Sisteme de prelucrare

Introducere

Tema aleasa de mine este “prelucrarea cu jet de apa”.Am ales aceasta tema dupa vizitarea laboratorului de “Tehnologii neconventionale” si am vazut cum prelucreaza masina.

In aceasta lucrare am prezentat tehnologia prelucrarii cu jet de apa cu material abraziv pe diferite tipuri de materiale. La concurenta cu prelucrarea laser se afla prelucrarea cu jet de apa cu particule abrazive, unul dintre cele mai noi procedee de taiere. Plecand de la prelucrarea sticlei, unde singura problema care apare sunt zgarieturile de pe suprafata taiata cu jet de apa dar prin injectarea de particule abrazive foarte fine s-a reusit si taierea materialelor metalice.

Procedeul de taiere cu jet de apa la tensiune inalta a fost brevetat in anul 1968 de către Dr. Norman Franze, profesor degeniu civil la Universitatea Noua Caledonie din Canada. Primulechipament industrial a fost comercializat în anul 1971 deCătre firma Ingersoll-Rand.Tăiereacu jet de apă abraziv este una din cele mai noitehnologiiNeconvenţionale de prelucrare a materialelor. Pentru prima data jetul de apă a fost utilizat în exploatarea cărbunelui, în Rusia şi NouaZeelandă .În anul 1979, Dr. Mohamed Hashish a inventat tăierea cu jet de apă abraziv prin adăugarea materialului abraziv în jetul de apă, în1980 tot el a folosit pentru prima data maşina de tăiat cu jet de apă abraziv la tăierea sticlei,oţelului, betonului

Toate sistemele de prelucrare se bazeaza pe infuzia de energie in material pentru a schimba structura chimica a produsului. De exemplu, cutitul termic foloseste energie din reactii chimice, electricitate sau lumina pentru a obtine temperaturi ridicate. Astfel, topim materialul la momentul taierii.

Metodele mecanice folosesc energia cinetica a deplasarii sculei pentru modelarea materialelor ductile folosind aceasta aplicatie de presiune.

Prelucrarea cu jet de apa poate fi clasificata drept metoda mecanica. Energia generata de miscarea apei, de trei ori mai rapida decat viteza sunetului, este folosita cu sau fara material abraziv. Dupa aceea, energia este folosita in piesa de lucru producand o micro-eroziune.

Exista 2 tipuri de prelucrare cu jet de apa:Prelucrarea cu jet de apa fara abraziv nu genereasza caldura in santul

de taiere, astfel incat nu modifica proprietatile fizice ale materialului.Este indicata pentru urmatoarele materiale: textile, elastomeri, fibre,

plastic, alimente, hartie si altele. Presiunea normala a apei este de 6.500 bar, cu o viteza de aprox. 800-1000m/sec, apa fiind fortata sa treaca printr-un orificiu mic dintr-o piatra pretioasa (diametrul de o zecime dintr-un milimetru) pentru a forma un jet puternic de aschiere. Prin urmare, energia potentiala se

transforma in energie kinetica, iar jetul de apa devine atat de rapid incat poate taia orice material.

PRELUCRARE CU MATERIAL ABRAZIVPentru materialele care nu sunt indicate pentru prelucrarea doar cu jet de

apa, se foloseste un material abraziv. In acest proces, un agent format din particule fine este adaugat la apa. Combinatia de apa, aer si material abraziv se face intr-o camera de amestexare pentru a accelera procesul. Rezultatul este un jet puternic care poate taia, separa sau gauri materiale de diferite grosimi si densitati, precum metale, pietre naturale sau sticla securizata.

Cu jet de apa abraziv se poate taia diferite material cum ar fi : otel,otel inoxidabil ,diferite aliaje de nichel , material compozite , aluminiu , cupru , titan , piatra , granit , sticla , plastic , lemn etc.

Tehnologia este utilizata pe scara larga in industria aeronautica , industria automobilelor , industria de taiat piatra, granit etc.

Fig.1 Schema prelucrarii cu jet de apa si material abraziv

Taierea cu jet de apa abraziv consta in dirijarea unui jet de apa de inalta presiune(3000…6000 bar ) si de mare viteza ( 500…900 m/s) catre locul de taiere.

Proprietatile materialului abraziv sunt dictate de materialul piesei, de preciza si calitatea taieturii, de lungimea ei. In functie de materialul abraziv folosit, durata de viata a cilindrului de focalizare este de 80100 ore, de 45 ori mai mare decat a celor din tungsten, dar si pretul este de circa 10 ori mai mare. In afara de carbura de bor se fac cercetari si asupra altor materiale, cum ar fi de exemplu, materialele ceramice. Problema fundamentala o constituie uzura diuzei. S-au realizat pana in prezent diuze din materiale ceramice sinterizate, din carbura de tungsten (Japonia), din safir (Franta), din bor (SUA).

Componentele principale ale unei instalatii de prelucrare cu jet de apa si material abraziv sunt :

-Pompa hidraulica –actionata de un motor electric sau un motor cu ardere interna ;

-amplificatorul hidraulic – ridica presiunea apei livrate de pompa hidraulica (2000…4000 bar)

-conductele de legatura care pot fi rigide sau flexibile ;-capul de taiere cu jet de apa si abraziv format din camera de

amestec si diuza-sistemul de alimentare cu abraziv.Parametrii tehnologici principali sunt :

-presiunea de taiere;-debitul de apa;-diametrul diuzei;-diametrul si lungimea tubului de focalizare/amestec;-marimea particulelor abrasive;-debitul masic de particule abrasive.

Presiunea,debitul si diametrul diuzei , sunt legate prin ecuatia lui Bernoulli scrisa intr-un punct inaintea iesirii apei din diuza si dupa ce jetul de apa a parasit ajutajul acesteia.(P1/ρ1)=(v2

2/2)Inlocuind viteza jetului in functie de debit , avem :V2=Q/Adiuza=Q(πd2/4)Valoarea presiunii statice (p) din camera de presiune necesara pentru a expulza un debit de apa (Q) printr-o diuza de diametru d este data de relatiaP=(kρ/2)*(Q2/d4

diuza)unde :

ρ-densitatea apei la presiuni de lucru 300-400 MPa (ρ=1010 kg/m3) k- coeficient de pierderi la formarea jetului de apa / pierderi locale duzei de

apa (k= 0,85…0,95)

Reprezentand dependenta presiunii de lucru in functie de debit , pentru diferite valori ale diuzei se obtin graficele:

Pentru ambele figure s-au reprezentat valori care sa acopere gama dimensionala a marimilor utilizate in mod frecvent in aplicatiile industrial si anume:-valorile presiunii sunt cuprinse intre 2500-5000 bar ;-debitul de apa are valori cuprinse intre 1,2…10l/min;-duzele de taiere cu jet de apa au diametrele intre 0,10…0,30 mm.

De ce sa alegem prelucrarea cu jet de apa si material abraziv ?

La concurenţa cu prelucrarea laser se află prelucrarea cu jet de apă cu particuleabrazive, unul dintre cele mai noi procedee de tăiere. Datorită versatilităţii şi uşurinţei de operare aceasta se foloseşte în multe domenii de activitate.

Tăierea cu jet de apă: -prezintă o gamă largă de material ce poate fi tăiat cu ușurință-are un finisaj de calitate-materialele se pot tăia cu o grosime de până la 200 mm-nu apar decolorări ale suprafețelor tăiate-nu produce căldură în procesul de prelucrare-este ecologic.

Dimensiuni si materiale prelucrate:

Materiale: P = 4000 bar P = 6000 bar

Otel inoxidabil peste 180 mm peste 300 mm

Otel peste 180 mm peste 300 mm

Titan peste 250 mm peste 350 mm

Aluminiu peste 300 mm peste 400 mm

Lemn peste 300 mm Necunoscut