshme elektrike. Me lëvizje të orientuara vie deri të ndeshja (në mes veti
si dhe me atomet dhe molekulat neutrale) dhe rritja e shkallës së jonizimit. Shpejtësia e
lëvizjes së grimcave të jonizuara në rrymën e plazmës llogaritet sipas formulës:
155
(4.3.3)
Fig. 4.3.7 Paraqitja skematike e procesit të formimit Fig. 4.3.8 Fusha e temperaturave të
harkut të plazmës të plazmës
Shpejtësia varet nga intensiteti i rrymës I (A), dendësia e plazmës gazit (numri
i atomeve /cm3) dhe nga rrezja e sipërfaqes aktive e katodës r (cm).
Kjo shpejtësi arrin vlerë shumë të lartë, për shembull për intensitetin e rrymës prej 400 –
500 A dhe presionin e plazmës prej 2 – 3 bar është deri 1500 m/s. Të gjitha këto janë
kushtet të cilat e diktojnë paraqitjen e materies së re. Këtë e karakterizon temperatura e
lartë e zonave individuale Fig. 4.3.8, përbërja dhe vetitë e reja të cilat ngjajnë në vetitë e
gazrave, lëngjeve dhe metalit. Me ngjeshjen e gazit të plazmës, në fiskajë (dizë), tufa e
plazmës ndahet nga muret me ç’rast zvogëlohen humbjet e nxehtësisë dhe arrihet
stabilizimi gazor i plazmës (vorbullues ose longitudinal) e me këtë mënyrë edhe stabilizimi
gjegjës i procesit të përpunimit me plazmë.
4.3.7 Operacionet e përpunimit me plazmë
4.3.7.1 Teknikat e prerjes me plazmë. Teknikat e prerjes me plazmë janë vazhdimisht
duke u përmirësuar. Qëllimi kryesor i këtyre përmirësimeve është për të zvogëluar ndotjet
mjedisore, rritjen e kapaciteteve prerëse, dhe për të përmirësuar cilësinë e skajeve prerëse.
Qëllimi përfundimtar është për të prodhuar dy sipërfaqe paralele prerëse, të cilat kërkojnë
shumë pak për përmirësime para se ato të jenë dërguar për aplikim.
Në varësi nga lloji i materialit prerës, trashësisë së tij dhe burimit të energjisë, ekziston
një numër i madh i variacioneve të prerjes me plazmë:
Preja konvencionale me plazmë / prerja standarde me plazmë
Prerja me plazmë me medium sekondarë
156
Prerja me plazmë me gaz sekondarë
Prerja me plazmë me ujë sekondarë
Prerja me plazmë me injektim uji
Prerja me plazmë me ngushtim në rritje
Variacionet e prerjes me plazmë kryesisht ndryshojnë sipas dizajnit të flakëhedhësit,
sistemit të furnizimit me material dhe materialit të elektrodës. Fig. 4.3.9 ofron një pasqyrë
të opsioneve të ndryshme të mundshme në projektimin e flakëhedhësit të plazmës.
Llojet e mëposhtme të flakëhedhësit të plazmës janë bazuar në llojin e shtrëngimit Fig.
4.3.9:
Fig. 4.3.9 Sistemet ndezëse të plazmave
4.3.7.2 Prerja konvencionale me plazmë. Te makinat standarde të prerjes me plazmë,
flakëhedhësi është relativisht i thjeshtë dhe është projektuar vetëm për një gaz, gazin
prerës. Gazet prerëse të përdorura janë përgjithësisht azoti, oksigjeni apo përzierja e argon-
hidrogjen (Argoplas Fig. 4.3.10. Harku i plazmës është i ngushtuar vetëm nga diametri i
brendshëm i dizës, duke prodhuar sipërfaqe prerëse të pjerrtë tipike për këtë metodë. Në
përgjithësi, gazi i plazmës lëviz në mënyrë tangjenciale rreth elektrodës. Në vartësi nga
shpejtësia prerjes, flakëhedhësi ftohet ose me ajër ose me ujë. Sistemet konvencionalet të
prerjes me plazmë janë në dispozicion për prerje metale me trashësi deri në 160 mm.
157
Fig. 4.3.10 Plazma konvencionale prerëse Fig. 4.3.11 Prerja me plazmë me medium sekondar
(plazma prerëse e thatë)
4.3.7.3 Prerja me plazma me mediume sekondare. Një medium sekondar furnizohet
rreth harkut të plazmër në mënyrë që të të krijojë një atmosferë të veçantë rreth tij.
Mediumi sekondar mund të jetë ujë ose një gaz i caktuar Fig. 4.3.11. Duke furnizuar një
gaz sekondar rreth harkut plazma ai edhe më tej e ngushton harkun dhe krijon një
atmosferë të veçantë rreth tij. Kjo e rritë densitetin e energjisë, cilësisë dhe shpejtësinë e
dhe prerjes. Nëpërmjet pozicionimit të veçantë të kësaj mburoje, dëmtimet sistemit për
shkak të harkut të dyfishtë mund të shmangen, duke zgjatur jetën e pjesëve harxhuese.
Në përgjithësi këto mediume dytësore janë referuar edhe si "gaz sekondar", "gaz mbrojtës"
ose "gazi vorbullues". Makinat e bazuara në këtë teknikë janë aktualisht në dispozicion për
prerje të pllakave metalike deri në trashësinë 75 mm Fig. 4.3.12.
Fig.4.3.12 Plazma prerëse e thatë me gaz sekondar Fig. 4.3.14 Plazma prerëse me injektim të ujit
4.3.7.4. Prerja me plazmë me mburojë uji. Prerja me plazmë me mburojë uji si mburojë
sekondarë është një tjetër variacion i prerjes me plazmë me një medium sekondare. Uji
158
si mburojë shkarkohet (hidhet) si llak dhe rrjedh poshtë bashkë me harkun e
plazmës.Për shkak të efektit të saj reduktues, hidrogjeni i formuar gjatë procesit
erezulton një shkëlqim në sipërfaqen e metalit. Prandaj, prerja me plazmë me mburojë
uji është metodë e preferuar për prerje të aluminit dhe çelikut me legurim të lartë me
trashësi deri 50 mm, Fig. 4.3.13.
4.3.7.5 Prerja me plazmë me injektim uji. Te kjo metodë, harku plazmës ngushtohet
duke injektuar në mënyrë radiale ujin për rreth tij. Vetëm një sasi e vogël e ujit avullohet.
Pjesa tjetër e ftohë dizën dhe copën punuese. Ftohja e detalit punues nëpërmjet ujit të
injektuar dhe shpejtësisë së lartë të prerjes lejon formimin e djegieve të vogla dhe zgjatjen
e jetës së pjesëve harxhuese. Ekzistojnë dy lloje të metodave të prerjes me plazmë të
bazuara me injektim të ujit. Varësisht nga mënyra e injektimit të ujit, kemi metodën me
injektim radial dhe vorbullues. Tek metoda me injektim vorbullues, njëri nga tehet prerëse
është gati vertical ndërsa tjetri është me devijim me rreth 5-8° Fig. 4.3.14.
Kur përdoret prerja me plazmë me injektim të ujit, është e rëndësishme të prehen copat
punuese tek të cilat pjesa - ana me tehe të pjerrtë të mbetet në pjesën e materialit që shkon
skrap (mbeturinë). Elektroda e rrafshëta preferohen për prerjen me plazmë me injektim
uji. Kjo metodë përdoret ekskluzivisht te makina për prerje nënujore. Me këtë teknikë
mund të prehen pllaka metalike me trashësi në mes të 3 dhe 75 mm.
4.3.7.6 Prerja me plazmë me ngushtim gradual. Kjo variantë përfshinë rritjen e
densitetit të harkut të plazmës duke përdorur diza me ngushtim më të madh. Kompani
të ndryshme të përdorin metoda të ndryshme (disa janë patentuar), për ngushtim të harkut.
Gazi rrotullues Fig. 4.3.15 dhe diza (farfalla) e rregullueshme Fig. 4.3.16, në përgjithësi
kanë provuar të jenë efektive. Harku i plazmës i krijuar me këtë sistem lejon prerje
vertikale me saktësi të lartë gjatë prodhimit të pllakave metalike me trashësi 0,5-25 mm.
Prerja me plazmë me ngushtim gradual është metodë e preferuar kur përdoret gazi
sekondar.
Fig. 4.3.15 Plazma prerëse me rritje të ngushtimit Fig. 4.3.16 Plazma prerëse me dizë të rregullueshme
159
4.3.7.7 Prerja me plazmë nënujore. Ky variant i prerjes me plazmë rrit ndjeshëm sigurinë
operative. Prerja realizohet rreth 60-100 mm nën sipërfaqen e ujit Fig. 4.3.17, duke
reduktuar ndjeshëm zhurmën, pluhurin dhe ndotjen e ajrit të mjedisit. Niveli i zhurmës
është më i ulët se 85 dB. Uji gjithashtu redukton sasinë e rrezatimit ultraviolet të prodhuar
në procesin e prerjes. Pjesët e prera shfaqin një shtrembërim të vogël. Deri sa prerja me
plazmë nënujore kërkon më shumë energji se sa prerja në atmosferë, shpejtësitë e prerjes
që mund të realizohen janë më të ulëta në krahasim me prerjen me plazmë në mjedisin e
atmosferës. Çeliqet konstruktive të trashësisë rreth 15 mm dhe çeliqet me legurim të lartë
me trashësi rreth 20 mm janë përgjithësisht ekonomike për t’u prerë nën ujë.
Fig. 4.3.17 Skema e prerje me plazmë nënujore Fig. 4.3.18 Foto e prerjes me plazmë nënujore
4.3.8 Karakteristikat themelore të përpunimit me plazmë
Procesin e përpunimit me plazmë të metaleve e karakterizon nji mori faktorësh siç
janë:
Mundësia e përqendrimit të madh të energjisë termike në vëllim të vogël të
materialit,
Mundësia e formimit të rrymës së plazmës – flakës, të diametrit shumë të vogël
e që është me rëndësi të veçantë te prerja e materialit nga aspekti i shpenzimit –
humbjes së materialit.
Mundësia e shkrirjes dhe avullimit të materialit pa marr parasysh llojin dhe
karakteristikat mekanike. Me këtë janë krijua kushtet për largim të lehtë të
produkteve të përpunimit. Largimi arrihet me shpejtësi të madhe të gazit në
rrymën e plazmës.
160
Mundësia me rregullimit të rrymës së plazmës me fushë magnetike dhe
elektromagnetike ose elektrike dhe përpunimi i konfiguracioneve të ndryshme
bile edhe nën ujë.
Një mori parametrash tjerë të cilët me përsosje të mëtejme të metodologjisë dhe
teknologjisë së metodave me plazmë, mund të çojnë te zbatimi shumë më i gjërë
në industri.
161
Kapitulli i pestë
5
Proceset e kombinuara (hibride)
5.1 Përpunimi anodo-mekanik
5.1.1 Proceset themelore të përpunimit anodo-mekanik
Te përpunimi anodo-mekanik (fig. 5.1) shfrytëzohen proceset elektrokimike (ECM) dhe
elektroerozione (EDM) përkatësisht proceset kimike dhe termike, derisa teprica e
materialit largohet në mënyrë mekanike. Në tretjen punuese (zakonisht ujin e qelqit)
zhvillohen proceset nga njëra anë (të nxehtësisë) ose nga tjetra anë (kimike) varësisht nga
regjimet e punës. Me zbërthim anodik jonet e hekurit, nga detali që përpunohet, bien në
tretjen punuese duke formuar, së bashku me anionet silikate, kripërat e patretshme,
shtresën okside ose komponimet kimike të tjera në sipërfaqen e detalit që përpunohet.
Largimi gjegjësisht eliminimi i shtresave të komponimeve të formuara të tilla (shtresës
anodike, ose filmit) realizohet me procese elektroerozive dhe veprime mekanike të
instrumentit (katodës).
162
Figura 5.1 Paraqitja skematike e procesit të përpunimit anado-mekanik
Nën veprimin e rrymës së vazhduar elektrike të formuar me burimin e energjisë elektrike
(figura 5.2) përbrenda boshllëkut (kanalit të shkarkimit elektrik), në mes të instrumentit
prerës (katodës 3) dhe detalit që përpunohet (anodës 4) vie deri të tretja anodike e
materialit. Shpërbërja anodike, gjatë përpunimit të veprimit anodo-mekanik, shkakton
formimin e një mëmbrane mbrojtëse, e cili pengon shpërbërjen (tretjen) e mëtutjeshme
anodike të materialit. Me veprimin mekanik të instrumentit prerës realizohet largimi i
vazhdueshëm i filmit anodik, me çka sigurohet proces i pandërprerë i rritjes së intensitetit
të largimit të tillë. Në momentin e largimit të filmit anodik vie deri tek shfaqja dhe vendosja
e harkut elektrik dhe shkatërrimit eroziv të materialit me intensitet më të madh ose më të
vogël varësisht nga parametrat e regjimit punues.
163
Figura 5.2 Përpunimi anodomekanik me elementet themelore të procesit
5.1.2 Parametrat themelor të procesit të përpunimit
Intensiteti dhe kushtet e procesit të përpunimit anodo-mekanik, si dhe lloji
dominues themelor i largimit të tepricës së materialit (me anë të nxehtësisë ose kimik)
varet nga parametrat e procesit:
parametrat e rrymës – qarkut elektrik (densiteti elektrik, tensioni dhe fuqia e
rrymës elektrik, (tabela 5.1 ),
forca e presionit të instrumentit – katodës,
shpejtësia e lëvizjes së instrumentit,
madhësia, konfigurimi dhe karakteristikat e boshllëkut etj.
5.1.2.1 Parametrat e qarkut elektrik
Tensioni punues i qarkut elektrik (14 – 28V) ka ndikim të rëndësishëm në
procesin e tretjes anodike të materialit të detalit që punohet, intensitetin dhe zhvillimin
proceseve kimike ose të nxehtësisë dhe të parametrat themelor tekniko–ekonomik të
procesit. Rritja e vlerës së tensionit punues (mbi 30 – 40 V) mund të sjellë deri të rritja
intensive e procesit të tretjes anodike dhe mbyllja e boshllëkut përkatësisht hapësirës
ndërmjet elektrodave. Shfaqja e mbylljes së hapësirës shkakton ndërprerjen e qarkut
elektrik, dhe me këtë edhe procesin e përpunimit.
Vlera e tensionit është funksion i tensionit furnizues me energji (Uo), fuqisë së
rrymës elektrike (I) dhe rezistencës ekektrike totale gjatë rrjedhjes së rrymës elektrike ®:
U=Uo+R I (V) 5.1
Rezistenca elektrike totale është rezultat i rezistencës elektrike të brendshme të
burimit të energjisë (R1), rezistencës ndaj rrjedhës së energjisë elektrikenëpërmjet
boshllëkut midis elektrodave (zona e përpunimit, Rz) dhe rezistencës plotësuese, (për
rregullimin e parametrave të qarkut elektrik-Rp), përkatësisht:
R=R1+Rz+Rp (Ω) 5.2
Tabela 5.1 Elementet e regjimit të përpunimit gjatë përpunimit anodo-mekanik
164
Lloji i
përpunimit
Tensioni
i rrymës
U[V]
Densiteti
i rrymës
D
[a/cm2]
Presioni i
instrumentit
prerës
p[bar]
Shpejtësia
e
përpunimit
V[m/s]
Prodhueshmëria
e përpunimit
Vs[mm3/min]
Sharrimi i
mesingut:
-me disk
-me shirit
20-28
20-23
70-500
50-300
0,5-2,0
0,5-1,5
10-25
15-20
2000-6000
3000-7000
Sharimi i
metalit të fortë
me disk 12-18 40-150 0,5-1,0 20-25 1000-2000
Zdrukthimi 19-25 5-15 0,5-2,0 2-5 50-250
Retifikimi
-i ashpër
-i pastër
16-20
14-16
8-15
3-7
0,5-1,5
20-30
10-30
2-15
Mprehja e
instrumenteve 18-22 15-25 0,2-1,5 12-20 120-200
Honingimi 3-20 0,1-10 0,25-5,0 0,5-1,1 0,6-20
Përpunimi anodo-mekanik mund të bëhet gjatë karakteristikave konstante dhe të
ndryshueshme të impulseve të rrymës së qarkut elektrik. Aplikimi të regjimit të punës
impulsive mundëson zvogëlimin e ashpërsisë dhe thellësinë së shtresës defekte (përpunimi
i shpejtësisë së sipërfaqes së përpunuar), mirëpo prodhueshmëria është më e vogël në
krahasim me kohëzgjatjen e operacioneve prodhuese dhe atë dy herë më të gjatë (tabela
5.2).
Stabiliteti i procesit të përpunimit anodo-mekanik, zakonisht, sigurohet me
shfrytëzimin paralel të dy burimeve të rrymës elektrike (kryesisht të pavarura). Me njërin
burim të rrymës elektrike të vazhduar realizohet procesi elektro-kimik (tretja anodike)
ndërsa me tjetrin burim, të karakterit impulsiv (burimi i rrymës elektrike alternative),
zbrazja dhe vendosja e harkut elektrik (shkatërrimi eroziv).
165
Tabela 5.2 Kohëzgjatja e operacioneve prodhuese gjatë përpunimit anodo-mekanik
varësisht nga lloji i qarkut elektrik
Materiali i
detalit që
përpunohet
Dimensionet
[mm]
Rryma e vazhduar Rryma alternative
U[V] I[A] t[min] U[V] I[A] t[min]
Çeliku
karbonik
60 22 100 3.0 16 100 6.6
Çeliku i
leguruar
85 x 85 24 140 6.0 16-17 150 11.0
5.1.2.2 Shpejtësia e lëvizjes së instrumentit
Shpejtësia e lëvizjes së instrumentit (5 – 12 m/s , e shpeshherë edhe deri 30m/s )
duhet të ketë vlerën përkatëse, që të mundësoj largimin ose heqjen e materialit të shkrirë
dhe formimin e komponimeve kimike karakteristike. Vlera e saj varet nga tensioni (U) dhe
fuqia e rrymës elektrike (I):
5.3
Si dhe madhësia e sipërfaqes e cila përpunohet (A) dhe shpenzimit specifik të energjisë
elektrike (EC – figura 5.3):
5.4
Përkatësisht shpenzimit specifik optimal të energjisë elektrike (Ec).
166
Figura 5.3 Ndikimi i presionit të veglës dhe tensionit të rrymës në shpenzimin specifik të energjisë
5.1.2.3 Presioni i instrumentit prerës
Madhësia e presionit punues të instrumentit prerës (zakonisht 0,5 – 1,0 MPa)
përcakton madhësinë e boshllëkut punues e me këtë edhe madhësinë e rezistencës
elektrike, përkatësisht së bashku me madhësinë e boshllëkut dhe sasinë e materialit e cila
hiqet në procesin e përpunimit (prodhueshmërisë M) dhe karakteristikave të tensionit të
qarkut elektrik (figura 5.4).
Figura 5.5 Ndikimi i instrumentit prerës dhe i tensionit në prodhueshmërinë përkatësisht në prodhueshmërinë e
rrymës elektrike
Vlerat e vogla të presionit të instrumentit prerës kushtëzojnë rezistencën tejet të madhe
elektrike, deri sa vlerat e mëdha mund të shkaktojnë largimet mekanike të materialit jo të
tretur, e me këtë edhe tejnxehjen e metalit që përpunohet dhe instrumentit prerës.
5.1.2.4 Boshllëku punues ndërmjet të instrumentit dhe detalit punues
Boshllëku punues ndërmjet instrumentit dhe detalit punues (figura 5.5) varet nga
madhësia e kokrrizave të materialit të tretur, karakteristikat e instrumentit prerës (të
gjuajtjeve radiale dhe vibrimeve), tensionit dhe fuqisë së rrymës elektrike dhe është:
5.5
167
Elementet themelore karakteristike për boshllëkun punues janë njëkohësisht edhe
parametra që ndikojnë në llojin e procesit i cili zhvillohet. Kështu që gjatë vlerave
konstante të fuqisë së rrymës elektrike (tek rryma e vazhduar) vlera e boshllëkut ballor
është në proporcion të drejtpërdrejt me energjinë e shkarkimit elektrik P [kë] me
koeficientin e proporcionalitetit Ka:
5.6
Boshllëqet anësore në mes të detalit që përpunohet dhe instrumentit prerës janë
dukshëm më të mëdha, kështu që nuk vije deri të zbrazja në mes të mureve konturale të
detalit që përpunohet dhe instrumentit prerës. Kjo do të thotë se në anët e detalit zhvillohen
para se gjithash proceset kimike, deri sa largimi i tepricës së materialit përpara sipërfaqes
ballore të instrumentit është rezultat i proceseve kimike dhe të nxehtësisë, si dhe i largimit
mekanik të materialit përkatësisht materialit të shkrirë dhe produkteve të përpunimit gjatë
proceseve anodo-mekanike.
Figura 5.5 Boshllëku gjatë përpunimit anodo-mekanik
5.1.3 Operacionet prodhuese të përpunimit anod-mekanik
Përpunimi anodo-mekanik, në parim mund të zëvendësoj të gjitha llojet e
përpunimit me prerje të metaleve, mirëpo zakonisht aplikohet gjatë përpunimi të
materialeve me fortësi më të madhe dhe me shkallë të përpunueshmërisë më të vogël.
Zakonisht shfrytëzohet për operacionet prodhuese të prerjes, sharritjes, dhe të
përpunimeve finale (figura 5.6), sikur që janë : sharritja me anë të diskut ose me anë të
shiritit, zdrukthimi, retifikimi i ashpër, mprehja e instrumenteve, retifikimi i pastër,
honingimi, lapimi, polirimi etj.
168
Figura 5.6 Disa operacione prodhuese të përpunimit anodo-mekanik
Klasifikimi i operacione prodhuese të përpunimit anodo-mekanik mund të bëhet
në mënyra të ndryshme. Sipas llojit dhe formës së instrumentit prerës i cili shfrytëzohet
dallohen operacione prodhuese:
përpunimi anodo-mekanik me instrument nga metali (të punuar nga çeliku ose
nga giza e hirët), kur përpunimi (figura 5.7), bëhet zakonisht me tension
punues prej 10 – 12 V, me aplikimin e qelqit ujor si lëng punues dhe
prodhueshmërinë 2 -10 mm3/min,
përpunimi anodo-mekanik me instrumentit retifikues (përpunimi anodo-
abraziv). Si instrument shfrytëzohet guri retifikues i punuar nga materiali
lidhës abraziv i ndryshëm. Përpunimi bëhet gjatë vlerave mjaft të vogla të
boshllëkut punues (0,01 - 0,03 mm), densiteteve elektrike tejet të mëdha të
rrymës dhe intensitetit të lartë të zhvillimit të proceseve termike dhe kimike.
Operacionet prodhuese të përpunimit anodo-abraziv sigurojnë prodhueshmëri
të lartë (100 – 1000 mm3/min), madje edhe më të larta – tabela 5.3 dhe kualitet
të lartë të përpunimit.
169
përpunimi anodo-mekanik me lëvizjen e lirë të kokrrizave të materialit abraziv
(përpunimi elektroeroziv mekanik). Realizohet gjatë dendësive të vogla të
rrymës elektrike dhe siguron kualitet të lartë të sipërfaqeve të përpunuara.
Operacionet prodhuese të këtij tipi janë të njohura edhe si operacione
prodhuese të polirimit anodo-mekanik.
Sipas mënyrës së shpërbërjes anodike dhe veprimit reciprok mekanik, përpunimi anodo-
mekanik ndahet në:
përpunimin me instrument elektrikisht të përçueshëm dhe
përpunimin me instrument elektro-neutral .
Figura 5.7 Përpunimi anodo-mekanik me instrumentin nga metali
170
5.2 Përpunimi anodo-abraziv
Paraqet metodën e përpunimit me prodhueshmëri të lartë me ç’rast veprimi
mekanik i instrumentit realizohet me aplikimin e instrumentit abraziv (figura 5.8). ose me
lëvizjen e orientuar të suspensionit të tretjes punuese dhe të materialit abraziv.
Tabela 5.3 Karakteristikat themelore të procesit të përpunimit anodoabraziv
Lloji i
përpunimit
anodo-abraziv
Instrumenti
abraziv
Treguesit e procesit
Prodhueshmëria
e përpunimit
Vp [mm3/min]
Shpejtsia e
përpunimit
V [μm/min]
Konsumimi
relativ
[%]
Retifikimi
elektro-
dimant
Guri retifikues
nga pluhuri i
diamantit me
lidhës metalik
2000
0.1-0.2
Përpunimi
elektro-
abraziv
Guri abraziv
grafit,guri
abraziv metalik
120
4000
20-40
0.05-0.1
Elektro-
Honingimi Guri abraziv
20 10-20
superfinishi Abrazivi
elektropërçues 10
10-20
Polirimi
anodo-abraziv
Suspensioni
abraziv 10
Materiali
abraziv jo i
lidhur
20
171
Figura 5.9 Skema parimore e përpunimit anodo-abraziv
Mundet, pra të ekzekutohet me instrumentin monolit (gurin retifikues ose gurin nga
diamanti – figura 5.9) ose suspensionin abraziv, kur shfrytëzohet instrumenti elektro–
neutral.
Tek aplikimi i gurit nga diamanti (figura 5.9a) bëhet retifikimi i rrafshët ose
rrethor. Instrumenti dhe detali që përpunohet janë të lidhura me burimin e rrymës së
vazhduar. Në boshllëkun punues sillet tretësira punuese dhe materiali abraziv i formuar
nga kokrrizat e imta të diamantit. Me këtë rast përdoret ose aplikohet instrumenti me veshje
nga diamanti ose instrumentin nga metali me material abraziv nga diamanti.
172
Figura 5.9. Skema e përpunimit anodoabraziv me diamant dhe polirimi anodo-abraziv
5.3. Trguesit teknoko-ekonomik të procesit
5.3.1 Prodhueshmëria e përpunimit
Prodhueshmëria e përpunimit anodo-mekanik është e përcaktuar me relacionin:
[g/min] 5.7
Paraqet sasinë (masën) e materialit e cila mund të largohet në procesin e përpunimit, e cila
varet nga shpenzimi specifik i energjisë elektrike (Ec).
5.3.2 Kualiteti i përpunimit
Parametrat themelor të kualitetit të sipërfaqes së përpunuar (ashpërsia – figura 5.10 dhe
thellësia e shtresës defekte figura 5.11 ) varet nga parametrat e procesit të përpunimit
anodo-mekanik.
173
Figura 5.10 Ndikimi i tensionit të rrymës elektrike në lartësinë mesatare të jo rrafshinave
Parametrat e ashpërsisë (lartësia e jo rrafshinave mesatare dhe maksimale ) janë
drejtpërdrejt proporcional me tensionin dhe fuqinë e rrymës elektrike me koeficientin e
proporcionalitetit Kz :
Rz= Kz U I [µm] 5.8
Përkatësisht, energjinë e zbrazjes në zonën e boshllëkut punues:
Rmax=Kze P0.33 [µm] 5.9
Figura 5.11 Ndikimi i lëvizjes së instrumentit dhe fuqisë së rrymës elektrike në thellësinë e shtresës defekte
174
Thellësia e shtresës defekte e cila krijohet në procesin e përpunimit anodo-mekanik është
në proporcion të drejtë me energjinë e zbrazjes :
h= Kd P0.5 [µm] 5.10
Shpejtësia e lëvizjes së instrumentit ka një rëndësi të veçantë. Me rritjen e shpejtësisë
zvogëlohen efektet negative të lidhura me me ndryshimet strukturore dhe formimin e
shtresës defekte.
5.3.3 Fluidi punuese dhe tretësira punuese
Për operacionet prodhuese të përpunimit anodo-mekanik, si fluid ose tretësirë
punuese, zakonisht, shfrytëzohet qelqi ujor (tretësira ujore e silikatit të natriumit
(nNa2SiO3 + mH2O) ose përzierja e natrium nitritit (NaNO2) dhe nitratit të natriumit
(NaNO3) me përqendrim përkatës në ujë.
Karakteristikat themelore të tretësirës punuese me ndikim në ndikim me procesin
dhe treguesit e procesit janë: lloji, përbërja kimike dhe përqendrimi, vlera pH ,
përçueshmëria elektrike, shkalla e pastërtisë, rrjedhshmëria, presioni dhe karakteristikat
tjera të tretësirë punuese. Përvec qelqit ujor (me përqendrim 1000 – 1500 kg/m3) mund të
përdoren edhe tretësira tjera, si p.sh: tretja ujore e kripërave të ndryshme, ujit teknik etj.
Përdorimi i ujit teknik siguron furnizim më të thjeshtë të instalimit, mirëpo nuk krijon
kushte për arritjen e saktësisë përkatëse të kualitetit të përpunimit.
Karakteristikat eksploatuese të fluidit punues dhe mbrojtja e punëtorit gjatë
procesit të përpunimit mund të përmirësohen me shtimin e aditiveve. Kështu që, me
formimin e tretjes ujore me 20% të qelqit ujor, me 6% të vajit të transformatorëve dhe me
shtimin e acideve yndyrore të ngopura (stearin) dhe të aditivëve të tjerë, krijohen fluidet
punuese me karakteristikat dukshëm më të mira eksplatuese.
5.3.4 Instalimi-pajisja për përpunimin anodo-mekanik
Për operacionet prodhuese të përpunimit anodo-mekanik shfrytëzohen pajisjet
dhe makinat (figura 5.12-5.14), të cilat sipas konstruksionit janë mjaft të ngjashme me
makinat klasike për përpunim me retifikim, honingim, etj. Elementet themelore të
instalimeve janë: burimi i rrymës elektrike, sistemi i qarkullimit, filtrimit dhe i renegjerimit
të fluidit punues, sistemi i kontrollit dhe i drejtimit të parametrave, struktura mbajtëse dhe
sistemi i sigurimit të lëvizjeve të domosdoshme të instrumentit dhe të detalit që
përpunohet. Roli dhe rëndësia e elementeve të strukturës së instalimit është shumë i
ngjashëm me rolin e elementeve të instalimit për përpunimin elektro-kimik.
175
Figura 5.12 Paraqitja skematike e pajisjes për retifikimin anodomekanik
Figura 5.13 Skema e instalimit për mprehje anodomekanike të instrumentit prerës
176
Figura 5.14 Skema e instalimit për honingimin, polirimin anodo-mekanik
5.3.5 Karakteristika themelore të përpunimit anodo-mekanik
Sipas njohurive të gjerë tanishme, karakteristikat themelore të përpunimit anodo-mekanik
do të ishin:
prodhueshmëria shumë e lartë në operacionet prodhuese në të cilat kërkohet
kualitet i lartë i përpunimit (edhe deri 7000 mm3/min),
mundësia e arritjes së kualitetit të lartë të sipërfaqes së përpunuar (lartësia
mesatare e jo rrafshinave deri 1 mikrometër ) , gjatë prodhueshmërisë së ultë
të përpunimit (1 – 2 mm3/min)
konsumim shumë i vogël i instrumentit prerës e cila kushtëzon edhe
shpenzim të ultë të eksploatimit të instrumentit,
mundësi e përpunimit të regjimit të përpunimit në kufij të gjerë, pa nevojën
e procesit të përpunimit,
presion i vogël specifik i instrumentit në detalin që përpunohet, e me këtë
edhe deformimet vogla dhe thellësi të vogla të shtresës defekte – mundësi e
përpunimit të materialit të gjitha llojeve pa marrë parasysh karakteristikat
mekanike (forcën, fuqinë në këputje e ngjashme),
shkallë relativisht e lartë e shfrytëzimit,
177
ekonomicitet mjaft i lartë i përpunimit sepse, p.sh, koha zgjatja e procesit të
retifikimit është më e shkurtë se 20% në krahasim me retifikimin klasik, deri
sa shpenzimi i materialit i zvogëluar deri 90 % gjatë lartësisë relativisht të
vogël të jo rrafshinave (kualitet i lartë i përpunimit – deri 1 mikrometër etj.)
Figura 5.15 Paraqitja skematike e operacioneve prodhuese të përpunimit anodo-mekanik.
Të gjitha këto karakteristika, të cilat së bashku me zhvillimin e mëtutjeshëm dhe përsosjen
e metodave të përpunimit anodo-mekanik, duhet të sigurojnë aplikimin e gjerë dhe
shfrytëzimin në industrinë të kësaj metode të përpunimit, figura 5.15.
178
Kapitulli i gjashtë
6
Pëpunimi elektro-hidrulik
6.1 Bazat e procesit të përpunimit
Efekti elektro-hidraulik është veprim i ri i shndërrimit të energjisë elektrike në
atë mekanike, pa i vënë në përdorim elementet-veglat mekanike. Veprimi siguron shkallë
të lartë të shfrytëzimit të energjisë elektrike, kurse esenca e procesit (figura 6.1) është në
formësimin dhe formimin e presionit të lartë të lëngut. Presioni është rezultat i shkarkimit
elektrik (shkëndisë, harkut etj.) i gjeneruar ndërmjet elektrodave përkatëse në lëng.
179
Fig.6.1 Skica parimore e veprimit të përpunimit elektrohidraulik: 1) burimi i
energjisë, 2) kondensatori, 3) ndërprerësi, 4) elektrodat, 5) lëngu (uji), 6) forma.
Fig.6.2 Skica parimore e veprimit të përpunimit elektrohidraulik: 1) forma, 2) elektroda,
3) mbushësi, 4) ndërprerësi, 5) bateritë, 6) detali punues, 7) uji, 8) shtrënguesi i detalit.
Impulsi hidraulik i formuar në këtë mënyrë siguron punë mekanike të mjaftueshme për të
kryer disa operacione, siç është; profilimi i llamarinës, shpimi, formësimi, shtresimi,
prerja, ngjitja, pastrimi i shtresave sipërfaqësore, eliminimi i sforcimeve të brendshme etj.
6.2 Operacionet prodhuese për largimin e materialit të tepërt
Me orientimin e impulsit hidraulik në sipërfaqen e lëndës punuese (varësisht nga
karakteristikat e tij, karakateristikave të kushtëzuara dhe parametrat e skemës elektrike-
fuqisë, presionit dhe kohëzgjatjes) është e mundur të sigurohet heqja e tepricës së
180
materialit dhe realizimi I operacioneve precize siç janë shpimi, prerja, fortësimi, shtresimi
etj.
Shpuarja elektro–hidraulike (figura 6.3) më së shpeshti përdoret te përpunimi i
materialeve jometalike. Zbrazja impulsive e tensionit të lartë lajmërohet në lëngje,
ndërmjet elektrodave. Nën efektin e goditjes impulsive hidraulike, të drejtuar nga një
formë dhe rregullimi i elektrodave, vie deri te shkatërrimi i materialit të lëndës punuese
dhe formësimi i vrimave.
Fig.6.3. Skica principiele e shpimit elektro – hidraulike të vrimave te jometalet: 1) detali punues, 2) rezervuari
me ujë, 3) elektroda, 4) kondensatori, 5) ndërprerësi, 6) burimi i energjisë.
Prerja elektro–hidraulike e materialit (figura 6.4) realizohet me ndihmën e
goditjes së valës hidraulike të formuar në afërsi të pllakave për zbrazje harkore
(eksploduese) të vendosura në izolatorë. Tensioni i lartë i domosdoshëm për zbrazje
harkore vjen nga burimi i furnizimit nëpërmes elektrodave. Për realizimin e procesit të
prerjes sipas konturit të dëshiruar, lënda punuese lëvizë në dy drejtime pingule njëra me
tjetrën ose automatikisht sipas konturës së projektuar.
181
Fig.6.4. Prerja elektro – hidraulike skica principiele e procesit: 1) rezervuari
me ujë, 2) burimi i energjisë, 3) elektrodat, 4) detali punues.
Përveç, operacioneve të paraqitura, hasim edhe procese elektro–hidraulike për
pastrimin e pjesëve të dershura, farkëtuara, shtresim, fortësim, bluarje, etj.
6.3 Profilimi elektro-hidraulik i llamarinës
Paraqet një ndër proceset bashkëkohore më të rëndësishme të profilimit të
llamarinës dhe formimit të konfiguracioneve të llojëllojshme, posaçërisht të elementeve të
konturave të komplikuara dhe gabariteve të mëdha. Posaçërisht është process efikas në
prodhimet e serive të vogla, sepse shfrytëzohen pajisje relativisht të thjeshta dhe të lira,
siguron kualitet të lartë dhe precizitet të përpunimit dhe fomësimit të profileve të
ndërlikuara të elementeve të punuara nga materiale vështirë të përpunueshme.
Fig.6.6 Skema e profilimit nën tension të lartë në mesë të elektrodave:
1) burimii energjisë, 2) kondensatori, 3) ndërprerësi, 4) elektrodat, 5) uji,
6) forma.
182
Fig.6.5. Skema parimore e veprimit të përpunimit elektrohidraulik:
1) forma e epërme, 2) burimi i energjisë, 3) ndërprerësi, 4) kondensatorët, 5) detali punues, 6) uji.
Zbrazja e tensionit të lartë, e shkatuar brenda lëngjeve në mes të elektrodave
(figura 6.6) dhe elektrodave të ngjitura me tel (figura 6.7) sjell deri te presioni i lartë i
lëngjeve (disa mijëra MPa), i mjaftueshëm për formimin e valës goditëse me fuqi të madhe.
Fig.6.7 Skemae profilimit te llamarinës gjatë zbrazjes së tensionit të lartë
në mes të elektrodave të ngjitura me përçues: 1) detali punues, 2) elektrodat,
3) uji, 4) teli i hollë, 5) matrica-forma.
Me veprimin e valës goditëse në lëndën punuese krijohen kushtet për profilimin
dhe formimin e konfiguracionit të dëshiruar varësisht nga forma e matrices.
Mekanizmi i zbrazjes, stabiliteti i tij dhe efikasiteti varen nga karakteristikat e
lëngjeve, forma, dimensioni dhe renditja e elektrodave. Stabiliteti i zbrazjeve individuale,
realizohet me futjen e një përçuesi të hollë cili i lidh elektrodat (figura 6.7). Efikasiteti i
shfrytëzimit të energjisë varet nga pozita e ndërsjellë e elektrodave, forma dhe pozita e
sipërfaqeve për zbrazje (të hapur apo të mbyllur për formësimin e llamarinës apo gypave)
dhe matricave formësuese (figura 6.8).
Te komorat e hapura lajmërohet humbje e konsiderueshme e energjisë, gjerësa te
komorat e mbyllura kanë hapësirë të kufizuar pune dhe lëvizje të orientuar të valës
goditëse.
183
Fig. 6. 8 Pamja skematike e komorave për zbrazje.
Me aplikikimin e telit mundësohet zvogëlimi i sforcimeve punuese dhe rritja e
besueshmërisë dhe kohëzgjatja e afatit të shërbimit të instalimeve.
Ndikim të posaçëm në procesin e profilizimit të llamarinës ka shpërndarja e presionit.
Vlera maksimale e presionit paraqitet në pjesën qendrore të lëndës punuese, çka mund të
sjell deri te deformime të mëdha dhe lajmërimi i mbeturinës. Parandalimi i këtyre dukurive
të padëshirueshme, realizohet me përdorimin e koncentratorëve të zbrazjes të formës,
dimensioneve dhe karakteristikave përkatëse (figura 6.9), më së shpeshti konik, rrethor
dhe të kombinuar.
Koncentratoret konik mbrojnë zonën e mesme të lëndës punuese dhe drejtojnë
valën goditëse nga periferia.
Koncentratori rrethor i zvogëlon dimensionet e seksionit dalës të komorës dhe zmadhon
shkallën e deformimit të pjesës së mesme të lëndës punuese, mirëpo me depërtimin e
lëngjeve ndërmjet koncentratorit dhe lëndës punuese vjen deri te shpërndarja e presionit,
me një rritje të konsiderueshme të presioni në pjesët periferike.
184
Fig.6.9 Skema e pamjes së koncentratorit të zbrazjes.
Koncentratori i kombinuar siguron drejtimin e valës goditësenë pjesën unazore
Dk-dk, shpërndarja dhe madhësia e presionit varen nga marrëdhëniet e ndërsjella të
dimensioneve relevante Dk, Dm dhe dk. Komora për zbrazje konstruktivisht formësohet në
atë mënyrë që mundësoj drejtimin e valës goditëse nga pjesa dalëse e komorës. Me këtë
krojohen kushtet për deformim dhe shfrytëzimi maksimal i energjisë të valëve goditëse.
185
top related