Tehnologii neconventionale de prelucrare prin aschiere electroforeza CUPRINS 6.1. Aprecieri generale 6.2. Prelucrarea dimensional prin electroeroziune 6.3. Prelucrarea prin eroziune electrochimic 6.4. Prelucrare ultra-abraziv (cu ultrasunete) 6.5. Prelucrarea dimensional cu radiaii 6.6. Eficiena economic a procedeelor neconvenionale de prelucrare a materialelor Materialele naturale (lemn, roci, fibre) i cele obinute din procese tehnologice industriale (fibre sintetice i artificiale, cauciuc, mase plastice, metale i aliaje etc.) se comercializeaz dup prelucrarea lor prin diferite procedee fizice, chimice, electrochimice, biologice etc. n vederea finisrii, sau a transformrii n piese i subansamble. Prelucrarea metalelor n vederea obinerii de piese finite se realizeaz prin procedee de deformare plastic (laminare, forjare, trefilare, extrudare), procedee de achiere (strunjire, rabotare, frezare, gurire, alezare etc.), prin procedee moderne, neconvenionale de prelucrare (eroziune chimic, electroeroziune, prelucrare cu plasm, cu laser). Unele procedee sunt aplicabile i la alte categorii de materiale. Astfel, achierea se aplic i la lemn, mase plastice, cauciuc; matriarea, extrudarea se aplic i la mase plastice i cauciuc; prelucrrile neconvenionale se aplic i la materiale ceramice .a. 6.1. Aprecieri generale 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, TEHNOLOGII INDUSTRIALE 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:

scntei; prin prin impulsuri; prin contact. 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 6.1. Aplicarea procedeelor neconvenionale de prelucrare a materialelor este justificat de urmtoarele avantaje tehnice i economice: Procese tehnologice de prelucrare a materialelor - 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.; - 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 lucru 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 propriu-zis. Costul prelucrrii este mai mare dect la prelucrrile prin procedee convenionale i poate fi redus prin creterea numrului de piese de acelai tip prelucrate. Domenii de aplicare ale procedeelor de prelucrri neconvenionale. Tipul prelucrrii Microgauri Gauri si fante Cavitati profilate complexe Cavitati complexe infundate

Profile Decupare Debitare Sudura 1 = foarte bun; 2 = bun; 3 = neindicat; 4 = neaplicabil TEHNOLOGII INDUSTRIALE 6.2. 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. Metalul prelucrat este supus eroziunii cu ajutorul descrcrilor electrice realizate ntre metal i un electrod-scul din cupru, ntr-un mediu dielectric (de exemplu petrol lampant). 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. Productivitatea dislocrii de metal n mm3 /min, este dat de relaia: V, V = KEf (6.1) n care: K - coeficient, E - energia unei scntei, [J]; f - frecvena descrcrilor, [kHz]. 2 E C U 2 (6.2) unde: C - capacitatea circuitului de descrcare, [F]; U - tensiunea circuitului de descrcare, [V]. 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). 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. Procese tehnologice de prelucrare a materialelor Productivitatea dislocrii de material utiliznd electrozi confecionai din metale diferite Materialul electrodului Materialul semifabricatului Productivitatea, V, mm3/min Cupru Aliaje de titan Ferite Cupru Oel Alam Carburi metalice Cupru grafitat sinterizat . 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. 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 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. n figura 6.2 se prezint principiul de funcionare al unei instalaii de prelucrare prin electroeroziune. TEHNOLOGII INDUSTRIALE 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; - 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. 6.3. Prelucrarea prin eroziune electrochimic Prelucrarea electrochimic se bazeaz pe dizolvarea anodic a unui metal, aflat ntr-o soluie conductoare electric, la trecerea curentului electric. Semifabricatul se leag la polul pozitiv al sursei de curent continuu, devenind anodul, iar electrodul-scul se leag la polul negativ, devenind catod. ntre cei doi electrozi se afl un strat subire de electrolit. n timpul procesului de electroliz, de la suprafaa semifabricatului se desprind particule metalice, realizndu-se astfel lustruirea acestuia. Procedeul se aplic la prelucrarea materialelor foarte dure, sau cu proprieti. CAPITOLUL VII Procese tehnologice de prelucrare a materialelor deosebite, cum sunt executarea matrielor, lustruirea paletelor de turbin din oel foarte dur, sau

a evilor etc. Particulele metalice desprinse din pies n timpul electrolizei se pot combina cu electrolitul, acoperind metalul i pasivndu-l. Pentru depasivare (activarea procesului) este necesar ndeprtarea continu a stratului pasiv prin: - metode hidrodinamice, de introducere a electrolitului sub presiune n spaiul dintre pies i electrodul-scul; - metode abrazive, de introducere n soluia de electroliz a unor particule ceramice abrazive. Procedeul se poate aplica i la tierea materialelor metalice dure, n care caz electrodul-scul este un disc rotitor de cupru, sau de font. Electrolitul se introduce sub form de jet, n spaiul dintre electrod i pies. Piesa se deplaseaz controlat, ntr-o micare de avans. Pentru finisarea (n special pentru ascuirea) unor materiale foarte dure, cum sunt plcuele din carburi de wolfram i titan cu care sunt armate sculele achietoare se aplic prelucrarea electro-abraziv. Procedeul se realizeaz cu un disc rotitor, din alam diamantat, legat la polul negativ al sursei de curent continuu. Piesa conectat la polul pozitiv este adus n contact cu discul rotitor. ntre pies i disc se introduce electrolit cu particule abrazive Procesul este influenat de urmtorii factori: - intensitatea curentului i durata de electroliz, conform legii lui Faraday: m = kIt (6.3) n care: m - masa de metal dizolvat, [g], k - echivalentul electrochimic TEHNOLOGII INDUSTRIALE metalului, [g/Ah], I - intensitatea curentului electric, [A] i t - durata procesului de electroliz, [ore]; - densitatea de curent: intensitatea curentului/aria de aciune, [A/dm2]; - natura metalului sau aliajului prelucrat; - natura electrolitului i debitul acestuia n poriunea electrod-pies; - viteza periferic de lucru i presiunea de contact, pentru operaiile de tiere (debitare). Se lucreaz cu instalaii conectate la tensiuni de 5-24 V, dar intensiti mari de pn la 50.000 A. 6.4. Prelucrarea ultra-abraziv (cu ultrasunete) Ultrasunetele sunt vibraii acustice cu frecvena mai mare dect frecvena sunetelor audibile, dar inferioar frecvenei hipersunetelor, deci de 16 kHz-10.000 MHz. Aplicarea ultrasunetelor n diferite domenii beneficiaz de proprietile acestora: lungimea de und mic, dirijarea lor prin reflexie, n diferite direcii, capacitatea de difracie i refracie, obinerea unor energii locale foarte ridicate, ce permit creterea temperaturii mediului de lucru i declanarea unor reacii chimice etc. Prelucrarea materialelor cu ultrasunete (ultra-abraziv) utilizeaz vibrarea cu frecvena n domeniul ultrasunetelor al unor particule abrazive aflate n suspensie n ap distilat, aflate n interstiiul dintre suprafaa de prelucrat i suprafaa unei scule. Particulele abrazive primesc vibraiile de la scula de prelucrare i produc eroziunea piesei n zona de lucru. n pies apare o cavitate de forma activ a sculei. Procedeul se aplic prelucrrii metalelor dure, ceramicii, sticlei, realiznd suprafee de foarte bun calitate (rugozitate foarte mic, tolerane foarte reduse), nlocuind lefuirea convenional, care necesit o durat mare de prelucrare i prezint risc mare de spargere.

6.5. Prelucrarea dimensional cu radiaii Radiaiile corpusculare i electromagnetice, la densiti mari de energie, concentrate asupra suprafeei de prelucrat, pe o suprafa redus, genereaz la locul de contact temperaturi nalte, ce erodeaz piesa. Procese tehnologice de prelucrare a materialelor fascicul de electroni, ioni i de fotoni. a) Tierea (sau sudarea) cu laser de mare putere Laserul este o surs de lumin bazat pe amplificarea radiaiei electromagnetice prin stimularea tranziiei ntre dou stri energetice ale unui sistem (atom, ion etc.) excitat, prin care se emite spontan lumin. Mediul activ poate fi gaz, lichid, sau solid. Sursele de excitare care furnizeaz energie mediului sunt: descrcrile electrice, iluminarea, unele reacii chimice exoterme, un flux de particule de mare energie. n tehnic se utilizeaz de multe ori laserul cu dioxid de carbon, pentru tierea sau sudarea pieselor subiri metalice din materiale refractare, ceramice, a textilelor n straturi groase. Pentru a mri eficiena procesului se poate utiliza un jet de gaze protector (argon sau dioxid de carbon), sau n jet de oxigen. Deoarece instalaia este scump, procedeul se aplic numai la producia de serie mare i de mas, sau cnd nu exist alt posibilitate de prelucrare. b) Tierea cu plasm Plasma este un gaz, sau un amestec de gaze puternic ionizate, coninnd molecule, atomi, ioni i electroni. n construcia de maini se utilizeaz plasma cu temperaturi de 6.000-30.000 K. Jetul de plasm nclzete, topete i chiar arde, obinndu-se ndeprtarea metalului sub form de zgur din zona de lucru. Procedeul se utilizeaz la tierea aliajelor metalice refractare, cu grosimi de 8-10 mm. Dac se folosete arcul de plasm, degajarea de cldur este mai mare i se pot tia metale de grosimi mai mari. Viteza de tiere este de 250-1.250 mm/min, iar limea zonei influenat termic este foarte ngust, deci nu sunt afectate proprietile metalului, tietura este ngust, cu margini netede, fr bavuri. c) Tierea (sudarea) cu fascicul de electroni accelerai Fasciculul de electroni este concentrat pe suprafee ce tind spre zero ca mrime, provocnd pulverizarea i vaporizarea instantanee a unor volume extrem de mici de material, cu o precizie foarte mare. De aceea, acest procedeu este cel mai precis dintre toate procedeele de tiere termic. Procedeul necesit instalaie corespunztoare, foarte scump. Se lucreaz n vid naintat, iar conducerea procesului este computerizat pentru ca tierea s se realizeze dup un contur prestabilit. Se utilizeaz numai pentru tierea, gurirea, sau sudarea. TEHNOLOGII INDUSTRIALE materialelor dure, sau refractare. 6.6. Eficiena economic a procedeelor neconvenionale de prelucrare a materialelor Procedeele neconvenionale de prelucrare a materialelor necesit utilaje adecvate, cu anexe de producere a laserului, sau plasmei, fasciculului de electroni, sau electrozi cu forme conjugate celei finale etc. La un numr mic de piese de complexitate redus, achierea este metoda cea mai ieftin. Pentru piesele cu profiluri complexe, sau care necesit scule achietoare cu seciune mic sau profilate, devine eficient

electroeroziunea. Acest procedeu este economic i util i la producii de serie mic, pentru operaii de rectificat, tiere dup contur etc. Costul prelucrrii unei piese scade n general, la prelucrarea unui numr mai mare de piese. La achiere, costul scade dup care rmne constant pe msura creterii numrului bucilor prelucrate. Celelalte procedee necesit costuri cu mult superioare achierii la producii de serie mic, n ordinea: Electrochimice Electroeroziune Electroabrazive Achiere Prin creterea produciei se ajunge la scderi substaniale ale costurilor unitare de prelucrare, iar ordinea devine: Achiere Electroeroziune Electrochimice Electroabrazive