Prof. Dr. ing. Tudor DEACONESCU

SISTEME ŞI TEHNOLOGII SPECIALE

2008 – 2009

REPROGRAFIA UNIVERSITĂŢII “TRANSILVANIA” DIN BRAŞOV

REPROGRAFIA UNIVERSITĂŢII "TRANSILVANIA" DIN BRAŞOV

1

Introducere

Cursul de Sisteme şi tehnologii speciale se înscrie în cadrul lucrărilor care tratează procedeele de prelucrare situate la graniţa dintre convenţional şi neconvenţional. Sunt prezentate câteva dintre tehnologiile şi echipamentele de prelucrare care apelează la fluide şi suspensii abrazive, toate fiind grupate în categoria prelucrărilor prin eroziune abrazivă. În afara acestor prelucrări, lucrarea tratează şi prelucrările prin eroziune electrică, precum şi cele prin eroziune electrochimică.

Structura acestei cărţi este cea firească pentru prezentarea unor procedee de prelucrare dimensională. Ea cuprinde analize teoretice, prezentări ale sistemelor tehnologice pentru aplicarea procedeelor, multiple informaţii tehnologice, dar şi propuneri pentru viitor.

Această lucrare prezintă fenomenele specifice eroziunii materialelor, maşinile şi instalaţiile corespunzătoare, dispozitivele şi echipamentele folosite, modul de stabilire a parametrilor şi a regimurilor de lucru, calculul şi construcţia unor scule specifice etc.

Obiectivele cursului Acest volum are ca obiectiv principal stăpânirea de către cursanţi a cunoştinţelor în domeniul prelucrărilor neconvenţionale. În acest sens, după parcurgerea întregului material, cursanţii vor fi capabili să: stăpânească principiile celor mai importante metode de prelucrare prin eroziune:

electrică, electrochimică, abrazivă ultrasonică, magneto-abrazivă, cu jet abraziv etc.

cunoască echipamentele de lucru specifice fiecărui procedeu de prelucrare în parte;

stabilească parametri de lucru necesari; proiecteze sculele şi dispozitivele necesare.

Cerinţe preliminare Pentru parcurgerea cu succes a acestei discipline sunt necesare cunoştinţe de Utilaje de fabricaţie şi de Bazele prelucrărilor mecanice.

Mijloace de lucru Parcurgerea unităţilor de învăţare necesită utilizarea unui calculator având instalat pachetul software Windows Office.

2

Structura cursului Cursul este structurat în 7 unităţi de învăţare, fiecare dintre ele cuprinzând: obiective, aspecte teoretice privind tematica unităţii de învăţare respective, exemple, teste de autoevaluare precum şi probleme propuse spre discuţie şi rezolvare. Cursul mai cuprinde şi două teme de control, rezolvarea lor fiind obligatorie. Temele de control rezolvate vor fi predate cadrului didactic pe suport de hârtie sau prin e-mail, la termenele stabilite.

Durata medie de studiu individual Parcurgerea de către studenţi a unităţilor de învăţare (atât aspectele teoretice cât şi rezolvarea testelor de autoevaluare şi rezolvarea problemelor propuse) se poate face în 2-6 ore pentru fiecare unitate.

Evaluarea La sfârşitul semestrului, fiecare student va primi o notă, care va fi calculată după cum urmează: 50% din nota finală se va obţine în urma rezolvării unui test, ce va conţine

întrebări teoretice din materia prezentată în cadrul acestui material; câte 25% corespunzând celor două teme de control realizate pe parcursul

semestrului.

3

Cuprins

Introducere.............................................................................................................................1 Cuprins...................................................................................................................................3 Unitatea de învăţare U1. Acţiunea tehnologică de prelucrare prin eroziune ...........................5

U1.1. Introducere.........................................................................................................5 U1.2. Prelucrări prin eroziune ......................................................................................5 U1.3. Rezumat.............................................................................................................9 U1.4. Test de evaluare a cunoştinţelor..........................................................................9

Unitatea de învăţare U2. Prelucrarea prin eroziune electrică...............................................11 U2.1. Introducere.......................................................................................................11 U2.2. Obiectivele unităţii de învăţare .........................................................................11 U2.3. Principiul prelucrării ........................................................................................11 U2.4. Prelucrări prin eroziune electrică ......................................................................16 U2.5. Utilaje şi echipamente tehnologice ...................................................................22 U2.6. Rezumat...........................................................................................................27 U2.7. Test de autoevaluare a cunoştinţelor .................................................................28

Unitatea de învăţare U3. Prelucrarea prin eroziune electrochimică. ....................................29 U3.1. Introducere.......................................................................................................29 U3.2. Obiectivele unităţii de învăţare .........................................................................29 U3.3. Principiul prelucrării ........................................................................................29 U3.4. Caracteristici de prelucrare...............................................................................36 U3.5. Utilaje şi echipamente tehnologice ...................................................................39 U3.6. Rezumat...........................................................................................................43 U3.7. Test de evaluare a cunoştinţelor........................................................................44

Temă de control ..............................................................................................44 Unitatea de învăţare U4. Prelucrarea prin eroziune magneto-abrazivă. ...............................45

U4.1. Introducere.......................................................................................................45 U4.2. Obiectivele unităţii de învăţare .........................................................................45 U4.3. Principiul prelucrării ........................................................................................46 U4.4. Caracteristici generale ale eroziunii magneto-abrazive .....................................47 U4.5. Clasificarea metodelor de prelucrare prin eroziune magneto - abrazivă.............48 U4.6. Materiale utilizate ca medii de lucru.................................................................50 U4.7. Principii de proiectare a sistemului de lucru .....................................................51 U4.8. Instalaţii de prelucrare prin eroziune magneto - abrazivă ..................................56 U4.9. Combinarea eroziunii magneto - abrazive cu alte procedee de prelucrare..........63 U4.10. Rezumat.........................................................................................................63 U4.11. Test de autoevaluare a cunoştinţelor ...............................................................64

4

Unitatea de învăţare U5. Prelucrarea prin eroziune cu jet abraziv. ......................................65 U5.1. Introducere.......................................................................................................65 U5.2. Obiectivele unităţii de învăţare .........................................................................65 U5.3. Caracteristici ale prelucrării .............................................................................66 U5.4. Principiul prelucrării ........................................................................................68 U5.5. Instalaţii de prelucrare prin eroziune cu jet abraziv...........................................84 U5.6. Alte aplicaţii ale eroziunii cu jet abraziv...........................................................90 U5.7. Rezumat...........................................................................................................92 U5.8. Test de evaluare a cunoştinţelor........................................................................92

Unitatea de învăţare U6. Prelucrarea prin eroziune abrazivă ultrasonică. ..........................93 U6.1. Introducere.......................................................................................................93 U6.2. Obiectivele unităţii de învăţare .........................................................................93 U6.3. Noţiuni generale de ultraacustică......................................................................94 U5.4. Principiul eroziunii abrazive ultrasonice...........................................................95 U6.5. Construcţia sistemelor ultrasonice ..................................................................102 U6.6. Maşini de prelucrat prin eroziune abrazivă ultrasonică ...................................112 U6.7. Influenţa unor parametri ai procesului de prelucrare asupra productivităţii

eroziunii ........................................................................................................114 U6.8. Debavurarea abrazivă ultrasonică ...................................................................118 U6.9. Rezumat.........................................................................................................122 U6.10. Test de evaluare a cunoştinţelor....................................................................122

Temă de control ............................................................................................122 Unitatea de învăţare U7. Procedee moderne de prelucrare prin eroziune cu fluide şi suspensii

abrazive. ....................................................................................123 U7.1. Introducere.....................................................................................................123 U7.2. Obiectivele unităţii de învăţare .......................................................................123 U7.3. Prelucrarea prin emisie elastică ......................................................................123 U7.4. Lustruirea hidrodinamică cu suspensii abrazive ..............................................126 U7.5. Rezumat.........................................................................................................127 U7.6. Test de autoevaluare a cunoştinţelor ...............................................................127

Bibliografie ........................................................................................................................129

5

Unitatea de învăţare U1. Acţiunea tehnologică de prelucrare prin

eroziune

Cuprins

U1.1. Introducere.........................................................................................................5 U1.2. Obiectivele unităţii de învăţare ...........................................................................5 U1.3. Prelucrări prin eroziune ......................................................................................5 U1.4. Rezumat.............................................................................................................9 U1.5. Test de evaluare a cunoştinţelor..........................................................................9

U1.1. Introducere Acest capitol este menit să aducă în atenţia studenţilor secţiei de Inginerie economică industrială a tehnologiilor şi echipamentelor neconvenţionale de prelucrare, ca submulţime a metodelor tehnologice de prelucrare dimensională. Cunoaşterea şi stăpânirea acestora este indispensabilă desfăşurării activităţii în cariera profesională.

U1.2. Obiectivele unităţii de învăţare Unitatea de învăţare are ca obiectiv principal familiarizarea cursanţilor cu conceptul de tehnologii neconvenţionale. La sfârşitul acestei unităţi de învăţare cursanţii vor fi capabili să: înţeleagă conceptul de tehnologii neconvenţionale; înţeleagă locul acestor tehnologii în cadrul metodelor tehnologice de prelucrare

dimensională; înţeleagă conceptul de prelucrare prin eroziune.

Durata medie de parcurgere a primei unităţi de învăţare este de 2 ore.

U1.3. Prelucrări prin eroziune

În construcţia de maşini s-au dezvoltat extrem de rapid, în ultima perioadă, procedeele neconvenţionale de prelucrare. Eroziunea electrică, cea electrochimică, cu plasmă, cu fascicule de radiaţii, abrazivă ultrasonică, magnetoabrazivă sau cea cu jet de fluid sub presiune au apărut din necesitatea depăşirii limitelor metodelor de prelucrare tradiţionale.

6

Nu e dificil de probat faptul că tehnologiile neconvenţionale constituie, probabil, capitolul cel mai dinamic al metodelor de prelucrare utilizate în construcţia de maşini; de exemplu, prelucrările cu ajutorul fasciculului laser au înregistrat, în ţările puternic industrializate, între anii 1973 – 2000, o creştere de 50…80 de ori. Conceptul de tehnologii neconvenţionale vizează un grup de metode de prelucrare bazate pe un transfer de energie spre zona de prelucrare, în alte moduri decât cele presupuse de aşa-numitele tehnologii clasice. În principiu, se apelează la tehnologii neconvenţionale atunci când utilizarea celor clasice este neeficientă sau realmente imposibilă. Folosirea pe o scară tot mai largă a unor noi materiale, cu proprietăţi fizico-chimice deosebite (dure, refractare, rezistente la coroziune ş.a.m.d.), a condus la necesitatea apelării la tehnologiile neconvenţionale de prelucrare. În figura 1.1 este realizată o comparaţie efectuată între metodele convenţionale şi cele neconvenţionale de prelucrare. Astfel, în cazul materialelor cu durităţi de până la 400...500 HB, vitezele de prelucrare prin aşchiere (debitele prelevării de material Q [mm3/min]) şi prin procedee erozive sunt comparabile; peste aceste valori ale durităţii, prelucrările neconvenţionale devin net mai avantajoase.

Fig. 1.1 Prelucrabilitatea materialelor raportată la productivitate poate fi apreciată orientativ prin intermediul graficului din dreapta din figura de mai sus. Se poate observa, luând în considerare şi costurile prelucrării, că la o prelucrabilitate simplă se recomandă procedeele convenţionale, în timp ce pentru cazurile dificile sunt recomandate cele neconvenţionale. Prelevarea de material de pe suprafaţa semifabricatelor cu ajutorul metodelor neconvenţionale de prelucrare este realizată, în cele mai multe cazuri, prin eroziune. Prelucrările prin eroziune fac parte din mulţimea metodelor tehnologice de prelucrare dimensională, fundamentale în tehnologia construcţiei de maşini. Aceste metode sunt prezentate în tabelul 1.1 :

Tabelul 1.1 Metode tehnologice de prelucrare dimensională

bazate pe acţiuni de curgere a substanţei

bazate pe acţiuni de rupere a substanţei

bazate pe acţiuni de agregare a substanţei

- turnare - deformare plastică

- aşchiere - separare cu tăişuri

asociate - eroziune

- sudare - lipire - încleiere - agregare cu pulberi

7

Exemple Strunjire Frezare Găurire

Turnare Deformare plastică Sudare

Enumeraţi şi alte procedee de prelucrare prin aşchiere pe care le cunoaşteţi. Enumeraţi câteva tipuri de prelucrări neconvenţionale

Prelucrarea prin eroziune este o metodă tehnologică de finalitate, bazată pe distrugerea integrităţii şi prelevarea materialului excedentar (a adaosului de prelucrare) de pe suprafaţa unui semifabricat prin acţiunea dinamică a unor agenţi erozivi sub formă de fluxuri de particule solide, lichide, gazoase, de plasmă sau de radiaţie electromagnetică. În fapt, generarea prin eroziune a suprafeţelor piesei este consecinţa dezvoltării pe suprafeţele supuse prelucrării a unor procese fizico-chimice specifice, predominant termice, chimice şi/sau mecanice. Aceste procese, dezvoltate şi întreţinute în contul unor transformări adecvate de energie, comandate informaţional, se finalizează, în principal, prin prelevarea controlată a substanţei ce constituie adaosul de prelucrare. Generarea prin eroziune a suprafeţelor piesei presupune, la modul general, realizarea următoarei succesiuni de etape:

dezvoltarea unui proces elementar de eroziune, manifestat prin ruperea localizată şi deplină a legăturilor interatomice dintre materialul excedentar şi materialul de bază al obiectului prelucrării;

eliberarea continuă a suprafeţei prelucrate de deşeurile tehnologice rezultate anterior; deplasarea spaţială a coordonatelor procesului elementar de eroziune, în concordanţă

cu obiectivele prelucrării.

8

Trebuie precizat faptul că spre deosebire de metodele de prelucrare prin aşchiere, la prelucrările neconvenţionale, localizarea micro- şi macroscopică a acţiunii erozive nu este condiţionată de contactul nemijlocit al obiectului de transfer cu suprafaţa de prelucrat, aceasta realizându-se prin intermediul agentului eroziv, generat şi întreţinut în spaţiul de lucru elementar.

Prin ce se deosebesc metodele de prelucrare prin aşchiere de cele neconvenţionale?

Deşi extrem de diverse din punct de vedere fenomenologic, procedeele de prelucrare prin eroziune prezintă unele caracteristici generale comune :

caracterul discret, progresiv şi cumulativ al proceselor de prelevare a materialului supus prelucrării, caracter specific, de altfel, şi eroziunii naturale;

consum specific de energie ridicat, determinat de randamentul limitat al conversiei de energie primare în energie de efect ;

insensibilitatea prelucrării prin eroziune la proprietăţile mecanice, în particular duritate şi tenacitate, ale materialului prelucrat ;

posibilitatea dirijării în limte foarte largi, într-un sistem de prelucrare dat, a intensităţii fluxului energetic dezvoltat pe suprafaţa de prelucrat ;

posibilitatea copierii formei spaţiale a obiectului de transfer în obiectul supus prelucrării, utilizând exclusiv o mişcare de avans liniară a obiectului de transfer în raport cu piesa de prelucrat ;

realizarea acţiunii tehnologice cu solicitări mecanice neglijabile transmise obiectului prelucrării ;

automatizarea complexă şi, uneori, completă a sistemelor de prelucrare. Deşi participarea prelucrării prin eroziune în parcul de utilaje specifice construcţiei de maşini este încă mică (în medie, câteva procente), importanţa sa pentru progresul tehnic şi tehnologic într-o serie de ramuri industriale în plină expansiune ale construcţiei de maşini este hotărâtoare (aeronautică, tehnică spaţială, maşini-unelte, SDV-uri, electronică, mecanică fină, autovehicule etc.). După numărul utilajelor existente în industrie, cea mai răspândită este prelucrarea prin eroziune electrică (circa 2/3 din totalul utilajelor erozive), urmată de prelucrarea electrochimică, cu fascicule laser şi cea ultrasonică.

Să ne reamintim...

Procedeele de prelucrare prin eroziune se caracterizează printr-un caracter

discret, progresiv şi cumulativ al proceselor de prelevare a materialului supus

prelucrării. De asemenea, prelucrările prin eroziune sunt insensibile la

proprietăţile mecanice ale materialelor prelucrate.

9

U1.4. Rezumat Eroziunea electrică, cea electrochimică, cu plasmă, cu fascicule de radiaţii,

abrazivă ultrasonică, magnetoabrazivă sau cea cu jet de fluid sub presiune au apărut din necesitatea depăşirii limitelor metodelor de prelucrare tradiţionale;

Conceptul de tehnologii neconvenţionale vizează un grup de metode de prelucrare bazate pe un transfer de energie spre zona de prelucrare;

Prelucrarea prin eroziune este o metodă tehnologică de finalitate, bazată pe distrugerea integrităţii şi prelevarea materialului excedentar (a adaosului de prelucrare) de pe suprafaţa unui semifabricat prin acţiunea dinamică a unor agenţi erozivi sub formă de fluxuri de particule solide, lichide, gazoase, de plasmă sau de radiaţie electromagnetică;

Caracteristicile comune procedeelor de prelucrare prin eroziune sunt: o caracterul discret, progresiv şi cumulativ al proceselor de prelevare a

materialului supus prelucrării, caracter specific, de altfel, şi eroziunii naturale;

o consum specific de energie ridicat, determinat de randamentul limitat al conversiei de energie primare în energie de efect ;

o insensibilitatea prelucrării prin eroziune la proprietăţile mecanice, în particular duritate şi tenacitate, ale materialului prelucrat ;

o posibilitatea dirijării în limte foarte largi, într-un sistem de prelucrare dat, a intensităţii fluxului energetic dezvoltat pe suprafaţa de prelucrat ;

o posibilitatea copierii formei spaţiale a obiectului de transfer în obiectul supus prelucrării, utilizând exclusiv o mişcare de avans liniară a obiectului de transfer în raport cu piesa de prelucrat ;

o realizarea acţiunii tehnologice cu solicitări mecanice neglijabile transmise obiectului prelucrării ;

o automatizarea complexă şi, uneori, completă a sistemelor de prelucrare. Cea mai răspândită prelucrare este cea prin eroziune electrică

U1.5. Test de evaluare a cunoştinţelor Bifaţi răspunsul sau răspunsurile corecte:

1. Metodele tehnologice de prelucrare dimensională bazate pe acţiuni de rupere a substanţei

sunt: a) turnarea c) aşchierea b) eroziunea d) lipirea

10

2. Generarea prin eroziune a suprafeţelor unei piese presupune: a) dezvoltarea unui proces elementar de

eroziune c) deplasarea spaţială a coordonatelor

procesului elementar de eroziune

b) eliberarea continuă a suprafeţei

prelucrate de deşeuri d) automatizarea procesului

3. Care dintre următoarele procedee de prelucrare este de tip convenţional: a) eroziunea electrică c) frezarea b) prelucrarea ultrasonică d) prelucrarea magneto-abrazivă

4. Care dintre următoarele caracteristici nu este specifică eroziunii: a) caracter discret c) caracter cumulativ b) solicitări mecanice neglijabile d) consum specific de energie scăzut

11

Unitatea de învăţare U2. Prelucrarea prin eroziune electrică

Cuprins

U2.1. Introducere.......................................................................................................11 U2.2. Obiectivele unităţii de învăţare .........................................................................11 U2.3. Principiul prelucrării ........................................................................................11 U2.4. Prelucrări prin eroziune electrică ......................................................................16 U2.5. Utilaje şi echipamente tehnologice ...................................................................22 U2.6. Rezumat...........................................................................................................27 U2.7. Test de autoevaluare a cunoştinţelor .................................................................28

U2.1. Introducere În acest capitol este prezentată prelucrarea prin eroziune electrică (electroeroziune) a suprafeţelor semifabricatelor. La ora actuală, din totalul parcului de utilaje care lucrează după principii neconvenţionale, cele mai răspândite sunt cele electroerozive (aproximativ 2/3 din totalul parcului de maşini neconvenţionale). Sunt prezentate în continuare principiul prelucrării prin eroziune electrică, echipamentele tehnologice utilizate, precum şi câteva aplicaţii industriale.

U2.2. Obiectivele unităţii de învăţare Unitatea de învăţare are ca obiectiv principal familiarizarea cursanţilor cu procedeul neconvenţional de prelucrare prin eroziune electrică. La sfârşitul acestei unităţi de învăţare cursanţii vor fi capabili să: descrie principiul prelucrării; descrie principalele modalităţi de prelucrare a semifabricatelor prin

electroeroziune (prelucrare volumică, cu fir); descrie componentele unui utilaj de prelucrare prin eroziune electrică.

Durata medie de parcurgere a acestei unităţi de învăţare este de 4 ore.

U2.3. Principiul prelucrării

Prelucrarea prin eroziune electrică este un procedeu de îndepărtare a adaosului de prelucrare prin acţiunea repetată a descărcărilor electrice în impuls, într-un mediu lichid

12

dielectric (izolator), în spaţiul limitat dintre un electrod conectat la un pol şi obiectul prelucrării conectat la celălalt pol al unui generator de impulsuri de tensiune (fig. 2.1):

Fig. 2.1

Descărcările electrice se amorsează succesiv şi se localizează selectiv în diferite zone ale interstiţiului în funcţie de realizarea locală a condiţiilor disruptive, în raport cu distanţa dintre cele două corpuri metalice şi cu proprietăţile dielectrice ale mediului. Fiecare dintre aceste impulsuri, acţionând în mod discontinuu, constituie un proces elementar de eroziune desfăşurat într-un spaţiu restrâns format din coloana descărcării înconjurată de lichidul de lucru. Introducerea directă a energiei primare în spaţiul de acţiune al procesului elementar, dozarea ei temporală şi transformarea în energie de efect duc la formarea craterului de eroziune la obiectul de prelucrat (piesă) şi a celui de uzare la electrodul sculă. Migrarea proceselor elementare de eroziune în spaţiul de lucru macroscopic determină integrarea efectelor erozive ale acestora, cu îndepărtarea treptată a adaosului de prelucrare, în paralel cu o oarecare uzare a electrodului sculă. Eroziunea electrică face parte din categoria procedeelor tehnologice de prelucrare neconvenţionale destinate doar materialelor electro-conducătoare. Prelucrarea prin eroziune electrică se bazează pe efectul eroziv al unor descărcări electrice sub formă de impulsuri, descărcări amorsate între electrodul sculă (Es) şi semifabricat (Ep), izolaţi de un lichid dielectric şi în condiţiile existenţei unui echipament care să permită desfăşurarea în timp a prelucrării. Fenomenele fizice ce stau la baza prelucrării prin eroziune electrică sunt foarte complexe, iar numărul de factori ce le influenţează este foarte mare, ceea ce face ca studierea prelucrării să fie complicată, în acelaşi timp însă, extrem de necesară. Cunoaşterea exactă a naturii fenomenelor oferă posibilitatea măririi productivităţii metodei, precum şi îmbunătăţirea calităţii pieselor obţinute cu ajutorul ei. În cadrul acestei prelucrări, descărcarea electrică are loc într-un timp extrem de scurt, de 10-8...10-2 s, distanţa dintre cei doi electrozi variind în limitele 2 ... 2000 µm. Fiecare dintre aceste descărcări se constituie într-un proces elementar şi separat.

13

Pentru ca prelucrarea prin eroziune electrică să fie posibilă este necesar a fi îndeplinite o serie de condiţii:

introducerea energiei electrice în spaţiul dintre electrozi se poate face numai dacă atât scula cât şi piesa sunt confecţionate din materiale electro-conducătoare;

energia descărcării trebuie să fie dozată, în zona de lucru, sub formă de impulsuri; utilizarea unui lichid de lucru care să izoleze din punct de vedere electric cei doi

electrozi şi care, prin intermediul tensiunii furnizate de generatorul de lucru, să poată deveni electro-conducător (proces de ionizare);

asigurarea unui caracter polarizat al descărcărilor electrice în scopul obţinerii prelevării maxime din electrodul piesă şi a obţinerii unei uzuri minime a electrodului sculă;

restabilirea continuă şi la aceeiaşi parametri a stării şi mărimii interstiţiului dintre cei doi electrozi, astfel încât descărcările electrice să se producă în condiţii practic identice. Respectarea acestei condiţii impune evacuarea continuă şi eficientă a produselor erodate odată cu restabilirea distanţei optime dintre electrozi prin utilizarea unui mecanism de avans adecvat.

Fenomenul cel mai important care stă la baza fenomenului de descărcare a energiei electrice în spaţiul dintre electrozi este cel de amorsare a canalului de descărcare. Descărcarea electrică într-un mediu dielectric (electro-izolant) cum este cel dintre electrozi, se poate produce doar în momentul în care acest mediu devine pe o cale oarecare electro-conducător. În figura 2.2 este prezentată succesiunea fazelor amorsării canalului de descărcare.

Fig. 2.2

Pentru interstiţiul δ dintre electrozi şi diferenţa de potenţial la care aceştia se află, intensitatea câmpului electrostatic are o valoare bine determinată. Din punct de vedere tehnologic, această valoare poate fi crescută prin apropierea celor doi electrozi. În aceste condiţii menţinând diferenţa de potenţial constantă, prin apropierea electrodului-sculă către cel piesă, intensitatea câmpului electric va creşte.

14

Se ajunge la un moment în care forţa electrostatică (dezvoltată de câmpul electrostatic) aplicată particulelor elementare depăşeşte forţa cu care acestea sunt ţinute în reţeaua moleculară, eliberându-le. Particula elementară de sarcină negativă va fi accelerată în direcţia electrodului pozitiv (anodul). În acest moment, prin apariţia chiar şi a unui singur purtător de sarcină, apare un curent electric ce schimbă caracterul mediului dintre cei doi electrozi din electro-izolant în electro-conducător. În deplasarea sa accelerată spre anod, electronul va întâlni molecule ale mediului dielectric. Ciocnirile din spaţiul interelectrozi vor fi atât de tip elastic cât şi de tip neelastic. În cazul ciocnirilor neelastice dintre electroni şi moleculele mediului, acestea din urmă disociază în purtători de sarcină elementară: electroni şi ioni. Particule rezultate vor fi accelerate în câmpul electrostatic, la rândul lor bombardând alte molecule. În urma ciocnirilor elastice electronii vor ceda o parte din energia lor cinetică, determinând în felul acesta un prim proces de creştere a temperaturii. Procesul descris se amplifică cu o rată extrem de ridicată. Acest efect conduce la o creştere rapidă a numărului purtătorilor de sarcină electrică, adică a curentului electric ce apare între cei doi electrozi. Efectul se concretizează prin creşterea intensităţii curentului electric ce se stabileşte între catod şi anod. La nivelul suprafeţei piesei, electronii vor ceda o parte din energia lor cinetică sistemelor atomice cu care aceştia vin în contact, determinând o creştere bruscă şi rapidă a temperaturii. În acest mod, la suprafaţa electrozilor se manifestă o sumă de procese de topire şi vaporizare. Mecanismul descris constituie o primă fază a formării canalului electro-conducător. Aceasta se concretizează prin apariţia plasmei în canalul de descărcare, care este definită ca o stare a materiei puternic ionizată, ce cuprinde în acelaşi timp electroni şi ioni (concentraţia de particule depăşeşte 1015 purtători / m3). Amorsarea descărcării electrice prin străpungerea spaţiului dielectric dintre electrozi şi formarea canalului de electro-conducător constituie o primă fază a prelucrării prin eroziune electrică. Conform majorităţii cercetătorilor din domeniu, evoluţia tensiunii şi a intensităţii curentului între cei doi electrozi se prezintă ca în figura 2.3 :

Fig. 2.3

15

Perioada a-b, corespunzătoare amorsării canalului, se caracterizează printr-o creştere a curentului stabilit în descărcare. Pe durata de timp a apar primii purtători de sarcină, într-o primă instanţă, în număr mic. Acest lucru se reflectă printr-o pantă mică a curbei curentului şi

un palier de tensiune aproximativ constant, 0dtdU

.

În intervalul de timp b, 0dtdI

. Valoarea acestei variaţii fiind mai mare decât cea

înregistrată în intervalul anterior, constituie cauza apariţiei căderii de tensiune de pantă negativă şi extrem de mare. Momentul corespunde apariţiei plasmei care se dezvoltă, conducând astfel la creşterea canalului de descărcare. Perioada c-d corespunde descărcării principale, de bază. În această perioadă atât

tensiunea cât şi curentul rezultant prezintă un palier: 0dtdI0,

dtdU

.

În perioada e-f se produce dezamorsarea canalului de descărcare, adică plasma se stinge ca urmare a anulării tensiunii şi prin aceasta a curentului. Corespunzător acestei faze,

pantele variaţiei tensiunii şi curentului dtdIşi

dtdU devin negative, până la completa anulare

a lor. Descărcarea energiei electrice în interstiţiul de lucru dintre cei doi electrozi duce la formarea unor microcanale cilindrice pe vârful microneregularităţilor, acolo unde stratul de lichid dielectric este străpuns având o rezistenţă mai mică. Aceste canale au diametrul de la câţiva microni până la 700…900 µm, iar lungimea lor este cuprinsă între 100 şi 600 µm. În aceste canale, ca urmare a fenomenului de ionizare a mediului, are loc formarea plasmei la temperatura de circa 87.000ºC, care topeşte şi vaporizează rapid o parte din vârful microneregularităţilor. Trecerea materialului dintr-o stare fizică într-alta are loc cu generarea de microexplozii.

Fig. 2.4

Simultan cu descărcarea energiei electrice apar şi unde de şoc mecanice, care, împreună cu gazele formate, deformează canalele ionizate sub formă elipsoidică şi scot în acelaşi timp produsele electroerozive din microcraterele formate (fig. 2.4).

16

Din analiza celor expuse se poate formula un alt set de cerinţe ce trebuie îndeplinite astfel încât prelucrarea prin eroziune electrică să se poată desfăşura în parametri tehnologici:

electrozii Es şi Ep, trebuie să fie realizaţi din materiale electro-conducătoare, capabile să asigure introducerea energiei electrice direct în interstiţiul de lucru;

alegerea materialului electrodului sculă trebuie făcută astfel încât să se asigure o densitate de curent electronic cât mai mare, în vederea obţinerii unei prelevări maxime (materiale uzuale: cupru, grafit, wolfram-cupru).

prelucrarea trebuie făcută într-un mediu lichid, deoarece acesta este singurul care poate pune la dispoziţie suficiente molecule disociabile, în condiţiile specifice prelucrării prin eroziune electrică;

impulsurile trebuie să aibă o durată mică astfel încât să se evite transformarea descărcării în arc electric.

trebuie evitată apariţia scurtcircuitelor.

Enumeraţi condiţiile care fac posibilă prelucrarea prin eroziune electrică.

U2.4. Prelucrări prin eroziune electrică

Prelucrările prin eroziune electrică se diferenţiază, din punctul de vedere al principiilor de lucru, prin natura electrodului sculă cu care se efectuează prelucrarea – cu electrod masiv sau fir – rezultând astfel şi cele două grupe de utilaje prelucrătoare prin intermediul acestui procedeu. Utilizarea unui electrod masiv şi a unei singure mişcări de lucru (avans după o direcţie rectilinie - Z) a constituit o caracteristică a primelor procedee de prelucrare prin eroziune electrică şi a maşinilor din prima categorie (fig. 2.5). O asemenea schemă de lucru asigură îndeplinirea principalelor cerinţe de natură tehnologică, fiind în fapt o prelucrare prin copiere. În varianta sa iniţială, prelucrarea prin eroziune electrică cu electrod filiform presupunea existenţa, în zona de prelucrare, a unui electrod fir aflat în derulare de pe o rolă şi înfăşurat pe alta (fig. 2.6):

Fig. 2.5

17

Fig. 2.6

În cazurile simple, conturul pieselor prelucrate este generat cinematic, prin deplasarea mesei maşinii după două direcţii rectangulare. În funcţie de natura operaţiilor, prelucrarea prin eroziune electrică, se poate utiliza pentru prelucrarea pieselor din una din categoriile următoare:

U2.4.1. Prelucrarea volumică a unor suprafeţe complexe Principiile de lucru ce stau la baza prelucrării prin eroziune electrică permit generarea unor suprafeţe oricât de complicate, în materiale de orice duritate (fig. 2.7).

Fig. 2.7

Prelucrarea este relativ simplă, deoarece se realizează cu o maşină unealtă a cărei cinematică trebuie să asigure doar o mişcare după o singură direcţie, cea de avans, egală ca mărime cu viteza de erodare a materialului. Forma părţii active a electrodului sculă se regăseşte astfel în forma suprafeţei prelucrate. Sculele sunt, din punct de vedere geometric, mai complicate decât cele utilizate în cadrul prelucrărilor clasice prin aşchiere. Dacă se ia în considerare faptul că materialele din care se realizează sculele pentru acest tip de eroziune sunt uşor prelucrabile şi că ele lucrează în condiţii similare indiferent de duritatea pieselor, avantajele prelucrării sunt evidente. Majoritatea maşinilor ce prelucrează cu electrod masiv au posibilitatea executării mai multor mişcări ale Es. S-au dezvoltat procedee care permit mişcarea / rotirea a cel puţin a unuia dintre cei doi electrozi (Es, Ep) sau deplasarea electrodului sculă după traiectorii complexe. Pot fi executate mişcări singulare sau combinate pe oricare dintre axele unui sistem de coordonate, pentru obţinerea cavităţilor cu profil complex (fig. 2.8), de exemplu matriţe destinate prelucrării prin deformare sau injectării maselor plastice. Executarea prin procedee clasice a unor astfel de piese presupune, de cele mai multe ori, un traseu tehnologic lung şi laborios.

18

Fig. 2.8

La prelucrarea electroerozivă cu copierea simplă a formei, evacuarea cât mai bună a deşeurilor din interstiţiul de lucru condiţionează în mare măsură precizia şi productivitatea prelucrării. De aceea, trebuie acordată cea mai mare atenţie realizării unei circulaţii corecte a lichidului de lucru şi, legat de aceasta, construcţiei electrozilor. Principalele recomandări sunt următoarele (fig. 2.9) :

Fig. 2.9

spălarea interstiţiului prin refulare (a şi c), care asigură stabilitatea procesului electroeroziv, diminuează precizia prelucrării (conicitate de circa 0,02/10 mm) şi nu trebuie utilizată la treceri de finisare;

spălarea interstiţiului prin aspiraţie (b şi d), deşi asigură o precizie mai bună (conicitate de circa 0,01/10 mm), diminuează stabilitatea procesului prin reţinerea bulelor de deşeu gazos şi trebuie utilizată în special la treceri de finisare.

Fig. 2.10

19

dimensiunile orificiilor practicate în electrodul sculă pentru circulaţia dielectricului sunt de Ø 1…3 mm, iar lungimea lor trebuie să fie în final, după uzarea electrodului de minimum 4…5 mm (fig. 2.10);

amplasarea orificiilor se face la distanţe de 20…40 mm, asigurând cel puţin un orificiu de spălare la o porţiune de Ø 80 mm a suprafeţei active a electrodului sculă.

U2.4.2. Prelucrarea suprafeţelor netehnologice

a. b. c. Fig. 2.11

Alezajul din figura 2.11 a. prezintă o axă curbă care este evident că nu se poate realiza cu nici unul din procedeele aşchietoare cunoscute. În figura 2.11 b. este prezentat cazul realizării unei găuri interioare, dificil de realizat pe maşinile unelte cu structură convenţională, iar figura 2.11 c. prezintă cazul executării unei găuri elicoidale cu o axă de simetrie de formă spiralată. Electrodul-sculă Es este în fapt un arc elicoidal, căruia i se imprimă o mişcare de rotaţie, egală cu viteza de erodare şi un avans axial corespunzător pasului elicei.

U2.4.3. Gravarea prin eroziune electrică Această operaţie implică prelucrarea de cavităţi, de orice profil, la care adâncimea de prelucrare este mai mică decât grosimea semifabricatului (fig. 2.12).

Fig. 2.12

Aplicaţia predilectă a acestei tehnologii de lucru este cea a matriţelor de forjare.

20

U2.4.4. Debitarea materialelor dure Operaţia se poate realiza fie prin utilizarea unor electrozi sculă de forma unor plăci sau discuri fie prin utilizarea procedeului de tăiere cu fir sau bandă (fig. 2.13). Atunci când nu sunt necesare precizii şi calităţi deosebite, se pot construi utilaje destinate exclusiv acestui scop. Acestea, de cele mai multe ori, prezintă o cinematică şi un echipament electric extrem de simple, ceea ce le face ieftine, uşor de exploatat şi întreţinut.

Fig. 2.13

U2.4.5. Prelucrarea cu electrod filiform

Acest procedeu se utilizează pentru generarea unor contururi complexe, în piese de grosime relativ mică (fig. 2.14).

Fig. 2.14

La începutul anilor '70 aceste maşini erau lente, cu o productivitate de până la 21 mm2/min. Evoluţia lor şi, mai ales a tehnicii de calcul, a permis obţinerea în anii '80 a unei viteze de tăiere de 64 mm2/min, în timp ce maşinile moderne au o viteză chiar de 500 mm2/min. Maşinile ce prelucrează prin eroziune electrică cu electrod filiform pot realiza precizii de ± 0,002 mm şi chiar mai bune, în condiţiile unei rugozităţi a suprafeţei de Ra =

21

0,18 µm la prelucrarea carburilor metalice şi de Ra < 0,1 µm la prelucrarea oţelurilor. De menţionat este şi faptul că în urma prelucrării, piesele sunt gata de utilizare, fără a mai necesita debavurări ulterioare. Electrodul sculă este un fir de sârmă calibrat, cu diametrul de 0,025...0,33 mm, din cupru (simplu sau placat cu zinc), molibden, alamă şi aliaje ale acesteia, întins între două role şi cu o lungime cât mai mare (7.000...12.000 m – max. 25 kg). Acesta se derulează continuu, cu o viteză constantă necesară pentru compensarea uzurii. Poziţionarea şi orientarea spaţială a firului (fig. 2.15) se face cu ajutorul unor ghidaje (durata de viaţa este de 20.000 ore, la un cost de operare între 0,06 şi 0,07 €/oră) ce oferă posibilitatea realizării contururilor spaţiale (de exemplu profile cu generatoarea înclinată faţă de suprafaţa de aşezare a piesei).

Fig. 2.15

Posibilităţile de poziţionarea spaţială a firului în raport cu semifabricatul precum şi mişcarea controlată pe axele maşinii permit obţinerea următoarelor tipuri de forme spaţiale (fig. 2.16):

Fig. 2.16

22

Forţa de întindere este limitată de natura materialului firului şi secţiunea sa transversală. Ea este importantă deoarece, la depăşirea acestei forţe, firul se poate rupe, iar la valori prea mici pot să apară săgeţi nedorite ale firului care micşorează precizia prelucrării sau pot genera frecvente scurtcircuite. Materialul şi diametrul electrodului filiform se aleg în funcţie de materialul piesei, înălţimea tăieturii, razele de racordare şi rugozitatea maximă. Diametrul firului este cel maxim admisibil pentru raza de curbură necesară şi înălţimea tăieturii, deoarece viteza prelucrării este proporţională cu diametrul firului, în mod curent utilizându-se fire cu diametrul în jurul valorii de 0,2 mm.

Să ne reamintim...

Prelucrările prin eroziune electrică se diferenţiază, din punctul de vedere al principiilor de lucru, prin natura electrodului sculă cu care se efectuează prelucrarea – cu electrod masiv sau fir. Prelucrarea volumică permite realizarea unor suprafeţe oricât de complicate, în materiale de orice duritate, în timp ce prelucrarea cu electrod filiform se utilizează pentru generarea unor contururi complexe, în piese de grosime relativ mică.

U2.5. Utilaje şi echipamente tehnologice Specificitatea maşinilor pentru prelucrări prin eroziune este rezultatul fenomenelor care se produc la prelucrare:

1. prelevarea de material are loc în urma descărcărilor electrice între doi electrozi: sculă şi piesă;

2. impulsurile energetice dintre electrozi sunt, în felul lor, agentul determinant al prelucrării şi ele trebuie să fie asigurate de un sistem specializat, la parametri optimi şi la momentul impus;

3. descărcările electrice se produc într-un mediu de lucru - dielectricul - care, mijlocind procesul, face parte organică din sistem. Acesta trebuie să îndeplinească condiţii foarte riguroase referitoare la calitatea sa şi mai ales la menţinerea acestei calităţi în timp. Din aceste motive, maşinile prelucrătoare sunt prevăzute cu sisteme de alimentare cu dielectric precum şi cu instalaţii speciale de menţinere a parametrilor şi purităţii mediului de lucru;

4. forţele care apar între electrozi sunt extrem de mici şi ca atare ele sunt neglijate, ele neafectând construcţia mecanică a maşinii;

5. mecanismul de avans tehnologic trebuie să asigure o deplasare cu o viteză egală cu cea de prelevare. Prin urmare aceasta trebuie să fie variabilă, adaptată continuu la cea necesară, în scopul menţinerii constante a interstiţiului. Totodată trebuie să asigure şi

23

viteze mai mari când electrodul se apropie de piesă, sau dimpotrivă, atunci când el trebuie să se retragă în cazul scurtcircuitării electrozilor;

6. comanda sistemului de avans trebuie să fie dependentă de evoluţia procesului, din care cauză maşina trebuie să dispună de sisteme de urmărire specializate. Acelaşi sistem asigură şi comenzile corespunzătoare pentru mişcările auxiliare: apropieri şi / sau retrageri rapide;

7. posibilităţile de intervenţie ale operatorului pe parcursul prelucrării sunt minimale şi ele se referă doar la situaţii de avarie.

Din succinta trecere în revistă a particularităţilor acestor maşini se pot stabili, în primul rând, particularităţile constructive specifice lor (faţă de maşinile convenţionale), precum şi structura minimal - obligatorie a unui astfel de utilaj:

1. un generator care asigură impulsuri la parametri impuşi de prelucrare; 2. o structură mecanică de tip batiu, cu care se asigură poziţia spaţial-reciprocă a

elementelor componente. Pe acesta se montează toate celelalte subansambluri mecanice şi anume: masa de lucru pe care se găseşte cuva în care se imersează (eventual) piesa, sistemul care asigură poziţia necesară a mecanismului de avans şi a port-electrodului sculă etc.;

3. un grup de alimentare cu dielectric cu sarcina de a asigura nivelul de lichid în cuvă, injecţia sau absorbţia lui (când este cazul), curăţirea continuă de produse ale eroziunii şi, în cazul maşinilor cu electrod filiform, procesul de deionizare;

4. un sistem de răcire care să asigure o temperatură optimă constantă, atât a dielectricului cât şi a maşinii, pentru obţinerea preciziilor ridicate;

5. un agregat hidraulic în cazul acţionării hidraulice a avansului.

U2.5.1. Maşini pentru prelucrări volumice Maşinile destinate prelucrărilor volumice prin eroziune electrică cuprind două subansamble importante: cel mecanic, destul de simplu comparativ cu construcţia maşinilor pentru tehnologii convenţionale şi generatorul de impulsuri, ca o componentă extrem de importantă şi totodată caracteristică maşinilor de acest tip. La maşinile ce prelucrează cu electrod masiv, construcţia mecanică cuprinde, în principal, batiul care susţine întreaga mecanică a deplasărilor, cuva de lucru, agregatul pentru dielectric şi cel hidraulic pentru acţionarea avansului (acolo unde este cazul). În figura 2.17 se prezintă o astfel de construcţie, elementele reprezentate având următoarea semnificaţie:

1. batiu, 2. masa transversală (y), 3. masa longitudinală (x), 4. cuva de lucru,

24

5. apărătoare de protecţie, 6. pupitrul local de comandă, 7. acţionarea avansului de lucru, 8. mecanismul de avans, 9. pupitrul de reglare a funcţionării agregatului dielectric.

Fig. 2.17

Batiurile, în marea majoritate a cazurilor, sunt de formă deschisă – C sau portal, utili-zându-se atât construcţii turnate cât şi sudate (fig. 2.18 a). Deoarece funcţia lor principală este cea de susţinere a meselor, cuvei şi coloanei port-mecanism de avans, forma diverselor construcţii actuale diferă puţin faţă de variantele clasice de batiuri. În figura 2.18 b se prezintă schematic cele trei direcţii principale de avans pe care batiul, prin ghidajele sale, trebuie să le asigure. O parte din maşinile ce aparţin acestei categorii pot executa o mişcare suplimentară de avans – direcţia C: o rotaţie în jurul axei Z.

a. b. Fig. 2.18

Cuvele de lucru sunt recipienţi montaţi etanş pe masa maşinii, având rolul de a asigura imersarea piesei în dielectric în timpul prelucrării sale. Nivelul de lichid dielectric în cuvă, în momentul eroziunii, trebuie să se situeze peste suprafaţa supusă prelucrării cu cel puţin 30 mm. Această condiţie este indispensabilă în cazul prelucrării cu dielectric de tip petrolier pentru a evita pericolul de autoinflamare; în general se

25

interzice utilizarea lichidelor dielectrice cu punct de inflamare inferior valorii de 60 oC. Pentru păstrarea nivelului preselectat, cuvele sunt prevăzute cu ecluze de menţinere constantă a nivelului de dielectric. Construcţia lor este relativ simplă fiind realizate, de cele mai multe ori, din tablă sudată. Ele pot fi prevăzute cu diverse aparate cum ar fi cele pentru menţinerea tem-peraturii constante a dielectricului. Dispozitivele conexe cuvei de lucru trebuie să asigure şi eliminarea tuturor degajărilor (vapori şi particule) ce rezultă în urma procesului eroziv. Eliminarea acestor produse se face prin sisteme cu o capacitate de absorbţie superioară valorii de 1 m/s (valoare măsurată la marginea cuvei de lucru). Cel mai adesea în aceste circuite sunt montate detectoare de fum care întrerup funcţionarea maşinii dacă capacitatea de absorbţie este depăşită. În stadiul actual al dezvoltării maşinilor de eroziune electrică se utilizează două sisteme de bază de mecanisme de avans pentru maşinile de prelucrare cu electrod masiv: pentru maşini de dimensiuni reduse sau mijlocii se foloseşte sistemul electromecanic, cu

motoare de inerţie redusă, cu motoare pas-cu-pas şi cu servomotoare; pentru maşinile de dimensiuni foarte mari se recomandă acţionarea hidraulică a

avansului. Acţionarea cu motoare pas-cu-pas este deosebit de avantajoasă deoarece acest tip de motor necesită o interfaţă simplă pentru cuplarea la echipamentul comenzilor numerice. Într-un asemenea caz, pentru limitarea cursei este suficientă o programare a unui anume număr de paşi care, la un raport de transmitere determinat de construcţia mecanică, asigură o poziţionare care poate fi chiar mai precisă de 10-4 mm. Generatoarele de impulsuri se clasifică în funcţie de modul în care se declanşează amorsarea canalului de descărcare. Din punct de vedere funcţional, legat de amorsarea descărcării, există două variante de bază: generatoare dependente şi generatoare independente. În prima categorie sunt incluse generatoarele aşa numite de relaxare, cu circuite oscilante de tip RC. Acestea au fost primele generatoare care s-au utilizat în practica eroziunii electrice datorită, în principal, simplităţii lor. În prezent se mai utilizează doar pentru generatoarele de superfinisare şi în construcţia unor maşini cu electrod filiform. Generatoarele independente, la rândul lor, sunt de două tipuri de bază: generatoare de tip izoenergetic şi izopuls. Prima categorie include generatoarele la care descărcarea este declanşată de anumite condiţii atinse în spaţiul interelectrozi, însă toţi ceilalţi parametri electrotehnologici, cu excepţia tp, rămân aceeiaşi pe parcursul prelucrării. În general, cerinţele care se impun generatoarelor de impulsuri sunt următoarele: duratele impulsurilor şi pauzelor trebuie să asigure adaptarea la orice situaţie de

prelucrare concretă în raport cu piesa de prelucrat, privind condiţiile de material, viteză de prelucrare, precizie şi calitate a suprafeţei, pe scurt posibilitatea de alegere optimă a parametrilor electrotehnologici;

ca urmare a necesităţii de reglare a factorului de umplere în funcţie de caracterul

26

prelucrării, duratele de impuls, respectiv de pauză, trebuie să poată fi preselectate separat; generarea unor forme a impulsurilor care să asigure creşterea randamentului

descărcărilor; asigurarea unei ridicate acurateţe a formei impulsurilor, în special în domeniul duratelor

mici ale acestora; posibilitatea de lucru în regim aşa numit bipuls, care să ofere condiţii mai bune de

amorsare a canalului de descărcare;

U2.5.2. Maşini pentru prelucrări cu electrod filiform Particularităţile fenomenologice reclamate de utilizarea electrodului filiform, deşi nu foarte multe, conduc la o serie de cerinţe importante de ordin constructiv pentru maşinile din această categorie: utilizarea unui electrod filiform impune existenţa unui sistem de antrenare pentru fir

care, prin sarcinile sale, complică construcţia mecanică; folosirea unui dielectric care impune un sistem de purificare mai deosebit, cumulat cu

unul de deionizare; necesitatea asigurării deplasării piesei faţă de poziţia de referinţă a firului cu un sistem

automat, extrem de performant. La prelucrarea cu electrod filiform, descărcarea se produce între electrodul sculă - firul şi electrodul piesă, în prezenţa dielectricului injectat în spaţiul dintre electrozi. Firul metalic va avea o mişcare de avans care are rolul de a aduce în zona de eroziune electrod neuzat. Schematic, componenţa unui sistem pentru eroziune cu fir se poate urmări în figura 2.19:

Fig. 2.19

Electrodul 3 (în mod uzual o sârmă cu diametrul între 0,1 şi 0,3 mm) este derulat de pe rola 4 pe rola 5, cu o viteză dependentă de viteza de uzare a firului. Înaintea prelucrării, în

27

piesa de prelucrat P, se va practica o gaură 1 prin care se va introduce electrodul; apoi, conform cu programul înscris în calculatorul de proces se va genera, prin mişcarea după axele X şi Y a meselor de lucru, conturul 2. Schematic, în figura 2.20 se prezintă traseul firului de la rola debitoare 1 până la evacuarea sa. Maşina din figură este prevăzută cu un sistem de mărunţire a sârmei 4 după utilizare, astfel încât evacuarea deşeului (în containerul 5) să fie mai simplă. Pentru o corectă utilizare a firului, adică o erodare eficientă, sistemul de antrenare trebuie să asigure o viteză corespunzătoare a firului, adaptată uzării (prin rola 3), o ghidare perfectă (rolele 2) şi o forţă de tensionare adecvată (rolele 2a).

Fig. 2.20

Toate aceste condiţii, obligatorii pentru o funcţionare normală şi la un înalt grad de eficienţă, sunt urmărite şi corectate de sistemul de comandă (un calculator de proces sau un PC obişnuit).

Enumeraţi caracteristicile firului folosit la debitarea cu electrod filiform.

U2.6. Rezumat Prelucrarea prin eroziune electrică se bazează pe efectul eroziv al unor descărcări electrice sub formă de impulsuri, descărcări amorsate între un electrod sculă şi electrodul semifabricat. Principalele secvenţe cu ajutorul cărora se poate explica prelevarea de material sunt următoarele : constituirea unui câmp electric intens între vârfurile celor mai apropiate

asperităţi de pe cei doi electrozi ; iniţierea şi producerea unei descărcări electrice între vârfurile asperităţilor. Prin

canalul de plasmă aferent descărcării electrice, ionii formaţi vor circula între cei

28

doi electrozi ; apariţia şi evoluţia unui fenomen termic materializat printr-o încălzire

puternică şi rapidă a vârfurilor asperităţilor afectate de descărcare, încălzire ce determină topirea şi chiar vaporizarea unor mici cantităţi din materialele celor doi electrozi ;

iniţierea şi dezvoltarea unui fenomen preponderent mecanic, concretizat prin producerea unor microexplozii ce aruncă în mediul de lucru particulele detaşate din cei doi electrozi ;

îndepărtarea microparticulelor din zona de prelucrare ca urmare a circulaţiei lichidului dielectric.

Cele mai frecvente modalităţi de prelucrare prin eroziune electrică sunt cele cu electrod masiv sau cu electrod filiform. În acest sens au fost dezvoltate utilaje specifice celor două prelucrări.

U2.7. Test de autoevaluare a cunoştinţelor Bifaţi răspunsul sau răspunsurile corecte:

1. Prelucrarea electroerozivă se poate aplica pentru semifabricate confecţionate din: a) plastic c) lemn b) metal d) PVC

2. Distanţa dintre electrozi este cuprinsă între: a) 3 ... 5 cm c) 2 ... 20 mm b) 2 ... 2000 µm d) 2·10-3 ... 2 mm 3. Prelucrarea prin eroziune electrică poate fi: a) volumică c) cu cuţit b) cu sculă abrazivă d) cu fir 4. Diametrul firului folosit pentru debitare este: a) 1 mm c) 0,5 mm b) 0,025...0,33 mm d) 10-3 mm 5. Lichidul utilizat la prelucrarea electroerozivă este: a) dielectric c) electrolit b) izolator electric d) bun conducător de electricitate Răspunsuri: 1. b 2. b, d 3. a, d 4. b. 5. a, b.

29

Unitatea de învăţare U3. Prelucrarea prin eroziune electrochimică

Cuprins

U3.1. Introducere.......................................................................................................29 U3.2. Obiectivele unităţii de învăţare .........................................................................29 U3.3. Principiul prelucrării ........................................................................................29 U3.4. Caracteristici de prelucrare...............................................................................36 U3.5. Utilaje şi echipamente tehnologice ...................................................................39 U3.6. Rezumat...........................................................................................................43 U3.7. Test de evaluare a cunoştinţelor........................................................................44

Temă de control ..............................................................................................44

U3.1. Introducere În acest capitol este prezentată prelucrarea prin eroziune electrochimică, a doua ca răspândire din totalitatea procedeelor neconvenţionale dezvoltate până în prezent. La fel ca şi în cazul prelucrării electroerozive, şi în acest caz sunt prezentate principiul prelucrării electrochimice, echipamentele tehnologice utilizate, precum şi câteva aplicaţii industriale.

U3.2. Obiectivele unităţii de învăţare Unitatea de învăţare are ca obiectiv principal familiarizarea cursanţilor cu procedeul neconvenţional de prelucrare prin eroziune electrochimică. La sfârşitul acestei unităţi de învăţare cursanţii vor fi capabili să: descrie principiul prelucrării; descrie principalele modalităţi de prelucrare a semifabricatelor prin eroziune

electrochimică (cu depasivare hidrodinamică sau mecanică); descrie componentele unui utilaj de prelucrare prin eroziune electrochimică.

Durata medie de parcurgere a acestei unităţi de învăţare este de 4 ore.

U3.3. Principiul prelucrării

Prelucrarea dimensională prin eroziune electrochimică are la bază procesul de dizolvare anodică. Realizarea acestui proces este condiţionată de constituirea agentului eroziv. Pentru aceasta, obiectul prelucrării (piesa) este legat la anodul (+) unei surse de curent

30

continuu, iar obiectul de transfer la catodul (-) aceleiaşi surse. Între cei doi electrozi se introduce un electrolit, care, în prezenţa câmpului electric, generează o serie de procese fizice şi chimice, dintre care o parte duc la erodarea progresivă a obiectului prelucrării.

Fig. 3.1

O tensiune scăzută de 7…25 V este în general aplicată între cei doi electrozi menţinuţi la un mic interstiţiu unul faţă de celălalt (0,025…0,50 mm). Electrolitul (de regulă o soluţie de NaCl sau NaNO3) este forţat să curgă printre cei doi electrozi cu viteză mare (30…60 m/s) pentru a elimina produsele reziduale din zona de lucru. Ca urmare a acţiunii agentului eroziv, de pe suprafaţa obiectului prelucrării se detaşează particule sub formă de ioni ai metalului de prelucrat, care rămân în mediul de lucru sub formă de hidroxizi. Acţiunea agentului eroziv este dirijată doar spre obiectul prelucrării (piesă), asigurându-se astfel realizarea procesului de eroziune fără ca scula să se uzeze, ceea ce constituie un avantaj al prelucrării. În funcţie de gradul de complexitate, suprafeţele prelucrate prin eroziune electrochimică pot fi împărţite în suprafeţe frontale (simple) şi complexe (spaţiale). Suprafeţele frontale (simple) au secţiunea frontală constantă (fig. 3.2, a), în timp ce în cazul suprafeţelor complexe secţiunea frontală creşte de la o valoare minimă, la începutul prelucrării, la una maximă la terminarea prelucrării (fig. 3.2, b).

Fig. 3.2

31

Pentru prelucrarea suprafeţelor frontale, la care se cer pereţi verticali sau cu o înclinare foarte mică în exterior, se utilizează electrozi sculă ce lucrează numai cu suprafaţa frontală, fiind izolaţi pe părţile laterale. La prelucrarea suprafeţelor complexe se folosesc electrozi sculă neizolaţi care, la terminarea prelucrării, dizolvă material din toate zonele suprafeţei finale. În figura 3.3 sunt prezentate suprafeţe şi piese reprezentative pentru prelucrarea prin eroziune electrochimică. Suprafeţele a…h pot fi interioare sau exterioare, sub formă de locaşuri sau arbori, obţinute în materiale greu sau uşor prelucrabile prin procedee convenţionale.

Fig. 3.3

în figurile i si j sunt arătate două piese obţinute dintr-un aliaj termorezistent, în care sunt executate ferestre circulare, respectiv radiale.

figura k reprezintă o zală de lanţ pentru motociclete, formată din două bucăţi, asamblate printr-un profil complex, materialul în care se face prelucrarea fiind un oţel înalt aliat.

Toate suprafeţele prezentate mai sus pot fi considerate frontale, electrozii sculă fiind izolaţi pe suprafeţele laterale, interioare sau exterioare.

suprafeţele prezentate în figurile l, m si n sunt suprafeţe complexe sferice, conice sau cilindrice cu axă orizontală. Ele se obţin eficient în special când acestea se execută în materiale greu prelucrabile prin aşchiere.

32

în figura p este prezentată o gravură, executată într-o matriţă folosită la obţinerea de coturi prin operaţii de matriţare.

figura r reprezintă o piesă din domeniul medical, executată dintr-un aliaj pe bază de crom, ce se utilizează ca înlocuitor a unei articulaţii osoase la şold.

piesele din figurile s şi t reprezintă forme utilizate în industria alimentară în fabricaţia diferitelor tipuri de fursecuri.

În mod obişnuit, eroziunea electrochimică este însoţită de un proces mai intens sau mai slab de pasivare a suprafeţei electrozilor, ceea ce provoacă o frânare a procesului de dizolvare anodică. Pentru asigurarea continuităţii eroziunii trebuie luate măsuri de activare permanentă a suprafeţelor utile ale electrozilor. Depasivarea se poate realiza natural sau forţat pe cale chimică, hidrodinamică, mecanică cu corp solid sau electrică, după cum urmează :

depasivarea naturală este realizată prin degajările de gaze şi prin dizolvare; depasivarea chimică constă în introducerea în mediul de lucru a unor agenţi chimici cu

rol de îndepărtare a stratului pasiv; depasivarea hidrodinamică se realizează prin circularea forţată a electrolitului în

interstiţiul de lucru; depasivarea mecanică este asigurată printr-o acţiune mecanică a unui corp solid care

freacă suprafeţele electrozilor; depasivarea electrică se realizează prin schimbarea periodică a polarităţii electrozilor.

U3.3.1. Procese în spaţiul de lucru elementar

Dacă se aplică o tensiune continuă pe cei doi electrozi aflaţi într-un electrolit, atunci circuitul electric între anod şi catod se închide prin intermediul electrolitului (fig. 3.4) Trecerea curentului este asigurată de ionii moleculelor disociate ai soluţiei de electrolit.

Fig. 3.4

33

Soluţia de clorura de sodiu se disociază în anioni de Cl- şi OH- şi cationi de Na+ şi H+. Anionii de Cl reacţionează cu materialul metalic al anodului şi formează compuşi intermediari (cloruri) :

Me+ + Cl- MeCln Cationii de sodiu reacţionează cu apa şi formează hidraţi de forma :

2Na+ + 2H2O = 2NaOH + H2 ↑ care la rândul lor reacţionează cu clorurile metalice formate şi dau naştere la hidraţi metalici care sunt eliminaţi :

NaOH + MeCln Me(OH)n ↓ în care n reprezintă valenţa metalului de la anod. Ionii aflaţi în soluţie reacţionează între ei formând în final hidroxidul de fier, Fe(OH)2, care rămâne în electrolit, iar la catod se va degaja hidrogenul H2.

U3.3.2. Procese în spaţiul de lucru tehnologic În procesul de prelucrare dimensională prin eroziune electrochimică, cel mai adesea, energia de efect este transmisă obiectului prelucrării în regim continuu prin intermediul unor zone de interacţiune cu caracter de suprafaţă. Această energie este transferată şi localizată pe obiectul prelucrării de către obiectul de transfer prin agentul eroziv. Zona activă dintre obiectul de transfer şi obiectul prelucrării constituie spaţiul sau interstiţiul de lucru tehnologic.

Fig. 3.5

Celula electrochimică este formată din cuva 1 cu electrolit, în care este introdus metalul de prelucrat 2, legat la polul pozitiv al unui generator de curent continuu 3, şi un alt metal 4, legat la polul negativ. Datorită forţei electromotoare a sursei de curent, între anod şi catod, prin intermediul electrolitului, se închide un circuit electric. Transportul curentului se face de către ionii

34

moleculelor disociate ale soluţiei de electrolit, care, sub influenţa câmpului electric, se deplasează spre electrozii cu sarcini contrarii. Cantitatea de metal P, dizolvată de pe anod în timpul prelucrării este dată de legea lui Faraday :

qKdtIKP

în care : K = echivalentul electrochimic al metalului ce se prelucrează ; I = intensitatea curentului ce trece prin soluţie ; q = cantitatea de electricitate ce trece prin soluţie Dacă echivalentul electrochimic K se exprimă în funcţie de echivalentul gram m, relaţia devine :

qFmP

unde F = cantitatea de electricitate necesară pentru dizolvarea unui echivalent gram (F = 96.500 C). La prelucrarea electrochimică interesează în special volumul V de metal dizolvat :

qF

mPV

în care : ρ = densitatea metalului dizolvat. În continuare se notează cu Vsp volumul specific de material dizolvat, care este dat de relaţia :

FmVsp

Dacă se ţine cont că nu toată cantitatea de electricitate furnizată de generator participă efectiv la dizolvarea metalului, în calcule intervine şi randamentul de curent η. Volumul de material îndepărtat devine în acest caz :

tIVV sp

Notând cu Vef volumul efectiv de material îndepărtat, calculabil cu relaţia : spef VV

volumul total devine : tIVV ef

Conform legii lui Ohm, care se poate aplica şi conductoarelor ionice, se poate scrie că :

RUI L

unde : UL = căderea de tensiune în electrolit ; R = rezistenţa electrolitului în interstiţiul de lucru. R se poate calcula cu relaţia :

AsR

35

în care : s = distanţa dintre electrozi (interstiţiul de lucru); κ = conductibilitatea soluţiei de electrolit; A = suprafaţa frontală a electrozilor. În aceste condiţii se poate scrie:

ts

AUVV Lef

În timpul de lucru dt se dizolvă metal pe o adâncime ds, volumul dizolvat fiind : dV = A·ds. Se poate scrie că :

dts

AUVdsAdV Lef

Derivând relaţia lui V în funcţie de timp se obţine :

sAUV

dtdsA L

ef

Notând cu vA = ds/dt = viteza de prelucrare = viteza de dizolvare a metalului, vom obţine :

sVU

v efLA

La prelucrarea unui anumit material, folosind o tensiune constantă şi un electrolit cu o concentraţie şi temperatură de lucru dată, mărimile UL, κ, şi Vef rămân constante. Rezultă aşadar că :

sCvA ; C = constantă

adică viteza de prelucrare este invers proporţională cu mărimea interstiţiului de lucru dintre cei doi electrozi. Dacă cei doi electrozi sunt ficşi (imobili), rezultă faptul că în timp, interstiţiul dintre ei se măreşte, iar viteza de prelucrare scade. Mărimea interstiţiului, în funcţie de timpul de prelucrare, se poate determina pornind de la relaţia :

sAUV

dtdsA L

ef

sau :

dtVUdss efL

Integrând această ecuaţie rezultă :

1

2

2CtVUs

efL

Pentru determinarea constantei de integrare C1 se pun condiţiile iniţiale : la t = 0 s = si C1 = si

2/2 Evoluţia în timp a interstiţiului de lucru devine :

tVUss efLi 22

Reprezentarea grafică a relaţiei de mai sus este :

36

Fig. 3.6

În funcţie de interstiţiul iniţial si care se adoptă la valoarea minimă ce evită scurtcircuitarea, se determină timpul de prelucrare.

Să se scrie reacţiile chimice care au loc la prelucrarea unui semifabricat confecţionat din oţel, electrolitul folosit fiind o soluţie apoasă de NaCl..

Prezentaţi procesele care au loc în spaţiul de lucru tehnologic (descrierea celulei electrochimice, calculul vitezei de prelucrare vA şi relaţia interstiţiului de lucru s).

U3.4. Caracteristici de prelucrare

La prelucrarea prin eroziune electrochimică hidrodinamică folosind procedeul de generare prin copiere, în cadrul operaţiilor de perforare, decupare, adâncire şi debavurare, datorită valorii reduse a interstiţiului de lucru şi a densităţii mari de curent, electrolitul trebuie să circule cu viteză ridicată şi cât mai constantă pe toată suprafaţa prelucrată, atât pentru realizarea procesului de eroziune, cât şi în vederea activării suprafeţei prelucrate. Pentru evitarea fenomenului de cavitaţie trebuie să se realizeze o contrapresiune la ieşirea electrolitului din interstiţiul de lucru. Această contrapresiune p2 depinde de presiunea de intrare p1 şi de prelucrarea realizată :

la prelucrarea orificiilor şi a suprefeţelor plane: p2 = (0,3…0,5) p1

la prelucrarea muchiilor frontale rotunjite în condiţiile unei viteze de avans de 2…3 mm/min:

p2 = (0,2…0,25) p1 la prelucrarea orificiilor conice cu viteza de avans de 6…10 mm/min :

p2 = (0,1…0,15) p1 Pentru localizarea procesului de eroziune trebuie să se asigure catodului (sculei) o anumită formă bine determinată, care să ţină seama atât de suprafaţa de prelucrat, cât şi de

37

materialul piesei, de electrolitul folosit şi de caracteristicile regimului de prelucrare. În figura de mai jos se prezintă modul în care influenţează obiectul de transfer şi electrolitul forma suprafeţei prelucrate :

Fig. 3.7

Folosirea electroliţilor pasivizanţi şi localizarea procesului eroziv prin subtăierea catodului şi izolarea acestuia pe suprafeţele laterale asigură o bună copiere a formei şi precizii ridicate. Performanţele limită obţinute pentru precizia de prelucrare sunt ilustrate în figura 3.8 :

Fig. 3.8

Circulaţia electrolitului se poate realiza în două moduri : prin interiorul electrodului sculă sau de la exteriorul acestuia :

Fig. 3.9

38

În cazul alimentării prin interiorul electrodului sculă se poate reprezenta grafic evoluţia presiunii electrolitului în interstiţiu :

Fig. 3.10 Fig. 3.11 Se constată că presiunea statică minimă ia naştere la intrarea în interstiţiul de lucru şi creşte apoi până la nivelul presiunii din cuva de lucru. În cazul alimentării de la exteriorul electrodului sculă, graficul de evoluţie a presiunii electrolitului în interstiţiu este cel din figura 3.11. În acest caz condiţiile de curgere a electrolitului sunt mai bune decât în cazul anterior, presiunea statică minimă fiind de

daN/cm2 4 , iar variaţia presiunii statice având loc într-un singur sens. În figura 3.12 este redat un dispozitiv de prelucrare prin eroziune electrochimică hidrodinamică la care circulaţia electrolitului se poate realiza în ambele modalităţi prezentate mai sus. Acest dispozitiv a fost executat în cadrul Catedrei de Inginerie economică şi sisteme de producţie din Universitatea Transilvania Braşov.

Fig. 3.12

39

Cuva 1 se centrează pe portelectrodul 2 şi se strânge pe suprafaţa frontală a matriţei M de către bridele 3. Se folosesc trei bride, amplasate la 120º una faţă de alta, pentru a se obţine o strângere uniformă. Electrolitul este introdus prin orificiul central al electrodului sculă 4, trece prin interstiţiul de lucru şi ajunge în camera de contrapresiune, de unde prin orificiile radiale şi verticale din portelectrodul 2 pătrunde în orificiul circular din bucşa de colectare 5. Din orificiul circular, electrolitul este trimis la rezervor printr-un ventil de presiune ce reglează presiunea de ieşire la valoarea de calcul de 4 daN/cm2. Pentru asigurarea unor pierderi de presiune reduse în circuitul electrolit, au fost stabilite opt orificii verticale în portelectrodul 2, având diametrele de 10 mm. Etanşarea cuvei se obţine cu o garnitură de tip manşetă care se montează la partea superioară a acesteia şi se deformează sub acţiunea electrolitului aflat sub presiune. Celelalte etanşări se obţin cu garnituri toroidale tip O. Piesa M şi elementele ce contribuie la fixarea cuvei de lucru sunt amplasate pe placa de bază 6, izolată electric de structura de rezistenţă a maşinii prin placa izolatoare 7. Utilizarea acestui dispozitiv de prelucrare permite schimbarea uşoară a piesei după prelucrare şi o reglare rapidă a electrodului sculă la prelucrarea unei alte tipodimensiuni de matriţă.

Să ne reamintim...

Prelucrarea dimensională prin eroziune electrochimică are la bază procesul de dizolvare anodică. Pentru aceasta, obiectul prelucrării (piesa) este legat la anodul (+) unei surse de curent continuu, iar obiectul de transfer la catodul (-) aceleiaşi surse. Între cei doi electrozi se introduce un electrolit, care, în prezenţa câmpului electric, generează o serie de procese fizice şi chimice, dintre care o parte duc la erodarea progresivă a obiectului prelucrării. În funcţie de gradul de complexitate, suprafeţele prelucrate prin eroziune electrochimică pot fi împărţite în suprafeţe frontale (simple) şi complexe (spaţiale).

U3.5. Utilaje şi echipamente tehnologice Maşinile de prelucrat prin eroziune electrochimică se pot clasifica, la fel ca şi procedeele de prelucrare, după modul în care se realizează depasivarea, după modul de generare a suprafeţei şi după operaţia realizată. Pentru fiecare clasă de maşini există o varietate mare de subclase, legate atât de puterea instalată, cât şi de unele funcţionalităţi specifice.

40

U3.5.1. Maşini de prelucrat electrochimic cu depasivare hidrodinamică Cele mai complexe utilaje sunt acelea care lucrează prin depasivare hidrodinamică, ele având puteri instalate mari. Schema bloc a unui astfel de utilaj este prezentată în figura 3.13 :

Fig. 3.13

Maşina dispune de o cameră de lucru închisă, care împiedică răspândirea electrolitului pompat la o presiune ridicată (circa 20 bar). Datorită acestei presiuni, batiul maşinii trebuie să aibă o rigiditate mare, astfel încât precizia de prelucrare şi stabilitatea procesului de eroziune să nu fie influenţate negativ de forţele mari care apar în sistem. Camera de lucru dispune de un ventilator, al cărui debit trebuie astfel dimensionat încât să nu permită creşterea concentraţiei de hidrogen peste 2 %. Sistemul de curăţire a electrolitului trebuie să asigure o concentraţie volumică în hidroxid mai mică de 5 %. Deoarece prelucrarea electrochimică hidrodinamică se realizează la interstiţii mici, de ordinul zecimilor sau chiar sutimilor de milimetru, filtrul F va fi astfel dimensionat încât să reţină toate particulele cu dimensiuni apropiate de dimensiunea interstiţiului de lucru. Acestea se construiesc frecvent din site cu ochiuri de 25…75 µm. Capacitatea rezervorului pentru electrolit se alege astfel încât să asigure de 5…10 ori debitul pompei P. Sistemul de termostatare a electrolitului trebuie să asigure menţinerea acestuia în limitele temperaturii de lucru optime, cu o precizie de ± 1ºC. Temperatura optimă a electrolitului este cuprinsă între 20..60ºC, funcţie de natura acestuia. Pentru asigurarea continuităţii procesului de prelucrare, aceste maşini dispun de sisteme de avans cu acţionare electromecanică, electrohidraulică, hidraulică etc., care folosesc ca mărime de comandă fie căderea de tensiune pe interstiţiul de lucru, fie intensitatea curentului electric sau căderea de presiune pe interstiţiul de lucru.

41

Caracteristicile de bază ale acestor sisteme sunt următoarele : viteze mici de avans : 0…15 mm/min ; inerţie redusă ; posibilitatea realizării unor forţe mari de avans, proporţionale cu presiunea

electrolitului şi suprafaţa de prelucrare. Sursa de alimentare cu energie electrică este, de obicei, un redresor, care poate avea tensiunea stabilizată şi un reglaj continuu al acesteia. Datorită valorii mici a grosimii interstiţiului de lucru, există pericolul apariţiei scurtcircuitului, care are efecte negative asupra spaţiului de lucru şi asupra instalaţiei. Pentru evitarea acestei situaţii, maşina se echipează cu dispozitive de protecţie la scurtcircuit, ultrarapide, capabile să întrerupă circuitul în câteva microsecunde. În figura 3.14 se prezintă o vedere a maşinii de prelucrat electrochimic MEC-05, realizată în cadrul Catedrei de Inginerie economică şi sisteme de producţie a Universităţii Transilvania din Braşov.

Fig. 3.14

Principalele ei componente sunt următoarele : 1. batiu 9. sanie longitudinală 2. montant 12. motoreductor 3. cuva de lucru 13. pupitru de comandă 5. mecanism hidromecanic de avans 17. rezervor pentru electrolit 6. placă port electrod-sculă 18. schimbător de căldură 7. sanie transversală 19. dispozitiv de reglare a pH-ului 8, 10. roţi de mână A = maşina propriu-zisă ; B = sursa de curent continuu ; E = tabloul electric de comandă.

42

U3.5.2. Maşini de prelucrat electrochimic cu depasivare mecanică Prelucrarea prin eroziune electrochimică mecanică se realizează pe maşini cu scheme bloc ca cea din figura 3.15 : EA

Fig. 3.15

Se evidenţiază aici, ca şi particularitate, prezenţa elementului de activare EA, fie separat de obiectul de transfer, fie făcând corp comun cu acesta. Elementul de activare exercită o anumită presiune asupra obiectului prelucrării şi o mişcare relativă în raport cu aceasta, asigurând îndepărtarea stratului pasiv. El nu este inclus în circuitul electric. În figura de mai jos se exemplifică prelucrarea prin eroziune electrochimică mecanică în cadrul operaţiei de lustruire :

Fig. 3.16

Catodul execută o mişcare de rotaţie şi de translaţie în raport cu obiectul prelucrării,

iar elementul de activare apasă cu o presiune de 0,5…1,5 bari. Viteza de lustruire este

cuprinsă între 2 şi 5 m/s.

43

Pentru realizarea prelucrărilor complexe, utilajele destinate eroziunii electrochimice mecanice cuprind elementele de bază necesare realizării cinematicii specifice operaţiei. Un astfel de exemplu este rectificarea necesară ascuţirii sculelor aşchietoare armate cu plăcuţe din carburi metalice. Pentru această operaţie se utilizează maşini foarte asemănătoare cu cele convenţionale de ascuţit, având însă suplimentările necesare realizării eroziunii electrochimice (fig. 3.17).

Fig. 3.17

Ascuţirea electrochimică se realizează cu lichide pasivizante, iar datorită faptului că activarea este obţinută simultan cu componenta mecanică, abrazivă, de prelucrare, electrolitul este adus în zona de lucru la joasă presiune, printr-un ajutaj exterior. Generatorul de curent continuu este de joasă tensiune (< 10 V), iar în funcţie de suprafaţa maximă prelucrată se alege intensitatea curentului pe care acesta trebuie să o asigure (200…2000 A). Obiectul de transfer este construit sub formă de disc metalic, diamantat pe suprafaţa lui activă. Datorită vitezei periferice ridicate a discului, electrolitul este pulverizat sub formă de ceaţă, iar pentru a evita împrăştierea lui, se foloseşte un sistem exhaustor.

Faceţi o comparaţie între prelucrarea electrochimică cu depasivare hidrodinamică şi cea cu depasivare mecanică.

U3.6. Rezumat Prelucrarea prin eroziune electrochimică a semifabricatelor presupune existenţa unui proces de schimb de sarcini şi de masă între anod, catod şi lichidul de lucru de tip electrolit, semifabricatul fiind conectat la polul pozitiv al unei surse de curent continuu. Evoluţia procesului de dizolvare anodică conduce la trecerea treptată, în soluţia de electrolit, a unei cantităţi din materialul semifabricatului. Viteza de erodare a materialului semifabricatului este invers proporţională cu mărimea interstiţiului de

44

lucru, ceea ce face necesară imprimarea unei mişcări de avans a electrodului sculă menită să menţină constantă grosimea interstiţiului. În funcţie de modalitatea concretă de înlăturare a stratului pasiv de pe electrozi, utilajele de prelucrare cel mai des folosite sunt cele de tip hidrodinamic şi cele mecanice.

U3.7. Test de evaluare a cunoştinţelor Bifaţi răspunsul sau răspunsurile corecte:

1. Prelucrarea electrochimică se poate aplica pentru semifabricate confecţionate din: a) plastic c) lemn b) metal d) PVC

2. Distanţa dintre electrozi este cuprinsă între: a) 3 ... 5 cm c) 2 ... 20 mm b) 0,025…0,50 mm d) 2·10-3 ... 2 mm 3. Electrodul care se dizolvă în timpul prelucrării este: a) catodul c) anodul b) polul + d) polul - 4. Concentraţia maximă de hidrogen în spaţiul de lucru este de: a) 8 % c) 50 % b) 20% d) 2 % 5. Lichidul utilizat la prelucrarea electrochimică este: a) dielectric c) electrolit b) izolator electric d) bun conducător de electricitate

Temă de control Să se întocmească un studiu comparativ privind prelucrările prin eroziune electrică, respectiv electrochimică.

45

Unitatea de învăţare U4. Prelucrarea prin eroziune magneto-abrazivă

Cuprins

U4.1. Introducere.......................................................................................................45 U4.2. Obiectivele unităţii de învăţare .........................................................................45 U4.3. Principiul prelucrării ........................................................................................46 U4.4. Caracteristici generale ale eroziunii magneto-abrazive .....................................47 U4.5. Clasificarea metodelor de prelucrare prin eroziune magneto - abrazivă.............48 U4.6. Materiale utilizate ca medii de lucru.................................................................50 U4.7. Principii de proiectare a sistemului de lucru .....................................................51 U4.8. Instalaţii de prelucrare prin eroziune magneto - abrazivă ..................................56 U4.9. Combinarea eroziunii magneto - abrazive cu alte procedee de prelucrare..........63 U4.10. Rezumat.........................................................................................................63 U4.11. Test de autoevaluare a cunoştinţelor ...............................................................64

U4.1. Introducere Acest capitol prezintă prelucrarea de finisare a suprafeţelor semifabricatelor cu ajutorul unor medii de lucru cu proprietăţi concomitent abrazive şi magnetice. Este vorba despre un procedeu de prelucrare aflat la graniţa dintre convenţional şi neconvenţional. Sunt prezentate în continuare principiul prelucrării, caracteristicile acesteia, precum şi instalaţiile de lucru utilizate.

U4.2. Obiectivele unităţii de învăţare Unitatea de învăţare are ca obiectiv principal familiarizarea cursanţilor cu procedeul neconvenţional de prelucrare prin eroziune magneto-abrazivă. La sfârşitul acestei unităţi de învăţare cursanţii vor fi capabili să: descrie principiul prelucrării; prezinte materialele de lucru folosite; descrie principalele modalităţi de prelucrare a semifabricatelor prin eroziune

magneto-abrazivă; descrie componentele unui utilaj de prelucrare prin eroziune magneto-abrazivă.

Durata medie de parcurgere a acestei unităţi de învăţare este de 5 ore.

46

U4.3. Principiul prelucrării Prelucrarea suprafeţelor prin eroziune magneto - abrazivă se realizează cu ajutorul unor medii de lucru cu proprietăţi concomitent magnetice şi abrazive, liantul granulelor constituindu-l câmpul magnetic. Mediile de lucru utilizate sunt pulberile magneto - abrazive, în diferite compoziţii şi concentraţii, care formează aşa - numitele "perii magneto - abrazive " sau "scule magneto - abrazive" . Procedeul de prelucrare magneto - abraziv se bazează pe capacitatea unui câmp magnetic de a menţine mediul de lucru (ML) între cele două componente esenţiale ale sistemului tehnologic:

obiectul de transfer (OT), alcătuit din polii sistemului magnetic şi obiectul de prelucrat (OP) sau piesa de finisat.

Pentru ca îndepărtarea de material să fie posibilă, este necesar ca între cele două componente să existe o mişcare relativă (de rotaţie şi/sau translaţie). Principiul finisării magneto - abrazive a unor suprafeţe de revoluţie sau plane este prezentat în figura 4.1:

Fig. 4.1

Pentru finisarea unei suprafeţe este necesară cel puţin o mişcare de lucru, rotaţiile sau deplasările liniare putând fi efectuate de către obiectul de transfer, obiectul de prelucrat sau de către ambele componente ale sistemului. Datorită mişcărilor imprimate piesei şi/sau polilor magnetici, precum şi caracteristicilor câmpului magnetic, forţele rezultante conduc la îndepărtarea de material sub formă de aşchii. Din acest motiv, eroziunea magneto - abrazivă este considerată a fi o componentă a metodelor tehnologice de prelucrare dimensională cu modificare de masă, bazată pe acţiuni de rupere (dezmembrare) a substanţei, la care adaosul de prelucrare este îndepărtat sub formă de aşchii.

Pol magnetic

Semifabricat

Semifabricat Pol magnetic

Granule magneto-abrazive

47

Formarea "periei magneto - abrazive" este determinată de orientarea granulelor de-a lungul liniilor de forţă magnetică care iau naştere între obiectul de transfer şi cel de prelucrat (fig. 4.2):

Fig. 4.2

În cazul în care obiectul de prelucrat execută o mişcare de rotaţie, zona de lucru poate fi împărţită convenţional în trei subzone: de intrare (I), medie (M) şi de ieşire (E). În spaţiul central de lucru (M), fluxul magnetic are o distribuţie aproximativ uniformă, concentrându-se pe măsura apropierii de suprafaţa piesei. În zona (E), de ieşire din interstiţiu, există posibilitatea ca datorită mişcării de rotaţie a obiectului de prelucrat, unele particule magneto - abrazive să fie expulzate din masa "periei" şi să migreze către polul opus. Această deplasare asigură o continuă amestecare a granulelor, o schimbare a orientării acestora, ceea ce are ca efect aducerea în contact cu obiectul de prelucrat a unor noi muchii aşchietoare.

U4.4. Caracteristici generale ale eroziunii magneto - abrazive Eroziunea magneto - abrazivă face parte din categoria metodelor tehnologice de prelucrare dimensională situată la graniţa dintre procedeele convenţionale şi cele neconvenţionale. Caracterul convenţional al prelucrării este dat de modalitatea prin care se îndepărtează adaosul de prelucrare (aşchiere cu granule abrazive), iar cel neconvenţional derivă din tipul de energie (magnetică) introdusă în zona de lucru. Spre deosebire de metodele convenţionale de prelucrare prin aşchiere, la finisarea magneto - abrazivă acţiunea erozivă nu este condiţionată de contactul direct al obiectului de transfer cu cel de prelucrat, ea fiind realizată prin intermediul agentului eroziv, generat şi întreţinut în zona de lucru. Principalele caracteristici care definesc eroziunea magneto - abrazivă sunt următoarele:

48

energia introdusă în zona de lucru determină procese elementare cu caracter continuu, progresiv şi cumulativ;

se poate realiza copierea formei spaţiale a obiectului de transfer în obiectul supus prelucrării;

solicitările mecanice la care sunt supuse componentele instalaţiilor de prelucrare sunt reduse;

este posibilă automatizarea complexă a proceselor de prelucrare. Prelucrarea pieselor prin eroziune magneto - abrazivă se bazează pe numeroasele avantaje pe care le prezintă:

este prezent fenomenul de "autoascuţire" permanentă a "periei magneto - abrazive", prin faptul că muchiile uzate ale granulelor se reorientează continuu;

nu apare fenomenul de "îmbâcsire", caracteristic corpurilor abrazive (pietre de rectificat, de polizor etc);

duritatea "periei magneto - abrazive" poate fi uşor reglată, între anumite limite, în funcţie de natura materialului obiectului de prelucrat;

se pot prelucra cu uşurinţă alezaje cu diametre foarte mici, prin utilizarea unor pulberi magneto - abrazive cu o granulaţie fină;

datorită forţelor care apar în timpul prelucrării, tensiunile remanente au valori reduse.

Acestui tip de prelucrare îi sunt caracteristice şi câteva dezavantaje, care nu anulează însă eficienţa şi utilitatea procedeului:

în urma prelucrării rezultă un câmp magnetic remanent; obţinerea unor pulberi cu caracteristici concomitent abrazive şi magnetice

presupune o tehnologie complexă; procedeul nu poate fi aplicat unor piese cu dimensiuni prea mari datorită

complexităţii utilajelor necesare. Prelucrarea prin eroziune magneto - abrazivă, prin performanţele pe care le realizează din punctul de vedere al calităţii suprafeţelor şi al preciziei dimensionale şi geometrice, se încadrează în categoria procedeelor de superfinisare. Performanţele obţinute sunt apropiate sau chiar superioare celor realizate prin lepuire sau vibronetezire.

U4.5. Clasificarea metodelor de prelucrare prin eroziune magneto - abrazivă Prelucrarea prin eroziune magneto - abrazivă poate fi realizată în foarte multe moduri şi aceasta datorită gabaritului diferit al pieselor şi a varietăţii formelor geometrice ale suprafeţelor care urmează să fie finisate. Din acest motiv, se impune o clasificare a principalelor metode de prelucrare după trei criterii:

A. după forma suprafeţei prelucrate;

49

B. după componentele sistemului de prelucrare care execută mişcările de lucru; C. după tipul inductorului magnetic.

A. În funcţie de forma suprafeţei prelucrate, eroziunea magneto - abrazivă se poate aplica la finisarea (fig. 4.3):

suprafeţelor plane; suprafeţelor de revoluţie exterioare; suprafeţelor de revoluţie interioare; suprafeţelor complexe.

Fig. 4.3

B. Mişcările necesare prelucrării complete a unei piese pot fi realizate de către: obiectul de prelucrat (OP), câmpul magnetic rămânând fix; obiectul de transfer (OT), câmpul magnetic fiind mobil; atât de către OP, cât şi de către OT, câmpul magnetic fiind, de asemenea, mobil

(fig. 4.4).

Fig. 4.4

50

C. Îndepărtarea adaosului de prelucrare se obţine prin introducerea în zona de lucru, din exterior, a unei cantităţi de energie. Acest lucru se realizează cu ajutorul inductoarelor magnetice, care pot fi:

de curent continuu; de curent alternativ monofazat sau trifazat; cu magneţi permanenţi reglabili sau nereglabili; combinate.

Explicaţi modalitatea îndepărtării adaosului de prelucrare prin eroziune magneto-

abrazivă (principiul prelucrării).

U4.6. Materiale utilizate ca medii de lucru

Obiectul de transfer (OT) şi obiectul de prelucrat (OP) sunt separate între ele de către mediul de lucru (ML), numit şi pulbere magneto - abrazivă. Pulberea este constituită din foarte multe granule cu proprietăţi feromagnetice sau din particule abrazive înglobate într-o matrice solidă sau lichidă, cu calităţi feromagnetice. Alegerea unui anumit mediu de lucru este condiţionată, în primul rând, de natura materialului din care este confecţionat obiectul de prelucrare. Astfel, duritatea granulelor abrazive care intră în componenţa mediilor de lucru trebuie să fie superioară celei a materialului care urmează să fie prelucrat. Un alt criteriu după care sunt selectate mediile de lucru este calitatea suprafeţelor prelucrate, în funcţie de aceasta stabilindu-se granulaţia abrazivilor folosiţi. Forma suprafeţelor prelucrate, gradul lor de complexitate, impun alegerea unui anumit purtător (matrice) a granulelor abrazive. Astfel, la prelucrarea suprafeţelor simple, granulele sunt înglobate într-o matrice feromagnetică solidă, iar în cazul unor suprafeţe complexe (interioare de mici dimensiuni, piese cu pereţi subţiri etc.), abrazivul se află în suspensie într-un ferofluid. Materialele recomandate pentru constituirea mediilor de lucru se împart în mai multe categorii: granulele feromagnetice, obţinute din materiale cu

proprietăţi concomitent abrazive şi magnetice. Cele mai des utilizate materiale de acest tip sunt feroborul, ferowolframul şi fonta dură.

granulele compozite (fig. 4.5), alcătuite dintr-o matrice cu proprietăţi feromagnetice care înglobează mai multe particule abrazive.

Fig. 4.5

51

Dimensiunile granulelor compozite sunt de ordinul D = 100...200 m, iar cele ale articulelor abrazive: d = 5...30 m. Principalele materiale din care sunt confecţionate granulele compozite sunt cuprinse în tabelul 4.1 :

Tabelul 4.1

Matricea feromagnetică Materialul abraziv

Al2O3 (10...20 %) TiC (15 %)

Fe WC (20 %) Cr3C2 (20...30 %) ZrC (10...20 %) diamant

suspensii abrazive, la care granulele sunt imersate într-un ferofluid. Utilizarea ferofluidelor

este recomandată la finisarea suprafeţelor interioare de mici dimensiuni sau a celor greu accesibile, datorită proprietăţii acestor lichide de a uda toate suprafeţele şi de a fi poziţionate şi menţinute exact când şi unde este necesar, prin crearea, din exterior, a unui câmp magnetic. Ferofluidele (sau lichidele magnetice) sunt dispersii de particule magnetice de foarte mici dimensiuni într-un lichid de bază (uzual apă, petrol, siliconi). Fiecare particulă coloidală aflată în lichid reprezintă un mic magnet permanent, care tinde să se alinieze după direcţia câmpului magnetic exterior. Datorită dimensiunilor lor reduse (aproximativ 100 Å), precum şi datorită agitaţiei termice moleculare, particulele magnetice sunt într-o permanentă mişcare, ceea ce împiedică sedimentarea lor. O proprietate importantă a ferofluidelor este aceea că menţin în stare de levitaţie corpurile confecţionate din materiale nemagnetice.

Prin introducerea într-un ferofluid a unor granule abrazive confecţionate din Al2O3, TiC sau Cr3C2, se obţin medii de lucru optime pentru finisarea suprafeţelor complexe.

U4.7. Principii de proiectare a sistemului de lucru U4.7.1. Sistemul de forţe care acţionează asupra mediului de lucru

În cazul prelucrării prin eroziune magneto - abrazivă, fiecare granulă care intră în componenţa mediului de lucru este prevăzută cu muchii tăietoare care detaşează aşchii de dimensiuni foarte mici (micronice). Scula, sau "peria magneto - abrazivă", este formată dintr-un mare număr de asemenea granule, care au o dispunere aleatoare şi unghiuri de aşezare şi de degajare frecvent negative.

52

Iniţial, granula alunecă pe suprafaţa de prelucrat cu frecări mari, rezultând astfel o forţă radială importantă. În continuare, atunci când această forţă depăşeşte limita de curgere a materialului obiectului de prelucrat OP, granula pătrunde în acesta şi începe detaşarea aşchiei. Lungimea porţiunii de alunecare depinde de gradul de uzare al muchiei tăietoare şi de proprietăţile fizice şi mecanice ale materialului de prelucrat. Literatura de specialitate descrie câteva modele fizice prin care se ilustrează mecanismul prelucrării magneto - abrazive. Unul dintre cele mai complete modele este cel prezentat de I. M. Baron, care consideră că asupra fiecărei granule în parte acţionează un complex de forţe de origine electromagnetică şi mecanică. Forţa rezultantă FR este de forma:

F F F F F F F FR med ms em g i c fr ( . )41

unde: Fmed = forţa magnetică medie ce acţionează asupra granulelor; Fms = forţa magnetică suplimentară dintre granule; Fem = forţa electromagnetică dintre piesă şi granule; Fg = forţa de gravitaţie a granulelor; Fi = forţa de inerţie a granulelor faţă de mişcările piesei; Fc = forţa centrifugală, datorată rotaţiei piesei; Ffr = forţa de frecare între granule şi aer.

Sistemul celor mai importante forţe care apar la contactul dintre o granulă şi piesa de prelucrat este prezentat în figura 4.6:

Fig. 4.6

Mişcarea de rotaţie a piesei cu turaţia n tinde să disloce granulele din "peria magneto - abrazivă" prin apariţia forţei periferice FP. Acesteia i se opune forţa de frecare Ff, mărimea ei fiind dependentă de valoarea forţei cu care câmpul magnetic apasă granulele pe suprafaţa piesei de prelucrat. Relaţia de dependenţă este:

F F Ff med y ( ) ( . )4 2

unde: = coeficientul de frecare stabilit între granule şi obiectul de prelucrat; Fmed = forţa medie de apăsare generată de câmpul magnetic; Fy = componenta radială a forţei de aşchiere.

53

Datorită razei de ascuţire a granulei, de acelaşi ordin de mărime cu grosimea aşchiei, componenta radială Fy are valoarea:

F K Fy p ( . )4 3

în care coeficientul K are valori cuprinse între 1,5 şi 3. Cunoscută fiind forţa cu care granulele tind să fie expulzate din mediul de lucru (Fp), se poate calcula forţa pe care trebuie să o dezvolte câmpul magnetic:

F F Kmed p

1 4 4

( . )

Forţa Fmed este, de asemenea, proporţională cu gradientul câmpului magnetic la locul unde aceasta este localizată şi se calculează cu relaţia:

F m dBdrmed ( . )4 5

unde: m = momentul magnetic al granulei; B = inducţia câmpului magnetic;

Momentul magnetic al granulei se poate obţine cu ajutorul relaţiei:

m V B g e

o g e

e

o e

[( )

( )] ( . )

32

14 6

în care: V = volumul granulei; g, e, o = permeabilităţile magnetice ale granulei, electromagnetului şi ale aerului.

În timpul rotirii piesei, aerul antrenat în mişcare de către aceasta va exercita asupra granulelor o forţă de frecare Ffr care se poate calcula cu ajutorul relaţiei:

F r vfr 6 4 7 ( . )

în care: = coeficientul de vâscozitate a aerului; r = distanţa de la piesă la granulă; v = viteza de rotaţie a piesei.

U4.7.2. Determinarea caracteristicilor obiectului de transfer

După cum s-a mai menţionat, sistemele de prelucrare prin eroziune magneto - abrazivă au ca principale două componente obiectul de transfer al energiei (OT) şi obiectul de prelucrat (OP), între acestea interpunându-se mediul de lucru (ML). Schema constructivă generală a unui asemenea sistem este prezentată în figura 4.7:

54

Fig. 4.7

În momentul în care bobina 4 este străbătută de un curent electric, în ansamblul format de componentele sistemului de prelucrare se instalează un câmp magnetic al cărui sens depinde de acela al curentului care-l produce. Câmpul magnetic rezultat este acela care menţine mediul de lucru între obiectul de prelucrat şi cel de transfer, realizând condiţiile finisării abrazive a suprafeţelor. Considerând situaţia în care bobina este alimentată cu un curent alternativ, se poate determina valoarea forţei medii dezvoltată în întrefier, forţă care apasă "peria magneto - abrazivă" pe suprafaţa piesei de prelucrat:

FSmed

rML

2

044 8

( . )

în care: = fluxul maxim din întrefier; S = aria secţiunii transversale a pieselor polare; 0 = permeabilitatea magnetică a vidului (0 = 410-7 N/A2); rML = permeabilitatea magnetică relativă a mediului de lucru.

Valorile permeabilităţilor magnetice relative pentru câteva materiale feromagnetice sunt următoarele:

fier - 5.000; nichel - 1.000; permalloy - 80.000.....100.000.

Cunoscându-se faptul că inducţia magnetică eficace din întrefier se determină ca fiind:

BS

2

4 9( . )

relaţia (4.8) devine:

F B Smed

rML

2

02410

( . )

55

Valorile recomandate ale inducţiei magnetice din întrefier sunt cuprinse între 0,5 şi 1,5 T. Determinarea parametrilor înfăşurării se realizează prin calcularea fluxului magnetic cu relaţia:

N I

Re

2

411( . )

în care: N = numărul de spire al bobinei; I = intensitatea curentului care străbate înfăşurarea; Re = reluctanţa echivalentă a circuitului magnetic.

Reluctanţa unui circuit magnetic reprezintă acea proprietate a acestuia de "a se opune liniilor de forţă" şi se calculează cu relaţia:

R lSr

0

412( . )

unde l reprezintă lungimea liniei de câmp magnetic. În cazul circuitului magnetic din figura 4.7, reluctanţa echivalentă este egală cu suma a trei componente:

R R R Re j OP 2 413 ( . )

în care: Rj = reluctanţa jugului magnetic; R = reluctanţa întrefierului; ROP = reluctanţa obiectului de prelucrat.

Valorile celor trei reluctanţe se obţin cu ajutorul relaţiilor:

R H L a DSj

rj

1 2 2 2 414

0 ( ) ( ) ( . )

RSrML

1 415( . )

R DSOP

rOP

1 416

0 ( . )

Mărimea întrefierului se alege în interiorul intervalului 1...3 mm.

Să ne reamintim...

Prelucrarea suprafeţelor prin eroziune magneto - abrazivă se realizează cu ajutorul unor medii de lucru cu proprietăţi concomitent magnetice şi abrazive, liantul granulelor constituindu-l câmpul magnetic. Datorită mişcărilor imprimate piesei şi/sau polilor magnetici, precum şi caracteristicilor câmpului magnetic, forţele rezultante conduc la îndepărtarea de material sub formă de aşchii.

56

U4.8. Instalaţii de prelucrare prin eroziune magneto - abrazivă Principalul criteriu de clasificare al instalaţiilor de finisat prin eroziune magneto - abrazivă este acela care ţine cont de forma suprafeţelor prelucrate. Astfel, se deosebesc instalaţii destinate prelucrării suprafeţelor de revoluţie exterioare sau interioare, a celor plane, precum şi a celor complexe.

Schema bloc generală a instalaţiilor de prelucrare este prezentată în figura 4.8:

Fig. 4.8

Cele trei componente evidenţiate sunt integrate într-o construcţie unică, rolul lor în realizarea acţiunii tehnologice fiind următorul:

Sistemul electro-mecanic asigură poziţionarea reciprocă a obiectului de prelucrat şi a celui de transfer, obţinându-se un interstiţiu (întrefier) de dimensiuni optime. De asemenea, prin mecanismele componente, se realizează cinematica necesară generării suprafeţelor. Tot în cadrul acestui sistem, se asigură energia necesară constituirii agentului eroziv.

Sistemul de alimentare cu pulbere abrazivă are rolul de a aduce în zona de lucru, la momentul potrivit, cantitatea necesară de granule cu proprietăţi magneto - abrazive.

Sistemul de comandă şi reglare acţionează asupra celor două componente prezentate mai sus. Printre altele, se asigură comanda şi reglarea mărimii întrefierului, precum şi a durităţii "periei magneto - abrazive".

U4.8.1. Instalaţii pentru finisarea suprafeţelor exterioare de revoluţie

Cea mai simplă construcţie o au instalaţiile destinate finisării magneto - abrazive a pieselor individuale (fig. 4.9). Obţinerea interstiţiului optim dintre obiectul de prelucrat 1 şi piesele polare 2 se realizează cu ajutorul motorului electric 5 şi a arborelui 4 pe care sunt practicate două şuruburi, unul cu filetul pe dreapta şi celălalt pe stânga. La rotirea într-un sens a arborelui 4, piesele polare se vor apropia de obiectul de prelucrat, micşorând întrefierul, iar la rotirea în sens invers a axului, va avea loc o mărire a interstiţiului.

57

Fig. 4.9

Finisarea pieselor lungi se realizează prin deplasarea sistemului de lucru după o direcţie longitudinală. Pe batiul 7 se găseşte sania 6 care realizează avansul longitudinal cu viteza wl. Formarea "periei magneto - abrazive" este posibilă prin alimentarea cu energie electrică a bobinelor 3 şi prin aducerea în zona de lucru, prin presărare gravimetrică, a pulberii abrazive provenite din rezervorul 8. Mişcarea de rotaţie a obiectului de prelucrat 1 este dată de către un motor electric şi un reductor, nefigurate în desen. Pentru finisarea diferitelor diametre ale obiectelor de prelucrat, în scopul menţinerii constante a mărimii interstiţiilor, fălcile din vârful pieselor polare sunt schimbabile. Instalaţiile de prelucrare prin eroziune magneto - abrazivă a suprafeţelor exterioare de revoluţie realizează următoarele performanţe:

productivitatea procedeului : 10...20 mg/min; calitatea suprafeţelor obţinute: Ra = 0,01...0,08 m; timpul de finisare: 1...10 minute, dependent de mărimea suprafeţelor de prelucrat.

Regimurile de prelucrare aplicate sunt: viteza la periferia obiectului de prelucrat: vp = 0,9...2 m/s; viteza de avans longitudinal: wl = 0,15...0,2 m/s; inducţia magnetică: B = 0,9...1,2 T; interstiţiul de lucru: = 0,9...1,5 mm. Finisarea magneto - abrazivă a suprafeţelor exterioare de revoluţie, în cazul unor

producţii de serie mare, se realizează cu ajutorul unor instalaţii cu ax vertical (fig. 4.10) care pot prelucra simultan mai multe piese.

Mişcarea de rotaţie a pieselor 4 se realizează prin antrenarea mecanismului planetar 5 de la motoarele electrice M1 şi M2. Obiectele de prelucrat se rotesc în interiorul câmpului creat de către sistemul magnetic 3, acesta fiind amplasat pe masa maşinii 2.

58

Poziţionarea reciprocă dintre piese şi sistemul magnetic se obţine prin deplasarea mesei pe verticală, pe ghidajele prevăzute pe batiul 1.

Prelucrarea pieselor 4 pe întreaga lor generatoare este posibilă datorită deplasării rectilinii alternative pe care acestea o execută (wl), mişcare generată de motorul electric M3 şi transmisă de către un mecanism bielă - manivelă.

Fig. 4.10

U4.8.2. Instalaţii pentru finisarea suprafeţelor interioare de revoluţie

Au o construcţie simplă, derivată din cea prezentată în Fig. 4.9. Modificările care

intervin sunt legate de modul în care sunt amplasate piesele polare 2 şi de felul în care este adusă în zona de lucru pulberea magneto - abrazivă.

Fig. 4.11

Regimurile de lucru recomandate în cazul acestor instalaţii sunt următoarele: viteza periferică: vp = 1,2... 1,8 m/s;

59

viteza de avans longitudinal: wl = 0,12... 0,16 m/s; inducţia magnetică: B = 0,3... 0,9 T; interstiţiul de lucru: δ = 1... 3 mm

U4.8.3. Instalaţii pentru finisarea suprafeţelor plane

O instalaţie simplă de finisat magneto - abraziv suprafeţe plane este prezentată în figura 4.12:

Fig. 4.12

Construcţia este foarte asemănătoare cu cea a unei maşini verticale de frezat. Pe ghidajele practicate pe batiul 1 culisează sania verticală 2 şi cea longitudinală 7, pe aceasta din urmă alunecând sania transversală 6. Piesa de prelucrat 4 este fixată într-un dispozitiv de prindere 5, care are posibilitatea executării unei mişcări oscilatorii rectilinii - alternative cu amplitudinea de 10...20 mm. Obiectul de transfer 3 este fixat în arborele principal al maşinii şi execută o mişcare de rotaţie cu turaţia n. Principalele caracteristici ale prelucrării sunt următoarele:

viteza maximă a mişcării oscilatorii: vosc = 1,5...2,5 m/s; inducţia magnetică: B = 0,5...1,5 T; mărimea interstiţiului: = 1,5...5 mm.

U4.8.4. Instalaţii pentru finisarea suprafeţelor complexe

Prelucrarea prin eroziune magneto - abrazivă are o largă aplicabilitate, ea putându-se utiliza şi la finisarea suprafeţelor complexe. Generarea unor asemenea suprafeţe presupune existenţa unor instalaţii specializate, cu o cinematică relativ complicată.

60

În cele ce urmează vor fi prezentate două scheme de principiu, destinate finisării magneto - abrazive a bilelor şi a inelelor pentru rulmenţi:

Fig. 4.13

Schema de prelucrare din figura 4.13.b poate fi aplicată, prin modificarea corespunzătoare a geometriei obiectului de transfer, la finisarea şi a altor forme de suprafeţe interioare. Finisarea suprafeţelor sferice pe cale magneto - abrazivă poate fi obţinută şi cu ajutorul schemei din figura 4.14:

Fig. 4.14

Obiectele de prelucrat 2 sunt introduse între discurile rotative 1 şi 5. Discul superior 5, pe lângă mişcarea de rotaţie I mai poate executa şi o deplasare verticală, antrenat fiind de motorul liniar 6. Datorită mişcării de rotaţie a celor două discuri, ca urmare a forţei centrifuge, bilele 2, împreună cu granulele abrazive, pătrund în zona de influenţă a câmpului magnetic generat de bobinele 4 şi sunt lustruite. Finisarea flancurilor roţilor dinţate cilindrice poate fi realizată prin procedeul de eroziune magneto - abrazivă utilizând un principiu asemănător rodării (fig. 4.15):

61

Fig. 4.15 Mişcările necesare finisării flancurilor dinţilor roţii de prelucrat 2 sunt cea de rotaţie I şi cea de translaţie II, ambele executate de către roata conducătoare 1. Pentru ca prelucrarea să poată avea loc, rotaţiei piesei 2 i se opune frâna F, amplasată pe arborele 3.

În figura următoare este prezentată schema cinematică a unei instalaţii de finisare a roţilor dinţate:

6

5

Fig. 4.16

Principalele componente ale instalaţiei sunt următoarele : 1.electromagnet; 2. jug magnetic sculă; 3. pâlnie de alimentare; 4. arc de revenire; 5. perie abrazivă; 6. mecanism divizor; 7. semifabricat; 8. mecanism pinion-cremalieră; 9. mecanism şurub-piuliţă.

62

O importanţă deosebită în proiectarea acestui dispozitiv o are elementul generator al mişcării vibratorii. Această componentă constă, în principal, dintr-un electromagnet suficient de puternic pentru a putea deplasa port-scula ce efectuează operaţia de finisare.

Alte componente importante ale instalaţiei de prelucrare sunt : elementele ce generează cursa de retragere a sculei, permiţând astfel indexarea

semifabricatului pas cu pas ; mecanismul de deplasare pe verticală, necesar reglării poziţiei pe înălţime a sculei, în

vederea prelucrării unor roţi de diferite diametre. După cum se observă din schema cinematică, electromagnetul 1 generează o mişcare vibratorie, antrenând ansamblul format din pâlnia de alimentare cu granule magneto-abrazive, jugul magnetic şi scula de finisare. Mecanismul pinion-cremalieră 8 permite deplasarea longitudinală a părţii superioare a dispozitivului, mişcare necesară retragerii rapide a periei magneto-abrazive atunci când finisarea golului dintre doi dinţi s-a terminat. Rotirea cu un pas unghiular a roţii dinţate de finisat este efectuată de către capul divizor 6.

Mecanismul şurub-piuliţă 9 permite reglajul înălţimii sculei, mişcare necesară adaptării dispozitivului la diferite diametre ale semifabricatului.

Figura 4.17 prezintă două vederi ale acestei instalaţii :

Fig. 4.17

Să ne reamintim...

Principalul criteriu de clasificare al instalaţiilor de finisat prin eroziune magneto - abrazivă este acela care ţine cont de forma suprafeţelor prelucrate. Astfel, se deosebesc instalaţii destinate prelucrării suprafeţelor de revoluţie exterioare sau interioare, a celor plane, precum şi a celor complexe. Principalele trei componente ale unei instalaţii de finisat magneto-abraziv sunt: sistemul electro-mecanic, sistemul de alimentare cu pulbere abrazivă şi sistemul de comandă şi reglare.

63

U4.9. Combinarea eroziunii magneto - abrazive cu alte procedee de prelucrare În scopul măririi productivităţii prelucrării, eroziunea magneto - abrazivă poate fi suprapusă peste dizolvarea anodică a suprafeţelor metalice. În acest fel, efectului abraziv al pulberilor utilizate i se adaugă şi cel al eroziunii electrochimice. Noul procedeu are o largă aplicabilitate, putându-se finisa atât suprafeţe simple (plane sau de revoluţie), cât şi profilate. Principiul finisării combinate magneto - abrazive - electrochimice a suprafeţelor exterioare de revoluţie este prezentat în figura 4.18:

Fig. 4.18

Suplimentar faţă de prelucrarea clasică prin eroziune magneto - abrazivă se remarcă existenţa catodului 2 care, împreună cu anodul 1, se leagă la bornele unui generator de curent continuu cu tensiunea reglabilă în intervalul 5...15 V. Curentul maxim este de 300...1000 A. Interstiţiul dintre catod şi anod este ocupat de un lichid electrolit 4, adus în zona de lucru prin duza 3. Ponderea cantităţii de material îndepărtată prin dizolvare anodică este superioară celei înlăturată prin eroziune magneto - abrazivă, capacităţile de prelucrare fiind de 50...200 mm3/min·cm2 la finisarea carburilor metalice şi de 100...300 mm3/min·cm2 pentru oţelurile rapide. Procedeul prezentat are ca dezavantaje costurile ridicate ale instalaţiilor şi dependenţa preciziei de prelucrare de parametrii utilizaţi.

Descrieţi o instalaţie de finisat suprafeţe cilindrice exterioare. Descrieţi o instalaţie de finisat roţi dinţate.

U4.10. Rezumat Prelucrarea prin eroziune magneto-abrazivă se bazează pe efectele generate ca urmare a mişcărilor relative şi apăsărilor exercitate între suprafeţele de prelucrat ale semifabricatelor şi particulele abrazive cu rol de sculă, particule susţinute la nivelul

64

zonei de prelucrare cu ajutorul unui câmp magnetic. În condiţiile menţionate anterior, existenţa unor deplasări relative între peria magneto-abrazivă şi suprafaţa piesi va determina un proces de microaşchiere, dacă muchiile granulei în contact cu semifabricatul sunt suficient de ascuţite sau un proces de microdeformare superficială, dacă muchiile sunt mai puţin ascuţite.\

U4.11. Test de autoevaluare a cunoştinţelor Bifaţi răspunsul sau răspunsurile corecte:

1. Care este numărul minim de mişcări de lucru necesare pentru realizarea finisării? a) 1 c) 2 b) 3 d) 4

2. Îndepărtarea de material se realizează prin: a) deformare plastică c) lipire b) aşchiere d) agregare de pulberi 3. Care dintre următoarele fenomene nu este specific „sculelor magneto-abrazive”? a) îmbâcsirea c) formă bine determinată b) autoascuţirea d) duritatea reglabilă 4. Prin eroziune magneto-abrazivă se pot prelucra suprafeţe: a) plane c) cilindrice exterioare b) cilindrice interioare d) complexe 5. Nu se utilizează ca şi materiale magneto-abrazive: a) granulele compozite c) suspensiile abrazive b) granulele feromagnetice d) oţelurile rapide

Răspunsuri: 1. a 2. b 3. c 4. a,b,c,d 5. d

65

Unitatea de învăţare U5. Prelucrarea prin eroziune cu jet abraziv

Cuprins

U5.1. Introducere.......................................................................................................65 U5.2. Obiectivele unităţii de învăţare .........................................................................65 U5.3. Caracteristici ale prelucrării .............................................................................66 U5.4. Principiul prelucrării ........................................................................................68 U5.5. Instalaţii de prelucrare prin eroziune cu jet abraziv...........................................84 U5.6. Alte aplicaţii ale eroziunii cu jet abraziv...........................................................90 U5.7. Rezumat...........................................................................................................92 U5.8. Test de evaluare a cunoştinţelor........................................................................92

U5.1. Introducere Acest capitol tratează eroziunea cu jet de apă pură sub presiune, precum şi prelucrarea cu jet de abraziv. Debitarea cu jet de apă sub presiune a ajuns în prezent un redutabil concurent al laserului, oferind o serie de avantaje economice şi tehnice. Sunt descrise în continuare principiul prelucrării, instalaţiile de lucru aferente, precum şi costurile de exploatare ale acestora.

U5.2. Obiectivele unităţii de învăţare Unitatea de învăţare are ca obiectiv principal familiarizarea cursanţilor cu procedeul neconvenţional de prelucrare prin eroziune cu jet de fluid sub presiune. La sfârşitul acestei unităţi de învăţare cursanţii vor fi capabili să: descrie principiul prelucrării; prezinte modul de formare a jetului de fluid; modeleze procesul eroziv cu jet de apă; descrie componentele unui utilaj de prelucrare prin eroziune cu jet de fluid sub

presiune.

Durata medie de parcurgere a acestei unităţi de învăţare este de 5 ore.

66

U5.3. Caracteristici ale prelucrării Eroziunea cu jet abraziv sub presiune a fost introdusă cu succes în ultimii ani ca un nou procedeu de prelucrare în diverse ramuri industriale. Debitarea cu jet de apă sub presiune a ajuns în prezent un redutabil concurent al laserului, oferind o serie de avantaje economice şi tehnice.

Utilizarea jetului de apă ca agent eroziv datează din jurul anului 1900, când acesta era folosit în minerit, la tăierea cărbunelui, presiunile de lucru nedepăşind însă 100 MPa. Alte aplicaţii ale jetului de apă, în acea perioadă, erau cele din industria chimică (curăţarea instalaţiilor) sau cele din turnătorii şi construcţii navale. Astfel, în turnătorii se îndepărtează cu ajutorul jetului masele ceramice de pe piesele turnate cu precizie sau se debavurează piesele obţinute din aluminiu.

Exemple

Fig. 5.1 Fig. 5.2

În prezent, debitarea cu jet de apă sub presiune are o serie de aplicaţii, cum ar fi cele din industriile automobilelor, aviaţiei, electronică, a hârtiei şi cartonului, produselor de patiserie, pielăriei etc. Avantajele tăierii cu jet faţă de procedeele tradiţionale impun tot mai multe aplicaţii. S-a constatat astfel că materiale mai puţin rezistente la presiune şi mai elastice, cum ar fi cele pe bază de spume, cartonul, textilele, cauciucul, vata de sticlă etc, nu mai sunt comprimate la tăiere; ele îşi păstrează forma iniţială şi, datorită forţelor mici de prelucrare (max. 40 N), nu trebuie fixate prea tare în dispozitivele de prindere. La tăierea acestor materiale, vitezele jetului pot fi atât de ridicate încât udarea cu apă, uneori inadmisibilă, poate fi strict controlată. Jetul de apă se mai utilizează şi la debitarea materialelor lipicioase, cum ar fi, de exemplu, aluaturile, acolo unde o lamă tăietoare s-ar îmbâcsi. Un alt avantaj al debitării cu jet de apă, comparativ cu tăierea prin metode convenţionale, este evitarea completă a formării de praf, datorită faptului că lichidul din jet leagă şi evacuează particulele rezultate. Datorită faptului că muchia materialului tăiat nu se încălzeşte, ca de exemplu la tăierea cu laser, această tehnologie este adecvată pentru prelucrarea materialelor sensibile la

67

temperaturi ridicate. De asemenea, alimentele congelate (carne, peşte etc) se pot tăia igienic şi cu un efort minim, mai uşor decât prin metodele tradiţionale. În figura 5.3 sunt prezentate câteva exemple de forme de semifabricate care pot fi prelucrate prin eroziune cu jet de fluid :

Exemple

Fig. 5.3 Începând cu anul 1980 s-a născut o nouă tehnologie: cea a prelucrării cu jet abraziv. În acel an au apărut primele instalaţii de debitare care introduc în jetul de fluid particule abrazive, prin aceasta obţinându-se performanţe sporite ale prelucrării. Se pot debita astfel materiale mai dure sau cu grosimi mai mari, costurile instalaţiilor nefiind sensibil modificate. Adăugarea de particule abrazive conduce la ameliorarea coerenţei jetului, sporeşte efectul mecanic şi creşte viteza de tăiere cu aproximativ 30%.

Fig. 5.4

Principalele avantaje ale prelucrării prin eroziune cu jet de fluid sub presiune sunt următoarele:

68

calitatea muchiilor rezultate în urma debitării este deosebită, nemaifiind necesară operaţia ulterioară de debavurare;

conturul de tăiat poate avea orice formă. Pot fi tăiate cu uşurinţă contururi în zig - zag, punţi înguste şi contururi interioare;

în funcţie de diametrul duzei, în piesa de prelucrat apare o fantă de tăiere foarte îngustă, realizându-se astfel economii importante de material;

utilizarea instalaţiilor de debitare cu jet de fluid elimină cheltuielile legate de operaţiile de ascuţire şi reascuţire a sculelor;

nu este necesară trasarea iniţială, pe suprafaţa piesei, a conturului de debitat; cheltuieli minime de prelucrare, apa şi abrazivii utilizaţi nefiind scumpi; posibilitatea automatizării prelucrării; productivitate ridicată a debitării etc.

U5.4. Principiul prelucrării

O analiză exactă a mecanismului eroziunii cu jet de fluid sub presiune este dificilă datorită multitudinii de procese individuale care au loc la contactul dintre fasciculul incident şi suprafaţa piesei de prelucrat. Complexitatea procesului este dată de efectele diferite ale presiunilor de acumulare şi de lovire, ale tensiunilor de compresiune şi de forfecare, ale eroziunii şi cavitaţiei, toate în combinaţie cu diversele proprietăţi ale materialelor şi numeroşii parametri ai procesului de tăiere. Din punct de vedere hidrodinamic, curgerea jetului de fluid este caracterizată prin următoarele elemente :

regimul de curgere este turbulent ; lichidul este compresibil la presiunile de lucru ; curgerea este nestaţionară.

Procedeul nu este de fapt o "tăiere", ci o aşchiere, asemănătoare debitării cu ferăstrăul. Studiind materialul îndepărtat de către jetul de apă se pot identifica aşchii cu dimensiuni de până la 5 m, comparabile cu cele rezultate în urma tăierii cu disc diamantat. Studierea modului în care are loc eroziunea cu jet de fluid sub presiune se realizează etapizat, prin analizarea formării şi a proprietăţilor fasciculului de fluid, precum şi a interacţiunii acestuia cu piesa de prelucrat.

U5.4.1. Formarea şi proprietăţile jetului de fluid Energia necesară debitării materialelor este determinată de produsul dintre presiunea de lucru şi debitul de fluid vehiculat prin duză în unitatea de timp. Acesta din urmă este dependent de diametrul d al orificiului duzei (fig. 5.5):

69

Fig. 5.5 Fig. 5.6

Obţinerea amestecului omogen de particule abrazive şi lichid reprezintă o problemă esenţială, de a cărei rezolvare depind performanţele jetului. Observarea modului în care se formează amestecul abraziv este extrem de dificilă datorită vitezelor mari de deplasare ale particulelor (200...800 m/s) şi a dimensiunilor reduse ale acestora.

O ipoteză privind modul de realizare a amestecului granule abrazive - lichid, unanim acceptată de către cercetători, este cea prezentată în figura 5.6. Se remarcă faptul că granulele abrazive, datorită impactului cu jetul de fluid, se lovesc în mod repetat de pereţii tubului concentrator, pentru ca, în cele din urmă, să fie înglobate în fasciculul de lichid. Datorită ciocnirilor repetate de pereţii tubului, granulele abrazive sunt în mod continuu fragmentate, astfel încât, la ieşirea lor din tub, ele vor avea dimensiuni mai mici decât la intrarea în acesta. În figura 5.7 este arătată, comparativ, variaţia dimensiunilor particulelor abrazive la intrarea şi ieşirea din tubul concentrator, precum şi după prelucrare:

Fig. 5.7

Forma granulelor utilizate la prelucrarea cu jet abraziv este foarte importantă. Sunt preferate granule cu o formă cât mai apropiată de cea sferică, compacte, precum cele din figura de mai jos :

70

Fig. 5.8

În figura 5.9 sunt prezentate câteva variante de geometrii ale unor granule abrazive:

Fig. 5.9

Pornind de la notaţiile din figură, se pot defini caracteristicile de formă ale granulelor abrazive :

factorul de alungire :

P

PE b

lr (5.1)

factorul de aplatizare :

P

PF t

br (5.2)

Este evident faptul că cei doi factori trebuie să aibă valori cât mai apropiate de unitate. Se mai pot defini şi alţi factori care caracterizează forma granulelor abrazive, cum ar fi :

factorul de sfericitate :

d

lbS

PP

GA

4

(5.3)

în care d este cel mai mare diametru al unui cerc posibil a fi înscris în granulă (Fig. 5.10).

factorul de rotunjire :

colt

colt

R Ndr

S

2

(5.4)

unde rcolt raza colţurilor granulei abrazive, d este diametrul cercului înscris în granulă, iar Ncolt este numărul colţurilor unei granule abrazive.

71

Fig. 5.10 Fig. 5.11

În funcţie de valorile calculate ale ultimilor doi factori, în figura 5.11 este prezentat un tabel cu diferite variante posibile de forme ale granulelor abrazive : O altă mărime care caracterizează geometria granulelor abrazive recomandate pentru eroziunea cu jet este factorul de formă, calculabil cu relaţia :

max

min

ddFforma (5.5)

unde dmin reprezintă cel mai mare diametru al unui cerc inscriptibil în granula abrazivă, în timp ce dmax este cel mai mic diametru al unui cerc circumscris granulei. Valorile uzuale ale factorului de formă sunt cuprinse între 0,64 şi 0,70.

Fig. 5.12

Tuburile concentratoare, datorită multiplelor lovituri pe care le primesc de la granulele

abrazive, sunt supuse unei uzări rapide, fapt ce impune confecţionarea lor din materiale foarte rezistente. În figura 5.13 este prezentată durata maximă de utilizare a tuburilor concentratoare confecţionate din diferite materiale, în funcţie de diametrul lor interior:

Fig. 5.13

72

Alegerea unei anumite mărimi a diametrului interior a tubului concentrator se face în funcţie de dimensiunile particulelor abrazive utilizate. Pentru o funcţionare optimă a instalaţiei se recomandă ca diametrul interior al tubului să fie mai mare de circa 5 ori decât dimensiunea maximă a particulelor abrazive. La ieşirea sa din tubul concentrator, jetul abraziv se distinge prin patru proprietăţi importante: viteză, coerenţă, densitate şi simetrie.

viteza reprezintă acea proprietate care determină capacitatea aşchietoare a jetului. Cu cât viteza este mai mare, cu atât jetul va fi mai capabil să-şi îndeplinească rolul de sculă aşchietoare. Determinarea expresiei matematice a vitezei jetului de fluid la ieşirea acestuia din instalaţie se realizează pornind de la ecuaţia lui Bernoulli. Astfel, relaţia sa de calcul este:

pv

2 (5.6)

în care p este presiunea furnizată de instalaţie, iar reprezintă densitatea fluidului de lucru. Debitul de fluid vehiculat prin duză este dat de relaţia (5.7):

vACQ D (5.7)

unde A este aria secţiunii jetului, iar CD este coeficientul de curgere, cu valoarea egală cu 0,7.

Puterea jetului de fluid se calculează cu formula: 512 ,pACQpP D

(5.8)

Viteza jetului variază odată cu mărirea distanţei faţă de ieşirea din duză, tendinţa fiind aceea de reducere a ei. În figura 5.14 este prezentată variaţia vitezei jetului de fluid în funcţie de distanţa faţă de duză (presiunea de lucru de 2000 bar ; diametrul duzei: 0,2 mm):

Fig. 5.14

73

În cazul unui jet hidroabraziv, evoluţia vitezei particulelor solide în funcţie de presiunea de lucru este redată în figura 5.15 :

Fig. 5.15

coerenţa jetului presupune ca diametrele acestuia la ieşirea din instalaţie şi la contactul cu suprafaţa piesei de prelucrat să fie cât mai apropiate ca mărime. În realitate, diametrul jetului la contactul cu piesa este mai mare decât diametrul iniţial, diferenţa dintre cele două valori fiind dependentă de mărimile orificiilor duzelor şi de distanţa dintre duză şi piesă.

În figura 5.16 se poate observa faptul că odată cu creşterea diametrelor duzelor jetul devine tot mai divergent, efectul final fiind acela al obţinerii unor tăieturi mai late, pierderile de material fiind mai mari.

Fig. 5.16

Distanţa dintre duză şi suprafaţa de prelucrat influenţează şi ea coerenţa jetului. Cu cât drumul parcurs de fluid este mai mare, cu atât divergenţa fasciculului va fi mai pronunţată. Se recomandă ca această distanţă să aibă valori cuprinse între 0,5 şi 3 mm.

Obţinerea unei calităţi corespunzătoare a tăieturii presupune ca jetul abraziv să aibă o densitate cât mai constantă pe lungimea lui. La duze cu diametre mai mici (0,12...0,18 mm) s-a observat faptul că jetul de fluid este compact (are o densitate constantă) după ieşire. Odată cu creşterea distanţei faţă de duză, jetul compact se descompune în picături, începând cu zonele de margine. Procesul continuu de descompunere are ca efect final transformarea integrală a jetului în picături. La duzele cu diametre mai mari, compactitatea jetului se păstrează pe o distanţă mai mică faţă de duză.

74

La dimensionarea instalaţiilor de prelucrare cu jet de fluid trebuie luată în consideraţie şi compresibilitatea lichidului de lucru. Astfel, pentru presiuni mai mari decât 150 MPa, apa devine compresibilă, densitatea acesteia fiind dată de relaţia :

pV

1

0 (5.9)

unde βV = modulul de compresibilitate volumică izotermă:

TV pV

V)(

1 (5.10)

Din relaţia (5.9) se observă faptul că există o legătură liniară între densitatea apei şi presiune, acest lucru implicând faptul că modulul de compresibilitate βV este constant. În realitate acesta variază, pentru presiuni mai mari el micşorându-şi valoarea. În figura de mai jos se observă variaţia densităţii apei în funcţie de presiune:

Fig. 5.17

Urmărind figura de mai sus se desprinde concluzia că variaţia volumului (densităţii) apei la debitarea cu jet este de maxim 12 % pentru presiuni cuprinse între 200 şi 400 MPa.

simetria jetului exprimă capabilitatea acestuia de a-şi păstra nemodificată forma secţiunii transversale, indiferent de direcţia şi sensul de curgere. Datorită faptului că eroziunea cu jet abraziv trebuie să fie aptă să acţioneze pe orice direcţie, simetria fasciculului asigură conservarea proprietăţilor aşchietoare indiferent de orientarea sa.

1. Enumeraţi câteva dintre avantajele prelucrării cu jet de fluid sub presiune. 2. Precizaţi modul de formare a jetului şi descrieţi proprietăţile acestuia.

Să ne reamintim...

Eroziunea cu jet de fluid sub presiune nu este o "tăiere", ci o aşchiere, asemănătoare debitării cu ferăstrăul. Studiind materialul îndepărtat de către jetul de apă se pot identifica aşchii cu dimensiuni de până la 5 m, comparabile cu cele rezultate în urma tăierii cu disc diamantat.

75

U5.4.2. Interacţiunea jetului abraziv cu piesa de prelucrat În situaţia în care un jet compact de fluid, nedescompus în picături, loveşte suprafaţa piesei de prelucrat, presiunea locală în zona de impact poartă numele de presiune de acumulare şi se calculează cu relaţia:

2

2vpac

(5.11)

Dacă jetul este parţial descompus în picături, acestea din urmă vor creea la zona de impact impulsuri de presiune cu valori foarte ridicate, mărimea maximă a acestora fiind calculabilă cu relaţia:

scvpmax (5.12)

unde mărimea cs reprezintă viteza sunetului în fluidul de lucru. Presiunea în centrul unei picături de lichid care loveşte piesa este aproximativ egală cu pmax. În afara centrului picăturii, presiunea este mai mare, acest lucru fiind cauzat de curbarea suprafeţei acesteia. Presiunea maximă care ia naştere în afara centrului picăturii poate atinge valori de 2...3 ori mai mari decât pmax (fig. 5.18):

Fig. 5.18

În figura 5.18.c se poate observa existenţa unor jeturi transversale foarte rapide, care apar tot datorită formei curbate a suprafeţei picăturii. Viteza acestor jeturi poate atinge valori de câteva ori mai mari decât cea a fascicului incident. Pe măsură ce jetul abraziv pătrunde în materialul de prelucrat, energia cinetică a acestuia se micşorează continuu, ceea ce are ca efect obţinerea unor tăieturi realizate după o traiectorie curbă:

Fig. 5.19

76

Acest dezavantaj se poate elimina prin mărirea vitezei v a jetului de fluid sau prin micşorarea vitezei de avans wa a acestuia. În general, pentru obţinerea unei bune calităţi a tăieturii, este necesară corecta corelare între viteza jetului, grosimea şi natura materialului piesei de prelucrat. Viteza de avans a jetului are o importanţă deosebită pentru obţinerea unor tăieturi de calitate. Cu cât această viteză are valori mai mari, cu atât calitatea prelucrării este mai redusă, iar, în unele situaţii, la depăşirea unei anumite viteze critice, datorită devierii jetului, debitarea nu se mai produce (fig. 5.20):

wa1 = 0 < wa2 < wa3 < wa4

Fig. 5.20 În figura 5.21 este prezentată variaţia adâncimii tăieturii în funcţie de valoarea presiunii de lucru şi de debitul masic al jetului de fluid. Materialul debitat este un oţel moale, diametrul duzei este de 0,25 mm, iar viteza de avans a fost reglată la 0,15 m/min:

Fig. 5.21

Variaţia grosimii materialului tăiat în funcţie de viteza de avans şi de presiunea de lucru reiese din figura 5.22. Materialul debitat este un oţel inoxidabil, iar debitul masic al jetului este de 90,8 g/min pentru o duză cu diametrul interior de 0,51 mm.

Fig. 5.22

77

Îndepărtarea de material prin eroziune cu jet abraziv se realizează prin efectul cumulat a două fenomene:

acţiunile de tăiere şi de răzuire efectuate de către fiecare granulă de abraziv, evenimente care se desfăşoară în prima parte a procesului de prelucrare, atâta timp cât fiecare grăunte posedă vârfuri ascuţite şi muchii tăietoare;

acţiunea de deformare plastică a materialului, desfăşurată în cea de-a doua parte a prelucrării, atunci când granulele abrazive şi-au pierdut proprietăţile aşchietoare. Energia cinetică a abrazivilor mai este însă suficient de mare pentru ca limita de curgere a materialului piesei să fie depăşită, astfel încât, în timp, să aibă loc îndepărtarea adaosului de prelucrare.

Datorită existenţei celor două fenomene mai sus descrise, care se succed în timp, calitatea suprafeţelor aşchiate nu este uniformă pe adâncimea prelucrării. Se distinge o primă zonă cu striaţii dese şi înguste, şi o a doua porţiune, în care rizurile au o lăţime mai mare (fig. 5.23):

Fig. 5.23

Adâncimea primei zone, cea cu o calitate a suprafeţei mai bună, este direct dependentă de viteza jetului abraziv. Grosimea maximă gmax a piesei debitată prin eroziune cu jet abraziv se poate calcula cu relaţia:

defas ggg max (5.13)

în care gaş este adâncimea zonei aşchiate de către particulele abrazive:

kaja

ajas C

vdwmdc

g

52

214

52,

.

)(,

(5.14)

iar gdef este grosimea zonei deformate plastic, calculabilă cu relaţia:

ij

f

ia

afjdef

vvv

dvvmc

wdg

.)()(12

1 (5.15)

unde:

a

ffk

RC

603 ,

(5.16)

78

Semnificaţiile mărimilor din relaţiile (5.14), (5.15) şi (5.16) sunt următoarele: v = viteza iniţială a jetului abraziv; vi = viteza de impact a jetului abraziv; ma = debitul masic al jetului abraziv; dj = diametrul jetului abraziv; c = coeficientul de compensare a divergenţei jetului; f = coeficientul de frecare a jetului cu pereţii tăieturii; a = densitatea materialului din care sunt confecţionate particulele abrazive; Ck = viteza caracteristică; Rf = factorul de rotunjire al particulelor abrazive; f = limita de curgere a materialului piesei de prelucrat; wa = viteza de avans.

O altă relaţie de calcul a grosimii maxime gmax a materialului debitat este:

86606180

34306870251

,,

..,,,

maxaj

am

wdcmmpN

g

(5.17)

în care: p = presiunea apei [MPa]; m = debitul masic al apei [kg/s]; ma = debitul masic al abrazivului [kg/s]; dj = diametrul jetului abraziv [mm]; wa = viteza de avans a jetului [mm/s]; Nm = coeficientul adimensional de prelucrabilitate a materialului; c = coeficient a cărui valoare este de 6,382·106.

Câteva valori ale coeficientului de prelucrabilitate Nm sunt prezentate în tabelul 5.1: Tabelul 5.1

Material Nm Oţel aliat 80,4 Cupru 110 Titan 115 Aluminiu 213 Sticlă 596 Polipropilenă 985

U5.4.3. Calculul presiunii necesare debitării cu jet de fluid abraziv

În cele ce urmează se va prezenta o modelare a procesului eroziv cu jet, bazată pe

ipoteza conform căreia vârfurile granulelor abrazive au o formă conică, cu unghiul la vârf 2θ.

79

Fig. 5.24

Calculul presiunii necesare furnizată de către instalaţia de lucru se face conform modelului adoptat de Rabinowicz, în care granula abrazivă se asimilează cu un penetrator conic. Suprafaţa iniţială de contact dintre granulă şi materialul piesei reprezintă doar jumătate din aria laterală a unui con, ea calculându-se cu relaţia:

22 121 tgtgdAC (5.18)

unde d este înălţimea conului. Conform modelului adoptat, se impun următoarele condiţii:

traiectoria vârfului granulei abrazive este liniară; presiunea exercitată de granula abrazivă asupra semifabricatului descreşte liniar, de la

o valoare maximă ps (presiunea din sistem), la zero, conform relaţiei:

)()(a

S lypyp 1 (5.19)

unde la este lungimea aşchiei desprinse de către o granulă abrazivă. Ţinând cont de aceste condiţii se poate determina evoluţia mărimii suprafeţei de contact pe măsură ce granula abrazivă pătrunde în semifabricat:

22 121 tgtgdxdyAC )()( (5.20)

Cum:

alyddx (5.21)

se poate scrie că:

222 1121 tgtg

lydyAa

C )()( (5.22)

Forţa dezvoltată la contactul dintre granula abrazivă şi semifabricat se calculează cu formula:

232 1121 tgtg

lypdyAypyFa

SC )()()()( (5.23)

sau

80

31 )()( maxalyFyF (5.24)

Lucrul mecanic efectuat de granula abrazivă se determină cu relaţia:

41 3

0 0

aal al

a

lFdylyFdyyFL

maxmax )()( (5.25)

sau

22

18

tgtglpdL aS (5.26)

Pe baza legii conservării energiei, lucrul mecanic efectuat de o granulă se transformă în energie de deformaţie, transmisă piesei de prelucrat.

Energia specifică sau densitatea de energie de forfecare marginală, δs, a materialului semifabricatului se obţine cu ajutorul relaţiei:

Gt

S

2

2

(5.27)

în care τt este rezistenţa teoretică la rupere la forfecare, iar G este modulul de elasticitate transversală a materialului de prelucrat.

Se poate scrie că: LVS (5.28)

unde V reprezintă volumul aşchiei îndepărtate de o granulă abrazivă, calculabil cu relaţia:

tgldV a2

31 (5.29)

Fig. 5.25 Prin prelucrarea relaţiei (5.28) se va obţine în final relaţia de dependenţă a presiunii

necesară a fi furnizată de către sistem în funcţie de natura materialului de prelucrat şi de geometria granulei abrazive:

218490

tgp S

S , (5.30)

În figura 5.26 se prezintă cazul concret al prelucrării unui semifabricat confecţionat din aluminiu, cu o densitate de energie de δs = 350 J/cm3

Fig. 5.26

81

U5.4.4. Modelarea procesului eroziv cu jet de apă

În cele ce urmează se va prezenta o modelare a procesului eroziv cu jet de apă, bazată pe ipoteza că picăturile au o formă sferică (fig. 5.27):

Fig. 5.27

Calculul presiunii necesare furnizată de către instalaţia de lucru se face conform modelului în care picătura de apă se asimilează cu un penetrator sferic. Suprafaţa de contact dintre picătură şi materialul piesei se calculează, pornindu-se de la figura 5.28, cu relaţia:

Fig. 5.28

ydyAC )( (5.31)

unde d este diametrul picăturii de apă. Conform modelului adoptat, presiunea exercitată de o picătură asupra semifabricatului

descreşte liniar, de la o valoare maximă pmax la zero, conform relaţiei:

)()( max hypyp 1 (5.32)

unde h reprezintă adâncimea maximă de penetrare a unei picături de apă. Forţa dezvoltată la contactul dintre granula abrazivă şi semifabricat se calculează cu

formula:

yhypdyAypyF C )()()()( max 1 (5.33)

Lucrul mecanic efectuat de o singură picătură se calculează cu relaţia:

82

2

0 6hpddyyFL

h

max)( (5.34)

Energia specifică sau densitatea de energie de forfecare marginală, δs, a materialului semifabricatului este dată de relaţia:

Gt

S

2

2

(5.35)

Se poate scrie că: LVS (5.36)

unde V reprezintă volumul de material dislocat de o picătură din jet, calculabil cu formula:

)( hdhV

2

33

2

(5.37)

Prin prelucrarea relaţiei (5.36) se va obţine în final relaţia de calcul a adâncimii maxime de penetrare a unei picături de apă în semifabricat:

)( max

S

pdh

32

(5.38)

Este cunoscut faptul că dacă jetul este parţial descompus în picături, acestea vor creea la zona de impact impulsuri de presiune cu valori foarte ridicate, mărimea maximă a acestora fiind calculabilă cu relaţia (5.12).

Pornind de la schema din figura 5.27 se mai poate scrie că:

Scvwvp 2

2

1max (5.39)

unde w este viteza de avans a jetului de fluid. Viteza v se obţine din relaţia:

Spv 2 (5.40)

unde pS este presiunea furnizată de instalaţia de lucru. Prelucrând relaţiile de mai sus se va obţine formula de calcul a adâncimii maxime de

penetrare a unei picături în materialul semifabricatului:

)(

(S

SS wpcdh

223

2 (5.41)

Pentru ca îndepărtarea de material să aibă loc (h > 0), este necesar ca viteza de avans a jetului de fluid să fie mai mică decât valoarea calculată cu relaţia:

22 921SSS

S

cpc

w

(5.42)

În următoarele două figuri sunt prezentate dependenţele adâncimii de pătrundere a unei picături de apă de viteza de avans a jetului, pentru două presiuni de lucru: 220 MPa, respectiv 400 MPa (materialul testat: aluminiu):

83

Fig. 5.29

Fig. 5.30

Dependenţa adâncimii de pătrundere a picăturii de presiunea furnizată de instalaţie este redată în figura 5.31. Materialul prelucrat este aluminiul, viteza de avans fiind de 0,01 m/s.

Fig. 5.31

Se remarcă faptul că sub o anumită valoare a presiunii (în acest caz cca. 220 MPa), picătura de apă nu are o suficient de mare energie pentru a putea îndepărta material. Cu alte cuvinte, pentru fiecare material în parte trebuie determinată acea valoare limită a presiunii de lucru, sub care aşchierea nu mai are loc.

Descrieţi fenomenele care au loc la contactul jetului cu semifabricatul.

84

U5.5. Instalaţii de prelucrare prin eroziune cu jet abraziv Debitarea materialelor cu jet de fluid sub presiune se poate realiza în două modalităţi:

cu jet de fluid; cu jet abraziv.

În ambele situaţii, schema instalaţiei este asemănătoare, cu observaţia că la maşinile care lucrează cu suspensie abrazivă există un element suplimentar: rezervorul cu granule abrazive. Principalele componente ale unei maşini de debitat cu jet abraziv sunt prezentate în figura 5.32, iar în figura 5.33 sunt arătate câteva vederi de ansamblu:

Fig. 5.32

Exemple

Fig. 5.33

85

U5.5.1. Sistemul pentru pregătirea apei Asigurarea unei fiabilităţi corespunzătoare a instalaţiei de prelucrare presupune ca apa utilizată să fie dedurizată şi filtrată. Acest lucru se obţine cu ajutorul sistemelor de preparare a apei, amplasate de obicei în apropierea maşinii. Acestea îndeplinesc şi rolul de a colecta apa uzată, particulele abrazive tocite şi aşchiile rezultate din prelucrarea materialelor. Datorită vaporizării şi a dificultăţii separării complete a apei de reziduuri, o reutilizare integrală a acesteia este imposibilă. Pentru asigurarea unei mai mari coerenţe a jetului, în apă se poate adăuga o cantitate bine precizată de polimer lichid cu catenă lungă. Polimerii conferă apei proprietăţi vâscoelastice superioare, prevenind ruperea jetului la contactul acestuia cu aerul. Sunt cunoscute opinii potrivit cărora adaosul de polimeri este binevenit doar la instalaţiile care utilizează pentru prelucrare jetul de apă pură. Pentru instalaţiile de debitare cu jet abraziv, mărirea vâscozităţii lichidului împiedică omogenizarea suspensiei abrazive şi frânează mişcarea granulelor.

U5.5.2. Sistemul de generare a presiunii Are rolul de a trimite către zona de lucru a unui debit constant de fluid, la o presiune cât mai ridicată. Cum valorile uzuale ale acestor presiuni sunt cuprinse între 280 şi 400 MPa, aceasta presupune ca sistemele hidraulice să conţină şi un amplificator. O instalaţie de generare a presiunii se caracterizează prin existenţa a două circuite distincte: unul pentru ulei, necesar alimentării amplificatorului hidraulic şi un altul, de înaltă presiune, pentru fluidul cu care se realizează debitarea (apă).

Fig. 5.34

Circuitul de ulei are rolul de a alimenta amplificatorul hidraulic cu lichid la o presiune cât mai înaltă, valoarea acesteia depinzând de pompa aleasă pentru acţionare (de regulă, o pompă cu pistonaşe axiale sau radiale, care dezvoltă presiuni de până la 40 MPa).

86

Cel de-al doilea circuit (fig. 5.34), destinat apei, are în componenţă patru ventile de sens (VS3, ...,VS6), necesare separării fazelor de absorbţie, respectiv refulare în şi din amplificator, precum şi un acumulator Ac, cu rolul de a atenua pulsaţiile de presiune din instalaţie. Amplificatorul hidraulic AH, datorită diferenţei dintre secţiunile pistonului şi a celor două tije, realizează multiplicarea presiunii la valorile dorite. Raportul secţiunilor pistonului şi a tijelor se adoptă, de regulă, ca fiind cuprins între 5:1 şi 10:1, fapt ce conduce la obţinerea unor presiuni finale de până la 400 MPa. Schema unui amplificator de presiune este prezentată în figura 5.35:

Fig. 5.35

La proiectarea cursei realizată de către pistonul amplificatorului trebuie să se ţină cont şi de compresibilitatea apei care, la presiuni de 350...400 MPa, este de circa 12 %. Conductele hidraulice clasice nu rezistă la presiuni atât de ridicate şi, de aceea, legarea duzelor la generator se realizează cu tuburi metalice flexibile cu diametrul interior de 1 mm. Pierderile de presiune care pot apare datorită acestor secţiuni reduse de curgere sunt mici pentru că debitele de lichid vehiculate au valori scăzute. Pentru a permite deplasările în coordonate x-y ale duzei, se utilizează tuburi de mare lungime, înfăşurate în serpentine. În figura 5.36 este prezentat un braţ de robot dotat la capătul liber cu o duză, aducerea apei sub înaltă presiune fiind realizată cu ajutorul unei serpentine :

Fig. 5.36

87

U5.5.3. Sistemul de formare a jetului Această componentă a instalaţiei are rolul de a transforma energia hidraulică a apei sub presiune în energie cinetică a jetului abraziv. O variantă a unui astfel de sistem este prezentată în figura 5.37 :

Fig. 5.37

Alte două variante de sisteme de formare a jetului sunt arătate în figura de mai jos :

Fig. 5.38

Duza este cea mai importantă componentă a sistemului de formare a jetului, ea având rolul de a stabili diametrul sculei tăietoare. Materialele din care se confecţionează duzele sunt diamantul, safirul sau rubinul, rezistenţele lor la uzare fiind foarte ridicate. Prin prelucrarea suprafeţelor interioare ale duzelor se obţin rugozităţi cu valori foarte mici care permit obţinerea unui jet coerent. În figurile următoare sunt prezentate o secţiune printr-un sistem de fixare a duzei şi, de asemenea, câteva vederi ale unor sisteme de formare a jetului :

Fig. 5.39

88

Diametrele interioare ale duzelor au valori cuprinse între 0,08 şi 0,8 mm, debitul de lichid consumat în timpul prelucrării fiind direct proporţional cu acest parametru dimensional. În diagrama din figura 5.40 este redată dependenţa debitului de fluid de diametrul duzei şi de presiunea de lucru:

Fig. 5.40

După trecerea prin duză, jetul de apă pătrunde în camera de amestec unde are loc formarea mixturii abrazive. Vidul creat prin deplasarea cu viteză mare a apei antrenează în mişcare granulele abrazive, obţinându-se în acest mod jetul abraziv. Pe timpul realizării amestecului, format din apă, aer şi granule, jetul îşi pierde o mare parte din coerenţă. Din acest motiv se impune ca în continuarea camerei de amestec să existe un tub concentrator , cu rolul de a restabili proprietăţile jetului. O problemă delicată în construcţia sistemelor de formare a jetului o constituie alinierea orificiilor duzei şi a tubului concentrator. În cazul unei duze cu un diametru de 0,3 mm şi a unui tub concentrator cu 0,8 mm, de exemplu, dezaxarea poate fi de maximum 0,1 mm. De asemenea, eroarea în alinierea unghiulară trebuie să fie mai mică decât 5 mrad.

U5.5.4. Sistemul de captare a jetului abraziv Un asemenea sistem este necesar pentru absorbirea energiei neconsumate a jetului, cunoscut fiind faptul că, în timpul prelucrării, doar aproximativ 10 % din întreaga energie este utilizată pentru debitare. Instalaţiile de prelucrare prin eroziune cu jet abraziv pot fi dotate cu una dintre cele trei variante de sisteme de captare prezentate în figura 5.41:

Fig. 5.41

89

Varianta a constă dintr-un rezervor umplut cu apă, adâncimea acesteia fiind de 0,5...1 m. În schema b, recipientul de captare a jetului este umplut pe o adâncime de 0,15...0,30 m cu bile de oţel, interacţiunea apei cu acestea având drept efect disiparea energiei în exces. Recipientul din varianta c conţine câteva plăci confecţionate din materiale foarte rezistente la uzare şi care sunt dispuse la un unghi mic în raport cu axa fasciculului abraziv. Prin devierea repetată a jetului are loc diminuarea energiei cinetice a acestuia.

U5.5.5. Sistemul de generare a mişcărilor de avans Greutatea redusă a sistemului de formare a jetului (50...100 N), precum şi forţele mici necesare debitării ( < 40 N), simplifică mult proiectarea şi realizarea unor sisteme precise de obţinere a mişcărilor de avans. Complexitatea unui asemenea sistem este dictată de numărul de axe cerute de prelucrare. Debitarea unor piese plate (table) necesită mişcări de lucru după doar două direcţii (X, Y), la care se poate adăuga o mişcare manuală de poziţionare după axa Z. Pentru aceste aplicaţii, cel mai frecvent se utilizează instalaţii de prelucrare de tip portal sau cu braţ liber.

Fig. 5.42

Maşinile care lucrează după trei axe sunt capabile sa prelucreze o gamă variată de piese, cu suprafeţe înclinate la diferite unghiuri. Prelucrarea după cinci axe este curent utilizată în industria automobilului, la debitarea cu jet de apă pură cu ajutorul roboţilor tip RRR. Construcţia acestor instalaţii se aseamănă cu cea a maşinilor de frezat bazate pe o configuraţie TTT-RR. Utilizarea pe scară largă a prelucrării după cinci axe se poate observa în prezent în industria construcţiilor de avioane, la debitarea unor piese de mari dimensiuni şi cu configuraţii complexe. O asemenea instalaţie poate avea următoarele caracteristici:

deplasarea după axa X: 15 m; deplasarea după axa Y: 3 m; deplasarea după axa Z: 1 m; precizia prelucrării: 0,5 mm.

90

U5.5.6. Costurile de exploatare ale instalaţiilor de prelucrat cu jet abraziv În tabelul 5.2 sunt prezentate valorile relative ale costurilor orare implicate de utilizarea unei instalaţii de debitare cu jet abraziv:

Tabelul 5.2 [ % ] Mâna de lucru Maşina (amortizabilă în 5 ani - 104 ore ) Abrazivi Duza Întreţinerea pompei Energia

Total

35 25 15 10 10 5

100 O comparaţie între principalele caracteristici ale prelucrărilor cu fascicule laser (PFL) şi cu jet abraziv (PJA) este redată în tabelul 5.3:

Tabelul 5.3 Caracteristica PFL PJA

Productivitatea prelucrării + Mărimea zonei afectate termic + Rugozitatea suprafeţelor prelucrate + Zgomot = = Emanaţii de praf + Emanaţii de radiaţii + Costul echipamentelor + Dimensiunea minimă a piesei de prelucrat = = Mărimea spaţiului ocupat +

(+) - avantaj; (=) - egalitate

U5.6. Alte aplicaţii ale eroziunii cu jet abraziv

Eroziunea cu ajutorul jeturilor abrazive, în afară de debitare, mai poate fi utilizată şi la frezarea şi strunjirea suprafeţelor pieselor, sau la obţinerea alezajelor adânci. Pentru aplicaţiile de frezare şi strunjire trebuie avut în vedere faptul că eroziunea cu jet abraziv nu dispune de o sculă rigidă, cu o geometrie bine definită. Din acest motiv, planeitatea suprafeţei de prelucrat este foarte dificil de obţinut, fapt ce impune ca regimurile de lucru să fie foarte corect alese. În figura 5.43 este prezentată frezarea unei suprafeţe cu ajutorul unui jet abraziv:

91

Fig. 5.43

Se poate observa faptul că suprafaţa prelucrată nu este rectilinie, iar la capătul de cursă, acolo unde se schimbă sensul mişcării de avans, datorită staţionării pentru o clipă a capului de lucru, are loc o nedorită prelucrare suplimentară pe adâncime. Pentru eliminarea acestor inconveniente se impune ca viteza de avans wa să fie riguros constantă, schimbarea sensurilor de deplasare să se realizeze în afara suprafeţei de prelucrat, iar compoziţia jetului să fie aceeaşi în timp. Se recomandă utilizarea unor puteri scăzute ale jetului şi a unor viteze de avans cât mai mari. Câteva exemple de suprafeţe frezate cu ajutorul unui jet abraziv sunt prezentate în figura de mai jos :

Fig. 5.44

Strunjirea cu ajutorul jeturilor poate fi realizată conform schemelor prezentate în figura 5.45:

Fig. 5.45

92

Mărimea forţei de aşchiere în cazul strunjirii cu jet abraziv este neglijabilă, făcând posibilă prelucrarea unor piese de diametre foarte mici fără a le deforma. Sensul de rotaţie al piesei poate fi, în principiu, oricare, iar mărimea turaţiei nu reprezintă un parametru important al prelucrării. Cercetările experimentale au scos la iveală totuşi faptul că la o rotire a piesei în sens pozitiv (+), calitatea suprafeţelor prelucrate este mai bună. În prezent, cercetările privitoare la eroziunea cu jet abraziv vizează lărgirea domeniilor de aplicabilitate, căutându-se totodată noi soluţii de îmbunătăţire a calităţii prelucrărilor. Studii de ultimă oră au avut ca obiect înlocuirea apei ca agent purtător al granulelor abrazive cu NO2, acesta având ca avantaj faptul că se evaporă imediat după prelucrare. Debitarea cu jet de gheaţă a constituit scopul altor cercetări, granulele abrazive fiind înlocuite cu particule de apă îngheţată.

U5.7. Rezumat Prelucrarea cu jet de apă se bazează pe efectele generate la contactul cu semifabricatul al unui fir subţire de apă, acesta având valori mari ale presiunii şi ale vitezei de curgere. Debitarea cu jet de apă este actualmente cel mai folosit dintre procedeele de prelucrare cu ajutorul unui jet de lichid. O ameliorare semnificativă a caracteristicilor tehnologice aferente jetului de apă, ca sculă, a devenit posibilă prin introducerea în acesta a unor granule abrazive. Echipamentul pentru prelucrarea cu jet abraziv este, în mare măsură, asemănător celui de la prelucrarea numai cu jet de apă. Tăierea cu jet abraziv este procedeul ce cunoaşte cea mai pronunţată răspândire. De asemenea, frezarea sau strunjirea cu jet abraziv sunt aplicaţii care tind să fie tot mai răspândite.

U5.8. Test de evaluare a cunoştinţelor Bifaţi răspunsul sau răspunsurile corecte:

1. Care dintre următoarele proprietăţi nu-i este specific jetului de fluid sub presiune? a) viteza c) coerenţa b) volumul d) simetria

2. Presiunea maximă de lucru la eroziunea cu jet de fluid este: a) 800 MPa c) 6000 MPa b) 400 MPa d) 2000 MPa

93

Unitatea de învăţare U6. Prelucrarea prin eroziune abrazivă

ultrasonică

Cuprins

U6.1. Introducere.......................................................................................................93 U6.2. Obiectivele unităţii de învăţare .........................................................................93 U6.3. Noţiuni generale de ultraacustică......................................................................94 U5.4. Principiul eroziunii abrazive ultrasonice...........................................................95 U6.5. Construcţia sistemelor ultrasonice ..................................................................102 U6.6. Maşini de prelucrat prin eroziune abrazivă ultrasonică ...................................112 U6.7. Influenţa unor parametri ai procesului de prelucrare asupra productivităţii

eroziunii ........................................................................................................114 U6.8. Debavurarea abrazivă ultrasonică ...................................................................118 U6.9. Rezumat.........................................................................................................122 U6.10. Test de evaluare a cunoştinţelor....................................................................122

Temă de control ............................................................................................122

U6.1. Introducere În acest capitol este prezentată eroziunea abrazivă ultrasonică a semifabricatelor. Această metodă neconvenţională de prelucrare reprezintă un caz particular al eroziunii cu particule abrazive libere vehiculate cu ajutorul unui mediu fluid la suprafaţa obiectului de prelucrat. Sunt prezentate în cele ce urmează principiul prelucrării, construcţia sistemelor ultrasonice, precum şi instalaţiile specifice de prelucrare. În ultima parte este prezentată debavurarea ultraacustică a semifabricatelor.

U6.2. Obiectivele unităţii de învăţare Unitatea de învăţare are ca obiectiv principal familiarizarea cursanţilor cu procedeul neconvenţional de prelucrare prin eroziune abrazivă ultrasonică. La sfârşitul acestei unităţi de învăţare cursanţii vor fi capabili să: descrie principiul prelucrării; prezinte factorii care influenţeză procesul eroziv; descrie componentele unui utilaj de prelucrare prin eroziune abrazivă

ultrasonică.

Durata medie de parcurgere a acestei unităţi de învăţare este de 6 ore.

94

U6.3. Noţiuni generale de ultraacustică Ultraacustica este ştiinţa care studiază producerea, propagarea şi recepţia undelor elastice de înaltă frecvenţă, precum şi interacţiunea acestora cu mediul prin care se propagă. În funcţie de frecvenţa lor, undele elastice se clasifică în:

infrasunete (f < 16 Hz); sunete (16 < f <20.000 Hz); ultrasunete (f > 20.000 Hz).

Sunetele sunt acele unde elastice care produc senzaţia auditivă, manifestată prin înălţime, tărie şi timbru. Omul normal este capabil să distingă sunete cuprinse în domeniul 16...20.000 Hz, aceste limite variind în funcţie de vârstă, grad de oboseală etc. În figura 6.1 sunt prezentate zonele şi limitele de audibilitate ale sunetelor, în funcţie de frecvenţa şi intensitatea acustică a acestora:

Fig. 6.1

Se observă faptul că urechea umană poate percepe sunetele într-un domeniu limitat de variaţie a intensităţii acustice (0...120 dB), numit domeniu de audibilitate. De asemenea, se mai constată faptul că limita superioară de audibilitate este aceea a unui sunet cu o frecvenţă de 20.000 Hz. Ultrasunetele sunt undele elastice ale căror frecvenţe sunt mai mari decât 16...20 kHz. Frecvenţele maxime ale ultrasunetelor pot ajunge până la aproximativ 1014 Hz, caz în care ele poartă denumirea de hipersunete. Datorită frecvenţei lor ridicate, ultrasunetele posedă câteva caracteristici specifice:

transportă energii mult mai mari decât sunetele; transmisia ultrasunetelor creşte cu densitatea materialului mediului de propagare; acceleraţia particulelor mediului este mare (aproximativ 105 g); pot fi amplificate, focalizate şi dirijate în direcţia dorită; generează fenomenul de cavitaţie etc.

95

Toate aceste caracteristici au condus la utilizarea undelor elastice ultrasonore pentru două categorii de aplicaţii:

pasive, care folosesc ultrasunete de intensităţi reduse, incapabile să provoace modificări ale structurii mediilor de propagare. Aceste aplicaţii sunt specifice acţiunilor de obţinere a informaţiilor referitoare la proprietăţile mediului cercetat sau cu privire la prezenţa defectelor în structura substanţei.

active, la care ultrasunetele au intensităţi suficient de mari astfel încât ele să producă modificări ale structurii mediului de propagare. În acest caz, ultrasunetele îndeplinesc rolul unor unelte care efectuează lucru mecanic sau pe acela al unor agenţi catalizatori ai procesului de prelucrare.

Aplicaţiile active sunt foarte răspândite în tehnica modernă, una dintre ele fiind eroziunea abrazivă ultrasonică, bazată pe efectele fizice şi chimice generate de ultrasunete.

U6.4. Principiul eroziunii abrazive ultrasonice Folosirea ultrasunetelor pentru aplicaţiile active este cunoscută încă din anul 1927, atunci când Wood şi Loomis au utilizat pentru prelucrarea materialelor unde elastice cu frecvenţe de 70 kHz. Avantajele pentru industrie ale acestor cercetări au fost curând recunoscute, astfel încât începând cu anii '50, producţia de maşini-unelte ultrasonice a cunoscut o permanentă dezvoltare. Posibilitatea îndepărtării adaosului de prelucrare sub acţiunea unor particule abrazive aflate în suspensie, activate ultrasonic, a permis apariţia şi dezvoltarea unui nou procedeu de prelucrare a materialelor, cunoscut azi sub denumirea de eroziune abrazivă ultrasonică. Avantajul utilizării ultrasunetelor ca metodă erozivă constă în posibilitatea prelucrării cu uşurinţă a materialelor dure şi foarte dure, fragile, greu sau chiar imposibil de aşchiat prin metode tradiţionale. În figura următoare sunt prezentate câteva exemple de tipuri de suprafeţe prelucrabile prin eroziune ultrasonică :

Exemple

Fig. 6.2

Schema de principiu a prelucrării prin eroziune abrazivă ultrasonică este prezentată în figura 6.3:

96

Fig. 6.3

Scula execută o mişcare vibratorie de frecvenţă ultrasonică, scopul fiind acela de a trimite granulele abrazive spre suprafaţa piesei. Prin ciocnirea particulelor abrazive de piesă are loc îndepărtarea adaosului de prelucrare. Modalitatea concretă prin care granulele abrazive reuşesc să îndepărteze materialul excedentar nu este încă pe deplin elucidată, în ciuda numeroaselor studii efectuate. Totuşi, cercetătorii sunt unanimi în recunoaşterea faptului că principalele fenomene care contribuie la eroziunea materialelor sunt următoarele:

acţiunea de lovire executată de către sculă asupra piesei prin intermediul granulelor abrazive de dimensiuni mari (comparabile cu mărimea interstiţiului de lucru);

lovirea cu viteză mare a suprafeţei de prelucrat de către granulele abrazive de dimensiuni reduse;

eroziunea datorată cavitaţiei lichidului de lucru, supus tensiunilor alternative de întindere şi comprimare;

eroziunea chimică generată de mediul de lucru. Cele patru cauze enumerate mai sus nu acţionează separat, ci simultan, efectele lor însumându-se.

U6.4.1. Eroziunea datorată granulelor abrazive de dimensiuni mari Acţiunea de lovire a suprafeţei piesei de către granulele abrazive de dimensiuni mari constituie factorul cu ponderea cea mai importantă în prelevarea adaosului de material ( > 80% ). Granulele abrazive, lovite fiind de către sculă, se izbesc de suprafaţa piesei, generând o reţea de microfisuri. În timp, această reţea se dezvoltă, producând desprinderea unor fragmente de material excedentar.

97

Prelucrabilitatea materialelor prin eroziune abrazivă ultrasonică este apreciată după caracterul fragil sau plastic al ruperilor generate de prezenţa microfisurilor. Exprimarea cantitativă a prelucrabilităţii se realizează cu ajutorul criteriului de fragilitate sau a coeficientului de prelucrabilitate, calculabil cu relaţia:

r

rprK

(6.1)

în care r este tensiunea tangenţială de rupere a materialului de prelucrat, iar r reprezintă tensiunea normală de rupere la tracţiune. În funcţie de valorile pe care le poate avea coeficientul de prelucrabilitate, eficienţa eroziunii abrazive ultrasonice este prezentată în tabelul 6.1 :

Tabelul 6.1

Kpr Eficienţa prelucrării Materiale tipice > 2 Înaltă Sticlă, cuarţ, ceramică, diamant

1.....2 Medie Oţeluri aliate, carburi metalice < 1 Scăzută Cupru, plumb, aluminiu, oţeluri moi

Datorită faptului că oţelurile moi sunt greu prelucrabile prin eroziune abrazivă ultrasonică, se recomandă utilizarea lor pentru confecţionarea sculelor. Determinarea pe cale analitică a debitului de material prelevat prin eroziune ultrasonică porneşte de la ipoteza simplificatoare conform căreia granulele abrazive au o formă sferică şi sunt nedeformabile:

Fig. 6.4

Legea de mişcare a sculei este de tip sinusoidal şi anume: sin 00 ay (6.2)

în care a0 este amplitudinea mişcării, iar reprezintă unghiul de poziţie. În timpul cursei de apropiere a sculei de suprafaţa piesei, granula abrazivă se înfige în ambele elemente, suma celor două adâncimi de pătrundere fiind :

xdPS (6.3)

unde:

98

s = adâncimea de pătrundere a granulei abrazive în sculă; p = adâncimea de pătrundere a granulei în piesă; d = diametrul granulei abrazive; x = distanţa, la un moment dat, dintre sculă şi piesă.

Forţa de apăsare Fa care acţionează asupra granulei se manifestă doar pe porţiunea cuprinsă între unghiurile c şi /2 , adică între punctele C şi E de pe curba de mişcare. Punctului C îi corespunde o deplasare a sculei yc, iar punctului E o deplasare egală cu a0. În intervalul cuprins între yc şi a0 are loc pătrunderea granulei abrazive pe adâncimea S + P, deci se poate scrie că:

CPS ya 0 (6.4)

În figura 6.5 sunt prezentate elementele geometrice ale petei de contact formate între granula abrazivă şi piesă. Pata de contact este considerată circulară, raza ei fiind egală cu rP. Pentru valori mici ale raportului P/d se poate scrie:

Fig. 6.5

PPPPP ddddr 222

22)()( (6.5)

Determinarea adâncimii de pătrundere P Calculul cotei P se iniţiază prin exprimarea valorilor rezistenţelor la ruperea fragilă a materialelor piesei, respectiv sculei. Astfel, pentru piesă se poate scrie:

])([ 22 22 P

aP

rdddF

H

(6.6)

Ţinând cont de relaţia (6.5), rezistenţa la ruperea fragilă a piesei devine:

dF

HP

aP

(6.7)

de unde rezultă : PPa HdF (6.8)

În mod asemănător se poate deduce o relaţie a forţei de apăsare şi pentru sculă : SSa HdF (6.9)

Egalând relaţiile (6.8) şi (6.9) se obţine :

99

qHH

S

P

P

S

(6.10)

Introducând relaţia (6.10) în (6.3) rezultă :

qxd

P

1

(6.11)

Cunoscută fiind expresia de calcul a adâncimii de pătrundere a granulei abrazive în piesă, se poate calcula volumul elementar de material îndepărtat:

331 13

232 )()( d

qxddV P

(6.12)

Debitul prelevării de material datorat acţiunii tuturor granulelor abrazive de diametru d este dat de relaţia:

min]/[)( 31 mmfdFVVd (6.13)

unde f este frecvenţa de lucru, iar F(d) reprezintă evaluarea statistică a numărului de granule abrazive care au diametrul egal cu d. Valoarea acestui parametru este dată de relaţia:

32110951 ])([,)(

d

d

d

NdF (6.14)

în care: d = diametrul mediu al granulelor din interstiţiul de lucru; N = numărul total al granulelor.

Granulele utilizate pentru eroziunea abrazivă ultrasonică au un diametru mediu cuprins între 3 şi 80 m, iar numărul lor variază între 30.000 şi 100.000 buc / cm2 . Debitul total al prelevării de material, datorat tuturor granulelor abrazive aflate în zona de lucru, indiferent de mărimea lor, se obţine cu relaţia:

ddfd

d

d

NdV P

d

xtot

}])([,{)( /max 3223 110951

32 (6.15)

unde dmax reprezintă diametrul maxim al granulelor abrazive. Prin explicitarea lui P se obţine:

ddd

ddxddq

fNVd

xtot

32

2311

1

292 ])([)()(

, max

/ (6.16)

U6.4.2. Eroziunea datorată granulelor abrazive de dimensiuni mici

În timpul cursei de apropiere de piesă, suprafaţa frontală a sculei loveşte cu putere granulele abrazive de mici dimensiuni, transferându-le acestora o energie cinetică cu valori ridicate (fig. 6.6). Izbite fiind de către sculă, granulele abrazive ciocnesc suprafaţa materialului cu o forţă care poate depăşi de câteva mii de ori propria lor greutate.

100

Fig. 6.6

Forţa de impact F, acţionând pe o suprafaţă foarte mică, generează tensiuni locale care depăşesc limita de curgere a materialului, îndeplinindu-se astfel condiţiile apariţiei unor noi fisuri în stratul superficial fragil al piesei.

U6.4.3. Eroziunile cavitaţională şi chimică datorate mediului de lucru Cavitaţia reprezintă fenomenul de formare a unor goluri în masa unui lichid, atunci când acesta este tensionat prin reducerea presiunii sau prin creşterea temperaturii. În momentul în care printr-o solicitare externă tensiunea atinge o anumită valoare, numită "critică", lichidul cavitează, devenind un sistem bifazic, format din lichid şi vapori. Cel mai important efect al cavitaţiei îl constituie distrugerea materialelor solide. Acest proces complex implică două aspecte fundamental distincte, dar care se intercondiţionează reciproc. Unul este de natură hidrodinamică, specific cavitaţiei, iar celălalt are un caracter fizico - mecanic, caracteristic solicitării solidelor la oboseală. Cavitaţia datorată ultrasunetelor constă, într-o primă fază, în ruperea fluidului în punctele cu o mai slabă legătură şi apoi în refacerea imediată a acestuia datorită presiunii mari exercitată de către undele elastice. Punctele de slabă legătură aflate în lichid poartă numele de nuclee sau germeni de cavitaţie şi constau din nişte bule cu un diametru foarte mic umplute cu gazul dizolvat în lichid. În cazul eroziunii abrazive ultrasonice, mecanismul prelevării de material prin cavitaţie se explică prin următoarea succesiune de evenimente:

în faza de îndepărtare a sculei de piesa de prelucrat, datorită scăderii presiunii în zona de lucru, bula cavitaţională microscopică îşi măreşte volumul prin umplerea cu gaz sau vapori. Timpul necesar unei bule sferice să-şi mărească raza de la R0 la R se calculează cu relaţia:

1

0

2

2320

31112

3

)]()([)(

/

Rp

dpR

t (6.17)

101

unde este densitatea lichidului; - tensiunea superficială; p - presiunea hidrostatică; - raportul razelor ( = R0/R).

în timpul apropierii sculei de suprafaţa piesei, presiunea în zona de lucru creşte, iar bula cavitaţională se distruge prin implozie, micşorându-şi raza la o valoare Rm. Are loc o comprimare adiabatică a vaporilor aflaţi în interior, temperatura acestora putând atinge 10.000C.

În figura de mai jos este prezentată evoluţia formei bulei cavitaţionale în timpul imploziei :

Fig. 6.7

Durata micşorării razei bulei până la valoarea Rm se obţine cu ajutorul relaţiei lui Rayleigh:

pRt m

9150, (6.18)

În urma surpării bulei cavitaţionale, în lichid se formează unde de şoc care generează presiuni de 104....105 atm şi microjeturi cu diametre de 10....100 m. Vitezele acestora pot atinge 200 m/s. Fenomenul de surpare a unei bule cavitaţionale poate fi văzut în figura 6.8:

Fig. 6.8

Distrugerea solidelor datorită undelor de şoc are loc doar în condiţiile în care solicitarea cavitaţională este cel puţin egală cu tensiunea de curgere a materialului. De regulă, datorită presiunilor mari care apar, lichidul pătrunde în reţeaua de microfisuri creată de către granulele abrazive, având un rol de pană mecanică în prelevarea de material. Cantitatea de material prelevată prin cavitaţie este dependentă de caracteristicile undelor ultrasonore, putându-se admite că ea este o funcţie de forma:

,....),,,,( * dACHtfM (6.19)

102

în care: t = durata expunerii; H* = duritatea relativă (raportul dintre duritatea abrazivului Ha şi duritatea

materialului piesei HP); C = concentraţia abrazivului în suspensie; A = amplitudinea vibraţiilor; d = dimensiunea piesei.

În paralel cu eroziunea cavitaţională, prelevarea de material este amplificată şi de acţiunea corozivă a lichidului. Procesul de coroziune este mult accelerat de existenţa unor temperaturi ridicate, generate de comprimarea adiabatică a vaporilor din interiorul bulelor cavitaţionale. Existenţa temperaturilor ridicate se datorează şi transformării energiei mecanice în energie calorică, în procesul deformării solidelor sub acţiunea mecanică a cavitaţiei. În condiţiile unor asemenea temperaturi este favorizată apariţia coroziunii intercristaline a materialelor, care are loc la limita grăunţilor.

U6.5. Construcţia sistemelor ultrasonice Ansamblul complex format dintr-un traductor, un transformator acustic şi elemente de cuplare, a căror funcţionare corelată permite emisia şi recepţia undelor elastice ultrasonore, poartă numele de sistem ultraacustic. Schema de principiu a unui asemenea sistem este redată în figura 6.9:

Fig. 6.9

Traductorul ultraacustic constituie componenta activă a sistemului, el având rolul convertirii oscilaţiilor electrice furnizate de generatorul ultrasonic în vibraţii mecanice. Datorită faptului că amplitudinea acestor oscilaţii mecanice este insuficientă pentru utilizarea lor în scopul eroziunii abrazive, este necesară prezenţa unui transformator acustic. Acesta are rolul de a transmite, concentra şi focaliza oscilaţiile în mediul de prelucrare. Elementele de cuplare îndeplinesc rolul de legătură între traductor şi transformator, precum şi între acestea şi structura de rezistenţă a întregului sistem.

103

Sistemele ultraacustice, în funcţie de aplicaţiile cărora le sunt destinate, trebuie să îndeplinească câteva condiţii, grupate în două categorii: tehnologice şi acustice. Cerinţele tehnologice vizează calitatea prelucrării componentelor, rezistenţa lor la oboseală şi la uzare, rigiditatea sistemului, stabilitatea în funcţionare etc. Cerinţele acustice se referă, în principal, la necesitatea obţinerii unui regim rezonant de funcţionare, care să asigure un maxim de productivitate a prelucrării.

U6.5.1. Traductoare ultraacustice Traductoarele ultraacustice sunt acele sisteme oscilante care convertesc energia electrică în energie mecanică, bazându-se pe fenomenul de magnetostricţiune sau pe acela de piezoelectricitate. În funcţie de fenomenul fizic care stă la baza conversiei energiei, majoritatea traductoarelor sunt:

magnetostrictive sau piezoelectrice.

Traductoare magnetostrictive Funcţionează pe baza fenomenului magnetostrictiv direct care constă în modificarea dimensiunilor unui corp feromagnetic atunci când acesta este introdus într-un câmp magnetic. Variaţia dimensiunilor corpurilor datorită magnetostricţiunii este caracterizată de următoarele proprietăţi:

deformările se produc pe direcţia câmpului magnetic, dar nu depind de sensul acestuia;

alungirea sau contracţia corpurilor este dependentă de natura materialului şi de intensitatea câmpului magnetic.

Materialele cu proprietăţi magnetostrictive se împart în mai multe categorii: materiale feromagnetice pure: Fe, Ni, Co; aliaje feromagnetice:

- permendur (49 % Co, 49 % Fe, 2 % V); - alfer (13,8 % Al, 86.2 % Fe); - permalloy (40 % Ni, 60 % Fe); - permalloy-45 (45 % Ni, 55 % Fe); - supermalloy (66 % Ni, 34 % Fe); - hypernik (50 % Ni, 50 % Fe).

ferite, rezultate prin presarea unor pulberi ai unor oxizi metalici (NiO, ZnO, Fe2O3 etc).

104

Proprietăţile câtorva materiale cu proprietăţi magnetostrictive sunt cuprinse în tabelul 6.2:

Tabelul 6.2

Material Ni Permendur Alfer Permalloy Ferită

(Ni 50%-Zn 50%)

Densitatea [kg/m3]

8800 8100 6650 8200 5270

Modul de elasticitate [1011N/m2]

2,1 2,18 1,77 1,4 1,85

Deformarea specifică [10-6]

-35 70 50 30 -8

Inducţia de saturaţie BS [T]

0,64 2,4 1,3 1,6 0,54

Mărimea deformării specifice m este dependentă de inducţia magnetică B a câmpului magnetic:

2Bbll

m

(6.20)

unde b este o constantă de material. În figura 6.10 este prezentată variaţia deformaţiei specifice în funcţie de inducţia magnetică pentru două bare magnetostrictive confecţionate, una din nichel şi cealaltă din permalloy:

Fig. 6.10

După cum se poate observa, deformaţiile specifice sunt mici (10-5...10-6), constatându-se experimental că ele devin şi mai reduse odată cu creşterea temperaturii. Există, pentru fiecare material în parte, o anumită valoare critică a temperaturii până la care se mai manifestă fenomenul de magnetostricţiune, denumită temperatură Curie. În tabelul 6.3 sunt date câteva valori ale temperaturilor Curie pentru diferite materiale:

105

Tabelul 6.3

Material Temp. Curie [C] Material Temp. Curie

[C]

Nichel 360 Ferită (NiO 99% + CoO

1%) 590

Permendur 980 Ferită (NiO 50%+ ZnO

50%) 260

Alfer 500 Ferită (NiO 98% + CoO

2%) 575

În vederea obţinerii oscilaţiilor ultrasonore, traductoarele magnetostrictive sunt introduse într-o înfăşurare străbătută de un curent electric alternativ de frecvenţă ultrasonică f. Bobinajul este realizat cu cu un conductor izolat cu diametrul de 1,5...2 mm. În scopul realizării unei distribuţii uniforme a fluxului magnetic pe întreaga secţiune a traductorului, înfăşurarea se face cu un singur conductor şi într-un singur strat (spiră lângă spiră).

Fig. 6.11 În timpul funcţionării, traductoarele se încălzesc puternic din cauza pierderilor de energie electrică şi mecanică, care se transformă ireversibil în căldură. În vederea evitării supraîncălzirii, traductoarele se construiesc sub forma unor pachete de plăcuţe subţiri (tole), cu grosimi cuprinse între 0,1 şi 0,3 mm, izolate între ele. Izolarea electrică a tolelor se realizează prin depunerea pe suprafaţa acestora a unui strat dielectric de oxid, rezultat în urma tratamentului termic de recoacere. Prin încălzirea în aer a tolelor de nichel la 550...600C rezultă un strat perfect izolant de oxid. Câteva forme constructive ale unor traductoare magnetostrictive sunt prezentate în figura 6.12:

Fig. 6.12

106

Des utilizate sunt şi traductoarele confecţionate din ferite sub forma unor ferestre cu două coloane (fig. 6.13). Cele două coloane sunt separate între ele prin intermediul unor magneţi permanenţi, utilizaţi în scopul premagnetizării traduc-toarelor de mică şi medie putere.

Fig. 6.13 Frecvenţa de oscilaţie a unui traductor tip pachet cu două coloane se calculează cu relaţia:

)(

)(

lbl

El

nf

2

122

(6.21)

în care şi E sunt densitatea, respectiv modulul de elasticitate al materialului din care se confecţionează tolele, iar n reprezintă ordinul armonicei impuse ; l şi b reprezintă înălţimea, respectiv lăţimea traductorului (vezi fig. 6.12). Frecvenţa de vibraţie a traductoarelor magnetostrictive are o valoare dublă faţă de cea a curentului alternativ de excitaţie. Acest lucru se datorează faptului că pe parcursul unei perioade, sensul câmpului magnetic se modifică de două ori, deci şi traductorul este magnetizat tot de două ori. Înlăturarea apariţiei fenomenului de dublare a frecvenţei se obţine prin suprapunerea peste câmpul magnetic alternativ a unuia continuu, numit câmp magnetic de premagnetizare. Practic, acest lucru se poate realiza în mai multe moduri:

aplicarea unui curent continuu care străbate înfăşurarea, concomitent cu cel alternativ; amplasarea în

apropierea traductorului a unui magnet permanent sau a unui electromagnet.

În figura 6.14 este redată construcţia unui traductor magnetostrictiv alături de care s-au amplasat doi electromagneţi de premagnetizare :

Fig. 6.14

107

Traductoare piezoelectrice Fenomenul piezolelectric se manifestă în felul următor : dacă o forţă este aplicată pe o placă paralelipipedică tăiată dintr-un material cu proprietăţi piezoelectrice, atunci pe feţele plan-paralele opuse ale acestui element apar sarcini electrice. Acest fenomen este cunoscut sub numele de efectul piezoelectric direct. Efectul piezoelectric invers constă în apariţia unor deformaţii mecanice ale plăcii piezoelectrice atunci când două feţe paralele opuse ale acesteia sunt încărcate electric. Se va considera în continuare cazul unui element paralelipipedic tăiat dintr-un cristal de cuarţ (fig. 6.15, a), astfel încât feţele sale să fie orientate după axele sistemului XYZ.

Fig. 6.15

Dacă acest element paralelipipedic este solicitat cu o forţă FX, orientată după axa X, feţele paralele cu planul ZY sunt încărcate electric cu sarcina qX (fig. 6.15, b). Relaţia de calcul a acestei sarcini este :

XX Fdq 11 (6.22)

în care d11 este constanta piezoelectrică, dependentă de material (pentru cuarţ, d11 = 2,1·10-12 C/N; pentru titanatul de bariu (BaTiO3): d11 = (67….215)·10-12 C/N) Indicii constantei piezolectrice sunt alocaţi după următoarea regulă : axelor X, Y şi Z le corespunde prima cifră a indicelui, care poate fi 1, 2 sau, respectiv, 3. Cea de-a doua cifră a indicelui esta alocată planelor ZY, ZX şi XY, ea putând fi 1, 2 sau, respectiv, 3. Prima cifră a indicelui descrie direcţia forţei aplicate, iar cea de-a doua cifră se referă la rezultatul obţinut. Astfel, de exemplu, constanta d11 semnifică faptul că forţa s-a aplicat după direcţia X, iar sarcina electrică a apărut pe suprafeţele paralele cu planul ZY. Efectul piezoelectric generat de aplicarea unei sarcini FX este cunoscut ca fiind de tip longitudinal. În cazul aplicării unei forţe orientată după axa Y (FY) va apare un efect piezolelectric transversal care va genera sarcina electrică qY:

YY Fxydq )(21 (6.23)

unde x şi y sunt dimensiunile plăcii piezoelectrice (fig. 6.15, b). Dacă încărcarea plăcii se realizează după axa Z, efectul piezoelectric nu se manifestă.

108

Construcţia traductoarelor piezoelectrice se bazează pe fenomenul piezoelectric invers, adică pe acea proprietate a unor materiale de a se deforma atunci când sunt plasate într-un câmp electric. În figura 6.16 se poate observa modificarea dimensiunilor unei plăci confecţionată din cuarţ atunci când aceasta este amplasată într-un câmp electric:

Fig. 6.16

Se remarcă faptul că dacă direcţia vectorului intensităţii câmpului electric coincide cu cea a axei electrice (X) a plăcii de cuarţ, deformaţia specifică este de tip longitudinal (l) . Dacă însă vectorul intensităţii câmpului electric are aceeaşi direcţie cu axa mecanică (Y) a plăcii, deformaţia specifică este de tip transversal (t). Valorile absolute ale deformaţiilor plăcii de cuarţ se calculează cu ajutorul următoarelor relaţii:

UddEdx 1111 (6.24)

UdldlEdy 2121 (6.25)

unde l şi d sunt lungimea, respectiv grosimea plăcii de cuarţ, iar U este tensiunea electrică aplicată pe feţele opuse ale acesteia. Deformaţiile materialelor cu proprietăţi piezoelectrice sunt dependente nu numai de tensiunea aplicată, ci şi de sensul câmpului electric. În tabelul 6.4 sunt date valorile unor caracteristici ale materialelor utilizate pentru construcţia traductoarelor piezoelectrice :

Tabelul 6.4

Material Temperatura

Curie [C]

Modulul de elasticitate [1010 N/m2]

Densitatea [kg/m3]

Coeficientul piezoelectric [10-12 C/N]

Cuarţ 843 8,6 2650 2,1 Sare Rochelle 327 1,49 1770 435 Titanat de bariu BaTiO3

393 11,8 5700 190

Niobat de plumb PbNb2O6

523 2,9 6000 90

Zirconat de plumb ( PTZ1)

548 7,5 7500 180

109

Pe baza efectului piezoelectric invers, oscilaţiile mecanice obţinute vor avea o frecvenţă mare dacă frecvenţa tensiunii electrice alternative va fi şi ea ridicată. În situaţia în care modificările dimensionale succesive ale traductorului se realizează cu frecvenţe mai mari de 20 kHz, atunci ele generează, în mediul de propagare, unde elastice ultrasonice. Traductoarele piezoelectrice destinate producerii ultrasunetelor lucrează în regim de rezonanţă, cele mai des întâlnite forme constructive fiind prezentate în figura 6.17:

Fig. 6.17

Traductoarele din figură sunt de tip compus, având în componenţă una sau două plăci piezoelectrice de grosime d şi alte două plăci, numite de radiaţie şi de reflexie. Placa de radiaţie este confecţionată din duraluminiu şi are o grosime d1, iar cea de reflexie este realizată din oţel, fiind de grosime d2. Placa de grosime d3, prevăzută cu orificii, este destinată fixării traductorului. Acest tip de traductoare radiază energie ultraacustică într-un singur sens şi anume spre placa de radiaţie. Dacă se doreşte însă ca traductorul să radieze energie în ambele sensuri, atunci placa de reflexie este înlocuită cu una de radiaţie. În acest ultim caz, datorită dublării suprafeţei de radiaţie, intensitatea radiantă pe fiecare faţă se va înjumătăţi.

Descrieţi funcţionarea traductoarelor ultraacustice de tip magnetostrictiv.

Descrieţi funcţionarea traductoarelor ultraacustice de tip piezolelectric.

Să ne reamintim...

Traductoarele ultraacustice convertesc energia electrică în energie mecanică, bazându-se pe fenomenul de magnetostricţiune sau pe acela de piezoelectricitate.

U6.5.2. Transformatoare ultraacustice Transmiterea energiei ultrasonice precum şi amplificarea vitezei de oscilaţie a particulelor se obţin cu ajutorul transformatoarelor acustice, cunoscute şi sub denumirea de

110

amplificatori sau concentratori acustici. Aceste componente ale sistemelor ultraacustice se pot construi sub diferite forme (fig. 6.18):

bare de secţiune constantă; bare exponenţiale cu secţiune circulară; bare exponenţiale cu secţiune dreptunghiulară; bare exponenţiale cu cavitate interioară (inelare) etc.

Fig. 6.18

Materialele folosite pentru construcţia concentratoarelor sunt, cel mai des, titanul, oţelurile de diverse tipuri, alama sau alte metale neferoase. Selectarea unui anumit material trebuie să ţină seama de solicitările mari la care sunt supuse transformatoarele acustice, în special cele de oboseală, precum şi de acţiunea agresivă, cavitaţională, a mediilor de lucru. Astfel, în cazul prelucrărilor prin eroziune abrazivă ultrasonică se recomandă alegerea ca materiale a oţelului inoxidabil sau a alamei. Suprafaţa de secţiune mare a concentratorului se fixează rigid de traductorul ultraacustic, iar la capătul opus al barei se va obţine o creştere a vitezei particulelor mediului de propagare.

Fig. 6.19

111

În aplicaţiile industriale, cel mai des sunt utilizate concentratoarele confecţionate sub forma unei bare a cărei secţiune variază exponenţial (fig. 6.19). În figura 6.20 sunt redate câteva variante de asemenea concentratoare :

Exemple

Fig. 6.20

Aria secţiunii transversale a acestor concentratoare variază după legea:

xmx eSS 0 (6.26)

Raportul amplitudinilor vibraţiilor la cele două extremităţi ale barei poartă denumirea de factor de amplificare şi se obţine cu relaţia:

L

L

SS

AAg 0

0

(6.27)

Expresia constantei de variaţie m a secţiunii concentratorului este:

Lgm ln

2 (6.28)

în care L este lungimea barei, calculabilă cu formula: 21

2)ln(

n

gfcnL (6.29)

unde: c = viteza sunetului în materialul barei; f = frecvenţa ultrasonică de lucru; n = un număr întreg care exprimă de câte ori concentratorul este mai lung decât o jumătate de lungime de undă ( n = 2L/). Fixarea concentratorului în structura de rezistenţă a utilajului se realizează în dreptul secţiunii la care amplitudinea de vibraţie este nulă. Această secţiune este conţinută în planul nodal al concentratorului, situat la o distanţă xn de capătul mai gros al acestuia. Poziţia planului nodal se calculează cu relaţia:

)ln( gn

arctgn

Lxn

1 (6.30)

Relaţiile de calcul ale concentratoarelor exponenţiale au fost determinate în ipoteza propagării în lungul barei doar a undelor longitudinale. Pentru a se evita şi propagarea altor

112

tipuri de unde este necesar ca dimensiunile liniare ale secţiunii mari a concentratorului să nu depăşească o jumătate de lungime de undă:

20

D (6.31)

Experimental s-a constatat că şi mărimea factorului de amplificare g trebuie limitată la valoarea 4,5 (g 4,5), în caz contrar fiind posibilă apariţia undelor de torsiune. Pentru o funcţionare optimă a întregului sistem ultraacustic, frecvenţa de rezonanţă a traductorului şi cea a transformatorului trebuie să coincidă. Pentru dimensionarea concentratoarelor exponenţiale de secţiune circulară a fost conceput un program de calculator care permite o proiectare rapidă a acestor elemente aflate în componenţa blocurilor ultraacustice. Interfaţa grafică a acestui program este prezentată în figura de mai jos :

Fig. 6.21

U6.6. Maşini de perelucrat prin eroziune abrazivă ultrasonică

Eroziunea abrazivă ultrasonică constă în îndepărtarea unui strat de material dintr-un obiect sub acţiunea unor granule aflate în suspensie şi activate ultrasonic. Obţinerea suprafeţelor se realizează, de obicei, prin copierea spaţială a formei sculei şi, mai rar, prin deplasarea în spaţiu a curbei generatoare după o anumită traiectorie a curbei directoare. Eroziunea ultrasonică are în prezent un câmp de aplicabilitate tot mai larg, fiind utilă în mod deosebit la prelucrarea materialelor dure şi fragile. Este posibilă obţinerea unei game variate de configuraţii ale suprafeţelor prelucrate, pentru un domeniu larg de materiale. Maşinile-unelte destinate eroziunii abrazive ultrasonice se aseamănă foarte mult cu cele de găurit, fiind posibilă o clasificare a acestora după mai multe criterii:

după gabarit, maşinile pot fi portabile sau staţionare. Cele portabile au puteri mici, fiind destinate operaţiilor de găurire şi de gravare în industriile sticlăriei, electronică

113

sau în arta sculpturală. Maşinile staţionare sunt de puteri medii şi mari, în funcţie de destinaţie ele putând fi clasificate în universale, speciale şi specializate.

în funcţie de puterea instalată, maşinile ultrasonice pot fi: de mică putere ( < 200 W); de putere medie (200.....1200 W); de putere mare ( > 1200 W).

Cel mai frecvent întâlnite sunt maşinile staţionare de putere medie, cu un singur post de lucru şi cu sistemul ultraacustic în poziţie verticală. În figurile de mai jos sunt prezentate două maşini-unelte orizontale, destinate găuririi ultrasonice a materialelor dure şi casante :

Fig. 6.22

Maşina prezentată în figura 6.23 are posibilitatea de a alimenta zona de lucru cu suspensie abrazivă după trei scheme:

prin stropire, pe traseul: Rz - DH1(2) - P2 - DH3(1) - Duză - DH2(1) - P1 - DH1(2) - Rz; prin refulare prin canalul prevăzut în concentrator şi sculă: Rz - DH1(2) - P2 - DH3(2) - Concentrator - Sculă - DH2(1) - P1 - DH1(2) - Rz; prin absorbţie prin sculă:

Rz - DH1(1) - P1 - DH2(2) - Duză - Sculă - Concentrator - DH3(2) - P2 - DH1(1) - Rz.

Sistemul de avans al maşinii îndeplineşte rolul de menţinere a poziţiei relative dintre sculă şi piesă, asigurând totodată presiunea statică necesară. Spre deosebire de maşinile-unelte clasice, dotate cu sisteme de avans rigide, care transmit elementului de execuţie o mişcare forţată cu o viteză constantă, maşinile ultrasonice au lanţuri cinematice de avans autoadaptive, la care viteza este variabilă în funcţie de condiţiile concrete din zona de lucru. În general, sistemele de avans se construiesc în variantele de acţionare electromecanică sau electrohidraulică, evitarea contactelor dure dintre piesă şi sculă, la cursele de apropiere rapidă, realizându-se cu ajutorul unor amortizoare hidraulice. Generatorul ultrasonic are rolul de a modifica frecvenţa curentului alternativ de la reţea (50 Hz) până la valoarea cerută de procesul de eroziune, cuprinsă între 18 şi 35 kHz.

114

Fig. 6.23

Descrieţi funcţionarea maşinii de prelucrat prin eroziune abrazivă ultrasonică.

U6.7. Influenţa unor parametri ai procesului de prelucrare asupra productivităţii eroziunii

U6.7.1. Influenţa amplitudinii oscilaţiilor Este unanim acceptată ideea conform căreia productivitatea prelucrării prin eroaziune abrazivă ultrasonică este cel mai mult influenţată de amplitudinea vibraţiilor. Cea mai mare valoare a amplitudinii se obţine atunci când toate elementele sistemului ultraacustic lucrează în regim de rezonanţă.

115

Este cunoscut faptul că productivitatea prelucrării este direct dependentă de viteza granulelor abrazive, iar aceasta din urmă este cu atât mai mare cu cât amplitudinea oscilaţiilor creşte. În figurile 6.24 şi 6.25 sunt prezentate variaţiile vitezei de prelevare de material în funcţie de amplitudine pentru diferite presiuni statice aplicate, respectiv diferite frecvenţe de lucru:

Fig. 6.24

Fig. 6.25

U6.7.2. Influenţa abrazivilor

Mărimea granulelor abrazive utilizate pentru eroziunea ultrasonică are şi ea o influenţă importantă asupra vitezei de prelevare, fiind în strânsă legătura însă şi cu amplitudinea de vibraţie a sculei. Astfel, aşa cum se vede în figura 6.26, viteza prelevării este tot mai ridicată pe măsură ce dimensiunea granulelor creşte. Această dependenţă este valabilă doar până la o dimensiune a granulelor egală cu amplitudinea de vibraţie, peste această valoare viteza prelevării fiind tot mai mică.

Fig. 6.26

Cu privire la granulaţie, trebuie făcută observaţia că o creştere a dimensiunilor particulelor abrazive influenţează negativ calitatea suprafeţelor erodate. Din acest motiv se recomandă ca prelucrarea să se desfăşoare în două etape:

116

mai întâi o prelucrare brută, cu granule abrazive mari, urmată de prelucrarea de finisare, cu o granulaţie fină.

Dependenţa parametrului de rugozitate Ra a suprafeţei prelucrate de granulaţie poate fi urmărită în figura 6.27:

Fig. 6.27

Concentraţia abrazivului în suspensie reprezintă un alt parametru de care depinde viteza eroziunii. Dacă se consideră egală cu unitatea viteza maximă de prelevare a granulelor abrazive confecţionate din carbură de bor, în figura 6.28 este prezentată variaţia vitezei relative de prelevare în funcţie de concentraţia abrazivului:

Fig. 6.28

Viteza prelevării de material creşte până la o concentraţie de aproximativ 40 %, după care tendinţa este descrescătoare. De asemenea, din figura 6.28 se remarcă faptul că viteza eroziunii este direct dependentă şi de duritatea abrazivului folosit (HB4C > HSiC ). Alegerea abrazivilor utilizaţi pentru prelucrare se realizează în funcţie de natura materialului de aşchiat. Astfel, dacă se prelucrează sticlă, porţelan, ceramică, siliciu, germaniu, se preferă utilizarea carburii de siliciu sau a corindonului, iar pentru eroziunea oţelurilor dure sau a feritelor, se recomandă abrazivi confecţionaţi din carbură de bor. Pentru materiale foarte dure şi casante, cum ar fi carburile de wolfram, de tungsten sau pietrele preţioase, abrazivul folosit este praful de diamant. Modalitatea de aducere a suspensiei abrazive în zona de lucru influenţează şi ea viteza prelevării. Cercetările experimentale au scos în evidenţă faptul că absorbţia prin sculă a suspensiei abrazive măreşte productivitatea prelucrării de 4 până la 8 ori.

117

U6.7.3. Influenţa frecvenţei oscilaţiilor Aşa cum a rezultat din graficul dependenţei vitezei de prelucrare în funcţie de mărimea amplitudinii de vibraţie, productivitatea maximă se obţine pentru valori ale acestora cuprinse între 30 şi 60 m. Necesitatea încadrării între aceste limite a amplitudinilor a condus la utilizarea unei plaje de frecvenţe de valori relativ reduse, cuprinse între 18 şi 35 kHz. Dependenţa vitezei de prelevare de material de mărimea frecvenţei oscilaţiilor reiese din figura 6.29:

Fig. 6.29

U6.7.4. Influenţa presiunii statice dintre sculă şi piesă

Debitul prelevării de material prin eroziune abrazivă ultrasonică este influenţat şi de apăsarea exercitată de sculă asupra piesei. Se poate determina forma curbelor de variaţie a debitului prelevării de material în funcţie de presiunea aplicată în zona de lucru. În figura 6.30 este prezentat un exemplu concret care constă în prelucrarea unei piese confecţionată din sticlă cu o duritate de 4600 MPa, oscilaţiile sculei având o frecvenţă de 25 kHz. Abrazivul utilizat este carbura de bor, concentraţia suspensiei fiind de 17 %.

Fig. 6.30

Se remarcă dependenţa aproximativ liniară a debitului prelevării de presiunea statică, fapt infirmat însă parţial de cercetările experimentale. Practic s-a constatat faptul că debitul prelevării creşte liniar cu presiunea doar până la aproximativ 4 daN/cm2, după care cantitatea de material erodată se diminuează.

118

În tabelul 6.5 sunt date câteva performanţe ale procedeului de prelucrare prin eroziune abrazivă ultrasonică :

Tabelul 6.5 Debitul

prelevării [mm3/min] Suprafaţa maximă

prelucrată Viteza de

pătrundere Materialul de prelucrat

Cu aspiraţie Fără

aspiraţie [mm2] [mm/min]

Sticlă 1200 250 26 3,8 Ceramică 250 50 20 1,5 Oţel de scule 4 1 8 0,25 Germaniu 800 180 23 2,2 Ferită 800 150 23 3,18 Cuarţ 250 50 20 1,65 C 120 8 1 8 0,35 Carbură de tungsten

30...40 5...7 8 0,35

U6.8. Debavurarea abrazivă ultrasonică

Este una dintre cele mai frecvente aplicaţii active ale ultrasunetelor, având împreună cu curăţirea ultraacustică următoarele scopuri principale:

eliminarea bavurilor rezultate pe muchiile pieselor în urma prelucrării cu scule uzate sau cu regimuri de lucru necorespunzătoare;

îndepărtarea produselor rezultate în urma procesului de coroziune (oxizi, rugină etc); eliminarea aşchiilor şi a microaşchiilor, a impurităţilor mecanice, a grăsimilor,

uleiurilor etc. Studiile comparative efectuate asupra eficacităţii diferitelor procedee de curăţire şi debavurare au scos în evidenţă faptul că prelucrarea suprafeţelor pieselor pe cale electrolitică şi ultrasonică asigură o eficacitate extrem de ridicată, care tinde spre 100 % (fig. 6.31):

Fig. 6.31

119

unde: a = debavurare şi curăţire cu ultrasunete (99,5 %); b = debavurare şi curăţire electrolitică (95 %); c = debavurare şi curăţire prin periere (89,5 %); d = debavurare şi curăţire cu jet (35 %); e = debavurare şi curăţire prin stropire (30 %); f = debavurare şi curăţire mecanică (15 %).

Spre deosebire de debavurarea electrolitică, cea ultrasonică are avantajul că nu se limitează numai la prelucrarea pieselor confecţionate din metale feroase, ci îşi găseşte aplicabilitatea pentru orice categorie de material. Debavurarea ultrasonică reprezintă un proces complex, bazat pe efectele undelor elastice ultraacustice atunci când acestea se propagă în medii lichide. Cercetările experimentale efectuate până în prezent au scos în evidenţă faptul că principalele două cauze care conduc la îndepărtarea bavurilor sunt cavitaţia ultrasonică şi acţiunea de lovire a suprafeţelor prelucrate de către granulele abrazive aflate în suspensie în lichidul de lucru. În figura 6.32 este explicată modalitatea prin care bulele cavitaţionale distrug straturile de murdărie de pe suprafeţele pieselor sau bavurile de pe muchiile acestora. Dezvoltarea în timp a bulelor cavitaţionale dă naştere unor forţe mai mari decât cele de adeziune dintre aşchii sau straturile de murdărie şi suprafeţele de prelucrat. Acest lucru va conduce la desprinderea materialului excedentar de pe piese. Propagându-se în toată masa lichidului, undele ultrasonore fac posibilă debavurarea celor mai puţin accesibile suprafeţe, dar care sunt totuşi expuse contactului cu fluidul. În aceste condiţii se pot debavura piese oricât de mici sau orificii de dimensiuni extrem de reduse, greu sau chiar imposibil de prelucrat prin alte procedee.

Fig. 6.32

U6.8.1. Instalaţii de curăţire şi debavurare

Debavurarea ultrasonică constă, în general, din următoarea succesiune de operaţii:

spălare cu apă limpede; neutralizare şi curăţire ultrasonică;

120

curăţire şi degresare preliminară ultrasonică; spălare cu apă limpede; debavurare ultrasonică;

Schema de principiu a unei asemenea instalaţii este prezentată în figura 6.33:

Fig. 6.33

Piesele de debavurat sunt introduse pe rând în cele cinci camere de lucru, durata staţionării în fiecare dintre ele fiind de circa un minut. Productivitatea procedeului este dependentă de dimensiunile pieselor şi ale rezervoarelor de lucru, fiind cuprinsă între 3000 şi 6000 piese/oră. O altă variantă de instalaţie este aceea la care îndepărtarea bavurilor se realizează prin combinarea eroziunii mecanice cu cea ultrasonică. Schema de principiu a acestei instalaţii este prezentată în figura 6.34, ea cuprinzând dispozitivul de debavurare A, sistemul mecanic de acţionare B, generatorul ultrasonic C şi circuitul D pentru recircularea suspensiei abrazive.

Fig. 6.34

121

Dispozitivul A de debavurare cuprinde structura de rezistenţă 1, cuva de lucru 2, în care se află suspensia abrazivă şi toba rotativă 3, a cărei antrenare se obţine de la motorul electric 4 prin intermediul roţilor dinţate 5. Sistemul mecanic B constă din mecanismul şurub-piuliţă 6, acţionat manual de roata 7 şi suportul 8 al tobei rotative, care, împreună, au rolul de a introduce şi scoate toba rotativă în şi din cuva de lucru. În cuvă este amplasat concentratorul 9, legat la traductorul ultrasonic 10, conectat, la rândul său, la generatorul C. Circuitul D, pentru recircularea suspensiei abrazive şi alimentarea zonei de lucru cu particule abrazive, cuprinde rezervorul 11, electropompele 12 şi 15, precum şi răcitorul 17. Electropompa 12 trimite suspensia abrazivă în interstiţiul dintre toba rotativă şi concentrator prin intermediul ţevii 13, poziţia acesteia fiind reglată cu ajutorul suportului 14. Electropompa 15 absoarbe prin ţeava 16 granulele abrazive aflate la partea inferioară a cuvei de lucru şi le trimite în rezervorul 11. Răcitorul 17 preia căldura degajată în timpul debavurării, temperatura suspensiei fiind citită la termometrul 18. Mărimea interstiţiului dintre tobă şi concentrator se citeşte la comparatorul cu cadran 19. Un alt tip de instalaţie este acela la care debavurarea în câmp ultrasonic se combină cu o mişcare vibratorie executată de către piese. Schema de principiu a acestei instalaţii este cea din figura 6.35 :

Fig. 6.35

Se poate remarca o asemănare cu schema descrisă mai sus, ultima având ca subansambluri principale dispozitivul de debavurare şi lustruire A, generatorul ultrasonic C, circuitul D pentru recircularea suspensiei abrazive şi sistemul hidraulic de acţionare B, care a înlocuit sistemul mecanic de tip şurub-piuliţă.

122

Sistemul hidraulic are ca element final motorul hidraulic liniar MHL, care introduce şi scoate toba rotativă în şi din cuva de lucru. Deplasarea suportului tobei rotative are loc până când se asigură interstiţiul de referinţă dintre concentratorul blocului ultrasonic şi suprafaţa cilindrică a tobei rotative. Pentru a creşte productivitatea debavurării, peste mişcarea de rotaţie a tobei se introduce şi una oscilatorie, care determină variaţia interstiţiului 0. Mişcarea oscilatorie este obţinută prin intermediul servoventilului SV şi nu poate fi realizată cu amplitudini mari deoarece, la valori ridicate ale interstiţiului, intensitatea efectului abraziv scade foarte mult.

U6.9. Rezumat Apariţia prelucrărilor cu ajutorul ultrasunetelor a fost legată de punerea la punct a unor generatoare de vibraţii suficient de puternice. S-au dezvoltat atât procedee specifice, cum sunt cele de prelucrare prin eroziune abrazivo-cavitaţională sau pur cavitaţională, cât şi procedee bazate pe prezenţa unor vibraţii cu frecvenţe ultrasonice în cadrul diverselor categorii de prelucrări clasice. Tendinţa actuală de evoluţie a cercetărilor din domeniu vizează cu precădere optimizarea condiţiilor de prelucrare aferente diferitelor procedee, alături de încercarea de extindere a domeniului prelucrărilor ce implică prezenţa vibraţiilor ultrasonice.

U6.10. Test de evaluare a cunoştinţelor Bifaţi răspunsul sau răspunsurile corecte:

1. Domeniul de frecvenţe în care se încadrează ultrasunetele este: a) f < 16 Hz c) f < 20.000 Hz b) f > 20.000 Hz d) f > 2000 kHz

2. Eroziunea abrazivă ultrasonică este datorată: a) acţiunii granulelor de dimensiuni mici c) eroziunii cavitaţionale b) acţiunii curentului electric d) acţiunii granulelor de dimensiuni mari 3. Traductoarele ultrasonice funcţionează pe baza principiului: a) inductiv c) capacitiv b) magnetostrictiv d) piezoelectric

Temă de control Să se întocmească un referat de prezentare a prelucrării abrazive ultrasonice.

123

Unitatea de învăţare U7. Procedee moderne de prelucrare prin

eroziune cu fluide şi suspensii abrazive

Cuprins

U7.1. Introducere.....................................................................................................123 U7.2. Obiectivele unităţii de învăţare .......................................................................123 U7.3. Prelucrarea prin emisie elastică ......................................................................123 U7.4. Lustruirea hidrodinamică cu suspensii abrazive ..............................................126 U7.5. Rezumat.........................................................................................................127 U7.6. Test de autoevaluare a cunoştinţelor ...............................................................127

U7.1. Introducere În acest capitol sunt prezentate două noi procedee de prelucrare de tip neconvenţional: prelucrarea prin emisie elastică şi, respectiv, lustruirea hidrodinamică cu suspensii abrazive. Aceste metode neconvenţionale de prelucrare reprezintă cazuri particulare ale eroziunii cu particule abrazive libere vehiculate cu ajutorul unui mediu fluid la suprafaţa obiectului de prelucrat. Sunt prezentate în cele ce urmează principiile prelucrărilor, construcţia sistemelor de lucru, precum şi instalaţiile specifice de prelucrare.

U7.2. Obiectivele unităţii de învăţare Unitatea de învăţare are ca obiectiv principal familiarizarea cursanţilor cu procedeele neconvenţionale de prelucrare prin emisie elastică şi, respectiv, prin lustruire hidrodinamică cu suspensii abrazive. La sfârşitul acestei unităţi de învăţare cursanţii vor fi capabili să: descrie principiile prelucrărilor; prezinte factorii care influenţeză procesul eroziv; descrie componentele utilajelor de prelucrare.

Durata medie de parcurgere a acestei unităţi de învăţare este de 2 ore.

U7.3. Prelucrarea prin emisie elastică U7.3.1. Principiul prelucrării

Prelevarea de material în cazul prelucrărilor convenţionale se datorează, în mare parte, deformaţiilor şi ruperilor cauzate de sculele de lucru. Sub acţiunea acestora, defectele, dislocările şi microfisurile existente în straturile superficiale se extind şi se întrepătrund,

124

generând desprinderea adaosului de prelucrare. Ca o consecinţă a acestui fapt, calitatea suprafeţelor prelucrate este dependentă de distanţa iniţială dintre imperfecţiunile existente. Dacă printr-un procedeu oarecare, efectul agentului eroziv ar putea fi dirijat pe zone foarte mici (de ordin de mărime atomic), atunci ar rezulta o lustruire aproape perfectă a suprafeţelor, rugozitatea obţinută fiind de ordinul 10-9...10-10 m. Experimental s-a constatat faptul că prin utilizarea unor particule abrazive ultrafine, care lovesc puternic suprafaţa de prelucrat, se obţine o superfinisare printr-o rupere a materialului la nivel atomic, fără a se înregistra deformaţii plastice. Cercetătorii japonezi care au brevetat acest nou procedeu de lustruire l-au denumit prelucrare prin emisie elastică şi, prin studiile efectuate, au stabilit faptul că în urma acţiunii microparticulelor abrazive, ruperea materialului la nivel atomic poate fi indusă elastic, iar stratul superficial al piesei nu este afectat din punct de vedere cristalografic şi fizic. Principiul prelucrării prin emisie elastică este prezentat în figura 7.1:

Fig. 7.1

O sferă confecţionată din cauciuc poliuretanic se roteşte cu o turaţie ridicată, fiind menţinută în permanenţă la o distanţă constantă de suprafaţa piesei de prelucrat. Interstiţiul format are o mărime de ordinul 10-2...10-1 mm, fiind ocupat de o suspensie abrazivă. Microparticulele abrazive utilizate sunt confecţionate din Al2O3 sau ZrO2 şi au dimensiunile cuprinse între 0,02 şi 20 m. Lichidul purtător al granulelor este, de obicei, apa. Datorită existenţei unei mişcări relative între sfera de poliuretan şi piesă, în interstiţiul dintre ele are loc curgerea suspensiei într-un regim turbulent, numărul lui Reynolds fiind superior valorii de 2000. Din acest motiv, microparticulele abrazive sunt proiectate cu viteze mari spre suprafaţa de prelucrat, dispunând de o energie cinetică suficient de mare pentru a pătrunde elastic în material. Volumele de material deformate elastic sunt suficient de mici astfel încât să nu apară dislocări ale acestuia, el rămânând în continuare perfect elastic. Îndepărtarea materialului excedentar se realizează la nivel atomic, prin rupere transversală, atunci când este îndeplinită condiţia ca forţa de impact a microparticulelor abrazive să fie superioară forţelor interatomice de legătură. Rugozitatea suprafeţelor astfel prelucrate poate atinge valoarea Ra = 5 Å. Viteza relativă între sfera rotativă şi suprafaţa piesei are valori de circa 3 m/s, iar presiunea din interstiţiu, generată de curgerea suspensiei abrazive, este de aproximativ 0,5

125

MPa. Această presiune tinde să îndepărteze sfera de piesă, fiind necesară, din acest motiv, aplicarea unei forţe de apăsare F care să menţină constantă mărimea interstiţiului. Cunoscând vâscozitatea dinamică a suspensiei abrazive şi diametrul D al sferei, şi ţinând cont de notaţiile din figura 7.2, se poate determina, cu aproximaţie, valoarea presiunii maxime din interstiţiul de lucru:

Fig. 7.2

20

maxsin1287,0

gDvp rel

(7.1)

în care g0 este valoarea minimă impusă a înălţimii interstiţiului în zona de lucru.

U7.3.2. Instalaţii de prelucrare În figura 7.3 sunt prezentate principalele componente ale unei instalaţii de prelucrare prin emisie elastică :

Fig. 7.3

126

Sfera confecţionată din cauciuc poliuretanic are un diametru de 56 mm şi este înclinată în raport cu suprafaţa piesei la un unghi de 45. Antrenarea ei în mişcare de rotaţie se realizează de la un motor electric de curent continuu, obţinându-se în acest mod posibilitatea reglării turaţiei într-un domeniu larg de valori. Întregul ansamblu de antrenare este aşezat pe un suport oscilant, legat, la rândul său, printr-o cuplă sferică de capul de lucru al unei maşini cu comandă numerică. Calculatorului asociat acestei maşini îi revine sarcina să controleze şi să regleze turaţia şi încărcarea sferei, astfel încât să fie echilibrat în permanenţă efectul ascendent al forţei hidrodinamice dezvoltate în interstiţiu. Suspensia abrazivă este circulată în zona de lucru prin intermediul unei instalaţii separate, special destinată acestui scop şi care conţine o pompă cu diafragmă şi un sistem de menţinere a unei temperaturi riguros constantă.

U7.3.3. Performanţe ale prelucrării S-a putut observa experimental faptul că rata prelevării de material prin emisie elastică variază direct proporţional cu durata prelucrării, grosimea maximă a stratului îndepărtat fiind de 20 nm. De asemenea, s-a constatat şi faptul că rata prelevării variază neliniar cu concentraţia abrazivului, productivitatea maximă obţinându-se pentru o pondere în greutate de 3...35 % granule în lichid. Considerându-se o suprafaţă de lucru de 1 mm2, rata prelevării de material în cazul finisării sticlei cu abrazivi confecţionaţi din ZrO2 variază între 6·10-7 şi 7,5·10-5 mm3/s. Rugozităţile obţinute prin prelucrare sunt Ra = 0,5 nm pentru piese confecţionate din sticlă sau Ra < 1 nm în cazul finisării unor cristale de siliciu.

Descrieţi principiul prelucrării prin emisie elastică.

Enumeraţi câteva performanţe ale prelucrării.

U7.4. Lustruirea hidrodinamică cu suspensii abrazive

Principiul lustruirii hidrodinamice cu suspensii abrazive a suprafeţelor plane rezultă din figura 7.4. Masa rotativă efectuează o mişcare circulară cu turaţia cuprinsă între 55 şi 100 rot/min. Datorită acestei rotaţii ia naştere o forţă centrifugă care împinge suspensia spre pereţii laterali ai mesei, precum şi în interstiţiul format între suprafaţa piesei de prelucrat şi placa de lustruire. Aceasta din urmă are prevăzute mai multe canale circulare concentrice care, prin combinarea celor două mişcări de rotaţie, a mesei rotative şi a piesei, generează o curgere în regim turbulent a suspensiei abrazive în interstiţiul de lucru.

127

Fig. 7.4

Îndepărtarea adaosului de material se realizează la fel ca şi în cazul eroziunii prin emisie elastică, adică prin proiectarea cu viteze mari a particulelor abrazive spre suprafaţa de prelucrat. Suspensia abrazivă utilizată este compusă dintr-un amestec de micropulberi de SiO2, CeO2 şi Al2O3, cu dimensiuni de 4...7 nm, imersate în apă. Concentraţia în greutate a abrazivilor în lichid este cuprinsă între 2 şi 8 %. Se impune ca temperatura suspensiei abrazive să fie menţinută la o valoare cât mai constantă, variaţia admisibilă fiind de 0,025 K. Rugozitatea obţinută în urma prelucrării poate varia între Ra = 2 Å şi R = 10 Å, iar rata prelevării de material atinge 10 -5 mm3/s.

Descrieţi principiul lustruirii hidrodinamice.

U7.5. Rezumat Prelucrarea prin emisie elastică presupune faptul că agentul eroziv este dirijat pe zone foarte mici (de ordin de mărime atomic), rezultând astfel o lustruire aproape perfectă a suprafeţelor, rugozitatea obţinută fiind de ordinul 10-9...10-10 m. În cazul lustruirii hidrodinamice, mediul lichid de lucru curge turbulent, adaosul de material fiind îndepărtat prin proiectarea cu viteze mari a particulelor abrazive spre suprafaţa de prelucrat.

U7.6. Test de autoevaluare a cunoştinţelor Bifaţi răspunsul sau răspunsurile corecte:

1. Dimensiunile particulelor abrazive la prelucrarea prin emisie elastică sunt de: a) 0,02 şi 20 mm c) 0,02 şi 20 m b) 0,002 şi 0,01 m d) 1…3 mm

128

2. Viteza relativă necesară prelucrării este de: a) 1 m/s c) 2 m/s b) 3 m/s d) 4 m/s 3. Presiunea generată de curgerea suspensiei abrazive, necesară prelucrării este de: a) 3 bar c) 5 bar b) 0,3 MPa d) 0,5 MPa 4. Grosimea maximă a stratului îndepărtat de pe suprafaţa semifabricatelor, în cazul

prelucrării prin emisie elastică este: a) 0,02 m c) 20 m b) 20 nm d) 2 m 5. Dimensiunile particulelor abrazive la lustruirea hidrodinamică sunt de: a) 4...7 nm c) 0,02 şi 20 m b) 20 nm d) 1…3 mm Răspunsuri: 1. c 2. b 3. c, d 4. a, b 5. a.

129

Bibliografie

1. Amza, Gh. ş.a. - Sisteme ultraacustice. Bucureşti, Editura Tehnică, 1988. 2. Birtu, C. M. – Contribuţii la tehnologia prelucrării materialelor cu jeturi hidroabrazive.

Teză de doctorat, Bucureşti, 2000. 3. Borkowski, J., Szymanski, A. - Uses of abrasives and abrasive tools. Ellis Horwood

Limited, England, 1992. 4. Buzatu, C. ş.a. – Prelucrări de netezire a suprafeţelor în construcţia de maşini. Editura

LUX LIBRIS Braşov, 1998. 5. Ciobanu, M. - Cercetări privind optimizarea parametrilor de lucru la finisarea magneto-

abrazivă cu ferofluide. Teză de doctorat, Iaşi, 1993. 6. Ciobanu, M. ş.a. - Caracteristicile de bază şi posibilităţile tehnologice ale finisării

magneto-abrazive. Construcţia de maşini nr. 1-2/1996. 7. Ciobanu, M. ş.a. - Finisarea magneto-abrazivă a suprafeţelor de revoluţie exterioare.

Construcţia de maşini nr. 1-2/1996. 8. Cofaru, N.F. – Modelarea proceselor de uzare abrazivă. Editura Universităţii “Lucian

Blaga” Sibiu, 2001. 9. Cohal, V. - Dispozitiv pentru lepuit suprafeţe plane inelare. Construcţia de maşini nr. 4-

5/1995. 10.Cohal, V. - Controlul activ al procesului de lepuire. Construcţia de maşni nr. 4-5/1995. 11.Cohal, V. ş.a. – Considerations about productivity monitoring system for flat lapping with

composite plates. În “Tehnologii Moderne, Calitate, Restructurare (TMCR 2005), Universitatea Tehnică a Moldovei, Chişinău.

12.Cohal, V. ş.a. – Roughness monitoring system for flat lapping with composite plates. În “Tehnologii Moderne, Calitate, Restructurare (TMCR 2005), Universitatea Tehnică a Moldovei, Chişinău.

13.Cohal, V. ş.a. – The influence of the abrasive material type on roughness monitoring system for flat lapping with composite plates. În “Tehnologii Moderne, Calitate, Restructurare (TMCR 2005), Universitatea Tehnică a Moldovei, Chişinău.

14.Deaconescu, A. ş.a. - Jetul abraziv – un instrument eficient de prelucrare a suprafeţelor Revista “RECENT” a Catedrei de IESP, Universitatea TRANSILVANIA Braşov, nr.2/2000.

15.Deaconescu, A. ş.a. - Calculul forţei necesare de apăsare a semifabricatului la lepuirea plană. TEHNOMUS XI, A XI-a Conferinţă ştiinţifică cu participare internaţională, Universitatea “Ştefan cel Mare” Suceava, 2001, vol. I.

130

16.Deaconescu, A. ş.a. – Influenţa unor caracteristici ale pastelor abrazive asupra forţei de apăsare la lepuirea plană. TEHNOMUS XI, A XI-a Conferinţă ştiinţifică cu participare internaţională, Universitatea “Ştefan cel Mare” Suceava, 2001, vol I.

17.Deaconescu, A. ş.a. - Aspects related to the productivity of plane surface lapping. 2nd International Conference “Research and development in mechanical industry” RaDMI 2002, Vrnjacka Banja, Iugoslavia, vol. I.

18.Deaconescu, A. - Determination of the required number of abrasive grains in plane lapping. În “Optimum Technologies, Technologic Systems and Materials in the Machines Building Field – TSTM-8”, 2002, Academia Română – filiala Iaşi, Universitatea Bacău.

19.Deaconescu, A. – Optimised design of technological processes by Taguchi’s method of orthogonal fractioned factorial plans of experiments. În International Conference on Economic Engineering and Manufacturing Systems, ICEEMS 2003, Braşov.

20.Deaconescu, A. ş.a. – Development and utilisation of a data base with experiment matrices for the optimisation of lapping as a technological process. În International Conference on Economic Engineering and Manufacturing Systems, ICEEMS 2003, Braşov.

21.Deaconescu, A. - Automatic establishing of the working parameters in surface lapping. Revista “Recent” a Universităţii TRANSILVANIA din Braşov, nr.1 (10), vol. 5(2004).

22.Deaconescu, A. - Robust design of the technological lapping process. CoSME 2004 – Computing and Solutions in Manufacturing Engineering, Braşov, 2004.

23.Deaconescu, A. - Optimisation by the method of arrays of experiments of parts surface lapping. CoSME 2004 – Computing and Solutions in Manufacturing Engineering, Braşov, 2004.

24.Deaconescu, A. - Robust Design of Plane Surface Machining Systems by Lapping. Romanian Journal of Technical Sciences. Applied Mechanics. Tome 49, Editura Academiei Bucureşti. Proceedings of the International Conference on Manufacturing Systems ICMaS 2004.

25.Deaconescu, A. - Equipment for the Study of the Quality of Surfaces Machined by Lapping. “Tehnologii Moderne, Calitate, Restructurare”, Conferinţa Ştiinţifică Internaţională TMCR 2005, Universitatea Tehnică a Moldovei, Chişinău, vol. 1.

26.Deaconescu, A. - The Influence of Working Parameters on the Roughness of Surfaces Machined by Lapping. “Tehnologii Moderne, Calitate, Restructurare”, Conferinţa Ştiinţifică Internaţională TMCR 2005, Universitatea Tehnică a Moldovei, Chişinău, vol. 1.

27.Deaconescu, A. - The Influence of Working Parameters on the Tooling Allowance of Surfaces Machined by Lapping. “Tehnologii Moderne, Calitate, Restructurare”, Conferinţa Ştiinţifică Internaţională TMCR 2005, Universitatea Tehnică a Moldovei, Chişinău, vol. 1.

28.Deaconescu, A., Deaconescu, T….- Tratat de tehnologii neconvenţionale. Vol VIII – Prelucrarea prin eroziune cu unde ultrasonice. Editura BREN Bucureşti, 2004.

131

29.Deaconescu, A., Deaconescu T. - Aspects regarding the roughness of surfaces obtained by lapping. Proceedings of the 5th International Conference on Tribology and 9th Yugoslav Conference on Tribology, BALKANTRIB’05, Kragujevac, Serbia & Montenegro.

30.Deaconescu, A. - Optimizări privind prelucrarea suprafeţelor prin lepuire. Teză de doctorat. Universitatea TRANSILVANIA Braşov, 2005.

31.Deaconescu, T. – Prelucrări cu fluide şi suspensii abrazive. Editura Universităţii TRANSILVANIA din Braşov, 1999.

32.Deaconescu, T., Deaconescu, A. - Chip Length Computation in Lapping. International Conference on Economic Engineering and Manufacturing Systems, ICEEMS 2001, Braşov, CD Proceedings.

33.Deaconescu, T., Deaconescu, A. – Computer aided determination of the technical time norm in surface lapping with abrasive pastes. În “Tehnologii Moderne, Calitate, Restructurare (TMCR 2003), Universitatea Tehnică a Moldovei, Chişinău.

34.Deaconescu, T. - Studiu privind posibilitatea realizării unor presiuni foarte ridicate, necesare instalaţiilor de prelucrat cu jet de fluid. A VII-a Conferinţă internaţională de inginerie managerială şi tehnologică, Timişoara, 1995.

35.Deaconescu, T., Ivan, M. - Instalaţii de debavurat piese mici cu ajutorul ultrasunetelor. Conferinţa "Optimizarea proiectării şi a tehnologiilor de prelucrare în construcţia de maşini", Bacău, 1995.

36.Deaconescu, T., Deaconescu, A. - Magneto-abrasive finishing equipement of gears. 4th International Conference ‘Research and Development in Mechanical Industry’ RaDMI 2004, Zlatibor, Serbia and Montenegro.

37.Deaconescu, T. - Computer aided design of ultrasound concentrators. În Revista de Tehnologii Neconvenţionale nr.1/2005, Editura BREN Bucureşti.

38.Demian, T. ş.a. - Probleme privind determinarea principalilor parametri şi corecţiile de lungime ale concentratoarelor ultrasonore din chirurgia oftalmologică. Construcţia de maşini nr. 3/1996.

39.Diaconescu, I. ş.a. - Maşini-unelte. Vol. V. Bucureşti, Editura transporturilor şi telecomunicaţiilor, 1962.

40.Enache, Ş., Belousov, V. - Proiectarea sculelor aşchietoare. Bucureşti, Editura didactică şi pedagogică, 1982.

41.Enache, Şt. – Calitatea suprafeţelor prelucrate. Editura Tehnică Bucureşti, 1966. 42.Enache, Şt. – La qualité des surfaces metaliques. Editura Tehnică Bucureşti, 1994. 43.Fox, . ş.a. - Magnetic abrasive finishing of rollers. Annals of CIRP, vol. 43/1/1994. 44.Gaciu, Al. ş.a. - Tehnologia de tăiere cu jet de apă. Bucureşti, OID-ICM nr. 10-12/1994. 45.Gherşgal, D.A. ş.a. - Aparate cu ultrasunete. Bucureşti, Editura Tehnică, 1962. 46.Hasish, M. - Prediction of depth of cut in abrasive-waterjet (AWJ) machining. Modeling of

materials processing - The winter annual meeting of the ASME, Boston, 1987.

132

47.Hollanda, D. ş.a. - Aşchiere şi scule aşchietoare. Bucureşti, Editura didactică şi pedagogică, 1982.

48.Hoogstrate, A.M. ş.a. - Opportunities in Abrasive Water-Jet Machining. Annals of CIRP 46/2, 1997.

49.Huang, S. ş.a. - Effects of Solid Particle Properties on Cavitation Erosion in Solid-Water Mixtures. Transactions of ASME, Journal of Fluids Engineering nr. 4/1996.

50.Ichikawa, S. ş.a. - Proposal of new lapping method for ceramic balls. Annals of CIRP, vol. 42/1/1993.

51.Iclănzan, T. - L'utilisation de l'energie ultrasonique en technologie. Buletinul ştiinţific şi tehnic al Universităţii Tehnice din Timişoara, Tom 37(51), 1992.

52.Iclănzan, T. - L'usinage par ultrasons des pieces en verre optique et en saphir synthetique. Buletinul ştiinţific şi tehnic al Universităţii Tehnice din Timişoara, Tom 37(51), 1992.

53.Inasaki, I. ş.a. - Abrasive machining in the future. Annals of CIRP, vol. 42/2/1993. 54.Ispas, C. ş.a. - Îndrumar pentru utilizarea judicioasă a corpurilor abrazive. Oficiul de

Informare Documentară a Ministerului Resurselor şi Industriei, 1990. 55.Ispas, C. ş.a. - Îndrumar pentru utilizarea judicioasă a corpurilor superabrazive. Oficiul de

Informare Documentară a Ministerului Resurselor şi Industriei, 1990. 56.Ispas, C. ş.a. - Cercetări privind studiul uzurii oţelurilor cu abrazivi fixaţi. Construcţia de

maşini nr. 4-5/1995. 57.Ivan, M. ş.a. - Maşini-unelte şi control dimensional. Bucureşti, Editura didactică şi

pedagogică, 1980. 58.Ivan, M. - Sisteme şi tehnologii de prelucrare prin eroziune electrochimică. Universitatea

"Transilvania" Braşov, 1995. 59.Kodacsy, J. - Die Magnetoabrasive Bearbeitung einige Technologiesche Frage. Construcţia

de maşini nr. 1-2/1994. 60.Komanduri, R. ş.a. - Technological Advances in Fine Abrasive Processes. Annals of CIRP

46/2, 1997. 61.König, W., Klocke, F. – Fertigungsverfahren. Band 2. Schleifen, Honen, Läppen. VDI

Verlag Düsseldorf, 1996. 62.Krarr, S.F. ş.a. - Grinding and Machining with CBN and Diamond. McGraw-Hill

Publishing Company, 1990. 63.Masuzawa, T., Tönshoff, H.K. - Three-Dimensional Micromachining by Machine Tools.

Annals of CIRP 46/2, 1997. 64.McGeough, J.A. - Advanced Methods of Machining. Chapman and Hall, London, 1988. 65.Moraru, V. ş.a. - Maşini-unelte speciale. Bucureşti, Editura didactică şi pedagogică, 1982. 66.Mori, Y. ş.a. - Elastic Emission Machining - Stress Field and Fracture Mechanism.

Technology Reports of the Osaka University nr. 28/1978. 67.Mori, Y. ş.a. - Elastic Emission Machining. Precision Engineering nr. 9/1987.

133

68.Mori, Y. ş.a. - Mechanism of Atomic Removal in Elastic Emission Machining. Precision Engineering nr. 10/1988.

69.Moriwaki, T., Shamoto, E. - Ultrasonic elliptical vibration cutting. Annals of CIRP, vol. 44/1/1995.

70.Năstase, I.G. ş.a. - Aspecte teoretice ale procesului de tăiere cu jet de apă. Construcţia de maşini nr. 4/1991.

71.Neacşu, C. ş.a. - Unele aspecte privind lustruirea magneto-abrazivă. Construcţia de maşini nr. 4-5/1995.

72.Nichici, Al. ş.a. - Prelucrarea prin eroziune în construcţia de maşini. Timişoara, Editura Facla, 1983.

73.Nogawa, H. - Ceramic Processing - State of the Art of R&D in Japan. ASM Int, Metals Park, 1988.

74.Petruş, I. ş.a. - Paste de lepuire - produs nou, destinat superfinisărilor, fabricat în ţară. Construcţia de maşini nr. 7/1989.

75.Picoş, C. ş.a. - Normarea tehnică pentru prelucrări prin aşchiere. Bucureşti, Editura Tehnică, 1982.

76.Pisarciuc, C., Obaciu, Gh. – Eroziune electrică. Tehnologii şi sisteme. Editura Universităţii Transilvania din Braşov, 2004.

77.Pönitzsch, W. - Das Trennen von Faserverbundwerkstoffen mit dem Hochdruck-wasserstrahl. Teză de doctorat, Darmstadt, 1984.

78.Scheffel, M., Ştiucă, P. - Dispozitive ultraacustice şi optice. Bucureşti, Editura Tehnică, 1996.

79.Scheffel, M., Ştiucă, P. - Dispozitive cu ultrasunete. Bucureşti, Editura Tehnică, 1989. 80.Schmelzer, M. - Mechanismen der Strahlerzeugung beim Wasser-Abrasivstrahl-schneiden.

Teză de doctorat, Aachen, 1994. 81.Shaw, M. - Principles of Abrasive Processing. Oxford University Press, 1996. 82.Shimura, T. ş.a. - Study on magnetic abrasive finishing. Annals of CIRP, vol. 39/1/1990. 83.Stähli, A.W. – Läppen und Flachhonen mit Zweischeiben-Maschinen. Firmenschrift der

A.W. Stähli AG, Elveţia, 1995. 84.Taniguchi, N. - Current Status in and Future Trends of Ultraprecision Machining and

Ultrafine Materials Processing. Annals of CIRP, vol. 32/2/1983. 85.Taniguchi, N. – Nanotehnologie. Editura Tehnică Bucureşti, 2000. 86.Tönshoff, H.K. ş.a. - Abrasive Machining of Crystal Silicon. Annals of CIRP, vol.

39/2/1990. 87.Tschätsch, H., Charchut, W. – Werkzeugmaschinen. Carl Hanser Verlag, München, 1991. 88.Venkatesh, V.C. - Parametric studies on abrasive jet machining. Annals of CIRP, vol.

33/1/1984.

134

89.Vlase, A. ş.a. - Regimuri de aşchiere, adaosuri de prelucrare şi norme tehnice de timp. Bucureşti, Editura Tehnică, 1985.

90.Zeng, J., Kim, T.J. - An erosion model in polycrystalline ceramics in abrasive waterjet cutting. Wear nr. 193/1996.

91.STAS 12289-85 - Materiale abrazive pentru abrazivi pe suport. Granulaţie. 92.STAS 1753/1-90 - Materiale abrazive pentru corpuri abrazive. Granule. Granulaţii. 93.STAS 1753/2-90 - Micropulberi. Granulaţii. 94.**** - Materiale sintetice supradure (l. rusă) . Editura Naukova Dumka, Kiev, 1986. 95.**** - Abrazivi. Compton's Interactive Encyclopedia, 1994.