Témata
Reklama

Nekonvenční metody obrábění – 3. díl

Po předchozích částech věnovaných obrábění elektroerozivnímu (MM 7, 8/2007), elektrochemickému a chemickému (MM 10/2007) je 3. díl seriálu, který připravujeme ve spolupráci s Výzkumným centrem pro strojírenskou výrobní techniku a technologii, věnován obrábění ultrazvukem.

4 Obrábění ultrazvukem

Obrábění ultrazvukem je řízené rozrušování materiálu obrobku účinkem pohybu zrn abrazivního materiálu a působením kavitační eroze. Je založeno na mechanickém úběru materiálu.

4.1 Princip metody

Zrna abrazivního materiálu jsou přiváděna mezi obráběný povrch a nástroj, který kmitá kolmo k obráběnému povrchu kmity o frekvenci 18 až 25 kHz. Zrna jsou nástrojem přitlačována řízenou stálou silou na obráběný povrch, čímž dochází k překopírování tvaru činné části nástroje do obrobku (obr. 4.1). Nástroj může vykonávat ještě přímočarý posuvný pohyb nebo kombinaci obou pohybů.

Reklama
Reklama
Reklama
Obr. 4.1. Princip metody pro obrábění ultrazvukem 1 – kapalina, 2 – nástroj, 3 – brousicí zrna, 4 – přívod brousicích zrn a kapaliny, 5 – obrobek

4.2 Zařízení pro obrábění materiálů ultrazvukem

Zařízení je tvořeno těmito hlavními skupinami (obr. 4.2):

Obr. 4.2. Zařízení pro obrábění ultrazvukem a) schéma zařízení, 1 – generátor ultrazvukových kmitů, 2 – systém pro vytvoření mechanických kmitů, 3 – přívod brousicích zrn a kapaliny, 4 – obrobek, 5 – nástroj
Obr. 4.2. Zařízení pro obrábění ultrazvukem b) skutečné provedení stroje 1 – generátor ultrazvukových kmitů, 2 – systém pro vytvoření mechanických kmitů, 3 – přívod brousicích zrn a kapaliny, 4 – obrobek, 5 – nástroj
  • generátor ultrazvukových kmitů (1), tj. elektronické zařízení, které mění střídavý elektrický proud o frekvenci 50 Hz na proud o frekvenci 18 až 25 kHz. Základní charakteristikou generátoru je výstupní výkon, který bývá v rozmezí 0,2 až 4 kW;
  • systém pro vytvoření mechanických kmitů (2), který mění elektromagnetické kmity na mechanické. Využívá se tzv. magnetostrikce, což je vlastnost feromagnetických materiálů měnit při vložení do magnetického pole své rozměry;
  • systém pro přívod brousicích zrn, který řídí přívod brousicích zrn a kapaliny (3) do pracovní mezery, která je mezi nástrojem a obráběnou plochou. Jako kapalina se používá voda, petrolej, líh nebo strojní olej. Systém musí zaručit dokonalý přívod nových zrn a odvod opotřebených zrn do a z pracovní mezery. Svým kavitačním účinkem zvyšuje kapalina intenzitu úběru materiálu a podle své viskozity tlumí pohyb kmitajících zrn. Používají se brousicí zrna z diamantu, kubického nitridu boru (KNB), karbidu boru, karbidu křemíku (SiC) a kysličníku hlinitého (Al2O3). Koncentrace zrn v kapalině bývá 30 až 40 %. Zrna se při obrábění opotřebovávají, proto je nutné zajistit jejich dokonalou výměnu.
Obr. 4.3. Stroj pro řezání ultrazvukem
Obr. 4.4. Pohled do pracovního prostoru stroje pro řezání ultrazvukem

4.3 Nástroje

Nástroje se vyrábějí z konstrukční oceli, korozivzdorné oceli, mědi nebo mosazi. Jejich činná část má tvar obráběné plochy. Nástroje se během obrábění opotřebovávají v závislosti na materiálu obrobku, pracovních podmínkách a materiálu nástroje, proto je nutné kontrolovat provedení opracované části obrobků.

Obr. 4.5. Příklady nástrojů a prováděných operací a) nerotační dutiny
Obr. 4.5. Příklady nástrojů a prováděných operací b) otevřené drážky
Obr. 4.5. Příklady nástrojů a prováděných operací c) kruhové díry
Obr. 4.5. Příklady nástrojů a prováděných operací d) závity
Obr. 4.5. Příklady nástrojů a prováděných operací e) průchozí drážky
Obr. 4.5. Příklady nástrojů a prováděných operací f) tvarové drážky 1 – nástroj, 2 – obrobek

4.4 Použití metody

Technologie obrábění ultrazvukem (obr. 4.6) je vhodná pro:

  • řezání – používá se pro řezání tyčí křemene, rubínu a dalších tvrdých materiálů o tloušťce do 5 mm, tloušťka nástroje je 0,1 až 0,8 mm;
  • hloubení průchozích otvorů – nástroj má tvar trubky, tloušťka obrobku je maximálně 8 až 10 mm;
  • hloubení dutin – používá se zejména při obrábění skla a keramiky, probíhá při vertikálním posuvu nástroje, maximální průměr nástroje 120 mm, maximální hloubka dutiny 4 až 6 mm;
  • broušení rovinných ploch – obvykle se realizuje na upravených rovinných bruskách. Brousicí kotouč, který mívá kuželovitý tvar, vykonává rotační pohyb a je rozkmitáván ultrazvukovým generátorem. Úběr materiálu je realizován buď jako broušení s volným brusivem (nástroj z měkké konstrukční oceli) nebo broušení s vázaným brusivem (nástrojem je diamantový kotouč s kovovou vazbou).
Obr. 4.6. Technologické aplikace obrábění ultrazvukem a) řezání
Obr. 4.6. Technologické aplikace obrábění ultrazvukem b) hloubení průchozích otvorů,
Obr. 4.6. Technologické aplikace obrábění ultrazvukem c) broušení rovinných ploch 1 – nástroj, 2 – obrobek
Obr. 4.7. Příklady výrobků – obrábění ultrazvukem

4.5 Dosahované parametry

Obrobitelnost (tab. 4.1):

  • je úměrná tvrdosti a křehkosti obráběných materiálů;
  • lze obrábět elektricky vodivé i nevodivé materiály (sklo, křemík, ferity, germanium, keramické materiály, grafit, kevlar, slinuté karbidy, kalené oceli, polodrahokamy, apod.);
  • plastické materiály jsou touto technologií neobrobitelné.
  • závisí na:

- amplitudě kmitů nástroje (při frekvenci 18 až 25 kHz se amplituda pohybuje v rozsahu 30 až 80 μm);

- velikosti přítlaku nástroje; volí se podle velikosti obráběné plochy, amplitudě kmitů nástroje a velikosti brusných zrn, bývá 2 až 30 N.cm-2;

- koncentraci brusiva v kapalině;

- druhu brusiva;

- zrnitosti brusiva (tab. 4.2);

  • maximální intenzita úběru materiálu je ve směru kmitání nástroje;
  • na bočních plochách nástroje probíhá úběr materiálu s výrazně menší intenzitou;
  • objem materiálu obráběného jedním zrnem odpovídá přibližně jeho velikosti;
  • počet současně zabírajících zrn závisí na jejich velikosti a koncentraci v kapalině; bývá 30 až 100 . 103 na 1 cm2 obráběné plochy.

Kvalita obrobené plochy: Ra = 1,6 až 0,4

4.6 Svařování plastů ultrazvukem

Pro úplnost uvedeme též informace o svařování ultrazvukem. Metoda je vhodná zejména pro sériovou výrobu. Mezi její hlavní výhody patří vysoká stabilita, čistý svar, krátké výrobní časy, malý odpad a nízká spotřeba energie.

Ke svařování plastů pomocí ultrazvuku dochází za pomoci tepla, které vzniká z vysokofrekvenčních mechanických kmitů. Nejprve se však musí elektrická energie přeměnit na vysokofrekvenční mechanický pohyb. Tento mechanický pohyb spolu s působící silou vytváří frikční teplo na rozhraní spojovaných součástí (svarová plocha). Plastický materiál taje a tvoří tak molekulový svar mezi částmi.

4.7 Svařování kovů ultrazvukem

Svařování kovů ultrazvukem se používá pro neželezné kovy. Hlavní výhodou jsou velmi krátké výrobní časy, velmi nízký kontaktní elektrický odpor a nejsou zde žádné požadavky na povrchovou úpravu kovů. Jde o svařování bez předehřátí. Tenká povrchová oxidační vrstva je narušena a intenzivním třením ohřáta. Obě části jsou pak stlačeny k sobě, a tak jsou svařeny. Tyto procesy vnášejí do materiálu těsný kontakt, takže se projeví působení sil kovalentní vazby. Relativně nízký nárůst teploty je pod bodem tavení a neovlivňuje tudíž svar. Nedochází také k žádným změnám mikrostruktury.

Obr. 4.8. Princip torzního svařování kovů ultrazvukem
Obr. 4.9. Princip lineárního svařování kovů ultrazvukem

Rozlišují se dva způsoby svařování kovů ultrazvukem:

  • torzní svařování;
  • lineární svařování.

Ing. Zuzana Kerečaninová, Ph.D.

ČVUT, VCSVTT

www.rcmt.cvut.cz

j.rasa@rcmt.cvut.cz

z.Kerecaninovarcmt.cvut.cz

Chybějící tabulky naleznete v tištěné verzi časopisu.

Reklama
Vydání #12
Kód článku: 71203
Datum: 18. 12. 2007
Rubrika: Inovace / Nekonvenční technologie
Autor:
Firmy
Související články
Odhrotování výbuchem

Odhrotování výbuchem se odborně nazývá termické odhrotování (TEM). Jde o vysoce výkonnou a maximálně produktivní metodu odhrotování menších, tvarově složitých, jednoduchých i velmi náročných výrobků, na které jsou kladeny ty nejvyšší požadavky z hlediska čistoty, kvality, a ekonomiky výroby. Tato nekonvenční metoda je schopna stoprocentně zajistit, že se později v zabudovaných součástkách nic neuvolní. Používá se zejména po třískovém obrábění železných i neželezných kovů nebo po středním či vysokotlakém lití menších neželezných odlitků.

Automatizované pracoviště elektroerozivního obrábění

Společnost Mesit foundry má za sebou šedesátiletou zkušenost z výroby odlitků metodou vytavitelného voskového modelu a více jak padesátiletou historii výroby vstřikovacích forem. V současnosti je dodavatelem kvalitních vstřikovacích forem pro plasty a forem pro přesné lití kovů, které využívají zákazníci, například při dodávkách největším světovým automobilkám.

Inovace? Inovace ano! Ale jak?

Na příkladu rozvoje originálního plazmochemického systému příspěvek popisuje potenciál a bariéry zbytků možností a perspektiv hospodaření v naší republice po tom, co jsme zavedli tržní ekonomiku, urychleně privatizovali, sehnali investory, drželi nízké mzdy a kurz koruny k euru atd., s cílem dohnat nejen vyspělé sousedy, ale i Německo. Není tématem tohoto článku rozebírat uvedené jednotlivosti, záměrem autora bylo v praxi pomoci ekonomice této země.

Související články
Popis světlem je trvanlivý

Brzdový kryt, boty, coca-cola nebo identifikační značky skotu – průběžné značení údajů laserem je dnes ve výrobě neodmyslitelné. Vlastnosti, které skýtá značení laserem, umožňují trvalé, spolehlivé, flexibilní a automatizovatelné značení předmětů.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Rozvoj a současná úloha aditivní výroby

Není pochyb o tom, že v nadcházejících letech aditivní výroba (AM) kovů (běžně známá jako 3D tisk kovů) změní způsob, jakým budou výrobci přistupovat k průmyslové výrobě, která byla v tradičním pojetí založena na ‚subtraktivních‘ procesech. Ve skutečnosti již OEM (Original Equipment Manufacturer) výrobci z různých oblastí, počínaje prototypovou automobilovou a leteckou výrobou až po výrobu zdravotnické techniky a energetických zařízení, AM metody na svých výrobních linkách využívají. A navíc si lze snadno představit, že výhody těchto technologií budou prakticky využitelné pro vytvoření reálných nástrojů používaných pro výrobu, pokud se stanou součástí výrobního procesu jako takového.

Efektivní aplikace laseru

Technické strojírenské veřejnosti není příliš známo, že v současné době existují technologické aplikace, které doslova drží srovnatelný krok s inovacemi v oblasti informačních technologií. Jednou takovou je aplikace laseru. Naší snahou bude vám tyto technologie představit.

LASCAM - Seriál o průmyslových laserech, díl II.

Kalení efektivně a ekologicky pomocí laseru

Kompozitní materiály z přírodních zdrojů

Veřejnost se stále více snaží být environmentálně odpovědnou. Ani napříč odvětvími průmyslu tomu není jinak. V oblasti kompozitních materiálů můžeme v posledních letech sledovat stále častější tendence využívat přírodní materiály jako náhradu konvenčních syntetických produktů. Roste poptávka po vláknech na rostlinné bázi (například vláknech ze lnu, konopí nebo sisalu) a tyto materiály získávají významný podíl na celkové produkci kompozitních výrobků.

Made in Česko: Bezpečné bezdrátové spojení pro všechny

Prognózy, které se týkají internetu věcí (IoT) a průmyslového internetu věcí (IIoT), se mění stejně rychle jako možnosti této technologie samy. Už v roce 2008 bylo na světě víc připojených zařízení než lidí a odborníci ze Světového ekonomického fóra (WEF) tvrdí, že do roku 2025 bude 41,6 miliardy zařízení zachycovat data o tom, jak žijeme, pracujeme, pohybujeme se, jak fungují naše zařízení, stroje.

Zdraví a stroje

Nové technologie prodlužují průměrný i maximální věk člověka a zvyšují jeho schopnosti. Jejich použití je přitom v podstatě oborově neomezené a neexistuje snad oblast výzkumu, která by se nějakým způsobem nepromítla do vývoje pro medicínu – od elektroniky až po strojírenství.

Stroje v pohybu:
Divoká jízda sondy Pathfinder

Sonda Mars Pathfinder, která 4. července 1997 přistála na rudé planetě, se může pyšnit několika prvenstvími. Třeba tím, že šlo o první mimozemský výsadek masově sledovaný uživateli internetu. Nebo tím, že jako první dopravila na Mars kolové průzkumné vozidlo, rover Sojourner.

Stroje v pohybu: Raketa, která změní svět

Americký podnikatel Elon Musk se od založení své firmy SpaceX v březnu 2002 netají tím, že jeho dlouhodobým cílem je kolonizace Marsu člověkem. Již letos přitom plánuje uskutečnit premiérový start orbitální rakety Starship, která mu má tento cíl pomoci splnit.

Stroje v pohybu:
Fotoprůzkumné družice

Za druhé světové války přinášely informace z fronty filmové týdeníky, při první válce v Perském zálivu vysílala živě CNN z bombardovaného Bagdádu – a nyní na Ukrajině má veřejnost poprvé v historii k dispozici prakticky v reálném čase družicové snímky. Navíc neskutečné kvality. Každopádně jde o materiál, který umožňuje potvrdit, nebo naopak vyvrátit mnohá tvrzení válčících stran.

VaVaI a průmysl:
Znát budoucí potřebu zákazníka

Biochemik Vladimír Velebný je majitelem, generálním ředitelem, a současně i vedoucím výzkumu a vývoje ve společnosti Contipro. Jeho firma se zabývá biotechnologickou výrobou kyseliny hyaluronové, která má širokou škálu potenciálního využití v nejrůznějších oblastech medicíny a kosmetiky. O tom, jak ideálně propojit oblast vědy a výzkumu s oblastí průmyslu ku prospěchu obou, a zejména nás všech, ví rozhodně mnohé.

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