Témata
Reklama

Měření a analýza povrchu při řezání abrazivním vodním paprskem

Příspěvek se věnuje studiu jakosti povrchů vytvořených abrazivním vodním paprskem s cílem zvýšit jakost povrchu. K měření nerovností povrchu byla využita bezkontaktní optická stínová metoda vyvinutá na VŠB-TU Ostrava. Touto metodou získaná data byla analyzována a srovnána s daty získanými z komerčních přístrojů. Interpretace naměřených dat byla koncipována tak, aby výsledky mohly sloužit pro návrh způsobu zefektivnění technologie abrazivního vodního paprsku, zejména z hlediska jakosti povrchu řezných stěn.

Během posledních desetiletí nastal značný rozvoj nekonvenčních metod obrábění materiálů, mezi něž se řadí i různé technologie obrábění vysokorychlostním kapalinovým paprskem, zejména pak vysokorychlostním kapalinovým paprskem s přísadou silně abrazivních látek. Vysoká rychlost vytékajícího proudu vody s příměsí abraziva umožňuje obrábět intenzivně, ekonomicky a přitom ekologicky širokou škálu průmyslových materiálů od papíru, lepenky, dřeva, plastu, korku, stavebních hmot a hornin až po kovy a jejich slitiny. Jde tedy o vysoce aktuální technologii právě pro její univerzálnost, ekologičnost a bezpečnost. Zatímco technologie vlastního obrábění vysokorychlostním paprskem je již hardwarově i softwarově - kromě specifických případů - do značné míry vyřešena, technickým problémem stále zůstává způsob kontroly kvality povrchu obrobených ploch s kontinuálním řízením při výrobě. Je proto nutno navrhnout metodiku měření a interpretace, technické schéma a konstrukci měřicí aparatury, základní bloková schémata a koncepci technického řešení způsobu, jak v reálném čase a v provozních podmínkách technologie kapalinového paprsku řídit kvalitu obráběných stěn.

Reklama
Reklama
Reklama
Obr. 1. Charakteristika profilu vzorků řezaných abrazivním vodním paprskem

Měření a analýza geometrie povrchu

Pro účely měření geometrie povrchu vytvořeného abrazivním vodním paprskem (obr. 1) bylo použito bezkontaktní optické stínové metody vyvinuté na VŠB-TU Ostrava (obr. 2). Měření bylo realizováno na vzorcích z materiálů ČSN 17 251, ČSN 11 503, ČSN 11 375, ČSN 422 712, AlMg, Zn, Al, mosaz a dural o tloušťce 8 mm, ze kterých byly vyřezány zkušební vzorky o rozměrech 20 x 20 x 8 mm, přičemž každá hrana daného vzorku byla vytvořena při jiných rychlostech (200, 150, 100 a 50 mm.min-1). Hlavní technologické parametry pro řezání byly voleny takto: tlak: p = 300 MPa, průměr paprsku: do = 0,25 mm, průměr usměrňovací trubice: da = 0,8 mm, délka usměrňovací trubice: la = 76 mm, hmotnostní průtok abraziva: ma = 250 g.min-1, zrnitost abraziva: 80 MESH, vzdálenost trysky od povrchu: L = 2 mm.Za účelem dosažení detekce celé plochy jedné strany nařezaných vzorků bylo využito CCD kamery, která umožnila podstatné zrychlení prorastrování celých ploch, a to při stejné plošné rozlišovací schopnosti 0,02 mm, které bylo dosaženo záznamem 1024 pixelů na celé délce vzorku. Odstranila se tak metodická potřeba měřit pohybující se vzorek. Obr. 3 ukazuje typický signál získaný samplováním distribuce intenzity z obrazu povrchu získaného CCD kamerou. Obr. 4 ukazuje amplitudově-frekvenční spektrum takto získaného signálu. Výstupní signál koresponduje s dvouškálovým modelem drsnosti, kdy je osvětlená oblast srovnatelná s korelační délkou nízkofrekvenční komponenty drsnosti povrchu (vlnitosti).

Obr. 2. Schéma optické stínové metody pro měření drsnosti povrchu
Obr. 3. Signál intenzitní distribuce z obrazu získaného CCD kamerou
Obr. 4. Amplitudově-frekvenční spektrum signálu nerovného povrchu

Vyhodnocení měření

Již pouhým vizuálním pozorováním se ukazuje, že v zóně vzorků povrchů převládá perioda vlnitosti 0,5 - 1,0 mm (tj. 2,0 - 1,0 mm-1 v prostorových frekvencích). Na každém materiálu a na každé straně vzorku bylo vedeno 22 měřicích linií. Z každé měřicí linie byl získán signál, který byl dále zpracován pomocí Fourierovy transformace. Touto transformací byla získána amplitudově-frekvenční spektra. Na základě analýzy dat byla navržena poměrná hodnota RMS z oblasti 0 - 2,5 mm-1 (oblast vlnitosti) ku celkovému RMS dle vztahu (1). U tohoto poměru můžeme hovořit o dvou extrémech. V případě, že se tento poměr C blíží k 1, jde o velmi hrubý povrch. Skutečné povrchy se pohybují v rozmezí 0,3 - 0,95. V rovnici lze vyjádřit C jako:

(1) Tento parametr C je možné zobecnit a můžeme říci, že by se takováto poměrná hodnota mohla určovat i pro jiné techniky měření, jako např. akustické snímání, vibrační a jiné. Poměrné číslo C se mění v závislosti na materiálu a technologických parametrech, zejména na postupové rychlosti. Jde o diskrétní parametr, kterým lze kontrolovat a řídit postupovou rychlost v závislosti od požadované jakosti řezné stěny, zejména jde-li o vytvoření zpětné vazby pro automatizovaný proces.

Porovnání výsledků mezi komerční a stínovou metodou

Dosažené výsledky z uvedeného experimentálního ověřování vyvíjené stínové metody byly porovnány s hodnotami signálových záznamů získaných měřením na komerčním přístroji Hommel Tester T8000. Výsledky měření stínovou metodou přitom bylo možné konfrontovat na kvalitativní úrovni z geometrie původních signálů a amplitudově-frekvenčních spekter s výsledky získanými kontaktním profilometrem Hommel Tester T8000 (viz obr. 5). Na obr. 5 je taktéž vidět 12krát zvětšený fyzický stav řezné stěny řezané abrazivním vodním paprskem (AWJ) podrobený měření signálů v naznačené oblasti oběma metodami. Ze signálů byla vykreslena amplitudově-frekvenční spektra, která jsou vzájemně těsně korelovatelná. Podle předpokladu je vidět lokalizaci nízkofrekvenční komponenty s nejvyšší amplitudovou hodnotou do frekvenčního pásma 0 - 2,5 mm-1, jednoznačně odpovídající zastoupené vlnitosti obrobeného povrchu. Střední hodnota v tomto pásmu je cca 1 mm-1, což odpovídá 1 mm vlnové délky na měřeném povrchu. Tento stav lze kontrolně potvrdit přímo na vzorku. Toto současně umožnilo objektivnější pochopení charakteru AWJ jako řezného nástroje při následném srovnávání s technologií řezání čistou vodou.

Obr. 5. Porovnání výsledků mezi komerční metodou a stínovou metodou
Obr. 5.a Porovnání výsledků mezi komerční metodou a stínovou metodou
Obr. 5.b Porovnání výsledků mezi komerční metodou a stínovou metodou

Závěr

Porovnáním výsledků s výsledky podle mechanického profilometru Hommel Tester T8000 byla dokázána opakovatelnost a spolehlivost dat získaných nově vyvinutou optickou stínovou metodou. Tím byl splněn požadavek na verifikaci naměřených dat. Analýzou opticky naměřených dat o distribuci drsnosti/vlnitosti na kovových vzorcích je navržen parametr C, který by mohl sloužit pro zpětné řízení technologie AWJ. Z provedených analýz plyne, že volbou optimální postupové rychlosti můžeme optimalizovat řeznou hloubku, a tedy i výkon a celkovou ekonomiku procesu obrábění.Práce vznikla za podpory interního grantu IGS-HGF VŠB TUO-2005-516/6.

Ing. Jan Valíček, Ph.D.

VŠB-TU Ostrava

//www.vsb.cz/

jan.valicek@vsb.cz

Literatura

  • Hloch, S., Gombár, M.: Drsnosť povrchu nehrdzavejúcej ocele pri delení vysokorýchlostným hydroabrazívnym prúdom. MM Průmyslové spektrum, č. 7, 8/2006, s. 48 - 50. ISSN 1212-2572.
  • Radvanská, A., Hloch, S.: Riziká technológie delenia vysokorýchlostným hydroabrazívnym prúdom. Bezpečná práca, roč. 36, č. 2/2005, s. 7 - 12. ISSN 0322-8347.
  • Vašek, J., Martinec, P., Foldyna, J., Sitek, L., Ščučka,J.: Abrasives for AWJ cutting. Academy of Sciences, Ostrava, 2002.
  • Guo, N. S.: Schneidprozess und Schnittqualität beim Wasserabrasiusstrahl - schneiden. VDI Verlag, 1994.
  • Hashish, M.: Pressure Effect in Abrasive - Waterjet (AWJ) Machining Trans. of the ASME, Journal of Eng. Mat & Tech., Vol. 111, No. 7, 1989.
  • Hlaváč, L.: Physical model of jet - Abrasive interaction. Geomechanics 93, Rakowski (ed.) Balkema, Rotterdam, 1994.
  • Krajný, Z.: Vodný lúč v praxi WJM. Mračko - Bratislava, 1998.
  • Hloch, S., Radvanská, A.: Influence of abrasive waterjet machining process factors on noice environment. ICPM 2005: 3. International congress of precision machining 2005: Oktober 18 - 19, 2005 Vienna. Vienna: Univerzity of Technology, 2005, p. 137 - 143. ISBN 3-901-888-31-4.
  • Hloch, S.: Evaluation of abrasive waterjet factors influencing the surface quality. Transactions of the Universities of Košice, č. 2/2005, s. 12 - 21. ISSN 1335-2334.
  • Vlado M., Kollerová M.: Zvyšovanie úžitkových vlastností pásov z plynulo odlievaných brám. Hutnické listy, 4/1989, s. 258 - 265.
  • Kollerová M., Vlado M.: Vplyv teplotného a deformačného faktoru v procese valcovania plynulo odlievaných brám na distribúciu sulfidických vtrúsenín a jadrové segregácie. Hutnicke listy, 6/1990, s. 387 - 391.
  • Kadnár, M., Rusnák, J.: Teoretický výpočet hrúbky mazacieho filmu pri elastohydrodynamickom mazaní. Sborník z medzinárodnej vedeckej konferencie poriadanej počas konania 11. Medzinárodného strojárskeho veltrhu v Nitre, Nitra, 2004, s. 55 - 58.
Reklama
Vydání #10
Kód článku: 61012
Datum: 11. 10. 2006
Rubrika: Inovace / Obrábění
Autor:
Firmy
Související články
Strojírenské podniky v době pandemie

Pandemie koronaviru uzavřela hranice naší republiky a zahraniční pracovníci se nedostanou do zaměstnání. Řada domácích zaměstnanců musela nastoupit do karantény. Mnoho českých strojírenských podniků se tak dostalo do nemalých problémů. Firma Grumant hledala recept, jak se takovým problémům vyhnout nebo alespoň minimalizovat jejich následky.

Pohodlné upínání magnetem

Pokud jde o úsporu času při seřízení a upnutí obrobků bez deformace, je elektricky aktivovaná technologie permanentních magnetů považována za špičkový systém. S trochou konstrukční zručnosti mohou být během sekundy a bez deformace upnuty a z pěti stran obrobeny především velkoformátové díly. Ani v oblasti standardních modulů nezůstává vývoj bez odezvy. Moderní magnetické upínací desky umožňují optické nebo automatizované monitorování upínacího procesu.

Přesnost zvyšující produktivitu

Zakoupení obráběcího centra Pama umožnilo společnosti Tajmac-ZPS zvýšit nejen její celkovou produktivitu, ale také geometrickou přesnost při výrobě důležitých komponent pro její vícevřetenové automaty.

Související články
Prediktivní diagnostika přesnosti CNC strojů

Jak přesný je náš stroj? Můžeme jeho parametry nějak zlepšit? Je stále ještě ve stavu, který předpokládáme? Často je obráběcí stroj pro uživatele černou skříňkou, která v optimálním případě produkuje shodné výrobky. Nemusí to tak zůstat a stav strojů lze i cíleně zlepšovat.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Kloubový robot uvnitř stroje

V oboru obráběcích strojů není potřeba japonskou společnost Okuma podrobně představovat. Je známá svým širokým sortimentem soustružnických, frézovacích a brousicích číslicově řízených obráběcích strojů. Nyní na trh přináší vlastní automatizační řešení v podobě robota Armroid.

Prestižní ocenění Zlatá medaile

Výjimečnost nástroje FreeTurn skupiny Ceratizit potvrdila na letošním Mezinárodním strojírenském veletrhu odborná porota prestižního ocenění Zlatá medaile. Ocenění za inovaci ve zpracovatelské technologii bylo společnosti uděleno za inovativní metodu technologie podélného a čelního soustružení, kdy je hrubování, dokončování a obrábění kontur realizováno pomocí jediného nástroje. Společně s progresivní obráběcí metodou High Dynamic Turning zvyšuje nástroj FreeTurn dynamičnost a efektivnost procesu soustružení.

Brousicí centrum pro hospodárnou výrobu

Brousicí centrum UW II F od firmy Saacke v mnoha detailech předčí očekávání svých zákazníků. Z hlediska výkonnosti, velikosti a hmotnosti se řadí mezi již zavedené typy brusek UW I F a UW I D a vytváří tak ideální podmínky pro maximální přidanou hodnotu.

Vlajková loď pětiosého obrábění

Český výrobce obráběcích strojů Kovosvit MAS v letošním roce slaví úspěch se svojí high-tech produkcí, zejména s pětiosými vertikálními obráběcími centry řady MCU. Tyto stroje se daří firmě umísťovat na náročné trhy Evropské unie i jinde ve světě, cenné reference sbírají především v leteckém průmyslu.

Novinka z varnsdorfské líhně

Přední evropský výrobce obráběcích strojů, TOS Varnsdorf, letos představil nečekanou novinku, která významně rozšiřuje nabídku výkonných obráběcích strojů z varnsdorfské líhně.

Pro větší efektivitu ve výrobě

Spolupráce mezi výrobcem obráběcích strojů Hurco a dodavateli automatizovaných nakládacích systémů má za následek vyšší produktivitu a větší výnosy. Automatizované nakládání umožňuje rozšíření kapacity v kusové a malosériové výrobě bez potřeby dalšího personálu pro obsluhu strojů. Nakládací roboty je možno také využít v bezobslužných směnách nebo o víkendech.

Československá stopa u nového rekordu

Nový rekord počtu návštěvníků jsme zaznamenali na letošním technologickém setkání WFL Millturn Technologies.

Plnění požadavků na čistotu ve výrobě

Firma Rosler vyvinula pro výrobce systémů škrticích a výfukových klapek kompletní systém automatizovaného obrábění. Tento systém pokrývá operace od převzetí obrobku po třískovém obrábění přes proces surf finishingu a jemného čištění, nanesení kódu datové matice až po zabalení dílů do KLT obalů a jejich přesun do stohovacích kontejnerů.

Optimalizace soustružení korozivzdorných ocelí

Použití korozivzdorných ocelí pro inženýrské aplikace vždy do určité míry vedlo k technickému paradoxu. Zatímco konstruktéři jsou nadmíru spokojeni s tím, jaké pevnostní vlastnosti a korozní odolnost tyto běžně používané materiály nabízejí, výrobní inženýři už jsou asi méně okouzleni jejich typickým deformačním zpevňováním a všeobecně špatnou obrobitelností. Avšak průmyslovými odvětvími, jako jsou výroba čerpadel a ventilů, výroba zařízení pro ropný a plynárenský průmysl, automobilový a letecký průmysl, jsou součásti z korozivzdorných ocelí výslovně požadovány i nadále.

Vyvrtávání hlubokých otvorů

V současné době jsou kladeny stále vyšší nároky na nástroje pro obrábění. Čím dál více se obrábí těžkoobrobitelné a různé nestandardní materiály. K tomu jsou obrobky po konstrukční stránce čím dál složitějšími.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit