KÜLÖNLEGES MEGMUNKÁLÁSOK

Átírás

1 KÜLÖNLEGES MEGMUNKÁLÁSOK HSM LBM LOM EDM CHM UPM EBM SLA WEDM ECM MAM HDM WJM AJM SLS WEDG ECG CVD PVD USM FDM PEDM ECP 1 Különleges megmunkálások indokoltsága A megmunkált anyag keménysége, szilárdsága túlságosan nagy. A munkadarab túlságosan rugalmas vagy karcsú ahhoz, hogy elviselje a forgácsolás közben fellépő erőket. Összetett bonyolult alakzatot kell megmunkálni (külső, belső). Hő keletkezése, felületi hőmérséklet növekedése nem megengedett. Maradó feszültség nem keletkezhet. Felületi minőség igénye nem kielégítő. Pontosság nem kielégítő. 2 1

2 HSM, Nagy sebességű marás 3 tengely 5 tengely 3 HSM kutatás, fejlesztés múltja C. Salomon m/min, fűrésztárcsa Kuznetsov, m/min, ballisztikai teszt. Kronenberg m/min, ballisztikai teszt. Arndt m/min, ballisztikai teszt. laboratóriumban Schulz, PTW Darmstadt, 4700 m/min, mágnes csapágyazás, marás, aluminium ötvözetek, ipari alkalmazás Komanduri, DARPA projekt, USA m/min, esztergálás, marás, aluminium és titánötvözet Schulz, PTW Darmstadt+41 németh vállalat, hsc szerszámok, szerszámgépelemek, HSC folyamat, esztergálás, fúrás, marás, ipari alkalmazás FANUC, Kobe University, UG: NURBS spline interpoláció 4 2

3 HSM Szerszámanyagok -Finomszemcsés keményfém szerszám anyagok -CBN, PKD szerszámok - Speciális bevonatok 5 Párhuzamos megmunkálás HSM-hez Sarok, hirtelen irányv nyváltoztatás nélkülili pálya 6 3

4 UP esztergálás -Hűtést nem igényel köszörülési iszap nincs - Kisebb ráhagyás anyagtakarékos - Kovácsolási hőt felhasználva edzik energiatakarékos - Egy él dolgozik kis deformáció, nagy pontosság - Nagy anyagleválasztási sebesség - Jó felületminőség - Egyszerű szerszámmal bonyolult profilt lehet gyártani 7 Mikroforgácsolás Elefánt 2m Kéz, madár 10cm IC Chip 1cm Homokszem Ø1mm Hajszál Sejt Ø100µm Ø10µm Porszem Ø1-5µm DNS lánc 2nm Atom 0,1-0,4nm Betűk atomokból 6,5nm Elektronikai struktúra 20nm From TakácsM 8 4

5 Mikromarás 50µ m 50µm 10µm 50µm Keményfém: WC-Co, mikroszemcsés, 2 élű, bevonat nélküli szerszámok Többféle gyártmány elérhető (Magafor, HAM, Jabro Tools, Kobelco, Gloor), min Ø100µm Élezési problémák Éllekerekítési sugár: 3-5µm Éltartam = élettartam 9 From TakácsM Mikromarási példák 500µm 500µm 200µm 200x200x1000µm 100x100x1000µm 50x50x500µm Kedvező optikai benyomás Jó felületi minőség (Rz =ca. 1µm) l/d viszony = 10 Egyenes oszlopok Sorjaképződés, eltávolítása pl. elektrokémiai polírozással Felhasználási példa: mikroméretű fröccsszerszám Paraméterek: Ø 150µm Ck45 V300 (HRC 51) v c=30m/min, f z =1 µm, a p=5 µm Kb. 3 óra 10 5

6 KÉMIAI MEGMUNKÁLÁSOK ph 1 ph 0 oxidhártya Marószer ph 2 Aluminium 11 Üveg maratása Az üveg maratásakor lejátszódó vegyi reakció SiO2 +4HF = SiF4 +2 H2O üveg munka- +marató Reakció darab anyag termék + víz (folyadék) Az üveg és a hidrogénfluorid reakciójaként folyékony sziliciumtetrafluorid és víz keletkezik. Az üvegnek azon felületeit, amelyeket nem akarunk maratni, el kell takarni. Takaráshoz viaszt, vagy parafint használnak. 12 6

7 ELEKTROKÉMIAI MEGMUNKÁLÁSOK Elektrolit, pl. + NaCl, NaNO 3 vizes oldata - Fe + - Na Cl 2+ - Fe + 2e H2 Anódikus oldás Fe (OH) 2 + Anód (Munkadarab) - Katód (szerszám) 13 Elektrokémiai süllyesztés Egyenáramú- generátor + Előtolómű v f Katód (szerszám) Anód S Elektrolittartály s M Elektrolit Munkadarab + s - + Cl Na - Anód 2+ Fe H 2 Fe(OH) 2 U el Katód (szerszám) iszap szűrő M Elektrolit: NaNO 3, NaCl, KCl HNO 3 vizes oldata Munkafeszültség: 5 20 V 2 Áramsűrűség : A/mm Munkahézag (s) : mm v f előtolási seb. : mm/min 2 Anyagáram : mm /A mi 14 7

8 A munkarés 15 Elektrokémiai köszörülés Generátor = u Köszörűtárcsa Elektrolit : NaNO3, NaCl vizes oldata Szerszám: Gyémántszemcs ntszemcsés korong fém f + Fn Munkadarab Elektrolit - Relatív mozgás (forgácsolá sebesség) (vezetõ) kötésselk Munkafeszülts ltség g : V Áramsûrûség g : A/mm2 Szorítónyom nyomás: 2 12daN/cm22 Köszörülési si seb.: m/s 16 8

9 Elektrokémiai polírozás Szerszám Szigetelés Sorja + - = Elektrolit oldat Egyenáramú generátor Elektrolit Munkadarab Munkadarab 17 ECM alkalmazások 18 9

10 SZIKRAFORGÁCSOLÁS 19 Szikraforgácsolás elve t d - kisülési késedelem t e - kisülési idő t i - impulzusidő t 0 - szünetidő t p - periódusidő 1 f p = t - követési frekv p Az anyagleválasztási sebességet befolyásoló folyamat paraméterek: impulzus feszültség (Ue), áramerősség (Ue, Ie), impulzusfrekvencia (fp) szünetidő (to) 20 10

11 Felületi réteg problémája Nagyolás után az átolvasztott réteg vastagsága 10 mikron Egy simitás után az átolvasztott réteg vastagsága 5 mikron 4 simitás után az átolvasztott réteg vastagsága 1 mikron Átolvasztott réteg Közbenső réteg Repedés Szerkezeti átalakulás. 21 EDM változatok Előtolás iránya Előtolás iránya Szerszám Szerszám Munkadarab Munkadarab a, Üregkészítés, gravírozás Huzal haladási iránya Szerszám Munkadarab b, Fúrás Előtolás iránya Szerszám Előtolás iránya Munkadarab c, d, Huzalos szikraforgácsolás Vágás lemezelektróddal 22 11

12 Elektródaanyagok Elektródar daréz Grafit elektróda Könnyű, nagyobb méretű elektródákhoz csak grafitból Hőterhelés magasabb 23 Elektróda felfogás egységesítése Előgyártmány felfogása 4 Elektróda marása Elektróda megmunkálás huzallal Elektróda felhasználása 24 12

13 Tömbelektródás változat alkalmazása 25 Tömbelektródás szikraforgácsolás 26 13

14 Öblítés 27 Szikraforgácsolás forgó fejjel 28 14

15 Elektróda bolygatás 29 Huzalelektródás szikraforgácsolás Energia forrás 30 15

16 SUGARAS MEGMUNKÁLÁSOK Lézer Plazma Elektron Víz Abrazív sugár 31 LÉZEREK ÁLTALÁNOS JELLEMZŐI MEGMUNKÁLÁSI ALKALMAZÁSOKHOZ LÉZER TÍPUSA EXCIMER ND:YAG CO2 HULLÁMHOSSZ (HARMONICS) µm µm 10.6 µm DUV? UV UV? NIR MID IR FOTON ENERGIÁJA ev ev 0.12 ev INTERAKCIÓ ELECTRONIC EXCITATION PHOTOCHEMICAL BOND BREAKING ABLATION RO-VIBRATIONAL EXCITATION THERMAL DISSOCIATION VAPORIZATION A FOLYAMAT JELLEGE NEM-TERMIKUS TERMIKUS FELBONTÁS MAGAS (< µm s) ALACSON (10 s TO 100 s of 32 16

17 A leggyakrabban alkalmazott ipari lézerek (Hullámhossz) 33 Megmunkálás laser sugárral 34 17

18 A lézeres megmunkálás elméleti felépítése A lézersugár előállítása Lézerforrás Sugárvez etés Irányter elő tükör Fókuszál ó tükör Sugárformál ás Irányter elő tükör Munkadara b Kezelés A munkadarab és a lézersugár viszonylagos mozgatása CNC vezérlésű From Takács 35 Tükrös fókuszáló berendezés felépítése Lézersugár Sugárbelépés Fókuszáló tükör A részlet Irányterelő tükör Munkatávolság Fókuszpont/fókuszfolt A részlet: Fókuszáló tükrök típusai Kör Parabola Szférikus tükör Parabola tükör 36 From Takács 18

19 Lencsés fókuszáló berendezés felépítése Lézersugár Védőgáz Fókuszáló lencse (munkagáz) Gyújtótávolság Fúvóka Fókuszáló lencsék típusai 37 From Takács Bevonatképzés 2 lépcsős folyamat 1. Hozaganyag felvitele -Plazmaszórás -Lángszórás -Galvanikus -Ráfektetett fólia 2. Lézersugaras beolvasztás Lézersugár Védőgáz Hozaganya g 1 lépcsős folyamat Hozaganyag felvitele egyidejűleg: -gáz, -por, -paszta alakban. Hozagany ag Lézersugá r Védőgáz 38 19

20 Vízsugaras megmunkálások 39 Vízzel vágható anyagok Vízzel vágható anyagok Lágy gumi, Hab, zink fólia, szőnyeg, lágy gasket anyag Abrazív vízsugárral vágható anyagok: Titán, aluminium, kő, kemény gumi, inconel, edzett acél 40 20

21 RP TECHNOLÓGIÁK Egy jellegzetes folyamat Egy jellegzetes RP darab 41 A rétegelt gyártás múltja 42 21

22 SFM eljárások csoportosítása 43 RP technológia alkalmazásának fejlődése Sectors 5.5% 7.7% 8.2% 8.6% 8.8% 11.2% 18.4% 31.7% Motor Vehicles Consumer Products Business Machines Medical Academic Aerospace Government/Military Others 44 22

23 RP megmunkálási folyamat 45 Rétegelt megmunkálás 3D-s modell felépítése 2D-s rétegekből Sztereolithográfia 46 23

24 Rétegekből felépített objektumok 47 Geometriai megfontolások A rétegelés iránya befolyásolja a munkadarab minőségét és a termelékenységet Rétegek száma Megtámasztás igénye Megtámasztás-kontaktus Felület minősége 48 24

25 A rétegképzés elve A rétegképzés alapja a VOXEL geometria Anyaga eljárástól függően lehet műanyag, fém, papír,.. 49 Az információ áramlás 50 25

26 RP műveletek 3D CAD Modeling RP Interfész (STL file) Szeletelés RP alkatrész megmunkálás 2D rétegenkénti feldolgozás Munkaállomás Utófeldolgozás utókezelés polírozás RP módszerek az ősminta előállítására SLA HSM LOM SLS FDM 3DP BPM Mintától l elvárt pontosság, Pontossági követelmk vetelmény irányults nyultsága Minta megkívánt anyaga Minta mérete, m tagoltsága ga Egységnyi gnyi térfogatra t eső költség 52 26

27 SLA - Stereolithography Előnyök - sebesség - CAD adatok érvényesítése - pontosság Korlátok - Anyagok (fotópolimerek) Rideg - hydroszkopikus -Folyamat 53 Sztereolitográfia ( Stereolithography, SLA) Asztalemelő berendezés Kád Lézer fényforrás Asztal Fókuszáló optika Pásztázó tükör Folyadékszint- m Az első lépésben az asztalt a beállított rétegvastagságnak megfelelő mélységbe süllyesztik az oldatba. Ott ahol a modell adott rétegében anyag van, ott a lézersugárral végigpásztázzák az oldatot, melynek hatására ott részben megszilárdul. A következő lépésben az asztalt lejjebb süllyesztik, és elkészítik a következő réteget. Ismétlés a darab elkészültéig. Ezután a darabokat kiemelik a folyadékból, megtisztítják és UVkemencében óra alatt teljesen térhálósítják. Az eljárással mm méret és alakpontosság érhető el, a felületi érdességet elsősorban a rétegek vastagsága határozza meg ( mm )

28 SLA termék 55 Szelektív lézeres szinterelés (SLS ) Henger Lézer fényforrás Fókuszáló optika Pásztázó tükörrendszer Asztal Poradagoló Por Tartály Munkadarab Az eljárással minden olyan anyag feldolgozható, melyből megfelelő por készíthető, és a por szinterelhető marad, tehát: A por egyenletes, kis szemcsenagyságú Nem hajlamos a csomósodásra, kenődésre, statikus feltöltődésre Nem alakul ki a szemcsék felületén olyan réteg, amely megakadályozza a szinterelés (oxid-, nitrid-réteg, az őrlés során valamely alkotó felületi feldúsulása stb.) Az abszorpciós képessége a lézer hullámhosszán elegendően nagy

29 Rétegelt Darabgyártás (LOM) Fűtött henger Lézer fényforrás Tükör Sugárvezető Olyan eljárás, amelynél fóliaszerű anyagból (papír vagy laserrel vágható más anyag) vágja ki és erősíti egymáshoz az egyes rétegeket a megmunkáló gép. Az előbb elkészített rétegre kerülő oldal, ragasztóval van bevonva, amit egy fűtött henger aktivizál. Papírtekercs Asztal Az új rétegbe a lézersugár belevágja az aktuális külső és belső kontúrt, amit CAD rendszer hozott létre. Passzív részek darabolása eltávolíthatóság miatt 57 Rétegelt darabgyártás (LOM) 58 29

30 Rétegképzés felrakással (FDM) 3D extrudálás 59 Fused Deposition Modelling (FDM) Előnyök FDM az anyagok sokféleségének alkalmazását teszi lehetővé az ABS dominanciája mellett. A huzal cseréjével a szín könnyen megváltoztatható. Vékony alkatrészek egészen gyorsan állíthatók elő, és a ±0.12 mm-es pontosság az alkalmazások többségénél megfelelő. Az anyagok nem toxikusak, és a folyamat alacsony hőmérsékleten valósul meg. Hátrányok Összecsapás vonalak a rétegek között, az alkatrész szilárdsága gyenge az extrudálás irányára merőlegesen. Ha az extruder fej nem egyenletesen mozog zárványok lehetnek a rétegek között. Mechanikai vizsgálatok igényelte mechanikai szilárdság gyenge

31 BEVONATOLÁS Korrózióvédelem, Külcsiny emelése, Méretváltoztatás Kopásállóság növelése, magas hőmérsékleten is. Magasabb repedésállóság (kisebb hősokkérzékenység) Megnövekedett kémiai stabilitás Kisebb súrlódási tényező és hővezető képesség Megnövelt forgácsolási sebesség és előtolás Hosszabb szerszáméltartam 61 Rétegstruktúrák 62 31

32 Gyémánt (szerű) bevonat előállítása 63 Fémfelszórás - Nagy sebességű áramló közeg 100 m/s; - Felületek megtisztítva - Keményfém, kerámia is felhordható - A plazma sugár hőmérséklete 15,000 C, 64 32