F YZIKÁLNÍ METODY OBRÁBĚNÍ

1. FYZIKÁLNÍ METODYOBRÁBĚNÍ Ing. Jana Kalinová 2013 Elektrochemické obrábění Chemické Ultrazvukové

2. Elektrochemické obrábění je beztřískové, na principu • Obrobek ponořen v elektrolytu • Obrobek = anoda je rozrušován • Nástroj = katoda kopíruje tvar obrobku • Úběr materiálu je v mezeře mezi anodou a katodou • Pracovní mezera 0,05 až 1 mm • Proud v mezeře až 1000 A/cm2 • Napětí stejnosměrného proudu 5 až 30 V ELEKTROLÝZY

3. Elektrochemické obrábění 1 – obrobek (anoda) 2 – napájecí zdroj 3 – nástroj (katoda) 4 – pracovní vana 5 – elektrolyt

4. Vlastnosti elektrolytu • Vedení elektrického proudu • Určuje podmínky rozpouštění anody • Odvádí z pracovního prostoru teplo • Odvádí produkty vzniklé chemickými reakcemi

5. Druhy elektrolytů pro E-Ch obrábění • NaCl (konc. 5% až 20%) – pro slitiny Fe, Ni, Cu, Al, Mg, Ti • NaNO3 (konc. 10% až 20%) – pro slitiny Fe, Al, Cu, Zn • NaClO3 (konc. 20% až 45%) – pro oceli • HCl a H2SO4 (konc. do 10%) – pro slitiny Ni, Cr, Co • NaOH (konc. Do 10%) – pro W, Mo, SK

6. Produktivita E-Ch obrábění • Závisí na hustotě proudu • Rychlosti proudění elektrolytu • Na množství aktivních činidel v elektrolytu • Při vysoké hustotě proudu však může vzniknout na povrchu pasivační (nežádoucí) vrstva, která brání anodickému rozpouštění !!! • Téměř neobrobitelné jsou litiny, slitiny s vysokým % C a duraly obsahující Si !!!

7. Srovnání s elektroerozívním obráb.

8. Hloubení dutin a obrábění tvarů • Nástroj má negativní tvar vyráběného povrchu • Katoda je „vtlačována“ do povrchu obrobku • Vzdálenost elektrod je 0,05 až 1 mm • Nástrojový materiál je mosaz, měď, antikoro, grafit, kompozit (grafit a měď) • Dosahované Ra = 0,2 až 2μm • Proud v mezeře až 1000 A/cm2 • Napětí stejnosměrného proudu 5 až 30 V Použití pro formy, tvarové plochy

9. Hloubení dutin - zařízení 1 – napájecí zdroj 2 – mechanismus posuvu 3 – odsávání 4 – filtr 5 – nástroj 6 – obrobek 7 – pracovní stůl 8 – čerpadlo 9 – zásobník elektrolytu 10 – filtr 11 – nádrž s elektrolytem 12 – izolace

10. Vnější tvarové plochy - zařízení 1 – nástroj 2 – rozvod elektrolytu 3 – čerpadlo 4 – nádrž s elektrolytem 5 – chladič 6 – filtr 7 – regulátor tlaku 8 – pracovní komora 9 – obrobek

11. Vrtání STEMShaped Tube ElectrolyticMachining – elektrolytické vrtání tvarovou trubkou dmin 0,5 až 5 mm Poměr l/d 200 Tolerance díry ± 0,05 mm Elektrolyt H2SO4 ; HNO3 Napětí 20 až 100 V Tlak elektrolytu 3 až 10 kPa Rychlost vrtání 1 až 3,5 mm/min

12. Vrtání ECFElectro-chemical Fine drilling – jemné elektrochemické vrtání dmin 0,2 až 2 mm Poměr l/d 100 Tolerance díry ± 0,03 mm Elektrolyt H2SO4 ; HNO3 Napětí 100 až 500 V Tlak elektrolytu 3 až 20 kPa Rychlost vrtání 1 až 4 mm/min

13. Vrtání ESDElectro-streamdrilling – elektrolytické vrtání proudem elektrolytu dmin 0,125 až 1 mm Poměr l/d 50 Tolerance díry ± 0,03 mm Elektrolyt H2SO4 ; HNO3 Napětí 300 až 600 V Tlak elektrolytu 3 až 10 kPa Rychlost vrtání 1 až 3,5 mm/min

14. Odstraňování otřepů po obrábění Tvarovou elektrodou 1 – izolace 2 – nástroj 3 – otřep 4 – obrobek 5 – přívod elektrolytu

15. Odstraňování otřepů po obrábění Segmentovou elektrodou 2 – nástroj 4 – obrobek

16. Odstraňování otřepů po obrábění V lázni 2 – nástroj 4 – obrobek

17. Elektrochemické broušení Úběr E-Ch z 90%, broušením z 10% 1 – přívod elektrolytu 2 – brousící nástroj 3 – obrobek

18. Elektrochemické honování 6x vyšší produktivita x klasickému 1 – pohon 2 – nástroj 3 – napájecí zdroj 4 – zás. elektrolytu 5 – čerpadlo 6 – obrobek 7 – honovací lišta

19. Elektrochemické leštění Pro vnitřky nerez. cisteren, trubek a folie 1 – teplotní stabilizace 2 – napájecí zdroj 3 – nástroj 4 – elektrolyt 5 – cirkulace elektrolytu 6 – chlazení 7 – obrobek

20. Chemické obrábění • Pro řízené obrábění se využívají chemické reakce mezi obrobkem a chemickou látkou • Pro křemíkové slitiny v elektromechanice se využívá anizotropické leptání

21. Princip chemického leptání • Odleptání vrstvy materiálu chemickou reakcí • Chemikálie: kyseliny, hydroxidy • Neodleptaná místa se chrání „maskou“ • Maska = lak nebo pryskyřice, tl. max. 2mm • Vhodné materiály k leptání: hliník a slitiny Al, konstrukční neleg. oceli, nerezové oceli, měď a slitiny Cu, titan

22. Pracovní parametry • Maximální doba leptání 10hod • Odleptání až 0,4mm/min • Podleptání masky v hodnotě hloubky leptu • Leptání tvoří pouze oblé hrany • Obrobek se vkládá do lázně pod 45° !!!

23. Oblast použití leptání • Tvarově složité reliéfy pro tampoprint • Nosníky leteckých konstrukcí • Potahy křídel hliníkových letadel • Tenkostěnné výrobky (bez deformace) • Díry do folií tenkostěnných trubek, aj.

24. Chemické leptání 1 – maska 2 – chemikálie 3 – odleptané částice mat. 4 – obrobek a – podleptání h – hloubka leptání r – rádius leptání

25. Anizotropické leptání Pro opracování křemíku • Tvar vyleptané dutiny závisí na krystalografické orientaci • povrchu obrobku (plátku křemíku) • Závisí na tvaru a orientaci dutiny v krycí masce • Závisí na použitém leptacím alkalickém roztoku a teplotě • Tvary odleptaných děr

26. Anizotropické leptání [2] Krystalové roviny – popsány Millerovými indexy 110 – ve směru roviny probíhá odleptání rychle 100 – kolmo na ni probíhá odleptání pomaleji 111 – ve směru kolmo na rovinu je leptání téměř nulové

27. Obrábění mechanické - ultrazvukem Pro vodivé i nevodivé materiály !!! Jde o mechanický úběr řízeným rozrušováním materiálu obrobku účinkem pohybu zrn abrazívního materiálu a působením kavitační eroze. Abrazivo: zrna diamantu kubický nitrid boru karbid boru karbid křemíku korundu, v objemu 30% - 40%

28. Obrábění mechanické - ultrazvukem Kavitační eroze: povrchové rozrušení materiálu účinkem praskání vzduchových bublinek v kapalině, které vznikají za konkrétních teplotních a tlakových podmínek při určité rychlosti proudění kapaliny. Kapaliny: voda petrolej líh strojní olej

29. Obrábění mechanické - ultrazvukem Princip: nástroj kmitá v kolmém směru 18 až 25 kHz kapalina s abrazivem je přiváděna mezi nástroj a povrch obrobku zrna jsou přitlačována stálou silou k obrobku nástroj je „překopírován“ do obrobku 1 – kapalina 2 – nástroj 3 – brousící zrna 4 – přívod zrn a kapaliny 5 – obrobek

30. Ultrazvukové zařízení 1 – generátor ultrazvukových kmitů 2 – systém pro vytvoření mechanických kmitů 3 – přívod brousících zrn a kapaliny 4 – obrobek 5 – nástroj

31. Stroj pro obrábění ultrazvukem Generátor ultrazvukových kmitů • Mění střídavý elektrický proud o frekvenci 50Hz na proud o frekvenci 18 až 25kHz • Výstupní výkon generátoru bývá 0,2 až 4 kW Systém pro vytvoření mechanických kmitů • Mění elektromagnetické kmity na mechanické • Využívá magnetostrikce = feromagnetické materiály mění své rozměry při vložení do magnetického pole

32. Stroj pro obrábění ultrazvukem CNC řídící systém • Moderní řídí pohyb minimálně ve 4 osách • Reguluje přítlačnou sílu nástroje • Reguluje rychlost pohybů a frekvenci kmitů nástroje Systém pro přívod brousících zrn • Řídí přívod abraziva a kapaliny • Kapalina odvádí opotřebovaná zrna z pracovní mezery • Podle viskozity kapalina tlumí pohyb kmitajících zrn

33. Nástroje pro obrábění ultrazvukem Materiály • Konstrukční ocel • Korozivzdorná ocel • Měď, • Mosaz Tvar nástroje • Odpovídá vyráběné ploše • Kvůli rychlému opotřebení jsou nástroje vybaveny upínaním pro rychlou výměnu

34. Obrobitelnost materiálů (poměrná) Dána jejich tvrdostí a křehkostí: • Sklo (etalon) 1,0 • Rubín 0,9 • Ferit 0,8 • Germánium 0,6 • Křemík 0,5 • Keramika 0,3 • Achát 0,3 • Slinutý karbid 0,05 • Grafit neuv. • Kevlar neuv. Plasty jsou neobrobitelné !!!

35. Obrábění mechanické - ultrazvukem Otevřené drážky Nerotační dutiny 1 – nástroj, 2 – obrobek

36. Obrábění mechanické - ultrazvukem Závity Kruhové díry 1 – nástroj, 2 – obrobek

37. Obrábění mechanické - ultrazvukem Tvarové drážky Průchozí drážky 1 – nástroj, 2 – obrobek

38. Obrábění mechanické - ultrazvukem Technologické aplikace: řezání tyčí z křemene nebo rubínu tl. do 5mm hloubení průchozích děr, průměr do 10mm hloubení dutin, průměr do 120mm, hl. 6mm broušení rovinných ploch volným brusivem Ostatní aplikace: nedestruktivní zkoušení materiálů čištění povrchů (lékařství, optika,…) svařování plastů

39. Použité zdroje ŘASA, Jaroslav, Přemysl POKORNÝ a Vladimír GABRIEL. Strojírenská technologie 3. 1. vyd. Praha: Scientia, 2001, 221 s. ISBN 80-718-3227-8.