Embed Size (px)
Citation preview
Különleges gyártástechnológiák(BSc)
www.uni-miskolc.hu/~ggytmazs
2
1. A megmunkálási módok osztályozása
Bővebb értelmezésben:
- tömeg csökkentő(anyagszétválasztó)
- tömeg megtartó- tömeg növelő
pl. forgácsoló megmunkálások
pl. hőkezelések, öntés, szintereléspl. bevonatolás, hegesztés, ragasztás
Alaptechnológiák:
- forgácsolás- képlékeny alakítás- egyéb
3
A forgácsoló eljárások osztályozása sokféle szempont szerint lehetséges
a) Szerszámgép (megmunkálási mód) alapján- esztergálás- fúrás- marás- gyalulás- köszörülés- stb.
b) Szerszám élgeometria alapján-határozott élű szerszámokkal-határozatlan élú szerszámokkal
4
c) A leválasztott forgács elméleti jellemzői alapján- forgácskeresztmetszet
• állandó• változó
-a forgácsleválasztás jellege• folyamatos• szakaszos
d) Az alakképzés geometriája alapján-profilozás ( a szerszám alakjának negatívja alakul ki a munkadarabon)
-generálás,lefejtés: a szerszám él és a mdb relatív mozgása alakítja ki afelületet
- (másolás): mesterdarab alakját követi a szerszám
5
e) A megmunkálás mozgásviszonyai (főmozgás) alapján-egyenesvonalú-forgó-rezgő-stb.
f) A hasznosított energia tipusa alapján-mechanikai-hő (elektro-termikus)-kémiai-elektro-kémiai
- Kifejlesztésüket a megmunkálandó anyagok fejlődése indikálta- anyagválasztás anyagkészítés
- A szerszám (ha van) nem kell keményebb legyen a munkadarabnál- Különböző energia formák hasznosítása:
2. Különleges megmunkálások
Új anyagszétválasztási technológiák
- Mechanikai- Hő - Kémiai- Elektrokémiai
Különleges megmunkálás:
Fizikai folyamatuk lényegében vagy folyamatjellemzőkben jelentősen különböznek a hagyományos eljárásoktól
Különleges megmunkálások csoportosítása
(A hőenergiát különféle módokon hozhatjuk létre,e szerint különböztetjük meg az eljárásokat)
- szokták ezt az eljárást az ún. villamos megmunkálások közé is sorolni- a villamos energiát nem mechanikaivá alakítja, hanem hőenergiává- az anyagleválasztásra fordított hányad kevés, a hatásfok kicsi- csak villamosan vezető anyagok munkálhatók meg így- szerszáma: elektróda, a mechanikai tulajdonságok nem fontosak
2.1. Elektroeróziós megmunkálások(Szikraforgácsolás, EDM Electro Discharge Machining)
- vezetőképesség- hőkapacitás- olvadáshő
Hőenergiát hasznosító eljárás
Elektroeróziós megmunkálások
Erózió: Külső hatásra létrejövő jelentős mértékű roncsolódás
Kisülések szabályozása
- szikrakisülés- ívkisülés- (hideg kisülés)
hatására megy végbe
Elektroeróziós megmunkálás
Elecktro-erózió: Elektromos kisülés hatására jön létre
1: dielektrikum2: előtoló mű3: generátorE: szerszámW: munkadarab
A szikraforgácsoló rendszer felépítése
Szikraforgácsolás:
- elektródákat (T – W) egyenfeszültségre kapcsol- dielekrikumba (szigetelő folyadékba) merülve- kisüléssorozat létrehozása az elektródák között
11
Tömbelektródás szikraforgácsolás 2.1.1 Az anyagleválasztás folyamata szikraforgácsoláskor
- feszültség kapcsolása az elektródákra- potenciálkülönbség létrejötte a dielektrikumban az elektródás között (80-250V)
- ionizáció a folyadékban (a)- a szigetelő „átüt”, vezető csatorna jön létre (szikra, ív) (b, c, d)- az ív hőmérséklete nő (10000K), gázbuborék keletkezik (c, d, e)- az anyag megolvad, gőzzé válik, szétfröccsen (e)- az ívfeszültség gyorsan esik, az energia utánpótlás megszűnik, a kisülési csatorna összeomlik, a gázbuborék szétrobban (f)
- a megolvadt fém apró cseppekben szilárdul, kényszeröblítés- deionizáció, a teljes ciklusidő ~ 10-50µs
12
Tömbelektródás szikraforgácsoló gép felépítése
2.1.2. A szikraforgácsoló rendszer elemei
13
Tömbelektródás szikraforgácsoló gép felépítése
14
a) A szikraforgácsoló gép gerjesztése
A megmunkálási ciklust ún. impulzusgenerátorokkal vezéreljük
- vezérelt impulzusgenerátora generátor egyenfeszültségét tranzisztor és kapcsoló segítségévelvisszük az elektródákra
- relaxációs generátor (olcsó)kapcsoló és tároló elemként kapacitást és induktivitást alkalmaznak
- számítógépes vezérlés
15
b) Dielektrikum
Szükséges tulajdonságok:
- kis vezetőképesség (kisebb távolságnál jön létre a kisülés,nagyobb energiasűrűség, jobb leképzés)
- viszkozitás: nagyoláshoz nagysimításhoz kicsi
- ne legyen egészségre ártalmas, - nagy forráspont ill lobbanáspont- anyaguk jellegzetesen: petróleum bázisú paraffinok vagy
deionizált víz (kis furatok pl.)- hűteni és szűrni kell- a munkatérben mindig friss kel (áramoltatás)
16
Öblítési technikák
Normál
Fordított
Sugár
Rezgetéses
17
c) Szerszám elektróda
Szükséges tulajdonságok:
- magas olvadáspont - jó elektromos vezető- könnyen megmunkálható
Leggyakoribb szerszámanyagok:
- vörösréz, sárgaréz - grafit
18
Hőtágulási együtthatója a negyede a rézének, (alak és mérethűség)
Sűrűsége ötöde a rézének, (könnyebb)
Leválasztóképessége 1,5-3 –szor nagyobb
Kisebb a kopása
Nagyobb méretek alakíthatók ki belőle
Nagyobb hősokk-kal szembeni ellenállás
Megmunkálhatósága sokkal könnyebb
A grafit napjainkban kezdi kiszorítani a rezet:
Az elektróda kopása
- mennyiségi- sarok- frontális- oldal
A grafit szublimál 3550 °C-on, fekete füstfellegek kísérik a EDM-et
19
2.1.2 Technológiai jellemzők
- a leválasztott anyagrész annál nagyobb, minél nagyobb akisülés energiatartalma
Egyszeri szikrakisülés okozta kráter fémfelületen
20
Technológiai jellemzők
- anyagáram, mm3/min, időegység alatt leválasztott anyag - az elektróda relatív kopása, %, elektróda kopás/mdb fogyás
- áramerősség: Iv- ciklusidő: ti
általában <10% elérhető(van példa 2 %-ra is)
21
Az áramerősség hatása a relatív kopásra
Az optimumérték 3-4 Aáramerősségnél van
22
2.1.3 A felület minősége
- irányítottság nélküli kráterek áthatása
d, h (Rmax) méretekkeljellemezhető
- a felületi rétegben jelentős változások történnek
- a ciklusidő és az áramerősség befolyásolja elsősorban
Azonos energia esetén Ie növelésével d csökken, h nőtc növelésével d nő, h csökken
24
Azonos energia esetén Ie növelésével d csökken, h nőtc növelésével d nő, h csökken
Az áramerősség és a ciklusidő hatása a felület érdességére
A felületi érdesség a ciklusidő és az íváramnövelésével növekszik
2.1.4 A felület alatti rétegek tulajdonságai
A hőhatás zónájában megváltozik a szövetszerkezet ill. az anyag tulajdonsága
pl. edzett acél
- Felület nagyon kemény- Maradófeszültség: az
ujraszilárdult rétegben húzó, alatta nyomó (kedvezőtlen)
- Rossz kifáradási tulajdonságok- Felületi réteg hálós
repedésének veszélye
2.1.5 A megmunkálás pontossága
Elsősorban az alkképzés pontosságát értjük alatta. Több tényező befolyásolja:
- a gép kinematikai pontossága
- beállítás pontossága- szerszám gyártási pontossága- hő okozta deformációk- elektróda rés egyenetlensége- elektródafogyás- egyenlőtlen anyagleválasztás
2.1.6 A szikraforgácsolás változatai
- tömbelektródás- huzalelektródás
Valódi változatok:
Huzalos szikraforgácsolás
- huzal: 0,05-0,3 mm átmérőjűvörös- vagy sárgaréz
- szigetelő folyadék: deionizált víz- a huzal lassan fogy, pótolják- elektróda rés egyenetlensége- elektródafogyás- egyenlőtlen anyagleválasztás
Ma már CNC vezérlésűek
Léteznek kombinált berendezések is.
30
Huzalelektródás szikraforgácsolás
31/
2.2 Lézersugaras megmunkálások(LBM, Laser Beam Machining)
Lézer: erős, párhuzamos fénysugarat adó fényforrás.
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
magyarul: fényerősítés indukált emisszióval
megelőlegezte, hogy bizonyos feltételek együttállásakora fény adott közegben nem csak gyengülhet, hanem erősödhet is
Lézersugárzás: 1917 Einstein elmélete:
L A S E R
32
Lézersugár: nagy energiasűrűségű (koncentrált), párhuzamosított fénynyaláb, minthavégtelenben lévő fényforrásból jönne, kisátmérőben szabályozható.
Ipari megmunkálások: vágás,fúrás, hegesztés, feliratozás,hőkezelés, átolvasztás, felületimikroötvözés
Az első lézer: rubin lézerTheodore Maiman (1960)
33
2.2.1 Stimulált emisszió (áttekintés)
A stimulált emisszió útján felszabaduló foton energiája, frekvenciája, fázishelyzete és haladási iránya azonos a stimulálást kiváltó fotonéval, továbbá az így „megszaporodott”fotonok további kölcsönhatások révén még újabb fotonokat szabadíthatnak fel.
34
35 36
Stimulált emisszióSpontán emisszió
37 38
2.2.2 Optikai rezonátor
• Azok a fotonok melyek haladási iránya nem merőleges a tükörre, kiszöknek az optikai üregből
• a két tükör tengelye mentén haladó fotonok száma nagyon megnövekszik, és fényerősítés történik stimulált sugárzás kibocsátással
39
A lézer közeget két tükör közé helyezik.A fénysugár ide-oda verődik, így a fotonok átlagos úthossza megnő, s vele együtt a stimuláltemisszió valószínűsége.
Optikai rezonátor
40
41
‐ Energia bevitellel (fény, hő) gerjesztjük az atomok, molekulák,ionok elektronjait, vagy megváltoztatjuk a molekulák rezgésiállapotát.
‐ A gerjesztett elektronok magasabb energianívójúelektronpályára kerülnek.
‐ Az alapállapotba történő visszatérés során a két elektronpálya energiakülönbségének megfelelő hullámhosszúságú fényt sugároznak ki.
‐ A kisugárzott fényt rezonanciával erősítjük (a lézerkamra ahullámhossz felének egész számú többszöröse, egyik végeteljesen visszaveri a fényt, a másik részlegesen).
2.2.3 Lézersugár előállítása
42
Az erősítő interferencia feltétele
L m hullámhossz,2 m: nagy egész szám
.
Állóhullám kialakulása:
c mc 2LA frekvencia:
43
• A fény színe (hullámhossza) az elektronpályák közötti energiaszint különbségtől függ
1E
2E3E4E
Energia szint diagram
44
2.2.4 A lézerfény jellemzői
Párhuzamos fénynyaláb (egy közönséges izzóval ellentétben).
Monokromatikus, mivel a gerjesztett atomok meghatározottfrekvenciájú sugárzást bocsátanak ki (a közönséges izzó fehér fényekülönböző frekvenciájú sugárzások keveréke).
Koherens: azaz a fényhullámok azonos fázisban vannakPolarizált (egy síkban rezgő) fény.A lézerek energiája kis térrészben koncentrálódik, impulzusüzemmód esetén nagyon rövid időtartamban.A lézerfény teljesítménysűrűsége nagy (a megszokott fényforrásokénak sokszorosa lehet).
A lézerek hatásfoka nagyon kicsi (0,1‐18%).
45
A lézerfény tulajdonságai
• Nem befolyásolja a mágneses tér.• Nem szükséges, hogy a munkadarab elektromos
vezető legyen.• Minden anyaggal kölcsönhatásba lép (fém, műanyag,
fa, kerámia).• Működéséhez nem kell vákuum.• Nem keletkezik röntgen‐sugárzás
46
2.2.5 Lézerek típusai(a lézerközeg alapján)
• Szilárdtest (szennyezettionkristály)‐lézer‐ Rubin lézer‐ Nd‐YAG lézer (Neodímium‐Yttrium‐Alumínium‐Gránát)
• gázlézer
• félvezetőlézer
• folyékony festéklézer
• plazmalézer
47
Jellegzetes lézer fényforrások
- Rubin lézer- Nd-YAG lézer (Neodímium-Yttrium-Alumínium-Gránát)- CO2 lézer- stb
Rubin lézer-csak azok a sugarak maradnak meg arendszerben, amelyek szigorúan párhuzamosak a kristály hossztengelyével.-amikor a fény energiája meghaladja azt amértéket, amely már ki tud lépni a féligáteresztő tükrön, a lézer világítani kezd. -a két tükör miatt a kilépő fény már nagyonpárhuzamos nyalábokból áll-a sugár széttartása (divergenciája)elhanyagolhatóan kicsi.
48
Rubin lézer
49
‐ CO2 lézer , 10.600 nm‐ He‐Ne lézer, 632.8 nm
elektromos gerjesztés
Gázlézerek
50
51
He-Ne lézer
52
2.2.6 Lézerek alkalmazása
Megmunkálások:VágásFúrásHegesztésJelölés, gravírozásFelület strukturálásMarás, üregképzésÖtvözés, hőkezelésBevonás
Speciális alkalmazások:Prototípus gyártás (SLA, SLS, LOM..)Speciális bevonatok (LCVD, ..)Képalkotás, optikaSpektroszkópiaMérésLézer sebészetLézer fogászat
53
2.2.7 A lézersugaras megmunkálások lényege- A lézeres megmunkálások során a foton energiáját visszük át a céltárgyra termikus vagy fotokémiai energia formájában
- Az energia átvitel eredményeként a céltárgy anyaga megolvad, és azolvadékot gázsugárral eltávolítjuk, vagy közvetlenül elpárologtatjuk
- A lézeres megmunkálások lokalizált, kontaktusmentes eljárások, azerőhatások mikro-skálán mozognak (a foton-nyomás hatásaelhanyagolható)
54
55
2.2.8 A lézeres megmunkálógépek felépítése
- lézer előállítása- sugárvezetés- fókuszálás- relatív mozgás
A relatív mozgástöbbféleképp megoldható
56
Mozgatórendszerek
A relatív mozgástöbbféleképp megoldható
57
Megmunkáló gépek
58
2.2.9 Lézersugaras vágás
- Nagy energiasűrűségű, erősen fókuszált(d = 0,1 mm), koherens fény hatására afém megolvad és részben elpárolog vagy elég
- Az energia 10-11 s alatt hővé alakul- Vágási sebesség: 1-10 m/min- energiasűrűség: 104-105 W/mm2
- a munkagáz (pl. argon) a megolvadt anyagotkifújja
- vékony vágórés- relatíve keskeny hőhatás zóna
59
• A tükrökkel a sugár irányítható• A lencsékkel fókuszálható• A segédgáz eltávolítja az ömledéket
60
Lézersugárral vágható anyagvastagságok
- acél: 15 mm- műanyag. 25 mm
61
Lézersugárral vágható anyagvastagságok
62
Lézersugárral vágható anyagvastagságok
63
Lézersugárral vágható anyagvastagságok
64
2.2.10 Lézersugaras technológiák
65
Lézersugaras technológiák
Lézersugaras fúrás
66
Lézersugarashegesztés
Lézersugaras technológiák
67
Lézersugarasgravírozás
Lézersugaras technológiák2.3. Plazmasugaras megmunkálások
(Plasma Beam Machining, PBM)
2.3.1 A plazma
- nagy energiaállapotú gáz- az anyag „negyedik halmazállapota”- ionok és elektronok halmaza- egyenáramú ív segítségével állítják elő- 107 K hőmérséklet hozható létre
69
• Fogalma– 4. halmazállapot (anyag energia
szintje)– Magas hőmérsékletű, elektromosan
vezető,ionizált állapotú gáz
• Jellemzői– töltések összekeveredve ,
egyenletesen helyezkednek– Könnyen elmozdítható
töltéshordozók → jó elektromos vezető→ hőmérséklettel növelhető
A plazma
70
Az anyag halmazállapotai
71
A plazma kialakulásának tényezői
72
Az anyag plazma állapotban előfordul:
• világűrben• igen magas hőmérsékleten• természetes- vagy mesterséges
úton létrejött gázkisülésekben
Csillagködök:ködszerű, látható plazmaképződmények (Cygnus köd)
Villám:Gázkisülés atmoszférikus nyomáson
73
Jellegzetes plazmaállapotok
74
Az univerzum látható anyagának 99,9%-a plazma állapotban van (csillagok, csillagközi és bolygóközi anyag)
75
Plazmatechnológia
– Felületek tisztítása – Plazma képernyők– Kémiai alkalmazások
Fluoreszcens lámpa
Ívlámpa
Plazma alapú fényforrások– Plazma-megmunkálás, felületi rétegek felvitele, plazmaszórás
Plazmaszórás
76
2.3.2 Plazmasugaras megmunkálás
- elektróda (-) általában wolfram- munkadarab (+)- kettő között ív jön létre- a részecskék ütköznek a gázatomokkal, ionok jönnek létre- vágógáz és védőgáz- gáz: ne legyen eróziós hatása ne károsítsa az elektródát és
a fúvókát
Plazma előállítása:
78
A plazmasugaras vágás lényege
79
2.3.3 Plazmasugaras vágás elemei
• Áramforrás, • plazmaégő, • munkadarab, • vágóasztal, • gázellátó-, • hűtő rendszer
A plazmavágás berendezései
81
A plazmavágás berendezései
82
2.3.4 Plazmavágási eljárások
Kátgázos eljárás
– Kézi eljárásoknál– Levegő vagy nitrogén
Egygázos eljárás
– Munkagáz (plazmagáz)– Segédgáz (védőgáz)– Többféle variáció
83
2.3.4 Plazmavágási eljárások
Víz-befecskendezéses plazmavágás
– Segédgáz helyett víz– Hűtés– Jobb felületminőség– Korrózióálló anyagokhoz
Vízzel védett plazmavágás
– Munkagáz oxigén vagy nitrogén
– Víz fecskendezés a sugárba– Kisebb sugár átmérő– Jobb felület
A plazma sugár hőmérsékleteloszlása(4mm –re a kilépéstől)
85
Plazmagázok:LevegőOxigén O2Nitrogén N2Argon - Hidrogén gázkeverék Ar (65%) -H2 (35%)Nitrogén – Hidrogén gázkeverék N2 (95%) - H2 (5%)
Védőgázok:LevegőNitrogén N2Széndioxid CO2Védőgáz helyett használnak vizet is.
2.3.5 Plazma- és segédgázok, technológiai adatok
Technológiai adatok:
– Előtoló (vágási) sebesség– Íváram– Gázösszetételek– Gáznyomások– Fúvókamagasság– Fúvóka anyag és kialakítás
86
2.3.6 A plazmasugaras vágás minősége és hatékonysága
– Jellegzetes vágási felület– Elhajlási vonalak– Salak– Viszonylag nagy vágási
mélység
87
A plazmavágás hatékonysága
88
A plazmavágás hatékonysága
89
A plazmavágás hatékonysága
90
A plazmavágás költéghatékonysága
2.3.7 Plazmával segített forgácsolás 2.4. Elektronsugaras megmunkálás
(Electron Beam Machining, EBM)Elektron ágyú:- Kibocsátja az elektronokat(katódsugárcső)
- katód: volfrám, tantál- Felgyorsítja az elektronsugarat200 000 km/s
- a fénysebesség 66%-a!- Elektromágneses mező:kis- (< 30 kV) és nagyfesz.(> 100 kV) rendszerek
- Fókuszálja a munkadarabra(elektromágneses lencse )
- Nagy energiasűrűség1 MW/mm2
- Röntgen-sugár veszély
93
Megmunkáló gép
94
Elektronsugaras hegesztőgép
- csökkenti a szennyeződéseket (hatása azonos a tiszta argonéval)- megakadályozza a levegőt alkotó gázok molekuláival való ütközéseket- megakadályozza az égést
A vákuum feladata:
Elektronsugár vákuumban Elektronsugár levegőben
- A mdb a másodperc milliomod része alatt 1000 C-rahevül, helyi olvadás és elpárolgás
- az üreg belsejében kialakult nagy nyomás ki- és felfelépréseli az olvadékot a lyukból,
- rendkívül pontos, kis átmérőjű furatok
Precíziós finommegmunkálásokhoz: pl finomfúrás (<10m)
Elektronsugaras megmunkálások alkalmazása
- Speciális szűrők készítése (saválló acélból)- Fémek (Ti ötvözetek) és nemfémek, ultrakemény, rideg és
törékeny anyagok (kerámiák, zafír, kvarc) precíziós fúrása
- lemezvastagság0,01-5mm
- a sugár könnyeneltéríthető
- hátrány: vákuum kell
Az elektronsugaras megmunkálás energiasűrűsége
101
2.5. Kémiai megmunkálások (Maratás)(Chemical Machining, CHM)
A kémiai megmunkálások a• marandó munkadarab és a• marószer
között lejátszódó vegyi reakciókon alapulnak.
Az anyagleválasztás tehát közvetlenül a marószer és a munkadarab kölcsönhatásában történik, nincs szükségáramforrásra.
A folyamatokat legfeljebb hevítéssel vagy keverésselintenzifikáljuk. Elsősorban agresszív maró anyagok alkalmasak.Alumínium, színesfémek és nemfémek (pl. üveg megmunkálásáraalkalmasak). Nem nagyméretű alkatrészek gyártásakor.
102
Kémiai megmunkálások
MaratásA megmunkálandó munkadarab felületet a megfelelő marószerrel közvetlen kapcsolatba kell hozni.
Amelyeket nem akarunk megmunkálni, a marószer elől el kell takarni.
Az alkatrészek felülettel párhuzamos rétegeinek meghatározott helyen való eltávolítására ill. vékony lemezek külső kontúrjának, áttöréseinek kialakítása.
(i) Clean (ii) Apply resist (iii) UV exposure (iv) Development (v) Etching (v) Stripping(i) Clean (ii) Apply resist (iii) UV exposure (iv) Development (v) Etching (v) Stripping
Foto-kémiai eljárások
103
MaratásTechnológiai paraméterei:‐ A munkadarab és a vegyszer anyaga ‐‐‐‐‐ elsősorban ez
határozza meg‐ a merítés időtartama‐ a hőmérséklet
Oldószerként acélnál: sósav, kénsav, foszforsav keverékeüvegnél: hidrogénfluorid (folyékony – üvegszerű, fényes
gázállapot – matt )
Takaráshoz: acélnál: tisztítás után különböző állapotú gumi,amit rászárítanak üvegnél: viasz, parafin
Védő réteggel részben fedett felületeknél a bevonat határánálalámaródás tapasztalható (maratás mélységével egyezik meg).
Kémiai megmunkálások
104
Pontosság: elsősorban a munkadarab pontossága határozza meg
Felület minősége:
Érdesség: - munka jellegéből adódóan nem lényeges.‐ közelítőleg eredeti felületnek felel meg
Felületi réteg állapota : - változásokat (keménység,szövetszerkezet,
felkeményedés) a megmunkálás (!) nem okoz.- Kifáradást rontó tényező nincs.
A maratás jellegzetességei
105
Kémiai polírozásMegfelelően választott erős savba mártott érdes felületről a csúcsok lemaródnak, míg a mélyedésekben az anyag nem oldódik.
Ennek oka, - hogy a csúcsokon és a mélyedésekben különböző az oldószer
koncentrációja (és ennek megfelelően a pH értéke is),- a csúcsokon és a mélyedésekben különböző az oldószer koncentrációja
(és ennek megfelelően a pH értéke is),- a mélyedésekben passziváló hártya képződik, amely gátolja a fém
oldódását.- Túlmaratás lehetséges!
A maratás sajátosságai
106
A maratás sajátosságai
- nincsenek erők, „szerszámok”- a maszk szélén alámetszés képződhet, kb. a rétegvastagság nagyságának felel meg
107
Leggyakoribb alkalmazása:• finommechanikában, műszertechnikában főként
vékony (néhány tized mm vastagságú)lemezekből készült, bonyolult alakúalkatrészeket gyártása
• üveg maratása• félvezetőtechnika• nyomatott áramkörök készítése• homogén és heterogén szövetszerkezetek
vizsgálata, egyes fázisok megkülönböztetése és a szemcsehatárok láthatóvá tétele
A maratás alkalmazásai
108
Jellegzetes alkalmazások
109
Kémiai polírozás
- Az egyenlőtlen maródás következtében a felület fokozatosan simább lesz, fényesedik.
- Polírozáshoz általában foszforsav–salétromsav–ecetsav megfelelő keverékét használják.
- Leggyakoribb alkalmazási területe : különböző munkadarabok fényesítése
A maratás sajátosságai2.6. Elektrokémiai megmunkálások(Electron Chemical Machining, ECM)
A folyamat lényege az ún. anódikus oldódás
Anód (+):- töltéscsere- fémleválás- O2 keletkezik
Katód (-):- töltéscsere- fémkiválás- H2 keletkezik
Elektrolit: NaCl vizes oldata
- csapadékkeletkezik (Fe-OH)
- FeCl disszociál- hőfejlődés- csak a vizet kell
pótolni- az intenzitás az
áramerősségtől függ
111
Anód (+):- Fe = Fe2+ + 2e- fémleválás, Fe kationok- O2 keletkezik
Katód (-):- H2O + 2e- = H2 + 2OH- az elektronok a vízmolekulákkal
reagálnak, H2 képződik OH- anion- fémkiválás- H2 keletkezik
Elektrolit:-Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2 az Fe kationok és az OH anionok
reakcióba lépnek vashidroxid kicsapódás
112
NaCl →molekulái felbomlanak, nátrium + víz → nátrium hidroxid + hidrogén
2 Na + 2 H2O → 2 NaOH + H2
anód: vas oldódik, vasklorid2 Cl + Fe → FeCl2
a nátriumhidroxid és a vaskloridreakciója következtében nátriumklorid és vashidroxid
2 NaOH + 2 FeCl2 → 2 NaCl + Fe(OH2)
Elektrolit:
Jellegzetes eljárások
- Elektrokémiai süllyesztés- Elektrokémiai polirozás- Elektrokémiai köszörülés
(elizálás)
Elektrokémiai süllyesztés vázlata
Az elektrokémiai megmunkálások előnyei:•A szerszámkopás elmaradása.•Az alacsony megmunkálási hőmérséklet.•A szövetszerkezeti változások elmaradása.
114
• Szerszám (katód): vörösréz, sárgaréz vagy rozsdaálló acél• A szerszámba furatokat készítenek, ezeken keresztül vezetik be
az elektrolitot mintegy 10‐25 bar nyomáson.• Az elektrolit áramlási sebessége a munkahézagban 10÷50 m/s.
2.6.1 Elektrokémiai süllyesztés
115
NaCl →molekulái felbomlanak, nátrium + víz → nátriumhidroxid + hidrogén 2 Na + 2 H2O → 2 NaOH + H2
anód: vas oldódik, vasklorid2 Cl + Fe → FeCl2
a nátriumhidroxid és a vasklorid reakciója következtébennátriumklorid és vashidroxid
2 NaOH + 2 FeCl2 → 2 NaCl + Fe(OH2)
Elektrokémiai süllyesztés
116
Elektrokémiai süllyesztés
Jellemző adatok (techn. adatok):
Elektrolit:Munkafeszültség: Áramsűrűség:Munkarés (s):
NaNO3, NaCl, KCl, HNO3 vizes oldata 5 ÷ 20 V0,1 ÷ 4 A/mm2
0,05 ÷ 1 mmvf előtolósebesség: 0,2 ÷ 10 mm/min
Jellemzői:
• A munkakéregből a vashidroxidot tartalmazó elektrolitotelszívjuk, tisztítás és szűrés (ülepítés) után az elektrolitot ismét visszavezethetjük az elektrolit tartályba.
• A katód, az elektrolit nátriumklorid része nem fogy; a víz fogy → utánpótlás + koncentráció biztosítás.
117
• A katódon hidrogén válik ki, robbanásveszélyes gázbuborék formájában ... → csökken az anyagleválasztási sebesség.
• Öntöttvas, acélok megmunkálásakor az ionsav gyakran mérgező anyagokat tartalmaz → környezetvédelmi utasítások.
• Elektrolit elektromos ellenállása miatt hő keletkezik, hűtésrőlgondoskodni kell.
Felületminőség: igen kedvezően alakul• ausztenites, saválló, rozsdamentes acéloknál Rmax < 1 μm• szénacélok Rmax = 5‐10 μm• szemcseszerkezet nem szenved változásokat• jól tükrösíthető
Alkalmazási terület:Nagy keménységű, nehezen megmunkálható anyagok.Néhány nemesfém és nem nemvasfém (karbidok miatt) nem.
Elektrokémiai süllyesztés
Jellemzői: Elektrokémiai süllyesztőgép
példák
119 120
• A szerszám nem dolgozó részeit szigetelik.• Hatásmechanizmus azonos az elektrokémiai
süllyesztéssel, de nincs előtoló mozgás.• Az elektródákat a munkafeszültség bekapcsolása és
az elektrolit hozzávezetése előtt megfelelő távolságra(0,5–1 mm) beállítják
2.6.2 Elektrokémiai sorjátlanítás
121
Elektrokémiai sorjátlanítás
• Az áramerősség a csúcshatás és a kis elektródaköz miatt a kiállósorjánál (csúcs‐hatás) a legnagyobb.
• Faraday –törvény – itt a legnagyobb az anyagleválasztásisebesség is.
• Az elektródák megfelelő kialakításával, különösen bonyolult alakoknál, nagysorozat és tömeggyártásban rendkívül gazdaságosan alkalmazható.
122
2.6.3 Elektrokémiai polírozás
‐ Munkadarabot elektrolittal megtöltött kádba helyezzük.‐ Elektródok közötti távolság lényegesen nagyobb mint elektrokémiai süllyesztésnél.
Következmény:+ áramsűrűség nagyon alacsony+ mdb. felületéről nagyon vékony réteg válik le+ az áramsűrűség a mdb. érdesség csúcsain nagyobb
(mélyebb rétegeket az elektroliton képződő sófilm tölti ki)+ a felület egyenetlenségei fokozatosan lemunkálódnak, a
felületi érdesség javul
Elektrokémiai polírozás
- speciális alkalmazások, finom felületek létrehozása
Orvosi implantátumok, térdizület
124
kiindulásiállapot
durva sorjátlanításcsiszolással
10 perc elektropolírozás
Elektrokémiai polírozás
125 126
2.6.2 Elektrokémiai köszörülés (elizálás)
• A hagyományos köszörülés és az elektrokémiaianyagleválasztás kombinációja.
• Az elektrokémiai megmunkálás előnyeit (szerszámkopáselmaradása, az alacsony megmunkálási hőmérséklet,szövetszerkezeti változások elmaradása) a köszörülésretudjuk átültetni.
• Szerszám: fémkötésű (elektromosan vezető) köszörűkorong
A mdb. felületén keletkezőanód‐filmet (amely az elektrokémiai oldásthátráltatja) a mozgószemcsék eltávolítják.
Elektrokémiai köszörülés (elizálás)
- szerszám: abrazív szemcsék, pl. bórnitrid (szigetel) fémeskötőanyagban (vezető)
- alapvetően anódos megmunkálás- a szemcsék csak a leválasztott anyag
eltávolításában segítenek- fontos a megfelelő résméret biztosítása
1: csiszoló szemcsék2: fémes kötőanyag3: munkadarab4: fellazított réteg5: elektrolit
Elektrokémiai köszörülés (elizálás)
- NC köszörűgépen komplex profilok kialakítására- Kemény anyagok (zsugorított karbidok, alaktartó ötvözetek:
Inconel, Nimonic, titánötvözetek, fémkompozitok: Al-Al2O3)megmunkálása
- Speciális szerszám-elektródokat használnak polikristályos gyémánt (PCD) csiszolóporral
Alkalmazás
130
Speciális alkalmazás: Elektrokémiai korongszabályozás
• fordított polaritás•elektrokémiai úton a korong fém
kötőanyagát oldja, a szemcsékrenincs hatással
•minden szemcse hasznosan, amegmunkálás során kopik el, majd a kopott szemcse kihullása biztosítja az új, éles szemcsék felszínre kerülését
• az intenzitást (a kötőanyag oldásának sebességét) az áramsűrűség (A/m2) értéke határozza meg, amit az anód‐katód távolságával (az elektrolit réteg vastagságával) állíthatunk be
• folyamatosan, megmunkálás közben is alkalmazható, kiküszöbölve a korong szabályozása által igényelt holtidőket
Az áramerősség hatása az elektrokémiai megmunkálásokjellemzőire
132
2.7. Ultrahangos megmunkálások(Ultrasonic machining, USM)
Ultrahang: azok a hangok, amelyek az emberihallásküszöb, azaz 20 kHz feletti frekvenciatartományba esnek.
Két csoportra osztjuk az ultrahangot, aszerint, hogy a hang intenzitása 1W/m2‐ nél kisebb vagy nagyobb.
• aktív ultrahangok, 1 W/m2‐nél nagyobb intenzitás esetén,• passzív ultrahangok, 1 W/m2‐nél kisebb intenzitás esetén.
- terjedésükhöz közvetítő közeg kell- a közegek határától visszaverődnek- a jellemző ultrahang frekvencia:
16 kHz - 100 MHz - hallható: 20 Hz - 20 kHz.- infrahangok: 20 Hz alatt
Ultrahang: Rugalmas közegben terjed mechanikai hullám
Gázban, folyadékban: longitudinális hullám,szilárd anyagokban emellett transzverzális és tágulásihullámok is jellemzőek
- energiasűrűség: 10W/cm2
- ágyú elsütésekor az ágyúcső nyílásamellett közvetlenül 0,001 W/cm2
hangenergia mérhető,- 10 000 ágyút kell elsütni egyszerre
Ultrahangos megmunkálás
134
Aktív ultrahangokat a műszaki életben megmunkálásra (forgácsolás, vágás, hegesztés, forrasztás, hőfejlesztés,gáztalanítás, tisztítás, stb.) alkalmazzák. Ilyenkor a mechanikus rezgés munkavégző képességét használják ki.
Passzív ultrahangokat elsősorban a mérés‐ éshíradástechnikában, valamint a katonai felderítésbenalkalmaznak.
Az ultrahangok (általában) longitudinális, azaz hosszirányúhullámok, melyek az átvivő közeg molekuláinak gerjesztésévelterjednek, elhanyagolhatóan kicsi csillapítással.A levegőben hangsebességgel terjed (20 °C‐on 343 m/s). A terjedési sebesség a közvetítő közegtől függ:
• acél és alumínium:• beton:• víz:
• acél és alumínium: 5100 m/s,• beton: 3800 m/s,• víz: 1460 m/s.
135
Aktív ultrahangok alkalmazási területe elsősorban a kemény, rideg anyagok megmunkálása:
oüveg ozafírokorund (alumínium oxid) o ferritoPCD (polikristályos gyémánt) opiezokerámiaokvarcoszilícium karbid bevonatoműszaki kerámia
Ultrahangos anyagleválasztás:
1. Munkadarab2. Rezgő szerszám3. Csiszoló-szuszpenzió(bór-karbid vagy szlicíum-karbid)
137
Ultrahangos anyagleválasztó berendezés elvi felépítése Ultrahangos megmunkálógépek
Magnetosztriktor és koncentrátor Piezoelektromos generátor
139
Koncentrátor kialakítások
140
1.A szerszám oszcilláció amplitúdója (a0) ( 15 ‐50 µm)2.A szerszám oszcilláció frekvenciája (f) (19 kHz ÷ 25 kHz)3.A szerszám előtoló ereje (F)4.Szerszám anyaga (lágyacél, titán ötvözés)5.Az abrazív anyag típusa (bórkarbid, szilícium karbid,
alumínium oxid)6.Az abrazív anyag mérete (d) (100‐800um)7.A szerszám érintkező felület nagysága (A)8.Az abrazív anyag koncentrációja (C)9.A munkadarab és a szerszámanyag szilárdságának arányaλ=σw/σt
Ultrahangos megmunkálások paraméterei
141
Ultrahangos megmunkálások paraméterei
142
2.8 Az abrazív vízsugaras vágás technológiája
I.e. : természetes folyósodrás ásványok tisztításához (Egyiptom)I.e. : mesterséges vízsugár ásványok tisztításához (Róma)
1850: vízsugár használata az arany bányászatában (USA)1930: vízsugár alkalmazása a szénbányászatban (Oroszország, 7
bar)1950: vízsugaras tisztítás1960: a vízsugaras vágás kutatása1970: nagynyomású rendszerek kifejlesztés ( 4000 bar)1972: első ipari alkalmazások (FLOW)1980: abrazív por adagolása a vízsugárhoz1983: kereskedelemben beszerezhető abrazív vízsugaras
berendezések
2.8.1. Az abrazív vízsugaras technológiák történeti áttekintése
2.8.2 Az abrazív vízsugaras vágás elve
Vízsugaras vágófej
Vágófej kialakítások
2.8.3 A vízsugaras rendszerek elemei Megmunkáló gép
A rendszer vázlata
te x t
zy
x
Abrazív vízsugaras
vágófejMunkadarab
Nyomásnövelő szivattyú
Vízsugár energiát elnyelő tartály
Abrazív adagoló készülé
k
Rezgős adagoló
Nyomásfokozó
Nyomás: max. 360 MPaLöketszám: max. 60 1/minDugattyúarány: 21.5
Nyomásfokozó
2.8.4 CAD/CAM tervezés lépéseiMegaCAD Program
Formátum konverzióMG Converter Program
Elhelyezési terv, szimulációNesting Program
Különböző alakzatok előállítása
Üvegek
Műanyagok
Kerámiák
Fémek
Fa
AcélNagy vastagságban is !!pl. 132 mm
Kompozitok
Különböző alakzatok előállítása
156
Különböző alakzatok előállítása
Víz Víz Víz
Nyomáslétrehozása
Nyomáslétrehozása
Nyomáslétrehozása
Víz-fúvóka
Víz-fúvóka
Abrazív anyag tároló
Szívótér(keverőtér)Abrazív
fúvóka Szuszpenziós fúvóka
Abrazív anyag szuszpenzió
Abrazív anyag nyomástartó
Vízsugaras vágás (WJ)
Injektoros abrazívvízsugaras vágás (AWJ)
Abrazívszuszpenziós vágás (ASJ)
2.8.5 Vágósugarak fajtái 2.8.6 A megmunkáló sugár jellegzetességei
-Szuperszonikus sebességv=500-1400 m/s
Sebesség és energia-eloszlás a sugárban
v: a sugár sebességep: víznyomás p=150-500 MPa ρ: a közeg sűrűsége
Bernoulli törvény:
v p 2
Kölcsönhatás a környezettel:- a koherens sugár sérül - a levegő mennyisége növekszik- megkezdődik a divergencia - a terhelésváltozhat: statikus – dinamikus- a környezet elnyli az energia egy részét
Közvetlenül a kilépésnél célszerű forgácsolni !
A sugár belső struktúrája
- Becsapódási szög: 0-90o
a) merőleges sugár: ~90o
b) ferde sugár: <90o
c) érintő sugár: ~0o
- Kis vízáram 0.5-5 l/min- Kis forgácsoló erők, max. 100 N- Alacsony hőmérséklet 60-90 oC- Nincs károsodás az anyagban
A sugár becsapódásának iránya
Injektoros sugár alkotóelemei
Tömegarány Térfogatarány
víz, abrazív szemcsék, levegőErózió: szilárd részecskékkel való ütközés hatására
bekövetkezett jelentős anyagveszteség
Nagy energiasűrűség Felgyorsult erózió
Megmunkálás•képlékeny alakváltozásnyírással
• kopás• repedések
összenövése• rideg törés• helyi megolvadás
(szikrázás)
2.8.7 Az anyagleválasztás lányege abrazív vízsugaras vágáskor
Rideg és szívós erózió vízsugaras vágáskor
Szívós erózió Rideg erózió
Szívós anyagokratipikus anyagjellemző:
HV
Jellegzetes vízsugárral vágott felület
Rideg anyagokratipikus anyagjellemző:
Kc
- forgácsolási zóna- átmeneti zóna- elhajlási zóna
2.8.8 A vízsugaras vágás paraméterei
AWJ Berendezés Anyag Eredmény abrazív anyag abrazív mérete abrazív tömegáram fúvóka hossz és átmér ő nyomás
vágási sebességfúvóka magasság
keménység repedési tulajdonság keménység szilárdság lemez vastagság
anyagleválasztási sebesség t űrés felületi érdesség vágórés szélesség és forma
Az irányváltás okozta pontatlanságok
A vágórés lehetséges alakjaiMegmunkálási hiba > 0.1 mm
2.8.9 Pontossági kérdések
Változó vágási font 1 2
v v v v
1 2
v v v v
Vágófej döntése azelőtolás síkjában
vv vv
vv vv
Vágófej döntése az előtolássíkjára merőlegesen
A pontosság növelése a vágófej döntésével
1 m
m
Wi
Wtop
Wj
We 1 m
m
Wb,min
Wb,max
30 m
m
1 m
m
Wi
Wtop
Wj
We 1 m
m
Wb,min
Wb,max
30 m
m
Bevágási mélység: kmax
2.8.10 Bevágási mélység értelmezése
Átvágott felület
kmax
Az anyagleválasztás a bevágásimélységgel jellemezhető
Bevágott alumínium ill. üveg
2.8.11 A technológiai paraméterek hatása
Influence of parameters on the cutting gap
A vágórés alakja az egyik legnehezebben kézben tartható minőségi jellemző
Alapvetően az időegység alatt bevittenergiával szabályozható
Nyomás
Bev
ágás
i mél
ység
Előtolás
Bev
ágás
i mél
ység
Fúvóka magasság
Bev
ágás
i mél
ység
Abrazív áram
Bev
ágás
i mél
ység
A technológiai paraméterek hatása A technológiai paraméterek hatása
p=3000 bar
6,00
8,00
10,00
12,00
14,00
16,00
18,00
20,00
50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150traverse rate f ,mm/min
dept
h of
ker
f k, m
m
ma=6 g/s ma=5 g/s ma=4 g/s
Az előtolás és az abrazív áram hatása a bevágási mélységre
X12Cr13 rozsdamentes acél
05
1015202530354045
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
traverse rate f, mm/min
dept
h of
ker
f k, m
m
m=400
m=200
m=100
p=250 MPa
05
1015202530354045
80 280 480 680 880
traverse rate f, mm/min
dept
h of
kerf
k, m
m
m=400
m=200
m=100
p=200 MPa
05
1015202530354045
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
traverse rate f, mm/min
dept
h of
ker
f k, m
m
m=400
m=200
m=100
p=300 MPa
AlMgSi0,5
Az előtolás és az abrazív áram hatása a bevágási mélységre
05
1015202530354045
150 200 250 300 350
pressure p, MPa
dept
h of
ker
f k, m
m
f=100
f=300
f=500
f=700
f=800
m=100g/min
05
1015202530354045
150 200 250 300 350
pressur p, MPa
dept
h of
kerf
k, m
m
f=100
f=300
f=500
f=700
f=800
m=200g/min05
1015202530354045
150 200 250 300 350
pressure p, MPa
dept
h of
ker
f k, m
m
f=100
f=300
f=500
f=700
f=800
m=400g/min
AlMgSi0,5
A nyomás és az előtolás hatása a bevágási mélységre Különböző anyagminőségek bevágási mélységei
05
101520253035404550
0 250 500 750 1000 1250 1500
traverse rate f, m/min
dept
h of
ker
f k, m
m
AlMgSi0.5, p=2000 bar marble, p=2000 bar Steel X12Cr13, p=2000 bar
Kétféle lehetséges erózió
Rideg (pl. márvány)
Szívós (pl. alumínium)
Nehézkes szívós erózióJelentéktelen rideg erózió
Acél:
acélmárványAlMgSi0,5
2.8.12 A megmunkált felület érdessége
(200 mm/min) (250 mm/min)
3
3,5
4
4,5
5
5,5
6
6,5
7
0 5 10 15 20
depth of kerf, mm
surf
ace
roug
hnes
s Ra,
um
p=207 Mpap=345 Mpa
aluminiumf=127 mm/mingarnet 80ma=3,8 g/sdn=0,25 mmdm= 0,76 mm
3
3,5
4
4,5
5
5,5
6
6,5
7
0 5 10 15 20
depth of kerf, mm
surf
ace
roug
hnes
s Ra,
um
p=207 Mpap=345 Mpa
aluminiumf=127 mm/mingarnet 80ma=3,8 g/sdn=0,25 mmdm= 0,76 mm
3
4
5
6
7
8
9
0 5 10 15 20 25
depth of kerf, mm
surf
ace
roug
hnes
s Ra,
um
f=64 mm/minf=191 mm/minf=254 mm/min
aluminiump=345 Mpadn=0,25 mmdm=0,76 mmgarnet 80ma=3,8 g/s
3
4
5
6
7
8
9
0 5 10 15 20 25
depth of kerf, mm
surf
ace
roug
hnes
s Ra,
um
f=64 mm/minf=191 mm/minf=254 mm/min
aluminiump=345 Mpadn=0,25 mmdm=0,76 mmgarnet 80ma=3,8 g/s
Irodalmi adatok [B. Havlik, Z. Krajny]
A megmunkált felület átlagos érdessége
0
2
4
6
8
10
12
0 100 200 300 400 500 600
feed rate, mm/min
Ra,
um
p=200, 250, 300 Mpa,ma= 200, 400 g/min
f=100 mm/minRa ~ 5÷8 m
f=300 mm/minRa ~ 5÷10 m
f=500 mm/minRa ~ 4÷10 m
A megmunkált felület átlagos érdessége
p=250 MPa,ma=400 g/min ,f=100 mm/min p=200 MPa,ma=400 g/min ,f=300 mm/min
p=200 MPa, ma=200 g/min ,f=300 mm/min
Ra= 6.03 mRz=69.41 m
Ra= 6.74 mRz=68.25 m
Ra= 6.21 mRz=57.51 m
A megmunkált felület érdessége
AlMgSip=320 MPadn=0,25 mmdm=0,8 mmgarnet 80ma=6 g/ss=3 mm170x
35x
17x
f=100
f=300 mm/min
A megmunkált felület topográfiája Scanning elektron mikroszkóppal vizsgálva
2.8.13 Abrazív anyagok
Használatos abrazív porok: természetes vagy mesterséges
•Gránát homok•Olivin•Cu salak•C salak•Kvarc homok•Korund Al2O3•SiC•Porcelán
Szempontok:
•fizikai tulajdonságok•környezeti hatások•költséghatékonyság•technológiai hatások•ár
Gránát homok
A gránát azon szilikátok (SiO4)összefoglaló neve, melyek tetraéderesen kristályosodnak pl. Mg, Ca, Fe, Mn vegyületei.
Pl.: almadin pyrope Mg3Al2[SiO4]3andradit uvarovit Ca3Cr2[SiO4]3
almadin
andradit kvarc
olivin
100x
250x150x
25x
Új állapotú gránát 80 abrazív por elektronmikroszkópos képe
77x
200x200x
38x
Használt gránát 80 abrazív por elektronmikroszkópos képe 2.8.14 A vízsugaras vágás költséghatékonysága
Előny Hátrányszéles tartományú anyag megmunkálhatórelatív nagy vastagságú lemez vághatófolyamat alatt nincs hőfejlődésminimális alátámasztó erőkevés hulladékanyagra nézve nincs káros kihatás
(repedés, edződés)nincs megolvadás és füst termelődés
magas zajszinthigroszkópos anyag nem megmunkálhatópor és gőz termelődésrövid a fúvóka élettartamapontossági problémák (vágási hézag
formája, felületi érdesség, stb.)költésges
2.8.15 A vízsugaras vágás előnyei és hátrányai 2.8.16 Laminált szerkezetek és térbeli alakzatok vágása
t2t1
hwhp tw
Térbeli alakzatok vágása
•Többtengelyes robotok alkalmazása•Biztonságtechnikai feltételek megoldása
2.8.17 További lehetséges megmunkálások
„Műveleti sorrend” – sakkfigura készítés
Lehetséges műveletek
•vágás•fúrás•esztergálás•marás
Esztergálás
A befejező megmunkáláshoz:•finomabb abrazív anyag•Fogásvétel nélküli megmunkálás
Fúrás•körpályán mozgó sugárral (vágás)•álló sugárral – a megmunkált átmérő a sugárátmérővel azonos
Korrekt geometria biztosítása nehéz
Marás
Probléma:A bevágási mélység kézbentartása
3D-s megmunkálási kísérletek
Marás
Vízsugaras anyagleválasztási kísérletek
Marás
Vízsugaras anyagleválasztási kísérletek
Szállított vízmennyiség [l/min]
Üze
mi n
yom
ás [M
Pa]
0
50
100
150
200
250
300
350
400
250200150100500
1
7
2
3 45
6 8
1. Vízsugaras vágás2. Falazatok bontása3. Burkolatok, bevonatok eltávolítása4. Nagy sík beton felületek gépi eltávolítása5. Aszfalt érdesítése, eltávolítása6. Felülettisztítás7. Bányászat8. Csatornatisztítás
2.8.18 További nagynyomású vízsugaras technológiák alkalmazási területei
2.8.19 Munkavédelmi kérdések
Azonnali orvosi intézkedés szükséges !!
Munkavédelmi kérdések
3.1 Történeti áttekintés
• 1983: kísérletek 3D „nyomtatás” előállítására, kalifornia, Nagoya, Minneapolis
• 1986: C. Hull megalapítja a 3D System nevű céget
• eljárása a fotopolimerizáción alapul (sztereolitográfia)
• 1987: 3 amerikai, 3 japán, 1 német cég kezd el működni ezen a területen
3. Gyors prototípus készítés 3.2 Elnevezések
• Rapid Prototyping
• Desktop Manufacturing
• 3D Hardcopy
• Solid Free Form Fabrication
• Tool Less Manufacturing
• Automated Fabrication
• Layered Fabrication
• „gombnyomásra történő” gyártás
• rétegenkénti testfelépítés
• elsődleges alaklétrehozás
• nincs szerszám
• minden darab önálló termék
• gyors (átfutási idő, változatok)
• automatizált
3.3 A gyors prototípus készítés sajátosságai
A termék funkciója alapján:
• Szemléltető modell
• Gyártást támogató modell
• Funkcionális modell
3.4 Az eljárások csoportosítása
A rétegelőállítás stratégiája alapján:
• pontról-pontra
• vektor mentén
• felületről felületre
Eljárások csoportosítása
Az eljárás fizikai tartalma alapján:
• SLA: Stereolitography (foto-polimerizáció) 3D System, Cubital
• SLS: Selective Laser Sintering (lézer szinterelés) EOS, DTM
• FDM: Fused Deposition Modelling (3D plotting) (huzalfelkrakás) Stratasys
• LOM: Laminated Object Manufacturing (lemezelt technikák) Helisys
• DSP Direct Shell Production (Droplet Deposition, 3D Printing): (keramikus vagy műanyag por ragasztása) Solingen
• Egyéb technikák : felrakó hegesztés, lemezkivágás, vízsugaras vágás,
3.5 A gyors prototípus készítés lépései
• CAD rajz elkészítése: kimenet .STL formátumban
Töltőanyag ill. támaszok eltávolítása, tisztítás, hőkezelés, anyagkezelés-keményítés, felületkikészítés
• Szeletelés és letapogatási stratégia elkészítése
• „Nyers” darab előállítása (Green part)
• Utólagos kezelés
3.6 SLA, Sztereolitográfia
Anyag: folyékony gyanta, viaszRétegvastagság: 0,1-0,2 mm
Mivel folyadékban van támaszrólkell gondoskodni
Sztereolitográfiáhosz használt epoxigyanta tulajdonságai
29201628Rugalmassági modulus (Mpa)
27-3033Ütőmunka (kJ/m2)
7-1911-2Szakadási nyúlás (%)
59-6046-47Szakítószilárdság (Mpa)
Epoxi2Epoxi1
29201628Rugalmassági modulus (Mpa)
27-3033Ütőmunka (kJ/m2)
7-1911-2Szakadási nyúlás (%)
59-6046-47Szakítószilárdság (Mpa)
Epoxi2Epoxi1
SLA, Sztereolitográfia
Utólagos hőkezelés (kikeményítés)mindig szükséges.Polírozás, festés lehetséges
3.7 STL, Szelektív lézer szinterelés
Anyag: gyanta, műanyagfémpor keverék(Rm=400MPa)
Funkcionális alkatrészek
DTM Laser Sinterstation 2500 berendezés
Szelektív lézer szinterelés
Három különböző eset: •A szemcsék a határfelületen egymásba folynak (műanyag porok)•Keverék fémpor alacsony olv. pontú részei megolvadnak•Műanyaggal bevont fém v. kerámia por összeolvasztása, majd beitatása pl bronzzal
167540,125-90Duraform
1250170,075-RapidSteel2.0
50/0150,1-Réz-poliamid
--0,1-0,320Alumíniumoxid
150-200150-2000,1-0,330-90Bronz-Vas
20-20010-2000,1-0,310-150Bronz-Nikkel
Pásztázásisebesség
Lézer teljesítménye, W
Rétegvastagság
mm
Szemcsenagyság
Um
Por összetétele
167540,125-90Duraform
1250170,075-RapidSteel2.0
50/0150,1-Réz-poliamid
--0,1-0,320Alumíniumoxid
150-200150-2000,1-0,330-90Bronz-Vas
20-20010-2000,1-0,310-150Bronz-Nikkel
Pásztázásisebesség
Lézer teljesítménye, W
Rétegvastagság
mm
Szemcsenagyság
Um
Por összetétele
Szelektív lézer szinterelés
Technológiai jellemzők
