1

UNIVERSITETI I PRISHTINËS

“HASAN PRISHTINA”

FAKULTETI I INXHINIERISË MEKANIKE

Nexhat Qehaja

TEKNOLOGJITË E REJA NË INDUSTRI

(Ligjerata t autorizuara)

Prishtine, 2018

2

Kapitulli

1

Proceset e përpunimit me heqje të

materialit

1.1 Hyrje

Proceset e prodhimit mund të ndahen gjerësisht në dy grupe dhe ato janë proceset primare

të prodhimit dhe proceset prodhuese dytësore. Të parat sigurojnë formën bazë dhe

madhësinë e materialit sipas kërkesës së projektuesit. Pjesët e prodhuara me këto procese

si derdhje, deformim, metalurgji të pluhurit dhe procese të ndryshme të formësimit shpesh

herë kërkojnë operacione shtesë para se të jenë gati për përdorim ose montim.

Proceset e prodhimit dytësor ofrojnë formën dhe madhësinë përfundimtare me

kontroll më të rreptë mbi dimensionet, karakteristikat sipërfaqësore etj. Proceset e heqjes

së materialeve janë kryesisht proceset prodhuese dytësore.

Proceset e heqjes së materialit mund të ndahen në dy grupe dhe ato janë "Proceset

konvencionale të përpunimit" dhe "Proceset jo-konvencionale të përpunimit".

Proceset e përpunimit me heqje të materialit janë rruga më e zakonshme për

gjenerimin e saktësive të pranueshme dimensionale dhe cilësisë sipërfaqësore. Ky

përpunim është një rrugë më e shtrenjtë për shkak të materialit të harxhaur, kohës dhe

energjisë së shpenzuar për largimin e materialit tepërt.

Proceset jo-konvencionale të përpunimit definohen si një grup procesesh që heqin

materialin e tepërt me anë të teknikave të ndryshme që përfshijnë energji mekanike,

3

termike, elektrike ose kimike si dhe kombinime të këtyre energjive, por nuk përdorin vegla

të mprehta të prerjes siç duhet të përdoren për proceset konvencionale të

prodhimit.Shembuj të proceseve konvencionale të përpunimit janë tornimi, shpimi frezimi,

zdrugimi, përshkimi, prerja, retifikimi etj.

Në mënyrë të ngjashme, përpunimi kimik (CM), përpunimi elektrokimik (ECM),

përpunimi me ultratingull (USM), përpunimi me shkarkim elektrik (EDM), përpunimi me

vrushkull uji (WJM), përpunimi me vrushkull abraziv (AJM) janë disa nga proceset jo-

konvencionale të përpunimit.

1.2 Historiku i zhvillimit të metodave të përpunimit

Përdorimi i materialeve të ndryshme për vegla është i lidhur ngusht me fillimin e

civilizimit njerëzor. Nga kohët më të hershme, metodat e prerjes së materialeve janë

mzhvilluar duke përdorur vegla dore të bëra prej kockave, shkopit ose gurit. Më vonë,

veglat e dorës janë punuar prej metaleve elementare si bronzi dhe hekuri janë përdorur

gjatë një periudhe gati një milion vjetësh. Në të vërtetë, deri në shekullin e

shtatëmbëdhjetë, veglat kanë qenë ose me dorë ose me mekanizma të shtyrë nga metoda

shumë elementare. Me metoda të tilla, u prodhuan vagonë, anije dhe mobilje, si dhe veglat

bazë për përdorim të përditshëm. Me futjen e ujit, avullit dhe më vonë, energjisë elektrike

si burime të dobishme të energjisë ka çuar në prodhimin e makinave me ngasje elektrike,

të cilat shpejt zëvendësuan veglat e dorës. Bazuar në këto përparime dhe së bashku me

zhvillimin metalurgjik të lidhjeve të çelikut si material për vegla prerëse, industritë e reja

të makinave vegla fillojnë të shfaqen në shekujt e tetëmbëdhjetë dhe nëntëmbëdhjetë.

Një kontributi i madh origjinal në këtë industri të re erdhi nga John Wilkinson më

1774. Ai ndërtoi një makinë precize për shpimin e cilindrave të motorëve, duke kapërcyer

kështu problemin që lidhej me makinat e para vegla, me ngasje nga avulli. Njëzet e tre vjet

më vonë, Henry Maudslay bëri një avancim të mëtejshëm të përpunimit kur ai krijoi një

torno me motor me vidë. James Nasmyth shpiku makinën e dytë bazike për zdrugim, me

këtë teknikë punohen sipërfaqet e sheshta, këndore, kanale dhe T-kanale duke përdorur

vegla me një teh prerës. Makina e njohur e shpimit është kategoria e tretë e makinës vegël,

e cila i hap vrimat me një punto dy tehe prerëse. Whitney rreth vitit 1818 ndërton makinën

e parë frezuese për punimin e U-kanaleve, T-kanaleve, si dhe sipërfaqeve të sheshta.

Makina e parë frezuese universale, ndërtohet më 1862 nga J. R. Brown, ishte i punësuar

për të hapjen e kanaleve të puntove spirale.

Në fund të shekullit të nëntëmbëdhjetë, prezantohet makina retifikuese. Një

formë e avancuar e kësaj teknologjie është procesi i lapimit i përdorur për të prodhuar

sipërfaqe me cilësi të lartë dhe me tolerancë shumë të ngushtë, më të vogël se ±0.00005

mm) krahasuar me ± 0.0025 mm të arritur gjatë procesit të retifikimit. Sharrat shiritore dhe

diskore rrethore janë përdorur për të prerë forma në pllaka metalike, për të bërë konturet e

jashtme dhe të brendshme, dhe për të bërë shkurtime këndore.

4

Një përparim tjetër i rëndësishëm vjen më 1896, kur F. W. Fellows ndërtoi një

makinë që mund të prodhonte çdo lloj dhëmbëzori. Ndërtimi i makinave shumëboshtore

tornuese vertikale dhe shpuese si dhe makina speciale (për shembull, përshkuese,

honinguese, dhe shpuese) janë shembuj të tjerë të dukshëm të përparimit teknologjik në

ndërtimin e makinave. Në pjesën e mëvonshme të shekullit të nëntëmbëdhjetë dhe në

shekullin e njëzetë, makinat vegla u bënë gjithnjë e më shumë me energji elektrike sesa

avulli. Makinat metalprerëse themelore i nënshtrohen përmirësimit të mëtejshëm; për

shembull, u futën në përdorim veglat me shumë tehe prerëse për makinat frezuese. Edhe

me këto përparime, praktika e makinave konvencionale ende mbështetet në parimin me të

cilin vegla duhet të bëhet nga një material që është më i forte sesa pjesa e punës që do të

përpunohet. Gjatë përpunimit me këto metoda konvencionale, operatorit i jepet vizatim i

pjesës së përfunduar. Operatori i makinës përcakton strategjinë e përpunimit, rregullon

makinën dhe zgjedh veglën, shpejtësinë dhe hapin prerës. Operatori manipulon dhe

kontrollon makinën gjatë përpunimit të pjesës e cila duhet ti plotëson kërkesat e parapara

në vizatim. Në rrethana të tilla, saktësia e produktit dhe cilësia e sipërfaqes nuk është e

kënaqshme, pasi varet nga shkathtësia e operatorit. Zhvillimi i mëtejshëm i këtyre

makinave konvencionale erdhi nga futja e teknikave të kopjimit, kamerave dhe

mekanizmave automatikë që reduktonin punën dhe rrjedhimisht ngritën saktësinë e

produktit.

Zbulimi i teknologjisë së kontrollit numerik (NC) në vitin 1953, gjerësisht hapi

dyert për kontrollin numerik kompjuterik (CNC) dhe kontrollin direkt numerik (DNC) të

qendrave përpunuese, të cilat kanë rritur saktësinë dhe uniformitetin e produktit.

Zhvillimet në proceset e përpunimit dhe makinave kanë vazhduar gjatë 50 viteve të fundit

për shkak të përmirësimeve të shpejta në industrinë elektronike dhe kompjuterike. Dizajne

të avansuara të makinave konvencionale kanë mundësuar prodhimin e formave të

ndërlikuara me një saktësi prej ± 1(μm). Në praktikën moderne gjithënjë e më shpesh

përpunohen, materialet më të forta dhe më të vështira për t'u prerë. Për këtë arsye, më

shumë vëmendje u kushtohet proceseve të përpunimit, ku vetitë mekanike të materialit të

pjesës punuese nuk vendosin asnjë kufizim në procesin e heqjes së materialit. Në këtë

drejtim, teknikat përpunimit jo-konvencional hyjnë në praktikë si një alternativë e

mundshme për përpunueshmërinë, kompleksitetin e formës, integritetin e sipërfaqes dhe

kërkesat e minimizimit.

Metodat e para të avancuara (jo-konvencionale) të përpunimit janë të iniciuara në

fund të shekullit XVIII, në vitin 1770. Shkenctari anglez Joseph Priestley është i pari që

vrojtoi dukurinë e shkatërrimit eroziv të metaleve gjatë veprimit të rrymës elektrike. Në

vendin e ndarjes së qarkut elektrik vie deri të shfaqja e shkëndijës elektrike ose harkut

elektrik. Edhe shkëndija edhe harku elektrik shkaktojnë shkatërrimin e metalit në zonën e

ndërprerjes së qarkut elektrik, përkatësisht shfaqjen e përpunimit elektroeroziv.

Hulumtimet me qëllim të evitimit të dëmshëm të efektit eroziv në vendin e kontaktit

elektrik, i kanë arritur çifti bashkëshortor i shkencëtarëve B.R dhe N.I Lazarenko (BRSS)

5

duke shfrytëzuar veprimin gjegjësisht efektin eroziv të shkarkimit elektrik, në vitin 1943

zhvillojnë metodën e përpunimit të metaleve me anë të elektroerozionit (EDM). Metodat

e para të përpunimit elektrokimik fillojnë që nga viti 1911, kur është aplikuar polirimi

elektrokimik i metaleve. Nga viti 1947 deri 1950 janë zhvilluar edhe metodat të tjera të

përpunimit elektrokimik, me zhvillimin e njëkohëshëm edhe të metodave të përpunimit

anodomekanik, anodoabraziv dhe metodave tjera të përpunimit jo-konvencional.

Bazat e laserit dhe parimet e tij fundamentale i ka parashtruar Albert Einstein, në

vitin 1917 ndërsa pajisja e parë laserike e destinuar për përpunimin e metaleve, matje dhe

kontroll të prodhimeve janë të zhvilluara në vitin 1961/62, në Bashkimin Sovjetik dhe

SHBA. Në vitin 1983 kanë filluar edhe hulumtime të rëndësishme të dukurive në zonën e

tensionit të lartë të shkarkimit të shkëndijës elektrike në mediumin e lëngët. Këto

hulumtime paraqesin fillet e zhvillimit të përpunimit elektrohidraulik. Metodat e

përpunimit elektrokimik (sidomos të korrodimit kontural kimik) janë të zbatura në

prodhimtari në vitet 1954/1955. Në ato vite në mënyrë shumë strikte janë parashtruar

kërkesat për zvogëlimin e peshës së konstruksionit, pa zvogëlimin e ngurtësisë dhe

stabilitetit të tij. Për qëllime të tilla në veçanti është efektiv përpunimi elektrokimik.

Prodhimtarinë në kushtet bashkëkohore e karakterizon zbatimi i gjerë i përpunimit me

ultratingull, përpunimit laserik, përpunimit me plazmë, përpunimit në fushën

elektromagnetike e ngjashëm. Këto janë metoda të cilat mundësojnë përpunimin e

materialeve me përpunushmëri të vështirë, ngritjen e nivelit të prodhueshmërisë dhe

ekonomicitetit të përpunimit të metaleve, dukshëm zgjerojnë zbatimin e materialeve të reja

dhe zhvillimin e konstruksioneve racionale dhe kompakte me gabarite shumë të vogla të

makinave, instrumenteve prerëse, pajisjeve etj. Teknikat inovative të përpunimit ose

modifikimet e metodave ekzistuese duke kombinuar proceset e ndryshme të përpunimit

ishin të nevojshme. Përpunimet e kombinuara (hibride) funksionojnë duke shfrytëzuar

avantazhet e proceseve të kombinuara ose reciprokisht të ndërthurura dhe duke shmangur

efektet negative të proceseve përbërëse kur ato aplikohen individualisht.

1.3 Proceset konvencionale prodhuese

Siç përshkruhet në standardin DIN 8580, proceset prodhuese klasifikohen në gjashtë grupe

kryesore: formësimi primar, deformimi, ndarja, bashkimi, shtresimi (veshja) dhe

modifikimi i karakteritikave të materialit Fig.1.1.

6

Figura 1.1 Klasifikimi i proceseve prodhuese sipas DIN 8580

Formësimi primar është krijimi i një forme fillestare nga shkrirja, gazi ose gjendje

e ngurtë pa formë. Ndarja është heqja lokale e materialit.

Bashkimi përfshin saldimin, ngjitjen, shkrirjen e materialeve. Ai prodhon nyje të

përhershme midis pjesëve që do të bashkohen. Përdoret kryesisht për të montuar shumë

pjesë për të bërë një sistem.

Shtresimi nënkupton aplikimin e shtresave të hollë në komponente, si për shembull

me galvanizim, pikturë dhe mbështjellje me fletë metalike.

Qëllimi i modifikimit të vetive të materiale është që të ndryshojë karakteristikat

materiale të pjesës së punës.

Pjesët e prodhuara me derdhje, deformim dhe proceset e ndryshme të formësimit shpesh

kërkojnë operacione të mëtejshme para se të jenë gati për përdorim ose montim. Në shumë

aplikacione inxhinierike, pjesët duhet të jenë të këmbyeshme në mënyrë që të funksionojnë

siç duhet dhe të kenë një besueshmëri gjatë jetëgjatësisë së shërbimit të tyre të pritur ;

kështu që kontrolli i saktësisë dimensionale dhe cilësisë së sipërfaqes të pjesë është e

nevojshme gjatë prodhimit.

Përpunimi përfshin heqjen e një sasie të materialit (shtesat e përpunimit) nga

materiali i pjesës punuese në mënyrë që të prodhojnë një gjeometri specifike në një shkallë

të caktuar të saktësisë dhe cilësisë së sipërfaqes.

Proceset (metodat) konvencionale paraqesin një familje të operacioneve formuese, veçoria

e përbashkët e të cilave është largimi i materialit nga pjesa e punës fillestare ashtu që

pjesa e mbetur me gjeometrinë e paraparë paraqet produktin përfundimtar.

Përpunimet konvencionale gjithashtu njihen edhe me emërtimin tradicionale, këto

përpunime kërkojnë praninë e një vegle prerëse fortësia e materialit të së cilës duhet të

jetë me madhe se ajo e materialit të copës punuese. Kjo vegël duhet të depërtoj në pjesën

7

e punës në një thellësi të caktuar. Gjithashtu, lëvizja relative midis veglës dhe materialit të

pjesës së punës është e domodoshme për formimin ose gjenerimin formës së kërkuar.

Mungesa e cilit do prej këtyre elementeve në çdo proces përpunimi; si mungesa e kontaktit

vegël-pjesë punuese ose lëvizjes relative procesin e bën jo-konvencional. Përpunimet

konvencionale sipas meknaizmit të veprimit mund të klasifikohen në; prerje dhe

mekanike abrazive (MA) Fig.1.2.

1.4 Proceset jo-konvencionale

Për shkak të konkurrencës globale dhe kërkesave të konsumatorëve, industritë prodhuese

vazhdimisht ballafaqohen me sfidat e kostos ekonomike, kohëzgjatjen e ofrimit të

produktit, kohëzgjatjen e ciklit të prodhmtarisë etj. Përpunimi i materialeve të reja

inxhinierike me vetitë e tyre të përmirësuara (termike, kimike dhe mekanike) me proceset

konvencionale të prerjes dhe abrazion mekanik është i vështirësuar, joekonomik, e shpesh

edhe i pamundur. Kjo është për shkak se përpunimi konvencional shpesh bazohet në

heqjen e materialit duke përdorur vegla prerëse që duhe të jenë më të forta se materiali i

pjesës së punës. Kjo kërkon edhe përsosjen e proceseve ekzistuese konvencionale,

zhvillimin e veglave prerëse të reja më kualitative dhe proceseve të ashtuquajtura procese

jo-konvencionale të përpunimit.

Për të zgjidhur kërkesat aktuale të prodhimit të materialeve të avancuara, metodat

e përpunimit jo-konvencionale tani po pranohen në mbarë botën për të ulur koston e

prodhimit dhe kontrollin efektiv mbi parametrat e përpunimit. Përpunimet jo-

konvencionale po përdoren gjerësisht në aplikimet industriale për kontroll të efektshëm

dhe përzgjedhjen optimale të parametrave të procesit gjatë përpunimit. Këto metoda luajnë

rol të rëndësishëm në prodhimet e industrisë së automobilave, të mbrojtjes dhe prodhimit

të stampave (matricave). Proceset jo-konvencionale të përpunimit janë procese tek të cilat

largimi i tepricës së materialit, ndryshimi i formës, dimensionit dhe strukturës së materialit

realizohet me shfrytëzimin e energjisë elektrike, kimike, optike, magnetike, nukleare dhe

formave tjera të energjisë të sjellura drejtpërdrejt në zonën e përpunimit.

8

Figura 1.2 Proceset me heqje të materialit

1.4.1 Karakteristikat themelore

Karakteristikat themelore të proceseve jo-konvencionale të përpunimit janë të kushtëzuara

me llojin në energjisë, mekanizmin për shkatërrimin e materialit, llojin e mediumit

transmetues dhe burimit të energjisë. Mirëpo, e padiskutueshme është që vendi dhe

rëndësia e metodave jo-konvencionale të përpunimit në teknikën dhe teknologjinë

bashkëkohore rrjedh si rezultat i ndikimit të një mori faktorëve më pak ose më shumë

relevant, e para së gjithash të:

Faktorët që lidhen me rritjen e shpejtësisë, ngarkesës dhe temperaturës së punës

së elementeve përgjegjëse të makinave dhe pajisjeve, rritjen e besueshmërisë së

punës dhe jetëgjatësisë, si dhe nomenklaturës së materialeve me specifikim të

kërkesave nga aspekti i karakteristikave. Plotësimi i këtyre kërkesave realizohet

me zbatimin e gjërë të çeliqeve me rezistencë të lartë, jo-koroduese, çeliqeve dhe

metaleve me legurime të larta, të gjysmë përçuesve (germaniumit dhe siliciumit

etj.), materialeve kompozite dhe materialeve tjera përpunueshmëria e të cilave

me metodat klasike është shpesh edhe i pamundur.

9

Faktorëve që lidhen me aplikimin më substancial të përpunimit me deformim,

derdhjen precize, e në veçanti me përdorimin gjithnjë më të madh të masave

plastike dhe prodhimeve të punuara prej tyre para së gjithash me metodat e

presimit. E gjithë kjo sjell deri te rritja e kërkesave në pikëpamje të kualitetit dhe

të saktësisë së përpunimit me farkëtim, derdhje, presim dhe me vegla të tjera me

konfiguracione të ndërlikuara, të cilat me vështirësi mund të punohen me metodat

mekanike të përpunimit.

Faktorëve e lidhur me nevojën e punimit të vrimave, kanaleve dhe të kanaleve të

profiluara me dimensione shumë të vogla, veçanërisht në vende me qasje

relativisht të vështirë.

Në gjitha rastet e lartpërmendura shfrytëzimi i proceseve jo-konvencionale të përpunimit

të metaleve është më efektiv dhe më efikas. Analiza e tyre tregon një mori karakteristikash

të përbashkëta të tyre, sikur që janë:

Pavarësia praktike e shpejtësisë së përpunimit, kualitetit të sipërfaqes së

përpunuar, produktivitetit dhe ekonomicitetit të përpunimit nga karakteristikat

mekanike të materialeve të detaleve që përpunohen (fortësia, shtalbësia dhe

qëndrueshmëria në këputje etj.), me përjashtim të metodës së përpunimit me

ultratingull-USM, tek e cila përpunueshmëria e materialit rritet me rritjen e

fortësisë dhe brishtësisë, ndërsa bie me rritjen e shtalbësisë së materialit.

Përderisa, karakteristkat fizike (përçueshmëria elektrike, përçueshmëria e

nxehtësisë…) ndikojnë në përpunueshmëri të materialit të copës punuese.

Mundësia e përpunimit të konfigurimeve të ndryshme drejtpërdrejt nëpër gjithë

sipërfaqen e detalit që përpunohet, me një lëvizje të thjeshtë të veglës. Me këtë

mundësohet përpunimi i produkteve me konfiguracion të ndërlikuar me makina

të një konstruksioni dhe lëvizje kinemtaike të thjeshtë.

Nuk ka nevojë për vegla me fortësi më të madhe se fortësia materialeve të

detaleve që përpunohen-nuk ka pykë prerëse Përafërsisht, tek të gjitha proceset

jo-konvencionale të përpunimit, presioni i veglës ose është i barabartë me zero

ose është shumë i vogël për shkak të mungesës së kontaktit dhe forcave mekanike

ndërmjet veglës dhe copës punuese, duke përjashtuar disa metoda të përpunimit

me ultratingull.

Zvogëlim i madh i shpenzimit – shkartit të materialit në krahasim me shpenzimet

gjatë përpunimit mekanik. Kjo është në veçanërisht e rëndësishme gjatë

10

përpunimit të materialeve shumë të shtrenjta (germaniumit, karbonit, rubinit,

kuarcit, diamantit e materialeve tjera monokristalore).

Saktësi e lartë e përpunimit, sidomos në rastet kur përpunimi me metodat klasike

është i vështirësuar ose i pamundur.

Mundësi e përpunimit të pjesërishëm të detaleve me gabarite të mëdha pa

shfrytëzimin e makinave me dimensione shumë të mëdha.

Mundësi të mëdha të automatizimit të plotë dhe mekanizimit të proceseve të

përpunimit, me realizimin e furnizimeve të shumëfishta.

Prodhueshmëri e lartë dhe rentabilitet, çka është sidomos e rëndësishme gjatë

punimit të metaleve me konfigurime të ndërlikuara nga materialet të çmuara ose

shumë të shtrenjta.

Përmirësim i dukshëm i kushteve të punës etj.

Shfaqja e metodave jo-konvencionale të përpunimit siguron mundësi dukshëm më të gjëra

të formimësimit gjegjësisht përpunimit me deformim të elementeve konstruktive të

makinave dhe mekanizmave, si nga pikëpamja e zgjedhjes së materialeve po ashtu edhe

nga konstruktimi i elementeve dhe makinave në tërësi (forma dhe dimensioni).

1.4.2 Klasifikimi i proceseve jo-konvencionale të përpunimit

Për të klasifikuar proceset (metodat) jo-konvencionale (jo-tradicionale, avancuara,) të

përpunimit, duhet kuptuar dhe analizuar dallimet dhe karakteristikat e ngjashme midis

proceseve konvencionale të përpunimit dhe proceseve jo-konvencionale të përpunimit.

Proceset konvencionale të përpunimit kryesisht heqin materialin në formën e ashklës duke

aplikuar forcë në materialin e punës me një vegël prerëse në formë pyke që është më e

fortë se materiali i pjesës punuese nën kushtet të caktuara të përpunimit.

Forca të tilla nxisin deformime plastike Brenda pjesës së punës që çojnë në deformime

prerëse përgjatë planit prerës dhe formimin e ashklës. Fig.1.3 përshkruan formimin e tillë

të ashklës me anë të deformimeve prererëse gjatë përpunimit konvencional.

Kështu, karakteristikat kryesore të përpunimit konvencional janë:

• Në përgjithësi formimi i ashklave makroskopike është pasojë e deformimit të

prerjes.

11

• Largimi i materialit bëhet për shkak të veprimit të forcave prerëse – fusha e

energjisë mund të klasifikohet si mekanike.

• Vegla e prerëse është më e fortëë se pjesa e punës në temperaturën e dhomës, si

dhe gjatë kushteve të përpunimit.

Nga ana tjetër proceset jo konovencionale të përpunimit dallohen me këto karakteristike:

• Largimi i materialit mund të ndodhë me formimin e ashklave ose edhe pa

formimin e ashklës. Për shembull, tek metoda e përpunimit me vrushkull abaziv

- AJM (Abrasive Jet Machining) , ashklat janë me përmasa mikroskopike dhe në

rastin e përpunimit elektrokimik heqja e materialit ndodh për shkak të shpërbërjes

elektro kimike në nivel atomik.

Figura 1.3 Deformimet elastike dhe plastike gjatë procesit të formimit të ashklës

• Tek metodat jo-konvencionale të përpunimit (MJKP), nuk është e domosdoshme

prania e një vegle fizike. Për shembull, gjatë përpunimit laserik, ndërsa tek

përpunimi elektro kimik- ECM (Electo Chemical Machining) një vegël fizike

është shumë e nevojshme për përpunim.

• Tek metodat jo-konvencionale të përpunimit (MJKP), vegla nuk duhet të jetë më

e fortë se materiali i pjesës së punës. Për shembull, tek përpunimi me elekto

erosion – EDM (Ekectro Discharge Machining), bakri përdoret si material vegle

për përpunimin e çeliqeve.

• Tek metodat jo-konvencionale të përpunimit (MJKP) jodomosdoshmërisht

përdoret energjia mekanike për të siguruar heqjen e materialit. Ato përdorin

forma të ndryshme energjie për të siguruar përpunimin. Për shembull, tek

përpunimi me ultratingull-USM (Ultra Soning Machining), përpunimi me

12

vrushkull abraziv – AJM, përpunimi me vrushkull uji – WJM (Water Jet

Machining) përdoret energjia mekanike për heqjen e materialit, ndërsa tek

përpunimi ECM shpërbërja shkaton heqjen e materialit.

Performanca dhe jetëgjatësia e veglës- elektrodes përmirësohet dukshëm gjatë përpunimit

të materialeve shumë të vështira për shkak të mos kontaktit të elektrodës me copën

punuese. Këto metoda të përpunimit përdorin lloj të ndryshëm të energjisë në mënyrë të

kontrolluar gjatë përpunimit. Këto teknika mund të jenë automatizuara dhe programuara

për fabrikimin e komponentëve komplekse.

Format komplekse dhe komponentët e brishtë gjithashtu mund të punohen me minimum

ndërhyrje njerëzore.

Këto procese jo-konvencionale të përpunimit mund të klasifikohen sipas numrit të

veprimeve të përpunimit (llojit të energjisë) të përfshira në heqjen e materialit nga pjesa e

punës dhe sipas kësaj këto mund të jenë;

me veprim të një lloji të energjisë dhe

me veprim të kombinuar (hibrid).

1.4.2.1 Proceset jo-konvencionale me një veprim përpunimi.

Për këto procese përdoret vetëm një veprim përpunimi për heqjen e materialit nga pjesa e

punës. Ato mund të klasifikohen sipas burimit të energjisë së përdorur për të gjeneruar një

veprim të tillë përpunimi: mekanike, termike, kimike, dhe elektrokimike Fig. 1.4.

Fig. 1.4 paraqet klasifikimin e proceseve jo-konvencionale të përpunimit në bazë të llojit

të energjisë të përfshirë në heqjen e materialit.

Figura 1.4 Klasifikimi i proceseve jo-konvencionale me një veprim përpunimi

Numri i madh i metodave të ndryshme mund të klasifikohet edhe sipas: llojit të energjisë

e cila shfrytëzohet, mekanizmave themelorë të cilët largojnë tepricën e materialit, llojit të

13

mediumit punues përkatësisht transmetues, llojit të burimit të energjisë dhe një mori të

karakteristikave më pak ose më shumë relevante të procesit të përpunimit Fig. 1.5.

1.4.2.1.1 Përpunimi mekanik

Heqja e materialit me anë të proceseve mekanike përfshin veprimin e prerjes, erozionit

dhe veprimin e gërryerjes (abrazionit). Mekanizmi i prerjes përfshin një veglë prerëse si

burim energjie dhe operacioni i përpunimit kryhet nga një kontakt fizik i drejtpërdrejtë i

elektrodës-veglës me copën punuese. Gjatë këtyre proceseve, gërryerja e materialit në

copën punuese shkaktohet nga shpejtësia e lartë rrjedhëse e grimcave gërryese ose e

lëngjeve. Gjatë përpunimin me ultratingul (USM) dhe përpunimit me vrushkull (fiskajë,

rrymë) të ujit (WJM), heqja e materialit ndodh për shkak të veprimit mekanik / abrazion

(MA). Mjetet (mediumet) e përpunimit janë grimcat e ngurta të suspeszuara në mediume

abrazive (suspensioni gërryes) në të parën, ndërsa në këtë të fundit përdoret lëngu me

presion të lartë. Aftësia prerëse e lëngjeve mund të rritet duke futur abraziv (gërryes) në

vrushkullin e fluidit si në rastin e procesit të përpunimit të ujit me abraziv (AWJM).

Klasifikimi dhe komponentët e ndërveprimit mekanik për proceset jo-konvencionale të

përpunimit janë treguar në Fig. 1.6.

Figura 1. 5 Metodat jo-konvencionale të përpunimit të renditura sipas karakteristikave themelore

14

1.4.2.1.2 Përpunimi termik

Përpunimi termik e heq matererialin e lejuar nga copa punuese nëprmjet të shkrirjes ose

avullimit. Shumë fenomene sekondare ndodhin gjatë përpunimeve të tilla si mikro thyerjet,

formësime- në zonat e prekura nga nxehtësia, zhvendosjet etj. Burimi i nxehtësisë që

kërkohet për heqjen e materialit mund të jetë plazma sikur rasti gjatë përpunimit me

shkakim elektrik EDM dhe përpunimit me plazmë PBM ose fotonet gjatë përpunimit me

laser LBM, elektronet tek përpunimi me tufë elktronesh EBM, jonet tek përpunimi jonik

IBM etj. Për secilin nga këto procese, mediumi përpunues është i ndryshëm. Derisa

shkarkimi elektronik ndodh në një lëng dielektrik tek EDM, tufa e joneve dhe rrezet laser

arrihen në vakum gjatë IBM dhe IBM siç tregohet në figurën 1.7.

1.4.2.1.3 Përpunimi kimik dhe elektrokimik

Këto procese përfshijnë heqjen e materialit me zhvendosje të joneve. Te këto procese,

proceset kimike përfshijnë heqjen e materialit me shpërbërje kimike (CD-Chemical

Dissolution) ndërsa proceset elektrokimike përdorin shpërbërjen elektrokimike për heqjen

e materialit (ECD-Electro Chemical Dissolution). Frezimi kimik (CHM-Chmical Milling)

dhe përpunimi fotokimik (PCM-Photo Chemical Machining) janë shembujt e përpunimit

kimik. Përpunimi elektrokimik (ECM) përdor veprimin e shpërbërjes elektrokimike për të

hequr materialin duke përdorur transferimin e joneve në një qelulë elektrolitike. Fig. 1.8

tregon klasifikimin e proceseve të përpunimit kimik dhe elektrokimik.

Figura 1.6 Klasifikimi dhe komponentët e ndërveprimit mekanik për proceset jo-konvencionale të përpunimit

15

Figura 1.7 Proceset jo-konvencionale termike

1.5 Proceset e kombinuara (Hibride)

1.5.1 Hyrje

Në industrinë e sotme prodhuese, operacione të ndryshme prodhuese përdoren gjerësisht

për prodhimin e produkteve për shumë sektorë industrialë. Këto procese përgjithësisht

njihen si përpunimi CNC, prodhimi aditiv (shtesë), proceset transformuese të tilla si

formësimi, operacionet e bashkimit dhe ndarjes, për shembull saldimi dhe sharritja.

Megjithatë, këto procese prodhuese kanë pengesat e tyre të natyrshme të cilat nuk mund

të eliminohen. Me fjalë të tjera, për shkak të kufizimeve të tyre teknologjike, ato nuk janë

gjithmonë të mundshme për prodhimin e komponenteve të ndryshme në aspektin e

gjeometrisë, dimensionit dhe fortësisë etj. Përpunimi CNC mund të ketë vështirësi në

punimin e formave komplekse për shkak të qasjes (aksesit) të instrumentit prerës.

Temperaturat e larta dhe konsumi i veglës janë konsiderata të tjera gjatë përpunimit të

materialeve të forta. Bazuar në problemet e përmendura më lart, prodhimi hibrid, i cili

mund të konsiderohet si kombinim i dy ose më shumë proceseve prodhuese, po bëhet

16

gjithnjë e më aktuale për hulumtuesit e prodhimit. Qëllimi i zhvillimit të këtyre proceseve

hibride është rritja e avantazheve të tyre ndërsa në të njëjtën kohë minimizohen

disavantazhet e tyre.

Figura 1.8 Proceset e përpunimit kimik dhe elektro-kimik

Kombinimi i përpunimit CNC dhe proceseve aditive mund të ofrojë një zgjidhje të re

substanciale për kufizimet e proceseve aditive për shkak të saktësisë së lartë dhe

shpejtësisë së përpunimit që ofrojnë proceset e përpunimit. Për më tepër, kombinimi i

ngrohjes me lazer dhe deformimit redukton kthimin elastik.

Integrimi i dridhjeve të shpimit me ultratingull mund të zvogëlojë forcën e prerjes dhe

shkallën e konsumimit të veglës.nPërfshirja e shpimit me lazer dhe ECM në mënyrë të

konsiderueshme largon shtresën e rishikimit dhe zonën e nxehtësisë. Nga kjo që u paraqitë

më lartë tregon se prodhimi hibrid ka një potencial të madh për rritje në aspektin e

prodhimit të pjesëve më komplekse me më shumë fleksibilitet dhe mbajtjen e saktësisë së

lartë në një kohë relativisht të shkurtër të prodhimit. Proceset hibride hapin rrugë të reja

kërkimi për rritjen e kapaciteteve të proceseve, duke minimizuar dobësitë e tyre dhe duke

zgjeruar fushat e aplikimit. Këtu do të klasifikohen proceset aktuale të prodhimit në

17

teknologji; qartësohen teknikat dhe termat e ndryshme të përdorura nga hulumtuesit;

përcaktohen, identifikohen dhe klasifikohen proceset prodhuese hibride.

1.5.2 Përkufizimet e proceseve hibride

Në këtë pjesë prezantohen shkurtimisht përkufizimet e proceseve hibride, si dhe termat e

tjerë 'hibridë' të lidhura nga hulumtuesit e tjerë në mënyrë që të sigurohet baza e proceseve

hibride. Është e njohur se prodhimet/proceset hibride janë një term i paqartë. Shumë

studiues e quajnë kombinimin e proceseve të ndryshme prodhuese si prodhim hibride ose

proceset hibride pa një përkufizim të saktë.

Nocioni “përpunimet hibride” mund të përshkruhet si kombinim i dy ose më shumë

procese përpunuese për të hequr një sasi të materialit. Edhe ky përkufizim shihet ende i

paqartë. Karakteristikat e performancës së proceseve të përpunimit hibrid duhet të jenë

shumë të ndryshme nga ato që janë karakteristike për proceset e komponentëve kur kryhen

veçmas. Kombinimi i operacioneve të përpunimit mund të konsiderohet ose në terma të

një metode hibride përpunimi, me të cilën dy ose më shumë procese përpunuese aplikohen

në mënyrë të pavarur në një makinë të vetme, ose në aspektin e një qasjeje të përpunimit

të asistuar, më shumë procese përdoren njëkohësisht.

'Procesi i përpunimit hibrid' përfaqëson kombinimin e dy ose më shumë proceseve të

përpunimit me 'mekanizma të veçantë të heqjes së materialit'.

‘Proces hibrid’ quhet një metodë, ku dy ose më shumë procese të heqjes së materialit

funksionojnë njëkohësisht.

1.5.3 Rëndësia e hulumtimit të proceseve hibride

Hulumtimi i procesve hibride ka fituar rëndësi të konsiderueshme si në radhët akademike

poashtu edhe në industri. Arsyet pse proceset hibride të prodhimit janë të nevojshme mund

të përmblidhen shkurtimisht në dy aspekte: (1) proceset konvencionale të prodhimit të cilat

kanë përparësi dhe disavantazhe; (2) disa nga produktet që duhet të prodhohen në ditët e

sotme nuk mund të prodhohen duke përdorur proceset prodhuese individuale

konvencionale ose me fjalë tjera, është më e arsyeshme të prodhohen ato produkte duke

përdorur proceset hybride në aspektin e mundësive të procesit, kohës së prodhimit dhe

shpenzimeve. Disa shembuj tipikë dhe përfaqësues janë përshkruar më poshtë.

-Shpimet e thella mekanike konvencionale të mikro-vrimave me punto të Inconel® 718

paraqesin një proces konsumues në raport me kohën. Një përmirësim i dukshëm në

aspektin e qarkullimit është vërejtur dhe është raportuar një rritje prej 50% e shklallës së

18

ashklës së larguar MRR (Material Remoëal Rate), gjatë përdorimit të procesit hibrid që

kombinon shpimin mekanik me lazer dhe vibrimet ultrasonike.

-Në anën tjetër, shtresa e mbuluar dhe spërkatja nuk mund të eliminohen plotësisht nëse

përdoret një proces individual i shpimit me rreze lazer. Kombinimi i shpimit me lazer dhe

ECM ofron një zgjidhje të mirë për të reduktuar dramatikisht shtresën e mbuluar.

-Në mënyrë që të rritet jetëgjatësia e veglave, të zvogëlohen forcat e prerjes dhe të arrihet

një kaulitet më i mirë sipërfaqësor gjatë frzeimit mekanik, tornimit dhe retifikimit të

materialeve të forta (p.sh. qeramika, çeliku të derdhur H 13, lidhjet me Ti dhe Ni dhe

Inconel® 718), aplikohet koncepti i përpunimit me ndihmës e ultrtingullit dhe përpunimi

mekanik të zgjatur termikisht.

Qëllimi fillestar i zhvillimit të proceseve prodhuese hibride është të sigurojë

përparësitë e proceseve përbërëse duke minimizuar disavantazhet e tyre të qenësishme.

Edhe pse ende nuk është formuar konsensusi specifik i përkufizimit të proceseve hibride,

zhvillimi i një koncepti hibrid po përhapet gjerësisht dhe është shpërndarë në shumë fusha

kërkimore. Përmirësimet teknologjike të proceseve jo-konvencionale të përpunimit mund

të arrihen duke kombinuar veprime të ndryshme fiziko-kimike në materialin që

përpunohet. Në veçanti, veprimet e përpunimeve jo-konvencionale si mekanike, termike

ose elektro-kimike mund të kombinohen me veprime mekanike të të përpunimeve

konvencionale. Për të kuptuar plotësisht mekanizmin e procesit të përpunimit hibrid të

bazuara në veprimin termik dhe mekanik, kërkohen njohuri të komponenteve të proceset

dhe parametrat të tyre.

1.5.4 Ndarja e proceseve hibride

Varësisht nga faza kryesore e përpunimit e përfshirë në heqjen e materialit, përpunimet

hibride mund të klasifikohen në:

procese hibride kimike dhe elektrokimike dhe

procese hibride termike.

1.5.4.1 Proceset hibride kimike dhe elektro-kimike

Në këtë familje të proceseve hibride të përpunimit, faza kryesore e largimit të materialeve

është ose zhvendosja kimike (CD) ose zhvendosja elektro-kimike (ECD). Një veprim i tillë

përpunimi mund të kombinohet me asistencë termike me ngrohja lokale në rastin e

përpunimit elektro-kimika me ndihmën e lazerit (ECML). Me fjalë të tjera, futja e veprimit

mekanik ndihmon fazën e përpunimit ECD gjatë retifikimit elektro-kimik (ECG) dhe

superfinishit elektro-kimike (ECS).

19

1.5.4.2 Proceset hibride termike

Në këtë rast largimi mekanizmi kryesor i largimit të materialit është termik. Kombinimi i

kësaj faze me fazën e zhvendosjes elektro-kimike (ECD), veprimit mekanik (MA) dhe

vibrimi ultrasonik (SHBA) gjeneron një familje të proceseve të veprimit të dyfishtë.

Përpunimet i trefish hibride gjithashtu është i arritshëm duke kombinuar fazën e erozionit

me shkarkim elektrik (EDE), veprimin e zvendosjes elektro-kimike (ECD), dhe veprimin

mekanik ( MA) gjate retifikimit (G). Një kombinim i tillë rritë shpejtësinë e heqjes së

materialit ( MRR) dhe cilësinë e sipërfaqes së përpunuar gjatë retifikimit me shkarkim

elektro-kimik (ECDG) dhe proceset e tjera hibride të paraqitura në Fig. 1.9.

Figura 1.9 Proceset hibride të përpunimi

20

Në tabelën 1.1 është paraqitur një klasifikim i zgjeruar i procesve përpunuese hibride sipas

burimit kryesor të nergjisë dhe kombinimeve të nergjisë.

Tab. 1. 1 Klasifikim i zgjeruar i procesve përpunuese hibride sipas

21

Kapitulli

2

Proceset e mekanike

2.1 Përpunimi me ultratingull

2.1.1. Bazat e procesit

Oscilimi i veglës me ultratingull mund të shfrytëzohet për heqjen e tepricës së materialit

(përpunimin dimensional) ose përmirësimin e efektivitetit të metodave të përpunimit

konvencionale dhe jo-konvencionale (përpunimi me prerje dhe deformim, elektrokimik,

elektroerozion, kimik dhe me metodat tjera të përpunimit). Në kushtet e prodhimtarisë

bashkëkohore metoda e përpunit me ultratingull (eng. Ultrasonic Machining-USM) Fig.

2.1.1, shfrytëzohen për punimin e prodhimeve të çfarëdo konfiguracioni, sidomos të

prodhimeve të punuara nga metalet e forta dhe super të forta (materialeve izoluese,

elementeve elektronike e ngjashëm), pastrimin, saldimin dhe ngjitjen etj.

Përpunimi me ultratingull është proces mekanik i përpunimit jo-konvencional tek i cili

shfrytëzohen kokërrizat e materialit abraziv Fig. 2.1.2 dhe Fig. 2.1.3, si vegël (instrument)

prerëse. Energjia e nevojshme për procesin e përpunimit formohet nëpërmjet burimit të

lëkundjeve (vibrimeve, oscilimeve) me frekuencë të lartë (1) që transmetohet nëpëmjet

transkuderit dhe veglës në kokërrizat abrazive (5), të cilat me goditjet e tyre në detalin që

përpunohet (6) sjellin deri te shkatërrimin e shtresave sipërfaqësore dhe formimin i

konfiguracionit të copës punuese në përputhje me konfiguracionin – profilin e veglës (3).

Intensiteti relativisht i lartë i procesit mundësohet me frekuencën e lartë të oscilimit prerës

(18-25 kHz) dhe me sasinë e lartë të materialit abraziv i cili gjendet në proces (30.000-

22

100.000 kokërriza/cm2). Me depërtimin e kokërrizave abrazive, nën veprimin e vibrimeve

të ultratingullit, në materialin e detalit që përpunohet vie deri te shfaqja dhe zgjerimi i

mikro-makro-çarjeve. Çarjet reciprokisht ndërthurren njëra me tjetrën duke formuar

shtresën e dobësuar mekanike. Me goditjet e mëtutjeshme të kokërrizave shtresa e

dobësuar relativisht lehtë shkatërrohet, me shfaqjen e produkteve (grimcave, mbetjeve) të

përpunimit të materialit të copës punuese të formave dhe madhësive të ndryshme).

Figura 2.1.1 Skema parimore e përpunimit me ultratingull

Lëvizje themelore në procesin e përpunimit janë: lëvizjet kryesore dhe lëvizjet ndihmëse.

Lëvizja kryesore ekzekutohet nga vegla prerëse prerëse, së bashku me burimin e vibrimeve

dhe paraqet lëvizje osciluese me frekuencë të lartë.

Fig. 2.1.2 Mekanizmi standard i përdorur në shumicën e makinave universale me ultratingull

23

Lëvizja ndihmëse e veglës prerëse ose e copës punuese, me presion përkatës të veglës ose

detalit që përpunohet, mundëson formimin gradual të thellimeve dhe kopjimin e formës së

pjesës punuese të veglës.

2.1.2 Esenca- fizka e procesit

Esenca e procesit të përpunimit me ultratingull është në heqjen e materialit me rrëshqitjen

– largimin e mikro thërrmijave nga sipërfaqja e detalit që përpunohet. Largimi pason me

goditjet e kokërrizave abrazive, të shkaktuar me veprimin e oscilimeve me ultratingull të

frekuencës 18 deri 25 kHz ndërsa në kushtet e prodhimtarisë bashkëkohore deri 2000

MHz, gjatë amplitudës relativisht të vogël të oscilimeve të instrumentit prerës (0,01-0,06

mm) dhe forcën e presionit të veglës prerëse përkatësisht të detalit që përpunohet 3,0-7,5

N.

Figura 2.1.3 Skema parimore e përpunimit me ultratingull me mënyra të ndryshme të furnizimit me suspension

abraziv

Është e rëndësishme të ceket që shumica e pajisjeve të ultratingullit punojnë në frekuenca

prej 0,1 deri në 25 MHz. Infatingulli përfshinë fushën e oscilimeve të padegjueshme

shumë të ngadalta. Ultratingulli fillon në kufirin e sipërm të zërit deri në 1010 Hz Fig. 2.1.4.

Figura 2.1.4 Fusha e frekuencave të infratingullit, tingullit dhe ultratingullit [45]

24

Vetë mekanizmi i heqjes së tepricës së materialit varet nga metoda e përpunimit me

ultratingull, ndërsa bazën e mekanizimit e përbën goditja e kokërrizave abrazive dhe

procesi i kavitacionit të fluidit në zonën e përpunimit. Me ndrydhjen e flukseve vie deri

tek likuidimi i tyre, me shfaqjen e presioneve të larta hidraulike dhe të shkatërrimit të

fuqishëm eroziv të materialit të detalit që përpunohet. Procesit i kavitacionit (shfaqja dhe

zhdukja e flluksave), me presion të lartë (mbi 1000 bar), përcillet edhe me shfaqjen e

shkarkimeve elektrike, me ç’rast muret e fluksave janë negativisht të elektrizuara, ndërsa

pikëzat e tretësirës-fluidit brenda flluskës, në mënyrë pozitive të elektrizuar. Rritja e

temperaturës së suspensionit sjell deri tek rritja e presionit të gazrave dhe avujve, Brenda

flluskës dhe rritjen e numrit se flluskave të elektrizuara.

Tek përpunimi me ultratingull me metodën e thithjes së suspensionit abraziv përkatësisht

me lëvizjen e detyruar të suspensionit, bazën e mekanizmit të shkatërrimit të materialit e

përbën numri tejet i madh i thërrmijave fluturuese të materialit abraziv dhe kavitacioni

shumë i theksuar i fluidit, i cili shkakton shkatërrimin eroziv të materialit.

Figura 2.1.5 Mekanizmi i shtatërrimit të materialit

Përpunimi me ultratingull i materialeve me shtalbësi më të madhe, në fazën fillestare,

përcillet me procesin e deformimit plastik dhe me fuqizimin gjegjësisht forcimin të

shtresave të shtresave sipërfaqësore. Gjatë goditjes të numrit të madh të kokërrizave të

forta të materialit abraziv nuk vie, deri të shkatërrimi por deri të fortësimi i shtresës

sipërfaqësore të materialit. Mirëpo, pas arritjes së fortësisë së caktuar të shtresës

sipërfaqësore, pason procesi i përpunimit me ultratingull dhe formësimi detalit që

25

përpunohet. Shpejtësia e përpunimit me ultratingull është e kufizuar me shpejtësinë e

fortësimit të shtresës sipërfaqësore dhe me intentizitetin e zhvillimit të kavitacionit.

2..1.3 Operacionet prodhuese të përpunimit me ultratingull

Përpunimi me ultratingull shfrytëzohet gjatë realizmit të një mori operacioneve prodhuese,

sikur që janë prerja, frezimi, tornimi, shpimi, retifikimi, punimi i filetave, punimi dhe

përpunimit i formave të konfiguracioneve të formave të ndërlikuara (gravimi i

instrumenteve, i veglave për farkëtim dhe presim) etj. Fig. 2.1.6. Përveç realizmit të

operacioneve prodhuese të cekura, metodat e ndryshme të ultratingullit shfrytëzohen edhe

për rritjen e efektivitetit të metodave tjera të përpunimit Fig. 2.1.6 dhe për ekzekutimin e

një mori operacionesh prodhuese etj., (saldim, ngjitje, testime të materialeve, identifikimin

dhe defektoskokopinë e parametrave të ndryshëm të procesit etj.) Rëndësi të veçantë kanë

metodat e përpunimit me ultratingull gjatë përpunimit të materialeve të ndryshme të forta

dhe të brishta, kur arrihen rezultate më të mira si në pikëpamje të kualitetit, po ashtu edhe

në pikëpamje të prodhueshmërisë së përpunimit. Në Fig. 2.1.7 është paraqitur klasifikimi

i metodave të ndryshme të përpunimit me ultratingull.

Figura 2.1.6 Operacionet prodhuese të përpunimit me ultratingull dhe pamjet e detaleve të përpunimit të

formuar me metodën e përpunimit me ultratingull

26

2.1.4 Parametrat e procesit

Në procesin e përpunimit, para se gjithash në intentizitetin i shkatërrimit të materialit dhe

treguesit tekno – ekonomik të procesit ndikojnë shumë parametra, sikur që janë: parametrat

e valës së ultratingullit, karakteristikat themelore të suspensionit, fuqia nominale

shndërruesit, karakteristikat e materialit të detalit që përpunohen, etj. Të gjitha këto janë

elemente të cilat drejtpërdrejt ndikojnë në treguesit themelor të procesit (shpejtësinë e

përpunimit , prodhueshmërinë, kualitetin dhe saktësinë së përpunimit. Gjatësia valore e

oscilimeve të ultratingullit varet nga shpejtësia e përhapjes së shpejtësisë së valës C (cm/s)

dhe frekuencës së oscilimit f (Hz) Fig. 2.1.8 [21]:

𝜆 = 𝐶/𝑓 [𝑐𝑚] (2.1.1)

ku; C- është shpejtësia e përhapjes së valës :

𝐶 = √𝐸

𝜌= 𝜆𝑓 [𝑚/𝑠]

(2.1.2)

Në trupat e ngurtë, përkatësisht në mjedis të lëngët (suspensioni abraziv).

𝐶 = √1

𝜌𝛽= 𝜆𝑓 [𝑚/𝑠]

(2.1.3)

Në shprehjet e mësipërme janë;

E (MPa) – moduli i elasticitetit të materialit të detalit që përpunohet,

Ρ (g/cm3) – dendësiteti i desperzionit të abraziv dhe

Β (cm2/N) – koeficienti i ngjeshjes së kokërrizave të materialit abraziv.

Duke njohur frekuencën rrethore të oscilimeve të valëve të ultratingullit:

𝜔 = 2𝜋𝑓 = [𝑟𝑎𝑑/𝑠] (2.1.4)

27

Figura 2.1.7 Klasifikimi i metodave të përpunimit me ultratingull

Figura 2.1.8 Karakteristikat themelore të suspensionit abraziv

Mund të definohen edhe karakteristika e tjera gjatësore-aksiale të valës së ultrtingullit:

amplituda e shpejtësisë së oscilimit:

𝐵 = 𝜔𝐴 = 2𝜋𝑓𝐴 = 1000√20𝐼

𝜌𝐶 [𝑚/𝑠] (2.1.5)

amplituda e shpejtimit (nxitimit):

𝐷 = 𝜔2𝐴 = 1000𝜔√20𝐼

𝜌𝐶 [𝑚/𝑠2] (2.1.6)

amplituda e presionit të tingullit në drejtim të përhapjes së valës:

𝑃 = 𝜌𝜔𝐴𝐶 [Mpa] (2.1.7)

dendësinë e energjisë së valëve:

𝐸 = 0,5 𝜌𝜔2A2 [W/cm3] ` (2.1.8)

28

sasinë e energjisë të valëve në njësi të kohës:

𝐼 = 𝐸𝐶 = 0,5 𝜌𝜔2CA2 [W/cm2] (2.1.9)

amplituda e oscilimit të valës së ultratingullit:

𝐴 =1000

𝜔√

20

𝜌𝐶 [𝑐𝑚] (2.1.10)

rezistenca e përhapjes së valës së ultratingullit në ambientin gjegjës:

𝜁 = 𝜌𝐶 =𝑃

𝜔Α [𝑀𝑝𝑎/𝑐𝑚] (2.1.11)

Shpejtësia e lëvizjes së veglës dhe copës punuese. Me përzgjedhjen adekuate dhe

përcaktimin i parametrave bazë gjatësor të valës së ultratingullit, krijohen kushtet për

llogaritjen e shpejtësisë kryesore:

𝑉0 =4𝑓𝐴

1000= (0,6 − 7) [𝑚/𝑠] (2.1.12)

Si dhe shpejtësisë maksimale:

𝑉0𝑚𝑎𝑥 =2𝜋𝑓𝐴

1000 [𝑚/𝑠] (2.1.13)

Shpejtësia e largimit të tepricës së materialit (shpejtësia e përpunimit) përcaktohet me

relacionin:

V= 𝐴2𝐹 [𝑚𝑚/𝑚𝑖𝑛] (2.1.14)

ku është:

F (N)- forca shypëse e veglës gjegj., copës punuese.

Me një seri hulumtimesh eksperimentale është përcaktuar varësia e shpejtësisë së

përpunimit nga një varg parametrave të tjerë të procesit e formës:

V= 𝐾0(𝐴2𝐹)𝛼𝐾𝑞𝑓 [𝑚𝑚/𝑚𝑖𝑛] (2.1.15)

ku janë;

29

Ko, α dhe q - konstanta dhe eksponent të varur nga vetitë mekanike të materialit

të copës punuese dhe K (%) – koncentrimi i abrazivit (kokrrizave të materialit gërryes) në

suspesionin abraziv.

Koha kryesore e përpunimit. Varësisht nga shpejtësia e prerjes dhe patametrave të

regjimit të përpunimit përcaktohen edhe karakteristika tjera të përpunimit me ultrtingull.

Koha kryesore (teknologjike) është:

𝑡𝑘=𝑍𝑚𝑎𝑥

𝑉 (𝑚𝑖𝑛) (2.16)

ku;

Zmax-shtesa maksimale e përpunimit (mm).

2.1.5 Suspensioni abraziv

Përbëhet nga përzierja e lëngjeve përkatëse, zakonisht ujit dhe kokërrizave të materialit

abraziv me përqendrim të caktuar. Përqendrimi varet nga fortësia e materialit të detalit që

përpunohet dhe e vështruar nga aspekti i peshor sillet, në kufijtë 20–40%, përkatësisht 20%

gjatë përpunimit me ultratingull me suspensionin abraziv nën presion. Lëngu mundëson

futjen e pandërprerë të materialit abraziv në boshllëkun punues dhe largimin e produkteve

të përpunimit, materialit abraziv të konsumuar dhe produkteve të konsumimit të veglës

prerëse, ftohjen e detalit që përpunohet dhe të veglës prerëse etj. Kjo do të thotë se

zgjedhja e fluidit Tab. 2.1.1 duhet të jetë rezultat i analizës dhe karakteristikave themelore,

sikur që janë: densiteti, viskoziteti, përçueshmëria termike, aftësia në lagien e instrumentit

prerës, detalit që përpunohet dhe të materialit abraziv etj.

Tabela 2.1.1 Indeksi relativ i prodhueshmërisë

Efektet më të mira, në pikëpamje të prodhueshmërisë dhe të karakteristikave themelore, i

mundëson uji, sepse uji mundëson bartjen me të mirë të kokërrizave abrazive dhe largimin

e produkteve të ndryshme nga zona e përpunimit. Parandalimi i korrozionit të elementeve

të procesit teknologjik arrihet duke shtuar inhibitor-in (frenues-ngadalsues) adekuat të

30

korrozionit (kryesisht 2% nitratit të natriumit), në veçanti në rastin e prurjes masive të

suspensionit abraziv në zonën e përpunimit.

2.1.5.1 Materiali abraziv. Si material abraziv shfrytëzohen materialet e ndryshme Tab.

2.1.2, karakteristikat themelore të të cilëve janë: fortësia dhe qëndrueshmëria e lartë gjatë

brishtësisë relativisht të ulët, aftësia e lartë prerëse (forma jo e rregullt me tehe të mprehta

në dimensione të ndryshme dhe drejtime të ndryshme), qëndrueshmëria në ngarkesat

goditëse – thyerje etj.

Tabela 2.1.2 Karakteristikat themelore të materialit abraziv

Si material abraziv zakonisht shfrytëzohet karbiti i silicit dhe karbiti i borit. Karbiti i borit

ka aftësi më të mira prerëse (intensitet të largimit të materialit të tepërt në njësi kohore).

Mirëpo është për 10 herë me i shtrenjtë. Për këtë arsye shfrytëzohet për përpunim me

ultratingull për materialet e forta, materialeve në radio teknik dhe në elektronikë e

ngjashëm, përkatësisht materialeve të forta dhe të qëndrueshme me shtalbësi të vogël. Për

përpunim të materialeve të brishta (qelqit, kuarcit, germaniumit, silicit) preferohet që të

shfrytëzohet karbiti silicit. I njëjti është dukshëm më i lirë dhe me pak e ndot ambientin

punues, mirëpo mundësinë punueshmëri më të ulët për 20-30% më të ulët.

2.1.6 Instalimi – pajisja punuese

Instalimi për përpunim me ultratingull Fig. 2.1.9 përbëhet nga disa elemente themelore e

ato janë: gjeneratori i vibrimeve të ultratingullit (1, i përbërë nga burimi i energjisë–2,

31

përforcuesi i vibrimeve ose oscilatori-3 si dhe transformatorit të vibrimeve - 4), sistemit të

lëvizjes ndihmëse (5) veglës prerëse (6) sistemit të qarkullimit të suspensionit abraziv (7)

dhe instalimeve themelore, makinës në kuptimin e ngushtë (8), e cila mundëson vendosjen

gjegjësisht montimin e elementit të instalimit dhe pranimit e detalit që përpunohet (9),

brenda govatës (10).

Makinat bashkëkohore për përpunim me ultratingull ndahen në statike dhe të lëvizshme

ose mobilie, ndërsa sipas destinimit në universale dhe të specializuara. Sipas fuqisë

instaluese makinat mund të jenë: me fuqi të vogël (20-200W), të mesme (250-1200W) dhe

fuqisë së madhe (1,5-4 kW).

Sipas numrit të operacioneve prodhuese përkatësisht pozicioneve të përpunimit ose numrit

të copave që përpunohen njëkohësisht, makinat mund të jenë një pozicionale ose speciale

dhe shumë pozicionale Fig. 2.1.10.

Figura 2.1.9 Skema parimore e pajisjes për përpunim me ultratingull

32

Figura 2.1.10 Paraqitja skematike e makines me një pozicion (a) dhe me shumë pozicione (b)

Karakteristikat eksploatuese themelore të makinës për përpunim me ultratingull janë:

sipërfaqja maksimale dhe thellësia e përpunimit, hapi maksimal i instrumentit prerës ose

detalit që përpunohet në drejtimin e lëvizjes kryesore dhe ndihmëse, dimensioni i tavolinës

punuese, fusha e ndërrimit të ngarkesave –forcave të presionit, karakteristikave e valës së

ultratingullit dhe fuqisë.

Vet parimi i punës së makinës qëndron në formimin e sinjalit elektrik të

frekuencës së ultratingullit, nga ana e burimit të energjisë (2). Me shndërrimin e tij në

vibrime mekanike të ultratingullit me ndihmën e transduktorit (3) dhe përforcuesin e

vibrimeve mekanike nëpërmjet sonotrodës (4). Vala e tillë e formuar e ultratingullit bartet

në instrumentin prerës (6) me çka, me futjen e suspensionit abraziv, janë krijuara kushtet

për realizimin e procesit të përpunimit Fig. 2.1.11.

2.1.6.1 Transduktori. Për formimin e lëvizjes oscilatore të veglës prerëse, me frekuencë të

ultratingullit shfrytëzohen tipe të ndryshme të transduktorëve (eng. transducer) ose

oscilatorëve Fig. 2.1.11.Transduktorët e shndërrojnë impulsin elektrik, të formuar nga

burimi i energjisë, në oscilime mekanike me amplitudë përkatëse dhe frekuencë të

ultratingullit (18 – 25 kHz e më shumë).

Elementet themelore të tyre janë: bërthama (1), rryma elektrike (2), mbështjella për

formimin e fushës magnetike (3), shtëpiza (4) me fluidin për ftohje (5) dhe sistemin e

lidhjes (6) të sonotrodës (7) dhe nëpërmjet saj veglën prerëse (8).

Tek punimi i oscilatorit zakonisht shfrytëzohet efekti “magnetostriktiv” efekti i Xhulit

(Joule), aftësitë e legurave fero magnetike që të ndërrojnë formën dhe dimensionet,

shkurtimin dhe zgjatimim, nën ndikimin e fushës alternative të ndryshueshme magnetike.

Me këtë krijohen kushtet për formimin e valës së ultratingullit të oscilimeve mekanike

me amplitudë relativisht të vogël (8–10 μm). Për këto arsye zakonisht shfrytëzohen

transduktorët-oscilatorët magnetostriktiv të punuar nga material të ndryshme fero

33

magnetike Tab. 2.1.3, bazën e të cilëve e përbëjnë një mori komponentësh të legurave të

hekurit, kobaltit, vanadiumit, aluminiumit, nikelit.

Figura 2.1.11 Paraqitja skematike e pamjes së transduktorit – oscilatorit

Tabela 2.1.3 Karaketristikat themelore të materialeve fero magnetike

34

2.1.6.2 Transfrmatori e oscilimeve-Sonotroda. Derisa sa transdukorët formojnë valën e

ultratingullit me amplitudë të pamjaftueshme, atëherë, për një përpunim të suksesshëm,

shfrytëzohen sonotrodat detyrë themelore e të cilave është transformimi i valës së formuar

në valë me amplitudë të oscilimeve 25-60 µm Fig. 2.1.12. Në rast të përgjithshëm,

sonotroda është shufër me seksion tërthor të ndryshueshëm. Pikërisht, kjo ndryshueshmëri

mundëson transformimin e amplitudës, kështu që karakteristika themelore e sonotrodës

është shkalla-koeficienti i përforcimit të amplitudës Fig. 2.1.13. Gjatë zgjedhjes së

materialit për punimin e sonotrodës duhet të kihen parasysh faktet se e njëjta punon në

kushtet e regjimit të ndryshueshëm alternativ të ngarkesave, me frekuencë jashtëzakonisht

të lartë të ndërrimit. Mu për këto arsye shfrytëzohet materiali me karakteristika mekanike

relativisht të mira, në veçanti me qëndrueshmëri ndaj lodhjes (C22, 41Cr41, 31CrMoV9 e

ngjashëm..., legurat e titanit etj.

Figura 2.1.12 Skena parimore dhe zgjedhja konstruktive e sonotrodës

35

Figura 2.1.13 Koeficienti i përforcimit të amplitudës së valës së ultratingullit

2.1.6.3 Vegla prerëse. Instrumenti prerës, zakonisht punohet se bashku me sontrodën dhe

gjatësia e tij i përgjigjet gjysmës se valës Fig. 2.1.12 dhe Fig. 2.1.14. Pjesa punuese e

instrumentit prerës (3) është ashtu e konstruktuar që akset e bërthamës se shndërruesit (1)

dhe transformuesit (2) kalojnë nëpër qendrën e rëndesës së konfiguracionit të veglës

prerëse (3).

Figura 2.1.14 Ndikimi i jo aksialitetit të bërthamës së shndërruesit, transformuesit dhe instrumentit në shfaqjen

e oscilimeve tërthore

Në të kundërtën vie deri tek shfaqja e oscilimeve tërthore të instrumentit prerës dhe të

zvogëlimi i theksueshëm i saktësisë së përpunimit. Sipas konstruksionit instrumentet

prerëse mund të jenë të pandryshueshme ose të ndryshueshme, një pozicionale dhe shumë

pozicionale Fig. 2.1.15 dhe ngjashëm. Forma pjesës punuese të instrumentit prerës i

36

përgjigjet formës së konfiguracionit të detalit që përpunohet, ndërsa definohet me

karakteristikën themelore të procesit, në veçanti, nga saktësia e kërkuar dhe kualiteti e

përpunimit. Kështu, p.sh.për zvogëlimin e konicitetit të vrimës, gjatë shpimit instrumenti

prerës punohet me pjerrtësinë 1:10 dhe fazetën 1-2 mm për përpunimin e njohshëm të

ashpër dhe të pastër të vrimave instrumenti ka formën s hkallëzore me ndryshim të

diametrit 0,5-1 mm, për prerje instrumenti punohet nga shumë pjesë, për të siguruar

largimin e sasisë sa më të vogël të materialit Fig. 2.1.15 etj.,varësisht nga destinimi. Forma

dhe dimensionet e instrumentit prerës përvetësohen varësisht nga forma dhe dimensionet

e detalit që përpunohen, shmangieve të lejuara të dimensioneve të detalit që përpunohet,

madhësisë së kokërrizave të materialit abraziv, saktësisë së përpunimit etj. Për përpunimin

e sipërfaqeve të jashtme dhe të brendshme cilindrike, p.sh, dimensionet e instrumentit

prerës Fig. 2.1.16 varen nga diametri i vrimës përkatësisht nga boshti i detalit që

përpunohet (d), shmangies së lejuar të dimensioneve të detalit që përpunohet (T) dhe

madhësisë së kokërrizave të detalit që përpunohet (Kz).

Për punimin e instrumentit prerës shfrytëzohen materialet e ndryshme (metalet e forta me

shtalbësi të lartë, mesingu, bronzi, llojet e ndryshme të çelikut të pa leguruar sipas DIN;

C22, C45, C60, çeliku karbonik për vegla etj.), karakteristikat themelore të të cilëve janë:

qëndrueshmëria ndaj goditjeve dhe konsumimit, shtalbësia e ngjashëm. Me zgjedhjen e

drejtë të materialit zvogëlohet intensiteti i konsumimit Tab. 2.1.4 dhe rritet saktësia e

formës gjithashtu edhe e dimensioneve të detalit që përpunohet.

Figura 2.1.15 Format e mundshme të instrumentit prerës për përpunim me ultratingull

37

Figura 2.1.16 Dimensionet e instrumentit prerës gjatë përpunimit me ultratingull

Vërehet se qëndrueshmëria e instrumentit prerës varet nga intensiteti i konsumimit dhe i

karakteristikave fizike-kimike të materialit të detalit që përpunohet dhe nga një mori të

faktorëve tjerë. Si kriter i konsumimit të instrumentit prerës shfrytëzohet vlera përkatëse e

parametrave të konsumimit, si për gjatësi po ashtu edhe për prerjen tërthore të instrumentit

prerës (konsumimi gjatësor dhe tërthor).

Tabela 2.1.4 Vlerat e parametrave të instrumentit prerës gjatë përpunimit me ultratingull

2.2 Përpunimi me rrymim abraziv

2.2.1 Hyrje

Gjatë përpunimit me rrymim abraziv (eng. Abrasive Jet Machining- AJM), grimcat

abrazive (gërryese) të Al2O3 ose SiC godasin materialin e copës punuese me një shpejtësi

të lartë. Rrymimi i grimcave gërryese bartet nëpërmjet një gazi ose ajri të thatë. Shpejtësia

38

e lartë e rrymimit të grimcave abrasive gjenerohet duke konvertuar energjinë e presionit

të gazit bartës ose ajrit në energjinë kinetike të tij dhe rrjedhimisht me shpejtësi të lartë.

Diza e drejton rrymimin e grimcave në mënyrë të kontrolluar mbi materialin e copës

punuese, ashtu që distanca midis grykës dhe pjesës së punës dhe këndit të goditjes të mund

të vendoset në mënyrën e dëshirueshme. Grimcat abrazive me shpejtësi të lartë e largojnë

materialin nga veprimi i mikro-prerjes si dhe nga thyerja e brishtë e materialit të punës.

Fig. 2.2.1 tregon në mënyrë skematke procesin e heqjes së materialit.

2.2.2 Sistemi përpunues

Në sistemin e përpunimit të treguar në Fig. 2.2.2, gazi furnizohet nën një presion prej 2

deri në 8 kg/cm2. Oksigjeni nuk duhet të përdoret kurrë sepse shkakton një reakcion kimik

të dhunshëm me ashklat e copës punuese ose materialin e abrazivit.

Figura 2.2.1 Terminologjia e përpunimit AJM

Pas filtrimit dhe rregullimit, gazi kalon nëpër një dhomën e përzierjes që përmban grimca

gërryese dhe vibron në 50 Hz. Nga dhoma e përzierjes, gazi, së bashku me grimcat

gërryese të marra (10-40 μm), kalon nëpërmjet një gryke prej metali të fortë- WC

(Wolfram Carbide) me diametër 0.45 mm Fig. 2.2.2.

Parametrat e procesit janë:

• Abrazivi

⎯ Materiali – Al2O

3 / SiC / sfera qelqi

⎯ Forma – e parregultt / sferike

⎯ Madhësia – 10 ~ 50 μm

⎯ Shpejtësia rrjedhëse e masës – 2 ~ 20 gm/min

39

Fig. 2.2.2 Ilustrimi skematiki i procesit me rrymim abraziv-AJM

• Gazi bartës

⎯ Përbërja – Air, CO2, N

2

⎯ Densiteti – Air ~ 1.3 kg/m3

⎯Shpejtësia – 500 ~ 700 m/s

⎯ Presioni – 2 ~ 10 bar

⎯ Shkalla e rrjedhjes – 5 ~ 30 l/min

• Rrymimi i abrazivit

⎯ Shpejtësia – 100 ~ 300 m/s

⎯ Raporti i përzierjes - raporti i rrjedhës së masës gërryese ndaj gazit-

Mabr/Mgaz

⎯ Distanca e grykës nga copa punuese – 0.5 ~ 5 mm

⎯ Këndi i vendosjes – 600

~ 900

• Diza (gryka)

⎯ Materiali – WC / Safir

⎯ Diametri – (i brendshëm) 0.2 ~ 0.8 mm

⎯ Jetëgjatësia – WC (12–30 h), safiri (300 h)

Karakteristikat e rëndësishme të përpunimit AJM janë:

• Shkalla e heqjes së materialit (MRR) mm3/min ose gm/min

• Saktësia e përpunimit: ±0.05 mm

• Ashpërsia e sipërfaqes:

- 0.15–0.2 µm (grimcat10-μm)

-0.4–0.8 μm (grimcat 25-μm)

-1.0–1.5 μm (grimcat 20-μm)

• Jetëgjatësia e grykës (dizes)

40

Fig. 2.2.3 paraqet efektin e disa parametrave të procesit në shkallën e largimit të materialit

MRR.

Fig. 2.2.3 Efekti i parametrave të përpunimit në MRR

2.2.2.1 Modelimi i shkallës së largimit të materialit

Siç u përmend më herët, heqja e materialit në AJM zhvillohet për shkak të thyerjes së

brishtë të materialit të punës për shkak të ndikimit të grimcave abrazive të shpejtësisë së

lartë. Gjatë përpunimit (AJM), teprica e materialit largohet nga ndikimi i erozionit i

shkaktuar nga goditja e grimcave pafundësisht të ngurta me sipërfaqen punuese.

Modelimi është bërë me supozimet e mëposhtme:

41

1) Lëndët gërryese janë të formës sferike dhe të ngurta. Grimcat karakterizohen

nga diametri mesatar i grimcave dg

2) Energjia kinetike e grimcave abrazive përdoret plotësisht në heqjen e

materialit

3) Në vlerësimin e shkallës së largimit të materialit (MRR) gjatë përpunimit

AJM, supozohet se për materialet e ductile (plastike), vëllimi i materialit të

hequr nga një ndikim i vetëm është i barabartë me vëllimin e gjurmës së

vetme; ndërsa për materialet e brishtë vëllimi i materialit të hequr nga një

goditje e vetme është e barabartë me vëllimin e kraterit hemisferik që ka

diametër të barabartë me gjatësinë e kordës të gjurmës Fig.2.2.4.

Fig.2.2.4 Paraqitja skematike e vëllimit të materialit të hequr nga materiali duktil dhe materialet i

brishtë me një ndikim të vetëm

Fig. 2.2.5 Interakcioni i grimcave abrazive me copën punuese

Në bazë të këtij supozimi, shprehja e MRR për përpunimin e materialeve duktile dhe të

brishtë mund të llogaritet sipas gjeometrisë së gjurmës nga fig.2.2.5: 2 2 2

2 2 2 2

2 2

2

2 2

2 2

g g

g g

g

AB AC BC

BC r AB AC

d dr

r d d

r d

(2.2.1)

42

Vëllimi i hequr i materialit të brishtë është volumi i kraterit hemisferik të ndikimit

dhe është dhënë nga:

3

232 2

3 3B gr d

(2.2.2)

Për materialin duktil (plastik), vëllimi i heqjes së materialit me impakt të vetëm është i

barabartë me vëllimin e gjurmës dhe shprehet si:

2

2

2 3 2

g g

D

d d

(2.2.3)

Energjia kinetike e një grimce të vetme gërryese jepet nga:

2 3 2 3 21 1. .

2 2 6 12g g g g g gK E m v d v d v

(2.2.4)

ku janë;

v- shpejtësia e grimcave abrazive

mg - masa vetanake e abrazivit

dg - diametri i grimcës

ρg – densiteti i grimcës

Materiali i copës punuese i nënshtrohet ndikimit të një force maksimale F që do të çonte

në një ulje të thellësisë së gjurmës 'δ'. Kështu, puna e bërë gjatë gjurmës së tillë është dhënë

nga:

1

2W F (2.2.5)

Duke konsideruar H si fortësinë ose forcën e rrjedhës së materialit të punës, forca e

ndikimit (F) mund të shprehet si:

2F r H (2.2.6)

F= sipërfaqja e gjurmës 𝑥 fortësia

ku,

r- rrezja e gjurmës

21 1

2 2W F r H (2.2.7)

43

Tani, siç supozohet se energjia kinetike (K.E) e abrzivit përdoret e tëra për heqjen

e materialit, atëherë puna e bërë barazohet me energjinë:

W=K.E (2.2.8)

(2.2.9)

(2.2.10)

(2.2.11)

(2.2.12)

(2.2.13)

Tani, MRR gjatë përpunimit AJM për materialet e brishta mund të shprehet si:

B B BMRR x Numri i veprimeve të abrazivit për sekond N (2.2.14)

(2.2.15)

gjegj.,

(2.2.16)

(2.2.17)

(2.2.18)

44

gjegj.,

(2.2.19)

me që; (2.2.20)

(2.2.21)

gjegj., (2.2.22)

(2.2.23)

(2.2.24)

(2.2.25)

Atëherë do të jetë:

(2.2.26)

(2.2.27)

2.2.2.2 Aplikimi:

Për shpimin e vrimave të formave të ndërlikuara në materiale të forta dhe të

brishta,

45

• Për përpunimin e materialeve të brishtë dhe të ndjeshme ndaj nxehtësisë

• AJM mund të përdoret për shpimin, prerjen, çarjen, pastrimin nga oksidimi

• Mikro-përpunimi i materialeve të brishtë.

2.2.2.3 Aftësitë e procesit:

• Materialet e aplikueshme: Zakonisht materialet e forta dhe të

brishtë, të tilla si çeliku inox, qelqi, qeramike etj.

• Rreze minimale qoshe: 100μm.

• Koniciteti: 1 - 5º.

• MRR: 10 - 50mm3 / min.

• thellësia maksimale e prerjes: 10mm (varet nga materiali).

• Thellësia minimale e prerjes: 1 - 2mm.

.1 Përparësitë e procesit AJM:

Mund të fitohet cilësia e sipërfaqes, në rendin e 50-200μm.

Është veçanërisht i përshtatshëm për përpunimin e materialeve të forta dhe të

brishta, të tilla si lidhjet e titan dhe germanium, qeramika etj., Të cilat zakonisht

kanë përpunueshmëri të dobët me përpunimin konvencional.

Meqenëse prodhimi i nxehtësisë është i papërfillshëm, materialet e ndjeshme

delikate ndaj nxehtësisë (si druri ose letra) mund të përpunohen në mënyrë efikase

nga AJM.

Procesi është i pavarur nga përçueshmëria elektrike ose termike e materialit të

punës.

Afiniteti kimik ose inertiteti i materialit të punës nuk është gjithashtu pengesë për

AJM.

Përgatitja e makinës nuk është shumë kushtueshme, dhe në të njëjtën kohë, është

mjaft e lehtë për të manipuluar dhe për tu mirëmbajtur.

Nuk ka nevojë për ndërrim të veglës.

Mund të përpunohen edhe pjesët e ndërlikuara të skajeve të mprehta.

Materialet e përpunuara nuk iu nënshtrohen sforcimeve shtesë.

Nuk kërkohet vrimë fillestare për fillimin e operacionit siç kërkohet

gjatë përpunimit me elektroerozion me tel (EDM).

Shfrytëzimi i materialit është i lartë.

Mund të përpunohen materiale të hollë.

46

2.2.2.5 Disavantazhet:

Shkalla e heqjes së materialeve është e ulët

Aplikimet e AJM janë të kufizuara vetëm në materialet e forta dhe të brishta.

Meqë grimcat gërryese futen në sipërfaqen e punës, kështu që nuk është e

përshtatshme për përpunimin e materialeve të buta, si bakri, goma, plastika etj.

Ndotja atmosferike dhe rreziqet e tjera shëndetësore (pluhuri i silicit).

Grimcat gërryese nuk mund të ripërdoren, kështu që rritet kostoja dhe humbjet.

Jetëgjatësia e grykësës është e shkurtër, hunda e metalit të fortë (WC) (çmimi

rreth $ 3/copë) mund të përdoret për 20-30 orë; ndërsa, diza e safirit (çmim rreth

$ 15/copë) mund të përdoret për 200-250 orë.

Koniciteti i vrimave më të thella është i pashmangshëm.

Devijimet gjatë prerjes nuk mund të shmangen (saktësia e ulët e ± 0.1 mm)

Zakonisht nuk mund të sigurohet cilësi e sipërfaqes nën 100μm,

e cila, në tregun e sotëm nuk është fare e mirë.

2.3 Përpunimi me rrymim uji dhe abraziv me rrymim uji

2.3.1 Hyrje

Përpunimi me rrymim uji (Water Jet Machining- WJM) dhe abraziv me rrymim uji

(Abrasive Water Jet Machining - AWJM) janë dy procese jo-tradicionale ose jo-

konvencionale të përpunimit. Ata i përkasin grupit të proceseve jo-konvencionale

mekanike. Te këto procese (WJM dhe AJWM), energjia mekanike e ujit dhe fazat gërryese

përdoren për të arritur largimin ose përpunimin e materialit. Përpunimi me rrymim uji

(WJM) dhe abraziv me rrymim uji (AWJM) mund të arrihen duke përdorur metoda dhe

qasje të ndryshme siç janë renditur më poshtë [33]:

• WJM – i pastër

• WJM - me stabilizues

• AWJM - trefazor - abraziv, ujë dhe ajër

47

• AWJM - dyfazor - abraziv dhe ujë

Sipas mënyrës së pompimit të fluidit WJM dhe AWJM mund të jenë:

-Me pompim të drejtpërdrejtë

- Me pompim jo të drejtpërdrejtë

- Me pompim anashkalues (Bypass

Megjithatë, në të gjitha variantet e proceseve, metodologjia bazë mbetet e njëjtë. Uji

pompohet me një presion mjaft të lartë, 200-400 MPa (2000-4000 bar) duke përdorur

teknologjinë e intensifikimit. Intensifikuesi punon në parimin e thjeshtë të amplifikimit të

presionit duke përdorur cilindra hidraulikë të seksioneve të kryqzuara, siç përdoret në "Jute

Bell Presses". Kur uji në një presion të tillë lëshohet përmes një grykë të përshtatshme

(përgjithësisht dia 0,2-0,4 mm), energjia potenciale e ujit konvertohet në energji kinetike,

duke dhënë një rrjedhje me shpejtësi të lartë (1000 m/s). Rrjedhja i tillë me shpejtësi të

lartë mund të përpunojë fletë të hollë / fletë prej alumini, prej lëkure, tekstili, ushqime të

ngrira etj.

Gjatë përpunimit WJM të pastër, uji komercialisht i pastër (uji i rubinetit)

përdoret për qëllime përpunimi. Sidoqoftë, me që ujit me shpejtësi të lartë shkarkohet nga

diza, rrymimi tenton të tërheqë ajrin atmosferik dhe të ulë zvogëlimin e aftësisë së prerjes.

Prandaj, shumë shpesh stabilizuesit (polimeret e gjatë zinxhiror) që pengojnë

fragmentimin e ujit shtohen në ujë.

Në përpunimin AWJM, grimcat gërryese si rëra (SiO2), rruaza qelqi shtohen në

ujin për të rritur aftësinë e prerjes së. AWJ janë kryesisht të dy llojeve - tipi trefazor dhe

dyfazor siç u përmend më herët. Në AWJM të trefazor, grimcat gërryese lejohen të hyjnë

në rrymën e ujit për të formuar një rrymim abraziv të ujit me shpejtësi domethënëse prej

800 m/s. Rrymimi i tillë abraziv me shpejtësisë të lartë mund të përpunojë pothuajse çdo

material. Fig. 2.3.1 tregon pamjen fotografike të një sistemi komercial të përpunimit CNC

me rrymim të ujit së bashku me pamje të ngushtë të kokës prerëse.

48

Fig. 2.3.1 Sistemi komercial CNC për përpunimin me rrymim të ujit (WJM) dhe kokat e prerjes

Aplikimi:

Aplikimet dhe materialet, të cilat përgjithësisht përpunohen duke përdorur WJM dhe

AWJM, jepen më poshtë:

• Largimi i bojës

• Pastrimi

• Prerja e materialeve të buta

• Prerja e mishit të ngrirë

• Tekstile, Industria e lëkurës

• Kirurgjia

• Farkëtim

• Prerje

• Frezim me xhepa

• Shpim

• Tornim

Materialet:

• Çeliqet

• Lidhjet me ngjyra

• Lidhjet Ti, Ni- lidhjeve

• Polimere

• Kompozitet e matricës metalike

• Kompozitet e matricës qeramike

• Betoni

• Guri - Granit

• Druri

• Plastikë e përforcuar

49

• Laminatet e polimerit metalik

• Laminatet e fibrave të metalit dhe qelqit

Aftësia prerëse e përpunimit me rrymim të ujit mund të përmirësohet në mënyrë drastike

duke shtuar grimca të mprehta dhe të forta në rrymimin e ujit. Kështu, përpunimi WJM

zakonisht përdoret për të prerë materialet e ashtuquajtura "të buta" dhe "të lehta për

përpunim", siç janë fletët e holla, lidhjet jo hekurore, druri, tekstilet, polimeret, mish të

ngrirë, lëkura etj., por fusha e materialeve "të vështira dhe vështirë-të përpunueshme " si

fletë të trasha prej çeliku, alumini dhe materiale të tjera komerciale, matricat metalike dhe

kompozite qeramike, plastika të përforcuara, kompozitet e shtresuara etj., janë të

rezervuara për AWJM.

Përvec prerjes (machining) jet me presion të lartë gjithashtu gjen aplikim në heqjen e bojës,

pastrimin, kirurgji, farkëtim për të hequr sforcimet e mbetura etj. AWJM gjithashtu mund

të përdoret përveç prerjes për frezim, tornim, shpim etj. Një nga fushat strategjike ku

AWJM robotik po gjen zbatim kritik është çmontimi i centraleve bërthamore.

Fig. 2.3.2 përshkruan një shembull tipik të AWJM, ku është përpunuar çeliku inox me

trashësi 50 mm. Fig. 2.3.3 tregon saktësinë e mundshme dhe saktësinë me AWJM. Disa

nga prodhuesit industrial pretendojnë se kanë përdorur me sukses AWJM në prodhimin e

formave të lira sipërfaqësore me frezim siç tregohet në faqen në vijim:

Përpunimi WJM dhe AWJM kanë disa funksione të dobishme, të cilat ndihmuan në arritjen

e depërtimit të rëndësishëm në industritë prodhuese.

• Vendosja dhe programimi jashtëzakonisht i shpejtë

• Vendosje shumë pak për shumicën e pjesëve

• Përpunimi i pothuajse çdo formë 2D në çdo material

• Forca anësore shumë të ulëta gjatë përpunimit

• Pothuajse aspak nxehtësi e gjeneruar në pjesën e punës

• Përpunimi i pllakave të trasha.

50

Fig. 2.3.2 Pllakat nga çeliku inox Fig. 2.3.3. Komponente të ndryshme inxhinierike të

e përpunuara me AWJM përpunuara me AVJM

2.3.2 Sistemi makinerik

Çdo sistem standard i përpunimit me rrymim të ujit abraziv (AWJM) duke përdorur

metodologjinë e përfshirë të AWJM përbëhet nga modulet e mëposhtme Fig. 2.3.4.

Fig. 2.3.4 Paraqitja skematike e përpunimit AWJM

Intensifikuesi (përforcuesi), i treguar në Fig. 2.3.5 është drejtuar nga një paketë hidraulike.

Bërthama e paketës së energjisë hidraulike është një pompë hidraulike e zhvendosjes

pozitive. Paketat e fuqisë në sistemet komerciale moderne kontrollohen shpesh nga

mikrokompjuterët për të arritur rritje të programuar të presionit etj.

Fig. 2.3.5 Paraqitja skematike e intensifkuesit

Pompa hidraulike e presionit të ulët e dërgon vajin hidraulik në intensifikues me një

presion të Ph. Raporti i seksionit tërthor të dy cilindrave në intensifikues është një raport

(A = A madh / A vogël). Kështu, amplifikimi i presionit do të ndodh në cilindrin e të vogël si

më poshtë.

51

(2.2.28)

(2.2.29)

(2.2.30)

Kështu, nëse presioni hidraulik është vendosur në 100 bar dhe raporti i zonës është 40, pë

= 100 x 40 = 4000 bar. Duke përdorur valvulën e kontrollit të drejtimit, intensifikuesi nxitet

nga njësia hidraulike. Uji mund të furnizohet drejtpërdrejt në cilindrin e vogël të

intensifikuesit ose mund të furnizohet përmes një pompe përforcuese, e cila në mënyrë

tipike e rrit presionin e ujit në 11 bar para se ta furnizojë atë me intensifikuesin. Nganjëherë

uji zbutet duke shtuar zbutësa të zinxhirit polimerik në “njësinë shtesë”

Kështu, ndërsa punon intensifikuesi, ai jep ujë me presion të lartë (fig. 2.3.6). Ndërsa

pistoni më i madh ndryshon drejtimin brenda intensifikuesit, do të kishte një rënie në

presionin e shpërndarjes. Për të kundërshtuar pika të tilla, një cilindër i trashë shtohet në

njësinë e shpërndarjes për të akomoduar ujin me presion të lartë. Ky quhet "akumulues" i

cili vepron si një "rrotë fluturuese" e një motori dhe minimizon luhatjet e presionit të ujit.

Uji me presion të lartë pastaj furnizohet nëpërmjet tubave të çelikut inox deri në kokën e

prerëse. Vlen të theksohet këtu që tubat e tillë duhet të mbajnë ujë në presion 400 bar (400

MPa) me fleksibilitet të theksuar. Koka prerëse përbëhet nga një grykë, një dhomë

përzierëse dhe një tub fokusues në të cilën formohet rrymimi i ujit dhe përzierja me grimca

gërryese për të formuar rrymimin abraziv të ujit.

Fig. 2.4. 6 paraqet një kokë prerëse skematike dhe të fotografuar. Diametri tipik i tubave

elastik çelik inox është 6 mm.

Fig. 2.3.6 Pamja skematike dhe foto e kokës prerëse

52

2.3.3 Suspensioni rrymues

Në përpunimin AWJM dyfazor, rrymimi i ujit gërryes, i cili vjen nga tubi fokusues ose

diza, mund të përdoret për të përpunuar materiale të ndryshme.

Gjatë përpunimit AWJM, rrymimi i ujit gërryes formohet krejt ndryshe. Ekzistojnë tri lloje

të ndryshme të formimit të rrymimit abraziv; e drejtpërdrejtë, indirekte dhe e anashkalimit

(Bypass). Fig. 2.3.7 tregon parimin e punës të sistemit të rrymimit abraziv AWJM. Në

suspensionin e përpunimit AWJM, përzierja e përformuar e ujit dhe grimcave gërryese

derdhet në një presion mjaft të lartë dhe ruhet në enë nën presion. Pastaj uji dhe gërryesi i

presionit të lartë të përzgjedhur lejohen të shkarkohen nga një grykë për të formuar një

rrymim të ujit gërryes.

Fig. 2.3.7 Paraqitja skematike e përpunimit-AWJM (Llojet e suspensionit)

53

2.3.4 Kolektorët

Edhe pasi rrymimi gërryes është përdorur për përpunim, ai mund të ketë nivele mjaft të

larta të energjisë në varësi të llojit të aplikimit. Një energji e tillë e lartë e rrymimit të ujit

abraziv duhet të “amortizohet” para se të dëmtojë ndonjë pjesë të makinës ose operatorit.

Kolektori (catcher) përdoret për të thithur energjinë e mbetur të AWJ dhe për të shpërndarë

të njëjtën. Fig. 2.3.8 tregon tre lloje të ndryshme të kolektorëve - bazenit të ujit, sfera çeliku

ose qeramike të zhytur dhe pllaka TiB2.

Fig. 2.3.8 Disa kolektor tipik

2.4 Përpunimi me rrymim akulli

2.4.1 Hyrje

Në procesin e përpunimin me rrymim të ujit abraziv (AWJM) grimcat abrazive si karabiti

i silicit (SiC) dhe oksidi i aluminit (Al2O3) përdoren për përpunim. Përpunimi me rrymim

të akullit (Ice Jet Machining-IJM) është derivat i procesit të përpunimit AWJM në të cilin

përdoren grimcat e akullit në vend të grimcave abrazive.

Mangësia kryesore e përpunimit me rrymim uji (WJM) është efikasiteti i ulët i transferimit

të energjisë në mes të rrymimit dhe pjesës së punës. Kjo prodhon shkallë të ulët të prerjes,

54

e cila e kufizon përdorimin e rrymimit të ujit për përpunimin e materialeve relativisht të

buta . Derisa, përpunimi me rrymim të ujit abraziv (AWJM) mund të përdoret për çdo

material inxhinierik.

Megjithatë, efikasiteti energjetik i përpunimit AWJM është ende i ulët. Përzierja e ujit dhe

lëndës abrazive e kufizon dukshëm diametrin minimal të rrymës që mund të përdoret.

Gjjatë përpunimit me rrymim të ujit abraziv (AWJM), mbeturinat e ujit janë shumë të larta,

pasi rryma e ujit përmban grimca abrazive. Për të ripërdorur ujin nevojitet një sistemin

shumë i komplikuar i pastrimit të tij. Ndërsa gjatë përpunimit me rrymim akulli (IJM),

akulli përdoret në vend të lëndës abrazive.

Teknologjia e rrymimit të akullit (Cryo Jet/Ice Jet – IJ) përdor grimcat e akullit të bëra nga

uji që vjen nga uji i rrjedhshëm ose sistemi i ujërave të ëmbla për të prerë materialin. Derisa

grimcat e akullit presin materialin, ato shkrihen dhe hyjnë në rezervuarin e ujit të makinës.

Uji nën presion që vepron si një rrymë prerëse mund të ri-përdoret, me filtrim

adekuat, pa patur nevojë për trajtim të tij duke krijuar një qark të mbyllur të ujit. Gjithashtu,

me përdorimin e teknologjisë AWJ prodhohen mbetje të ngurta që e ndotin mjedisin.

Ndërsa në krahasuar me AWJ, teknologjia IJ është miqësore me mjedisin.

2.4.2 Përshkrimi i procesit

Gjatë përpunimit me rrymim akulli (IJM), grimcat abrazive zëvendësohen nga grimcat e

akullit që formojnë rrymimin e akullit. Meqenëse fortësia e grimcave të akullit është më e

vogël se sa ajo e grimcave abrazive si SiC dhe Al2O3, priten norma më të ulëta të largimit

të materialit, krahasuar me përpunimin me rrymim të ujit abraziv (AWJM). Megjithatë,

reduktimi i kostos dhe ndikimi miqësor me mjedisin rrethues e bëjnë përpunimin me

rrymim akulli (IJM) edhe më të mirë. Përpunimi IJM përdoret në industrinë ushqimore

elektronike, mjekësore dhe hapësinore ku ndotja është e palejueshme.

Gjenerimi i grimcave të akullit bëhet sipas dy mënyrave:

1) Formimi i grimcave të akullit duke përdorur ngrirjen e rrymës së ujit (<500 μm)

Fig. 2.4.1 dhe

2) Futja e grimacave të akullit (>500 μm) në rrymën e ujit Fig. 2.4.2.

55

Fig. 2.4.1 Sistemi IJM me nënftohje të ujit nën presion

Fig 2.4.2 Grimcat e akullit “Cryogenic”

Në rastin e parë, grimcat e akullit gjenerohen ose nga nënftohja e ujit nën presion gjatë

kalimit nëpër këmbyesin e nxehtësisë (-15oC) ose me futjen gazit kriogjenik (azotit të

lëngshëm N2 me temperaturë -196 oC) drejtpërdrejt në rrymën e ujit, Fig. 2.4.1.

Përgjithësisht, lëngjet kriogjenike e kanë pikën e vlimit në presionin atmosferik rreth -

150oC ose edhe më ulët.Në rastin e dytë, kubzat e akullit prodhohen nga një gjenerator i

akullit para përzierjes së tij me rrymën e ujit fig.2.4.3.

Fig. 2.4.4 tregon gjenerimin e akullit duke futur azotin e lëngshëm në pikat e ujit të

atomizuar. Temperatura e azotit të lëngët është -196 oC. Ndërsa uji vjen në kontakt me

56

azotin e lëngshëm, ai konvertohet në grimca akulli, i cili mblidhet në rezervuarin e

magazinimit ku ftohet edhe më tej dhe dergohet në bluarsin e akullit. Pasi i shtohet CO2 i

ngurtë për të parandaluar shkrirjen e akullit të grimcuar, ai hidhe në rrymën e ujit në

kokën prerëse të pajisjes për përpunim me rrymim akulli (IJM).

Fig. 2.4.3 Paraqitja skematike e përpunimit IJM

Përparësitë. Përpunimi me rrymim të grimcave të akullit (IJM) ofron deri në 40% më

shumë largim të biomaterialit në krahasim me procesin e thjeshtë me rrymim uji (WJM).

Prandaj, mund të jetë e zbatueshme në prerjen primare të trupave të mishit dhe të kockave

në therrtore.

Fig. 2.4.4 Procesi i gjenerimi i grimcave të akullitbrenda rezervoarit “Cryo” para futjes në rrymin e ujit

57

Procesi mund të ketë gjithashtu përdorim në prerjen e ushqimeve të ngrira dhe të buta.

Këto efekte të përmirësuara higjienike mund të arrihen në presione shumë më të ulta të ujit

sesa kërkohet në prerjen e materialeve të inxhinierike. Produktet ushqimore dëmtohen nga

prerja me frimca akulli. Prerja e indeve të njeriut dhe të tjera nga gërryeset jo-tradicional

të përfshira në proceset e me rrymim uji, gjithashtu po bëhen të rëndësishme. Disavantazhi

i përpunimit me rrymim akulli është kostoja e lartë e pajisjeve. Kostoja më e lartë është

ajo e pompë sintensifikues me fuqi të lartë. Nëse presionet e ulëta të nevojshme për

biomateriale më të buta ulin akom këtë kosto.

2.5 Përpunimi final abraziv magnetik

2.5.1 Hyrje

Polirimi me me asistim të fushës magnetike është një proces jo-konvencional në të cilin

forcat e përpunimit kontrollohen nga një fushë magnetike. Në përputhje me këtë, polirimi

përfundimtar arrihet pa patur nevojë për makina përpunuese tepër të shtrenjta, të ngurta,

ultraprecise dhe pa gabime duke inkorporuar elementet magnetike të nevojshme të

polirimit në makinat ekzisuese.

Ekzistojnë dy lloje të polirimit me asistim të fushës magnetike: përpunimi abraziv

magnetik (Magnetic Abrasive Finishing-MAF), e cila përdor një “furçë” të lëmuar

magnetike për përpunim përfundimtar, dhe polirim magnetik notues (fluid retifikues

magnetik), i cili përdor lëngun magnetik që është një shpërndarje koloidale e nëndomenit

të grimcave magnetike në një bartës të lëngshëm me lëndë gërryese (abrazive).

2.5.2 Sistemi përpunues

Në figurën 2.5.1 është paraqitja skematike e aparaturës MAF. Copë punuese cilindrike

është përforcuar në kokën e bushtit punues që siguron lëvizje rrotulluese. Copa punuese

mund të jetë një material magnetik (çelik) ose jo-magnetik (qeramikë) nëpër të cilët

kalojnë linjat e fushës magnetike.Lëvizja osciluese aksiale vo në fushën magnetike

realizohet nëpërmjet levizjes osciluese të poleve magnetike në raport me copën punuese.

Përzierja e imët abrazive ferromagnetike futet ndërmjet copës punuese dhe kokave

magnetike ku procesin e përpunimit final e realizon fusha magnetike. Zakonisht madhësitë

tipike të konglomerateve magnetike gërryese janë 50 deri në 100 mikron dhe lëndës

gërryese janë të rangut 1 deri në 10 mikronë.

58

Fig. 2.5.1 Paraqitja skematike e përpunimit final abraziv magnetik [49]

Gjatë përpunimit të materiale jo-magnetike, lëndët gërryese magnetike lidhin

njëra-tjetrën magnetikisht midis poleve magnetike N dhe S përgjatë linjave të forcave

magnetike, duke formuar brusha gërryese fleksibël magnetike. Për të arrihtur një

qarkullimi uniform të abrzazivit, lënda abrazive magnetike në mënyrë periodike përzihet.

2.5.3 Polirimi elekromagnetik

Përpunimi në fushën elektromagnetike (polirimi elektromagnetik) siguron heqjen e

shtresës së hollë (trashësia 5-30 μm) dhe përmirësimin e kualitetit (cilësisë) paraparak të

përpunimit. Përfshinë disa operacione prodhuese të tilla si superfinishi, honingimi,

retifikimin e instrumenteve prerëse të komplikuara si puntot etj. Tek polirimi në fushën

elektro-magnetike (Fig.2.5.2), copa punuese dhe materiali i imët abrziv me veti

ferromagnetike, ndodhen ndërmjet poleve të elektromegantit. Me lëvizjen rrotulluese dhe

oscilatore të copës punuese vie dhe poleve të elektromagnetit vie deri prerja e vijave të

fushës elektromagnetike dhe lëvizja e grimacave abrazive.

Fig.2.5.2 Paraqitja skematike e përpunimi final abraziv

59

Me lëvizjen e grimcave abrazive dhe goditjen e tyre në sipërfaqen e copës punuese vie deri

te largimi i shtresës së tepërt të materialit dhe krijimi i një sipërfaqe të kualitet shumë të

lartë të përpunimit. Përveç lëvizjes rrotulluese dhe oscilatore, shfytëzohet edhe lëvizja

aksiale (gjatësore) drejtvizore. Lëvizjen kryesore rrotulluese, për rreth të aksit vetanak,

zakonisht e realizon copa punuese, ndërsa lëvizjen ndihmëse aksiale dhe oscilatore copa

punues ose polet e elektromagnetit.

Sipas të gjitha skemave të përunimit elektromagnetik, fusha magnetike e luan rolin e

lidhësit, duke krijuar nga grimcat e veçanta të pluhurit abraziv një instrument (vegël)

elastik dhe forcën e nevojshme prerëse me të cilën pluhuri abraziv realizon procesin

prerjes së materialit. Përpunimi në fushën elektromgnetike realizohet me aplikimin e

domosdoshëm të mjeteve për ftohje, me çka parandalohet saldimi (ngjitja) e metalit të

shkrirë dhe sipërfaqes së përpunuarsi dhe sigurohet rritja e fortësisë së shtresave

sipërfaqësore. Energjia mikro-elektrike (e indukuar gjatë procesit të përpunimit) ) jo

vetëm që çon në shtimin e largimit të materialit, por edhe në forcimin e shtresave

sipërfaqesore dhe krijimin e shtresave sipërfaqësore me karakteristika të reja fiziko-

kimike dhe rritjen e rezistencës ndaj konsumit

2.5.4 Operacionet prodhuese dhe parametrat e përpunimit

Varësisht nga regjimi i përpunimit dhe vlerave themelore të fushës magnetike, procese i

përpunimit elektromagnetik mund të merrë karakter të përpunimit final me instrument të

ngurtë (retifikim, polirim, superfinish, honingim,miko-honongim ose përpunim final me

rrymim abraziv (Abrasive Jet Machining-AJM). Gjatë operacioneve prodhuese të polirimit

realizohet një largim intensiv i materialit të tepërt (mikro- jo rrafshirave), rritja e kualitetit

dhe saktësisë së përpunimit (8-10) herë zvoglohet valëzimi, rritja e fortësisë,

qëndrueshmërisë kontaktuese dhe qëndrueshmërisë ndaj lodhjes, ulje të konsiderueshme

të vlerave të sforcimeve të shfaqura para polirimit si dhe uljen e përmbajtjes së austenitit

të mbetur në shtresat sipërfaqësore të copës punuese.

Në procesin e përpunimt ndikimin më të madh e ka numri i rrutullimeve të copës punuese

(shpejtësia e lëvizjes rrotulluese), frekuenca e oscilimit, amplitude e oscilimit, tensioni i

fushës magnetike dhe karakteristikat elektromagnetike të të copës punuese dhe pluhurit

abraziv. Përpunimi final në fushën elektromagnetike përdoret për përpunimin e pjesëve të

cfarëdo dimensioni dhe forme gjeometrike, prej materialeve magnetike dhe jomagnetike.

Megjithatë, metoda përdoret më së shpeshti për përpunim final të sipërfaqeve planare,

cilindrike të jashstne dhe të brendshme, të zakonshme dhe komplikuara si psh.,

instrumenteve metalprerëse me gjeometri të komlikuar-gjatë pregaditjes së teheve prerëse

të puntove spirale Fig. 2.5.3.

60

Fig. 2.5.3 Metodat e pregaditjes së teheve prerëse të puntove spirale

Në Fig. 2.5.4 është paraqitur pamja e smadhuar e kualitetit të përpunimit të teheve prerëse

të puntove spirale me retifikim dhe me përpunim abrziv magnetik, ndërsa në Fig. 2.5.5)

dhe Fig. 2.5.6) janë paraqitur pamja dhe konfigurimi i makinës me unaza koaksiale të

poleve magnetike për polirim të puntove spirale si dhe koncepti i ri i sistemit të përpunimit

abrazivo magnetik.

Aplikimi i përpunimit abrazivo-magnetik për përpunimin e puntove spirale i ofron këto

përparësi:

përmirësimin i cilësisë së teheve prerëse të puntove prerjes stërvitje dhe të gjitha

sipërfaqeve

gjenerimi i riprodhueshmërisë së tehut prerës nëpërmjet përshtatjeve mikro-

gjeometrike.

realizimi i mikrostrukturimit dhe përmirësimi i sipërfaqes me vetëm me një kalim

(hap) të procesit

rritja e stabilitetit të prerjes dhe teheve prerëse

rritja e jetë gjatësisë së puntove të pa veshura deri në 87%, dhe

(rritja rreth 2 herë e jetë gjatësisë së puntove të veshura).

Fig.2.5.4 Kualiteti i përpunimit me retifikim dhe abrziv magnetik

61

Fig. 2.5.5 Pamja dhe konfigurimi i makinës për përpunim abrzaiv magnetik

Fig. 2.5.6 Koncepti i sistemit të ri abrazivo-magnetik

2.5.5 Treguesit tekniko-ekonomik të procesit

Prodhueshmëria, kualiteti dhe saktësia e përpunimit tek përpunimi në fushën magnetike

janë funksioni i drejtpërdrejtë i parametrave bazë (regjimit të përpunimit: shpejtësisë së

prerjes v, shpejtësia së levizjes ndihmëse vn, shpejtësisë osciluese vo, amplitudës dhe

frekuencës së oscilimit, induksionit magnetik, madhësisë së boshllëkut punues dhe

kohëzgjatjes së procesit). Shkalla e ndikimit të parametrave të përpunimit është e

ndryshme. Shpejtësia e prerjes- e rrotullimit e copës punuese përcakton mekanikën e

procesit dhe rrjedhën e e fenomeneve elektro-magnetike dhe elektro-mekanike.

Me rritjen e saj rritet edhe rruga e prerjes, për periudhën e njëjtë të kohës, që do të thotë se

rritja e shpejtësisë çon në rritjen e produktivitetit. Por, produktiviteti rrritet deri në një vlerë

të caktuar, e mandej bie. Kjo nuk shpjegohet vetëm nga fakti i kontaktit të kokrrave

62

gërryese dhe copës punuese është më i shkurtër, por edhe të fenomeneve dhe proceseve të

shumta fizike që ndodhin në zonën e përpunimit.

Ndikimi kryesor i shpejtësisë osciluese (lëkundëse, vibruese) pasqyrohet në faktin se

lëvizshmëria e kokrrave gërryese në zonën e përpunimit kushtëzohet nga vlera e saj. Në

varësi të vlerës së shpejtësisë së lëkundjes, parandalohet ose jo përputhja e trajektores së

kokrrizave gërryese dhe drejtimit të lugjeve dhe brigjeve të tjera në sipërfaqe, të krijuara

nga përpunimi paraprak. Shpejtësia e lëvizjes ndihmëse siguron ndryshimin e zonës së

kontaktit ndërmjet copës punuese dhe abrazivit (rrjedhja e vazhdueshme e procesit) dhe

ajo siguron edhe presionin e nevojshëm shtesë të pluhurit abraziv në zonën e përpunimit.

Kjo krijon kushte për rritjen e depërtimit të thellësisë të pluhurit abraziv në drejtimin e

vektorit të shpejtësisë së prerjes.

Amplituda e osciluese nuk ka një efekt të rëndësishëm në procesin e përpunimit. Me

zvogëlimin e saj, dhe rritjen e frekuencës së lëkundjes është e mundur të sigurohet lëvizje

intensive e kokrrizave gërryese. Induksioni magnetik ka një ndikim të madh në ngurtësinë

dhe lidhjen e masës gërryese në një tërësi dhe është një faktor themelor i procesit. Vlera e

induksionit në kufijtë 0.8-1,2 T (Tesla) siguron efektet më të mira dhe dhe lëvizshmërinë

e lartë të kokrrizave gërryese.Madhësia e boshllëkut punues, vlera minimale e të cilit

duhet të jetë mbi madhësinë e kokrrave gërryese, përcakton sasinë dhe ngurtësinë e masës

gërryes-magnetike. Me zvoglimin e madhësisë së bashllëkut punues vie deri te rritje e

ngurtësisë së masës gërryese.

Ndikimi i kohës së përpunimit është shumë i rëndësishëm dhe kompleks. Duke rritur kohën

e përpunimit lajmërohet rritja e sasisë së kokrrizave gërryese në sipërfaqen e përpunimit,

por edhe një sërë mikro dhe makro-procesesh me karakter mekanik, elektromagnetik dhe

elektrokimik. Treguesit bazë të përpunimit elektromagnetik varen nga një numër faktorësh

të tjerë, siç janë: materiali i përpunimit, llojit të materialit gërryes dhe imtësisë së tij,

përmbajtja e komponentit magnetik në përzierjen ferro-magnetike dhe kështu me radhë.

Të gjitha këto janë faktorë që tregojnënë kompleksitetin e procesit dhe drejtimin e qasjes

adekuate në çështjet e testimit dhe futjen e përpunimit elektromagnetik në prodhimtari.

2.5.6 Pluhuri abraziv

Karakteristikat themelore të pluhurit janë induksioni i lartë magnetik, depërtimi magnetik,

aftësisia prerëse, rezistenca ndaj konsumimit, përçueshmëri termike të mirë dhe stabilitet

kimik, me rezistencë të ulët në përçueshmërinë e rrymës elektrike. Për prodhimtarinë

63

serike dhe masive, aplikohet pluhuri dy komponentësh i fituar me metalurgjinë e pluhurit,

dmth. sinterim. Produktivitetin më të mirë e siguron pluhuri me bazë hekuri dhe shtesë të

titanit ose elektro korundit. Efektiviteti i procesit të përpunimit elektromagnetik në masë

të rëndësishëm varet nga aftësitë magnetike dhe prerëse, mikro-fortësia dhe fuqisë lidhëse

të komponentes magnetike dhe pluhurit gërryes. Ndikim thelbësor ka, po ashtu, përbërja,

forma e grimcave, aktiviteti kimik, teknologjiia e prodhimit dhe çmimi i pluhurit.

2.5.7 Pajisja për përpunim elektromagnetik

Procesit të përpunimit elektro-magnetik, mund t'i nënshtrohen produkte me dimensione të

vogla të punuara nga materialet si diamanti, para-magnetike dhe ferromagnetike,

konfigurime të ndryshme me sipërfaqe rrotulluese, formë e thjeshtë dhe komplekse.

Instalimi themelor përmban disa sisteme; magnetike, mekanike, elektrike dhe sistemet e

ftohjes dhe lubrifikimit Fig. 2.5.7.

Fig. 2.5.7 Skema e pajisjes për polirim elektromagnetik

Në Fig. 2.5.8 është paraqitur përgatitja e teheve prerëse me pluhur magnetik nëpërmjet

robotëve manipulues gjatë prodhimit serik të puntove spirale.

64

Fig. 2.5.7 Paraqija skematike dhe pamja e robotit për përgatitjen e teheve prerëse të puntove spirale

65

Kapitulli

3

Proceset e bazuara në energjinë

kimike dhe elektrokimike

3.1 Përpunimi kimik

3.1.1 Bazat e procesit

Përpunimi kimik (Chemical Machining - CM) paraqet shpërbërjen e kontrolluar të

materialit të pjesës së punës (gravurë) me anë të një reagensi të fortë kimik (kemikati).

Gjatë përpunimit kimik (CM) materiali largohet nga zonat e përzgjedhura të copës

punuese duke e zhytur atë në një reagentë kimikë; të tilla si acide dhe solucione alkaline.

Heqja dhe largimi i tepricës së materialit është rezultat i reakcioneve kimike dhe

elektrokimike kimike të copës punuese dhe tretjes (materies shpërbërëse) pa veprimin e

enegjisë elektrike të jashtme.Varësisht nga lloji i materialit të coës punuese dhe tretjes

zhvillohen një seri reaksionesh qëllimi përfundimtar i të cilëve është largimit i materialit

të tepërt. Metodat kimike përdoren për përpunimin e lidhjeve të aluminit dhe magneziumit,

metaleve me ngjyra, çelikut, titanit, lidhjet e bakrit, beriliumit dhe lidhjeve të tjera metalike

me qëllim, mbi të gjitha, reduktimin e masës totale të copës punuese, pa zvoglimin e

karakteristikave mekanike. Procesi përdoret për të prodhuar xhepa dhe kontura si dhe për

të hequr materialin nga pjesët (detalet) që kanë raport të lartë në mes ngurtësisë dhe peshës.

Pëpunimi kimik (CHM) përbëhet nga 4 hapa faza karakteristike:

3 Përgatitja dhe pastrimi i sipërfaqes së pjesës së punës. Kjo siguron ngjitje

(athezion) të mirë të materialit maskues dhe siguron mungesën e ndotësve

(papstërtive) që mund të ndërhyjnë në procesin e përpunimit.

4 Maskimi (vendosja e shtreave mbrojtëse) duke përdorur një maskë

66

lehtësisht të largueshme, e cila është kimikisht e rezistueshme (impregnuar) dhe

mjaftueshëm e ngjitur për t’i qëndruar konsumit kimik gjatë gravimit.

5 Shënimi i shabllonit të maskës, për të zbuluar që duhet ti ekspozohen

përpunimit kimik. Lloji i maskës së zgjedhur varet nga madhësia e pjesës së

punës, numri i pjesëve që duhet të punohen dhe mënyra e dëshiruar e çmontimit

të detajeve. Maskat e mëndafshta preferohen për përpunime finale të cilat

kërkojnë toleranca të vogla dimensionale.

6 Copa punuese pastaj gravohet dhe shpërlahet, dhe i hiqet maska

Para se pjesa të përfundohet. Gjatë përpunimit kimik Fig. 3.1.1, thellësia e gravimit

kontrollohet nga koha e zhytjes. Për t’iu shmangur përpunimin e pabarabartë, kimikatet që

godasin sipërfaqet përpunuese duhet të jenë të freskëta. Kimikatet e përdorura janë shumë

korrozive dhe prandaj duhet të trajtohen me masa adekuate të sigurisë.

Fig. 3.1.1 Paraqitja skematike e pajisje për përpunim kimik

Të dy avujt dhe rrjedhjet duhet të kontrollohen në mënyrë të përshtatshme për mbrojtjen e

mjedisit. Turbulencat e copës punuese dhe lëngut janë të zakonshëm; megjithatë, rrjedha

e tepruar e tretjes mund të rezultojë në kanalizimin, kanale, apo të çara. Pjerrtësimi i copës

punuese mund të parandalojë rrjedhjen në kanalizim nga flluskat e gazit. Bellows-i (1977)

dhe Manuals Handbook (1989) njoftojnë se në sipërfaqes e përpunuar ndodh shpërndarje

e pabarabartë e nxehtësisë që rezulton nga veprimi kimik.

Temperaturat e zakonshme të reagentit shkojnë nga 37 në 85 ° C. Shkalla më e shpejtë e

gravimit ndodh në temperature më të larta, por duhet të kontrollohet brenda ± 5 ° C të

temperaturës së dëshiruarnë mënyrë që të arrihet një përpunim uniform. Kur përdoret

maska, veprimi i përpunimit vazhdon si nga brenda vrimës së maskës dhe në anën e pasme

të maskës duke krijuar kështu faktorin e gravuar të paraqitur në Fig. 3.1.2. Faktori i

gravimit është raporti i prejes nga poshtë d me thellësinë e gravimit T. Ky raport duhet të

merret parasysh gjatë përgatijes së shablonit të maskës. Një faktor tipik i gravimit prej 1:

1 ndodh gjatë një thellësie prerëse prej 1.27 mm. Prerjet më të thella mund ta ulin këtë

67

raport në 1: 3. Rrezja e filetit të prodhuar do të jetë përafërsisht e barabartë me thellësinë

e gravimit. Për përpunim të njëkohshëm të pjesëve të shumta, përdoren shpesh rafte ose

pajisje manipulimi për të lehtësuar zhytjen e pjesëve të punës në reagensin kimik dhe për

shpëlarje të mëvonshme.

Pas shpëlarjes së kimikateve nga pjesa e punës, demaskimi realizohet në mënyrë

manuale (duar), me brushë mekanike, ose pastrim kimik. Disa kimikate largohen nga film

i ndotur në sipërfaqen e përpunuar, nëpërmjet kimikateve të tjerë ose shpesh edhe me

brusha mekanike. Përpunimi kimik (CHM) nuk do të eliminojë parregullsitë sipërfaqësore,

lugjet, gërvishtjet, ose valëzimet. Nëpërmjet hapave të njëpasnjëshëm të heqjes së maskës

dhe zhytjes siç tregohet në Fig. 3.1.3 mund të arrihen prerje shkallzëore. Prerjet konike

Fig. 3.1.4 mund të prodhohen gjithashtu prodhuar pa e maskuar copën punuese duke

kontrolluar thellësinë dhe shpejtësinë e zhytjes ose tërheqjes dhe numrin e zhytjeve. Pjesë

konike të vazhdueshme, madje si 0,060 mm/mm për alumin dhe 0.010 mm/mm për lidhjet

e çelikut, janë përpunuar në prodhim (Metals Handbook, 1989).

Fig. 3.1.2 Faktori i gravimit pas përpunimit kimik

68

Fig. 3.1.3 Prerja e konturës me përpunim kimik

3.1.2 Mjetet për përpunim kimik

Mjetet për përpunim kimik janë relativisht të lira dhe të thjeshta për t'u modifikuar. Katër

lloje të ndryshme të mjeteve nevojiten: maskuesit, kemikatet, shablloni dhe pajisjet.

Fig. 3.4 Përpunimi konik dhe i shakllëzuar kimik

69

3.1.2.1 Maskuesit. Maskuesit përdoren përgjithësisht për të mbrojtur pjesët e copës

punuese ku veprimi kimik (Chemical Dissolution-CD) nuk është i nevojshëm. Zakonisht,

si material bazë përdoren sintetika ose gome. Tabela 3.1 tregon maskuesit e ndryshëm dhe

kemikatet për disa materiale së bashku me shkallën dhe faktorin e gravimit (gdhendjes).

Maskuesit duhet, megjithatë, të posedojnë vetitë e mëposhtme:

1. Të jenë mjaft të qëndrueshëm gjatë manipulimit

2. Të ngjiten mirë në sipërfaqen e pjesës së punës

3. Të shënohen dhe prehen me lehtësi

4. Të jenë rerzistente ndaj kemikateve të përdorura

3.1.2.2 Kemikatet

Kemikatet (reagensat, gravuesit) shih Tab. 3.1 janë acidi ose alkaline të ruajtura brenda

një game të kontrolluar të përbërjes kimike dhe temperaturës. Synimet kryesore teknike të

tyre janë të arrijnë sa vijon:

Cilësi të mirë të sipërfaqes

Uniformitet gjatë heqjes së metaleve

Kontrollin e veprimit selektiv dhe intergranular

Kontrollin e thithjes së hidrogjenit në rastin e lidhjeve të titanit

Mirëmbajtja e sigurisë personale

Çmimi më i mirë dhe besueshmëria për materialet që do të përdoren në

ndërtim e rezervuarit të procesit

Ruajtja e cilësisë së ajrit dhe shmangia e problemeve të mundshme

70

mjedisore.

Kostoja e ulët për njësi të masës së shpërbërë

Aftësia për rigjenerimin e kemikateve dhe / ose neutralizimin e lehtë dhe

shkatërrim të produkteve të mbeturinave.

3.1.2.3 Shenuesit e shablloneve

Shenuesit e shablloneve përdoren për të përcaktuar fushat për ekspozim ndaj veprimit të

përpunimit kimik. Më e zakonshme Metoda më e zakonshme e shenimit të pjesëve të punës

është prerja e maskës me një thikë të mprehtë në mënyrë të kujdesshme të maskës nga

zonat e zgjedhura. Linjat e vizatimit ose modelet e metalit ose tekstil me fije qelqi

udhëzojnë procesin e shenimit. Faktori i kompensimit të gravimit duhet të përfshihet në

çdo metodë të përdorur për opreacionin e shenimit. Fig. 3.1.5 tregon kontrollimin numerik

(NC) të lazerit për shenimin (skrimin) e maskës për CHM të një sipërfaqe të madhe

relativisht .

Fig.3.1.5 Prerja me laser e maskës për përpunim kimik

71

3.2 Përpunimi elektrokimik

3.2.1 Hyrje

Përpunimi elektrokimik (Electrochemical Machining- ECM) është një proces modern i

përpunimit që mbështetet në heqjen e atomeve të pjesëve të punës me anë të shpërbërjes

elektrokimike (Electrochemical Dissolution-ECD) në përputhje me parimet e Faraday

(1833). Gusseff-i paraqiti patentën e parë mbi ECM në vitin 1929, dhe zhvillimi i parë i

rëndësishëm ndodhi në vitet e 1950-ta, kur përdoret procesi përpunimit të lidhjeve të forta

dhe të rezistencës ndaj nxehtësisë.

3.2.2 Parimet e elektrolizës

Elektroliza ndodh kur rryma elektrike kalon midis dy elektrodave të zhytura në një tretje

elektroliti. Sistemi i elektrodave dhe elektoliti emërohen si qelulë elektrolitike.

Reakcionet kimike, të cilat ndodhin në elektroda, njihen si reakcione anodike ose katodike.

Shpërbërja elektrike (ED) nga copa punuese (anoda) formon bazën e përpunimit

elektrokimik të metaleve. Sasia e metalit të tretur (të hequr nga përpunimi) ose i depozituar

llogaritet nga ligjet e Faraday të elektrolizës, të cilat thonë se:

1. Sasia e masës së tretur (shpërbër) m, është në proporcional të drejtë me sasinë e

energjisë elektrike:

𝑚 ∝ 𝐼𝑡 (3.2.1)

2. Sasia e substancave të ndryshme të tretura m, me të njëjtën sasi të energjisë

elektrike (It) është proporcional me ekuivalentin kimik të peshave të substancave

ε.

𝑚 ∝ 𝜀 (3.2.2)

dhe;

𝜀 =𝐴

𝑍 (3.2.3)

ku;

I - rryma elektrolizuese, A

t - koha e përpunimit, min

𝜀 - ekuivalenti kimik i peshave, g

A - pesha atomike

Z - Valenca e copës punues

72

3.2.3 Teoria e përpunimit elektrokimik

Përpunimi elektrokimik përdor rrymën e vazhdueshme (Direct Current-DC) me një

densitet të lartë prej 0.5 deri 5 A / mm2 dhe një të ulët tensionit prej 10 deri 30 V, Fig.3.2.1.

Rryma e përpunimit kalon nëpër tretjen elektrolitike që mbush hapsirën midis copës

punuese (anoda) dhe një vegle paraprakisht të përgatitur (katoda).

Fig. 3.2.1 Paraqitja skematike e procesit ECM

Elektroliti është i detyruar të rrjedhë përmes hapësirës ndërmjet elektrodave me shpejtësi

të lartë, zakonisht më shumë se 5 m/s, për të intensifikuar transferimin i masës dhe

ngarkesës përmes nënshtresës afër anodës. Me lëvizjen intensive të elektrolitit mundësohet

largimi i produkteve të tretjes anodike nga zona e përpunimit dhe kopjimi i profilit të

katodës në sipërfaqen e anodës, stabiliteti dhe prodhueshmëri e lartë e përpunimit, largim

i nxehtësisë dhe vlerave përkatëse të parametrave të treguesve të tjerë të procesit Fig .3.2.2.

Fig. 3.2.2 Formësimi i copes punuese gjatë përpunimit elekrokimki- ECM

73

McGeough (1988) pohon se kur zbatohet një ndryshim potencial nëpër elektroda, disa

reakcione të mund të ndodhin në anodë dhe katodë. Fig. 3.2.3 ilustron reakcionin e

shpërbërjes së hekurit në tretjen e natrium klorurit (NaCl) si elektrolit. Rezultati i disocimit

të elektrolitit dhe tretjes NaCl sjell deri:

(3.2.1)

Fig. 3.2.3 Rekacionet elektrokimike gjatë përpunimit elektrokimik të hekurit

Anionet e ngarkuara negativisht OH- dhe Cl- lëvizin drejt anodës, dhe kationet e ngarkuar

pozitivisht të H+ dhe Na+ drejtohen në katodë.

Në anodw, Fe ndryshon në Fe++ duke humbur dy elektrone:

(3.2.2)

Në katodë, reagimi përfshin gjenerimin e gazit të hidrogjenit dhe

jonet hidrokside:

(3.2.3)

2 222e eF H O F OH H (3.2.4)

Hidroksidi i hekurit mund të reagojë më tej me ujë dhe oksigjen për t'u formuar hidroksidi

I hekurit, Fe (OH)3:

2 22 34 2 4e eF OH H O O F OH (3.2.5)

Me këtë kombinim metali-elektrolit, elektroliza ka implikuar shpërbërja e hekurit, nga

anoda, dhe gjenerimi i hidrogjenit, në katodë (McGeough, 1974).

74

3.2.4 Llojet e përpunimit ECM

Në vartësi nga mënyra e realizimit të përpunimit dallohen dy përpunime:

1. Përpunimi ECM me elektrodë të formësuar (elektroda të lëvizshme dhe të

palëvizshme) Fig. 3.2.4.

2. Përpunimi ECM pa elektrodë të formësuar (përpunimi ECM i sipërfaqeve)

Fig. 2.3.4 Forma të ndryshme të elektrodave

Varësisht nga parametrat e regjimit të përpunimit dallojnë dy metoda tjera të përpunimit

ECM:

1. Përpunimi gjatë parametrave të përpunimit (shpejtësia e lëvizjes së

instrumentit, tensioni, presioni i elektrolitit etj. ) konstant (me rritje graduale të vogël) )

dhe

2. Parametrave të përpunimit të ndryshueshëm (periodik ose impulsiv).

Numri i madh i materialeve konstruktive në mënyrë të shkëlqyer përpunohet me metodat

e përpunimit ECM me makinat me parametrat konstant ose parametra gradualisht të

ndryshueshëm të regjimit të përpunimit. Mirëpo, në disa raste sikur që është përpunimi i

çelikut jo korodues dhe të materialeve tjera me përpunueshmëri shumë të vështirë, më e

përshtatshme është të shfrytëzohet metodat përpunimit gjatë parametrave të ndryshueshëm

të regjimit të përpunimit, e më së shpeshti gjatë ndryshimit impulsiv të tensionit.

Kohëzgjatja e impulsit sillet në kufijtë prej 0,01 – 0,4 s. Regjimi i impulsiv i punimit

mundëson zvogëlimin e shpejtësisë së qarkullimit të elektrolitit, thjeshtëzimin e zgjidhjes

konstruktive të makinës dhe sistemit të qarkullimit të elektrolitit, përmirësimin e kualitetit

të përpunimit (zvogëlimin e ashpërsisë) e ngjashme, sidomos gjatë përpunimit të çeliqeve

karbonike me strukturë martensite.

75

3.2.5 Operacionet prodhuese

Përpunimi elektrokimik shfrytëzohet për punimin e pjesëve me konfiguracione të

ndërlikuara dhe me brishtësi të vogël, përpunimin e sipërfaqeve jo lehtë të arritshme dhe

materialeve me kualitete shumë të larta, të prirura për shfaqjen e çarjeve gjegjësisht

plasaritjeve (silici, germaniumi, beriliumi, etj), si dhe realizimin e një mori operacioneve

tjera prodhuese (me gabarite te vogla, mesme dhe të mëdha me saktësi edhe deri 0.05mm)

Fig. 3.2.5.

Fig. 3.2.5 Paraqitja skematike e përpunimit elektrokimik të lopatave të turbines

76

Fig. 3.2.6: (a) lopata e turbinës, (b) kanale të hollë, (c) disku i kompresorit

Në figurën 3.2.6 janë paraqitur pjesë tipike të bëra nga përpunim elektrokimik: (a) lopata

e turbinës e bërë nga aliazhi i nikelit me 360 HB, forma e elektrodësështë paraqitur në

anën e djathtë; (b) kanale të hollë në një kafaz çeliku – 4340 që mban rula; (c) fletët ajrore

(krihët) integruese në një disk kompresori. Ndërsa në figurën 3.2.7 dhe 3.2.8 janë treguar

paraqitja skematike e operacionit të retifikimit dhe operacioni i tornimit gjatë përpunimit

elektrokimik.

Fig. 3.2.7 Paraqitja skematike 3D i operacionit të retifikimit elektrokimik

77

3.2.6 Parametrat e regjimit të përpunimit

Parametrat themelor të regjimit të përpunimit definohen me: dendësitetin e rrymës

elektrike (njëtrajtshmëria e së cilës paraqet supozimin bazë për zhvillimin e drejtë të

procesit), tensionin i cili mund të jetë konstant ose i ndryshueshëm – impulsiv me

kohëzgjatje të impulsit prej 0,01 – 0,04 sec, me fuqinë e rrymës elektrike, me boshllëkun

në mes të elektrodave, presionin , shpejtësinë e lëvizjes, rrjedhjen dhe temperaturën e

elektrolitit dhe shpejtësinë e lëvizjes ndihmëse të elektrodave. Parametrat themelor të

qarkut t elektrik janë:

- dendësiteti i rrymës elektrike:

(3.2.6)

- rezistenca elektrike e elektrolitit:

(3.2.7)

-fuqia e rrymës elektrike:

(3.2.8)

Ku janë :

U (V) – tensioni në skajet e elektrodave,

Ke (1/ohm mm) – përçueshmëria specifike elektrike e elektrolitit,

(mm) – boshllëku në mes të elektrodave dhe

A (mm2)- sipërfaqja e detalit që përpunohet, e cila merr pjesë në proces.

-Shpejtësia e largimit të materialit (e tretjes), ndryshimeve të dimensionit të

detalit që përpunohet ose lëvizjes së instrumentit prerës është:

(3.2.9)

-Prodhueshmëria vëllimore speficike proporcionale Km dhe dendësiteti i rrymës

elektrike, varet nga vlerat e tensionit, boshllëkut në mes të elektrodave, fuqisë së rrymës

elektrike dhe sipërfaqes së detalit që përpunohet, e cila merr pjesë në proces. Në veçanti

78

është aktual ndikimi i prodhueshmërisë vëllimore e cila konsiderohet edhe si parametër në

përpunimin elektrokimik:

(3.2.10)

Ku janë:

Ke (g/Ah) – ekuivalenti elektrokimik i materialit dhe

(cm3) - dendësiteti i materialit të detalit që përpunohet.

Koha kryesore e përpunimit varet nga madhësitë e shtesës për përpunim z (mm) dhe

shpejtësia e ndryshimit të dimensionit të detaleve që përpunohet, d.m.th,

(3.2.11)

3.2.7 Fluidi punues – elektroliti

Elektroliti është një ndër elementet më të rëndësishëm të procesit të përpunimit

elektrokimik. Detyrat themelore të elektrolitit janë :

- largimi i thërmiave të formuara me tretjen anodike,

- ftohja e instrumentit dhe detalit që përpunohet,

- largimi i shtresës së pasivizuar dhe të gazrave të krijuar ,

- krijimi i parakushteve të domosdoshme për zhvillimin e përpunimit të procesit

elektrokimik dhe proceseve tjera gjatë përpunimit etj.

Për realizimin e detyrave të cekura elektroliti duhet të ketë:

përçueshmëri elektrike specifike të lartë ,

vlerë pH përkatëse

veti anti korrozive të larta

viskozitet të vogël

shkallë të lartë të përshtatshmërisë për përdorim (pranimin dhe

sfrytëzimin gjatë procesit të punës),

nivel të lartë të vetive mbrojtëse (jo rrezikshmëri gjatë punës)

zbatim të lartë ekonomik (çmim i ulët ) etj.

Si elektrolite më së shpeshti përdoren tretjet e ujit dhe kriprave neutrale NaCl, NaNO3, KCl

etj.

79

Zgjedhja e elektrolitit varet nga:

materiali i copës punuese Tab. 3.2.1

saktësisë së dëshiruar

kualitetit (cilësisë) së sipërfaqes së përpunuar

Tabela 3.2.1 Llojet e elektoliteve tek përpunimi elektrokimik-ECM

Zgjedhja e llojit dhe e parametrave të regjimit dhe kushteve punuese të elektrolitit

(rrjedhjes, presionit, shpejtësisë së rrymimit, përqendrimi dhe temperaturës së elektroliti),

mund të merren vetëm në bazë të analizës komplekse të ndikimit të elektrolitit në

karakteristikat themelore dhe treguesve tekniko-ekonomik të procesit të përpunimit ECM.

Elektroliti duhet të jetë ashtu i kompozuar, që nga materiali i detalit që përpunohet, të

formojë kompozime të cilat me lehtësi mund të treten në ujë dhe thjeshtë të largohen nga

sistemi i qarkullimit të elektrolitit.

3.2.8 Pajisja - instalimi për përpunimin elektrokimik

Instalimi për përpunimin elektrokimik Fig. 3.2.8 në parim, përbëhet prej:

makinës vegël,

burimit të energjisë elektrike

sistemit qarkullues të elektrolitit dhe

80

sistemit për kontroll dhe drejtim të procesit të përpunimit elektrokimik të

materialit.

Të gjitha elementet e instalimit dhe instalimi në përgjithësi janë të projektuara ashtu që

të mundësojnë nivel përkatës të parametrave dhe kërkesave të rëndësishme për

funksionimin e instalimit, sikur që janë: prodhueshmëria, saktësia, qëndrueshmëria,

shkalla e a automatizimit, jo rrezikshmëria-niveli i mbrojtjes, efikasiteti ekonomik etj.

Përparësitë e përpunimit ECM:

• Prodhueshmëri e lartë (50 000 mm3/min),

• Kualiteti i përpunimit N3-N6 ( Ra = 0,1 – 2,5 μm ),

• Komponentët nuk i nënshtrohen ngarkesave termike apo mekanike

• Nuk vie deri te konsumi i veglave,

• Mund të arrihet shkallë e lartë e lëmueshmërisë së sipërfaqeve (25 μm),

• Pjesët e thyeshme lehtë mund të përpunohen për shkak të mungesës së

sforcimeve,

Fig. 3.2.8 Paraqitja skematike e instalimit për përpunim elektrokimik

Lehtë mund të bëhët punimi i detaleve komplekse të makinave, veçanërisht në

industrinë e hapësirës ajrore-kosmike, siç janë lopatat e turbinës, pjesët e

motorëve të aeroplanëve etj.

81

Me këtë metodë mund të shpohen vrima të të thella, raporti i thellësisë / diametrit

shkon deri në 200.

Mangësitë e përpunimit ECM:

Metoda nuk është e përshtatshme për të bërë forma të mprehta katrore për shkak

të tendencës së elektrolitit për të brejtur (rrëzuar) skajet e mprehta

Metoda është e kufizuar vetëm në materialet elektrikisht të përçueshëm.

Pajisjet ECM janë shumë të shtrenjta dhe kanë konsum shumë të lartë të

energjisë, prandaj kjo kosto arësyetohet vetëm në prodhimtarinë serike,

Saktësia e përpunimit është e vogël (0,02 – 0,2 mm), kështu që procesi nuk është

i

përshtatshëm për copa punuese të vogla.

82

Kapitulli i katërt

4

Proceset termike

4.1 Përpunimi elektroeroziv

4.1.1 Bazat e procesit

Përpunimi elektroeroziv ose me shkarkim elektrik (Electric Discharge Machening – EDM)

përfshinë metodat e përpunimit të metaleve te të cilat largimi i tepricës së materialit

realizohet me serinë e shkarkimeve elektrike me karakter periodik, të realizuara në mes të

instrumentit prerës katodës (1) Fig. 4.1.1 dhe detalit që përpunohet anodës 2.

Fig. 4.1.1 Elementet themelore të përpunimit elektroeroziv

83

Gjatë distancës përkatëse të instrumentit prerës dhe detalit që përpunohet (0,005 – 0,5 mm)

vendoset harku elektrik ose shkëndija (3). Shfaqja e harkut elektrik ose shkëndisë elektrike

sjell deri të jonizimi i fluidit punues (dielektrikut 4), formimit të shtyllës së elektrike

(shtyllës jonizuese 5), shkrirjes dhe avullimit të thërrmijave të materialit të detalit që

përpunohet, nën veprimin e rrymës elektrike me dendësitet të lartë, e cila rrjedh nëpër

shtyllën jonizuese në periodë – interval shumë të shkurtë kohor (disa s).

Me ndërprerjen e shkarkimit (zbrazjes) elektrike (qarkut elektrik) vie deri te shpërthimi

(eksplodimi) i shtyllës jonizuese, nxjerrja e materialit të shkrirë (tretur) dhe largimit të tij

nga zona e përpunimit. Ftohja e materialit të tretur dhe largimi i tij realizohet me

dielektrikun i cili qarkullon.Shkarkimet impulsive, alternative sigurojnë, shkatërrimin e

materialit, depërtimin e instrumentit prerës dhe formimin e profilit i cili i përgjigjet profilit

të instrumentit prerës.

4.1.2 Parimet e përpunimit

Sipas mënyrës dhe parimeve të shkatërrimit të materialit, proceseve të cilat zhvillohen në

mes të instrumenteve prerëse dhe detalit që përpunohet, mënyrës së formimit të zbrazjeve

elektrike dhe kohës së zgjatjes së impulseve, dallohen edhe metodat e përpunimit

elektroeroziv Fig. 4.1.2.

Te erozioni me hark-elektrik largimi i tepricës së materialit realizohet me zbrazjen

periodike stacionare. Me oscilimet mekanike (me afrimin dhe largimin e instrumentit

prerës) vie deri te formimi dhe shuarja e harkut elektrik, shkatërrimit periodik të materialit

dhe largimit të tij nga zona e përpunimit.

Fig. 4.1.2 Metodat e përpunimit elektroeroziv

84

Me sjelljen e ujit nëpër elektrodë, materiali i tretur dukshëm ftohet dhe largohet nga

materiali bazë, nën veprimin e forcave dinamike të shfaqura me rastin ftohjes intensive të

materialit. Në procesin e erozionit me elektrohark formohet shtylla jonizuese e zgjeruar

kah anoda, me çka dukshëm zvogëlohet saktësia e përpunimit. Nga arsyet e tilla dhe nga

një mori arsyesh tjera erozioni me elektrohark kryesisht shfrytëzohet në punëtoritë e

remontit dhe si i tillë nuk ka rëndësi për praktikën e gjerë industriale. Kur është fjala për

përpunimet me elektroerozion atëherë nënkuptohen, para së gjithash, metodat me

elektroshkëndi ose me elektroimpulse të përpunimit.

Tek metoda e përpunimit me elektroshkëndi erozive largimi i materialit të tepërt është

rezultat i zbrazjeve serike periodike jostacionare dhe kuazistacionare në dielektrikum. Me

veprimin e shkendisë elektrike vie deri te shkrirja dhe avullimi i materialit, i cili, gjatë

ndërprerjes së shkarkimit elektrik ftohet në mënyrë intensive. Kjo sjell deri te avullimi i

materialit të tretur në formë të shpërthimeve, nxjerrjen e materialit të lëngshëm dhe

kondensimi i tij në dialektrik , me shfaqje e kraterit përkatës në anodë. Erozionin me

elektroshkëndi e karakterizon kohëzgjatja shumë e shkurtër e impulseve (deri 1 s) dhe

raport relativisht i madh i periodës dhe i kohës zgjatjes së impulsit (1/t = 10). Shkarkimi

elektrik, zakonisht, përfshinë sipërfaqen 0,05 – 1 mm2, në thellësinë 0,005 – 0,5 mm.

Realizohet me ndihmen rrymës elektrike, e cila në shtyllën e shkarkimit elektrik arrin

dendësitetin deri 10000 A/ mm2, derisa pjesët e elektrodës ngrohen deri në temperaturën

8000 – 12000 0 C.

Përpunimi me elektroimpuls dallon nga përpunimi me elektroshkëndi për shkak të

karakterit të impulseve elektrike, kohëzgjatjen e tyre (100 – 1000 s) dhe raportin e

periodës dhe kohëzgjatjes së impulsit (1/t = 1- 10). Impulset elektrike formohen përmes

gjeneratorit autonom (gjeneratori me motor), i cili jep impulse një polare me frekuencë

përkatëse (p.sh 400 Hz). Skema parimore e përpunimit është e ngjashme me metodën e

përpunimit me elektroshkëndi me ç’rast instrumenti prerës paraqet anodën, detali që

përpunohet paraqet katodën. Dallohet me shpejtësi të madhe të largimit të materialit, me

shpenzime më të vogla të energjisë elektrike, me kohëzgjatje më të madhe të

qëndrueshmërisë (jetëgjatësisë) së instrumentit prerës dhe diçka më pak prodhueshmëri në

operacionet prodhuese të përpunimit final. Për këto arsye përpunimi me elektroimpuls

(gjatë vlerave të ulëta të tensionit 25-30V, me vlera më të larta fuqisë elektrike 50 – 500

A dhe vlera më të ulëta dhe të mesme të frekuencave të impulseve të gjeneratorit, 400 –

30000 Hz ) përdoret për përpunim të ashpër .Duke filluar nga karakteristikat themelore të

përpunimit me elektrohark dhe me elektroimpuls në praktikën industriale zakonisht

shfrytëzohen metodat e kombinuara të përpunimit (përpunimi paraprak me elektroimpulse

ndërsa përpunimi final me elektroshkëndi).

85

4.1.3 Esenca – fizika e procesit

Përpunimi me elektroerozion realizohet me dy elektroda -instrumenti 1 dhe detali që

përpunohet- 2, Fig. 4.1.3 të zhytura në tretësirën punuese – dilektrikun (3) me rezistencë

të lartë elektrike. Dukuritë të cilat zhvillohen gjatë shkarkimit impulsiv, brenda boshllëkut

(hapsirës) në mes elektrodave, janë mjaft të ndërlikuara dhe komplekse dhe paraqesin

objekt të hulumtimit të një mori shkencëtarëve. Me zvogëlimin e boshllëkut punues

(distancës punuese), gjatë vlerave kritike (zakonisht 0,05 – 0,5 mm ), vie deri të shfaqja e

shkëndijave elektrike – shkarkimeve në mes të elektrodave. Shkarkimet elektrike janë

pasojë e proceseve të ndërlikuara fizike, ndërsa manifestohen me shfaqjen e shtyllës së

shkarkimit elektrik si rezultat i jonizimit të vëllimit të vogël të dielektrikut Fig. 4.1.4.

Shfaqja e shkarkimeve elektrike shkakton nxehjen e dukshme të sipërfaqes së elektrodës

(deri në temperaturën 8000 – 12000 0C e më shumë), si dhe avullimin e dielektrikut dhe

krijimin e fluskave të gazit, me presion shumë të lartë të dielektrikut. Me ndërprerjen e

qarkut elektrik vie deri te shpërthimi i fluskave të gazit për shkak të rënies momentale të

temperaturave. Me këtë krijohen forca të rëndësishme ose të dukshme dinamike, të cilat

largojnë metalin e shkrirë nga krateri.

Fig. 4.1.3 Skema parimore e përpunimit me elektroerozion

86

Fig. 4.1.4 Zona e shkarkimit dhe flluska e gazit gjatë përpunimit me elektroerozion

Materiali i shkrirë (avulluar) në mënyrë eksplozive, për shkak të veprimit të ftohjes së

dielektrikut, ngurtësohet në formë të sferave të imta dhe largohet nga zona e përpunimit

me ndihmën e dielektrikut, qarkullues, në këtë mënyrë formohet krateri me madhësi

përkatëse, ndërsa seria e zbrazjeve të njëpasnjëshme shkakton shfaqjen e një mori

krateresh (njëpasnjëshëm), përkatësisht largimit e materialit të tepërt të detalit që

përpunohet. Vërehet se, në procesin e përpunimit elektroeroziv vie deri tek dukuritë e

ndryshme ndërsa themelore janë dy : dukuria elektrike (shkaktimi i zbrazjes në rrethinën

elektrike të tretësirës) dhe dukurisë së nxehtësisë (shkrirja dhe avullimi i materialit të

elektrodës dhe avullimit të dielektrikut). Gjatë kësaj tensioni elektrik dhe fuqia e rrymës

elektrik, gjatë një impulsi elektrik, kanë ndryshim karakteristik me kohën Fig. 4.1.5, e cila

karakterizohet me tri faza:

jonizimi i dielektrikut,

shkarkimi elektrik dhe

rënia gjegjësisht largimi i shtyllës jonizuese (dejonizimi)

87

Fig. 4.1.5 Shtylla jonizuese dhe pamja e impulsit elektrik

Në fazën e parë vie deri te jonizimi i dielektrikut Fig. 4.1.6. Për shkak të

johomogjinetit dhe sipërfaqes së instrumentit prerës dhe detalit që përpunohet shfaqet

emitimi diskret i elektroneve Fig. 4.1.6.a nga elektrodës negative. Me ndeshjen e

elektroneve me thërrmijat neutrale, të mediumit punues (dielektrikut), shkaktohet

shkatërrimi i molekulave të dielektrikut (largimi i një elektroni nga molekula) dhe shfaqjae

grimcave (thërmiave) të elektrizuara negativisht dhe pozitivisht (jone), gjegjësisht jonizimi

i dielektrikut. Nëse numri i elektroneve dhe energjia e tyre është mjaft e madhe vie deri te

reaksioni zinxhiror dhe jonizimi i plotë i hapësirës në mes të elektrodave, përkatësisht së

shfaqjes së shtyllës jonizuese. Shfaqja e shtyllës jonizuese – shkarkuese mundëson

rrjedhjen e energjisë elektrike, përkatësisht qarkullimin thërrmijave me ngarkesë elektrike,

ngjashëm me llavën, nga njëra në drejtim të elektrodës tjetër.

Në fazën e dytë – faza e shkarkimit elektrik Fig. 4.1.7 thërrmijat e elektrizuara

pozitivisht lëvizin kah elektroda negative, ndërsa thërrmijat e elektrizuara negativisht kah

elektroda pozitive. Me rrjedhjen e rrymës elektrike vie deri të rënia e rezistencës të

mediumit gjegjësisht të dielektrikut dhe rritja e fuqisë së rrymës elektrike, vie deri tek

rritja e presionit dhe temperaturës brenda shtyllës jonizuese dhe shfaqjes së shkrirjes dhe

avullimit të materialit të detalit që përpunohet përkatësisht të elektrodës Fig. 4.1.8.

Në fazën e tretë - me ndërprerjen e qarkut elektrik, vie deri te rënia rapide e

rezistencës të thërrmijave me ngarkesa elektrike (të elektrizuara), shkatërrimit të

fluskaveve të gazit dhe me rënien rapide të presionit. Kjo shkakton avullimin eksploziv të

materialit, ftohje momentale të tij (në kontakt me dielektrumin) shfaqjen e thërrmijave të

ngurtësuara të materialit dhe mbetjeve të tretësirës punuese (zakonisht të karbonit dhe

gazit).

88

Fig. 4.1.6 Paraqitja skematike e procesit të jonizimit

Fig. 4.1.7 Paraqitja skematike e thërrmijave të shkarkimit elektrik

Fig. 4.1.8 Skema e shkatërrimit të shtyllës jonizuese dhe largimit të materialit të elektrodës – dejonizimi

89

4.1.4 Operacionet prodhuese

Përpunimi elektroeroziv shfrytëzohet në rastet kur përpunimi mekanik i materialit është i

pa mundshëm ose skajshëm i vështirë, gjatë përpunimit të materialeve shumët të forta

(çeliku zjarrdurues, dhe çeliku jo oksidues e ngjashëm). Me përpunimin e vrimave me

diametër të vogël (0,1-1mm), vrimave dhe detaleve me forma dhe konfiguracione të

ndërlikuara Fig. 4.1.9 dhe etj. Në figurën 4.1.10 është paraqitur klasifikimi i mundshëm i

operacioneve që realizohen gjatë përpunimit me elektroerzion. Në shumë raste përpunimi

me elektroerozion është metodë e vetme e përpunimit të gjysmë fabrikateve nga molibdeni,

volframi dhe tantali, me saktësi dhe kualitet të përpunimit (deri 1-2 m). Veçanërisht është

i përshtatshëm dhe ekonomikisht i arsyeshëm gjatë prerjes (shkurtimit), hapjes së kanaleve

të ndryshme të detaleve të punuara nga metalet e shtrenjta (germaniumi e ngjashëm), kur

gjerësia e prerjes (e formuar nga elektrodat prej molibdeni, mesingu ose çeliku me trashësi

përreth 0,15 mm) është relativisht e vogël 0,25-0,30 mm, me një kualitet të lartë të

përpunimit të sipërfaqes.

Fig. 4.1.9 Paraqitja skematike e disa operacioneve prodhuese të përpunimi elektroeroziv

90

Fig. 4.1.10 Klasifikimi i mundshëm i operacioneve prodhuese të përpunimit elektroeroziv

Zhvillimi i metodave të përpunimit elektroeroziv dhepajisjeve përkatëse, ka mundësuar

realizimin e një mori operacioneve prodhuese prej me të ndryshme, si edhe të atyre të cilat

realizohen me metodat klasike (konvencionale të përpunimit). Me zhvillimin e makinave

për përpunim me elektrodë në formë teli dhe përsosjen e mëtutjeshme të makinave për

përpunim me elektroda të plota janë krijuar kushtet për rritjen e dukshme të efikasiteti

(produktivetit dhe ekonomicitetit) të ekzekutimit të një mori operacionesh prodhuese.

Përpunimi me elektrodë në formë teli siguron edhe përpunimin i konturave të ndërlikuara

me shkallë të lart të saktësisë, me një automatizim të thjeshtë të lëvizjeve, sipas programit

të dhënë paraprakisht.

4.1.5 Parametrat e procesit të përpunimit

Procesi i përpunimit elektroeroziv Fig. 4.1.11 varet nga shumë parametra të renditur

zakonisht, në dy grupe: elektrik dhe mekanik. Njohja e tyre dhe analiza e ndikimit të

parametrave veç e veç në treguesit tekno-ekonomik të procesit të përpunimit është

parakusht themelor për formimin e prodhimit të kualitet gjegjës. Parametrat elektrik janë

të përcaktuar me karakteristikat elektrike të impulsit, ndërsa mekanik me skemën

kinematike të përpunimit, regjimin e lëvizjeve ndihmëse (shpejtësia e lëvizjes ndihmëse),

me shpejtësinë e rrotullimit të elektrodës e ngjashëm.

91

Fig. 4.1.11 Skema parimore e rregullimit të procesit të përpunimit elektroeroziv

Efekti i përpunimit varet nga parametrat themelor të qarkullimit të dialektrikut (presionit

dhe rrjedhjes) dhe një mori më shumë ose më pak (karakteristikave të materialit të detalit

që përpunohet: temperaturës dhe nxehtësisë së shkrirjes dhe të avullimit, nxehtësia dhe

përçueshmëria elektrike, përbërja kimike etj; karakteristikat e diaelektrikut,

përçueshmëria, viskoziteti, temperatura e depërtimit dhe shpejtësia e dejonizimit,

karakteristikat e materialit të instrumentit prerës: përçueshmëria termike, polariteti dhe

shpejtësia e dejonizimit të hapësirës punuese, intensitetit të avullimit të mediumit punuese

etj.). Të gjitha këto janë karakteristika dhe parametra të cilët ndikojnë në mënyrë

komplekse dhe të ndryshme, kështu që janë të domosdoshme hulumtimet dhe vështrimet

adekuate.

4.1.6 Fluidi punues

Për realizimin e procesit të përpunimit elektroeroziv dhe arritjes se efekteve përkatëse

tekno-ekonomike, kujdes të veçantë i kushtohet edhe zgjidhjes së fluidit punues dhe

projektimit të metodës së shpëlarjes së hapësirës punuese dhe sistemit adekuat të

qarkullimit të tretësirës.

4.1.6 1 Dielektriku

Detyrat themelore të tretësirës gjegjësisht fluidit punues janë: krijimi i kushteve për

realizimin e shkëndijës (zbrazjes elektrike) në mes të elektrodave, izolimi i hapësirës në

mes të elektrodave, largimi i produkteve të përpunimit, ftohja e elektrodave, krijimi i

92

kushteve përkatëse për shfaqjen e shtyllës të shkarkimit elektrik, evitimi i sendimentimit

të jo pastërtive dhe të produkteve të erozionit në njërën nga elektrodat etj.

Mu për këto arsye, gjatë zgjedhjes së llojit të dielektrikut, përveç kërkesave themelore të

procesit të përpunimit, kujdes të veçantë i kushtohet edhe karakteristikave themelore të

dielektrikut: viskoziteti i vogël kinematik, rezistenca e lartë elektrike, vlera adekuate e

vetive dielektrike (shpejtësia jonizuese dhe dejonizuese), vlera e lartë e temperaturës se

ndezjes, neutraliteti kimik dhe jo toksiciteti (jo helmueshmëria), niveli i lartë i vetive

mbrojtëse dhe niveli i ulët shpenzimeve eksploatuese.

Si dielektrik shfrytëzohet uji i dejonizuar dhe lloje të ndryshme të karbohidrateve (vaji,

petroli, kerozina etj. Uji i dejonizuar dhe petroliumi kanë qëndrueshmëri të shkurtër,

kështu që kërkohet që të ndërrohen me shpesh se sa në rastin e punës me vajin mineral.

Për përpunimin e pjesëve me të imta dhe për përpunimin final shfrytëzohen fluidet me

viskozitet më të vogël (uji i dejonizuar ose petroliumi), ndërsa për përpunimin e ashpër

dhe për përpunimin e detaleve me gabarite të mëdha shfrytëzohet fluidi me viskozitet më

të lartë (vaji mineral).

4.1.6.2 Shpërlarja e hapësirës punuese

Shpëlarja e hapësirës punuese (rrjedhja e dielektrikut në mes të instrumentit prerës dhe

detalit që përpunohet) është një nga faktorët kryesor me ndikim në prodhueshmëri dhe në

intentisitetin e konsumimin e instrumentit. Në fillim të procesit dielektriku është i pasur

dhe ka rezistencë më të lartë elektrike se sa gjatë procesit. Per këto arsye është e

domosdoshme që në kohë të caktuar kjo rezistencë të mposhtet dhe të shfaqet shkarkimi

parë. Thërmiat e larguara me shkarkimin e parë Fig. 4.1.12 mundësojnë shkarkim më të

lehtë elektrik dhe përmirësimin e kushteve të përpunimit. Mirëpo, kur përbërja e thërrmijav

është shumë e madhe, vie deri tek ndotja e hapësirës punuese, shfaqja e lidhjes së shkurtër

ose të harkut, me këtë edhe një mori procesesh të padëshiruara të cilat shkaktojnë rënien e

prodhueshmërisë, zvogëlimin e kualitetit të përpunimit dhe një mori efektesh tjera

negative. Shpëlarja e hapësirës punuese nuk duhet të jetë as shumë e fuqishme e as shumë

e dobët, sepse efekti më i mirë i përpunimit arrihet gjatë koncentrimit optimal të

produkteve të përpunimit. Shpëlarja e hapësirës punuese mund të bëhet në mënyrë natyrale

dhe të detyruar.

93

Fig. 4.1.12 Ndikimi i sasisë së produkteve të përpunimit në kushtet e përpunimit

Shpërlarja natyrale është rezultat i veprimit të valëve hidraulike dhe akustike të krijuara

gjatë procesit të shkarkimit elektrik dhe shfaqjes së ndryshimit të temperaturave të

dielektrikut brenda boshllëkut punues në mes të elektrodave dhe dielektrikut.

Fig. 4.1.13 Metodat e shpëlarjes së hapësirës punues-a

Mirëpo, me shpërlarje natyrore, zakonisht, nuk mundësohet efikasiteti përkatës, prandaj

shfrytëzohet metodat e ndryshme të shpëlarjes së detyrueshme Fig. 4.1.13, sikur që janë:

injektimi Fig. 4.1.13a nëpër instrumentin prerës ose detalit që përpunohet nën presion me

impulse të vazhdueshme ose me rrjedhje pulsuese të dielektrikut me absorbimin

(përthithjen) nëpër instrument ose detal që përpunohet, me shpëlarjen anësore tërthore,

me oscilimin gjatësor, të instrumentit – elektrodës, me largimin gjegjësisht afrimin

periodik të instrumentit prerës, me përzierjen e dielektrikut, me shpëlarjen e kombinuar

etj.

94

Fig. 4.1.13 Metodat e shpëlarjes së hapësirës punues

4.1.7 Instrumentet për përpunim me elektroerozion

Fakti se shpenzimet e instrumentit (veglës) mund të jenë deri 50% të vlerës së përpunuar

të operacioneve prodhuese, tregojnë për nevojën e definimit adekuat të gjithë parametrave

relevant të instrumentit prerës e para se gjithash: formës, numrit dhe dimensioneve,

mënyrës dhe metodave të punimit dhe llojeve të materialeve të instrumentit për përpunimin

me elektroerozion.

95

Fig. 4.1.14 Pamje të veglave dhe detaleve të punuara me elektroerozion

Zgjedhja e formës dhe dimensioneve të instrumentit, materialit të instrumentit dhe

zgjedhjes së mënyrave të konsumimit të instrumentit prerës, paraqesin problematikë

komplekse, e cila kërkon një mori analizash dhe eksperimenteve hulumtuese. Punimi i

instrumenteve të tipeve të ndryshëm dhe konfiguracioneve të ndryshme Fig. 4.1.14

realizohet me metoda të ndryshme të përpunimit, sikur mekanike, ashtu edhe jo-

konvencionale, si dhe në makina me përpunim elektroerozion me elektrodë nga teli.

4.1.7.1 Forma dhe dimensioni i instrumentit prerës

Forma dhe dimensioni i instrumentit varet, para së gjithash, nga metoda e përpunimit me

elektroerozion përpunimi me elektrodë të plotë ose me elektrodë në formë teli , llojet e

prodhimit, të karakteristikave themelore të procesit etj. Tek përpunimi me elektroerozion

me elektrodë në formë teli shfrytëzohet teli me diametër 0,2 deri 0,7 mm (zakonisht 0,25

mm), për thellësi më të vogla të detalit punues teli me diametër 0,1 deri 0,2 mm ndërsa për

ekzekutim e prerjeve më të pastra teli me diametër 0,03 – 0,1 mm. Teli punohet zakonisht,

prej molibdeni, volframi ose çeliku. Kërkesat themelore, në fazën e punimit të telit janë:

saktësia e lartë (shmangia e lejuar maksimale ±1μm), kualiteti i lartë i sipërfaqes, mungesa

e sforcimeve të mbetura, vetitë e garantuara mekanike në kufijtë e ngushtë të shmangieve.

Tek metodat me përpunim me elektroerozion me elektrodë të plotë, forma e elektrodës

ndryshon varësisht nga lloji i instalimit – makinës, e cila shfrytëzohet në procesin e

përpunimit. Kështu që, p.sh, në makina me lëvizje planetare forma e instrumentit prerës

është dukshëm më e thjeshtë, derisa shpenzimet e punimit janë dukshëm më të vogla.

Dimensioni dhe forma e instrumenteve prerëse (të elektrodat plota me lëvizje planetare)

janë të definuar : me formën dhe dimensionin e detalit që përpunohen Fig. 4.1.15, me llojin

96

dhe destinimin e instrumentit prerës (përpunimi i ashpër paraprak ose përpunimi i pastër),

me vlerën e boshllëkut të nevojshëm, me llojin e materialit të instrumentit prerës, dhe

intentizitetin e konsumimit dhe një mori faktorëve tjerë më pak apo më shumë relevant.

Fig. 4.1.15 Elementet themelore të llogaritjes së instrumentit prerës

Gjatë llogaritjes së dimensioneve relevante të instrumentit prerës për përpunim final,

dimensionet relevante janë:

)1.1.4(][)2( mmULWZLL qqA

Tek punimi dhe përpunimi i sipërfaqeve të brendshme dhe të jashtme cilindrike,

përkatësisht është :

)2.1.4(][)( mmULWZLL qqa

Tek punimi dhe përpunimi i konfiguracioneve të çfarëdo forme.

Në shprehjet janë:

[mm] – boshllëku në mes të elektrodave,

Z [mm] – shtesa për përpunim,

W [mm] – vlera e llogaritur e gabimeve të mundshme të përpunimit dhe Lq [mm] –

dimensionet përkatëse të detalit që përpunohet .

Për operacionet prodhuese të përpunimit të ashpër dimensionet relevante të instrumentit

prerës janë :

)3.1.4(][)( 21 mmffULL qa

Ku janë: f1 [mm] – përmasa shtesë e cila përfshin boshllëkun punues, lartësinë maksimale

të jo rrafshinave të sipërfaqes anësore dhe shtesa siguruese (Zs ) e cila është:

)4.1.4(][22 max1 mmZRf s

Për sipërfaqet cilindrike, përkatësisht është :

97

)5.1.4(][max1 mmZRf S

Për konfiguracione me forma të ndërlikuara, ndërsa f2 [mm] shmangia e lejuar e pozitës

për kalimet e ashpra përkatësisht për përpunime të pastra. Gjerësia e fushës toleruese të

punimit të instrumentit prerës është funksion i gjerësisë të fushës toleruese të

dimensioneve relevante të detalit që përpunohet (T) dhe, për instrumente të destinuar për

përpunim të pastër,

)6.1.4(][5,0 mma

Varësisht nga lloji i kualitetit të përpunimit shfrytëzohen një ose më shumë elektroda.

Numri i elektrodave të nevojshme varet nga: kualiteti i përpunimit, ndërlikueshmëria e

konfiguracionit të detalit që përpunohet, natyra e materialit të detalit që përpunohet, vlerta

kritike të rrumbullakimit, saktësia e përpunimit, dimensionet – gabaritet e detalit që

përpunohet, thellësia e përpunimit. Varësisht nga ndërlikueshmëria dhe lloji i përpunimit

shfrytëzohen, dy ose tri elektroda (instrumente prerëse), mirëpo, zgjedhja adekuate e

numrit të elektrodave mund të bëhet vetëm me analizën e rentabilitetit të procesit të

përpunimit, përkatësisht çmimit për njësi të kostos – të shpenzimit të instrumentit prerës.

4.1.7.2 Boshllëku punues.

Paraqet distancën në mes të elektrodave dhe përcaktohet në varësi numri i madh i

parametrave të përpunimit. Mund të llogaritet edhe me shfrytëzimin e relacionit të formave

të ndryshme, si p.sh:

)8.1.4(][

)7.1.4(][3

2max

mmCUK

mmeR

VX

O

për boshllëk ballor Fig. 4.1.16 përkatësisht:

)9.1.4(][mmWC z

iZb

për boshllëk anësor.

Në shprehjet e mësipërme janë

0 [mm] – boshllëku gjatë të cilit vie deri të krijimi i qarkut elektrik,

Rmax [mm] – lartësia maksimale e jo rrafshinave të sipërfaqes së përpunuar ,

e [mm] – pjesa e boshllëkut e mbushur me produktet e erozionit,

wi, ws – energjia e impulsit,

U [v] – tensioni,

98

C [f] – kapaciteti elektrik,

k, cz, x dhe v – konstante dhe eksponente të varshmërisë funksionale.

Gjatë shpimit të çelikut me instrument prerës nga mesingu, me diametër 0,12 – 1,5 mm

dhe me parametra të qarkut elektrik, tensionin u = 20 – 80 V dhe c = 0,02–1 μF , vlerat e

konstanteve dhe eksponentëve janë k = 75 10-5 dhe x = 1 dhe v = 1/3.

Fig. 4.1.16 Boshllëku punues gjatë përpunimit me elektroerozion

Vlera e boshllëkut punues varet nga parametrat e impulsit elektrik Fig. 4.1.17.

Karakteristikat e dielektrikut, mënyrës së shpëlarjes së hapësirës punuese dhe një mori

faktorëve tjerë.

Fig. 4.1.17 Ndikimi i vlerave të fuqisë së rrymës në vlerat e boshllëkut punue

4.1.7.3 Konsumi i instrumentit

Procesin e përpunimit me elektroerozion e përcjellin edhe konsumi i instrumenti prerës i

krijura si rezultat i humbjeve të thërmiave të materialit të instrumentit prerës Fig. 4.1.18.

Intentisiteti i konsumimit të instrumentit prerës varet nga shumë faktorë, e para se gjithash

99

nga lloji i materialit të detalit që përpunohet Fig. 4.1.19 energjisë së shkarkimit të

instrumentit prerës, kohës së zgjatjes dhe tensionit të jonizimit – Fig. 4.1.20, fuqisë dhe

frekuencës së rrymës elektrike të shkarkimit Fig. 4.1.21 dhe ngjashëm, mënyrës së

shpëlarjes së hapësirës punuese etj.

Tabela. 4.1.1 Kombinimet më të shpeshta të elektrodave të shfrytëzuara

100

Fig.4.1.18 Elementet themelore të konsumimit të instrumentit prerës

Në Tab. 4.1.1 jepen kombinimet më të shpeshta të elektrodave të shfrytëzuara. Konsumi

i instrumentit (veglës) prerës vlerësohet si konsum relativ dhe paraqet raportin në mes të

vëllimit të materialit të hequr nga vegla (Va) dhe detali që përpunohet (Vp) :

)10.1.4(][/100 ZVVh pav

Fig. 4.1.19 Ndikimi i kohëzgjatjes së impulsit, energjisë së shkarkimit dhe llojit të materialit të instrumentit në

konsumin vëllimor të instrumentit

Fig. 4.1.20 Ndikimi i kohës dhe i tensionit të dejonizimit në konsumin vëllimor të instrumentit

101

Fig. 4.1.21 Ndikimi i fuqisë dhe i frekuencës së rrymës elektrike të shkarkimit në konsumin vëllimor të

instrumentit

4.1.7.4. Materiali i instrumentit

Për punimin e instrumentit, praktikisht shfrytëzohen të gjitha materialet të cilat përçojnë

rrymën elektrike Tab. 4.1.1 dhe Tab. 4.1.2, ndërsa më të përshtatshmet janë ato materiale

të cilat kanë pikën e shkrirjes më të lartë dhe rezistencën specifike elektrike më të vogël.

Materiali i instrumentit duhet të sigurojë përçueshmëri të mirë elektrike dhe të energjisë

së nxehtësisë, që të ketë indeks të lartë të përpunueshmërisë me metoda të ndryshme të

përpunimit (konvencionale dhe jo-konvencionale), shkallë të lartë të qëndrueshmërisë në

konsum dhe deformim etj.

Tek zgjedhja e materialit të instrumentit duhet të merret parasysh edhe fakti se konsumi i

instrumentit ndryshon edhe formën edhe saktësinë e konfiguracionit të dëshiruar . Kjo do

të thotë se më i përshtatshmi është ai material i cili mundëson ngadalësimin e konsumit të

instrumentit prerës (volframi, bakri elektrolitik, grafiti) etj.

Tabela 4.1.2 Materiali për punimin e instrumentit në proceset për përpunim me elektroerozion

102

4.1.8 Instalimi- pajisja për përpunim më elektrerozion

Elemente themelore të instalimeve Fig. 4.1.23 janë: makina në kuptimin e ngushtë,

gjeneratori i impulseve elektrik, sistemi i qarkullimit të dieleketrikut dhe sistemi i

kontrollit dhe i drejtimit. Makinat e para për përpunim me elektroerozion kanë qenë të

ndërtuara sipas mostrës të makinave konvencionale (makina shpuese, freza vertikale ) e

ngjashme, ashtu që mbajtësi instrumentit me transmetues është i zëvendësuar me

mbajtësin e instrumentit me rregullator , ndërsa në tavolinën punese është vendosur govata

me dieleketrik. Në govatë vendosen detali që përpunohet, ndërsa govata është e lidhur me

sistemin e qarkullimit të dielektrikut me elementet themelore të saj. Makina, sipas

destinimitt, ndahet në makina për përpunim me elektrodë të plotë ose me elektrod në formë

teli.

103

Fig. 4.1.22 Ndikimi i polaritetit të instrumentit prerës në treguesin e procesit

Deri tani janë zhvilluar kryesisht katër lloje të makinave për përppunim me elektroerozion,

të cilat kanë gjetur përpunim më të gjerë në praktikë, e ato janë:

1. Makinat-EDM standarde për shpim, gjegj.,hapjen e gravurave

2. Makinat-EDM me levizje planetare

3. Qendrat përpunuese-EDM

4. Makinat-EDM për prerje me elktrodë teli.

Tre llojet e para të makinave përbëhen kryesisht nga elementë të njëjtë, por dallojnë vetëm

me anë të pozicionimit të tabelës dhe elektrodës, domethënë nga mënyra e kontrollit të

gjeneratorit impuls elektrik dhe agregatit dielektrik.

Tiparet karakteristike të këtyre makinave janë si më poshtë:

1. Mbajtësi (makinat shtyllore janë pa mbajtës) ;

2. Tavolina punuese me rrëshqitësa të të kryqëzuar ;

3. Govata në të cilën vendoset coppunuese e zhytur në dielektrike dhe

4. Mbajtësi i elektrodës me rregullatorin e zhvendosjes (5).

4.1.8.1 Makinat për përpunim me elektrodë të plotë

Mundëson punimin e konfiguracioneve të ndryshme me shfrytëzimin e elektrodës

përkatëse me konfiguracion të ndërlikuar Fig. 4.1.2.4 ose elektrodës me formë të thjeshtë

me lëvizjen planetare të elektrodës Fig. 4.1.25. Tek makinat për përpunim me elektro

104

shkëndijë si burim i energjisë shfrytëzohet, zakonisht, gjeneratori RC ose RLC, derisa

energjia e shkarkimit formohet përmes kondensatorit.

Fig. 4.1.23 Elementet themelore të strukturës së makinës për përpunim me elektroerozion

Te makinat për përpunim me elektroimpuls, shkarkimi impulsiv formohet nga burimi i

energjisë (gjeneratorit impulsiv), ndërsa evitimi i shfaqjes së kontaktit të shkurtër

gjegjësisht lidhjes së shkurtër arrihet me oscilimit periodike të instrumentit prerës dhe të

detalit që përpunohet.

Fig. 4.1.24 Paraqitja skematike e makinës për përpunim me elektroerozion me elektroda të plota

105

Fig. 4.1.25 Forma e instrumentit dhe bazat e ndërtimit për përpunim me elektrodë të plotë, me lëvizje planetare

të instrumentit

4.2 Përpunimi me laser

4.2.1 Hyrje

Karakteristikat specifike të rrezatimit laserik kanë mundësuar përdorime gjerë të laserit në

industri, informatikë, medicinë, industri ushtarake dhe shkencë. Edhe pse laserët e parë

janë ndërtuar viteve 1960-ta, praktikisht viteve 1980-ta kanë fituar rëndësi më të madhe

dhe janë bërë bazë për procese dhe teknologji prodhuese plotësisht të reja. Teknologjia

laserike ka gjetur përdorim në shumicën e degëve industriale për përpunimin e materialeve

dhe për Metrologji matje). Rastet e përmendura të përdorimit të teknologjisë laserike janë

vetëm fillimi i shfrytëzimit të mundësive potenciale të laserit, sepse janë përvetësura edhe

shumë përparime që presin të aplikohen në praktikë. Teknika laserike në industrinë metal

përpunuese momentalisht me së shumti përdoret për prerjen e llamarinave, për shpim,

përpunim termik dhe saldim. Përparësi kanë laserët CO2 dhe Nd -YAG, sepse janë treguar

me efektiv dhe me produktivitet të lartë në prodhimtarinë bashkohore. Laseri është një

pajisje që lëshon dritë nëpërmjet një procesi të përforcimit optik të bazuar në emetimin e

stimuluar të rrezatimit elektromagnetik.

Termi "LASER" paraqet shkurtesën për përshkrimin e gjatë të njërit prej

parimeve bazë të fizikës (eng."Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”

– përforcimi i dritës me emetim të stimuluar të rrezatimit), gjegj., është përforcues

rrezatimi me kalimin stimulativ të atomeve ose molekulave nga niveli i lartë energjetik në

nivel me të ulët energjetik

Emetimi i stimuluar është një proces që ndodh kur atomi është në një gjendje të eksituar

(ngacmuar, metastabile) dhe elektroni kalon nga një gjendje më e lartë, në një gjendje

energjetike më të ulët të shkaktuar nga prania e një fotoni, që ka energji të barabartë me

106

dallimin midis dy niveleve të energjisë midis të cilave ndodh tranzicioni. Në këtë rast,

atomi emeton (lëshon) një foton të energjisë dhe drejtimit të njëjtë si fotoni ngacmues.

Përpunimi më laser (Laser Beam Machining -LBM), bazohet në aplikimin e energjisë së

dritës së përforcuar, e fituar me rrezatim stimulues, për përpunimin e materialeve me

shkrirje ose avullim. Tufa e rrezeve laserike, e fokusuar në diametër punues 0.015-0.2

[mm], u bë vegla universale e cila praktikisht mundet me pre çdo material. Për dallim nga

veglat konvencionale laseri është pa “formë” prandaj nuk ka nevojë që të porositet special

për prodhim dhe nuk kërkon shpenzime për deponim, mbrehje, dhe centrim (bazhdarim).

Fig. 4.2.1 Paraqitje skematike e emtimit të stimuluar

Zbulimit të emetimit të stimuluar i paraprijnë hulumtimet e A. Einstein në vitin 1917 , i

cili në veprën etij «On the Quantum Theory of Radiation» dha konceptin teorik dhe

parashikoi shpikjen e laserit dhe paraardhësit e tij “maser-it”. Maseri është një pajisje që

punon në të njëjtën mënyrë si laseri, por në një brez tjetër të frekuencave. Maseri punon n

spektrin e mikrovalëve, ndërsa laseri punon n spektrin elektromagnetik dritës së dukshme

dhe ultraviolete (UV). Spektri i përgjithshëm elektromagnetik është paraqitur në figurën

4.2.2, shtrihet nga radio valët (me gjatësi vale 104-102 cm) deri te rrezatimi gama (me

gjatësi vale prej 10-10- 10-12 cm).

Në vitin 1961 Th. H. Maiman konstruktoi laserin e parë në bazë të rubinit me

blic llampë si pompë optike. Laseri i parë me gaz He-Ne u ndërtua me 1962, ndërsa laseri

i parë me bazë organike në vitin 1966 (Sorokin, Lankard).Sot ekzistojnë shumë lloje të

laserëve, megjithatë, nga pikë vështrimi shkencor si edhe ai industrial, laseri CO2 është

padyshim laseri më i rëndësishëm. Kalimet e shumë numerta mes niveleve rotacion-

vibruese të molekulave të CO2, mundësojnë rrezatimin në spektrin infra të kuq me gjatësi

valore prej 8.7 m deri 11.8 m , ashtu që emetimi me i fuqishëm është në zonën 10.6

m . Laserët CO2 mund të jen fuqive të ndryshme, në interval prej disa [mW], për

107

nevoja shkencore dhe prej disa dhjetëra [kW], për përpunimin e materialeve. Laseri i parë

CO2 është konstruktuar në vitin 1964, dhe ka pasur fuqinë prej disa [mW], mirëpo mjaft

shpejt u zhvillua në laser kontinual më të fuqishëm. Në fillim laseri CO2 ka punuar me

dioksid karboni të pastër që me vonë kalon në përdorim të përzierjes së azotit dhe heliumit

me që rast është rritur fuqia për shumëfish.

108

Fig. 4.2.2 Spektri i përgjithshëm i valëve elektromagnetike

4.2.2 Bazat teorike

Laseri është përforcues i rrezatimit koherent elektromagnetik në brezin optik (1[mm]<<2[mm]). Rrezatimi i laserit për nga natyra është rrezatim drite por për dallim nga drita,

përkatësisht nga burimi termik i dritës për nga dendësia e madhe energjisë spektrale,

monokromatike, gjatësisë së madhe të valëve koherente, frontit stacionar të valëve në

fluksin e rrezatimit laserik, stabilitetit të madh të amplitudës, si dhe mundësisë për prodhim

të impulseve ultra të shkurtër të dritës. Parimi i punës të laserit bazohet në rrezatimin

laserik të materialeve gjatë simulimit të kalimit të grimcave atomike apo molekulave nga

niveli i lartë energjetikë në nivel me të ulët energjetikë. Sipas teorisë kuantike energjia

përhapet në mënyrë impulsive. Elektronet në përbërje të mbështjellësit elektronik të atomit

munden të kenë vetëm vlera të caktuara diskrete të energjisë.

Spektri energjetik i atomit zakonisht paraqitet në formë të vijave horizontale të cilat janë

të distancuara përmasa të ndryshme njëpasnjëshme të vlerave energjetike. Deri sa atomi

është në gjendje të pa eksituar d.m.th. në gjendje fillestare, ai nuk rrezaton energji (dritë),

ndërsa elektronet pozicionohen në nivelet me të ulët energjetike. Gjatë kalimit nga njëri

nivel energjetik në nivelin tjetër energjetik pason absorbimi i energjisë ose lirimi i

energjisë së caktuar (hv) në formë të kuantit ose fotonit. Atomi tenton të pozicionohet në

gjendje të energjisë më të ulët. Për këtë kalimi i tij nga niveli i ulët energjetikë në nivel më

të lartë energjetik mund të bëhet vetëm me sjelljen e energjisë së caktuar nga rrethina e

jashtme d.m.th. furnizimin me energjisë të nxehtësisë ose absorbimin e fotoneve me

energji elektromagnetike e cila është njëjt me ndryshimin energjetik të niveleve

energjetike.

109

Elektroni me rastin e eksitimit mund të pranoj vetëm aq energji sa është ndryshimi

energjetik i spektrit të atij atomi. Kjo mund të jetë 231312 ,, EEEEEE e kështu

me radhë. Elektroni në gjendje të eksituar qëndron shkurt (10-8s). Me rastin e kalimit të

elektronit nga gjendja e eksituar energjetike E2 në një gjendje energjie më të vogël E1, do

të emitohet një foton energji.

12 EEhv (4.2.1)

ku janë:

v – frekuenca e rrezatimit,

ℎ = 62606 × 10−34 J - konstanta e Planckut.

Kalimi i atomit nga niveli më i lartë energjetik në nivel më të ulët energjetik ndiqet me

emetimin e energjisë në formë fotoneve me energji elektromagnetike në raport i cili është

i barabartë me ndryshimin mes niveleve energjetike të atomit para dhe pas kalimit. Fotoni

është kuanti themelor i dritës i cili me energjinë e vetë saktësisht i përgjigjet ndryshimit

mes niveleve energjetike.

Duke pasur parasysh mundësinë e transferimit të atomit prej një niveli në tjetrin, dallojmë:

a) absorbimin,

b) emetimin spontan,

c) emetimin stimulues (induktiv).

Në Fig. 4.2.3 janë treguar gjendjet e mundshme të rrezatimit elektromagnetik të sistemit

atomik.

Absorbimi është proces i kalimit prej nivelit më të ulët në nivel më të lartë. Ndodhë me

veprimin e fotonit të futur në atom me energji (hv) i cili gjendet në nivel të ulët energjetik

E1 duke i mundësuar të kaloj në nivel më të lart energjetik E2

a) b)

110

c)

Fig. 4.2.3 Skema e rrezatimit elektromagnetik të sistemit atomik me dy nivele: (a) absorbimi (b) emetimi spontan

,(c) emetimi i stimuluar

Emetimi spontan ndodhë kur atomi kalon nga niveli energjetik më i lartë E2, në nivel me

të ulët E1. Atomi anon që nga niveli me i lartë të kalon në nivel me të ulët. Me rastin e

emetimit spontan atomi emiton valët elektromagnetike faza e të cilës nuk ka raport të

caktuar me fazën e valëve të emituar nga cilido atom tjetër.

Emetimi i stimuluar është procesi kur në atom i cili gjendet në gjendje të eksituar vepron

rrezatimi i futur i energjisë se caktuar duke liruar nga ai energjinë në formë fotoni me cilësi

të njëjtë sikur të fotonit të futur. Tani kemi dy foton; të stimuluarin dhe stimuluesin. Pasi

procesi është shkaktuar nga veprimi i valës elektromagnetike të futur, vala e emituar e cilit

do atom është në fazë me valën e futur, përveç kësaj ajo përcakton edhe drejtimin e valës

se emituar.

Emetimi i stimuluar është mekanizëm ku shumohen fotonet, gjegjësisht ku përforcohet

drita. Që të tre proceset ndodhin njëkohësisht, me që rast mundësia e kalimit është

proporcionale me numrin e atomeve të eksituar. Mundësia e kalimit të emitimit stimulativ

është proporcionalisht e shtuar me densitetin e energjisë rrezatuese .krejt çka u tha për

sjelljen e elektroneve në atom d.m.th për energjinë diskrete mundet të thuhet edhe për

molekulat. Energjia e molekulave në një formë është shuma e energjive të elektroneve në

lëvizje, oscilimit të atomit brenda molekulës dhe rotacionit të molekulës si tërësi. Për

molekulën në gjendje stacionare energjia e saj është kuantike d.m.th. Se ka vlerën e caktuar

strikte. Frekuencën e rrezatimit të cilën e emetojnë ose absorbojnë molekulat është e

caktuar, sikur edhe të rasti i atomeve, me ndryshimin e energjive në mes dy gjendjeve ku

kalimi kryhet tek emetimi apo absorbimi i fotonit.

Në fig. 4.2.4 është dhënë skema parimore e laserit. Pjesët themelore përbërëse të laserit

janë: mediumi aktiv, rezonatori dhe burimi i energjisë.

.

Fig. 4.2.2 Skema parimore e laserit

111

4.2.2.1 Popullimi invers

Procesi i arritjes së një dendësie më të lartë të popullimit të atomeve në nivelin më të lartë

energjetik në krahasim me nivelin e ulët energjetik njihet si popullim invers. Atomet nga

niveli i ulët energjetik ngriten në nivelin e eksituar nëpërmjet energjisë jashtme. Ky

fenomen nuk është i zakonshëm dhe prandaj quhet popullim invers. Kjo gjendje është e

mundur të arrihet në dy mënyra :

1. Me rritjen e numrit të atomeve ose molekulave që kanë më energji më të lartë

2. Me reduktimin i numrit të atomeve ose molekulave që janë në gjendje

energjie më të ulët

Për të arritur popullimin invers (e anasjelltë), është më e lehtë të përdoren sistemet me tre

ose katër nivele energjetike.

4.2.2.1.1 Metodat e arritjes së popullimit invers. Nën kushte normale, më shumë

elektronet ndodhen në gjendje më të ulët energjie sesa në gjendje më të lartë të energjisë.

Popullimi invers është një proces i arritjes së më shumë elektroneve në gjendje më të lartë

të energjisë sesa gjendja e ulët e energjisë.

Për të arritur popullimin invers, duhet të furnizohet me energji mediumin laserik. Procesi

i furnizimit me energji i mediumit laserik quhet pompim. Burimi që furnizon me energji

mediumin laserik quhet burim i pompës. Lloji i burimit të pompës që përdoret varet nga

laseri. Burime të ndryshme pompash përdoren për mediume laserike të ndryshme për të

arritur popullimin invers. Disa nga burimet më të përdorura të pompimit janë si më poshtë:

optik

shkarkim elektrik ose eksimitimi nëpërmjet elektroneve

përplasja joelastike e atomeve

pompimi termik

reaksionet kimike

Popullimit invers arrihet lehtësisht kur sistemi i molekulave ose atomeve ka nivelet e

energjisë me vetitë e favorshme. Për shembull, kur niveli i sipërm i energjisë ka një

jetëgjatësi të gjatë dhe niveli i ulët i energjisë ka jetëgjatësi të shkurtër.

Pompimi optik - siç sugjeron emri, në këtë metodë, drita përdoret për të furnizuar me

energji mediumin laserik. Një burim i jashtëm i dritës si një flash llambë ksenoni përdoret

për të prodhuar më shumë elektrone (popullim të lartë) në nivelin më të lartë të energjetik

të laserit. Kur burimi i dritës siguron energji të mjaftueshme për elektronet e nivelit më të

ulët energjetik të mediumit laserik, ata kërcejnë në gjendjen më të lartë të energjisë E3.

Elektronet në gjendjen më të lartë të energjisë nuk qëndrojnë për një kohë të gjatë. Pas një

112

periudhe shumë të shkurtër, ata bien në gjendjen e ardhshme më të ulët të energjisë ose në

gjendjen e metastabile (jo të qëndrueshme) E2 duke lëshuar rrezatim me pak energji Fig.

4.2.3.

Fig. 4.2.3 Skema e pompimit optik nëpërmjet fotoneve

Gjendja jo e qëndrueshme e atomit (metastabile) E2 ka jetëgjatësi më të lartë se sa niveli

më i ulët i energjisë E1. Prandaj, më shumë elektronet grumbullohen në gjendjen e

energjisë E2 se sa gjendjen e ulët të energjisë E1. Kështu, arrihet popullimi invers.

Pompimi optik përdoret tek laserët me medium të ngurtë si laseri i rubinit.

Shkarkim elektrik ose eksimitimi nëpërmjet elektroneve - i referohet rrjedhjes së

elektroneve ose rrymës elektrike përmes mediumit të gazët, lëngshëm ose të ngurtë. Në

këtë metodë të pompimit, shkarkimi elektrik vepron si burim pompimi ose burim energjie.

Një shkarkesë elektrike e tensionit të lartë (rrjedhja e elektroneve, ngarkesës elektrike, ose

rryma elektrike) kalon përmes mediumit të laserit të gazit.

Fig. 4.2.4 Skema e pompimit optik nëpërmjet elektroneve

Fusha elektrike intensive përshpejton elektronet me shpejtësi të larta dhe bien ndesh me

atomet neutrale në gaz. Si rezultat, elektronet në gjendjen më të ulët të energjisë fitojnë

mjaft energji nga elektronet e jashtme dhe hidhen në gjendjen më të lartë të energjisë. Kjo

metodë e pompimit përdoret në laserë të gazit si laserët e argonit Fig. 4.2.4. Procesi i

arritjes së popullimit invers tek e laserët e gazit është pothuajse i ngjashëm me laserin e

ngurtë. Dallimi i vetëm është burimi i pompës që përdoret për furnizimin e energjisë dhe

113

llojin e mediumit laserik të përdorur. Në laser të ngurtë, si burim pompimi i jashtëm

përdoret drita e një flash llambë ksenoni, ndërsa në laserin e gazit përdoret një shkarkesë

elektrike me tension të lartë si burim pompimi.

Fig. 4.2.5 Skema e pompimit termik

Përplasja joelastike e atomeve - ashtu sikur tek metoda e shkarkimit elektrik, edhe këtu

shkarkimi elektrik i tensionit të lartë vepron si burim i pompimit. Megjithatë, në këtë

metodë, përdoret një kombinim i dy llojeve të gazeve, psh., X dhe Y. Gjendja e ngacmuar

e gazit X përfaqësohet nga X+ ndërsa gazi Y përfaqësohet si Y+. Të dy gazrat X dhe Y

kanë të njëjtat gjendje të eksituese (X+ dhe Y+). Kur një shkarkesë e tensionit të lartë

elektrik kalon nëpër një medium laserik që ka dy lloje të gazeve X dhe Y, elektronet e

gjendjes më të ulët të energjisë të gazit X do të shkojnë në gjendjen eksituese X+ në mënyrë

të ngjashme elektronet e gjendjes më të ulët të energjisë gazit Y shkojnë në gjendjen

eksituese Y+. Fillimisht, gjatë shkarkimit elektrik, elektronet e gjendjes të energjisë më të

ulët në gazin X ose atomet X shkojnë në gjendjen eksituese X+, për shkak të përplasjes së

vazhdueshme me elektrone. Elektronet në gjendjen e eksituar në gazin X+ tani bien ndesh

me elektronet e gjendjes më të ulët të energjisë në gazin Y. Si pasojë, elektronet me gjendje

më të ulët të energjisë në gazin Y fitojnë energji të mjaftueshme dhe hidhen në gjendjen e

eksituar Y+. Kjo metodë përdoret në laserin Helium-Neon (He-Ne).

Pompimi termik -Ndonjëherë popullimi invers mund të arrihet duke ngrohur mediumin

laserik. Në pompimin termik, nxehtësia vepron si burim pompimi ose burim energjie. Në

këtë metodë, popullimi invers arrihet duke furnizuar ngxehtësi në mediumin laserik. Kur

energjia e nxehtësisë furnizohet në laser, elektronet me gjendje më të ulët të energjisë

elektrike fitojnë energji të mjaftueshme dhe hidhen në nivelin më të lartë të energjisë Fig.

4.2.5.

114

4.2.2.3.. Vetitë e rrezatimit laserik

Vetitë themelore që dallojnë dritën e laserit Fig. 4.2.6 nga drita e zakonshme:

Fig. 4.2.6 Llojet e rrezatimi laserik

Drita laserike është monokromatike, dmth., përmban vetëm një gjatësi valore

specifike (prandaj ka vetëm një ngjyrë);

Gjatësia e valës së dritës të një laseri përcaktohet nga sasia e energjisë që

elektroni lëshon kur kalon në një nivel më të ulët të energjisë;

Drita laserike është koherente - lëvizja e të gjitha fotoneve është e përafruar

(sinkronizuar, harmonizuar). Për këtë arsye drita laserike duket si një vijë e

drejtë, nuk përbëhet nga një maksimum dhe një minimum si valët e formave të

tjera të dritës;

Drita laserike është e orientuar, rrezja laser është shumë e ngushtë, e fortë dhe

e koncentruar, gjegj., e intensitetit të lartë .

4.2.2.4. Mediumi aktiv

Mediumi aktiv (mediumi laserik) e përcakton se në cilën gjatësi valore do të punojë dhe i

përcakton vetitë e laserit. Në varësi të llojit të laserit , medium aktiv mund të jetë në

gjendje:

të lëngët - laserët me ngjyra. Këto janë tretës organikë kimikë (p.sh. metanol,

etilen glikol) në të cilin shtohen ngjyra kimike si rodamin ose fluorescin.

115

Përbërja e saktë kimike e ngjyrosëve e përcakton gjatësinë valore të punës të

laserit me ngjyrues;

të gaztë - dioksidi i karbonit, argoni, krypton ose përzierje He-Ne. Këta laserë

përdorin shkarkimin e ngarkesës elektrike si pompë laserike;

ngurtë - Kristali ose qelqi. Materialet e ngurta kanë përzierje të papastërtive të

(Cr, Ti,Er). Shembuj të laserëve të gjendjes së ngurtë janë Nd: YAG, Ti: safir,

Cr: LiSAF dhe shumë të tjerë.

4.2.2.5 Rezonatori optik

Rezonator optik në formën më të thjeshtë paraqet dy pasqyra paralele, të vendosura rreth

mediumit laserik, të cilat lejojnë lidhjen kthyese të dritës. Në pasqyra vendosen lyerje

reflektuese, të cilat përcaktojnë shkallën e reflektimit. Zakonisht njëra është një reflektor

me një shkallë të lartë të reflektimit (100%) ndërsa tjetra me reflektimit të pjesshëm (~95

%), e cila quhet edhe reflektor dalës, për shkak se ajo mundëson një pjesë e dritës ta lëshoj

rezonatorin optik duke krijuar rrezen dalëse të laserit. Drita nga mediumi laserik, e krijuar

nga emetimi spontan e shkaktuar nga veprimi i pompës laserike, reflektohet në pasqyrë

dhe të kthehet në mediumin laserik, e cila mund të përforcohet me emetimin e stimuluar.

Reflektimi nga pasqyra dhe kalimi nëpër mediumin laserik, mund të ndodhë qindra herë

para se drita ta lëshoj rezonatorin optik. Tek laserët më kompleks, përdoret renditja me 4

ose më shumë pasqyra. Ndërtimi dhe shtrirja e pasqyrave, në raport me të medimumin

laserik është e një rëndësie të madhe për përcaktimin e gjatësisë valore të saktë të punës

dhe vetive e tjera të laserit. Pajisje të tjera optike, të tilla si pasqyra e rrotulluese,

modulatorët, filtra dhe absorbues, mund të vendosen brenda rezonatorit optik për të

prodhuar një shumëllojshmëri të përshtypjeve në rrezen dalëse të laserit të tilla si

ndryshimi i gjatësisë valore punuese ose ose duke krijuar një impulsin e dritës laserike

dalëse. Disa laser edhe nuk posedojnë rezonator optik, por bazohen në një përforcim

shumë të madh optik, kështu që krijojnë emetimin spontan të përforcuar (engl. amplified

spontaneous emission – ASE), kështu që ju nuk ka nevojë për reflektim nga pasqyra prapa

në mediumin laserik. Për këta laserë thuhet se janë superluminescent, dhe lëshojnë dritë

me një shkallë të ulët të harmonizimit ose koherencës, por me një gamë të gjerë të spektrit.

Meqenëse nuk kanë një rezonator optik, këto pajisje shpesh edhe nuk quhen laserë.

4.2.3 Llojet e laserëve

Ekzistojnë shumë kritere për ndarjen e laserëve. Më së shpeshti ndahen sipas Fig. 4.2.7:

116

Fig. 4.2.7 Kriteret për ndarjen e laserëve

1. Sipas gjendjes agregate të mediumit aktiv:

- laserë të ngurtë;

- laserë të lëngët dhe

- laserë të gazët

2. Sipas regjimit punues :

- laserë impulsiv dhe

- laserë kontinual

3. Sipas mënyrës së eksitimit(nxitjes):

- laserë me eksitim optik

- laserë me eksitim të shkarkimit elektrik

- laserë me eksitim të reaksioneve kimike dhe

- laserë me eksitim të tufës së thërrmijave me energji të madhe

4. Sipas spektrit të gjenerues :

- laserë të cilët rrezatojnë në brezin e spektrit infra të kuq, të bardhë dhe

ultravjollcë.

4.2.3.1 Laserët e ngurtë

Tek laserët me bazë të ngurtë, si medium aktiv, shfrytëzohet trupi kristalor ose amorf.

Trupat e ngurtë kanë koncentrim të thërrmijave aktive dukshëm me të madhe sesa trupat e

gazët. Për këtë shkak përhapja e niveleve energjetike në trupat e ngurtë është shumë më e

madhe se te gazrat. Trupi i ngurtë si medium optik është me pak homogjen se sa gazrat,

çka kushtëzon humbje me të mëdha disperzive të dritës dhe zvogëlon kualitetin e

117

rezonatorit me rastin e gjatësisë së tij të madhe , për ketë arsye nuk ka kuptim prodhimi i

mediumeve aktive të gjatësisë së madhe. Elementet aktive të këtyre laserëve nuk kalojnë

gjatësinë 60[cm] për materialet optike më homogjene. Këndi i divergjencës të rrezatimit

laserik përmban disa dhjetëra minuta, për dallim nga laserët me gaz ku ky kënd përmban

vetem disa minuta. Duke marrë parasysh se nëpër dialektrik nuk mundet me kalue rryma

elektrike, popullimi (dendësia) invers i niveleve energjetike arrihet me pompim optik.

Pompimi optik arrihet në atë mënyrë që mediumi aktiv ndriçohet me dritë

intensive nga burimi i veçante i dritës. Mediumi aktiv në formën e dialektrikut kristalor

ose të dialektrikut amorf e ka formën e cilindrit apo të paralelepipedit kënd drejtë. Pasqyrat

janë të ndërtuara me përpunime të veçantë të sipërfaqeve të kufizuara të trupit, të cilat

paraqesin mediumin aktiv. Në këto sipërfaqe vendoset shtresa e argjendit apo shumë

shtresa të ndonjë dialektriku, e cila mundëson fitimin e kofecientit reflektues të nevojshëm

në brezin spektral të caktuar. Dimensionet e rezonatorit zakonisht janë të vogla. Seksioni

tërthor zakonisht është rreth ose katror, diametri i të cilit është nga 2[mm] deri3[cm].

Gjatësia e rezonatorit është deri 60[cm]. Sipërfaqet anësore nga njëherë ndërtohen të

valëzuara ose vetëm afër pasqyrave.

Fig. 4.2.8 Laseri i ngurtë impulsiv; R shkalla e reflektimit

Materiali themelor i matricës rezonatore nuk merr pjesë drejtpërdrejt në proceset fizike të

cilat sjellin deri të rrezatimi laserik. Matrica paraqet dialektrikun kristalor apo amorf i cili

përmban numër të vogël të atomeve të aktivatorit, zakonisht nën 1%. Kalimet induktive

zhvillohen në aktivatorë me çka ftohet rrezatimi laserik. Zmadhimi i koncentrimit të

aktivatorëve, nga njëra anë, kontribuon rritjes se sasisë grimcave të cilat marrin pjesë në

procesin e formimit të rrezatimit laserik, derisa nga ana tjetër ndikojnë negativisht në kohë

qëndrimin e elektroneve në nivelet metastabile. Si aktivator shfrytëzohen elementet e rralla

(rënda) si dhe kromi dhe urani. Si matricë përdoren rrjetat nga acidet ose kripërat alkaline-

tokësore : H2WO4, H2MOO4 dhe HF. Më së shpeshti përdoren kripërat e kalciumit. Shumë

tipe të rezonatorëve janë të ndërtuar në bazë të komponimeve të Itrijumit Y3Me5O12, ku

118

simboli Me simbolizon metalet : aluminin, hekurin ose arin. Rezultate veçanërisht të mira

ka treguar komponimi Y3Al5O12 i cili simbolizohet me YAG (itrijum aluminijum granat).

Nga materialet tjera kristalore, të cilat shfrytëzohen si matrica duhet përmendur korundin.

Ky kristal shfrytëzohet në laserin e rubinit. Krahas kristalit, si matricë për rezonator

përdoret edhe qelqi. Shfrytëzohen qelqe speciale me përbërje: K-Ba-Si, La-Ba-Th-B, Na-

Ca-Si, Li-Mg-Al-Si, etj

Nxitja e aktivatorit bëhet nëpërmjet sistemit për matje optike i cili përbëhet nga

llambat speciale – shkëlqyese dhe sipërfaqësore që reflektojnë dhe e përqendrojnë dritën

kah mediumi aktiv. Si shkëlqyes përdorën llambat speciale me zbrazje të gjatë që janë të

mbushura me ksenon. Këto llamba e kanë formën spirale ose janë të drejta dhe në skaje

gjendet elektrodat. Kur të ndezët llampa, kondenzatori nëpërmjet saj zbrazet me shpejtësi

me çrast krijohet ndriçushemëria intensive (vetimë).

Tek laserët e fuqisë më të madhe, shfrytëzohen bateritë kondenzatore të kapacitetit të

rendit 1000 [μF], të cilat mbushen deri të disa mijëra volt. Spektri i rrezatimit të llampes e

mbulon diapazonin e gjatësive valore prej 200 [nm] deri 1000 [nm]. Në rrezatim del rreth

30% e energjisë së sjellur në llampë ndërsa pjesa tjetër e energjisë shpërndahet në nxehtësi.

Për shkak të goditjes së madhe termike, këto llampa ndërtohen prej kuarcit. Për pompim

optik në regjimin kontinual përdoren llampat me kapilarë cirkulure. Një llampë e tillë

paraqet gypin kapilarë nga kuarci me diametër 1~2 (mm) i cili është i mbushur me avullin

e zhivës nën shtypje mbi 107(Pa). Për punën në regjimin kontinual mund të shfrytëzohen

edhe llampat në bazë të argonit dhe jodit. Janë të ndërtuara në formë gypi nga kuarci me

diametër 10 (mm) dhe gjatësi 300 (mm).

Tabela 4.2.1 Laseri i ngurtë

119

-Vërejtje: pw-regjimi pulsiv , cw-regjimi kontinual

4.2.3.1.1 Laseri i rubinit

Në mesin e laserëve me trup të ngurtë më i njohuri është laseri i rubinit. Ky laser i pari i

ndërtuar me 1960. Rubini është shfrytëzuar si medium aktiv, i cili është prodhuar

artificialisht. Përndryshe rubini është material ngjyrë trëndafili të zbehtë deri në të kuqe e

ndritshme. Rubini është kristal i oksidit të aluminit (Al2O3) i cili përmban përqindje

peshore prej 0.03-0.05% të Cr2O3 duke i dhënë atij ngjyrë trëndafili. Ngjyra e kristalit varet

nga sasia e kromit ku sa më shumë të ketë krom, kristali do të jetë më i kuq. Sidoqoftë,

kristali më shpesh i përzgjedhur është me 0.05%. Kjo rrjedh nga ajo se atomet e kromit

kanë absorbim selektiv të dritës në fushën e gjelbër dhe të verdhë të spektrit. Gjatë këtij

absorbimi, atomet e kromit kalojnë në gjendjen e ekzistuar. Kthimi në gjendjen bazë, duhet

të realizohet nëpërmes dy kalimeve të njëpasnjëshme. Kalimi i parë pa emetim bëhet në

nivelin metastabil “R” gjatë këtij kalimi, jonet e kromit japin energji rrjetës kristalore të

rubinit. Në nivelin metastabil, jonet qendrojnë më gjatë se në nivel më të lartë me çka

arrihet ngopja (stervendosja) e këtij niveli. Kthimi i joneve në gjendjen bazë kryhet me

emetimin e dy lloje rrezatimesh nga fusha e pjesës së kuqe të spektrit të gjatësisë valore

λ1=693.4 (nm) dhe λ2=692.9 (nm). Ky kthim bëhet në formë te ortekut të fotoneve me

gjatësi të njëjtë valore. Në figurën 4.2.9 është dhënë skema e laserit të rubinit.

Fig. 4.2.9 Skema e laserit të rubinit

Rubini i cili shfrytëzohet në laser, e ka formën e shkopit të dimensioneve të vogla, me

diametër 0.5-1(cm) dhe gjatësi 2-10 (cm). Sipërfaqet e rrafshëta të këtij shkopi janë

rigorozisht paralele, precize të rrumbullakuara dhe të argjentarizuara ashtu që formojnë

pasqyra. Pasqyrat janë të kthyera njëra kah tjetra ashtu që njëra nga ato është gjysma e

tejdukshme (gjysmë e rrezatueshme). Tërë shkopi i rubinit është i mbështjellur me llambën

impulsive ksenone (blic llamba) në formë të spirale, kohëzgjatja e impulsit të dritës është

rreth 10-3 (s). Atomet e kromit, gjatë ndezjes të blic llambës absorbojnë dritën ashtu që

120

shumica e atomeve bëhet e ekscituar. Pra kryhet i ashtuquajturi “pompim optik”. Disa nga

atomet e ekssituara të kromit spontanisht emitojnë fotone duke kaluar në nivele më të ulëta

energjetike. Fotonet që lëvizin të orientuara paralel në boshët të rubinit dëbohen nga

pasqyra duke tërhequr numër gjithmonë më të madh të atomeve të kromit me emetim të

stimuluar me që rast formohet orteku i fotoneve. Nën përforcim të mjaftueshëm, një pjesë

e tufës së rrezeve të laserit, del nëpër pasqyrën gjysmë të dukshme (rrezatueshme) të

kristalit. Fotonet në tufën dalëse të rrëzës së laserit e kanë të njëjtën frekuencë dhe gjenden

në të njëjtën fazë kështu që tufa është monokromatike dhe koherente. Energjia e impulsive

laserikë varet nga energjia e llampës për pompim. Koeficienti i veprimit të dobishëm i

laserit të rubinit sillet rreth 1%. Ekzistojnë edhe laserë në bazë të rubinit të cilët punojnë

në regjim kontinual. Fuqia e impulsitë të laserit mund të jetë e radhës (mW) e më e madhe

ndërsa e regjimit kontinual fuqia e arrin radhën 100 (mW). Laserët që punojnë në regjimin

kontinual zakonisht ftohen në sistem të veçantë të ftohjes. Divergjenca e tufës së rrezes

laserike është shumë e vogël dhe zakonisht sillet rreth 0.001(rad)

4.2.3.1.2 Laseri Nd:YAG

Një nga laserët më të rëndësishëm i cili ka zbatim të shumëllojshëm në industri dhe

shkencë është ai i neodiumit. Laseri Nd:YAG (neodymium-doped yttrium aluminium

garnet) si medium aktiv shfrytëzon YAG të pasuruar me neodim trevalent. Nd:YAG është

përfaqësues tipik me katër nivele energjetike. Niveli i epërm i kalimit laserik është 4F3/2

(115000 (cm-1)) ndërsa niveli i poshtëm 4I11/2 (2.111(cm-1)) mbi gjendjen bazë, figurën

4.2.10.

Fig. 4.2.10 Niveli energjetikë i laseritë YAG : Nd

Nën veprimin e pompës optike, elektronet eksitohen dhe hudhen në nivele të zgjeruara

energjetike e pastaj kalojnë shpejtë në nivelin e lartë laserikë 4F3/2. Ky kalim është jo

121

radioaktiv sikur edhe nga kalimi nga niveli i poshtëm laserik në gjendjen bazë. Në të dy

laserët energjia e elektroneve i dorëzohet rrjetës kristalore për këtë arsye ajo nxehet ndërsa

është e domosdoshëm që ta ftohim kristalin. Kristalet janë në formë cilindrike të gjatësisë

150 (mm) dhe vëllim në mes 25 (cm3). Gjatë kohës të punës mund të deponohen rreth 150

(m/cm3) me çka mund të prodhohen impulse prej 10 (J) me frekuenca 0.1(Hz). Përveç

granitit, me neodim mund të arrijnë (shkrihen) edhe CaW04, YAl03, YL1F4, por kristalet

Nd: YAG, MA me efikasitet e shëndrrojnë rrezatimin ekscitues të llampës me rrezatim

laserik për këtë arsye edhe më së shpeshti përdoret. Laseri YAG:Nd punon me regjim

impulsiv dhe atë kontinual ky laser liron energji prej disa qindra (mJ) me frekuencë prej

1~50 [Hz], sistemi për pompim është i ngjashëm sikur te laseri i rubinit. Energjia që mund

të lirohet është e limituar me kapacitetin e kristalit.

Fig. 4.2.11 Skema parimore e Nd: YAG laserit

4.2.3.2 Laserët ë lëngët

Përveç gazeve dhe trupave të ngurtë, lëngjet posedojnë veti që i bëjnë ato të përshtatshme

si materiale për laser. Lëngjet tregojnë përparësi të mëdha sepse lejojnë ndryshime të

përqendrimit të joneve aktive. Përveç kësaj ato lejojnë një ftohje më të thjeshtë në krahasim

me sistemet solide duke qarkulluar mediumi aktiv. Ana më e dobët mediumit të lëngët

laserik është koeficienti i tij i lartë i zgjerimit termik dhe ndryshimi i indeksit të thyerjes.

Ndryshimet termike dhe rrjedha e lëngut shkaktojnë johomogjenitet në indeksin e thyerjes

dhe zvogëlojnë cilësinë e laserit.

Gjatë projektimit të laserëve me medium të lëngshme më e rëndësishme është zgjedhja e

materialit që tregon luminiscencë në fazën e lëngshme. Shumë lëngje organike kanë një

luminiscence të fortë për dallim prej atyre inorganike tek të cilat është më pak e pranishme.

Lempicki dhe Samelsoni ishin të parët në vitin 1963 që arritën një efektin laserik në lëng.

Ata përdorën lidhjen komplekse kimike trivalente të evropiumit (Eu) si material aktiv i

tretur në tretësin organik, Fig. 4.2.12.

122

Fig. 4.2.12 Paraqitja skematike e laserit të lëngët

Si medium aktiv te laserët me bazë të lëngut, shfrytëzohen tretjet e komponimeve organike

(psh. metanol, etilen glikol) të cilave u shtohen ngjyra kimike si rodamin ose fluorescin .

Dallojmë dy lloj laserësh në bazë të lëngut: laserët me tretje të komponimeve organike dhe

laserët me tretje të komponimeve joorganike. Në laserët në bazë të lëngut arrihet

përqendrimi njëjtë i grimcave aktive sikurse në mediumin aktivë në bazë të trupave të

ngurtë, kështu që mund të ftohet energjia e madhe e rrezatimit për medium të vëllimit.

Lëngu optikisht është më homogjen se trupat e ngurtë për ç’arsye të trupave të lëngët,

humbjet e rrezatimit janë më të vogla se te trupat e ngurtë të cilët ekzistojnë defekte të

ndryshme në strukturë. Te regjimi impulsivë i punës, vëllimi punues i lëngut mund të

përtërihet në tërësi. Stabiliteti në raporte me sforcimet termike është dukshëm ma i lartë se

te laserët në bazë të trupave të ngurtë. E metë laserëve në bazë të lëngët është jo stabiliteti

në kohë i tretjes. Me tretje, qysh pas 1~2 muaj formohen fundrina të cilat ndeshen dhe e

zvogëlojnë rrezatimin laserit. Te lëngjet vie deri te formimi i të ashtu quajturave thjerrëza

termike fokusi i të cilave ndryshon gjatë kohës së impulsit të rrezatimit kështu që

divergjenca e rrëzes laser mund të arrijë disa shkallë. Laserët në bazë të tretjeve joorganike

përdoren lëngjet kimikisht agresive për dallim nga laserët në bazë të tretjeve organike.

Në bazë të tretjeve organike fitohet spektri i gjërë i rrezatimit laserik kështu që vija

spektrale mund të ketë gjerësinë rreth 100 (nm) gjë që mundëson konstruktimin e laserit

që mund të përshtatet në fushë të gjerë valore. Me zgjedhjen e komponimit organik, arrihet

fushë gjegjëse valore në të cilën laseri mund të rrezatojë ndërsa kyçjen e elementeve

selektive në rrerzonator, arrihet rrezatim laserik me gjatësinë e dëshiruar valore brenda

fushës valore. Këso laserësh mund të punojnë edhe në regjimin kontinual e edhe në atë

impulsiv ndërsa laserët me tretje joorganike shfrytëzohen vetëm te regjimi impulsiv.

Ekscitimi i laserit në bazë të lëngut realizohet me pompim optik.

123

4.2.3.3 Laserët e gazit

Ekzistojnë shumë laserë të gazët të cilët dallojnë mes veti sipas llojit të gazit që e përbejnë

si medium aktiv, pastaj për nga natyra e realizimit të të popullimit invers. Në raport me

trupa tjerë, gazrat kanë gjendje saktësisht të përcaktuar të nivelit energjetik të atomeve ose

molekulave, për këtë një mori e kalimeve të mundshme nga niveli në nivel te gazrat e

ndryshme. Karakteristikë tjetër e gazrave është homogjeniteti optik. Dendësia gazit është

e vogël dhe për këtë në gazra nuk vie deri te disperzioni i dritës dhe deri te deformimi i

rrezes së dritës. Mu kjo veti e gazrave lejon që distanca në mes të pasqyrave në rezonatorin

optik të laserëve të gazit të jetë e madhe me çka më lehtë arrihet monokromaticiteti dhe

orientimi më i mirë i rrezes laser. Nga ana tjetër gazi si mjedis (medium) aktiv ka edhe

disa te meta: dendësia e gazit është dukshëm më e vogël se dendësia e trupave të ngurtë

dhe për të njëjtën njësi vëllimi nuk mund te eksitohet numër i madh atomesh që emetojnë

dritë si te trupat e ngurtë. Për këtë te laserët e gazit, nuk mund të arrihet impuls i fuqisë së

madhe si te trupat e ngurtë. Vendosja e popullimit te këta laser, arrihet me ekscitimin e

atomeve ose molekulave të gazit gjatë ndeshjes së tyre me elektronet e shpejta të lira gjatë

kohës së zbrazjes së gazit. Shtypja e gazit te këta laser arrin prej 103(Pa) deri 102(Pa). Në

praktikë dallojnë tre tipe laserësh në bazë të zbrazjes së gazrave: laserët me atome neutrale,

laserët jonik dhe laserët molekularë. Këta laser dallojnë në mes veti për nga mekanizmi i

krijimit të popullimit invers dhe për nga gjatësia valore e rrezatimit. Në figurn 4.2.13 është

treguar diagrami tipik i niveleve energjetike të gazrave.

Niveli energjetik më i lartë, i përgjigjet energjisë së jonizimit të gazit në gazin i cili

përbëhet nga atome ose energjisë së disocimit te molekulave në gazin molekular. Nivelet

energjetike të shënuar me “IP” paraqesin zakonisht nivelet në të cilat kryhen kalime të

induktuara. Nivelet qe shtrihen mbi “IP” formojnë spektër shumë të dendur i cili kah fundi

praktikisht është i pandërprerë. Në këto nivele, elektronet qëndrojnë shumë shkurt bien

mbi nivelin e epërm të sërisë “IP” të cilin e kemi shënuar me Ei, i cili paraqet nivel

metstabil.

Fig. 4.2.13 Diagrami i niveleve energjetike të gazrave

124

Nënë këtë nivel gjendet niveli 6E në të cilin elektronet qëndrojnë shumë shkurt e që i

përshtatet realizimit të popullimit invers të atomeve. Mirëpo, në spektrin e disa gazrave (

kryesisht gazrave inerte), të serisë “IP” gjendet edhe një nivel metastabil, niveli 4E , i cili

ka vendosje të madhe . Ekzistimi i nivelit të tillë e eviton popullimin invers kështu që niveli

6E më dobët do të mbushet. Në laserët gazët molekularë energjia e disocimit arrinë në

][3:2 eVEi ndërsa kalimet në mes nivelit 6E dhe 5E i përgjigjen gjatësive valore të

rrezatimit në mes 10 dhe 100 [nm] që d.m.th se i takojnë valëve infra të kuqe dhe atyre

submilimitrike.

4.2.3.4 Laserët sipas mënyrës së operimit të valës

4.2.3.4.1 Laserët me valë të vazhdueshme

Operimi i vazhdueshëm i valës (eng. continuous wave- cw) të një laseri do të thotë që

laseri vazhdimisht pompon dhe vazhdimisht lëshon dritë. Emetimi mund të ndodhë në një

mënyrë (mod) të vetme rezonatore (→ operacion me një frekuencë) ose në mënyra më të

shumta. Tek laserët me valë të vazhdueshme (cw), përforcuesi optic (rezonatori) gjendet

në mes të dy pasqyrave tëvendosura paralele. Një pasqyrë është 100% reflektuese dhe e

dyta e lëshon një sasi të caktuar drite. Tufa laserike Brenda rezonatorit reflektohet, rrit

densitetin e energjisë të rrezatimit dhe pas arritjes së kushteve të emetimit laserik tufa

(rrezja) lëshohet përmes një pasqyre që është pjesërisht e depërtueshme. Laser i parë i valës

së vazhdueshme ishte një laser helium-neoni që vepron në gjatësi valore 1153 nm.

4.2.3.4.2 Laserët me valë pulsuese

Operimi i pulsuar i laserëve (eng. pulsed wave-pw) i referohet çdo laseri që nuk

klasifikohet si valë e vazhdueshme, në mënyrë që fuqia optike të shfaqet në impulse të një

kohëzgjatjeje të caktuar, në një shkallë të përsëritur. Në rastin e laserwve pulsues, është e

mundur që të përdoren pasqyra plotësisht të padepërtueshme (100% reflektuese), njëra prej

të cilave periodikisht lëviz jashtë rrugës optike të laserit. Kur pasqyra është në vendin e

saj, ajo e kap atë rreze laser brenda rezonanatorit ku ajo është përforcohet. Kur pasqyra

largohet, nga laseri shfaqet një impuls i shkurtër i rrezatimit intensiv me laser. Laserët

pulsues mund të arrijnë fuqi shumë të lartë disa impulse, ndonëse fuqia mesatare e laserit

është relativisht e vogël.Sot, mund të punohen laserë të cilët lëshojnë (transmetojnë) 20-

50 pulse për sekondë, dhe pulset individuale zgjasin rreth një femtosekondë.

125

4.2.4 Parimi i përpunimit me laser

Parimi i funksionimit të laserit bazohet në vetinë e emetuesit – mediumit aktiv (të ngurtë,

të lëngshëm, të gazët) që në një periudhë të shkurtër kohe, prej disa milisekondash të

emetoj (transmetoj) në formë të dritës rrezatuese një pjesë të energjisë të futur më parë.

Gjatë përplasjes së tufës laserike me një trup të ngurtë të errët (jo i tejdukshëm), në

sipërfaqen dhe nënshtresat e tij (në një thellësi të caktuar) zhvillohen procese të ndryshme

fizike. Nën ndikimin e saj vie deri te nxehja intensive sipërfaqesore, shkrirja dhe avullimi

i materialit të detalit punues.

Për këtë arsye, veprimi i tufës laserike në materialin punues, mund të ndahet në disa faza

karakteristike:

reflektimi (refuzimi) i tufës laserike nga sipërfaqja,

apsorbimi i rrezatimit laserik nëpër shtresat siperfaqesore të copës punuese dhe

transformimi i enerigjisë fotonike ( dritës) në energji nxehtësie,

nxehja e sipërfaqes së rrezatuar me shkrirje dhe avullimin e shtresës sipërfaqësore

largimin e produkteve të shkatërrimit dhe.

ftohjen e materialit me pushiminin e veprimit të rrezatimit laserit.

Për veç kësaj, njëkohësisht zhvillohen edhe procese kimike dhe transformime fazore të

cilat bashkërisht, dukshëm ndikojnë në karakterin e veprimit të rrezatimit laserik. Ky

proces është bazë e çdo veprimi të përpunimit të rrezatimit laserik. Cili nga këta do të

manifestohet, varet nga dendësia e fuqisë së rrezatimit laserik; kohës së intereaksionit në

mes rrëzës së laserit dhe materialit të detalit dhe i energjisë specifike të nevojshme për

përpunim të caktuar. Për përcaktim të drejtë të mundësisë dhe fushës së aplikimit të

përpunimit me laser duhet të bëhet klasifikimi nga aspekti e energjetik dhe teknologjik.

Për klasifikimin e përpunimit nga aspekti i energjisë, përdoren parametrat:

dendësia e fuqisë qc [W/cm2] dhe

kohëzgjatja e veprimit të tufës laserike t.

Dendësia e fuqisë është :

2

4c

m

Nq

d

(4.2.1)

ku është:

N [W] – fuqia e tufës laserike

126

dm [cm] – diametri I tufës së fokusuar me veprim kontinual dhe është:

d

V (4.2.2)

ku është;

V [cm/s] – shpejtësia e zhvendosjes së tufës laserike nëpër sipërfaqen e përpunuar.

4.2.5 Saktësia e përpunimit me laser

Saktësia e përpunimit të laserit varet kryesisht nga intensiteti dhe qëndrueshmëria e

parametrave të energjisë të rrezes laser dhe karakteristikat gjeometrike të sistemit optik.

Meqë bëhet fjalë për gjeometrinë e padefinuar të procesit të përpunimit të laserit (forma

konike dhe mekanizmi i përpunimt termik), janë të pashmangshme gabimet në

dimensione, formë dhe pozicion. Devijimi i përmasave dhe profileve të përpunimit nga

specifikimet është veçanërisht i theksuar në përpunimin e ashpër të pjesëve të punës të

brishta.. Në rastin e përfundimit përfundimtar të pjesës së punës me përmasa më të vogla,

arrihet një saktësi e lartë prej ± (0.01-0.001) mm.

Karakteristikat gjeometrike janë vendimtare për saktësinë e përpunimit të laserit. Është e

domosdoshme në vendin e përpunimit që të arrihet fokusimi maksimal i rrezes së laserit,

pra, të kryejë përpunimin me rreze minimale të rrezes. Është gjithashtu e rëndësishme të

shmanget devijimi i paralelitetit të shtrirjes lineare të dritës laser (polarizimi) në krahasim

me drejtimin e prerjes ose të përdoret polarizimi radial.

Sa më i artë të jetë pulsi i rrezeve, gjegj., sa më e lartë është frekuenca e pulsit të rrezeve,

pëpunimi është më i mirë gjegj., gabimet e dimensioneve më të vogla, Fig. 4.2.14.

Fig. 4.2.14 Dallimi në përpunim krahasuar me pulsin e rrezes laser

127

4.2.6 Cilësia e sipërfaqes së përpunuar

Gjaë përpunimin me laser, për shkak të shfaqjes së temperaturës së lartë në zonën e ngushtë

të përpunimit të, ka parregullsi më të pashmangshme gjeometrike, p.sh. ndryshimet fiziko-

kimike në shtresën sipërfaqësore të materialit të punës.Realizohet klasa e kualiteti të

përpunimit( N7-N12), me një trashësi të shtresës së dëmtuar që varion nga një gamë e gjerë

prej 0.01 deri në 0.05 mm, veçanërisht gjatë prerjes me laser me një regjim të vazhdueshëm

pune. Cilësia e sipërfaqes së përpunuar varet nga forca specifike e rrezes laser, koha e

impulsit, karakteristikat termo-fizike të materialit të punës, shpejtësia e përpunimit, lloji

dhe presioni i gazit ndihmës etj.

Në figurën 4.2.15 mund të vërehen dallimet në kualetitn e sipërfaqes së përpunuar të

shkaktuara nga ndryshimi i shtypjes së gazit ndihmës.

Fig. 4.2.15 Dallimi i kualitetit të përpunimit në varësi të shtypjes së gazit ndihmës

4.2.7 Përpunueshmëria e materialeve me laser

Rrezja laser e fokusuar në diametrin punues 0,15÷0,2 [mm] është bërë vegël (instrument)

universale e cila mundet me i prerë gati të gjitha materialet e njohura. Për dallim prej

instrumenteve konvencionale, ky është pa formë e që nuk mundet të porositet special për

prodhim si dhe nuk imponon shpenzime të lidhura me deponimin, mprehjen ose

rregullimin. Mundësia e drejtimit dhe manipulimit e bënë rrezen laser ideal të përshtatshme

për përpunimin me ç’rast laseri mund të jetë i integruar në sisteme më të mëdha

teknologjike.

Karakteristikat teknologjike të përpunimit me laser varen nga lloji operacionit teknologjik

dhe për operacionet e heqjesë së materialit janë:

128

- saktësia e përmasës (diametrit dhe dhe thellësisë së vrimës së shpuar, saktësisë

së vijës prerëse, etj).

- kualiteti i sipërfaqes së përpunuar (ashpërsia e sipërfaqes, ndryshimet

strukturore në sipërfaqe, etj).

- produktiviteti i përpunimit (sasia e materialit të hiqur për impuls, numri i vrimave

të shpuara në një njësi të kohës).

Përpuimi me laser (LBM) mund të përdoret për të përpunuar të gjitha llojet e metaleve dhe

materialeve jometalike që posedojnë një minimum absorbimi të rrezatimit infra të kuq.

Materialet metalike- pothuajse të gjitha metalet dhe lidhjet e tyre, edhe pse në temperaturë

të dhomës e reflektojnë dritën, posedojnë thithjen fillestare të rrezatimit infra të kuq që

është brenda intervalit prej 0.5-10%, dhe përpunohen pak a shumë me sukses me laser.

Materialet jometalike - si rregull, janë absorbues të mirë të rrezatimit infra të kuqe. Përveç

kësaj, në përgjithësi, materiale jo metalike posedojnë një koeficient të ulët të

përçueshmërisë termike dhe kanë një pikë të ulët të shkrirjes apo ndezjes. Për shkak të

kësaj, jo metalet janë material shumë të përshtatshme për përpunimi me laser .

Përpunshmëria e metalit me laser është e ndryshme dhe varet nga vetitë e ndryshme të

materialit, e sidomos nga vetitë termofizike (kapaciteti termik specifik, përçueshmëria

termike, nxehtësia e shkrirjes dhe sublimimit, temperatura e shkrirjes dhe avullimit etj).

Metalet kanë përpunueshmëri më të mirë nëse kanë energji të avullimit më të vogël dhe

përçueshmëri më të dobët të nxehtësisë. Psh., Cu, Ag, Au (përçueshmëri e mirë e

nxehtësisë ) dhe W, Ir , Mo (energji e madhe e avullimit), shumë vështirë përpunohet me

laser. Mirëpo; Zr, Ti (përçueshmëri e dobet e nxehtësisë) si dhe Zn, Pb, Sn (energji e vogël

e avullimit), lehtë përpunohen me laser.

Në Tab 4.2.2 është dhënë përpunushmëria relative e metaleve të pastra sipas vëllimit të

larguar nga hapja (vrima) elementare. Tek jometalet nuk mund të jepet një konstatim i tillë

fenomenologjik sepse proceset fizike janë më të komplikuara dhe dukuritë e shfaqura më

komplekse. Në Fig. 4.2.16 është paraqitur diagrami i aplikimit të përpunimit me laser në

bazë të karakteristikave energjetike të tufës laserike.

Ekzistojnë katër zona karakteristike:

nxehja sipërfaqësore,

shkrirja

largimi i materialit dhe

formimi i plazmës.

129

Tabela 4.2.2 Përpunushmëria relative e metaleve

Dendësia e fuqisë së rrezatimit laserik 104 [W/cm2) dhe koha e interakcionit 10-2

-10-1)210 [s] shfrytëzohet për përpunimi termik, dendësia e fuqisë ]/[1010 265 cmW dhe

koha e interakcionit 1÷10[ms] shfrytëzohet për saldim, ndërsa e fuqisë ]/[1010 286 cmW

dhe koha e njëjtë e interakconit (si më parë) shfrytëzohet për shpuarje dhe prerje ndërsa

dendësia e fuqisë më e madhe se ]/[10 28 cmW mundëson largimin eksploziv të materialit,

metodë e cila ende nuk përdoret në praktikë. Shumica e proceseve teknologjike laserike,

bazohet në veprimin termik të rrezatimit laserik.

Fig. 4.2.16 Diagrami i aplikimit të përpunimi me laser bazë të karakteristikave energjetike të tufës laserike

130

Gjatë qc= 107-108 (V/cm2) dhe t=10-5-10-4, mund të realizohen operacionet teknologjike

që janë të lidhura me largimin e materialit; shpimin i vrimave, prerjen, gravimin etj.

Gjatë qc>108 (V/cm2) dhe t<10-3 (s) , nuk mund të realizohen operacione teknologjike

pasi që plazma e formuar nën sipërfaqen e materiali, praktikisht plotësisht i apsobon rrezet

laserike dhe e pengon veprimin e tyre në material.

Gjat shqyrtimit t proceseve termike që ndodhen në material nën veprimin e rrezatimit

laserik, është e domosdoshme njohja e karakteristikave siç janë: dendësia e fuqisë së

rrezatimit laserik (qc), shpërndarja hapësinore e dendësisë së fuqisë (qr), koha e zgjatjes së

impulsit (ti), gjatësia valore e rrezatimit laserik )( , kushtet e fokusimit, thellësia e

depërtimit të impulsit laserik në material (x), pjesa e absorbuar e rrezatimit laserik, (𝛼 =

1 − 𝑅), etj.

4.2.8 Operacionet e përpunimit laserik

Me zhvillimin e teknologjisë, ka pasur edhe zhvillim të laserëve, gjegj., të operacioneve

laserike, prandaj sot përpunimi me laser i materialeve është i përfaqësuar në shumicën e

proceseve prodhuese.

Operacionet e prodhuese të laserit janë:

shpimi dhe perforimi (Laser Drilling and Perforating)

prerja dhe shkurtimi

punimi i sipërfaqeve hapësinore dhe komplekse

gravim dhe shënim (markim)

saldim dhe ngjitje

përpunim termik

veshje të materialeve

përforcimi i deformimit të materialit

lakimi i llamarinës

largimi i korrozionit me laser

përpunimi i kombinuar me laser

4.2.8.1 Shpimi dhe perforimi me laser

Shpuese dhe perforimi i formave të ndryshme gjeometrike, thellësive dhe pozicioneve janë

operacione tipike të përpunimit laserik. Përpunimi kryhet kryesisht me laser Nd: YAG në

mënyrën pulsive. Përpunoheni materialeve të ndryshme dhe hapje të vogla të diametrit Φ

(0.01 deri 0.5 mm), të cilat mund të shpohen ose të perforohen, janë tiparet dhe përparësitë

131

kryesore të laserëve në lidhje me metodat e tjera të përpunimit. Përdoret në industrinë e

mekanikës precize, industrinë e punimit të veglave, industrisë së tekstilit, elektroindustrisë

etj. Në figurën 4.2.17 është shembull i shpimit laserik. Shpimi me laser është operacion

tipik i përpunimit laserik (proces elementar) i cili paraqet bazë për operacionet tjera

teknologjike të përpunimit me laser. Procesi i përpunimit bazohet në formimin e vrimës

ose hapjes në materialin e detalit me veprimin e rrezatimit laserik të fokusuara me ç`rast

materiali hiqet (shmanget) me avullim. Sasia e materialit cila do të jetë e larguar (hequr)

me avullim, varet nga dendësia e fuqisë së rrezatimit laserik dhe nga nxehtësia latente e

avullimit të materialit të detalit.

Fig. 4.2.17 Shembull i shpimit laserik

Te dendësia e vogël e fuqisë, ndodhë vetëm shkrije lokale pa formimin e vrimës Fig.

4.2.18a. Me rritjen e dendësisë së fuqisë, fillon krahas shkrirjes edhe avullimi në qendër të

shenjës së dritës mbi material, ndërsa masa e lëngët, lëvizë në skaje dhe në fillim të vrimës

Fig. 4.2.18 b, d.m.th formohet vrima iniciale. Me rritjen e dendësisë së fuqisë rriten:

thellësia dhe diametri i vrimës (krateri).

Fig .4.2.18 Procesi i formimit të vrimës ne materialin e detalit me ndryshimin e dendësisë së fuqisë së rrezatimit

laserik

132

Materiali i shkrirë i mbushë muret e vrimës nën veprimin e impulsit ngritët në kunorë në

fillim të vrimës ndërsa me ndërprerjen e impulsit, si pajos e konpenzimit të avullit, faza e

lëngët tërhiqet në vrimë Fig. 4.2.18c, d, e). Te impulsi i rrezatimit laserik të fuqisë së

radhës 108 [W/cm2], shfaqet hedhje (qitje) e fuqishme e produkteve të avullimit

(shkatërrime) të materialit me çrast fitohet vrima ose hapja e formës rrethore Fig. 4.2.18 f.

Teorikisht mund të përcaktohet thellësia e vrimës në bazë të sasisë së materialit i cili mund

të hiqet me avullim. Sasia maksimale e materialit të hequr mund të përcaktohet nën

supozimin se sasia e përgjithshme e energjisë së absorbuar (përthithur) është shpenzuar

për avullim të materialit dhe se forma e vrimës së fituar është cilindrike me sipërfaqe A

dhe thellësi H atëherë energjia e duhur për avullim të njësisë së vëllimit të detalit është

dhënë me shprehjen:

)T-c(Tc E 0iv1 (4.2.3)

ku janë;

- dendësia specifike e materialit të detalit

Cv - nxehtësia latente e avullimit të detalit

C - nxehtësia specifike e avullimit të detalit

Ti - temperatura e avullimit të detalit

T0 - temperatura e rrethinës

Thellësia e shpimit, përcaktohet me shprehjen:

0TTccA

EH

i

(4.2.4)

Në praktikë për përcaktimin e thellësisë dhe të diametrit të vrimës te shpimi laserik,

shfrytëzohen shprehjet e fituara eksperimentale:

zH

s

yH

i

xH

H ftECH (4.2.5)

s

xD

D fECd

D

44.2 (4.2.6)

ku janë;

CH, CD- Koeficientët e përpunueshmërisë së materialit,

E-energjia e rrezatimit,

ti- zgjatja e impulsit të rrezatimit,

133

fs- largësi e xixës së thjerrëzës,

λ- gjatësia valore e rrezatimit të laserit,

d- diametri i metalit laserik (mediumit aktiv),

XH, YH, ZH, XD- eksponente që varen nga materiali i detalit.

4.2.8.2 Preja laserike

Nuk ka lëmi në përpunim e cila ka përparuar aq shpejt sikur prerja me laser. Për ta kuptuar

se çka bën laserin të përshtatshëm për prerje duhet shqyrtuar karakteristikat specifike të

rrezatimit laserik. Laseri prodhon tufën e dritës monokromatike kohoren të intezitetit të

madh energjetik të cilën e karakterizon drejtimi dhe dispersioni i vogël. Ne interaksion

me materialin e përpunuar, nëse kjo energji është më e madhe se aftësia e materialit për të

reflektuar, përçuar apo shpërnda këtë energji, vije deri tek absorbimi i energjisë se dritës

dhe shndërrimin e saj në nxehtësi, gjegjësisht rritjes së temperaturës në vendin e rrezatuar.

Gjatë rritjes rapide të temperaturës vie deri tek shfaqja e shkrirjes lokale ose avullimit të

materialit, çka varet nga intensiteti i gjenerimit të nxehtësisë , e kjo shkakton krijimin e

vrimës apo hapjes te materiali.

Fig. 4.2.19 Paraqitja skematike e prerjes laserike

134

Me lëvizjen e rrezes laserike ose të materialit përpunues krijojmë procesin e prerjes

laserike ose frezimit laserik. Në shumë raste tufa jo e fokusuar e rrezatimit laserik e

laserëve industrial shumë kilovatësh, nuk posedon energjinë adekuate të bëjë me shumë se

ta nxehë sipërfaqen e materialit përpunues. Mirëpo nëse kjo tufë drejtohet përmes

thjerrëzave për fokusim, energjia është e fokusuar në sipërfaqe me diametër me të vogël

se 0,25 (mm) çka prodhon energji prej miliona ëat e aftë për avullimin e shumë

materialeve. Makinat laserike përveç nxehtësisë të fituar nga fokusimi i tufës së rrezeve

laserike shfrytëzojnë edhe gazin ndihmës i cili largon materialin e shkrirë nga zona e

prerjes, mbron thjerrëzën nga avullimi dhe ndihmon në procesin e djegies Fig. 4.19.

Procesi i prerjes laserike konsiderohet i të plotë (nga pikëpamja teknologjike) pr shkak t

efekteve termike (nxehjen, shkrirjen, avullimin, degradimin termik dhe erozionin), të cilat

shfaqen nga rrezatimi laserik në materialet industriale, me qëllim që nga lënda e parë të

fitohet produkti final. Fillimi i prerjes me laser është i kushtëzuar me kontaktin e rrezatimit

laserik me materialin përpunues, madje edhe kur absorbimi i energjisë së tufës goditëse të

rrezatimit laserik është i pjesrishëm. Fenomenologjia e prerjes me laser është

jashtëzakonisht komplekse. Metodat bazohen në rrezatimin e materialit përpunues me

tufën e rrezatimit laserik me zhvillime lokale të energjisë lëvizëse, kontinuale ose pulsive,

të densitetit të fuqisë q [W/m2] ose energjisë qe (J/m2), përkatësisht energjisë lineare ql

(J/m), e cila është në gjendje të prodhoj proceset më të volitshme termofizike,

termokimike, hidrodinamike, dhe erozive për prerjen e materialeve (me asistencë nga

jashtë apo në mënyrë autonome) Fig. 4.2.20.

Fig. 4.2.20 Paraqitja skematike e procesit të prerjes laserike: (a)tufa e rrezatimit laserik, (b) vrushkullori e gazit

ndihmës, (c)gjerësia e prerjes, (d) distanca punuese, (e)lëvizja ndihmese, (l)pozita e shkëndijës, (g)sipërfaqja e

përpunuar, (h) zona e ndikimit termik, (i)nxjerrja materialit të shkrirë, (j) largimi i zgjyrës dhe materialit të shkrirë

Metodat e prerjes me laser. Ekzistojnë tri metoda të prerjes laserike: (a) me largim të plotë

të materialit përgjatë vijës së prerjes (me avullim dhe më shpesh shkrirjen me avullim të

135

kufizuar), (b) me largim të pjesëreshëm të materialit përgjatë vijës së prerjes (me avullimin

e materialit deri në thellësi të caktuar dhe me largimin plotësues me veprim mekanik ose

avullimin e materialit të një lloji nga nënshtresa e materialit të llojit tjetër dhe (c) pa

largimin e materialit përgjatë vijës së prerjes (me thermim të kontrolluar në gjendjen e

ngurtë nën veprimin e forcës mekanike, të aplikuar gjatë rrezatimit laserik).

Prerja laserike e cila është e bazuar në shkrirjen dhe në avullimin e kufizuar të materialit

të përpunuar, mund të jetë me largim autonom të materialit nga zona e prerjes ose me

largimin e materialit nga zona e prerjes me ndihmën e gazit i cili ka veti erozive. Për prerjen

e metaleve zakonisht shfrytëzohet gazi reaktiv O2 gjerësa për prerjen e jometaleve

shfrytëzohet gazi neutral (N2) ose gazi inert (Ar).

Fig. 4.2.21 Shpërndarja e fuqisë së rrezatimit laserik në zonën e prerjes

Metodat kontinuele dhe pulsive të prerjes, bazohen në avullimin e materialit punues,

kërkojnë densitet të lartë fuqisë, përkatësisht densitet të lartë energjetik. Zakonisht

krijohen me rrezatimin pulsiv. Metoda e prerjes laserike me ndihmën e gazit kryhet,

zakonisht, me rrezatim kontinuel, dhe ndihmohet nga nxehtësia e cila zhvillohet në

reaksionin kimik mes O2 dhe materialit që përpunohet (në rastin e gazit reaktiv) gjegjësisht

me veprimin eroziv të vrushkullit të gazit në zonën e prerjes (në rastin e gazit neutral dhe

inert), çka dukshëm e zvogëlon energjinë e nevojshme për vet procesin e prerjes. Metoda

(b) shfrytëzohet për prerjen e shtresave metalike në bazament prej qeramike dhe shtresave

polimerie në bazamente prej metali. Kjo metodë, me ose pa largim të pjesërishëm të

materialit, kërkon energji plotësuese, e cila bën thërrmimin plotësues të materialit kur

rrezatimi laserik përfundon. Këto metoda, sikur edhe metoda (c), aplikohen të rastet e

materialeve të brishta (qelqi, gjysmëpërçuesit, materialeve qeramike). Sot më përhapur në

industri janë metodat e prerjes të bazuar në largimin e plotë të materialit përgjatë sipërfaqes

ndarëse me shkrirjen apo avullimin e kufizuar me shfrytëzimin e gazit ndihmës. Tregues i

136

rëndësishëm i prerjes laserike është bilanci i forcave në zonën e prerjes dhe me këtë edhe

kushtëzimi i nxehtësisë së shfrytëzuar, Fig. 4.2.21. Bilanci i fuqisë të prerja laserike është

dhënë me shprehjen :

PL=Pr+Po+Pp+Ps (4.2.7)

Ku janë: PL- fuqia e rrezatimit laserik, PR- fuqia e shpenzuar në krijimin e masës së shkrirë,

P0- fuqia e bartur përmes masës së shkrirë dhe gazit ndihmës, PP- fuqia e humbur gjate

përcjelljes së materialit të përpunuar, PS-fuqia e fituar nga reaksionet egzoterme.

Një pjesë e fuqisë se rrezatimit laserik humbet me përcjellje përmes materialit dhe përmes

masës se shkrirë dhe gazit ndihmës, mirëpo pjesa më e madhe shfrytëzohet për krijimin e

masës së shkrirë në vendin e prerjes. Kjo fuqi e dobishme mund të smadhohet në rast se

gazi ndihmës është oksigjeni, tek reaksioni egzoterm.

Me këtë rast në sasinë e energjisë së absorbuar dukshëm ndikojnë vetitë fiziko-termike të

materialit të përpunuar dhe nga ato varet zgjedhja e parametrave të përpunimit. Mirëpo, në

procesin e prerjes gjatë lëvizjes të tufës se fokusuar të rrezatimit laserik në krahasim me

materialin që përpunohet, shfrytëzohet edhe një pjesë e energjisë Ep në drejtim të prerjes,

sepse para ngrohë vendin e prerjes. Gjatë nxehjes në zonën e prerjes vie deri te fortësimi

(kalitja) e shtresës së prerë sipërfaqësore dhe deri tek ndikimi në kualitetin e prerjes.

Përparësitë dhe dobësitë. Prerja laserike ka shumë përparësi në krahasim me metodat

klasike të prerjes së materialit :

a) Energjia shumë e fortë e tufës së rrezatimit laserik, të koncentruar në sipërfaqe

të vogël ekstreme, mundëson:

Prerje të ngushtë dhe të rrafshët.

Ndikim minimal termik në strukturën e materialit në zonën e prerjes,

Ndikim minimal termik në deformimin e detalit përpunues.

b) Rrezatimi laserik paraqet “instrument prerës pa kontakt” çka do të thotë :

Nuk ka veprim të forcave e as deformime mekanike,

Nuk ka konsumim të instrumentit dhe nuk ka nevojë për ndërrim të tij,

Mundet me pre materiale pa marr parasysh fortësinë e tyre.

c) Rrezatimi laserik është i përshtatshëm për krijimin e shkallës së lartë të

drejtimit dhe udhëheqjes e me këtë mundëson:

Automatizimin e plotë dhe integrimin e lehtë në repartet e sistemeve teknologjike,

Mundsi e pa limituar e profilimit.

d) Me zvogëlimin e kohës së përpunimit dhe kohës ndihmëse, rritet ekonomiciteti i

përpunimit.

e) Me përdorimin e teknologjisë laserike rritet kualiteti i prodhimit, mundësohet

zhvillimi i prodhimeve të reja dhe rritja e fleksibilitetit të prodhimit.

137

4.2.8.3 Gravimi dhe shenimi me laser

Gravimi me laser (eng. Laser Engraving) e formës së dëshiruar gjeometrike dhe shenimi

i identifikimit karakterizohet nga shpejtësia, saktësia dhe cilësia e shënjimit të përhershëm,

pa ndonjë etiketë, ngjyrë, dëmtim mekanik, kruarje etj. Kushtet më agresive të prodhimit

dhe tregut, kërkojnë shënim kualitativ, të shpejtë dhe efikas të materialeve industriale,

gjysëmfabrikateve. Shënimi me laser me të madhe shfrytëzohet. Në krahasim me metodat

klasike, shënimi me laser në shumë elemente ka përparësi.

Mundet të përdoret për materiale prej me të ndryshme dhe në mënyrat me të ndryshme.

Shumë është fleksibile, mundësohet udhëheqja kompjuterike e rrezatimit laserik,

përshtatjen formës së objektit punues, është e qëndrueshme e tjerë. Laserët janë të

përshtatshëm për integrimin në repartet prodhuese ashtu që objekti përpunues mundet të

shënohet edhe gjatë procesit të prodhimit. Është e mundshme ndërtimi i tyre në pajisjet

ekzistuese. Viteve të fundit janë zhvilluar në veçanti metodat e shënimit laserik të

materialeve. Shënimi me laser në plastikë tanim është teknologji e përvetësuar dhe

praktikuar.

Procesi i shënimit. Gjatë veprimit të rrezatimit laserik në sipërfaqen e materialit të

përpunuar vie deri rritja e temperaturës në shtresën sipërfaqësore. Varësishtë nga lartësia

e temperaturës lajmërohet: nxehja, shkrirja, avullimi dhe proceset fotokimike në shtresën

sipërfaqësore plastike. Rezultat i nxehjes së shtresës sipërfaqësore të plastikes është

ndryshimi i strukturës së materialit ose ngjyrës së sipërfaqes. Kur plastika është e nxehur

deri në temperaturën, e cila është nën pikën e shkrirjes e nën pikën e shkatërrimit të ngjyrës

së përzier në plastikë, vie deri te ndryshimi i ngjyrës së plastikës e cila mundëson shkrimin

e shenjave qartë të dukshme. Kur temperatura e shtresës sipërfaqësore të materialit rritet

mbi pikën e shkrirjes së materialit bazë vie deri tek shkrirja e tij. Pas fortësimit të shkrirjes

formohet shtresa e plastikes e cila ka vëllim më të madh. Lartësia e kësaj shtrese është më

e madhe në krahasim me pjesët e sipërfaqes në të cilat laseri nuk vepron Fig. 4.2.22a, me

ketë është mundësuar krijimi i shenjave në sipërfaqen e materialit.

Me rritjen e fuqisë së laserit arrihet temperatura shumë më e lartë se pika e shkrirjes së

plastikës. Me ketë arrihet që materiali në sipërfaqe të avullohet. Në vendin e avullimit të

materialit shfaqet një thep i cili karakterizohet me shkëlqim të lartë ashtu qe siguron

kontrast të mjaftueshëm për kualitet të lartë të shenjave në sipërfaqe Fig. 4.22.b. Që të

përmirësohet veprimi i rrezatimit laserik në sipërfaqen që përpunohet hidhen lyrës që

karakterizohen me veti tjera të absorbimit dhe reflektimit.

Me ketë është mundësuar veprim më intensiv i rrezatimit laserik në shtresën sipërfaqësore

Fig. 4.22c. Përveç ndryshimeve të përmendura gjatë nxehjes së shtresës sipërfaqësore,

mundë të rezultojë edhe djegëja lokale e plastikes. Procesi i karbonizimit në plastikën me

ngjyrë të ndritshme jep shenja mjaftë të dukshme të cilat shfrytëzohen për shënim. Me

përshtatjen e parametrave të përpunimit me laser, në plastik ose në ngjyrë që është e përzier

138

në plastikë, munden të shkaktohen procese direkte fotokimike të cilët përcillen me veprim

termik.

Fig. 4.22 Krijimi i shenjave në sipërfaqen përpunuese nën veprimin e rrezatimit laserik

Metodat e shënimit me laser

Ekzistojnë dy metoda të shënimit me laser: shënimi me maskë dhe shënimi me lëvizjen e

rrezatimit laserik. Për shënimin me maskë Fig. 4.2.23b, shfrytëzohen laserët pulsiv.

Rrezatimi laserik i gjrësisë së mjaftueshme ndriçon maskën. Në maskë gjenden informatat

të cilat duhet bartur në objektin punues. Forma në maskë fotografohet, përmes së cilës

mundet të shënohet. Kjo metodë është e përshtatshme për shënimin e objekteve punuese

në prodhimtarin masovike. Tek shënimi laserik më lëvizje të rrezatimit laserit Fig. 4.2.23a,

rrezatimi laserik me ndihmën e dy pasqyrave të rrashta dhe thjerrëzës lëvizëse, drejtohet

në objektin punues. Pastaj me lëkundjen e pasqyrave drejtohet rrezatimi laserik dhe bëhet

shënimi me fleksibilitet të madh. Me përshtatjen e parametrave të rrezatimit laserik, gjatë

shënimit laserik, në plastikë ose në ngjyrën e cila është përzier në plastikë, mund të

shkaktohen efekte direkte fotokimike. Të gjitha proceset e shënimit laserik përcillen me

veprimin termik të rrezatimit laserik. Fuqia dhe energjia e impulsit laserik janë parametrat

më të rëndësishëm te metoda e shënimit laserik me maskë. Shënimi kryhet me një puls në

objektin përpunues ashtu që pjesëmarrja e pulsit nuk është e rëndësishme. Tek metodat e

shënimit me rrezatim laserik, frekuenca e pulsit laserik është mjaftë e rëndësishme.

Shënimi në ketë rast kryhet me disa pulse me radhë me definim të distancës kohore.

139

Fig.4.2.23 Skema e shënimit laserik, (a) me lëvizjen e tufës së rrezatimit laserike dhe (b)me anën e maskës

Kualiteti i shenimit- kriteret për vlerësimin e kualitetit të shënimit janë: kontrasti,

mprehtësia e kontrastit, lëmushmëria e sipërfaqes, rezistenca në ndikimet kimike dhe

mekanike dhe kërkesat estetike. Kontrasti është kriter i rëndësishëm për kualitet të

shënimit.

Në zonën e përpunimit të të dhënave është i pranueshëm raporti i kontrastit 1:3 të

sipërfaqes bazë dhe shenjave në të. Mprehtësia e konturës dhe rrafshueshmëria e sipërfaqes

varen nga efekti i rrezatimit laserik në materialin që përpunohet. Në veçanti është e

rëndësishme mënyra e udhëheqjes së rrezatimit laserik. Teknikat e vizatimit të

shumëfishta janë me përparësi ndaj metodës së thellimit sepse jep rezultate më të mira të

mprehtësisë se konturës dhe sipërfaqe homogjene.Teknika e vizatimit të shumëfishtë në

veçanti duhet përshtatur për udhëheqjen e rrezatimit me karakteristikat e materialit.

Qëndrueshmëria në ndikimet mekanike dhe kimike është shumë me e madhe tek shënimi

laserik se sa të mënyra klasike e shënimit.

Me shënimin laserik, shenjat futen në material ashtu që nuk mund të largohen pa

shkatërrimin mekanik. Efektet estetike të arritura më shënimin laserik kënaqin kërkesat e

tregut bashkohorë.

Sfera e përdorimit. Shënimi laserik mundet të përdoret për simbolizmin e objekteve të

përpunuara dhe për simbolizime grafike. Simbolizmi shfrytëzohet për shënimin e numrave

në seri , numrave gjatë testimit, tek të dhënave teknike ose të dhënave prodhuese.

Shënimi grafik ka të bëjë me shkrimin e kontratave, urdhëresave, komponentëve

elektronike, tastaturave, shkallëzuesve tek instrumentet matëse, firmave, barkodave, tjerë.

Gjatë kësaj është e mundshme kombinimi me format klasike të shënimit. Me mënyrën

klasike shënohen informatat e pa ndryshueshme në objektin që përpunohet (p.sh, firma

140

dhe adresa e prodhuesit), deri sa me laser shënohen të dhënat e ndryshueshme (numri serik,

numri i kontrollit, të dhënat specifike të produktit) Fig. 4.2.24 dhe 4.2.25.

Fig. 4.2.24 Shembull i gravimit të noniusit me laser

Përparësia e shënimit me laser është: niveli i lartë i kualitetit dhe reproduktivitet i mirë i

shënimit të simboleve, instrumenti për shënim në vendet me qasje të vështirë, në sipërfaqet

e forta, të shkëlqyera, dhe jo të rrafshëta, shpejtësia dhe fleksibiliteti i madh shënimit, të

mundshme janë shënimet mikroskopike, e tjerë.

Fig. 4.2.25 Shembuj të gravimit të materialeve të ndryshme

141

4.2.8.4 Punimi i sipërfaqeve hapësinore dhe komplekse

Punimi i pjesëve të një gjeometri specifike, kur bëhet një prototip ose një numër shumë i

vogël i copave, arrihet me një zhvendosje komplekse të kokës punuese në raport me copën

punuese, e cila kujton frezimin me kopjim, prandaj prej kësaj rrjedh edhe emri "frezimi

me laser". Në këtë metodë, frezimi me laser është i përshtatshëm për shkak se një rreze

laser mund të jetë me diametër shumë të vogël, kështu që është e mundur të kryhet

përpunimi në një nivel mikroskopik Fig. 4.2.26.

Fig. 4.2.26 Shembull i “frezimit laserik” Fig. 4.2.27 Saldimi laserik

4.2.8.5 Saldimi dhe ngjitja

Saldimi me laser realizohet me shkrirjen e menjëhershme të materialit të dy ose më shumë

pjesëve të lidhura dhe nga ftohja e shpejtë e shtresës së shkrirë. Kjo arrihet duke u bashkuar

materialit pa ose me aplikimin e materialit shtesë, në atmosferë ose nën mbrojtjen e gazit.

Gazrat e saldimit duhet të plotësojnë kërkesat e shumëfishta: të mbrojnë hapësirën, zonën

rreth tegelit, të mbrojnë optikën nga avujt dhe nxehtësia e shfaqur. Përveç metaleve, mund

të saldohen edhe materiale jo metalike dhe materiale të ndryshme të tjera. Bashkimi e

pjesëve që nuk kërkojnë force të madhe lidhëse, por është i nevojshëm hermeticiteti ose

përçueshmëri elektrike, poashtu me sukses realizohen nëpërmjet laserit, dhe ky procesi

njihet si ngjitje me laser. Saldimi me larer kryhet duke përdorur një laser CO2 me fuqi të

lartë prej 2-12 kW.

Tufa laserike fokusohet në një pikë të vogël, e cila ju jep fuqi të mjaftueshme për të shkrirë

materialin. Për fokusim tek lasert CO2 me fuqi madhe të, në vend të pasqyrave të

zakonshme, përdoren pasqyra të ftohura me ujë Fig. 4.2.27.

142

4.2.8.6 Përpunimi termik

Ngrohja lokale e shtresës sipërfaqësore të materialit të trajtuar me nxehtësi mund të arrihet

në mënyrë efikase me trajtimin me laser (Laser Heat Treatment).

Në këtë mënyrë, pothuajse të gjitha metodat e njohura deri tani si përpunimet termike dhe

kimiko termike mund të kryhen, të cilat kanë për detyrë të përmirësojnë vetitë mekanike

ose fiziko-kimike të një sipërfaqe të caktuar në copën punuese.

Në Fig. 4.2.28 jepet një shembull i një trajtimit termik të dhëmbëve të ingarnazhit.

Fig. 4.2.28 Foto e trajtimit termik të dhëmbëve të inganazhit

4.2.8.7 Shtresimi i materialeve

Aplikimi i një shtrese mbi sipërfaqen e një materiali nëpëmjet laserit (Laser Coating) është

një proces që rrit qëndrueshmërinë mekanike, fizike ose kimike të shtresës sipërfaqësore.

Sipërfaqet e aplikuara nga ky proces janë rezistente ndaj konsumit, lodhjes, ndikimit,

temperaturës, korrozionit etj. Lehtësia e shtresimi (veshjes) me laser është gjithashtu

mundësia e mbivendosjes (veshjes) vetëm të atyre pjesëve të sipërfaqes që përcaktohen

nga kërkesat shfrytëzuese ose estetike, Fig. 4.2.29.

143

Fig. 4.2.29 Principi shtresimit të materialeve

4.2.8.8 Forcimi deformues me laser

Forcimi deformues i materialit (eng. Laser Shock Peening) është një proces modern dhe i

avancuar për përmirësimin e vetive mekanike të shtresave sipërfaqësore të materialit të

përpunuar. Duke përdorur këtë procedurë, arrihet një thellësi shumë më e madhe e

sforcimeve (tensioneve) të mbetura shtypëse në material. Procesi i përpunimit bazohet në

mbulimin e mëparshëm të shtresës sipërfaqësore të materialit me një shtresë të hollë të

shtresës së dyfishtë (mbrojtëse + shtresë transparente).

Shtresa siguruese dhe mbrojtëse nuk i lëshojnë rrezet laser nga materiali, duke mbrojtur

shtresën sipërfaqësore të materialit. Rrezja laser drejtohet në plazmë, e pozicionuar

pikërisht mbi zonën që do të forcohet dhe vala goditëse e plazmës që zgjerohet në material

në një drejtim të caktuar i redukton (zhvlerëson) sforcimet në material, Fig. 4.2.30.

Fig. 4.2.30 Principi i forcimit deformues me laser

144

4.2.8.9 Lakimi i llamarinave

Përpunimi me laser mund të përdoret për formësim të përafërt të produkteve prej

llamarinave me procesin e lakimit (engl. Laser Beam Forming). Me larer lakohen pjesë të

llamarinave të hollë dhe profileve pa përdorimin e vegalave (matricës dhe patricës). Për

shkak të mungesës së veglave dhe parimit të thjeshtë të përpunimit, kostot e përpunimit

zvogëlohen, e rritet efikasiteti dhe fleksibiliteti i lakimit të llamarinave. Procesi është i

përshtatshëm në kushtet e prodhimit individual dhe në seri të vogla, tek pjesët e profileve

komplekse nga materiale vështirë të përpunueshme, figurat 4.2.31 dhe 4.2.32

4.2.8.10 Largimi korrozionit me laser

Largimi i korrozionit me laser është një proces i ri i përpunimit që eliminon me sukses

korrozionin nga metali. Oksigjeni i mbetur "robëruar" në shtresën e korrozionit kryesisht

absorbohet gjatë kalimit të energjisë e fotoneve me laser. Në këtë mënyrë, korrozioni

thjesht bie nga materiali dule e lënë sipërfaqen e materialit të pastër dhe të gatshëm për

veshje të reja ose përpunim.

Fig. 2.31 Principi i lakimit të llamarinës

Duke kontrolluar qarkun e mbyllur të sistemit laserik, gjatë këtij përpunimi laseri nuk

dëmton materialin nën shtresën e korrozionit dhe nuk shkakton ndonjë deformim të

materialit, prandaj nuk ka ndryshime fizike, strukturore ose kimike.

145

Fig. 4.2.32 Copa të lakuara të llamarinës

Në këtë mënyrë është gjithashtu e mundur të përpunohen materiale të buta (plastika, gome,

qelqi ...) nga të cilat bojëra të vjetra, veshja, etj., duhet të hiqen.

Fig. 4.2.33 Foto e largimit të korrozionit me laser

4.3 Përpunimi me plazmë

4.3.1 Hyrje

Prerja me plazmë u zhvillua në fund të viteve 1950 të shek. të kaluar për prerje të çelikut

me legurim të lartë dhe aluminit. Ajo ishte projektuar për t'u përdorur në të gjitha metalet

që për shkak të përbërjes së tyre kimike, nuk mund t'i nënshtroheshin prerjes me gaz. Për

shkak të shpejtësise jashtëzakonisht të lartë të saj prerjes (sidomos te materialet e hollë)

146

dhe të zonës së ngushtë të ngrohjes, kjo teknikë përdoret edhe sot për prerje të çeliqeve

jo të leguruara dhe me legurim të ulët. Përpunimi i materialeve metalike sot karakterizohet

nga kërkesat më të larta të cilësisë dhe presioneve në rritje të kostos. Skajet e pjesëve të

prera nuk duhet të kërkojnë ndonjë përpunim shtesë dhe pritet të shfaqin saktësinë

maksimale dimensionale. Si rezultat, aftësia e teknikave tradicionale të prerjes për të

përmbushur këto kërkesa është duke u vënë në pyetje gjithnjë e më shumë.

Prerja me plazmë është në konkurrencë të drejtpërdrejtë me teknikat e tjera të tilla si oxy-

prerja me gaz, prerja me laser dhe prerja me vrushkull uji.Megjithatë, ajo mund gjithashtu

të jetë një alternativë për teknikat mekanike të përpunimit.

4.3.2 Përkufizimi i gazit të plazmës

Nocioni gaz plazme i referohet të gjitha gazeve apo përzierjeve të gazeve që mund të

përdoren për krijimin e një plazme dhe për vetë procesin e prerjes. Me termin plazmë, në

fizikë dhe kimi, nënkuptohet gazi i jonizuar dhe për shkak të vetive të ndryshme nga

materiet e ngurta, lëngshme dhe të gazta konsiderohet si materie me gjendje te veçantë

agregate. Gazi i jonizuar e ka të paktën një elektron të ndarë nga pjesa e atomeve ose

molekulave. Për shkak të grimcave të lira (joneve dhe elektroneve) plazma është një

përçues i mirë i rrymës elektrike dhe fuqishëm reagon ndaj fushës elektrike dhe magnetike.

Çdo gaz është i jonizuar, të paktën në një shkallë të vogël, mirëpo çdo gaz të jonizuar nuk

mund ta quajmë plazmë. Për plazmën thuhet të jetë një gaz kuazi neutral i përbërë nga

grimca neutrale dhe të ngarkuara. Gaz kuazineutral do të thotë, se shikuar nga aspekti

mikroskopik është neutral, por pjesët e tij janë të ngarkuara elektrikisht. Sikur edhe gazi,

plazma nuk ka një formë të caktuar ose volum, ndërsa nën ndikimin e fushës magnetike

plazma mund të merr formë të fibrave.

Në mënyrë shkencore, për herë të parë plazmën e ka përshkruar sir William Crookes në

vitin 1879, duke e quajtur „materie e cila rrezaton“, gjegj., gjendjen e katërt agregate. Në

gypin e Crookes-it janë krijuar “rreze katodike“, të cilat më vonë i ka identifikuar fizikani

anglez Joseph John Thomson të cilat i ka quajtur „plazma“. Të njëjtën shprehje më 1928

e ka përdorur edhe kimisti amerikan Irving Langmuir, ndoshta për arsye se elektronet,

jonet dhe ngarkesat neutrale i kanë përngjarë në rruazat e kuqe dhe te bardha të gjakut tek

plazma e gjakut. Plazma është forma më e përhapur e materies së dukshme në univers. Në

tokë ka shumë pak plazmë, por 99% e materies në gjithësi është plazmë. Fusha e

temperaturave të plazmës Fig. 4.3.1, qëllimisht është paraqitur pak më e madhe nga se ajo

në të vërtetë përfshinë zonën nga temperature e dhomës deri 1014 K, deri sa trupat e ngurtë

ose të lëngët janë të kufizuara në një zonë shumë më të ngushtë të temperaturës.

147

Fig. 4.3.1 Disocimi dhe jonizimi i gazeve të ndryshëm

Duhet të ceket sikur psh., që avulli i ujit ekziston edhe në temperaturat më të vogla se

temperature e vlimit po ashtu edhe plazma ekziston në temperature shumë më të vogla se

temperature e jonizimit ( deri edhe në mikro Kelvina tek plazmat ultra të ftohta). Edhe vet

nocioni i temperaturës është kompleks, pasi tek plazma (edhe avulli edhe gazi) flitet për

temperaturën kinetike të grimcave të veçanta Fig. 4.3.2.

Fig. 4.3.2 Ilustrimi i gjendjeve agregate dhe ndryshimet e tyre

148

Rendi i dytë në Fig. 4.3.2 ilustron gjendjen agregate të ujit, prej akullit në temperatura të

ulta, lëngut në temperaturë të dhomës, avullit dhe plazmës së avullit të fituar nëpërmjet

RFM (Radio Frequency Microwave Plasma) dhe plazmës së induktuar me ndihmën e

laserit. Shpeshherë e dëgjojmë se plazma është gaz i jonizuar, çka është plotësisht e saktë,

por harrohet fakti se këtu bëhet fjalë për një gjendje të veçantë të materies. Vetitë e gazit

dhe plazmës dallojnë në mënyrë të konsiderueshme mes veti. “Gazi i jonizuar” nuk mund

të përshkruhet me ligjet fizike të cilat vlejnë për gazrat Fig. 4.3.3.

Fig. 4.3.3 Ndërrimi i gjendjes agregate të materies

Plazma mund të përshkruhet si gjendje elektrike neutrale e materialit, me numër të njëjtë

të ngarkesave elektrike pozitive dhe negative. Është e rëndësishme të ceket edhe pse

grimcat nuk janë të lidhura, ato nuk janë të lira. Kur grimcat e ngarkuara elektrikisht

lëvizin, ato krijojnë fushë elektrike dhe magnetike, dhe si rezultat, ndërveprojnë me fushat

e tjera elektrike dhe magnetike.

4.3.3 Vetitë dhe parametrat e plazmës

4.3.3.1 Zonat e parametrave të plazmës. Parametrat e plazmës mund të jenë në një

diapazon shumë të gjerë Tab. 4.3.1.

149

Tabela 4.3.1. Parametrat e plazmës

4.3.3.2 Shkalla e jonizimit. Për t'u formuar plazma, është i nevojshëm jonizimi. Jonizimi

nënkupton shndërrimin e atomeve ose molekulave neutrale në grimca elektrikisht të

ngarkuara duke liruar ose pranuar elektrone. Me nocionin dendësia e plazmës zakonisht

nënkuptohet dendësia e elektroneve, ose numri i joneve te lira për njësi të volumit. Shkalla

e jonizimit të plazmës paraqet numrin e atomeve të cilat kanë humbur elektrone, dhe

zakonisht varet nga temperatura. Edhe një gaz pjesërisht i jonizuar, me 1% të atomeve të

jonizuara mund të ketë veti të plazmës (përgjigja ndaj fushën së jashtme magnetike dhe

përçueshmërisë elektrike).

Shkalla e jonizimit definohet si: α = ni/(ni + na)

ku janë;

ni – dendësia e joneve dhe

na – dendësia e atomeve neutrale.

Vetëtima është shembull i plazmës në tokë. Zakonisht, vetëtima krijon një rrymë prej

30.000 Ampera dhe 100.000.000 Volt, emiton dritë, radio valë, rreze rentgeni, deri edhe

rrezatim- gama. Temperaturat e plazmës tek vetëtimat mund të mbërrijnë deri 28.000

Kelvin dhe densiteti i elektroneve mund të kaloj 1024 m-3.

4.3.3.3 Temperatura. Temperatura e plazmës matet me Kelvin ose elektrovolt dhe

zakonisht është masë e energjisë kinetike. Temperaturat shumë të larta janë të nevojshme

për t’u ruajtur jonizimi, e cila është kushti kryesor për formimin e plazmës. Në bazë të

temperaturave relative të elektroneve, joneve dhe atomeve neutrale, plazmat mund të

dallohen si termike dhe jotermike. Plazmat termike i kanë elektronet dhe jonet përafërsisht

150

në të njëjtën temperaturë- ato janë në baraspeshë termike. Plazmat jotermike, nga na tjetër,

kanë elektrone me temperaturë shumë të lartë, ndërsa jonet dhe grimcat neutrale me

temperaturë ulët (temperatura e dhomës). Plazmat mund të ndahen në të ftohta dhe të

nxehta. Plazmat e nxehta janë pothuajse plotësisht të jonizuara, deri sa të ftohtat kanë

vetëm një sasi të vogël të jonizuar, rreth 1%. Por duhet të theksohet se edhe tek plazmat e

ftohta elektronet kanë temperaturë rreth disa mijëra oC. Plazmat e krijuara artificialisht ose

“plazmat teknologjike“ janë kryesisht plazma të ftohta.

4.3.3.4 Potenciali elektrik. Duke qenë se plazma është përçues i mirë, potenciali elektrik

luan rol shumë të rëndësishëm. Potenciali mestar i cili ndodhte ndërmjet grimcave të

ngarkuara elektrikisht quhet potenciali i plazmës. Nëse elektrodat i vendosim brenda

plazmës, atëherë potenciali i plazmës dukshëm do të zvogëlohet. Fusha elektrike në

plazmë është e vogël për shkak të përçueshmërisë së lartë. Madhësia e potencialit elektrik

përcaktohet në vartësi nga dendësia e ngarkesës elektrike, sipas raportit te Boltzmann-it:

ne∝ 𝑒𝑒∅/𝑘𝐵𝑇𝑒 (4.3.1)

Ndërsa në bazë të saj mund të definohet edhe fuqia e fushës elektrike:

𝐸→ = (𝑘𝐵 𝑇𝑒/𝑒)(∇𝑛𝑒/𝑛𝑒 ) (4.3.2)

4.3.3.5 Magnetizimi. Plazma në të cilën fusha magnetike është mjaft e fuqishme, që të

ndikoj në lëvizjen e grimcave me ngarkesë elektrike, njihet si plazmë magnetike.

Shpeshherë ndodh që elektronet të jenë të magnetizura, ndërsa jonet jo. Plazma magnetike

është anizotrope, që do të thotë se vetitë në drejtim të akseve paralele me fushën magnetike,

janë të ndryshme nga ato me drejtimin normal.

4.3.4 Plazma artificiale

Shumica e plazmave të fituara artificialisht formohen me aplikimin e fushës elektrike ose

magnetike. Plazmat varësisht nga aplikimi laboratorik ose industrial mund të ndahen sipas:

Burimit të energjisë së plazmës; rryma një kahore, radiovalët dhe rrezatimi

mikrovalor

Presionit punues; nënpresion ((< 1 Pa), presion mesatar (~ 100 Pa) dhe presion

atmosferik (100 kPa)

Shkallës së jonizimit; plotësisht e jonizuar(plazma enxehtë), pjesërisht e jonizuar

(plazma e ftohtë) dhe plazma me jonizim të dobët

Raportit të temperaturave në plazmë; termike (elektronet dhe jonet përafërsisht

në temperaturë të njëjtë), plazma jotermike

Renditjes së elektrodave për formimin e plazmës

151

Magnetizimit të grimcave brenda plazmës; magnetizuese( jonet dhe elektronet të

bllokuara në fushën magnetike), pjesërisht magnetizuese ( elektronet e bllokuara

në fushën magnetike, ndërsa jonet jo), plazma jo magnetizuese( fusha magnetike

shumë e dobët, vepron vetëm forca e Lorentz-it).

Sipas aplikimit

4.3.4.1 Krijimi i plazmës artificiale. Edhe pse ekzistojnë disa mënyra të krijimit të

plazmës, e përbashkëta e tyre është se energjia hyrëse duhet ta krijoj dhe mbaj atë. Plazma

krijohet me aplikimin e energjisë elektrike përgjatë gazit ose fluidit dielektrik

(izolatorit elektrik), si në figurë ku shohim llambën e kyçur në rrymën njëkahore me

tension të lartë Fig. 4.3.3.

Fig. 4.3.3 Llamba e kyçur në rrymë njëkahore

Potenciali elektrik dhe fusha elektrike gjegjëse shkaktojnë tërheqjen e elektroneve kah

anoda, deri sa bërthamën e atomit e tërheq katoda. Me rritjen e tensionit, rryma elektrike

krijon tendosje në atome, deri në kufirin dielektrik, kur lajmërohet shkëndija dhe gazi bëhet

i jonizuar dhe shndërrohet në përçues. Atëherë vie deri te jonizimi i vrullshëm, kur

përplasja e elektroneve dhe e atomeve neutrale, krijon elektrone dhe jone të reja. Pas 20

përplasjesh, numri i grimcave me ngarkesë elektrike rritet në miliona, pasi rruga e

përplasjes është shumë e shkurtër. Nëse fuqia e rrymës dhe jonizimi janë të mjaftueshme,

krijohet harku elektrik (në realitet vetëtima) ndërmjet elektrodave. Rezistenca elektrike

përgjatë harkut elektrik krijon nxehtësinë, e cila e jonizon pjesën tjetër të mbetur të

molekulave të gazit, e kështu gazi bëhet plazmë.

Plazma është në ekuilibër termik, çka do të thotë se nxehtësia njëtrajtësisht shpërndahet në

elektrone, jone dhe grimcat neutrale, për shkak se elektronet me shpejtësi dhe numër

shumë të madh, shpejt e transmetojnë energjinë në grimcat e tjera.

152

4.3.5 Bazat e përpunimit me plazmë

Përpunimi me plazmë (eng. Plazma Jet Machining – PJM ) në kushtet e prodhimit

bashkëkohor shfrytëzohet për realizimin e operacioneve prodhuese të cilat kërkojnë

përqendrim të lartë të energjisë termike. Këto janë operacionet shkrirjes, saldimit, prerjes

së metalit dhe jometalit, vënien e shtresave të qëndrueshme ndaj konsumit, si në sipërfaqe

metalike po ashtu edhe në ato jometalike etj. Plazma në esencë është çdo materie e ngrohur

në temperaturë të lartë, të mjaftueshme që të shndërrohet në gjendje jonizuese të gaztë

(gjendja e katërt agregate). Në gjendje të tillë, materia sillet sipas ligjeve karakteristike për

gazrat normale ndërsa karakteristikat themelore të saj janë: temperatura shumë e lartë e

zonave të veçanta, jostabilitet energjetik, përçueshmëria elektrike, shpejtësia shumë e

madhe e lëvizjes së grimcave që e përbejnë plazmën etj.

Për përpunimin e metalit gjegjësisht për operacionet prodhuese të përmendura

shfrytëzohen të ashtu quajturat plazmat e “temperaturave të ulta” me temperaturën e

zonave individuale prej 1000 – 100000 K, plazmat të cilat paraqesin gazin pjesërisht të

jonizuar.

Harku i plazmës përfshin dy faza kryesore, faza e ndezjes dhe faza e prerjes. Kështu,

plazma shndërrohet në gaz për ndezje dhe prerje, të cilat mund të ndryshojnë si në

aspektin e llojit të gazit dhe në rrjedhën vëllimore.

4.3.5.1 Gazi ndezës. Ky gaz përdoret për ndezjen e harkut të plazmës. Ai është përgjegjës

për lehtësimin e procesit të ndezjes dhe/ose rritjen e jetës së elektrodës.

4.3.5.2 Gazi prerës. Ky gaz është i nevojshme për prerjen e copës punuese me hark të

plazmës. Ai është përgjegjës për arritjen e një cilësie optimale të prerjes së materialeve të

ndryshme.

4.3.5.3 Gazi sekondar - gazi vorbullues. Ky gaz përmbyll plazmën reaktive pra, ky e

ftoh dhe e ngushton atë. Në këtë mënyrë, ajo përmirëson cilësinë e tehut prerës dhe e

mbron dizën gjatë depërtimit në copën punuese dhe gjatë prerjes nën ujë. Vrushkulli i

plazmës fitohet duke e shtypur gazin e caktuar nëpërmjet harkut elektrik. Harku elektrik

shfaqet ndërmjet elektrodës e cila lidhet në polin “-“dhe copës punuese ose dizës së vet

pajisjes, e cila lidhet me polin “+” Fig. 4.3.4.

4.3.6 Parimi i prerjes me plazmë

Prerja me plazmë është një proces termik i prerjes në të cilin harku i plazmës rrjedh

nëpërmjet dizes (farfallës). Harku i transferuar, formohet kur rryma rrjedh nëpër një

elektrodë jo të shkrishme (katodë) deri te detali (anode), i cili përdoret për të prerë

materiale elektrikisht të përçueshme Fig. 4.3.5 Kjo është, zakonisht forma më e përdorur

e prerjes me plazmë. Në mënyrën jo të transferuar, harku i plazmës formohet mes

153

elektrodë dhe dizes. Edhe duke përdorur një gaz prerës që përmban oksigjen, efekti i

ngrohjes i harkut të plazmës mbizotëron. Kështu, kjo metodë nuk është konsideruar si një

proces i prerjes me gaz, por më tepër si një metodë e prerjes me shkrirje.

Fig. 4.3.5 Paraqitja skematike e harkut të plazmës

Gazrat e plazmës në hark janë pjesërisht të shkëputura dhe të jonizuara, duke e bërë atë

elektrikisht të përçueshëm. Për shkak të dendësisë së lartë të energjisë dhe temperaturës,

plazma zgjerohet dhe lëviz në drejtim të detalit me shpejtësi deri 3 herë më të madhe se e

zërit. Nëpërmjet rikombinimit të atomeve dhe molekulave në sipërfaqen e detalit, energjia

e absorbuar në çast lirohet dhe intensifikon efektin termik të harkut të plazmës në detalin

punues. Në harkun e plazmës prodhohen temperaturat deri në 30.000 K. Bashkë me

energjinë e lartë kinetike të gazi të plazmës, këto temperatura mundësojnë prerje me

shpejtësi jashtëzakonisht të lartë të të gjitha materialeve elektrikisht të përçueshme, në

varësi të trashësisë materialit.

Për të iniciuar procesin e prerjes, së pari ndizet një hark pilot në mes dizës dhe elektrodës

në të cilin aplikohet tensioni i lartë. Kjo energji e ulët harkut pilot përgatit hapësirën midis

ndezësit të plazmës dhe detalit punues duke shkaktuar jonizim të pjesshëm. Kur harku i

pilotit kontakton me harkun e detalit (prerja fluturuese), harkut kryesor i plazmë ndriçon

duke shkaktuar një rritje automatike të fuqisë. Materiali i metalit të shkrirë dhe pjesërisht

të avulluar nga energjia termike e harkut dhe gazit të plazmës. Materiali i shkrirë është i

detyruar të largohet nga zona e prerjes për shkak të veprimit të energjisë kinetike të gazit

të plazmës. Në krahasim me prerjen me gaz, në të cilën rreth 70% e energjisë termike

prodhohet me anë të djegies së hekurit, tek prerja me plazmë energjia e nevojshme për

shkrirjen e materialit në zonën e prerjes prodhohet vetëm elektrikisht. Se cilat gaze të

plazmës do të përdoren varet nga materiali i cili do të prehet. Për shembull, gazi

154

monatomik argoni dhe / ose gazrat dyatomike, të tilla si, azoti me hidrogjen, oksigjen, dhe

kombinimet e tyre si ajri i pastër mund të përdoren si gaz plazme dhe gjithashtu edhe si

gaz prerës.

Flakëhedhësi mund të ftohet me ujë ose me gaz. Procesi i prerjes me plazmë mund të

dëmtohet varësisht nga mënyra e përdorimit (mbi, në dhe nën sipërfaqen e ujit).

Fig. 4.3.6 Principi i punës së plazmës me hark transferues

4.3.7 Procesi i përfitimit të plazmës

Plazma përbëhet nga grimcat e elektrizuara pozitive dhe negative (kationeve dhe

anioneve). Me lëshimin e gazeve të plazmës (siç janë; argoni, hidrogjeni, oksigjeni etj.)

nëpërmjet harkut elektrik Fig. 4.3.7, të krijuar në mes anodës dhe katodës, formohet tufa

(flaka) – plazma. Substanca e tillë e formuar përmban molekula, atome, jone, elektrone,

dhe kuante të dritës. Në 1cm3 të plazmës gjenden rreth 109 – 1010 grimca të elektrizuara.

Jonizimi është rezultat i humbjes së një ose ma shumë elektroneve nga shtresa e jashtme

(orbita e jashtme) e atomeve të plazmës së gazrave. Humbja vie si rezultat i veprimit të

forcave të jashtme të shkaktuara me temperaturë të lartë ose me fushë të fuqishme

elektrike. Kjo do të thotë se plazma mund të jetë e harkut elektrik (termike) ose e

frekuencës së lartë (HF-High Frequency). Për procesin e përpunimit të metalit, posaçërisht

është e rëndësishme plazma harkore (plazma e flakës).

Në procesin e formimit të harkut të plazmës vërehen re disa dukuri karakteristike. Për arsye

të nxehjes së lartë të katodës, vie deri të emetimi i elektroneve dhe jonizimit të plazma

gazi. Me këtë rast, në mes elektrodave formohen grimca jonesh dhe elektronesh të

ngarkesave të ndryshme elektrike. Me lëvizje të orientuara vie deri të ndeshja (në mes veti

si dhe me atomet dhe molekulat neutrale) dhe rritja e shkallës së jonizimit. Shpejtësia e

lëvizjes së grimcave të jonizuara në rrymën e plazmës llogaritet sipas formulës:

155

(4.3.3)

Fig. 4.3.7 Paraqitja skematike e procesit të formimit Fig. 4.3.8 Fusha e temperaturave të

harkut të plazmës të plazmës

Shpejtësia varet nga intensiteti i rrymës I (A), dendësia e plazmës gazit (numri

i atomeve /cm3) dhe nga rrezja e sipërfaqes aktive e katodës r (cm).

Kjo shpejtësi arrin vlerë shumë të lartë, për shembull për intensitetin e rrymës prej 400 –

500 A dhe presionin e plazmës prej 2 – 3 bar është deri 1500 m/s. Të gjitha këto janë

kushtet të cilat e diktojnë paraqitjen e materies së re. Këtë e karakterizon temperatura e

lartë e zonave individuale Fig. 4.3.8, përbërja dhe vetitë e reja të cilat ngjajnë në vetitë e

gazrave, lëngjeve dhe metalit. Me ngjeshjen e gazit të plazmës, në fiskajë (dizë), tufa e

plazmës ndahet nga muret me ç’rast zvogëlohen humbjet e nxehtësisë dhe arrihet

stabilizimi gazor i plazmës (vorbullues ose longitudinal) e me këtë mënyrë edhe stabilizimi

gjegjës i procesit të përpunimit me plazmë.

4.3.7 Operacionet e përpunimit me plazmë

4.3.7.1 Teknikat e prerjes me plazmë. Teknikat e prerjes me plazmë janë vazhdimisht

duke u përmirësuar. Qëllimi kryesor i këtyre përmirësimeve është për të zvogëluar ndotjet

mjedisore, rritjen e kapaciteteve prerëse, dhe për të përmirësuar cilësinë e skajeve prerëse.

Qëllimi përfundimtar është për të prodhuar dy sipërfaqe paralele prerëse, të cilat kërkojnë

shumë pak për përmirësime para se ato të jenë dërguar për aplikim.

Në varësi nga lloji i materialit prerës, trashësisë së tij dhe burimit të energjisë, ekziston

një numër i madh i variacioneve të prerjes me plazmë:

Preja konvencionale me plazmë / prerja standarde me plazmë

Prerja me plazmë me medium sekondarë

156

Prerja me plazmë me gaz sekondarë

Prerja me plazmë me ujë sekondarë

Prerja me plazmë me injektim uji

Prerja me plazmë me ngushtim në rritje

Variacionet e prerjes me plazmë kryesisht ndryshojnë sipas dizajnit të flakëhedhësit,

sistemit të furnizimit me material dhe materialit të elektrodës. Fig. 4.3.9 ofron një pasqyrë

të opsioneve të ndryshme të mundshme në projektimin e flakëhedhësit të plazmës.

Llojet e mëposhtme të flakëhedhësit të plazmës janë bazuar në llojin e shtrëngimit Fig.

4.3.9:

Fig. 4.3.9 Sistemet ndezëse të plazmave

4.3.7.2 Prerja konvencionale me plazmë. Te makinat standarde të prerjes me plazmë,

flakëhedhësi është relativisht i thjeshtë dhe është projektuar vetëm për një gaz, gazin

prerës. Gazet prerëse të përdorura janë përgjithësisht azoti, oksigjeni apo përzierja e argon-

hidrogjen (Argoplas Fig. 4.3.10. Harku i plazmës është i ngushtuar vetëm nga diametri i

brendshëm i dizës, duke prodhuar sipërfaqe prerëse të pjerrtë tipike për këtë metodë. Në

përgjithësi, gazi i plazmës lëviz në mënyrë tangjenciale rreth elektrodës. Në vartësi nga

shpejtësia prerjes, flakëhedhësi ftohet ose me ajër ose me ujë. Sistemet konvencionalet të

prerjes me plazmë janë në dispozicion për prerje metale me trashësi deri në 160 mm.

157

Fig. 4.3.10 Plazma konvencionale prerëse Fig. 4.3.11 Prerja me plazmë me medium sekondar

(plazma prerëse e thatë)

4.3.7.3 Prerja me plazma me mediume sekondare. Një medium sekondar furnizohet

rreth harkut të plazmër në mënyrë që të të krijojë një atmosferë të veçantë rreth tij.

Mediumi sekondar mund të jetë ujë ose një gaz i caktuar Fig. 4.3.11. Duke furnizuar një

gaz sekondar rreth harkut plazma ai edhe më tej e ngushton harkun dhe krijon një

atmosferë të veçantë rreth tij. Kjo e rritë densitetin e energjisë, cilësisë dhe shpejtësinë e

dhe prerjes. Nëpërmjet pozicionimit të veçantë të kësaj mburoje, dëmtimet sistemit për

shkak të harkut të dyfishtë mund të shmangen, duke zgjatur jetën e pjesëve harxhuese.

Në përgjithësi këto mediume dytësore janë referuar edhe si "gaz sekondar", "gaz mbrojtës"

ose "gazi vorbullues". Makinat e bazuara në këtë teknikë janë aktualisht në dispozicion për

prerje të pllakave metalike deri në trashësinë 75 mm Fig. 4.3.12.

Fig.4.3.12 Plazma prerëse e thatë me gaz sekondar Fig. 4.3.14 Plazma prerëse me injektim të ujit

4.3.7.4. Prerja me plazmë me mburojë uji. Prerja me plazmë me mburojë uji si mburojë

sekondarë është një tjetër variacion i prerjes me plazmë me një medium sekondare. Uji

158

si mburojë shkarkohet (hidhet) si llak dhe rrjedh poshtë bashkë me harkun e

plazmës.Për shkak të efektit të saj reduktues, hidrogjeni i formuar gjatë procesit

erezulton një shkëlqim në sipërfaqen e metalit. Prandaj, prerja me plazmë me mburojë

uji është metodë e preferuar për prerje të aluminit dhe çelikut me legurim të lartë me

trashësi deri 50 mm, Fig. 4.3.13.

4.3.7.5 Prerja me plazmë me injektim uji. Te kjo metodë, harku plazmës ngushtohet

duke injektuar në mënyrë radiale ujin për rreth tij. Vetëm një sasi e vogël e ujit avullohet.

Pjesa tjetër e ftohë dizën dhe copën punuese. Ftohja e detalit punues nëpërmjet ujit të

injektuar dhe shpejtësisë së lartë të prerjes lejon formimin e djegieve të vogla dhe zgjatjen

e jetës së pjesëve harxhuese. Ekzistojnë dy lloje të metodave të prerjes me plazmë të

bazuara me injektim të ujit. Varësisht nga mënyra e injektimit të ujit, kemi metodën me

injektim radial dhe vorbullues. Tek metoda me injektim vorbullues, njëri nga tehet prerëse

është gati vertical ndërsa tjetri është me devijim me rreth 5-8° Fig. 4.3.14.

Kur përdoret prerja me plazmë me injektim të ujit, është e rëndësishme të prehen copat

punuese tek të cilat pjesa - ana me tehe të pjerrtë të mbetet në pjesën e materialit që shkon

skrap (mbeturinë). Elektroda e rrafshëta preferohen për prerjen me plazmë me injektim

uji. Kjo metodë përdoret ekskluzivisht te makina për prerje nënujore. Me këtë teknikë

mund të prehen pllaka metalike me trashësi në mes të 3 dhe 75 mm.

4.3.7.6 Prerja me plazmë me ngushtim gradual. Kjo variantë përfshinë rritjen e

densitetit të harkut të plazmës duke përdorur diza me ngushtim më të madh. Kompani

të ndryshme të përdorin metoda të ndryshme (disa janë patentuar), për ngushtim të harkut.

Gazi rrotullues Fig. 4.3.15 dhe diza (farfalla) e rregullueshme Fig. 4.3.16, në përgjithësi

kanë provuar të jenë efektive. Harku i plazmës i krijuar me këtë sistem lejon prerje

vertikale me saktësi të lartë gjatë prodhimit të pllakave metalike me trashësi 0,5-25 mm.

Prerja me plazmë me ngushtim gradual është metodë e preferuar kur përdoret gazi

sekondar.

Fig. 4.3.15 Plazma prerëse me rritje të ngushtimit Fig. 4.3.16 Plazma prerëse me dizë të rregullueshme

159

4.3.7.7 Prerja me plazmë nënujore. Ky variant i prerjes me plazmë rrit ndjeshëm sigurinë

operative. Prerja realizohet rreth 60-100 mm nën sipërfaqen e ujit Fig. 4.3.17, duke

reduktuar ndjeshëm zhurmën, pluhurin dhe ndotjen e ajrit të mjedisit. Niveli i zhurmës

është më i ulët se 85 dB. Uji gjithashtu redukton sasinë e rrezatimit ultraviolet të prodhuar

në procesin e prerjes. Pjesët e prera shfaqin një shtrembërim të vogël. Deri sa prerja me

plazmë nënujore kërkon më shumë energji se sa prerja në atmosferë, shpejtësitë e prerjes

që mund të realizohen janë më të ulëta në krahasim me prerjen me plazmë në mjedisin e

atmosferës. Çeliqet konstruktive të trashësisë rreth 15 mm dhe çeliqet me legurim të lartë

me trashësi rreth 20 mm janë përgjithësisht ekonomike për t’u prerë nën ujë.

Fig. 4.3.17 Skema e prerje me plazmë nënujore Fig. 4.3.18 Foto e prerjes me plazmë nënujore

4.3.8 Karakteristikat themelore të përpunimit me plazmë

Procesin e përpunimit me plazmë të metaleve e karakterizon nji mori faktorësh siç

janë:

Mundësia e përqendrimit të madh të energjisë termike në vëllim të vogël të

materialit,

Mundësia e formimit të rrymës së plazmës – flakës, të diametrit shumë të vogël

e që është me rëndësi të veçantë te prerja e materialit nga aspekti i shpenzimit –

humbjes së materialit.

Mundësia e shkrirjes dhe avullimit të materialit pa marr parasysh llojin dhe

karakteristikat mekanike. Me këtë janë krijua kushtet për largim të lehtë të

produkteve të përpunimit. Largimi arrihet me shpejtësi të madhe të gazit në

rrymën e plazmës.

160

Mundësia me rregullimit të rrymës së plazmës me fushë magnetike dhe

elektromagnetike ose elektrike dhe përpunimi i konfiguracioneve të ndryshme

bile edhe nën ujë.

Një mori parametrash tjerë të cilët me përsosje të mëtejme të metodologjisë dhe

teknologjisë së metodave me plazmë, mund të çojnë te zbatimi shumë më i gjërë

në industri.

161

Kapitulli i pestë

5

Proceset e kombinuara (hibride)

5.1 Përpunimi anodo-mekanik

5.1.1 Proceset themelore të përpunimit anodo-mekanik

Te përpunimi anodo-mekanik (fig. 5.1) shfrytëzohen proceset elektrokimike (ECM) dhe

elektroerozione (EDM) përkatësisht proceset kimike dhe termike, derisa teprica e

materialit largohet në mënyrë mekanike. Në tretjen punuese (zakonisht ujin e qelqit)

zhvillohen proceset nga njëra anë (të nxehtësisë) ose nga tjetra anë (kimike) varësisht nga

regjimet e punës. Me zbërthim anodik jonet e hekurit, nga detali që përpunohet, bien në

tretjen punuese duke formuar, së bashku me anionet silikate, kripërat e patretshme,

shtresën okside ose komponimet kimike të tjera në sipërfaqen e detalit që përpunohet.

Largimi gjegjësisht eliminimi i shtresave të komponimeve të formuara të tilla (shtresës

anodike, ose filmit) realizohet me procese elektroerozive dhe veprime mekanike të

instrumentit (katodës).

162

Figura 5.1 Paraqitja skematike e procesit të përpunimit anado-mekanik

Nën veprimin e rrymës së vazhduar elektrike të formuar me burimin e energjisë elektrike

(figura 5.2) përbrenda boshllëkut (kanalit të shkarkimit elektrik), në mes të instrumentit

prerës (katodës 3) dhe detalit që përpunohet (anodës 4) vie deri të tretja anodike e

materialit. Shpërbërja anodike, gjatë përpunimit të veprimit anodo-mekanik, shkakton

formimin e një mëmbrane mbrojtëse, e cili pengon shpërbërjen (tretjen) e mëtutjeshme

anodike të materialit. Me veprimin mekanik të instrumentit prerës realizohet largimi i

vazhdueshëm i filmit anodik, me çka sigurohet proces i pandërprerë i rritjes së intensitetit

të largimit të tillë. Në momentin e largimit të filmit anodik vie deri tek shfaqja dhe vendosja

e harkut elektrik dhe shkatërrimit eroziv të materialit me intensitet më të madh ose më të

vogël varësisht nga parametrat e regjimit punues.

163

Figura 5.2 Përpunimi anodomekanik me elementet themelore të procesit

5.1.2 Parametrat themelor të procesit të përpunimit

Intensiteti dhe kushtet e procesit të përpunimit anodo-mekanik, si dhe lloji

dominues themelor i largimit të tepricës së materialit (me anë të nxehtësisë ose kimik)

varet nga parametrat e procesit:

parametrat e rrymës – qarkut elektrik (densiteti elektrik, tensioni dhe fuqia e

rrymës elektrik, (tabela 5.1 ),

forca e presionit të instrumentit – katodës,

shpejtësia e lëvizjes së instrumentit,

madhësia, konfigurimi dhe karakteristikat e boshllëkut etj.

5.1.2.1 Parametrat e qarkut elektrik

Tensioni punues i qarkut elektrik (14 – 28V) ka ndikim të rëndësishëm në

procesin e tretjes anodike të materialit të detalit që punohet, intensitetin dhe zhvillimin

proceseve kimike ose të nxehtësisë dhe të parametrat themelor tekniko–ekonomik të

procesit. Rritja e vlerës së tensionit punues (mbi 30 – 40 V) mund të sjellë deri të rritja

intensive e procesit të tretjes anodike dhe mbyllja e boshllëkut përkatësisht hapësirës

ndërmjet elektrodave. Shfaqja e mbylljes së hapësirës shkakton ndërprerjen e qarkut

elektrik, dhe me këtë edhe procesin e përpunimit.

Vlera e tensionit është funksion i tensionit furnizues me energji (Uo), fuqisë së

rrymës elektrike (I) dhe rezistencës ekektrike totale gjatë rrjedhjes së rrymës elektrike ®:

U=Uo+R I (V) 5.1

Rezistenca elektrike totale është rezultat i rezistencës elektrike të brendshme të

burimit të energjisë (R1), rezistencës ndaj rrjedhës së energjisë elektrikenëpërmjet

boshllëkut midis elektrodave (zona e përpunimit, Rz) dhe rezistencës plotësuese, (për

rregullimin e parametrave të qarkut elektrik-Rp), përkatësisht:

R=R1+Rz+Rp (Ω) 5.2

Tabela 5.1 Elementet e regjimit të përpunimit gjatë përpunimit anodo-mekanik

164

Lloji i

përpunimit

Tensioni

i rrymës

U[V]

Densiteti

i rrymës

D

[a/cm2]

Presioni i

instrumentit

prerës

p[bar]

Shpejtësia

e

përpunimit

V[m/s]

Prodhueshmëria

e përpunimit

Vs[mm3/min]

Sharrimi i

mesingut:

-me disk

-me shirit

20-28

20-23

70-500

50-300

0,5-2,0

0,5-1,5

10-25

15-20

2000-6000

3000-7000

Sharimi i

metalit të fortë

me disk 12-18 40-150 0,5-1,0 20-25 1000-2000

Zdrukthimi 19-25 5-15 0,5-2,0 2-5 50-250

Retifikimi

-i ashpër

-i pastër

16-20

14-16

8-15

3-7

0,5-1,5

20-30

10-30

2-15

Mprehja e

instrumenteve 18-22 15-25 0,2-1,5 12-20 120-200

Honingimi 3-20 0,1-10 0,25-5,0 0,5-1,1 0,6-20

Përpunimi anodo-mekanik mund të bëhet gjatë karakteristikave konstante dhe të

ndryshueshme të impulseve të rrymës së qarkut elektrik. Aplikimi të regjimit të punës

impulsive mundëson zvogëlimin e ashpërsisë dhe thellësinë së shtresës defekte (përpunimi

i shpejtësisë së sipërfaqes së përpunuar), mirëpo prodhueshmëria është më e vogël në

krahasim me kohëzgjatjen e operacioneve prodhuese dhe atë dy herë më të gjatë (tabela

5.2).

Stabiliteti i procesit të përpunimit anodo-mekanik, zakonisht, sigurohet me

shfrytëzimin paralel të dy burimeve të rrymës elektrike (kryesisht të pavarura). Me njërin

burim të rrymës elektrike të vazhduar realizohet procesi elektro-kimik (tretja anodike)

ndërsa me tjetrin burim, të karakterit impulsiv (burimi i rrymës elektrike alternative),

zbrazja dhe vendosja e harkut elektrik (shkatërrimi eroziv).

165

Tabela 5.2 Kohëzgjatja e operacioneve prodhuese gjatë përpunimit anodo-mekanik

varësisht nga lloji i qarkut elektrik

Materiali i

detalit që

përpunohet

Dimensionet

[mm]

Rryma e vazhduar Rryma alternative

U[V] I[A] t[min] U[V] I[A] t[min]

Çeliku

karbonik

60 22 100 3.0 16 100 6.6

Çeliku i

leguruar

85 x 85 24 140 6.0 16-17 150 11.0

5.1.2.2 Shpejtësia e lëvizjes së instrumentit

Shpejtësia e lëvizjes së instrumentit (5 – 12 m/s , e shpeshherë edhe deri 30m/s )

duhet të ketë vlerën përkatëse, që të mundësoj largimin ose heqjen e materialit të shkrirë

dhe formimin e komponimeve kimike karakteristike. Vlera e saj varet nga tensioni (U) dhe

fuqia e rrymës elektrike (I):

5.3

Si dhe madhësia e sipërfaqes e cila përpunohet (A) dhe shpenzimit specifik të energjisë

elektrike (EC – figura 5.3):

5.4

Përkatësisht shpenzimit specifik optimal të energjisë elektrike (Ec).

166

Figura 5.3 Ndikimi i presionit të veglës dhe tensionit të rrymës në shpenzimin specifik të energjisë

5.1.2.3 Presioni i instrumentit prerës

Madhësia e presionit punues të instrumentit prerës (zakonisht 0,5 – 1,0 MPa)

përcakton madhësinë e boshllëkut punues e me këtë edhe madhësinë e rezistencës

elektrike, përkatësisht së bashku me madhësinë e boshllëkut dhe sasinë e materialit e cila

hiqet në procesin e përpunimit (prodhueshmërisë M) dhe karakteristikave të tensionit të

qarkut elektrik (figura 5.4).

Figura 5.5 Ndikimi i instrumentit prerës dhe i tensionit në prodhueshmërinë përkatësisht në prodhueshmërinë e

rrymës elektrike

Vlerat e vogla të presionit të instrumentit prerës kushtëzojnë rezistencën tejet të madhe

elektrike, deri sa vlerat e mëdha mund të shkaktojnë largimet mekanike të materialit jo të

tretur, e me këtë edhe tejnxehjen e metalit që përpunohet dhe instrumentit prerës.

5.1.2.4 Boshllëku punues ndërmjet të instrumentit dhe detalit punues

Boshllëku punues ndërmjet instrumentit dhe detalit punues (figura 5.5) varet nga

madhësia e kokrrizave të materialit të tretur, karakteristikat e instrumentit prerës (të

gjuajtjeve radiale dhe vibrimeve), tensionit dhe fuqisë së rrymës elektrike dhe është:

5.5

167

Elementet themelore karakteristike për boshllëkun punues janë njëkohësisht edhe

parametra që ndikojnë në llojin e procesit i cili zhvillohet. Kështu që gjatë vlerave

konstante të fuqisë së rrymës elektrike (tek rryma e vazhduar) vlera e boshllëkut ballor

është në proporcion të drejtpërdrejt me energjinë e shkarkimit elektrik P [kë] me

koeficientin e proporcionalitetit Ka:

5.6

Boshllëqet anësore në mes të detalit që përpunohet dhe instrumentit prerës janë

dukshëm më të mëdha, kështu që nuk vije deri të zbrazja në mes të mureve konturale të

detalit që përpunohet dhe instrumentit prerës. Kjo do të thotë se në anët e detalit zhvillohen

para se gjithash proceset kimike, deri sa largimi i tepricës së materialit përpara sipërfaqes

ballore të instrumentit është rezultat i proceseve kimike dhe të nxehtësisë, si dhe i largimit

mekanik të materialit përkatësisht materialit të shkrirë dhe produkteve të përpunimit gjatë

proceseve anodo-mekanike.

Figura 5.5 Boshllëku gjatë përpunimit anodo-mekanik

5.1.3 Operacionet prodhuese të përpunimit anod-mekanik

Përpunimi anodo-mekanik, në parim mund të zëvendësoj të gjitha llojet e

përpunimit me prerje të metaleve, mirëpo zakonisht aplikohet gjatë përpunimi të

materialeve me fortësi më të madhe dhe me shkallë të përpunueshmërisë më të vogël.

Zakonisht shfrytëzohet për operacionet prodhuese të prerjes, sharritjes, dhe të

përpunimeve finale (figura 5.6), sikur që janë : sharritja me anë të diskut ose me anë të

shiritit, zdrukthimi, retifikimi i ashpër, mprehja e instrumenteve, retifikimi i pastër,

honingimi, lapimi, polirimi etj.

168

Figura 5.6 Disa operacione prodhuese të përpunimit anodo-mekanik

Klasifikimi i operacione prodhuese të përpunimit anodo-mekanik mund të bëhet

në mënyra të ndryshme. Sipas llojit dhe formës së instrumentit prerës i cili shfrytëzohet

dallohen operacione prodhuese:

përpunimi anodo-mekanik me instrument nga metali (të punuar nga çeliku ose

nga giza e hirët), kur përpunimi (figura 5.7), bëhet zakonisht me tension

punues prej 10 – 12 V, me aplikimin e qelqit ujor si lëng punues dhe

prodhueshmërinë 2 -10 mm3/min,

përpunimi anodo-mekanik me instrumentit retifikues (përpunimi anodo-

abraziv). Si instrument shfrytëzohet guri retifikues i punuar nga materiali

lidhës abraziv i ndryshëm. Përpunimi bëhet gjatë vlerave mjaft të vogla të

boshllëkut punues (0,01 - 0,03 mm), densiteteve elektrike tejet të mëdha të

rrymës dhe intensitetit të lartë të zhvillimit të proceseve termike dhe kimike.

Operacionet prodhuese të përpunimit anodo-abraziv sigurojnë prodhueshmëri

të lartë (100 – 1000 mm3/min), madje edhe më të larta – tabela 5.3 dhe kualitet

të lartë të përpunimit.

169

përpunimi anodo-mekanik me lëvizjen e lirë të kokrrizave të materialit abraziv

(përpunimi elektroeroziv mekanik). Realizohet gjatë dendësive të vogla të

rrymës elektrike dhe siguron kualitet të lartë të sipërfaqeve të përpunuara.

Operacionet prodhuese të këtij tipi janë të njohura edhe si operacione

prodhuese të polirimit anodo-mekanik.

Sipas mënyrës së shpërbërjes anodike dhe veprimit reciprok mekanik, përpunimi anodo-

mekanik ndahet në:

përpunimin me instrument elektrikisht të përçueshëm dhe

përpunimin me instrument elektro-neutral .

Figura 5.7 Përpunimi anodo-mekanik me instrumentin nga metali

170

5.2 Përpunimi anodo-abraziv

Paraqet metodën e përpunimit me prodhueshmëri të lartë me ç’rast veprimi

mekanik i instrumentit realizohet me aplikimin e instrumentit abraziv (figura 5.8). ose me

lëvizjen e orientuar të suspensionit të tretjes punuese dhe të materialit abraziv.

Tabela 5.3 Karakteristikat themelore të procesit të përpunimit anodoabraziv

Lloji i

përpunimit

anodo-abraziv

Instrumenti

abraziv

Treguesit e procesit

Prodhueshmëria

e përpunimit

Vp [mm3/min]

Shpejtsia e

përpunimit

V [μm/min]

Konsumimi

relativ

[%]

Retifikimi

elektro-

dimant

Guri retifikues

nga pluhuri i

diamantit me

lidhës metalik

2000

0.1-0.2

Përpunimi

elektro-

abraziv

Guri abraziv

grafit,guri

abraziv metalik

120

4000

20-40

0.05-0.1

Elektro-

Honingimi Guri abraziv

20 10-20

superfinishi Abrazivi

elektropërçues 10

10-20

Polirimi

anodo-abraziv

Suspensioni

abraziv 10

Materiali

abraziv jo i

lidhur

20

171

Figura 5.9 Skema parimore e përpunimit anodo-abraziv

Mundet, pra të ekzekutohet me instrumentin monolit (gurin retifikues ose gurin nga

diamanti – figura 5.9) ose suspensionin abraziv, kur shfrytëzohet instrumenti elektro–

neutral.

Tek aplikimi i gurit nga diamanti (figura 5.9a) bëhet retifikimi i rrafshët ose

rrethor. Instrumenti dhe detali që përpunohet janë të lidhura me burimin e rrymës së

vazhduar. Në boshllëkun punues sillet tretësira punuese dhe materiali abraziv i formuar

nga kokrrizat e imta të diamantit. Me këtë rast përdoret ose aplikohet instrumenti me veshje

nga diamanti ose instrumentin nga metali me material abraziv nga diamanti.

172

Figura 5.9. Skema e përpunimit anodoabraziv me diamant dhe polirimi anodo-abraziv

5.3. Trguesit teknoko-ekonomik të procesit

5.3.1 Prodhueshmëria e përpunimit

Prodhueshmëria e përpunimit anodo-mekanik është e përcaktuar me relacionin:

[g/min] 5.7

Paraqet sasinë (masën) e materialit e cila mund të largohet në procesin e përpunimit, e cila

varet nga shpenzimi specifik i energjisë elektrike (Ec).

5.3.2 Kualiteti i përpunimit

Parametrat themelor të kualitetit të sipërfaqes së përpunuar (ashpërsia – figura 5.10 dhe

thellësia e shtresës defekte figura 5.11 ) varet nga parametrat e procesit të përpunimit

anodo-mekanik.

173

Figura 5.10 Ndikimi i tensionit të rrymës elektrike në lartësinë mesatare të jo rrafshinave

Parametrat e ashpërsisë (lartësia e jo rrafshinave mesatare dhe maksimale ) janë

drejtpërdrejt proporcional me tensionin dhe fuqinë e rrymës elektrike me koeficientin e

proporcionalitetit Kz :

Rz= Kz U I [µm] 5.8

Përkatësisht, energjinë e zbrazjes në zonën e boshllëkut punues:

Rmax=Kze P0.33 [µm] 5.9

Figura 5.11 Ndikimi i lëvizjes së instrumentit dhe fuqisë së rrymës elektrike në thellësinë e shtresës defekte

174

Thellësia e shtresës defekte e cila krijohet në procesin e përpunimit anodo-mekanik është

në proporcion të drejtë me energjinë e zbrazjes :

h= Kd P0.5 [µm] 5.10

Shpejtësia e lëvizjes së instrumentit ka një rëndësi të veçantë. Me rritjen e shpejtësisë

zvogëlohen efektet negative të lidhura me me ndryshimet strukturore dhe formimin e

shtresës defekte.

5.3.3 Fluidi punuese dhe tretësira punuese

Për operacionet prodhuese të përpunimit anodo-mekanik, si fluid ose tretësirë

punuese, zakonisht, shfrytëzohet qelqi ujor (tretësira ujore e silikatit të natriumit

(nNa2SiO3 + mH2O) ose përzierja e natrium nitritit (NaNO2) dhe nitratit të natriumit

(NaNO3) me përqendrim përkatës në ujë.

Karakteristikat themelore të tretësirës punuese me ndikim në ndikim me procesin

dhe treguesit e procesit janë: lloji, përbërja kimike dhe përqendrimi, vlera pH ,

përçueshmëria elektrike, shkalla e pastërtisë, rrjedhshmëria, presioni dhe karakteristikat

tjera të tretësirë punuese. Përvec qelqit ujor (me përqendrim 1000 – 1500 kg/m3) mund të

përdoren edhe tretësira tjera, si p.sh: tretja ujore e kripërave të ndryshme, ujit teknik etj.

Përdorimi i ujit teknik siguron furnizim më të thjeshtë të instalimit, mirëpo nuk krijon

kushte për arritjen e saktësisë përkatëse të kualitetit të përpunimit.

Karakteristikat eksploatuese të fluidit punues dhe mbrojtja e punëtorit gjatë

procesit të përpunimit mund të përmirësohen me shtimin e aditiveve. Kështu që, me

formimin e tretjes ujore me 20% të qelqit ujor, me 6% të vajit të transformatorëve dhe me

shtimin e acideve yndyrore të ngopura (stearin) dhe të aditivëve të tjerë, krijohen fluidet

punuese me karakteristikat dukshëm më të mira eksplatuese.

5.3.4 Instalimi-pajisja për përpunimin anodo-mekanik

Për operacionet prodhuese të përpunimit anodo-mekanik shfrytëzohen pajisjet

dhe makinat (figura 5.12-5.14), të cilat sipas konstruksionit janë mjaft të ngjashme me

makinat klasike për përpunim me retifikim, honingim, etj. Elementet themelore të

instalimeve janë: burimi i rrymës elektrike, sistemi i qarkullimit, filtrimit dhe i renegjerimit

të fluidit punues, sistemi i kontrollit dhe i drejtimit të parametrave, struktura mbajtëse dhe

sistemi i sigurimit të lëvizjeve të domosdoshme të instrumentit dhe të detalit që

përpunohet. Roli dhe rëndësia e elementeve të strukturës së instalimit është shumë i

ngjashëm me rolin e elementeve të instalimit për përpunimin elektro-kimik.

175

Figura 5.12 Paraqitja skematike e pajisjes për retifikimin anodomekanik

Figura 5.13 Skema e instalimit për mprehje anodomekanike të instrumentit prerës

176

Figura 5.14 Skema e instalimit për honingimin, polirimin anodo-mekanik

5.3.5 Karakteristika themelore të përpunimit anodo-mekanik

Sipas njohurive të gjerë tanishme, karakteristikat themelore të përpunimit anodo-mekanik

do të ishin:

prodhueshmëria shumë e lartë në operacionet prodhuese në të cilat kërkohet

kualitet i lartë i përpunimit (edhe deri 7000 mm3/min),

mundësia e arritjes së kualitetit të lartë të sipërfaqes së përpunuar (lartësia

mesatare e jo rrafshinave deri 1 mikrometër ) , gjatë prodhueshmërisë së ultë

të përpunimit (1 – 2 mm3/min)

konsumim shumë i vogël i instrumentit prerës e cila kushtëzon edhe

shpenzim të ultë të eksploatimit të instrumentit,

mundësi e përpunimit të regjimit të përpunimit në kufij të gjerë, pa nevojën

e procesit të përpunimit,

presion i vogël specifik i instrumentit në detalin që përpunohet, e me këtë

edhe deformimet vogla dhe thellësi të vogla të shtresës defekte – mundësi e

përpunimit të materialit të gjitha llojeve pa marrë parasysh karakteristikat

mekanike (forcën, fuqinë në këputje e ngjashme),

shkallë relativisht e lartë e shfrytëzimit,

177

ekonomicitet mjaft i lartë i përpunimit sepse, p.sh, koha zgjatja e procesit të

retifikimit është më e shkurtë se 20% në krahasim me retifikimin klasik, deri

sa shpenzimi i materialit i zvogëluar deri 90 % gjatë lartësisë relativisht të

vogël të jo rrafshinave (kualitet i lartë i përpunimit – deri 1 mikrometër etj.)

Figura 5.15 Paraqitja skematike e operacioneve prodhuese të përpunimit anodo-mekanik.

Të gjitha këto karakteristika, të cilat së bashku me zhvillimin e mëtutjeshëm dhe përsosjen

e metodave të përpunimit anodo-mekanik, duhet të sigurojnë aplikimin e gjerë dhe

shfrytëzimin në industrinë të kësaj metode të përpunimit, figura 5.15.

178

Kapitulli i gjashtë

6

Pëpunimi elektro-hidrulik

6.1 Bazat e procesit të përpunimit

Efekti elektro-hidraulik është veprim i ri i shndërrimit të energjisë elektrike në

atë mekanike, pa i vënë në përdorim elementet-veglat mekanike. Veprimi siguron shkallë

të lartë të shfrytëzimit të energjisë elektrike, kurse esenca e procesit (figura 6.1) është në

formësimin dhe formimin e presionit të lartë të lëngut. Presioni është rezultat i shkarkimit

elektrik (shkëndisë, harkut etj.) i gjeneruar ndërmjet elektrodave përkatëse në lëng.

179

Fig.6.1 Skica parimore e veprimit të përpunimit elektrohidraulik: 1) burimi i

energjisë, 2) kondensatori, 3) ndërprerësi, 4) elektrodat, 5) lëngu (uji), 6) forma.

Fig.6.2 Skica parimore e veprimit të përpunimit elektrohidraulik: 1) forma, 2) elektroda,

3) mbushësi, 4) ndërprerësi, 5) bateritë, 6) detali punues, 7) uji, 8) shtrënguesi i detalit.

Impulsi hidraulik i formuar në këtë mënyrë siguron punë mekanike të mjaftueshme për të

kryer disa operacione, siç është; profilimi i llamarinës, shpimi, formësimi, shtresimi,

prerja, ngjitja, pastrimi i shtresave sipërfaqësore, eliminimi i sforcimeve të brendshme etj.

6.2 Operacionet prodhuese për largimin e materialit të tepërt

Me orientimin e impulsit hidraulik në sipërfaqen e lëndës punuese (varësisht nga

karakteristikat e tij, karakateristikave të kushtëzuara dhe parametrat e skemës elektrike-

fuqisë, presionit dhe kohëzgjatjes) është e mundur të sigurohet heqja e tepricës së

180

materialit dhe realizimi I operacioneve precize siç janë shpimi, prerja, fortësimi, shtresimi

etj.

Shpuarja elektro–hidraulike (figura 6.3) më së shpeshti përdoret te përpunimi i

materialeve jometalike. Zbrazja impulsive e tensionit të lartë lajmërohet në lëngje,

ndërmjet elektrodave. Nën efektin e goditjes impulsive hidraulike, të drejtuar nga një

formë dhe rregullimi i elektrodave, vie deri te shkatërrimi i materialit të lëndës punuese

dhe formësimi i vrimave.

Fig.6.3. Skica principiele e shpimit elektro – hidraulike të vrimave te jometalet: 1) detali punues, 2) rezervuari

me ujë, 3) elektroda, 4) kondensatori, 5) ndërprerësi, 6) burimi i energjisë.

Prerja elektro–hidraulike e materialit (figura 6.4) realizohet me ndihmën e

goditjes së valës hidraulike të formuar në afërsi të pllakave për zbrazje harkore

(eksploduese) të vendosura në izolatorë. Tensioni i lartë i domosdoshëm për zbrazje

harkore vjen nga burimi i furnizimit nëpërmes elektrodave. Për realizimin e procesit të

prerjes sipas konturit të dëshiruar, lënda punuese lëvizë në dy drejtime pingule njëra me

tjetrën ose automatikisht sipas konturës së projektuar.

181

Fig.6.4. Prerja elektro – hidraulike skica principiele e procesit: 1) rezervuari

me ujë, 2) burimi i energjisë, 3) elektrodat, 4) detali punues.

Përveç, operacioneve të paraqitura, hasim edhe procese elektro–hidraulike për

pastrimin e pjesëve të dershura, farkëtuara, shtresim, fortësim, bluarje, etj.

6.3 Profilimi elektro-hidraulik i llamarinës

Paraqet një ndër proceset bashkëkohore më të rëndësishme të profilimit të

llamarinës dhe formimit të konfiguracioneve të llojëllojshme, posaçërisht të elementeve të

konturave të komplikuara dhe gabariteve të mëdha. Posaçërisht është process efikas në

prodhimet e serive të vogla, sepse shfrytëzohen pajisje relativisht të thjeshta dhe të lira,

siguron kualitet të lartë dhe precizitet të përpunimit dhe fomësimit të profileve të

ndërlikuara të elementeve të punuara nga materiale vështirë të përpunueshme.

Fig.6.6 Skema e profilimit nën tension të lartë në mesë të elektrodave:

1) burimii energjisë, 2) kondensatori, 3) ndërprerësi, 4) elektrodat, 5) uji,

6) forma.

182

Fig.6.5. Skema parimore e veprimit të përpunimit elektrohidraulik:

1) forma e epërme, 2) burimi i energjisë, 3) ndërprerësi, 4) kondensatorët, 5) detali punues, 6) uji.

Zbrazja e tensionit të lartë, e shkatuar brenda lëngjeve në mes të elektrodave

(figura 6.6) dhe elektrodave të ngjitura me tel (figura 6.7) sjell deri te presioni i lartë i

lëngjeve (disa mijëra MPa), i mjaftueshëm për formimin e valës goditëse me fuqi të madhe.

Fig.6.7 Skemae profilimit te llamarinës gjatë zbrazjes së tensionit të lartë

në mes të elektrodave të ngjitura me përçues: 1) detali punues, 2) elektrodat,

3) uji, 4) teli i hollë, 5) matrica-forma.

Me veprimin e valës goditëse në lëndën punuese krijohen kushtet për profilimin

dhe formimin e konfiguracionit të dëshiruar varësisht nga forma e matrices.

Mekanizmi i zbrazjes, stabiliteti i tij dhe efikasiteti varen nga karakteristikat e

lëngjeve, forma, dimensioni dhe renditja e elektrodave. Stabiliteti i zbrazjeve individuale,

realizohet me futjen e një përçuesi të hollë cili i lidh elektrodat (figura 6.7). Efikasiteti i

shfrytëzimit të energjisë varet nga pozita e ndërsjellë e elektrodave, forma dhe pozita e

sipërfaqeve për zbrazje (të hapur apo të mbyllur për formësimin e llamarinës apo gypave)

dhe matricave formësuese (figura 6.8).

Te komorat e hapura lajmërohet humbje e konsiderueshme e energjisë, gjerësa te

komorat e mbyllura kanë hapësirë të kufizuar pune dhe lëvizje të orientuar të valës

goditëse.

183

Fig. 6. 8 Pamja skematike e komorave për zbrazje.

Me aplikikimin e telit mundësohet zvogëlimi i sforcimeve punuese dhe rritja e

besueshmërisë dhe kohëzgjatja e afatit të shërbimit të instalimeve.

Ndikim të posaçëm në procesin e profilizimit të llamarinës ka shpërndarja e presionit.

Vlera maksimale e presionit paraqitet në pjesën qendrore të lëndës punuese, çka mund të

sjell deri te deformime të mëdha dhe lajmërimi i mbeturinës. Parandalimi i këtyre dukurive

të padëshirueshme, realizohet me përdorimin e koncentratorëve të zbrazjes të formës,

dimensioneve dhe karakteristikave përkatëse (figura 6.9), më së shpeshti konik, rrethor

dhe të kombinuar.

Koncentratoret konik mbrojnë zonën e mesme të lëndës punuese dhe drejtojnë

valën goditëse nga periferia.

Koncentratori rrethor i zvogëlon dimensionet e seksionit dalës të komorës dhe zmadhon

shkallën e deformimit të pjesës së mesme të lëndës punuese, mirëpo me depërtimin e

lëngjeve ndërmjet koncentratorit dhe lëndës punuese vjen deri te shpërndarja e presionit,

me një rritje të konsiderueshme të presioni në pjesët periferike.

184

Fig.6.9 Skema e pamjes së koncentratorit të zbrazjes.

Koncentratori i kombinuar siguron drejtimin e valës goditësenë pjesën unazore

Dk-dk, shpërndarja dhe madhësia e presionit varen nga marrëdhëniet e ndërsjella të

dimensioneve relevante Dk, Dm dhe dk. Komora për zbrazje konstruktivisht formësohet në

atë mënyrë që mundësoj drejtimin e valës goditëse nga pjesa dalëse e komorës. Me këtë

krojohen kushtet për deformim dhe shfrytëzimi maksimal i energjisë të valëve goditëse.

185