Tehnologii de Prelucrare Neconventionale - Prelucrarea Prin Electroeroziune

Download Tehnologii de Prelucrare Neconventionale - Prelucrarea Prin Electroeroziune

Post on 15-Jul-2015

1.062 views

Category:

Documents

3 download

DESCRIPTION

UNIVERSITATEA TEHNICA CLUJ-NAPOCA FACULTATEA: CONSTRUCTII DE MASINI Master : Serviciilor Ingineria si Managementul2012 Tehnologii De Prelucrare Neconvenionale. Prelucrarea prin electroeroziune.1. Prelucrarea materialelorPrelucrarea materialelor prin procedee speciale, bazate pe alte principii dect procedeele clasice a fost denumit prelucrare neconvenional, sau special. Prelucrrile neconvenionale sunt definite ca fiind acele procedee care ndeplinesc

TRANSCRIPT

<p>UNIVERSITATEA TEHNICA CLUJ-NAPOCA FACULTATEA: CONSTRUCTII DE MASINI Master : Serviciilor Ingineria si Managementul</p> <p>Mastera nd: Ing. Sabou Marius</p> <p>2012 Tehnologii De Prelucrare Neconvenionale. Prelucrarea prin electroeroziune.</p> <p>1. Prelucrarea materialelor</p> <p>Prelucrarea materialelor prin procedee speciale, bazate pe alte principii dect procedeele clasice a fost denumit prelucrare neconvenional, sau special. Prelucrrile neconvenionale sunt definite ca fiind acele procedee care ndeplinesc cel puin una dintre condiiile: - sunt eficiente pentru prelucrarea unor materiale cu proprieti deosebite (de exemplu cu duritate mare, sau casante etc.); - permit obinerea cu mare precizie a unor suprafee speciale ca form, dimensiuni, rugozitate (cu microasperiti); - se aplic n medii speciale, ionizate sau nu, la presiuni mari sau vid. Cele mai multe procedee se bazeaz pe ndeprtarea de microachii din semifabricat, de dimensiunile a zecimi pn la miimi de mm, ca urmare a fenomenelor de eroziune. Se utilizeaz un agent eroziv, care poate fi un sistem fizico-chimic complex, capabil s cedeze energie direct suprafeei de prelucrat, sau mediului de lucru. Energia transferat poate fi electric, electrochimic, electromagnetic, chimic, termic, sau mecanic i contribuie la distrugerea integritii materialului de prelucrat, pn se ajunge la dimensiunile i calitatea dorit a suprafeelor piesei. Alte procedee neconvenionale se aplic la gurirea, filetarea, tierea, sau sudarea unor piese. Aadar, prelucrrile neconvenionale pot fi clasificate astfel: 1. Prelucrri cu microachii: a. Prelucrri prin electroeroziune: prin scntei; prin impulsuri; prin contact.</p> <p>b. Prelucrri electrochimice: spaiale; de finisare. c. Prelucrri prin abraziune: achiere cu micropulberi; cu ultrasunete; cu jet abraziv. d. Prelucrri combinate: anodomecanice; electroabrazive; ultra-abrazive; electrojet. 2. Gurirea cu fascicol de electroni accelerai 3. Filetarea cu plasm 4. Tierea: cu laser cu fascicol de electroni accelerai cu plasm 5. Sudarea: cu laser cu fascicol de electroni accelerai Domeniile de aplicare ale procedeelor de prelucrri neconvenionale sunt prezentate sintetic n tabelul 1.1. Aplicarea procedeelor neconvenionale de prelucrare a materialelor este justificat de urmtoarele avantaje tehnice i economice: -utilizarea n domenii n care tehnologiile clasice (achierea, deformarea plastic) nu se pot aplica. De exemplu la prelucrarea unor materiale cu geometrie deosebit, caviti profilate complex, nfundate sau strpunse, microguri, profile, decupare, debitare, sudur, microsudur, suduri speciale, gravare, filetare, rectificare, honuire, debavurare pe materiale cu proprieti speciale, pentru dimensiuni la care se cere precizie deosebit etc.;</p> <p>-tehnologiile sunt complet automatizate, deci calitatea produselor este asigurat din proiectare; -productivitatea este ridicat; - sunt eficiente din punct de vedere tehnico-economic la producii de serie mare. Aceste tehnologii moderne necesit ns instalaii complexe, medii de ucru deosebite (presiuni mari, sau vid, sau medii speciale de ionizare). De exemplu, necesit instalaii anexe generatoare de laser, plasm, fascicol de electroni etc. pe lng instalaia de prelucrare propriuzis. Costul prelucrrii este mai mare dect la prelucrrile prin procedee convenionale i poate fi redus prin creterea numrului de piese de acelai tip prelucrate.Tabel 1.1:</p> <p>2. Prelucrarea dimensional prin electroeroziune Prelucrarea prin electroeroziune se aplic materialelor metalice cu duritate mare, pentru obinerea unor suprafee de o form ce nu se poate realiza uor i cu precizie prin procedeele de achiere.</p> <p>Electroeroziunea sau eroziunea electric este un procedeu de prelucrare n care materialul ce trebuie indepartat de pe obiectul de prelucrat este ndeprtat prin aciunea repetat a unor descrcri electrice. n procesul de electroeroziune, piesa de prelucrat trebuie s fie conductoare electric. Ea este conectata la una din bornele sursei de alimentare, formand electrodul-piesa. Metalul prelucrat este supus eroziunii cu ajutorul descrcrilor electrice realizate ntre metal i un electrod-scul din cupru, cei 2 electrozi sunt cufundati ntr-un mediu electric lichid, ntre cei 2 electrozi se creaz un cmp electric a crui intensitate crete n timp. Cnd intensitatea campului electric atinge o anumit valoare, rigiditatea dielectric este strpuns ceea ce duce la declansarea unei descarcari electrice nsoit de scantei. Descarcarile electrice sunt localizate n spatiul denumit interstiiu activ delimitat de electrodul scula i suprafaa piesei de prelucrat. n zona de lucru se dezvolt temperaturi ridicate ntre 20 000-30 000 oK. Aceste descrcri electrice ntre electrod i pies determin un proces elementar de eroziune n formarea craterelor de eroziune prin topirea, evaporarea i expulzarea locala a materialului. Descarcarile prin scantei electrice sunt de scurt durat, producndu-se energii mari pe suprafee foarte mici; s nu se confunde cu arcul electric care se produce pe suprafete mari cu durate mari de timp. Alegnd n mod corespunzator durata impulsurilor electrice, polaritatea electrozilor se poate dirija procesul astfel nct eroziunea s fie maxim la electrodul piesa.</p> <p>Ex: Pentru impulsuri cu durate de ordinul microsecunelor i conecterea piesei la anod, eroziunea la piesa poate sa ajung la 99,5%.</p> <p>Pe durata descrcrilor electrice n lichidul dielectric au loc procese chimice ireversibile care conduc la modificarea rigiditii electrice, a spaiului dintre electrozi ceea ce impune circularea forat a lichidului dielectric n interstiiul activ. n timpul prelucrrii, descrcrile electrice erodeaz i electrodul scul, care i schimb dimensiunile (se "uzeaz") n timp. Suprafeele prelucrate prin electroeroziune sunt interioare, sau exterioare, poligonale, stelate, tieturi complicate, orificii curbe etc. Prelucrarea se poate realiza prin dou tehnici: - prin scntei formate ntre electrodul scul i piesa de prelucrat; - prin contactul dintre electrod i pies. La prelucrarea prin scntei productivitatea este maxim i precizia prelucrrii mic, iar la prelucrarea prin contact, rugozitatea suprafeei este minim i productivitatea mic. Procesul este controlat prin urmtorii factori: productivitatea dislocrii de metal, precizia prelucrrii i calitatea suprafeelor.</p> <p>Principiul metodei Prelucrarea prin electroeroziune folosete topirea i vaporizarea unor zone mici de metal prin impulsuri de energie electric, produse periodic de ctre generatoare speciale. Prelucrarea are loc ntr-un mediu lichid i forele hidrodinamice care se dezvolt n spaiul interelectrozi n momentul descrcrii mping cantitatea topit de metal din zona prelucrrii. Aceasta permite electrodului s prelucreze treptat din piesa, legat la acel pol la care se degaj mai mult cldur. n figura 2.1. este ilustrat fenomenul complex al prelurii metalului la prelucrarea electroerozional.</p> <p>Fig 2.1Fenomene ce nsoesc preluarea metalului la prelucrarea Electroerozional</p> <p>n primele sutimi sau zecimi de s ale descrcrii se formeaz canalul ionizat, constituit dintr-o plasm de nalt temperatur (8000-12000K), n care se gsesc atomi metalici evaporai din electrozi, ioni pozitivi i electroni, produi ca urmare a ocurilor violente pe care le suport atomii metalici (fig. 2.1.a). Canalul de descrcare formeaz o incint de vapori de nalt presiune care se extinde rapid (fig. 2.1.b), i mpinge lichidul dielectric (fig 2.1.c). La ntreruperea curentului, descrcrile se sting, incinta de gaz sufer o dilatare exploziv i materialul topit este proiectat n afara craterului ce se produce, rmnnd n lichidul de uzinare sub forma unor particule n suspensie (fig 2.1.d). Evacuarea produselor erosive , meninerea prin avansul electrodului, a distantei dintre scul i piesa de prelucrare conduce la copierea formei electrodului n pies sau la decuparea unor profile complexe cu ajutorul unui electrod filiform. Parametrii care permit controlul cantitatii de material erodat sunt: -intensitatea curentului de descrcare; -durata i forma impulsurilor; -perioada de repetiie a impulsurilor; -lichidul dielectric(ulei de transformator, petrol, apa deionizat, alcool); -materialul electrodului scula. Se utilizeaza pentru acesti electrozi: cupru electrolitic, aliaje Cu-Cr, aliaje Cu-grafit.</p> <p>Prelucrarea prin eroziune se poate realiza prin impulsuri de diferite durate. Cu ct e mai scurt impulsul cu att se dezvolt temperaturi mai nalte n canalul de descrcare. La impulsuri scurte puterea instantanee este foarte mare i, ca urmare a frnrii electronilor, o mare parte din energie se debiteaz sub form de cldur la anod. Temperatura anodului crete brusc i poate atinge 10000oC. n aceste condiii are pondere mai mare vaporizarea metalului. La acelai material al piesei i elecrodului-scul se va distruge mai intens electrodul legat la plusul sursei de curent (anodul). De aceea electrodul, la utilizarea impulsurilor scurte de curent, se plaseaz la catod. n acest caz nu se poate realiza o reducere nsemnat a uzurii electrodului prin alegerea unui material cu temperatur de topire ct mai ridicat (din cauz c se dezvolt o temperatur foarte nalt). La impulsurile de mare durat, puterea descrcrii i temperatura n canalul descrcrii sunt de obicei mult mai joase. Productivitatea prelucrrii prin elecreoeroziune i rugozitatea suprafeei depind de energia, durata i frecventa repetrii impulsurilor. Cu ct este mai mare energia impulsului unitar, cu att va fi mai mare cantitatea de metal ndeprtat de ctre el, cu att va fi mai mare dimensiunea cavitii formate, i deci cu att mai mare rugozitatea suprafeei. n funcie de regimul de prelucrare se pot obine rugoziti de orice clas. Raportul ntre timpul de repetare a impulsurilor T i durata lor l vom nota cu q: (2.1) Folosirea factorilor q mici (5q) este caracteristic pentru prelucrarea prin electroimpulsuri, iar a celor mari () pentru prelucrarea 10q electroscntei. Daca procesul este caracterizat de un factor q mic, intervalul interelectrozi trebuie s fie curat prin trecerea lichidului de uzinare la o mare presiune. Regimurile grosiere de prelucrare sunt caracterizate printr-o mare energie a impulsurilor, i o mic frecven a repetrii lor, adic, un factor q mare (spre deosebire de regimurile de prelucrare fin) Pentru prelucrarea pieselor din aliaje dure i alte materiale greu fuzibile, care tind la formarea crpturilor n cazul rcirii rapide, se recomand impulsurile de mic durat i factor q mic.</p> <p>Productivitatea dislocrii de metal V, n mm3 /min, este dat de relaia: V = KEf n care: K - coeficient, E - energia unei scntei, [J]; f - frecvena descrcrilor, [kHz].</p> <p>(2.2)</p> <p>(2.3) unde: C - capacitatea circuitului de descrcare, [F]; U - tensiunea circuitului de descrcare, [V]. Lichidul de lucru, la prelucrarea electroerozional se folosete: a.-ulei industrial sau de transformator b.-amestec de ulei industrial cu petrol n raportul 1:1 c.-petrol. Pe msura impurificrii i nrutirii proprietilor fizice, lichidul trebuie nlocuit. Pomparea lichidului permite ridicarea productivitii.</p> <p>Precizia prelucrrii depinde de: tehnologia de prelucrare, precizia mainii, materialul electrodului i precizia de execuie a acestuia, precizia avansului, lichidul de lucru (calitate, modul de alimentare)</p> <p>Calitatea suprafeei depinde de factorii electrici, compoziia materialului i a electrodului. Pentru obinerea unei rugoziti mici este necesar reducerea debitului de material erodat n unitatea de timp. n tabelul 2.1 se prezint cteva valori ale productivitii dislocrii de material n funcie de compoziia electrodului i piesei.Tabel 2.1</p> <p>Materialul electrodului Cupru</p> <p>Materialul semifabricatului Aliaje de titan Ferite Cupru Oel Oel Carburi metalice Oel</p> <p>Productivitatea, V, mm3/min 40 - 50 15 - 20 5-7 16 - 25 20 - 50 50 - 60 150 - 180</p> <p>Alam</p> <p>Cupru grafitat sinterizat</p> <p>Fig 2.2 Realizarea suprafeelor profilate:1piesa de prelucrat; 2-electrod; 3-plac; 4-ax.</p> <p>Generarea suprafeelor prelucrate se poate face prin copierea profilului electrodului, care este introdus treptat n pies dup o anumit direcie, sau prin deplasarea electrodului fa de pies (fig.2.2). Procedeul se aplic n special pentru prelucrarea suprafeelor interioare profilate. Se confecioneaz un electrod-scul de forma conjugat celei finale, cu dimensiuni cu 1-3 mm mai mici. Piesa de prelucrat este plasat ntr-un mediu dielectric. Piesa i electrodul se conecteaz apoi la un generator de impulsuri. Descrcrile electrice sub form de arcuri, sau scntei au ca efect o nclzire brusc a unei poriuni de metal, pn la temperatura de topire sau chiar de</p> <p>vaporizare, ducnd la expulzarea de particule metalice i formarea de mici cratere. Mediul dielectric are rolul de a concentra i localiza descrcrile electrice i de a rci electrozii. Particulele metalice rezultate ca urmare a eroziunii trebuie ndeprtate, pentru a nu se aglomera n spaiile dintre electrod i piesa metalic i a ntrerupe procesul. ndeprtarea lor se realizeaz prin circulaia mediului dielectric, care este mai nti separat de particulele metalice prin filtrare, apoi rcit i recirculat.</p> <p>Fig 2.3 Schema de principiu a maini cu prelucrare prin electroeroziune: 1generator de impulsuri; 2-regulator de avans; 3-electrod; 4-piesa de prelucrat; 5-rezervor de dielectric; 6-filtru; 7-pomp; 8-sistem de rcire; 9-cuv pentru mediu de lucru; 10-mediu de lucru (dielectric).</p> <p>n figura 2.3 se prezint principiul de funcionare al unei instalaii de prelucrare prin electroeroziune. Pentru tierea materialelor prin acest procedeu se utilizeaz un electrod filiform (o srm de cupru), nfurat la cele dou capete pe cte o rol. Prin una din role electrodul este conectat la sursa de curent. ntre pies i srm au loc descrcri electrice n impulsuri, care conduc la realizarea unei tieturi n pies. Piesa este scufundat ntr-o cuv umplut cu lichid dielectric i execut o micare de avans, dup necesitile de prelucrare. Lichidul dielectric este separat de particulele metalice i recirculat. Prelucrarea electroeroziv prin contact se bazeaz pe contactul electric realizat prin intermediul microasperitilor suprafeelor piesei i electrodului. Cele dou suprafee sunt electroconductoare i se nclzesc la trecerea curentului electric. Prin micarea relativ dintre pies i electrod se produc arcuri electrice care disloc fragmente metalice i nu se produce supranclzirea electrodului. De aceea se poate utiliza n proces att curentul continuu, ct i cel alternativ. Metoda este deosebit de eficient la prelucrrile de degroare (de ndeprtare a unei cantiti de metal, suprafaa final nefiind de calitate avansat). Se pot nregistra productiviti de dislocare de metal de 105 mm3/min, iar dac se urmrete finisarea , de 50 mm3/min. Aplicaiile procedeului se regsesc la: - prelucrarea oelurilor inoxidabile, refractare i a celor ce nu se pot prelucra prin strunjirea mecanic;</p> <p>- ascuirea sculelor achietoare; - netezirea suprafeelor plane i a celor profilate (exemplu palete de turbin). Se realizeaz totodat i importante economii de materiale din care se confecioneaz piesele (tane, matrie, cochile etc.) i de materiale abrazive. OBS! Mate...</p>