Különleges gyártástechnológiák (BSc) www.uni-miskolc.hu/~ggytmazs 2 1. A megmunkálási módok osztályozása Bővebb értelmezésben: - tömeg csökkentő (anyagszétválasztó) - tömeg megtartó - tömeg növelő pl. forgácsoló megmunkálások pl. hőkezelések, öntés, szinterelés pl. bevonatolás, hegesztés, ragasztás Alaptechnológiák: - forgácsolás - képlékeny alakítás - egyéb 3 A forgácsoló eljárások osztályozása sokféle szempont szerint lehetséges a) Szerszámgép (megmunkálási mód) alapján - esztergálás - fúrás - marás - gyalulás - köszörülés - stb. b) Szerszám élgeometria alapján - határozott élű szerszámokkal - határozatlan élú szerszámokkal 4 c) A leválasztott forgács elméleti jellemzői alapján - forgácskeresztmetszet • állandó • változó - a forgácsleválasztás jellege • folyamatos • szakaszos d) Az alakképzés geometriája alapján - profilozás ( a szerszám alakjának negatívja alakul ki a munkadarabon) - generálás,lefejtés: a szerszám él és a mdb relatív mozgása alakítja ki a felületet - (másolás): mesterdarab alakját követi a szerszám
53
Embed
Különleges gyártástechnológiák őggytmazs/tantargyak/... · - forgácsolás - képlékeny alakítás - egyéb 3 A forgácsoló eljárások osztályozása sokféle szempont szerint
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Különleges gyártástechnológiák(BSc)
www.uni-miskolc.hu/~ggytmazs
2
1. A megmunkálási módok osztályozása
Bővebb értelmezésben:
- tömeg csökkentő(anyagszétválasztó)
- tömeg megtartó- tömeg növelő
pl. forgácsoló megmunkálások
pl. hőkezelések, öntés, szintereléspl. bevonatolás, hegesztés, ragasztás
Alaptechnológiák:
- forgácsolás- képlékeny alakítás- egyéb
3
A forgácsoló eljárások osztályozása sokféle szempont szerint lehetséges
a) Szerszámgép (megmunkálási mód) alapján- esztergálás- fúrás- marás- gyalulás- köszörülés- stb.
b) Szerszám élgeometria alapján-határozott élű szerszámokkal-határozatlan élú szerszámokkal
4
c) A leválasztott forgács elméleti jellemzői alapján- forgácskeresztmetszet
• állandó• változó
-a forgácsleválasztás jellege• folyamatos• szakaszos
d) Az alakképzés geometriája alapján-profilozás ( a szerszám alakjának negatívja alakul ki a munkadarabon)
-generálás,lefejtés: a szerszám él és a mdb relatív mozgása alakítja ki afelületet
- (másolás): mesterdarab alakját követi a szerszám
5
e) A megmunkálás mozgásviszonyai (főmozgás) alapján-egyenesvonalú-forgó-rezgő-stb.
f) A hasznosított energia tipusa alapján-mechanikai-hő (elektro-termikus)-kémiai-elektro-kémiai
- Kifejlesztésüket a megmunkálandó anyagok fejlődése indikálta- anyagválasztás anyagkészítés
- A szerszám (ha van) nem kell keményebb legyen a munkadarabnál- Különböző energia formák hasznosítása:
2. Különleges megmunkálások
Új anyagszétválasztási technológiák
- Mechanikai- Hő - Kémiai- Elektrokémiai
Különleges megmunkálás:
Fizikai folyamatuk lényegében vagy folyamatjellemzőkben jelentősen különböznek a hagyományos eljárásoktól
Különleges megmunkálások csoportosítása
(A hőenergiát különféle módokon hozhatjuk létre,e szerint különböztetjük meg az eljárásokat)
- szokták ezt az eljárást az ún. villamos megmunkálások közé is sorolni- a villamos energiát nem mechanikaivá alakítja, hanem hőenergiává- az anyagleválasztásra fordított hányad kevés, a hatásfok kicsi- csak villamosan vezető anyagok munkálhatók meg így- szerszáma: elektróda, a mechanikai tulajdonságok nem fontosak
- elektródákat (T – W) egyenfeszültségre kapcsol- dielekrikumba (szigetelő folyadékba) merülve- kisüléssorozat létrehozása az elektródák között
11
Tömbelektródás szikraforgácsolás 2.1.1 Az anyagleválasztás folyamata szikraforgácsoláskor
- feszültség kapcsolása az elektródákra- potenciálkülönbség létrejötte a dielektrikumban az elektródás között (80-250V)
- ionizáció a folyadékban (a)- a szigetelő „átüt”, vezető csatorna jön létre (szikra, ív) (b, c, d)- az ív hőmérséklete nő (10000K), gázbuborék keletkezik (c, d, e)- az anyag megolvad, gőzzé válik, szétfröccsen (e)- az ívfeszültség gyorsan esik, az energia utánpótlás megszűnik, a kisülési csatorna összeomlik, a gázbuborék szétrobban (f)
- a megolvadt fém apró cseppekben szilárdul, kényszeröblítés- deionizáció, a teljes ciklusidő ~ 10-50µs
12
Tömbelektródás szikraforgácsoló gép felépítése
2.1.2. A szikraforgácsoló rendszer elemei
13
Tömbelektródás szikraforgácsoló gép felépítése
14
a) A szikraforgácsoló gép gerjesztése
A megmunkálási ciklust ún. impulzusgenerátorokkal vezéreljük
- vezérelt impulzusgenerátora generátor egyenfeszültségét tranzisztor és kapcsoló segítségévelvisszük az elektródákra
- relaxációs generátor (olcsó)kapcsoló és tároló elemként kapacitást és induktivitást alkalmaznak
- számítógépes vezérlés
15
b) Dielektrikum
Szükséges tulajdonságok:
- kis vezetőképesség (kisebb távolságnál jön létre a kisülés,nagyobb energiasűrűség, jobb leképzés)
- viszkozitás: nagyoláshoz nagysimításhoz kicsi
- ne legyen egészségre ártalmas, - nagy forráspont ill lobbanáspont- anyaguk jellegzetesen: petróleum bázisú paraffinok vagy
deionizált víz (kis furatok pl.)- hűteni és szűrni kell- a munkatérben mindig friss kel (áramoltatás)
16
Öblítési technikák
Normál
Fordított
Sugár
Rezgetéses
17
c) Szerszám elektróda
Szükséges tulajdonságok:
- magas olvadáspont - jó elektromos vezető- könnyen megmunkálható
Leggyakoribb szerszámanyagok:
- vörösréz, sárgaréz - grafit
18
Hőtágulási együtthatója a negyede a rézének, (alak és mérethűség)
Sűrűsége ötöde a rézének, (könnyebb)
Leválasztóképessége 1,5-3 –szor nagyobb
Kisebb a kopása
Nagyobb méretek alakíthatók ki belőle
Nagyobb hősokk-kal szembeni ellenállás
Megmunkálhatósága sokkal könnyebb
A grafit napjainkban kezdi kiszorítani a rezet:
Az elektróda kopása
- mennyiségi- sarok- frontális- oldal
A grafit szublimál 3550 °C-on, fekete füstfellegek kísérik a EDM-et
19
2.1.2 Technológiai jellemzők
- a leválasztott anyagrész annál nagyobb, minél nagyobb akisülés energiatartalma
Egyszeri szikrakisülés okozta kráter fémfelületen
20
Technológiai jellemzők
- anyagáram, mm3/min, időegység alatt leválasztott anyag - az elektróda relatív kopása, %, elektróda kopás/mdb fogyás
- áramerősség: Iv- ciklusidő: ti
általában <10% elérhető(van példa 2 %-ra is)
21
Az áramerősség hatása a relatív kopásra
Az optimumérték 3-4 Aáramerősségnél van
22
2.1.3 A felület minősége
- irányítottság nélküli kráterek áthatása
d, h (Rmax) méretekkeljellemezhető
- a felületi rétegben jelentős változások történnek
- a ciklusidő és az áramerősség befolyásolja elsősorban
Azonos energia esetén Ie növelésével d csökken, h nőtc növelésével d nő, h csökken
24
Azonos energia esetén Ie növelésével d csökken, h nőtc növelésével d nő, h csökken
Az áramerősség és a ciklusidő hatása a felület érdességére
A felületi érdesség a ciklusidő és az íváramnövelésével növekszik
2.1.4 A felület alatti rétegek tulajdonságai
A hőhatás zónájában megváltozik a szövetszerkezet ill. az anyag tulajdonsága
Lézer: erős, párhuzamos fénysugarat adó fényforrás.
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
magyarul: fényerősítés indukált emisszióval
megelőlegezte, hogy bizonyos feltételek együttállásakora fény adott közegben nem csak gyengülhet, hanem erősödhet is
Lézersugárzás: 1917 Einstein elmélete:
L A S E R
32
Lézersugár: nagy energiasűrűségű (koncentrált), párhuzamosított fénynyaláb, minthavégtelenben lévő fényforrásból jönne, kisátmérőben szabályozható.
Ipari megmunkálások: vágás,fúrás, hegesztés, feliratozás,hőkezelés, átolvasztás, felületimikroötvözés
Az első lézer: rubin lézerTheodore Maiman (1960)
33
2.2.1 Stimulált emisszió (áttekintés)
A stimulált emisszió útján felszabaduló foton energiája, frekvenciája, fázishelyzete és haladási iránya azonos a stimulálást kiváltó fotonéval, továbbá az így „megszaporodott”fotonok további kölcsönhatások révén még újabb fotonokat szabadíthatnak fel.
34
35 36
Stimulált emisszióSpontán emisszió
37 38
2.2.2 Optikai rezonátor
• Azok a fotonok melyek haladási iránya nem merőleges a tükörre, kiszöknek az optikai üregből
• a két tükör tengelye mentén haladó fotonok száma nagyon megnövekszik, és fényerősítés történik stimulált sugárzás kibocsátással
39
A lézer közeget két tükör közé helyezik.A fénysugár ide-oda verődik, így a fotonok átlagos úthossza megnő, s vele együtt a stimuláltemisszió valószínűsége.
Optikai rezonátor
40
41
‐ Energia bevitellel (fény, hő) gerjesztjük az atomok, molekulák,ionok elektronjait, vagy megváltoztatjuk a molekulák rezgésiállapotát.
‐ A gerjesztett elektronok magasabb energianívójúelektronpályára kerülnek.
‐ Az alapállapotba történő visszatérés során a két elektronpálya energiakülönbségének megfelelő hullámhosszúságú fényt sugároznak ki.
‐ A kisugárzott fényt rezonanciával erősítjük (a lézerkamra ahullámhossz felének egész számú többszöröse, egyik végeteljesen visszaveri a fényt, a másik részlegesen).
2.2.3 Lézersugár előállítása
42
Az erősítő interferencia feltétele
L m hullámhossz,2 m: nagy egész szám
.
Állóhullám kialakulása:
c mc 2LA frekvencia:
43
• A fény színe (hullámhossza) az elektronpályák közötti energiaszint különbségtől függ
1E
2E3E4E
Energia szint diagram
44
2.2.4 A lézerfény jellemzői
Párhuzamos fénynyaláb (egy közönséges izzóval ellentétben).
Monokromatikus, mivel a gerjesztett atomok meghatározottfrekvenciájú sugárzást bocsátanak ki (a közönséges izzó fehér fényekülönböző frekvenciájú sugárzások keveréke).
Koherens: azaz a fényhullámok azonos fázisban vannakPolarizált (egy síkban rezgő) fény.A lézerek energiája kis térrészben koncentrálódik, impulzusüzemmód esetén nagyon rövid időtartamban.A lézerfény teljesítménysűrűsége nagy (a megszokott fényforrásokénak sokszorosa lehet).
A lézerek hatásfoka nagyon kicsi (0,1‐18%).
45
A lézerfény tulajdonságai
• Nem befolyásolja a mágneses tér.• Nem szükséges, hogy a munkadarab elektromos
vezető legyen.• Minden anyaggal kölcsönhatásba lép (fém, műanyag,
fa, kerámia).• Működéséhez nem kell vákuum.• Nem keletkezik röntgen‐sugárzás
- Rubin lézer- Nd-YAG lézer (Neodímium-Yttrium-Alumínium-Gránát)- CO2 lézer- stb
Rubin lézer-csak azok a sugarak maradnak meg arendszerben, amelyek szigorúan párhuzamosak a kristály hossztengelyével.-amikor a fény energiája meghaladja azt amértéket, amely már ki tud lépni a féligáteresztő tükrön, a lézer világítani kezd. -a két tükör miatt a kilépő fény már nagyonpárhuzamos nyalábokból áll-a sugár széttartása (divergenciája)elhanyagolhatóan kicsi.
2.2.7 A lézersugaras megmunkálások lényege- A lézeres megmunkálások során a foton energiáját visszük át a céltárgyra termikus vagy fotokémiai energia formájában
- Az energia átvitel eredményeként a céltárgy anyaga megolvad, és azolvadékot gázsugárral eltávolítjuk, vagy közvetlenül elpárologtatjuk
- A lézeres megmunkálások lokalizált, kontaktusmentes eljárások, azerőhatások mikro-skálán mozognak (a foton-nyomás hatásaelhanyagolható)
- nagy energiaállapotú gáz- az anyag „negyedik halmazállapota”- ionok és elektronok halmaza- egyenáramú ív segítségével állítják elő- 107 K hőmérséklet hozható létre
69
• Fogalma– 4. halmazállapot (anyag energia
szintje)– Magas hőmérsékletű, elektromosan
vezető,ionizált állapotú gáz
• Jellemzői– töltések összekeveredve ,
egyenletesen helyezkednek– Könnyen elmozdítható
töltéshordozók → jó elektromos vezető→ hőmérséklettel növelhető
A plazma
70
Az anyag halmazállapotai
71
A plazma kialakulásának tényezői
72
Az anyag plazma állapotban előfordul:
• világűrben• igen magas hőmérsékleten• természetes- vagy mesterséges
úton létrejött gázkisülésekben
Csillagködök:ködszerű, látható plazmaképződmények (Cygnus köd)
Villám:Gázkisülés atmoszférikus nyomáson
73
Jellegzetes plazmaállapotok
74
Az univerzum látható anyagának 99,9%-a plazma állapotban van (csillagok, csillagközi és bolygóközi anyag)
75
Plazmatechnológia
– Felületek tisztítása – Plazma képernyők– Kémiai alkalmazások
Fluoreszcens lámpa
Ívlámpa
Plazma alapú fényforrások– Plazma-megmunkálás, felületi rétegek felvitele, plazmaszórás
Plazmaszórás
76
2.3.2 Plazmasugaras megmunkálás
- elektróda (-) általában wolfram- munkadarab (+)- kettő között ív jön létre- a részecskék ütköznek a gázatomokkal, ionok jönnek létre- vágógáz és védőgáz- gáz: ne legyen eróziós hatása ne károsítsa az elektródát és
Védőgázok:LevegőNitrogén N2Széndioxid CO2Védőgáz helyett használnak vizet is.
2.3.5 Plazma- és segédgázok, technológiai adatok
Technológiai adatok:
– Előtoló (vágási) sebesség– Íváram– Gázösszetételek– Gáznyomások– Fúvókamagasság– Fúvóka anyag és kialakítás
86
2.3.6 A plazmasugaras vágás minősége és hatékonysága
– Jellegzetes vágási felület– Elhajlási vonalak– Salak– Viszonylag nagy vágási
mélység
87
A plazmavágás hatékonysága
88
A plazmavágás hatékonysága
89
A plazmavágás hatékonysága
90
A plazmavágás költéghatékonysága
2.3.7 Plazmával segített forgácsolás 2.4. Elektronsugaras megmunkálás
(Electron Beam Machining, EBM)Elektron ágyú:- Kibocsátja az elektronokat(katódsugárcső)
- katód: volfrám, tantál- Felgyorsítja az elektronsugarat200 000 km/s
- a fénysebesség 66%-a!- Elektromágneses mező:kis- (< 30 kV) és nagyfesz.(> 100 kV) rendszerek
- Fókuszálja a munkadarabra(elektromágneses lencse )
- Nagy energiasűrűség1 MW/mm2
- Röntgen-sugár veszély
93
Megmunkáló gép
94
Elektronsugaras hegesztőgép
- csökkenti a szennyeződéseket (hatása azonos a tiszta argonéval)- megakadályozza a levegőt alkotó gázok molekuláival való ütközéseket- megakadályozza az égést
A vákuum feladata:
Elektronsugár vákuumban Elektronsugár levegőben
- A mdb a másodperc milliomod része alatt 1000 C-rahevül, helyi olvadás és elpárolgás
- az üreg belsejében kialakult nagy nyomás ki- és felfelépréseli az olvadékot a lyukból,
- Speciális szűrők készítése (saválló acélból)- Fémek (Ti ötvözetek) és nemfémek, ultrakemény, rideg és
törékeny anyagok (kerámiák, zafír, kvarc) precíziós fúrása
- lemezvastagság0,01-5mm
- a sugár könnyeneltéríthető
- hátrány: vákuum kell
Az elektronsugaras megmunkálás energiasűrűsége
101
2.5. Kémiai megmunkálások (Maratás)(Chemical Machining, CHM)
A kémiai megmunkálások a• marandó munkadarab és a• marószer
között lejátszódó vegyi reakciókon alapulnak.
Az anyagleválasztás tehát közvetlenül a marószer és a munkadarab kölcsönhatásában történik, nincs szükségáramforrásra.
A folyamatokat legfeljebb hevítéssel vagy keverésselintenzifikáljuk. Elsősorban agresszív maró anyagok alkalmasak.Alumínium, színesfémek és nemfémek (pl. üveg megmunkálásáraalkalmasak). Nem nagyméretű alkatrészek gyártásakor.
102
Kémiai megmunkálások
MaratásA megmunkálandó munkadarab felületet a megfelelő marószerrel közvetlen kapcsolatba kell hozni.
Amelyeket nem akarunk megmunkálni, a marószer elől el kell takarni.
Az alkatrészek felülettel párhuzamos rétegeinek meghatározott helyen való eltávolítására ill. vékony lemezek külső kontúrjának, áttöréseinek kialakítása.
(i) Clean (ii) Apply resist (iii) UV exposure (iv) Development (v) Etching (v) Stripping(i) Clean (ii) Apply resist (iii) UV exposure (iv) Development (v) Etching (v) Stripping
Foto-kémiai eljárások
103
MaratásTechnológiai paraméterei:‐ A munkadarab és a vegyszer anyaga ‐‐‐‐‐ elsősorban ez
határozza meg‐ a merítés időtartama‐ a hőmérséklet
• A munkakéregből a vashidroxidot tartalmazó elektrolitotelszívjuk, tisztítás és szűrés (ülepítés) után az elektrolitot ismét visszavezethetjük az elektrolit tartályba.
• A katód, az elektrolit nátriumklorid része nem fogy; a víz fogy → utánpótlás + koncentráció biztosítás.
117
• A katódon hidrogén válik ki, robbanásveszélyes gázbuborék formájában ... → csökken az anyagleválasztási sebesség.
• Öntöttvas, acélok megmunkálásakor az ionsav gyakran mérgező anyagokat tartalmaz → környezetvédelmi utasítások.
• Elektrolit elektromos ellenállása miatt hő keletkezik, hűtésrőlgondoskodni kell.
Felületminőség: igen kedvezően alakul• ausztenites, saválló, rozsdamentes acéloknál Rmax < 1 μm• szénacélok Rmax = 5‐10 μm• szemcseszerkezet nem szenved változásokat• jól tükrösíthető
Alkalmazási terület:Nagy keménységű, nehezen megmunkálható anyagok.Néhány nemesfém és nem nemvasfém (karbidok miatt) nem.
Elektrokémiai süllyesztés
Jellemzői: Elektrokémiai süllyesztőgép
példák
119 120
• A szerszám nem dolgozó részeit szigetelik.• Hatásmechanizmus azonos az elektrokémiai
süllyesztéssel, de nincs előtoló mozgás.• Az elektródákat a munkafeszültség bekapcsolása és
az elektrolit hozzávezetése előtt megfelelő távolságra(0,5–1 mm) beállítják
2.6.2 Elektrokémiai sorjátlanítás
121
Elektrokémiai sorjátlanítás
• Az áramerősség a csúcshatás és a kis elektródaköz miatt a kiállósorjánál (csúcs‐hatás) a legnagyobb.
• Faraday –törvény – itt a legnagyobb az anyagleválasztásisebesség is.
• Az elektródák megfelelő kialakításával, különösen bonyolult alakoknál, nagysorozat és tömeggyártásban rendkívül gazdaságosan alkalmazható.
122
2.6.3 Elektrokémiai polírozás
‐ Munkadarabot elektrolittal megtöltött kádba helyezzük.‐ Elektródok közötti távolság lényegesen nagyobb mint elektrokémiai süllyesztésnél.
Következmény:+ áramsűrűség nagyon alacsony+ mdb. felületéről nagyon vékony réteg válik le+ az áramsűrűség a mdb. érdesség csúcsain nagyobb
(mélyebb rétegeket az elektroliton képződő sófilm tölti ki)+ a felület egyenetlenségei fokozatosan lemunkálódnak, a
felületi érdesség javul
Elektrokémiai polírozás
- speciális alkalmazások, finom felületek létrehozása
Orvosi implantátumok, térdizület
124
kiindulásiállapot
durva sorjátlanításcsiszolással
10 perc elektropolírozás
Elektrokémiai polírozás
125 126
2.6.2 Elektrokémiai köszörülés (elizálás)
• A hagyományos köszörülés és az elektrokémiaianyagleválasztás kombinációja.
• Az elektrokémiai megmunkálás előnyeit (szerszámkopáselmaradása, az alacsony megmunkálási hőmérséklet,szövetszerkezeti változások elmaradása) a köszörülésretudjuk átültetni.
- Speciális szerszám-elektródokat használnak polikristályos gyémánt (PCD) csiszolóporral
Alkalmazás
130
Speciális alkalmazás: Elektrokémiai korongszabályozás
• fordított polaritás•elektrokémiai úton a korong fém
kötőanyagát oldja, a szemcsékrenincs hatással
•minden szemcse hasznosan, amegmunkálás során kopik el, majd a kopott szemcse kihullása biztosítja az új, éles szemcsék felszínre kerülését
• az intenzitást (a kötőanyag oldásának sebességét) az áramsűrűség (A/m2) értéke határozza meg, amit az anód‐katód távolságával (az elektrolit réteg vastagságával) állíthatunk be
• folyamatosan, megmunkálás közben is alkalmazható, kiküszöbölve a korong szabályozása által igényelt holtidőket
Az áramerősség hatása az elektrokémiai megmunkálásokjellemzőire
Gázban, folyadékban: longitudinális hullám,szilárd anyagokban emellett transzverzális és tágulásihullámok is jellemzőek
- energiasűrűség: 10W/cm2
- ágyú elsütésekor az ágyúcső nyílásamellett közvetlenül 0,001 W/cm2
hangenergia mérhető,- 10 000 ágyút kell elsütni egyszerre
Ultrahangos megmunkálás
134
Aktív ultrahangokat a műszaki életben megmunkálásra (forgácsolás, vágás, hegesztés, forrasztás, hőfejlesztés,gáztalanítás, tisztítás, stb.) alkalmazzák. Ilyenkor a mechanikus rezgés munkavégző képességét használják ki.
Passzív ultrahangokat elsősorban a mérés‐ éshíradástechnikában, valamint a katonai felderítésbenalkalmaznak.
Az ultrahangok (általában) longitudinális, azaz hosszirányúhullámok, melyek az átvivő közeg molekuláinak gerjesztésévelterjednek, elhanyagolhatóan kicsi csillapítással.A levegőben hangsebességgel terjed (20 °C‐on 343 m/s). A terjedési sebesség a közvetítő közegtől függ:
alumínium oxid)6.Az abrazív anyag mérete (d) (100‐800um)7.A szerszám érintkező felület nagysága (A)8.Az abrazív anyag koncentrációja (C)9.A munkadarab és a szerszámanyag szilárdságának arányaλ=σw/σt
Ultrahangos megmunkálások paraméterei
141
Ultrahangos megmunkálások paraméterei
142
2.8 Az abrazív vízsugaras vágás technológiája
I.e. : természetes folyósodrás ásványok tisztításához (Egyiptom)I.e. : mesterséges vízsugár ásványok tisztításához (Róma)
1850: vízsugár használata az arany bányászatában (USA)1930: vízsugár alkalmazása a szénbányászatban (Oroszország, 7
bar)1950: vízsugaras tisztítás1960: a vízsugaras vágás kutatása1970: nagynyomású rendszerek kifejlesztés ( 4000 bar)1972: első ipari alkalmazások (FLOW)1980: abrazív por adagolása a vízsugárhoz1983: kereskedelemben beszerezhető abrazív vízsugaras
berendezések
2.8.1. Az abrazív vízsugaras technológiák történeti áttekintése
2.8.2 Az abrazív vízsugaras vágás elve
Vízsugaras vágófej
Vágófej kialakítások
2.8.3 A vízsugaras rendszerek elemei Megmunkáló gép
2.8.5 Vágósugarak fajtái 2.8.6 A megmunkáló sugár jellegzetességei
-Szuperszonikus sebességv=500-1400 m/s
Sebesség és energia-eloszlás a sugárban
v: a sugár sebességep: víznyomás p=150-500 MPa ρ: a közeg sűrűsége
Bernoulli törvény:
v p 2
Kölcsönhatás a környezettel:- a koherens sugár sérül - a levegő mennyisége növekszik- megkezdődik a divergencia - a terhelésváltozhat: statikus – dinamikus- a környezet elnyli az energia egy részét
Közvetlenül a kilépésnél célszerű forgácsolni !
A sugár belső struktúrája
- Becsapódási szög: 0-90o
a) merőleges sugár: ~90o
b) ferde sugár: <90o
c) érintő sugár: ~0o
- Kis vízáram 0.5-5 l/min- Kis forgácsoló erők, max. 100 N- Alacsony hőmérséklet 60-90 oC- Nincs károsodás az anyagban
A sugár becsapódásának iránya
Injektoros sugár alkotóelemei
Tömegarány Térfogatarány
víz, abrazív szemcsék, levegőErózió: szilárd részecskékkel való ütközés hatására
bekövetkezett jelentős anyagveszteség
Nagy energiasűrűség Felgyorsult erózió
Megmunkálás•képlékeny alakváltozásnyírással
• kopás• repedések
összenövése• rideg törés• helyi megolvadás
(szikrázás)
2.8.7 Az anyagleválasztás lányege abrazív vízsugaras vágáskor
Rideg és szívós erózió vízsugaras vágáskor
Szívós erózió Rideg erózió
Szívós anyagokratipikus anyagjellemző:
HV
Jellegzetes vízsugárral vágott felület
Rideg anyagokratipikus anyagjellemző:
Kc
- forgácsolási zóna- átmeneti zóna- elhajlási zóna
2.8.8 A vízsugaras vágás paraméterei
AWJ Berendezés Anyag Eredmény abrazív anyag abrazív mérete abrazív tömegáram fúvóka hossz és átmér ő nyomás
vágási sebességfúvóka magasság
keménység repedési tulajdonság keménység szilárdság lemez vastagság
anyagleválasztási sebesség t űrés felületi érdesség vágórés szélesség és forma
Az irányváltás okozta pontatlanságok
A vágórés lehetséges alakjaiMegmunkálási hiba > 0.1 mm
2.8.9 Pontossági kérdések
Változó vágási font 1 2
v v v v
1 2
v v v v
Vágófej döntése azelőtolás síkjában
vv vv
vv vv
Vágófej döntése az előtolássíkjára merőlegesen
A pontosság növelése a vágófej döntésével
1 m
m
Wi
Wtop
Wj
We 1 m
m
Wb,min
Wb,max
30 m
m
1 m
m
Wi
Wtop
Wj
We 1 m
m
Wb,min
Wb,max
30 m
m
Bevágási mélység: kmax
2.8.10 Bevágási mélység értelmezése
Átvágott felület
kmax
Az anyagleválasztás a bevágásimélységgel jellemezhető
Bevágott alumínium ill. üveg
2.8.11 A technológiai paraméterek hatása
Influence of parameters on the cutting gap
A vágórés alakja az egyik legnehezebben kézben tartható minőségi jellemző
Alapvetően az időegység alatt bevittenergiával szabályozható
Nyomás
Bev
ágás
i mél
ység
Előtolás
Bev
ágás
i mél
ység
Fúvóka magasság
Bev
ágás
i mél
ység
Abrazív áram
Bev
ágás
i mél
ység
A technológiai paraméterek hatása A technológiai paraméterek hatása
Új állapotú gránát 80 abrazív por elektronmikroszkópos képe
77x
200x200x
38x
Használt gránát 80 abrazív por elektronmikroszkópos képe 2.8.14 A vízsugaras vágás költséghatékonysága
Előny Hátrányszéles tartományú anyag megmunkálhatórelatív nagy vastagságú lemez vághatófolyamat alatt nincs hőfejlődésminimális alátámasztó erőkevés hulladékanyagra nézve nincs káros kihatás
(repedés, edződés)nincs megolvadás és füst termelődés
magas zajszinthigroszkópos anyag nem megmunkálhatópor és gőz termelődésrövid a fúvóka élettartamapontossági problémák (vágási hézag
formája, felületi érdesség, stb.)költésges
2.8.15 A vízsugaras vágás előnyei és hátrányai 2.8.16 Laminált szerkezetek és térbeli alakzatok vágása
• DSP Direct Shell Production (Droplet Deposition, 3D Printing): (keramikus vagy műanyag por ragasztása) Solingen
• Egyéb technikák : felrakó hegesztés, lemezkivágás, vízsugaras vágás,
3.5 A gyors prototípus készítés lépései
• CAD rajz elkészítése: kimenet .STL formátumban
Töltőanyag ill. támaszok eltávolítása, tisztítás, hőkezelés, anyagkezelés-keményítés, felületkikészítés
• Szeletelés és letapogatási stratégia elkészítése
• „Nyers” darab előállítása (Green part)
• Utólagos kezelés
3.6 SLA, Sztereolitográfia
Anyag: folyékony gyanta, viaszRétegvastagság: 0,1-0,2 mm
Mivel folyadékban van támaszrólkell gondoskodni
Sztereolitográfiáhosz használt epoxigyanta tulajdonságai
29201628Rugalmassági modulus (Mpa)
27-3033Ütőmunka (kJ/m2)
7-1911-2Szakadási nyúlás (%)
59-6046-47Szakítószilárdság (Mpa)
Epoxi2Epoxi1
29201628Rugalmassági modulus (Mpa)
27-3033Ütőmunka (kJ/m2)
7-1911-2Szakadási nyúlás (%)
59-6046-47Szakítószilárdság (Mpa)
Epoxi2Epoxi1
SLA, Sztereolitográfia
Utólagos hőkezelés (kikeményítés)mindig szükséges.Polírozás, festés lehetséges
3.7 STL, Szelektív lézer szinterelés
Anyag: gyanta, műanyagfémpor keverék(Rm=400MPa)
Funkcionális alkatrészek
DTM Laser Sinterstation 2500 berendezés
Szelektív lézer szinterelés
Három különböző eset: •A szemcsék a határfelületen egymásba folynak (műanyag porok)•Keverék fémpor alacsony olv. pontú részei megolvadnak•Műanyaggal bevont fém v. kerámia por összeolvasztása, majd beitatása pl bronzzal