13
Nekonvencionalni postupci obrade Obrada abrazivnom vodenim mlazom UNIVERZITET U NOVOM SADU-FAKULTET TEHNIČKIH NAUKA NEKONVENCIONALNI POSTUPCI OBRADE OBRADA ABRAZIVNIM VODENIM MLAZOM ( AWJM ) KARAKTERISTIKE PROCESA I FAKTORI KOJI UTIČU NA KVALITET OBRADE Č. Saša 1

Abrazivni vodeni mlaz1

  • Upload
    sasa88

  • View
    1.333

  • Download
    5

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Abrazivni vodeni mlaz1

Nekonvencionalni postupci obrade Obrada abrazivnom vodenim mlazom

UNIVERZITET U NOVOM SADU-FAKULTET TEHNIČKIH NAUKA

NEKONVENCIONALNI POSTUPCI OBRADE

OBRADA ABRAZIVNIM VODENIM MLAZOM ( AWJM )

KARAKTERISTIKE PROCESA I FAKTORI KOJI UTIČU NA KVALITET OBRADE

Čanak Saša

26.01.2011 Novi Sad

Č. Saša 1

Page 2: Abrazivni vodeni mlaz1

Nekonvencionalni postupci obrade Obrada abrazivnom vodenim mlazom

Saržaj:

1. Uvod …………………….....................................12. Osnovi procesa obrade…………......................13. Karakteristike obrađene površine ..................34. Uticaj parametara obrade na kvalitet..............65. Zaključak.......................................... ................ 76. Literatura ..........................................................8

Č. Saša 2

Page 3: Abrazivni vodeni mlaz1

Nekonvencionalni postupci obrade Obrada abrazivnom vodenim mlazom

1. Uvod

Savremeni tehnološki razvoj u svetu karakteriše pronalazak velikog broja novih materijala, koji nalaze primenu u različitim oblastima ljudske delatnosti. Kod većine ovih materijala obrada konvencionalnim tehnologijama predstavlja veliki problem zbog loma i habanja alata, neekonomičnosti ili čak, nemogućnosti obrade. To je uslovilo pojavu novih nekonvencionalnih tehnologija obrade, kod kojih se obrada izvodi bez uobičajnih ograničenja u odnosu na svojstvo obradivosti materijala. Obrada abrazivnim vodenim mlazom ( Abrasive Water Jet Machining ) relativno je nova nekonvencionalna tehnologija obrde odvajanjem čestica, koja je za kratko vreme našla svoje mesto u različitim granama industrijske proizvodnje. Korišćenje abrazivnog vodenog mlaza za obradu materijala počelo je ranih osamdesetih godina XX veka. Godine 1980. abrazivni vodeni mlaz je upotrebljen za sečenje čelika, stakla i betona, a 1983. godine je prodata prva komercijalna mašina za obradu automobilskog stakla. Nova tehnika sečenja najpre je prihvaćena u automobilskoj i avio industriji, gde je korišćena za obradu materijala kao što su: nerđajući čelik, titan i kompoziti ojačani ugljeničnim vlaknima. Od tada je obrada abrazivnim vodenim mlazom prihvaćena i u ostalim industrijama, kao što su: metaloprerađivačka, industrija stakla, građevinarstvo, brodogradnja itd.

2. Osnovi procesa obrade

Sama tehnologija je nastala kao posledica želje da se ukombinuju dobre osobine obrade abrazivnim mlazom (AJM) i obrada vodenim mlazom (WJM), tj. da se dobije tehnologija obrade kojom će moći da se obrađuje veliki broj materijala, relativno velikom brzinom, a da pritom u zoni kontakta ne dođe do termičkih promena zbog čega je ova tehnologija postala konkurentna za sve veći broj industrijskih primena. Mehanizam obrade se zasniva na eroziji. Alat je abrazivni vodeni mlaz, tj. uzani mlaz vode velike brzine, nastao isticanjem vode kroz mlaznicu malog prečnika, kome

Č. Saša 3

Page 4: Abrazivni vodeni mlaz1

Nekonvencionalni postupci obrade Obrada abrazivnom vodenim mlazom

su dodate čestice abraziva. Vodeni mlaz prenosi kinetičku energiju na čestice abraziva dajući im brzinu, pri čemu čestice vrše obradu sličnu brušenju.

Slika 2. Obrada abrazivnim vodenim mlazom.

Najčešće operacije koje se ovom vrstom obrade mogu izvoditi su: sečenje, poliranje površina, čišćenje površina itd. Savremene instalacije za obradu abrazivnim vodenim mlazom rade sa pritiskom vode i preko 4000 bar, pri čemu vodeni mlaz dostiže brzine i do 900 m/s. Pri obradi abrazivnim vodenim mlazom se koristi specijalno konstruisana radna glava. Voda pod visokim pritiskom prolazi kroz prigušnicu čijijeotvor da, slika 3. i ulazi u komoru za mešanje.U komoru za mešanje se dozira i abrazivni prahkoji se meša sa vodom. Ovako dobijena abrazivnamešavina prolazi kroz prigušnicu (mlaznicu) čijije otvor dc, i stvara abrazivni vodeni mlaz, kojise sužava i usmerava na obradak tzv. abrazivnommlaznicom od tvrdog metala čiji je prečnik otvoraod 0,72 do 1,2mm. Zahvaljujući dodatom abrazivuučinak sečenja abrazivnim vodenim mlazom je više stotina puta veći od učinka sečenja čistimvodenim mlazom. Dizne komora za mešanje vodei abraziva moraju biti otporne na habanje, pa se Slika 3. Šema protoka i zbog toga iste proizvode od kvalitetnijih materijala mešanja vode i abraziva npr. volframkarbida, borkarbida ili bor nitride.

Sečenje abrazivnim vodenim mlazom steklo je popularnost zbog mogućnosti sečenja velikog broja različitih materijala i širokog

Č. Saša 4

Page 5: Abrazivni vodeni mlaz1

Nekonvencionalni postupci obrade Obrada abrazivnom vodenim mlazom

opsega debljina. Materijale koji su reflektivni, osetljivi na toplotu ili imaju veliki koeficijent provođenja toplote takođe je moguće seći abrazivnim vodenim mlazom. Sečenje abrazivnim vodenim mlazom se primenjuje, pre svega, za sečenje tvrdih materijala kao što su metali, kamen, keramika, staklo, kompozitni materijali itd. Materijali, kao što su: nerđajići čelik, legirani čelik, titan i tvrde legure, dobro se seku i to bez štetnog uticaja na material. Kod materijala veće debljine (preko 6mm) tačnost i kvalitet površine reza su superjorni u odnosu na termičke metode sečenja. U tabeli 1.1 prikazani su osnovni parametric rezanja nekih metalnih i nemetalnih materijala abrazivnim vodenim mlazom i postignute brzine rezanja.

MATERIJALDebljina

Materijala(mm)

PrečnikDizne(mm)

RadniPritisak(MPa)

ProtokVode(l/min)

Brzina pomoćnogKretanja (m/min)

GrađevinskiMaterial

Malter 220 0,8 200 13,7 0,2Beton 160 0,8 200 13,7 0,2Gvožđe+beton 100 0,8 200 13,7 0,1

metali

Meki čelik 35 0,8 200 13,7 1,15Nerđajući čelik 30 0,8 200 13,7 1,15aluminijum 40 0,8 200 13,7 1,15

Tabela 1.1

Kao abraziv se najčešće koriste: silicijumski pesak, silicijumkarbid, sitnin opiljci gvožđa i dr. U zavisnosti od oblika abrazivnog mlaza on može biti dobar slika 4.a), ili loš slika 4.b) i 4.c).

Slika 4. Oblici abrazivnog vodenog mlaza.

3. KARAKTERISTIKE OBRAĐENE POVRŠINE ABRAZIVNIM VODENIM MLAZOM

Osnovne karakteristike površine obrađene abrazivnim vodenim mlazom su : • širina reza • koničnost reza i • hrapavost obrađene površine.

Č. Saša 5

Page 6: Abrazivni vodeni mlaz1

Nekonvencionalni postupci obrade Obrada abrazivnom vodenim mlazom

Širina reza pruža predstavu o vrednosti najmanjeg unutrašnjeg radijusa koji se može ostvariti u procesu sečenja. Širina reza,takođe, utiče na putanju alata kako bi seostvarila tražena dimenziona tačnost. Pri sečenju abrazivnim vodenim mlazom rez jeobično širi u gornjem, nego u donjem delu što se može videti na slici 5. Slika 5.Razlog tome je što dubinom sečenja, energija mlaza opada, kao rezultat toga javlja se ’’konusnost reza’’.

Konusnost reza (slika 6.) je od interesa jer pruža predstavu o mogućnosti naleganja predmeta preko površine reza, tj. Dali je potrebna naknadna obrada. definisana je preko vrednosti odstupanja od upravnosti (u) stranice reza, kojapredstavlja rastojanje između dve parale-lne linije koje ograničavaju gornju i donjuivicu površine stranice reza i nagiba rezakoji odgovara uglu za koji je površina stranice reza nagnuta u odnosu na vertika-lnu ravan.

Slika 6.

Hrapavost površine reza (slika 7.) definiše se pomoću srednje visine neravnina Rz , ili srednjeg aritmetičkog odstupanja profila RA. Površina reza nikad ne može biti idealno glatka. Sastoji se od mikroneravnina u obliku brazdi nastalih u toku procesa obrade. Pored mikrone-ravnina, postoje i makroneravnine, koje mogu biti periodično ponovljive (ogrebotine, jamice,naprsline) i posledica su slučajnih grešaka.

Slika 7.

Sve ove karakteristike ukazuju na kvalitet obrađene površine. Karakterističan izgled površina obrađenih abrazivnim vodenim mlazom prikazan je na slikama 8 i 9.

Č. Saša 6

Page 7: Abrazivni vodeni mlaz1

Nekonvencionalni postupci obrade Obrada abrazivnom vodenim mlazom

Slika 8. Izgled površine obrađene abrazivnim vodenim mlazom.

a) Visok kvalitet obrađene površine sa malim b) Nizak kvalitet obrađene površine na brzinama kretanja predmeta i manjom izlasku mlaza pri velikim brzinama produktivnošću rezanja kretanja predmeta i velikom produktivnošću rezanja Slika 9. Uticaj brzine kretanja predmeta obrade na kvalitet obrađene površine.

Sa slika 8. i 9. se jasno vidi da se karakteristike obrađene površine menjaju u zavisnosti od brzine kretanja predmeta obrade.

Karakteristike obrađene površine zavise od niza parametara, kao što je radni pritisak vode, vrsta abraziva koja se koristi, udaljenost

Č. Saša 7

Page 8: Abrazivni vodeni mlaz1

Nekonvencionalni postupci obrade Obrada abrazivnom vodenim mlazom

mlaznice od površine predmeta obrade, protok abraziva, materijal predmeta obrade itd. Na slici 10 prikazan je različit kvalitet obrađene površine. Površina 1 se dobija kada je potrebna velika brzina sečenja (velika produktivnost) iz mali kvalitet i tačnost obrade. Takođe, ovakva površina se može dobiti sa velikim prečnikom mlaznice, malim ili nedovoljnim pritiskom vode ili starom (oštećemnom) mlaznicom. Površina 2 se takođe dobija kada zahtevi za tolerancijom dela i kvalitetom površine nisu dominantni. U ovom slučaju kvalitet površine je određen samo brzinom većom brzinom kretanja predmeta obrade. Kvalitet površine 3 je najčešće zahtevan. U ovom slučaju postignuto je usklađivanje brzine predmeta obrade, pritiska mlaza vode, protoka i količine abraziva Kvalitet površine 4 je bolji od kvaliteta površine 3 i dobijen je smanjenjem brzine kretanjapredmeta obrade. Kvalitet površine 5 je veoma visok i postiže se kod visoko preciznih delova, ali sa veoma malim brzinama predmeta obrade pri čemu vreme obrade nije kriterijum za izbor režima obrade.

1. 2. 3. 4. 5.

Slika10. Različit kvalitet obrade abrazivnim vodenim mlazom.

4. Uticaj parametara obrade abrazivnim vodenim mlazom na kvalitet obrađene površine

Uticaj parametara obrade abrazivnim vodenim mlazom na kvalitet obrađene površine razmatran je kroz ispitivanja uticaja: - udaljenosti mlaznice od obrađivane površine, - pomoćne brzina (brzine kretanja predmeta obrade) i - radnog pritiska vode na srednju visinu neravnina Rz.

Na slici 11. je prikazan uticaj udaljenosti mlaznice od površine obrade na hrapavost obrađene površine,na različitim dubinama reza. Uočava se da sa porastom udaljenosti mlaznice od površine predmeta obraderaste i parametar hrapavost obrađene površine Rz. Takođe uočava se da parametar Rz naglo raste kada se mlaznica udalji od obrađivane površine više od 3 mm, tako da hrapavost postaje velika nezavisno od

Č. Saša 8

Page 9: Abrazivni vodeni mlaz1

Nekonvencionalni postupci obrade Obrada abrazivnom vodenim mlazom

Dubine reza. Takođe, može se zaključiti da smanjivanjerastojanja mlaznice od površine predmeta ispod 2 mm ne dovodi do smanjenja hrapavosti. To znači da postoji optimalno rastojanje mlaznice od predmeta obrade, koje je u ovom slučaju oko 2 mm. Slika 11 Na slici 12. je prikazan uticaj pomoćne brzine na paramatar hrapavosti obrađene površine Rz, narazličitim dubinama reza. Sa dijagrama se vidi dase sa povećanjem pomoćne brzine povećava i Rz.Za vrednosti pomoćne brzine od 10 mm/min, Rzje duplo manje nego za vrednosti pomoćne brzineod 50 mm/min, na istoj dubini reza. Može sezaključiti da sa povećanjem pomoćne brzinehrapavost na većim dubinama reza značajnoraste, a da u oblastima manjih brzina pomoćnogkretanja kvalitet po dubini reza je približnokonstantan. Takođe, smanjenjem brzine pomoćnogkretanja ispod 20 mm/min, u ovom slučaju ne dovodi do povećanja kvaliteta obrađenepovršine. Slika 12.

Na slici 13. je prikazan uticaj radnog pritiska vode na parametar hrapavosti obrađene površine Rz.Može se uočiti da za veće vrednosti radnogpritiska vode, parametar Rz ima manje vrednosti,odnosno, hrapavost obrađene površine je manja.Ova pojava je rezultat činjenice da se sapovećanjem pritiska vode krti kristali abrazivalome na manje, finije kristale, a finiji kristaliabraziva daju finiju obradu odnosno manjuhrapavost obrađene površine. I na ovomdijagramu se primećuje da je hrapavost obrađenepovršine veća na većim dubinama reza.

Slika 13.

4.Zaključak

Zahtevi koji se postavljaju pred industrijsku proizvodnju po pitanju kvalitetne i brze obrade uglavnom teškoobradivih materijala su poslednjih godina značajno porasli. Ne traži se samo veća produktivnost, već i mogućnost izrade kompleksnih delova visokog kvaliteta obrade. Tehnologija obrade abrazivnim vodenim mlazom odlikuje se mnogim jedinstvenim karakteristikama i prednostima, što ovu tehnologiju izdiže iznad drugih po pitanju potražnje. Velika prednost ove tehnologije u odnosu na druge je ostvarenje hladnog reza što je čini nezamenjivom u pojedinim vrstama obrade gde termičke tehnologije ne mogu dati zadovoljavajuće rezultate.

Č. Saša 9

Page 10: Abrazivni vodeni mlaz1

Nekonvencionalni postupci obrade Obrada abrazivnom vodenim mlazom

5.Literatura

Prof. Dr Nedić B. i Mr Baralić J. ’’OBRADA ABRAZIVNIM VODENIM MLAZOM I KVALITET OBRAĐENE POVRŠINE’’

Mr Janković P. i prof. dr Radovanović M. ’’PRILOG ISTRAŽIVANJU KVALITETA REZA KOD SEČENJA ABRAZIVNIM VODENIM MLAZOM’’

Dragoje Milikić ’’NEKONVENCIONALNI POSTUPCI OBRADE’’

Č. Saša 10