Gładzenie (honowanie) jest ścierną obróbką wykończeniową, stosowaną w celu poprawienia dokładności kształtu i wymiarów oraz uzyskania odpowiedniej jakości warstwy wierzchniej (naprężenia ściskające w WW i powierzchnia plateau). Nie poprawia ona jednak położenia osi otworu. W obróbce tej ruch główny obrotowy wykonuje narzędzie, które najczęściej także wykonuje ruchy posuwowe posuwisto-zwrotne.

Powierzchnie obrabiane:

• obróbka wykańczająca bardzo dokładnych otworów

• zewnętrznych powierzchni obrotowych walcowych lub stożkowych,

• obrabianie niektórych powierzchni kształtowych (np. uzębień)

• obrabianie płaszczyzn.

W porównaniu ze szlifowaniem odznacza się ono:

- większą liczbą jednocześnie skrawających ziaren ściernych,

- mniejszymi o około 2-rzędy prędkościami skrawania (20-70m/min),

- kilkunastokrotnie mniejsze naciski powierzchniowe 0,2 - 1,4 MPa,

- znacznie mniejsze temperatury skrawania (50-100o),

- korzystny rozkład naprężeń ściskających w WW (zimny model konstytuowania naprężeń),

- możliwość uzyskania mniejszych chropowatości Ra = 0,02 μm.

- gładzenie jest obróbką bardzo wydajną, dokładną IT5-6 (2-20 μm), a przy tym niewymagającą drogich i skomplikowanych obrabiarek.

Narzędzia do gładzenia są wykonane w trzech głównych odmianach:

- głowice jedno- i wieloosełkowe,

- trzpienie z tulejami lub segmentami ściernymi o dużej powierzchni roboczej,

- trzpienie stalowe z galwanicznie nałożoną warstwą ścierną diamentową.

Osełki diamentowe oraz z regularnego azotki boru są coraz częściej stosowane w gładzeniu ze względu na:

- dużą odporność na zużycie przeciętnie 150-200 razy dłuższą niż osełek zwykłych,

- dużą wytrzymałość mechaniczną, pozwalającą na stosowanie większych nacisków jednostkowych w celu efektywniejszej obróbki przedmiotów o dużych błędach kształtu, naddatkach i dużej chropowatości powierzchni

Ciecze chłodząco-smarujące w gładzeniu mają następujące zadania:

- zmywać i odprowadzać produkty skrawania i zużycia osełek, a więc drobne wiórki i cząstki ziaren oraz spoiwa,

- zmniejszać tarcie, a w konsekwencji chropowatość po obróbce.

Ogólne zalecenia doboru cieczy są następujące:

- ciecze o małej lepkości stosuje się do materiałów twardych oraz do obróbki wstępnej, w celu uzyskania większej wydajności,

- ciecze o dużej lepkości do obróbki wykańczającej, aby uzyskać lepszą gładkość powierzchni, a także w gładzeniu niehartowanej stali i innych materiałów ciągliwych.

Powszechnie stosowana jest nafta z dodatkiem oleju wrzecionowego (10-30%).

Możliwości korygowania błędów walcowości otworów za pomocą wielkości wybiegu osełek

Dzięki możliwości regulacji wielkości wybiegu osełek można korygować błędy walcowości takie jak stożkowość, baryłkowatość, siodłowość.

Sposoby mocowania przedmiotu i głowic gładzarskich

W czasie gładzenia narzędzie wykonuje ruch obrotowy i prostoliniowo-zwrotny, przedmiot zaś spoczywa nieruchomo. Jedynie przy obróbce otworów w przedmiotach niezbyt ciężkich ruch prostoliniowo-zwrotny zamiast narzędzia może wykonywać obrabiany przedmiot wraz ze stołem obrabiarki.

Wynik gładzenia zależy od:

• materiału pilników ściernych

• kąta przecięcia śladów

• rodzaju cieczy chłodząco-smarującej

• nacisku powierzchniowego.

Kąt skrzyżowania śladów obróbki zależy od prędkości posuwisto-zwrotnej głowicy i przyjmuje się dla żeliwa α=45°, a dla stali α=40°

Gładzarka

Proces gładzenia przeprowadzany jest na gładzarkach

Podział gładzarek w zależności od:

• położenia osi wrzeciona obrabiarki

• pionowe

• poziome.

• przeznaczenia

• do obróbki powierzchni wewnętrznych

• do obróbki powierzchni zewnętrznych.

• liczby wrzecion

• jednowrzecionowe

• wielowrzecionowe.

Dogładzanie oscylacyjne jest jednym ze sposobów obróbki ściernej wykończeniowej, w której narzędzie, w postaci osełki lub folii ściernej, wykonuje ruch oscylacyjny korzystnie w kierunku prostopadłym do kierunku śladów obróbki poprzedzającej. Kierunek ruchu wypadkowego ziaren ściernych jest nieprzerwanie zmienny, a tory ich śladów zbliżone są do sinusoidy. Ruch posuwowy podczas dogładzania wykonuje narzędzie lub przedmiot obrabiany

Celem dogładzania jest poprawa stanu warstwy wierzchniej (WW) przedmiotu obrabianego, a przede wszystkim zmniejszenie chropowatości powierzchni. Po dogładzaniu wstępnym osiąga się chropowatość Ra=0,1-0,4 μm, a po dogładzaniu wykańczającym nawet do Ra=0,005 - 0,01 μm. Po dogładzaniu oscylacyjnym, w zasadzie, nie występuje poprawa dokładności wymiarowo-kształtowej.

W zależności od ruchu wykonywanego przez narzędzie i przedmiot obrabiany wyróżnia się dogładzanie:

• wzdłużne,

• promieniowe

• wgłębne.

Powierzchnie obrabiane:

• wały,

• otwory

• płaszczyzny

Obróbka ta jest wykonywana zwykle po dokładnym szlifowaniu, dokładnym rozwiercaniu, wykańczającym wytaczaniu lub po przeciąganiu.

Przebieg procesu i narzędzia:

Dogładzanie, podobnie jak gładzenie, wykonuje się za pomocą pilników ściernych (osełek) o zarysie przylegającym do zarysu obrabianej powierzchni.

Narzędzie do gładzenia wykonuje ruch składający się z ruchu drgającego o małej amplitudzie i dużej częstotliwości oraz powolnego ruchu postępowo-zwrotnego wzdłuż całej powierzchni obrabianej. Wskutek dogładzania zmniejsza się chropowatość powierzchni, natomiast błędy kształtu i falistość na ogół nie ulegają zmianie.

Metody dogładzania oscylacyjnego:

1. wałka gładkiego

2. wałka z kołnierzem,

3. szczęk hamulcowych,

4. pierścieni łożysk tocznych

Do obróbki wykańczającej powierzchni o kształtach cylindrycznych stosuje się dogładzarki w kształcie tulei. Tuleja gładząca jest cienkościennym narzędziem ściernym służącym do tworzenia wymaganej mikro- i makrogeometrii obrabianej powierzchni. Zalecane w tym przypadku wielkości ziaren powinny znajdować się w przedziale od 220 do 2000.Jako materiał ścierny stosowany jest przeważnie korund szlachetny biały lub węglik krzemu zielony z ceramicznym spoiwem. Osełki do dogładzania oscylacyjnego są często nasycane impregnatem siarkowym. Typowe dziedziny zastosowania tulei gładzących to: zawory kulowe, sztuczne stawy barkowe, ściany boczne kół zębatych i popychacze rolkowe.

Materiały ścierne na narzędzia do gładzenia i dogładzania

Jako środki ścierne są stosowane wyłącznie bardzo twarde, krystaliczne materiały otrzymywane metodami syntetycznymi. Powszechnie stosowanym, konwencjonalnym środkiem ściernym jest korund (tlenek aluminium) i węglik krzemu.

Chłodzenie i smarowanie:

Podczas dogładzania trzeba zapewnić bardzo obfite smarowanie, którego głównym celem jest usuwanie drobnych cząsteczek zeszlifowanego materiału oraz chłodzenie i smarowanie narzędzi. Do obróbki żeliwa, jako cieczy smarująco - chłodzącej używa się mieszaniny nafty z olejem maszynowym.

Maszyny do dogładzania:

Dogładzanie wykonuje się na obrabiarkach, zwanych dogładzarkami, które dzieli się na dogładzarki do płaszczyzn, wałków i otworów. Dogładzanie można również wykonywać na tokarkach lub szlifierkach pod warunkiem zastosowania odpowiednio działających przyrządów pomocniczych.

Docieranie jest sposobem obróbki wykańczającej, polegającym na usuwaniu naddatku w postaci drobnych cząstek materiału obrabianego za pomocą luźnego ziarna, zmieszanego z płynami i smarami półstałymi znajdującymi chwilowe oparcie w materiale docieraka.

Obróbka ta umożliwia uzyskanie powierzchni o najmniejszej chropowatości (Ra nawet poniżej 0,01mm) oraz najwyższej dokładności wymiarowo-kształtowej w granicach T=0,3-8μm.

W docieraniu są usuwane wierzchołki mikronierówności oraz warstewki o uszkodzonej, w obróbce poprzedzającej, strukturze, np. mikroprzypalenia szlifierskie. Charakterystyczne dla docierania jest to, że występuje tylko nieznaczny wzrost temperatury przedmiotu. Uzyskiwana struktura geometryczna powierzchni jest bardzo korzystna ze względów użytkowych, bowiem w warstwie wierzchniej powstają naprężenia ściskające.

Obróbką poprzedzającą docieranie jest najczęściej szlifowanie, gładzenie lub dokładnie toczenie. Teoretycznie wystarczające są naddatki równe wysokości chropowatości, praktycznie zaś nie przekraczają one 0,02mm i na obróbkę wstępną wynoszą 0,005-0,015mm, a na wykończeniową 0,005mm. Powierzchnia po docieraniu jest zwykle matowa. Połysk można uzyskać do docieraniu polerującym.

Podział docierania:

Ze względu na kinematykę procesu docieranie możemy podzielić na:

• ręczne,

• maszynowo-ręczne

• maszynowe

Różnice między tymi sposobami dobierania mają swoje odzwierciedlenie w prędkości skrawania. W docieraniu ręcznym - 10 - 30 m/min, a w maszynowym nawet 50 - 380 m/min.

Maszyny do docierania:

Docieranie maszynowe odbywa się na specjalnych obrabiarkach zwanych docierarkami. Wyróżnia się docierarki do:

• wałków i płaszczyzn

• jednotarczowe

• dwutarczowe

• bezkłowe do wałków

• do otworów

Narzędzia do docierania:

Narzędziami używanymi przy docieraniu są docieraki. Docieraki wykonuje się najczęściej z drobnoziarnistego żeliwa szarego ferrytycznego o twardości HB 140-200, a także żeliwa sferoidalnego bez porów, wtrąceń i innych wad odlewniczych.

Przykłady docieraków:

1. rozprężny do otworów,

2. nastawny do gwintu wewnętrznego,

3. rozprężny z roboczą częścią diamentową:

Ze względu na rodzaj i twardość materiału docieraka oraz rodzaj zawiesiny ściernej rozróżnia się dwie metody docierania:

- docierakiem o mniejszej twardości niż twardość materiału obrabianego i zawiesiną ścierną złożoną z mikroproszków węglika krzemu, elektrokorundu, węglika boru lub diamentu w cieczy oleistej; docierak zbroi się w ziarna ścierne i następuje mikroskrawanie (działanie mechaniczne), docieranie zgrubne,

- docierakiem twardym (stal hartowana lub szkło) i pastą ścierną z miękkim materiałem ściernym, jak tlenek chromu lub tlenek żelaza; substancje powierzchniowo aktywne wchodzące w skład pasty powodują powstawanie cienkiej warstewki, tlenku metalu na powierzchni obrabianej, którą łatwo usunąć za pomocą miękkich ziaren; tę metodę stosuje się do docierania wykończeniowego.

Zawiesiny ścierne:

Zawiesiny ścierne (płyny i pasty ścierne) mają za zadanie:

• równomierne rozprowadzanie i utrzymywanie ziarna na powierzchni docieraka

• przeciwdziałanie zlepianiu się mikrowiórów i mikroziaren biernych

• chłodzenie przedmiotu i docieraka

W skład zawiesiny wchodzą mikroziarna węglika krzemu, elektrokorundu, węglika boru, diamentu naturalnego lub syntetycznego. Jako składniki płynne zawiesiny stosuje się zwykle oleje mineralne i inne produkty naftowe.

Podstawowe odmiany docierania:

1. płaskich powierzchni sprawdzianów,

2. powierzchni wałka,

3. otworów walcowych,

4. otworów stożkowych,

5. gwintów,

6. powierzchni kulistych,

7. powierzchni płaskich z „ostrymi” krawędziami

Czynniki wpływające na proces docierania:

• materiał i kształt docieraka - zbyt twardy docierak powoduje, że ziarna ścierne się kruszą, a okresy ich osadzania są bardzo krótkie. Powoduje to szybkie zużywanie ziaren ściernych i zmniejszenie wydajności oraz częściowe wbijanie się materiału w powierzchnię obrabianą. Zbyt miękki materiał to zbyt głębokie i trwałe osadzanie się ziaren, co prowadzi do tępienia się naroży ziaren, utraty ich zdolności skrawnych, a więc zmniejszenia wydajności obróbki i pogorszenia jakości obrabianej powierzchni.

• rodzaj materiału obrabianego

• skład i koncentracja mieszaniny ściernej - rodzaj i wielkość ziaren zależne są od oczekiwanej chropowatości, natomiast nośniki (stearyna, wosk, parafina, grafit), z którymi miesza się ścierniwo, powinny zapewniać odpowiednią smarność, temperaturę topnienia oraz zwilżalność.

• naddatki obróbkowe - na obróbkę wstępną wynoszą 0,005-0,015mm, a na wykończeniową 0,005mm.

• wielkość nacisku jednostkowego - muszą mieścić się w granicach od 0,2 - 0,5 MPa dla elektrokorundu i 0,05 - 0,25 MPa dla węglika krzemu w docieraniu wstępnym i 0,03 - 0,12 MPa w docieraniu wykańczającym. Ze wzrostem nacisku rośnie wydajność obróbki, ale również chropowatość obrabianej powierzchni.

• prędkość docierania - wpływa na wydajność obróbki i chropowatość powierzchni

• kinematyka docierania - wpływa na dokładność. Prędkość względna docieraka i przedmiotu wpływa na wydajność i mikrostrukturę geometryczną obrabianej powierzchni.

Wygładzanie rotacyjne i wibracyjne polega na wzajemnym ścieraniu się przedmiotów obrabianych i środków ciernych. Warunkiem zachodzenia obróbki jest ruch względny oraz wzajemny docisk narzędzia ściernego i przedmiotu. Wygładzanie to spowodowane jest przez trzy zjawiska:

• mikroskrawanie przez zagłębianie się naroży ziaren ściernych w materiał obrabiany

• ścieranie mechaniczne na styku kształtki ściernej i materiału obrabianego

• wygładzanie powierzchni przez zgniot

Wygładzanie stosuje się jako:

- obróbkę wstępną mającą na celu odtłuszczenie, oczyszczenie i wygładzenie powierzchni przeznaczonej do lakierowania lub powlekania galwanicznego,

- obróbkę wykańczającą mającą na celu uzyskanie dużej gładkości powierzchni, połysku, stępienie ostrych krawędzi, usuwanie zadziorów, oczyszczenie części kutych, odlewów, itp.

Najlepiej obrabialne luźnymi kształtkami są elementy o rozmiarach 100 - 300 mm. W przypadku większych przedmiotów występuje problem z doborem wielkości pojemnika, a w przypadku mniejszych z doborem wielkości kształtek.

Środki ścierne i chemiczne:

Elementy ścierne dzielimy na:

• naturalne - granit, piaskowiec, marmur

• syntetyczne - węglik krzemu

• metalowe - kulki i wałeczki stalowe

• drewniane

• ścinki skóry

Środki chemiczne (sole nawilżające, trawiące, inhibitory) mają za zadanie:

• dobre zwilżenie powierzchni obrabianej i powierzchni kształtek

• zapobieganie osadzaniu się produktów zużycia

• chemiczne oddziaływanie na spoiwo kształtek i powierzchnię przedmiotów obrabianych

• zabezpieczenie przed korozją

Maszyny do wygładzania:

Wygładzanie przeprowadza się w specjalnych pojemnikach wypełnionych przedmiotami obrabianymi i środkami ściernymi. Pojemnikom nadaje się określone ruchy, które powodują wzajemne przemieszczanie się środków ściernych i przedmiotów.

Wyróżniamy wygładzarki:

• rotacyjno - bębnowe - ruch pojemnika ze stałą prędkością kątową zwiększa energię potencjalną części wsadu w strefie unoszenia, a siły ciężkości umożliwiają zamianę tej energii na pracę ścierania w strefie zsypu.

• rotacyjno - konsolowe

• rotacyjno - obiegowe

• rotacyjno - kaskadowe

• 
  wibracyjne - są wyposażone w pojemnik o przekroju litery U. Ścianki pokryte są warstwą gumy. W dolnej części znajduje się niewyrównoważony wirujący element, który wprawia pojemnik w drgania. Ścieranie elementów w tej wygładzarce zachodzi jednocześnie w całej objętości wsadu. Ruch obrotowy zapobiega opadaniu części na dno pojemnika. Warunkiem tego ruchu jest duży współczynnik tarcia między wsadem, a ścianką pojemnika. Ruch ten zapewnia również równomierne rozłożenie części we wsadzie i zapobiega wzajemnym ich zderzeniom. Wygładzarka ta charakteryzuje się prostą budową i możliwością ciągłego obserwowania wsadu. Czas obróbki jest 6 razy krótszy niż przy zastosowaniu wygładzarki rotacyjnej. Wygładzarki te mają zamknięty układ obiegu cieczy, co umożliwia uniknięcie przerw na filtrację cieczy.

Polerowanie jest to obróbka wykańczająca mająca na celu:

- zmniejszenie chropowatości powierzchni,

- podwyższenie walorów estetycznych wyrobu (połysk),

- poprawienie wytrzymałości zmęczeniowej powierzchni,

- zwiększenie odporności korozyjnej

Polerowaniem można osiągać chropowatości Ra ≤ 0,02mm. Polerowaniem nie poprawia się dokładności wymiarowo-kształtowej obrabianych przedmiotów.

Narzędzia

Mają postać tarcz polerskich lub taśm ściernych. Mogą być wykonane z płótna, wojłoku, filcu, skóry.

Wyróżnia się polerowanie przy pomocy:

• Filcu (najszybsze, ale najmniej dokładne)

• Gąbki poliuretanowej, szybkie i bardzo dokładne, ale wymaga precyzyjnych narzędzi.

• Smoły polerskiej (mieszanina kalafonii, wosku pszczelego oraz gipsu) bardzo wolne i bardzo dokładne.

• Tarczy bawełnianej (szybkie i dokładne)

Polerowanie może też być przeprowadzane na maszynach zwanych polerkami.

Materiały polerskie:

Do procesu polerowania oprócz odpowiednich narzędzi niezbędne są również materiały ścierne. Rozróżniamy następujące materiały polerskie:

• twarde - tlenek chromu Cr₂O₃ (zieleń polerska), tlenek żelaza Fe₂O₃ (róż polerski), tlenki berylu, aluminium (mleczko polerskie), pumeks

• miękkie - wapno wiedeńskie (mieszanina tlenków wapnia i magnezu), kreda pławiona CaCo₃, trypla, kaolin, talk

Nośnikami w pastach polerskich są: parafina, stearyna, wazelina, łój, wosk, itp. Stosowane są także dodatki w postaci nafty, emulsji olejowych, emulgatorów i wody.

Obróbka strumieniowo-ścierna jest jednym ze sposobów obróbki luźnym ścierniwem metodą kinetyczną i polega na tym, że w strumieniu gazu lub cieczy o dużej prędkości są unoszone rozpędzone ziarna ścierne, które uderzają o powierzchnię. Rozpędzone cząstki ścierne poruszają się z prędkością nawet do kilkuset metrów

na sekundę i mają energię kinetyczną wystarczającą do mikroskrawania. Ziarna ścierne rozpędzane są za pomocą strumienia gazu, wody bądź mechanicznie. Usuwana przez nie warstwa materiału może mieć grubość 0,01 - 0,1 mm.

Zastosowanie:

Obróbka ta znajduje zastosowanie do:

• przygotowanie powierzchni pod nakładanie powłok ochronnych, ozdobnych, metalizację itp.

• zmian struktury chropowatości powierzchni, gdy nie ma wymagań, co do wymiarów i kształtu np.: odkuwki, odlewy, przedmiotu o nieregularnych kształtach,

• -matowienia powierzchni,

• -czyszczenia powierzchni z produktów korozji, zendry, starych powłok lakierniczych itp.

Czynniki wpływające na obróbkę strumieniowo - ścierną:

• Mieszanina ścierna - rodzaj i właściwości materiału ściernego, ziarnistość, stopień zużycia, rodzaj medium nośnego, proporcje składników mieszaniny

• Konstrukcja tryskacza - ciśnienie zasilania, natężenie wpływu, intensywność i sposób dopływu mieszaniny ściernej

• Sterowanie strumieniem - kąt natrysku, długość strumienia, czas natrysku

• Materiał obrabiany - rodzaj i stan powierzchni

Materiały ścierne:

Do obróbki strumieniowo-ściernej są stosowane takie materiały ścierne jak:

• elektrokorund

• węglik krzemu,

• piasek - w przypadku mniej wymagających obróbek

• kryształy lodu - czyszczenie kadłubów statku

• kulki szklane o średnicy do 840 µm - przygotowanie powierzchni pod powłoki galwaniczne lub anodowanie, usuwanie nalotów po obróbce cieplnej, oczyszczanie form odlewniczych, obróbka wykańczająca np. kół zębatych, gwintów

• ścierniwa metalowe - przygotowanie blach pod powłoki metalowe, usuwanie rdzy

Bezpośredni wpływ na przebieg i wynik procesu skrawania wywierają takie właściwości ścierniwa jak: ciężar właściwy, twardość, kształt, wytrzymałość i odporność na kruszenie się pod wpływem uderzenia. Najkorzystniejsze są ziarna izometryczne.

Przydatność materiału ściernego określa się za pomocą następujących kryteriów:

• wydajność obróbki - najlepszy węglik krzemu, gdyż ma większą prędkość padania, która wpływa na objętość ze skrawanego materiału,

• odporność na zużycie - węglik krzemu, gdyż mniej zużywa się ściernie i jest bardziej odporny na rozdrabnianie

• wydatek energetyczny - węglik krzemu, bo daje większą wydajność właściwą

• chropowatość powierzchni obrobionej - elektrokorund

• koszt materiału ściernego - elektrokorund

Zachodzi często konieczność wykonani dwóch zabiegów:

• wstępnego - z zastosowaniem węglika krzemu

• wykańczającego - z zastosowaniem elektrokorundu

Parametry procesu:

• prędkość, z jaką ziarno uderza w powierzchnię obrabianą

• odległość kierownicy tryskacza od powierzchni obrabianej - największa wydajność dla odległości 6 - 10 średnic otworu kierownicy od powierzchni

• kąt padania strumienia - ma wpływ na kształt i wielkość powierzchni wybranej przez ziarno, a tym samym wydajność obróbki i nierówności powierzchni

Narzędzia:

1. Korpus

2. Dysza

3. Komora mieszania

4. Pierścień uszczelniający

5. Kierownica

6. Króciec (wylot materiału ściernego)

7. Dźwignia zaworu

8. Króciec (wlot medium nośnego)

Stanowisko pracy:

Pracownik dokonuje obróbki w specjalnej komorze, gdzie znajduje się pistolet do obróbki.

Obróbka udarowo-ścierna (ultradźwiękowa) jest to sposób obróbki luźnym ścierniwem, w którym

pracę skrawania, kruszenia i ścierania wykonują ziarna ścierne naciskane lub uderzane okresowo przez narzędzie w kształcie, który ma być odwzorowany w materiale obrabianym.

Materiał obrabiany poddawanych okresowym obciążeniom koncentratora o częstotliwości ultradźwiękowej (rzędu 20-25 kHz). Końcówka koncentratora jest narzędziem odwzorowującym się w obrabianym materiale.

Narzędzia do obróbki udarowo - ściernej:

Narzędzie do obróbki mocowane jest w sonotrodzie, w której znajduje się między innymi kanał do odprowadzania ośrodka ściernego. Narzędzie przyjmuje taki kształt, jaki chcemy odwzorować w danym materiale.

Maszyna do obróbki udarowo - ściernej:

OBRÓBKI EROZYJNE

Stosowane są do obróbki materiałów o dużych twardościach i przy wykonywaniu przedmiotów o bardzo skomplikowanych kształtach.

Obróbki erozyjne wykorzystują takie energie jak:

• elektryczna,

• chemiczna,

• jonowa,

• elektronowa,

• fotonowa,

• plazmowa i inne.

Metody erozyjne mają kilka wspólnych cech, z których najważniejsze to:

- kształtowanie przedmiotów przez usuwanie naddatku w postaci bardzo drobnych cząstek materiału, niemożliwych do zaobserwowania bez specjalnych przyrządów np. optycznych,

- możliwość kształtowania materiałów trudnoobrabialnych dzięki takim procesom jak: topienie, odparowanie lub roztwarzanie chemiczne,

- w czasie obróbki na przedmiot nie są wywierane prawie żadne siły,

- narzędzia mogą mieć mniejszą twardość i wytrzymałość niż erodowany materiał,

- duża energochłonność procesu.

Obróbka elektroerozyjna polega na usuwaniu z przedmiotu obrabianego określonej warstwy materiału w wyniku impulsowych wyładowań elektrycznych. Wyładowania te powstają pomiędzy elektrodami oddzielonymi warstwą dielektryka, po osiągnięciu natężenia pola elektrycznego o dostatecznie dużej wartości. Jedną z elektrod jest przedmiot obrabiany, a drugą narzędzie.

Podczas wyładowania elektrycznego w kanale przewodzącym powstaje plazma o temperaturze 6000 - 12000 K. Energia cieplna plazmy zostaje przekazana przede wszystkim do przedmiotu obrabianego. W otoczeniu kanału wyładowania pewna objętość materiału przedmiotu obrabianego zostaje odparowana lub stopiona. Parametry procesu dobiera się tak, aby możliwie jak największa część energii wyładowania została przekazana przedmiotowi obrabianemu, wtedy zużycie elektrody jest najmniejsze. W wyniku erozji w miejscu wyładowania powstaje miseczkowate zagłębienie - krater o określonej średnicy i głębokości.

Przebieg procesu EDM podczas jednego impulsu:

a) narastanie pola elektrycznego,

b) formowanie się mostka złożonego z

cząstek przewodzących prąd elektryczny,

c) początek wyładowania

spowodowanego emisją cząstek o

ujemnym ładunku,

d) przepływ prądu za pomocą cząstek

naładowanych ujemnie (elektronów) i

dodatnio (jonów),

e) rozwój kanału plazmy (wyładowanie)

wynikający ze wzrostu temperatury i

ciśnienia, powstanie pęcherzyka pary,

f) zredukowanie ciepła po spadku prądu,

tworzenie się wgłębienia w materiale

obrabianym,

g) wybuchowe usuwanie materiału,

implozja pęcherzyka pary,

h) usuwanie przepływem dielektryku

cząstek materiału, węgla i gazu.

Maszyny do obróbki elektroerozyjnej:

W zależności od charakteru wyładowań elektrycznych w szczelinie roboczej, które mogą być iskrowe lub łukowe, wyróżnia się:

- obróbkę elektroiskrową,

- obróbkę elektroimpulsową.

Obróbka elektroiskrowa jest realizowana z użyciem generatora relaksacyjnego nazywanego również generatorem zasobnikowym. Jego głównym elementem jest zasobnik ładunku elektrycznego - kondensator. Najczęściej stosowanymi typami generatorów zasobnikowych są generatory RC, urządzenia o bardzo prostej konstrukcji, niezawodne w działaniu. Ponieważ o wartości osiąganego napięcia granicznego decydują: grubość szczeliny międzyelektrodowej oraz chwilowe własności dielektryka, generatory zasobnikowe nazywa się także zależnymi. Generatory zasobnikowe stosowane są do obróbki wykańczającej, gdyż wyładowania iskrowe charakteryzują się małą mocą, co oznacza, że na powierzchni przedmiotu obrabianego powstają małe, płytkie kratery, czyli powierzchnia o stosunkowo małej chropowatości. Ten sposób obróbki zapewnia dokładność wymiarów i kształtu płaszczyzny, otworów różnych kształtów, zewnętrznych powierzchni o złożonym kształcie, głębokich wcięć, jak również nanoszenie znaków na powierzchnię.

Przeciętne stosowane napięcie robocze w obróbce elektroiskrowej wynosi około 150 V, przy prądach wyładowania rzędu kilku dziesiętnych A.

Grubość szczeliny międzyelektrodowej oscyluje wokół wartości 0,06 mm. Wydajność obróbki jest bardzo mała i wynosi od 0,05 do 3 mm3/min.

Obróbka elektroimpulsowa:

Podczas obróbki elektroimpulsowej przeważają wyładowania łukowe o większej energii. Nagrzewanie powierzchni materiału jest o 5000 - 6000 K mniejsze od występującego podczas obróbki elektroiskrowej. Materiał jest usuwany w formie stopionych kropli. W obróbce elektroimpulsowej do wytwarzania impulsów mogą być zastosowane generatory maszynowe (sterowane elektronicznie). Ze względu na to, że parametry wytwarzanego impulsu nie zależą od stanu szczeliny roboczej, generatory takie nazywane są również niezależnymi. Obróbka elektroimpulsowa jest stosowana wtedy, gdy istotna jest jej wydajność, przy małych wymaganiach dotyczących dokładności wymiarowo-kształtowej i chropowatości obrobionej powierzchni.

Przeciętne parametry obróbki np. dla drążarki EDEA-25 z generatorem tranzystorowym wynoszą: napięcie robocze 30 V, prąd ładowania od 32 do 64 A, grubość szczeliny międzyelektrodowej około 0,3 mm. Zapewnia to uzyskanie

wydajności w granicach 100 do 400 mm3/min. Bardziej wydajne drążarki pozwalają osiągnąć wydajność nawet do 15000 mm³/min

Wycinanie elektroerozyjne elektrodą jest drut o średnicy 0,05 - 0,3 mm przewijany najczęściej w układzie pionowym między dwoma głowicami. Drut jest jednocześnie przewijany i przemieszczany wzdłuż złożonej trajektorii w płaszczyźnie XY względem przedmiotu obrabianego. Wydajność wycinania jest dość duża i wynosi od 25 - 300 mm²/min z dokładnością ± 20µm. Proces jest zwykle wykonywany w wodzie zdejonizowanej, jako dielektryku. Stosowany na elektrody drut, zazwyczaj jest mosiężny i nie wymaga kosztownej obróbki. Obróbka ta umożliwia wykonanie matryc i stempli wykrojników o najbardziej skomplikowanych kształtach.

Narzędzia - Erody:

Właściwości materiałów na erody:

• duża odporność na erozję elektryczną

• duża przewodność elektryczna i cieplna

• wysoka temperatura topnienia

Najczęściej stosowane materiały:

• miedź elektrolityczna

• mosiądz

• grafit

• żeliwo

• stopy cyny

• kompozyty (miedziografit, miedziowolfram)

Podział:

• do drążenia otworów przelotowych - wykonywane są, jako dwustopniowe. Pierwszy stopień służy do zgrubnego wykonywania otworów, drugi do nadania mu ostatecznych wymiarów i chropowatości powierzchni

• do drążenia otworów nieprzelotowych - ze względu na ich zużywanie się w procesie drążenia, mogą być wykonywane, jako:

• komplety kolejno po sobie pracujących o korygowanych kształtach

• erody kompensowane, z przewidzianym naddatkiem na zużycie

• erody bezodpadowe, które zużywają się całkowicie po wykonaniu otworu

Ciecze dielektryczne:

Najczęściej stosowanymi dielektrykami są:

• ropa naftowa

• olej transformatorowy

• olej wrzecionowy

• nafta kosmetyczna

• produkty firmowe

• woda destylowana - wycinanie elektrodą drutową

Dobry dielektryk powinien charakteryzować się:

• dużą opornością elektryczną

• zdolnością do gaszenia łuku elektrycznego

• małą lepkością

• dużą trwałością

• nieszkodliwością dla obsługi i środowiska

Sposoby doprowadzania cieczy:

• przez narzędzie

• przez przedmiot obrabiany

• ruchem oscylacyjnym narzędzia

Obróbka elektrochemiczna jest procesem sterowanego anodowego roztwarzania materiałów przewodzących prąd w obecności elektrolitu. Elektrolit przepływając przez obszar obróbki usuwa produkty roztwarzania. Teoretyczne podstawy tej obróbki opierają się przede wszystkim na prawie Ohma oraz I i II prawie Faradaya.

Proces prowadzony jest przy wysokich gęstościach prądu (powyżej 10 A/cm2) i stosunkowo niskich napięciach (najczęściej w granicach 8-20 V), z wyjątkiem drążenia głębokich otworów w wodnych roztworach kwasów, gdzie stosowane są napięcia do kilkuset voltów. Z uwagi na stosowane elektrolity, a zwłaszcza ich przewodność elektryczną oraz dążność do możliwie dużej lokalizacji roztwarzania, konieczne jest prowadzenie obróbki przy małych odległościach między elektrodami

(najczęściej poniżej 0,5 mm). Stabilność procesu elektrochemicznego wymaga stosowania wymuszonego przepływu elektrolitu z dużymi prędkościami (powyżej 10 m/s). Wzrost wydajności obróbki elektrochemicznej ograniczony jest trudnością usuwania produktów roztwarzania ze strefy obróbki (wodorotlenki metali, gazy, duże ilości ciepła przy szczelinach poniżej 0,1 mm).

Narzędzia:

Proces może być przeprowadzany za pomocą odpowiedniej elektrony:

• izolowanej

• kształtowej

W wyniku drążenia można w większości przypadków uzyskać dokładność kształtowo-wymiarową odpowiadającą tolerancji T=0,1-0,5 mm przy chropowatości Ra=0,5-2,0 mm. Obróbka elektrochemiczna nie wprowadza istotnych zmian we właściwościach warstwy wierzchniej. Dlatego powinna być stosowana w przypadkach, gdy wymagana jest wysoka wytrzymałość na zmęczenie, czyli uzyskanie powierzchni bez mikropęknięć i innych uszkodzeń mogących zapoczątkować zużycie elementu. ECM stosuje się do obróbki materiałów trudnoobrabialnych przewodzących prąd, np. węglików spiekanych i stopów tytanu oraz do kształtowania skomplikowanych powierzchni i głębokich otworów o małych średnicach.

Obróbki elektrochemiczno-ścierne stanowią połączenie roztwarzania elektrochemicznego z konwencjonalnymi obróbkami ściernymi. W procesie roztwarzania elektrochemicznego wytrącają się sole, wodorotlenki i gazy, tworząc warstwę przyelektrodową o dużej oporności, zmniejszają przepływ prądu. Powoduje to zmniejszenie dyfuzji jonów metalu do elektrolitu, czyli roztwarzania elektrochemicznego. Narzędzie ścierne usuwa w sposób mechaniczny warstwę przyelektrodową, zwiększając wydajność obróbki. W obróbkach tych występuje silnie zjawisko interakcji (synergii).

Obróbka wysokoenergetyczną strugą wody polega na silnym erozyjnym oddziaływaniu cząsteczek wody w postaci koherentnej strugi wypływającej z dyszy z bardzo dużą prędkością. Usuwanie materiału w strefie obróbki zachodzi z reguły w następstwie zmniejszenia jego umocnienia, które może być spowodowane oddziaływaniem: mechanicznym, adsorpcyjnym, cieplnym, chemicznym czy kawitacyjnym. Stosownie strugi wody bez ścierniwa może być zastosowane jedynie do rozdzielania materiałów o małej wytrzymałości takich jak: drewno, węgiel, niektóre tworzywa sztuczne, papier, wyroby spożywcze itp. Znaczne zwiększenie efektywności cięcia oraz zakresu zastosowań powoduje „uzbrojenie” strugi wodnej w ścierniwo. Tę odmianę obróbki można z powodzeniem zastosować do większości materiałów konstrukcyjnych, w tym nie tylko do wycinania kształtowego, ale także do obróbek powierzchniowych i czyszczenia powierzchni.

Zasada działania

Obróbka strugą wodno-ścierną w porównaniu do innych obróbek strumieniowo erozyjnych odznacza się brakiem zauważalnych wpływów cieplnych, które występują w obróbkach laserowych, strumieniami plazmy czy elektronów. Strumień wodno-ścierny o ciśnieniu około 400 MPa wypływa z prędkością, z reguły naddźwiękową, z dyszy o średnicach 0,1- 0,4mm.

Maszyny do obróbki strugą wodno - ścierną:

Maszyny służące do takiej obróbki mogą przyjmować różne kształty od pojedynczych głowic z dyszą do dużych stołów do wycinania strugą wodno - ścierną. Sam rodzaj głowicy w maszynie też może być różny i zależy od potrzeb. Można spotkać się z maszynami ze zwielokrotnionymi głowicami czy z głowicami 3D (pracującymi pod dowolnymi kątami).

Obróbka laserowa (fotonowa) jest sposobem erozyjnego kształtowania przedmiotów, który jest oparty na zasadzie wykorzystania energii strumienia światła, czyli fotonów. Dzięki dużej koncentracji mocy wiązki laserowej (do 1014 - 1016 W/cm²) można topić i odparowywać wszystkie znane materiały.

Do najważniejszych zastosowań laserów technologicznych należy zaliczyć:

• wycinanie elementów z blach i innych materiałów

• wykonywanie otworów,

• obróbka wnęk roboczych form, kokil i matryc,

• nanoszenie warstw o specjalnych właściwościach na powierzchnie pracującew trudnych warunkach,

• wspomaganie procesów obróbki skrawaniem np. frezowania czy toczenia,

• znakowanie,

• obróbka cieplna powierzchni roboczych,

• spawanie,

• mikroobróbka,

• szybkie prototypowanie RP/RT,

• identyfikacja, itp.

Stosowane lasery:

Do ubytkowej obróbki laserowej wykorzystuje się głównie

• lasery molekularne CO₂ pobudzane ciągle i impulsowo - w laserach molekularnych CO2 wzbudzane są cząsteczki CO2 na skutek zderzeń z powstającymi przy wyładowaniach elektrycznych rozpędzonymi elektronami oraz ze wzbudzonymi cząstkami N2. Wzbudzone cząsteczki dwutlenku węgla wracając do poziomu podstawowego emitują promieniowanie podczerwone o długości fali 10,63 mm. Ośrodek czynny lasera jest pobudzany przez pole elektryczne powstałe wskutek doprowadzenia elektrod wysokiego napięcia stałego bądź przez szybko zmienne pole elektromagnetyczne o wielkiej częstotliwości. Moc laserów CO2 500-20000W. Sprawność laserów CO2 jest stosunkowo wysoka i wynosi do 20%.

• lasery stałe Nd:YAG pobudzane ciągle i impulsowo

• lasery ekscimerowe pobudzane wyłącznie impulsowo - są laserami wzbudzanymi wyładowaniem elektrycznym i pracują tylko w reżimie impulsowym. Są to lasery oparte na klasycznym CO₂ z domieszką N₂ i He i dodatkowo z O₂, CO i XE. Wytwarzają światło w paśmie ultrafioletowym i ultrafioletu próżniowego o długość fali w zakresie 157-351 nm. Wykorzystywane są one przede wszystkim do mikroobróbki, znakowania i wykonywania otworów. Sprawność wynosi około 1%.

Schemat działania lasera:

Cięcie za pomocą lasera

Cięcie promieniem lasera jest jednym z najbardziej energooszczędnych procesów ciecia termicznego w porównaniu z innymi metodami. Szczelina cięcia wiązką lasera mieści się w granicach 0,1-0,7 mm. Jako gazy używane do ciecia metali stosuje się powszechnie azot i tlen. Do niemetali może być stosowane powietrze. Wyróżniamy cięcie:

• z utlenianiem - spala i wydmuchuje roztopiony materiał. Materiał cięty powinien być podatny na utlenianie, mieć duże ciepło właściwe, małą przewodność cieplną. Duża wydajność cięcia do 10 m/min.

• ze stapianiem - gaz obojętny (azot, argon) wydmuchuje roztopiony materiał. Gaz obojętny zapobiega utlenianiu. Wymagana większa moc lasera ze względu na brak ciepła spalania. Nieutlenione powierzchnie i krawędzie.

• z odparowaniem - gaz obojętny (azot, argon) wydmuchuje odparowany materiał. Gaz obojętny zapobiega utlenianiu. Wymagana większa moc lasera ze względu na brak ciepła spalania. Nieutlenione powierzchnie i krawędzie.

Nadtapianie. Obejmuje grupę technologii realizowanych przy większych gęstościach mocy i szybkościach nagrzewania, polegających na gwałtownym przetopienie cienkiej warstwy wierzchniej materiału podłoża lub naniesionej na niej powłoki i równie gwałtownie po nim następującej krystalizacji. Natapianie powoduje zmianę chropowatości powierzchni.

Dzieli się na:

• hartowanie przetopieniowe - polega na jednoczesnym topieniu i mieszaniu materiału stopującego i stopowanego (podłoża). W wyniku oddziaływania wiązki laserowej materiały topią się

• szkliwienie - czyli uzyskiwanie warstw amorficznych, polega na nagrzaniu i następnym bardzo szybkim ochłodzeniu stali.

• Zagęszczanie - polega na przetopieniu na pewną głębokość warstwy wierzchniej lub nałożonej na nią powłoki w celu uzyskania materiału o większej gęstości. Towarzyszy temu ujednorodnienie struktury i zmiana stanu naprężeń własnych, a w przypadku powłok uzyskanie lepszego niż przy samym natryskiwaniu, metalicznego połączenia powłoki z podłożem. Stosuje się do uszczelniania powierzchni:

• spiekanych stali z węglikami,

• powłok natryskiwanych cieplnie.

Wtapianie jest procesem jednostopniowym polegającym na wprowadzeniu w obszar działania wiązki laserowej i w utworzone jeziorko przetopionego materiału stopowego - materiału stopującego w postaci cząstek stałych albo w postaci gazu.

Grawerowanie

Podczas grawerowania materiał jest odparowywany przez wiązkę laserową. Aby osiągnąć taki wynik, moc wiązki laserowej przekracza pewną wartość progową. Ta wartość progowa jest szczególnie wysoka w przypadku materiałów, które przewodzą prąd elektryczny, np. metali. Wynikiem tego jest stożkowe wgłębienie wywołane profilem wiązki laserowej, oraz przewodnością cieplną materiału. Technika ta jest najszybszą metodą obróbki materiału.

Ablacja

Podczas ablacji odparowuje się powłokę wierzchnią materiału. Do grawerowania laserowego nadają się zwłaszcza cienkie powłoki, jak np. warstwy kolorowe lub anodowane. Wysoki kontrast można osiągnąć już przy niskiej mocy lasera, ponieważ cienka warstwa dobrze pochłania promieniowanie. W przypadku lakierowanego plastiku po usunięciu jednej warstwy koloru można osiągnąć wygląd „noc i dzień” - tablica wskaźników samochodu.

Wyżarzanie

Kontrastowy znak można utworzyć poprzez wyżarzanie na materiałach metalicznych. Wiązka laserowa podgrzewa metal, tworząc strukturalne zmiany na jego powierzchni. Kolor znaku zależy od temperatury maksymalnej uzyskanej w metalu, właściwości metalu i parametrów lasera. Wyżarzanie umożliwia uzyskanie kontrastowego znaku bez niszczenia wykończenia metalu.

Wypalanie

Grawerowanie metalu można uzyskać poprzez wypalenie powłoki wierzchniej wykorzystując proszki ceramiczne. Warstwa wierzchnia jest natryskiwana i usuwana po zakończeniu procesu grawerowania. Ta procedura umożliwia grawerowanie powierzchni metalu przy pomocy lasera CO2. W przypadku metali utlenianie odbywa się na jego powierzchni. Dostępne są także inne proszki, np. pozwalające na grawerowanie szkła laserem Nd:YAG.

Spienianie

Spienianie jest często używaną techniką w przypadku pewnych typów plastiku; można ją łatwo rozpoznać, gdyż spieniana powierzchnia podnosi się. Spotkanie wiązki laserowej i powierzchni materiału powoduje jego topienie. Podczas tego procesu wytwarzają się pęcherzyki gazu, które pozostają w materiale podczas jego schładzania, dając efekt podniesienia powierzchni materiału.

Zmiana koloru i wybielanie

Taki efekt jest możliwy do uzyskania wyłącznie z plastikiem i zależy od długości fali lasera. W większości przypadków taki efekt jest możliwy wyłącznie z laserem Nd:YAG. W trakcie tego procesu wiązka lasera penetruje plastik i jest pochłaniana przez pigment. Pigmenty są modyfikowane chemicznie, co powoduje zmianę koloru materiału. Ponieważ wiązka lasera wchodzi w głąb plastiku, jego powierzchnia pozostaje niezmieniona. Zmiana koloru jest uzyskiwana zarówno w pigmencie jak w materiale.

---