Transcript nekonvencni

Nekonvenční technologie
obrábění
Vypracovali:
Jan Žanta
Jan Janoušek
Podstata
• Produktivita a přesnost závisí na fyzikálních a
chemických vlastnostech materiálu.
• V průběhu obrábění se mění fyzikální
vlastnosti materiálu (rozpouští se, vypařuje,
...)
Vlastnosti
• Nekonvenční metody nenahrazují metody
konvenční, pouze je vhodně doplňují.
• Působí minimální (nebo žádné) řezné síly
• Lze obrábět velmi tvrdé a pevné materiály
• Vysoká energetická náročnost
Dělení
• Obrábění paprskem: • Tepelné působení
elektrického proudu
– Fotonů (laser)
– Vody
– Iontů (plazma)
– elektronů
– Elektroerozivní obrábění
• Chemické působení
elektrického proudu
– Elektrochemické obrábění
• Obrábění ultrazvukem
Obrábění laserem - vrtání
• Vrtání laserem je založeno na
odstraňování materiálu
odpařováním.
• Předností laserového vrtání
je vytváření malých otvorů o
průměru od 10 do 100 mm i
v místech, kde je to pomocí
jiných metod obtížné nebo
nemožné.
Laserové vrtací zařízení
Pohled do
pracovního
prostoru
během vrtání
laserem
Obrábění laserem - vrtání
• Díry mohou být kruhové
i tvarové. Délka vrtané
díry může být až 50
mm.
• Vrtat lze kovy, plasty,
textilie, dřevo, sklo,
keramiku a jiné přírodní
materiály.
Příklady výrobků
Obrábění laserem - řezání
• Materiál může být při řezání
odebírán:
– Odpařováním
– Tavením
– Pálením
Pracovní
prostor
laserového
řezacího
pracoviště
• Výhody řezání laserem:
– malá šířka řezu
– malá velikost tepelně
ovlivněné oblasti
– žádné opotřebení nástroje;
– čisté řezy
– možnost řezání složitých tvarů
– hospodárnost i při malých
výrobních sériích
Zařízení pro
řezání
laserem
Ostatní aplikace laseru při obrábění
•
•
•
•
Soustružení laserem
Frézování laserem
Dekorace skla laserem
Značení, značkování a
popis laserem
• Gravírování
(mikrofrézování)
laserem
Princip soustružení laserem
Obrábění paprskem vody
• Princip:
– Kinetická energie média
se mění na mechanickou
práci
• K obrábění použito:
– Paprsku vody
– Paprsku vody s
rozptýlenými zrny
brusiva
Řezání bez abraziva
Řezání abrazivní
paprskem
Obrábění paprskem vody
• Parametry paprsku:
– Tlak: 200 až 600 MPa
– Průměr: 0,5 až 2 mm
– Rychlost výstupu: 600 až
1200 m/s (rychlost zvuku
ve vzduchu: asi 330 m/s)
Zařízení pro řezání vodním paprskem
Obrábění paprskem vody
• Výhody
– studený řez, při kterém
nedochází k tepelnému
ovlivnění řezaného
materiálu
– maximální univerzálnost
použití pro libovolné
materiály i jejich tloušťky
– možnost řezání i velmi
těžko obrobitelných
materiálů
– relativně vysoká přesnost
vyřezaných tvarových dílů
• Nevýhody
– nevyhnutelný kontakt s
vodou a většinou i s
abrazivním materiálem
(bez okamžitého
vhodného ošetření rychlý
nástup povrchové koroze, u
nasákavých materiálů delší
vysoušení, možnost změny
barvy, znečištění apod.)
– omezená možnost výroby
hodně malých dílců (cca
pod 3-5 cm)
Obrábění paprskem iontů (plazma)
• Princip:
– Ohřev nebo tavení
materiálu za extrémně
vysokých teplot (1000 až
20000 °C), které vznikají
rozkladem molekul plynu
při jejich průchodu
elektrickým obloukem.
– Oblouk hoří mezi netavící
se katodou vyrobenou z
wolframu a anodou, která
je tvořena opracovávaným
materiálem nebo tělesem
hořáku.
Zdrojem plazmy je
plazmová pistole
Pohled do
pracovního
prostoru
řezacího
stroje
Řezání plazmatem
• Řezaný materiál je taven
a tavenina a oxidy jsou
vyfukovány z místa řezu
plazmovým plynem.
• V případě použití kyslíku
jako plazmového plynu
je materiál rovněž
spalován.
Příklady výrobků
Řezání plazmatem
• Výhody:
– možnost provozu jednoho nebo
více hořáků podle velikosti
výrobní dávky
– vhodnost zejména pro řezání
slabých a středních tlouštěk
konstrukční oceli (do 30 mm)
– možnost řezání vysoce pevné
konstrukční oceli s menším
tepelným příkonem
– vysoká řezná rychlost (až 10x
vyšší než při řezání plamenem)
– proces lze plně automatizovat
– řezání plazmou pod vodou pro
velmi malé tepelné ovlivnění
řezaného materiálu a malou
hladinu hluku v okolí pracoviště
• Nevýhody:
– poněkud širší řezná spára
oproti řezání laserem.
Stroj pro řezání plazmatem
Obrábění plazmatem
• Plazmový hořák lze použít při obrábění dvojím způsobem:
– Pro předehřev materiálu před břitem řezného nástroje.
• U ohřáté části materiálu změní mechanické a fyzikální vlastnosti (nižší pevnost
a tvrdost materiálu). Nástroj má pak vyšší trvanlivost a lze obrábět materiály,
které by konvenčními metodami obrábět nešli.
– Pro odtavování materiálu z povrchu obrobku.
• Materiál na povrchu obrobku se taví a proudem asistenčního plynu odfukuje.
Obrábění s předehřevem materiálu před břitem řezného nástroje
Obrábění paprskem elektronů
• Princip:
– K obrábění využito energie
paprsku na velmi malou
plochu obrobku.
– V místě dopadu se
kinetická energie elektronů
mění na tepelnou.
– Materiál se taví a následně
odpařuje.
– Elektronový paprsek je
vychylován magnetickým
systémem
Princip metody obrábění elektronovým paprskem:
a) vnik elektronů do materiálu
b) erupční odpařování materiálu
c) opětný vnik elektronů do materiálu
1 – elektronový paprsek, 2 – páry odpařeného kovu
Obrábění paprskem elektronů
• Vrtání malých děr paprskem
elektronů
– Elektronový paprsek se používá
pro vrtání otvorů malých
průměrů (0,002 až 0,8 mm).
– Lze obrábět i hluboké otvory
(l/D až 100).
– Tolerance vyvrtané díry je 5 až
20 % jejího průměru.
– Lze obrobit až 4000 otvorů za 1
sekundu.
– Napájecí zdroj může mít výkon
3 až 100 kW.
• Řezání paprskem elektronů
– Lze řezat komplikované tvary
Elektronové dělo
- zdroj elektronů
Elektroerozivní (elektrojiskrové)
obrábění
Princip :
₋ obrobek a nástroj jsou ponořeny v
dielektriku a zapojeny do obvodu
stejnosměrného elektrického proudu
₋ v místech největšího přiblížení
nástroje a obrobku vznikají elektrické
výboje
₋ při výboji letí proud elektronů ve
výbojovém (ionizovaném) kanále na
obrobek, při dopadu zabržděním
vzniká teplo, kov se taví a část se
odpaří
₋ úběr materiálu tepelným a tlakovým
účinkem elektrického výboje
Elektroerozivní
hloubička
Elektroerozivní (elektrojiskrové)
obrábění
₋ největší výhodou této metody je
obrábění problematických tvarů,
materiálů a také i velmi přesných
rozměrů
₋ přesnost obrábění v řádu tisícin
milimetru a drsnost povrchu Ra 0,2
(mnohdy lze nahradit i broušení)
₋ jedním z největších a nejzkušenějších
světových výrobců japonská firma
Mitsubishi (výrobky převážně pro
automobilový průmysl)
Drátová řezačka
Mitsubishi FA20S
Elektrochemické obrábění
Princip :
₋ obrobek se řízeně rozpouští v
elektrolytu při průchodu
stejnosměrného elektrického proudu
(princip elektrolýzy)
₋ nástroj má různé tvary
₋ molekuly elektrolytu jsou tvořeny
ionty
₋ při zapojení elektrického proudu
dochází na obrobku k reakci, při které
se anionty kovu obrobku slučují s
kationty elektrolytu – vzniká nová
sloučenina - obrobek se rozpouští
Princip elektrochemického
obrábění:
1 – obrobek (anoda), 2 – napájecí
zdroj, 3 – nástroj (katoda), 4 –
pracovní vana, 5 – elektrolyt
Elektrochemické obrábění
Různé technologie obrábění:
Obrábění s nuceným odstraňováním
produktů vzniklých chemickými
reakcemi:
• obrábění proudícím elektrolytem:
– hloubení tvarů a dutin zápustek a
forem
– hloubení otvorů malých průměrů
– odstraňování otřepů
– dělení materiálů
• s mechanickým odstraňováním
(někdy označované jako
anodomechanické obrábění):
– broušení, lapování, honování
Povrchové obrábění bez
odstraňování produktů vzniklých
chemickými reakcemi:
– leštění
– povrchové značení
Obrábění ultrazvukem
Princip :
₋ obrobek (i elektricky nevodivý) je
obráběn jemnými zrny brusiva, které
jsou rozkmitávány nástrojem
₋ nástroj kmitá vysokou frekvencí 20-30
kHz s amplitudou 0,1 - 0,001 mm
₋ do místa obrábění se přivádí brusná
emulze (kapalina s jemnými zrny
brusiva)
Zařízení pro obrábění ultrazvukem: 1 – generátor
ultrazvukových kmitů, 2 – systém pro vytvoření
mechanických kmitů, 3 – přívod brousicích zrn a
kapaliny, 4 – obrobek, 5 – nástroj
Obrábění ultrazvukem - nástroje
nerotační dutiny
závity
otevřené drážky
průchozí drážky
kruhové díry
tvarové drážky
Obrábění ultrazvukem
Příklady výrobků – obrábění ultrazvukem
Zdroje
• www.mmspektrum.com
• Přednáška
• Vzorová semestrální práce na předmět Úvod
do strojírenství
Děkujeme za pozornost