Nekonvenční technologie obrábění

1. Nekonvenční technologie obrábění Vypracovali: Jan Žanta Jan Janoušek

2. Podstata • Produktivita a přesnost závisí na fyzikálních a chemických vlastnostech materiálu. • V průběhu obrábění se mění fyzikální vlastnosti materiálu (rozpouští se, vypařuje, ...)

3. 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

4. Dělení • Obrábění paprskem: • Fotonů (laser) • Vody • Iontů (plazma) • elektronů • Tepelné působení elektrického proudu • Elektroerozivní obrábění • Chemické působení elektrického proudu • Elektrochemické obrábění • Obrábění ultrazvukem

5. 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. Pohled do pracovního prostoru během vrtání laserem Laserové vrtací zařízení

6. 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

7. Obrábění laserem - řezání Pracovní prostor laserového řezacího pracoviště • Materiál může být při řezání odebírán: • Odpařováním • Tavením • Pálením • 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

8. Ostatní aplikace laseru při obrábění • Soustružení laserem • Frézování laserem • Dekorace skla laserem • Značení, značkování a popis laserem • Gravírování (mikrofrézování) laserem Princip soustružení laserem

9. Obrábění paprskem vody • Princip: • Kinetická energie média se mění na mechanickou práci • K obrábění použito: • Paprsku vody • Paprsku vody s rozptýlenými zrny brusiva Řezání abrazivní paprskem Řezání bez abraziva

10. 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

11. 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)

12. Obrábění paprskem iontů (plazma) Zdrojem plazmy je plazmová pistole • 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. Pohled do pracovního prostoru řezacího stroje

13. 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

14. 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

15. 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

16. 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: vnik elektronů do materiálu erupční odpařování materiálu opětný vnik elektronů do materiálu 1 – elektronový paprsek, 2 – páry odpařeného kovu

17. 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

18. 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 zabržděnímvzniká teplo, kov se taví a část se odpaří • úběr materiálu tepelným a tlakovým účinkem elektrického výboje Elektroerozivní hloubička

19. 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

20. 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

21. Elektrochemické obrábění Různé technologie obrábění: Povrchové obrábění bez odstraňování produktů vzniklých chemickými reakcemi: leštění povrchové značení 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

22. 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

23. Obrábění ultrazvukem - nástroje otevřené drážky kruhové díry nerotační dutiny tvarové drážky závity průchozí drážky

24. Obrábění ultrazvukem Příklady výrobků – obrábění ultrazvukem

25. Zdroje • www.mmspektrum.com • Přednáška • Vzorová semestrální práce na předmět Úvod do strojírenství

26. Děkujeme za pozornost