Curs 1Prelucrări prin eroziune

Conceptul de tehnologii neconvenţionale vizează un grup de metode de prelucrare bazate pe un transfer de energie spre zona de prelucrare, în alte moduri decât cele presupuse de aşa-numitele tehnologii clasice. În principiu, se apelează la tehnologii neconvenţionale atunci când utilizarea celor clasice este neeficientă sau realmente imposibilă. Folosirea pe o scară tot mai largă a unor noi materiale, cu proprietăţi fizico-chimice deosebite (dure, refractare, rezistente la coroziune ş.a.m.d.), a condus la necesitatea apelării la tehnologiile neconvenţionale de prelucrare.

Prelevarea de material de pe suprafaţa semifabricatelor cu ajutorul metodelor neconvenţionale de prelucrare este realizată, în cele mai multe cazuri, prin eroziune.

Metode tehnologice de prelucrare dimensională

bazate pe acţiuni de curgere a substanţei

bazate pe acţiuni de rupere a substanţei

bazate pe acţiuni de agregare a substanţei

- turnare- deformare

plastică

- aşchiere- separare cu

tăişuri asociate

- eroziune

- sudare- lipire- încleiere- agregare cu

pulberi

Prelucrarea prin eroziune este o metodă tehnologică de finalitate, bazată pe distrugerea integrităţii şi prelevarea materialului excedentar (a adaosului de prelucrare) de pe suprafaţa unui semifabricat prin acţiunea dinamică a unor agenţi erozivi sub formă de fluxuri de particule solide, lichide, gazoase, de plasmă sau de radiaţie electromagnetică. Generarea prin eroziune a suprafeţelor piesei presupune, la modul general, realizarea următoarei succesiuni de etape:

dezvoltarea unui proces elementar de eroziune, manifestat prin ruperea localizată şi deplină a legăturilor interatomice dintre materialul excedentar şi materialul de bază al obiectului prelucrării;

eliberarea continuă a suprafeţei prelucrate de deşeurile tehnologice rezultate anterior; deplasarea spaţială a coordonatelor procesului elementar de eroziune, în concordanţă cu

obiectivele prelucrării.

Caracteristici generale comune :

caracterul discret, progresiv şi cumulativ al proceselor de prelevare a materialului supus prelucrării, caracter specific, de altfel, şi eroziunii naturale;

consum specific de energie ridicat, determinat de randamentul limitat al conversiei de energie primare în energie de efect ;

insensibilitatea prelucrării prin eroziune la proprietăţile mecanice, în particular duritate şi tenacitate, ale materialului prelucrat ;

posibilitatea dirijării în limte foarte largi, într-un sistem de prelucrare dat, a intensităţii fluxului energetic dezvoltat pe suprafaţa de prelucrat ;

posibilitatea copierii formei spaţiale a obiectului de transfer în obiectul supus prelucrării, utilizând exclusiv o mişcare de avans liniară a obiectului de transfer în raport cu piesa de prelucrat ;

realizarea acţiunii tehnologice cu solicitări mecanice neglijabile transmise obiectului prelucrării ;

automatizarea complexă şi, uneori, completă a sistemelor de prelucrare. După numărul utilajelor existente în industrie, cea mai răspândită este prelucrarea prin eroziune

electrică (circa 2/3 din totalul utilajelor erozive), urmată de prelucrarea electrochimică, cu fascicule laser şi cea ultrasonică.

Prelucrarea prin eroziune electrică Principiul prelucrării

Prelucrarea prin eroziune electrică este un procedeu de îndepărtare a adaosului de prelucrare prin acţiunea repetată a descărcărilor electrice în impuls, într-un mediu lichid dielectric (izolator), în spaţiul limitat dintre un electrod conectat la un pol şi obiectul prelucrării conectat la celălalt pol al unui generator de impulsuri de tensiune

Descărcările electrice se amorsează succesiv şi se localizează selectiv în diferite zone ale interstiţiului în funcţie de realizarea locală a condiţiilor disruptive, în raport cu distanţa dintre cele două corpuri metalice şi cu proprietăţile dielectrice ale mediului. Fiecare dintre aceste impulsuri, acţionând în mod discontinuu, constituie un proces elementar de eroziune desfăşurat într-un spaţiu restrâns format din coloana descărcării înconjurată de lichidul de lucru.

Eroziunea electrică face parte din categoria procedeelor tehnologice de prelucrare neconvenţionale destinate doar materialelor electro-conducătoare.

Prelucrarea prin eroziune electrică se bazează pe efectul eroziv al unor descărcări electrice sub formă de impulsuri, descărcări amorsate între electrodul sculă (Es) şi semifabricat (Ep), izolaţi de un lichid dielectric şi în condiţiile existenţei unui echipament care să permită desfăşurarea în timp a prelucrării.

În cadrul acestei prelucrări, descărcarea electrică are loc într-un timp extrem de scurt, de 10-8...10-2 s, distanţa dintre cei doi electrozi variind în limitele 2 ... 2000 μm. Fiecare dintre aceste descărcări se constituie într-un proces elementar şi separat.

Fenomenul cel mai important care stă la baza fenomenului de descărcare a energiei electrice în spaţiul dintre electrozi este cel de amorsare a canalului de descărcare. Descărcarea electrică într-un mediu dielectric (electro-izolant) cum este cel dintre electrozi, se poate produce doar în momentul în care acest mediu devine pe o cale oarecare electro-conducător.

Succesiunea fazelor amorsării canalului de descărcare: La un moment dat, forţa electrostatică (dezvoltată de câmpul electrostatic) aplicată particulelor elementare depăşeşte forţa cu care acestea sunt ţinute în reţeaua moleculară, eliberându-le. Particula elementară de sarcină negativă va fi accelerată în direcţia electrodului pozitiv (anodul). În acest moment, prin apariţia chiar şi a unui singur purtător de sarcină, apare un curent electric ce schimbă caracterul mediului dintre cei doi electrozi din electro-izolant în electro-conducător.

În deplasarea sa accelerată spre anod, electronul va întâlni molecule ale mediului dielectric. Ciocnirile din spaţiul interelectrozi vor fi atât de tip elastic cât şi de tip neelastic. În cazul ciocnirilor neelastice dintre electroni şi moleculele mediului, acestea din urmă disociază în purtători de sarcină elementară: electroni şi ioni. Particule rezultate vor fi accelerate în câmpul electrostatic, la rândul lor bombardând alte molecule. În urma ciocnirilor elastice electronii vor ceda o parte din energia lor cinetică, determinând în felul acesta un prim proces de creştere a temperaturii. Descărcarea energiei electrice în interstiţiul de lucru dintre cei doi electrozi duce la formarea unor microcanale cilindrice pe vârful microneregularităţilor, acolo unde stratul de lichid dielectric este străpuns având o rezistenţă mai mică. Aceste canale au diametrul de la câţiva microni până la 700…900 µm, iar lungimea lor este cuprinsă între 100 şi 600 µm. În aceste canale, ca urmare a fenomenului de ionizare a mediului, are loc formarea plasmei la temperatura de circa 87.000ºC, care topeşte şi vaporizează rapid o parte din vârful microneregularităţilor. Trecerea materialului dintr-o stare fizică într-alta are loc cu generarea de microexplozii.

Simultan cu descărcarea energiei electrice apar şi unde de şoc mecanice, care, împreună cu gazele formate, deformează canalele ionizate sub formă elipsoidică şi scot în acelaşi timp produsele electroerozive din microcraterele formate Cerinţe ce trebuie îndeplinite:

electrozii Es şi Ep, trebuie să fie realizaţi din materiale electro-conducătoare, capabile să asigure introducerea energiei electrice direct în interstiţiul de lucru;

alegerea materialului electrodului sculă trebuie făcută astfel încât să se asigure o densitate de curent electronic cât mai mare, în vederea obţinerii unei prelevări maxime (materiale uzuale: cupru, grafit, wolfram-cupru).

prelucrarea trebuie făcută într-un mediu lichid, deoarece acesta este singurul care poate pune la dispoziţie suficiente molecule disociabile, în condiţiile specifice prelucrării prin eroziune electrică;

impulsurile trebuie să aibă o durată mică astfel încât să se evite transformarea descărcării în arc electric.

trebuie evitată apariţia scurtcircuitelor.

Curs 2Prelucrări prin eroziune electrică

Prelucrările prin eroziune electrică se diferenţiază, din punctul de vedere al principiilor de lucru, prin natura electrodului sculă cu care se efectuează prelucrarea – cu electrod masiv sau fir – rezultând astfel şi cele două grupe de utilaje prelucrătoare prin intermediul acestui procedeu.

Prelucrarea cu electrod masiv

Principiile de lucru ce stau la baza prelucrării prin eroziune electrică permit generarea unor suprafeţe oricât de complicate, în materiale de orice duritate

Prelucrarea este relativ simplă, deoarece se realizează cu o maşină unealtă a cărei cinematică trebuie să asigure doar o mişcare după o singură direcţie, cea de avans, egală ca mărime cu viteza de erodare a materialului. Forma părţii active a electrodului sculă se regăseşte astfel în forma suprafeţei prelucrate.

Majoritatea maşinilor ce prelucrează cu electrod masiv au posibilitatea executării mai multor mişcări ale Es. S-au dezvoltat procedee care permit mişcarea / rotirea a cel puţin a unuia dintre cei doi electrozi (Es, Ep) sau deplasarea electrodului sculă după traiectorii complexe. Pot fi executate mişcări singulare sau combinate pe oricare dintre axele unui sistem de coordonate, pentru obţinerea cavităţilor cu profil complex, de exemplu matriţe destinate prelucrării prin deformare sau injectării maselor plastice.

Circulaţia lichidului de lucru: spălarea interstiţiului prin refulare (a şi c), care asigură stabilitatea procesului electroeroziv,

diminuează precizia prelucrării (conicitate de circa 0,02/10 mm) şi nu trebuie utilizată la treceri de finisare;

spălarea interstiţiului prin aspiraţie (b şi d), deşi asigură o precizie mai bună (conicitate de circa 0,01/10 mm), diminuează stabilitatea procesului prin reţinerea bulelor de deşeu gazos şi trebuie utilizată în special la treceri de finisare.

dimensiunile orificiilor practicate în electrodul sculă pentru circulaţia dielectricului sunt de Ø 1…3 mm, iar lungimea lor trebuie să fie în final, după uzarea electrodului de minimum 4…5 mm;

amplasarea orificiilor se face la distanţe de 20…40 mm, asigurând cel puţin un orificiu de spălare la o porţiune de Ø 80 mm a suprafeţei active a electrodului sculă.

Prelucrarea suprafeţelor netehnologice

Gravarea prin eroziune electrică

Debitarea materialelor dure

Operaţia se poate realiza fie prin utilizarea unor electrozi sculă de forma unor plăci sau discuri fie prin utilizarea procedeului de tăiere cu fir sau bandă

Prelucrarea cu electrod filiform Acest procedeu se utilizează pentru generarea unor contururi complexe, în piese de grosime

relativ mică

Pot realiza precizii de ± 0,002 mm şi chiar mai bune, în condiţiile unei rugozităţi a suprafeţei de Ra = 0,18 μm la prelucrarea carburilor metalice şi de Ra < 0,1 μm la prelucrarea oţelurilor.

Electrodul sculă este un fir de sârmă calibrat, cu diametrul de 0,025...0,33 mm, din cupru (simplu sau placat cu zinc), molibden, alamă şi aliaje ale acesteia, întins între două role şi cu o lungime cât mai mare (7.000...12.000 m – max. 25 kg). Acesta se derulează continuu, cu o viteză constantă necesară pentru compensarea uzurii.

Poziţionarea şi orientarea spaţială a firului se face cu ajutorul unor ghidaje (durata de viaţa este de 20.000 ore, la un cost de operare între 0,06 şi 0,07 €/oră) ce oferă posibilitatea realizării contururilor spaţiale (de exemplu profile cu generatoarea înclinată faţă de suprafaţa de aşezare a piesei).

Posibilităţile de poziţionarea spaţială a firului în raport cu semifabricatul precum şi mişcarea controlată pe axele maşinii permit obţinerea următoarelor tipuri de forme spaţiale:

Maşini pentru prelucrări cu electrod masiv 1. batiu,2. masa transversală (y),3. masa longitudinală (x),4. cuva de lucru,5. apărătoare de protecţie,6. pupitrul local de comandă,7. acţionarea avansului de lucru,8. mecanismul de avans,9. pupitrul de reglare a funcţionării agregatului dielectric.

Batiurile , în marea majoritate a cazurilor, sunt de formă deschisă – C sau portal, utilizându-se atât construcţii turnate cât şi sudate

Maşini pentru prelucrări cu electrod filiform 1. Rola debitoare2. Rola de ghidare3. Rola de antrenare4. Sistem de mărunţire a sârmei5. Container

Curs 3

Prelucrarea prin eroziune electrochimică Principiul prelucrării

Prelucrarea dimensională prin eroziune electrochimică are la bază procesul de dizolvare anodică.

Obiectul prelucrării (piesa) este legat la anodul (+) unei surse de curent continuu, iar obiectul de transfer la catodul (-) aceleiaşi surse. Între cei doi electrozi se introduce un electrolit, care, în prezenţa câmpului electric, generează o serie de procese fizice şi chimice, dintre care o parte duc la erodarea progresivă a obiectului prelucrării.

O tensiune scăzută de 7…25 V este în general aplicată între cei doi electrozi menţinuţi la un mic interstiţiu unul faţă de celălalt (0,025…0,50 mm). Electrolitul (de regulă o soluţie de NaCl sau NaNO3) este forţat să curgă printre cei doi electrozi cu viteză mare (30…60 m/s) pentru a elimina produsele reziduale din zona de lucru.

Ca urmare a acţiunii agentului eroziv, de pe suprafaţa obiectului prelucrării se detaşează particule sub formă de ioni ai metalului de prelucrat, care rămân în mediul de lucru sub formă de hidroxizi.

Acţiunea agentului eroziv este dirijată doar spre obiectul prelucrării (piesă), asigurându-se astfel realizarea procesului de eroziune fără ca scula să se uzeze, ceea ce constituie un avantaj al prelucrării.

În funcţie de gradul de complexitate, suprafeţele prelucrate prin eroziune electrochimică pot fi împărţite în suprafeţe frontale (simple) şi complexe (spaţiale).

Fenomenul de pasivare Pasivarea este fenomenul care provoacă o frânare a procesului de dizolvare anodică. Pentru

asigurarea continuităţii eroziunii trebuie luate măsuri de activare permanentă a suprafeţelor utile ale electrozilor.

Depasivarea se poate realiza natural sau forţat pe cale chimică, hidrodinamică, mecanică cu corp solid sau electrică, după cum urmează :

depasivarea naturală este realizată prin degajările de gaze şi prin dizolvare; depasivarea chimică constă în introducerea în mediul de lucru a unor agenţi chimici cu rol de

îndepărtare a stratului pasiv; depasivarea hidrodinamică se realizează prin circularea forţată a electrolitului în interstiţiul de

lucru; depasivarea mecanică este asigurată printr-o acţiune mecanică a unui corp solid care freacă

suprafeţele electrozilor; depasivarea electrică se realizează prin schimbarea periodică a polarităţii electrozilor.

Depasivarea se poate realiza natural sau forţat pe cale chimică, hidrodinamică, mecanică cu corp solid sau electrică, după cum urmează :

depasivarea naturală este realizată prin degajările de gaze şi prin dizolvare; depasivarea chimică constă în introducerea în mediul de lucru a unor agenţi chimici cu rol de

îndepărtare a stratului pasiv; depasivarea hidrodinamică se realizează prin circularea forţată a electrolitului în interstiţiul de

lucru; depasivarea mecanică este asigurată printr-o acţiune mecanică a unui corp solid care freacă

suprafeţele electrozilor; depasivarea electrică se realizează prin schimbarea periodică a polarităţii electrozilor.

Procese în spaţiul de lucru elementar Dacă se aplică o tensiune continuă pe doi electrozi aflaţi într-un electrolit, atunci circuitul electric între anod şi catod se închide prin intermediul electrolitului. Trecerea curentului este asigurată de ionii moleculelor disociate ai soluţiei de electrolit.

Me+ + Cl- à MeCln

2Na+ + 2H2O = 2NaOH + H2 ↑

NaOH + MeCln à Me(OH)n ↓Procese în spaţiul de lucru tehnologic

Zona activă dintre obiectul de transfer şi obiectul prelucrării constituie spaţiul sau interstiţiul de lucru tehnologic.

Celula electrochimică este formată din cuva 1 cu electrolit, în care este introdus metalul de prelucrat 2, legat la polul pozitiv al unui generator de curent continuu 3, şi un alt metal 4, legat la polul negativ.

Datorită forţei electromotoare a sursei de curent, între anod şi catod, prin intermediul electrolitului, se închide un circuit electric. Transportul curentului se face de către ionii moleculelor disociate ale soluţiei de electrolit, care, sub influenţa câmpului electric, se deplasează spre electrozii cu sarcini contrarii.

Cantitatea de metal P, dizolvată de pe anod în timpul prelucrării este dată de legea lui Faraday :

K = echivalentul electrochimic al metalului ce se prelucrează ;I = intensitatea curentului ce trece prin soluţie ;q = cantitatea de electricitate ce trece prin soluţieDacă echivalentul electrochimic K se exprimă în funcţie de echivalentul gram m, relaţia devine :

F = cantitatea de electricitate necesară pentru dizolvarea unui echivalent gram (F = 96.500 C). Volumul V de metal dizolvat :

qF

mPV

ρ = densitatea metalului dizolvat. Notaţie:

F

mVsp

à Volumul specific de material dizolvat

Dacă se ţine cont că nu toată cantitatea de electricitate furnizată de generator participă efectiv la dizolvarea metalului, în calcule intervine şi randamentul de curent η. Volumul de material îndepărtat devine în acest caz :

tIVV sp

Notaţie: spef VVà Volumul efectiv de material dizolvat

tIVV ef

Legea lui Ohm: RUI L

UL = căderea de tensiune în electrolit ;R = rezistenţa electrolitului în interstiţiul de lucru.

AsR

s = distanţa dintre electrozi (interstiţiul de lucru);κ = conductibilitatea soluţiei de electrolit;A = suprafaţa frontală a electrozilor.

ts

AUVV Lef

à

Dacă cei doi electrozi sunt ficşi (imobili), rezultă faptul că în timp, interstiţiul dintre ei se măreşte, iar viteza de prelucrare scade.

Caracteristici de prelucrare Pentru localizarea procesului de eroziune trebuie să se asigure catodului (sculei) o anumită

formă bine determinată, care să ţină seama atât de suprafaţa de prelucrat, cât şi de materialul piesei, de electrolitul folosit şi de caracteristicile regimului de prelucrare.

În timpul de lucru dt se dizolvă metal pe o adâncime ds, volumul dizolvat fiind :dV = A·ds. Se poate scrie că :

dts

AUVdsAdV Lef

sAUV

dtdsA L

ef

à

Notând cu vA = ds/dt = viteza de prelucrare = viteza de dizolvare a metalului

sVU

v efLA

sCvA

sAUV

dtdsA L

ef

dtVUdss efL à

1

2

2CtVUs

efL prin integrare:

la t = 0 à s = si à C1 = si2/2

tVUss efLi 22

Curs 4

Utilaje şi echipamente tehnologice la prelucrarea electrochimicăMaşinile de prelucrat prin eroziune electrochimică se pot clasifica, la fel ca şi procedeele de prelucrare:

după modul în care se realizează depasivarea; după modul de generare a suprafeţei; după operaţia realizată.

Maşini de prelucrat electrochimic cu depasivare hidrodinamică

Maşina dispune de o cameră de lucru închisă, care împiedică răspândirea electrolitului pompat la o presiune ridicată (circa 20 bar).

Camera de lucru dispune de un ventilator, al cărui debit trebuie astfel dimensionat încât să nu permită creşterea concentraţiei de hidrogen peste 2 %.

Sistemul de curăţire a electrolitului trebuie să asigure o concentraţie volumică în hidroxid mai mică de 5 %.

Filtrul F va fi astfel dimensionat încât să reţină toate particulele cu dimensiuni apropiate de dimensiunea interstiţiului de lucru (25…75 µm)

Capacitatea rezervorului pentru electrolit se alege astfel încât să asigure de 5…10 ori debitul pompei P.

Sistemul de termostatare a electrolitului trebuie să asigure menţinerea acestuia în limitele temperaturii de lucru optime, cu o precizie de ± 1ºC. Temperatura optimă a electrolitului este cuprinsă între 20..60ºC, funcţie de natura acestuia.

Caracteristicile de bază ale sistemelor de avans sunt următoarele : viteze mici de avans : 0…15 mm/min ; inerţie redusă ; posibilitatea realizării unor forţe mari de avans, proporţionale cu presiunea electrolitului şi

suprafaţa de prelucrare.

Maşini de prelucrat electrochimic cu depasivare mecanică

Elementul de activare exercită o anumită presiune asupra obiectului prelucrării şi o mişcare relativă în raport cu aceasta, asigurând îndepărtarea stratului pasiv. El nu este inclus în circuitul electric.

Operaţia de lustruire:  Catodul execută o mişcare de rotaţie şi de translaţie în raport cu obiectul prelucrării, iar elementul de activare apasă cu o presiune de 0,5…1,5 bari. Viteza de lustruire este cuprinsă între 2 şi 5 m/s.

Rectificarea pentru ascuţirea sculelor aşchietoare armate cu plăcuţe din carburi metalice

Ascuţirea electrochimică se realizează cu lichide pasivizante, iar datorită faptului că activarea este obţinută simultan cu componenta mecanică, abrazivă, de prelucrare, electrolitul este adus în zona de lucru la joasă presiune, printr-un ajutaj exterior.

Generatorul de curent continuu este de joasă tensiune (< 10 V), iar în funcţie de suprafaţa maximă prelucrată se alege intensitatea curentului pe care acesta trebuie să o asigure (200…2000 A).

Obiectul de transfer este construit sub formă de disc metalic, diamantat pe suprafaţa lui activă. Datorită vitezei periferice ridicate a discului, electrolitul este pulverizat sub formă de ceaţă, iar pentru a evita împrăştierea lui, se foloseşte un sistem exhaustor.

Curs 5

EROZIUNEA ABRAZIVĂ Eroziunea abrazivă este o metodă tehnologică de prelucrare dimensională care constă în

aşchierea - zgârierea - deformarea plastică a suprafeţei piesei de către granulele abrazive amplasate într-un suport solid, lichid, gazos sau magnetic. Acest procedeu se bazează pe distrugerea integrităţii şi prelevarea adaosului de prelucrare de pe suprafaţa unei piese prin acţiunea dinamică a agenţilor erozivi, materializaţi sub forma unor particule solide (granule abrazive).

Utilizarea particulelor abrazive drept scule aşchietoare are ca principale obiective obţinerea unor suprafeţe de o calitate deosebită, cu o înaltă precizie dimensională, de formă şi poziţie. Atingerea acestor scopuri presupune însă ca adaosul de prelucrare să aibă valori foarte mici, uneori submicronice.

Eroziunea abrazivă se poate realiza:

cu granule fixate într-un corp solid (rectificare, honuire etc.); cu granule semilibere, înglobate într-un câmp magnetic sau într-un mediu lichid vâscos

(finisarea magneto - abrazivă, lepuirea, prelucrarea dimensională ultrasonică etc); cu granule libere, puse în mişcare de un lichid cu vâscozitate mică sau de un gaz (debitarea cu

jet abraziv). CARACTERISTICILE PRELUCRĂRII PRIN EROZIUNE ABRAZIVĂ Granula abrazivă are o formă neregulată, cu muchii ascuţite şi cu vârfuri rotunjite, având o rază de bontire . Existenţa acestei raze este benefică, deoarece ea asigură rezistenţa corespunzătoare a grăuntelui. În timpul prelucrării, vârful se toceşte, raza de bontire devine tot mai mare, granula abrazivă pierzându-şi proprietăţile aşchietoare.

Dacă grosimea aşchiei este cu mult mai mică decât raza de bontire (h1 << ), are loc o alunecare a granulei pe obiectul de prelucrat, fără ca prin aceasta să aibă loc o îndepărtare de material, ci doar o deformare elastică a acestuia. În cazul în care grosimea aşchiei şi raza de bontire au acelaşi ordin de mărime (h2 » ), granula va deforma plastic materialul şi-l va zgâria. În situaţia în care grosimea aşchiei este cu mult mai mare decât raza (h3 >> ), va

avea loc o îndepărtare a adaosului de prelucrare după schemele convenţionale (de exemplu, ca la strunjire).

Dacă duritatea abrazivului Ha este mai mică decât cea a materialului piesei Hp, eroziunea nu va avea loc (zona I).

În zona a II-a, cantitatea de material îndepărtată este proporţională cu duritatea abrazivului, până când, aceasta din urmă atinge valoarea Ha = K·Hp, unde coeficientul K ia valori cuprinse în intervalul 1,4....1,6.

METODE DE PRELUCRARE PRIN EROZIUNE CU FLUIDE ŞI SUSPENSII ABRAZIVE Eroziunea cu fluide şi suspensii abrazive are ca principală aplicabilitate superfinisarea

suprafeţelor pieselor, nefiind însă excluse operaţiile de debitare, degroşare sau finisare, la care rugozitatea obţinută are valori mai mari. Comparativ cu alte procedee de prelucrare, eroziunea abrazivă asigură cea mai bună calitate a suprafeţelor, rugozităţile rezultate fiind de ordinul Ra = 0,32...0,0002 mm.

Metodele de prelucrare prin eroziune cu fluide şi suspensii abrazive se pot clasifica în funcţie de mai multe criterii, după cum urmează:

după tipul de energie folosită pentru activarea eroziunii energia cinetică a fluidelor aflate în mişcare (a); energia ultrasonică (b); energia unui câmp magnetic sau electromagnetic (c).

după gradul de mobilitate al granulelor abrazive: granule cu grad ridicat de mobilitate, antrenate de jeturi de fluid; granule mobile, aflate în suspensie în diferite lichide; granule cu un grad scăzut de mobilitate, situate în câmpuri magnetice.

după modul de generare a suprafeţelor: prin copiere; prin generare cinematică.

după genul operaţiei: lepuire; prelucrare dimensională ultrasonică; debavurare ultrasonică; finisare magneto - abrazivă; debitare cu jet abraziv; prelucrare prin emisie elastică etc.

MATERIALE ABRAZIVE Proprietăţile materialelor abrazive:

• duritate;• tenacitate;• capacitate abrazivă;• granulaţie.

Duritatea abrazivilor Se defineşte ca fiind capacitatea unui material de a opune rezistenţă la o acţiune mecanică

menită să-l distrugă. Un material este considerat cu atât mai dur cu cât rezistenţa opusă distrugerii sale este mai mare.

Tenacitatea abrazivilor Este proprietatea care caracterizează friabilitatea materialelor abrazive, adică acea însuşire a

granulelor de a se sfărâma sub acţiunea unor sarcini aplicate prin şoc. Tenacitatea este exprimată în procente şi scoate în evidenţă cantitatea de material abraziv care a

rezistat operaţiei de sfărâmare. Capacitatea abrazivă

Exprimă cantitatea de material evacuată în timp de către un material abraziv, raportată la cea îndepărtată de către diamant.

Granulaţia abrazivilor Granulele abrazive se definesc ca fiind acele particule ale căror mărimi maxime nu depăşesc 5

mm şi care au raportul dintre dimensiunea maximă şi cea minimă mai mic decât 3. Granulaţia abrazivilor reprezintă acea proprietate care are rolul de a exprima cantitativ

dimensiunile particulelor. În funcţie de mărimea lor, particulele abrazive se clasifică în:

• granule: grobe (500 £ b £ 2500); medii (160 £ b £ 500); fine (pulberi) (40 £ b < 160).• micropulberi (3 £ b < 40).

Alegerea materialelor după granulaţie În funcţie de operaţiile executate se recomandă următoarele granulaţii:

pentru debitări şi degroşări: granule grobe; pentru debavurări: granule grobe şi medii; pentru finisări: granule medii şi fine; pentru superfinisări: micropulberi.

CLASIFICAREA MATERIALELOR ABRAZIVE În funcţie de provenienţa lor, materialele abrazive pot fi naturale sau sintetice.

Materialele sintetice sunt cel mai des utilizate în construcţia sculelor abrazive datorită durităţii lor mai mari decât cea a materialelor naturale, precum şi din cauza posibilităţii obţinerii unei uniformităţi a dimensiunilor granulelor. Principalele materiale sintetice cunoscute sunt corindonul sintetic (electrocorindonul), carbura de siliciu (carborundul), carbura de bor, nitrura cubică de bor şi diamantul sintetic.

Curs 8

PRELUCRAREA PRIN EROZIUNE MAGNETO-ABRAZIVĂPRINCIPIUL PRELUCRĂRII

Prelucrarea suprafeţelor prin eroziune magneto - abrazivă se realizează cu ajutorul unor medii de lucru cu proprietăţi concomitent magnetice şi abrazive, liantul granulelor constituindu-l câmpul magnetic. Mediile de lucru utilizate sunt pulberile magneto - abrazive, în diferite compoziţii şi concentraţii, care formează aşa - numitele "perii magneto - abrazive " sau "scule magneto - abrazive"

Prelucrarea magneto-abrazivă presupune în primul rând, contactul cu suprafaţa semifabricatului al unei granule abrazive. Pentru a rămâne în contact cu suprafaţa de prelucrat, inclusiv în condiţiile existenţei unei mişcări realizate de către granulă şi/sau semifabricat, sunt necesare, pe de o parte, existenţa unui câmp magnetic suficient de puternic, iar pe de altă parte, granula trebuie să dispună de proprietăţi feromagnetice.

Existenţa unor deplasări relative între "firele periei" abrazive şi suprafaţa semifabricatului va determina un proces de microaşchiere, în cazul în care muchiile granulei în contact cu semifabricatul sunt suficient de ascuţite sau un proces de microdeformare superficială, dacă muchiile sunt mai puţin ascuţite

CARACTERISTICI GENERALE ALE EROZIUNII MAGNETO - ABRAZIVE Eroziunea magneto - abrazivă face parte din categoria metodelor tehnologice de prelucrare

dimensională situată la graniţa dintre procedeele convenţionale şi cele neconvenţionale. Caracterul convenţional al prelucrării este dat de modalitatea prin care se îndepărtează adaosul de prelucrare (aşchiere cu granule abrazive), iar cel neconvenţional derivă din tipul de energie (magnetică) introdusă în zona de lucru.

Avantajele prelucrării pieselor prin eroziune magneto - abrazivă:

este prezent fenomenul de "autoascuţire" permanentă a "periei magneto - abrazive", prin faptul că muchiile uzate ale granulelor se reorientează continuu;

nu apare fenomenul de "îmbâcsire", caracteristic corpurilor abrazive (pietre de rectificat, de polizor etc);

duritatea "periei magneto - abrazive" poate fi uşor reglată, între anumite limite, în funcţie de natura materialului obiectului de prelucrat;

se pot prelucra cu uşurinţă alezaje cu diametre foarte mici, prin utilizarea unor pulberi magneto - abrazive cu o granulaţie fină;

datorită forţelor care apar în timpul prelucrării, tensiunile remanente au valori reduse.Dezavantajele prelucrării pieselor prin eroziune magneto - abrazivă:

în urma prelucrării rezultă un câmp magnetic remanent; obţinerea unor pulberi cu caracteristici concomitent abrazive şi magnetice presupune o

tehnologie complexă; procedeul nu poate fi aplicat unor piese cu dimensiuni prea mari datorită complexităţii utilajelor

necesare. Prelucrarea prin eroziune magneto - abrazivă, prin performanţele pe care le realizează din

punctul de vedere al calităţii suprafeţelor şi al preciziei dimensionale şi geometrice, se încadrează în categoria procedeelor de superfinisare. Performanţele obţinute sunt apropiate sau chiar superioare celor realizate prin lepuire sau vibronetezire.

CLASIFICAREA METODELOR DE PRELUCRARE PRIN EROZIUNE MAGNETO - ABRAZIVĂ

A. după forma suprafeţei prelucrate;B. după componentele sistemului de prelucrare care execută mişcările de lucru;C. după tipul inductorului magnetic.

A. După forma suprafeţei prelucrate

B. După mişcările necesare prelucrării OP mobil – OT fix;OP fix – OT mobil;OP – OT mobile

C. După tipul inductorului magnetic de curent continuu; de curent alternativ monofazat sau trifazat; cu magneţi permanenţi reglabili sau nereglabili; combinate.

MATERIALE UTILIZATE CA MEDII DE LUCRU Materialele recomandate pentru constituirea mediilor de lucru se împart în mai multe categorii:

granulele feromagnetice granulele compozite suspensii abrazive granulele feromagnetice sunt obţinute din materiale cu proprietăţi concomitent abrazive şi

magnetice. Cele mai des utilizate materiale de acest tip sunt feroborul, ferowolframul şi fonta dură.

granulele compozite sunt alcătuite dintr-o matrice cu proprietăţi feromagnetice care înglobează mai multe particule abrazive.

Dimensiunile granulelor compozite sunt de ordinul D = 100...200 mm, iar cele ale particulelor abrazive: d = 5...30 mm.

suspensii abrazive sunt lichide la care granulele sunt imersate într-un ferofluid. Utilizarea ferofluidelor este recomandată la finisarea suprafeţelor interioare de mici dimensiuni sau a celor greu accesibile, datorită proprietăţii acestor lichide de a uda toate suprafeţele şi de a fi poziţionate şi menţinute exact când şi unde este necesar, prin crearea, din exterior, a unui câmp magnetic.

Ferofluidele (sau lichidele magnetice) sunt dispersii de particule magnetice de foarte mici dimensiuni într-un lichid de bază (uzual apă, petrol, siliconi). Fiecare particulă coloidală aflată în lichid reprezintă un mic magnet permanent, care tinde să se alinieze după direcţia câmpului magnetic exterior. Datorită dimensiunilor lor reduse (aproximativ 100 Å), precum şi datorită agitaţiei termice moleculare, particulele magnetice sunt într-o permanentă mişcare, ceea ce împiedică sedimentarea lor.

O proprietate importantă a ferofluidelor este aceea că menţin în stare de levitaţie corpurile confecţionate din materiale nemagnetice.

Sistemul de forţe care acţionează asupra mediului de lucruFmed = forţa magnetică medie ce acţionează asupra granulelor;Fms = forţa magnetică suplimentară dintre granule;Fem = forţa electromagnetică dintre piesă şi granule;Fg = forţa de gravitaţie a granulelor;Fi = forţa de inerţie a granulelor faţă de mişcările piesei;Fc = forţa centrifugală, datorată rotaţiei piesei;Ffr = forţa de frecare între granule şi aer.

Determinarea caracteristicilor obiectului de transfer

Curs9

INSTALAŢII DE PRELUCRARE PRIN EROZIUNE MAGNETO - ABRAZIVĂ

Instalaţii pentru finisarea suprafeţelor exterioare de revoluţie

Instalaţiile de prelucrare prin eroziune magneto - abrazivă a suprafeţelor exterioare de revoluţie realizează următoarele performanţe:

productivitatea procedeului: 10...20 mg/min; calitatea suprafeţelor obţinute: Ra = 0,01... 0,08 μm; timpul de finisare: 1... 10 minute, dependent de mărimea suprafeţelor de prelucrat.

Regimurile de prelucrare aplicate sunt: viteza la periferia obiectului de prelucrat: vp = 0,9... 2 m/s; viteza de avans longitudinal: wl = 0,15... 0,2 m/s; inducţia magnetică: B = 0,9... 1,2 T; interstiţiul de lucru: δ = 0,9... 1,5 mm.

Instalaţii pentru finisarea suprafeţelor interioare de revoluţie

Regimurile de lucru recomandate în cazul acestor instalaţii sunt următoarele: viteza periferică: vp = 1,2... 1,8 m/s; viteza de avans longitudinal: wl = 0,12... 0,16 m/s; inducţia magnetică: B = 0,3... 0,9 T; interstiţiul de lucru: δ = 1... 3 mm

Instalaţii pentru finisarea suprafeţelor plane

• viteza maximă a mişcării oscilatorii:vosc = 1,5... 2,5 m/s;• inducţia magnetică: B = 0,5... 1,5 T;• interstiţiul de lucru: δ = 1,5... 5 mm.

Instalaţii pentru finisarea suprafeţelor complexe

COMBINAREA EROZIUNII MAGNETO - ABRAZIVE CU ALTE PROCEDEE DE PRELUCRARE Ponderea cantităţii de material îndepărtată prin dizolvare anodică este superioară celei înlăturate prin eroziune magneto - abrazivă, capacităţile de prelucrare fiind de 50...200 mm3/min·cm2 la finisarea carburilor metalice şi de 100... 300 mm3/min·cm2 pentru oţelurile rapide.