NIEKONWENCJONALNE METODY WYTWARZANIA I/S, MiBM

Transkrypt

Bielsko-Biała, 21.10.2014
Prof. dr hab. inż. Jan Szadkowski
Em. prof. zw. ATH
Niekonwencjonalne metody wytwarzania
I/S, MiBM/KWKiW, wykłady 30g.
Konspekt
I. KSZTAŁTOWANIE CZĘŚCI MASZYN PRZEZ USUWANIE MATERIAŁU
1.
Podstawowe pojęcia i klasyfikacja niekonwencjonalnych metod kształtowania
części maszyn. Obróbka ubytkowa i obróbka przez dodawanie materiału
(przyrostowa). Szybkie wytwarzanie prototypów i narzędzi.
hybrydowe.
2.
.
Metody
1 g.
Fizykalne podstawy obróbki skrawaniem wiórowym i ściernym oraz obróbki
erozyjnej. Wykorzystanie energii mechanicznej, chemicznej, cieplnej i energii
zjawisk elektrycznych.
3.
1 g.
Obróbka skrawaniem w warunkach: podwyższonych i dużych prędkości
skrawania, skrawania materiałów w stanie twardym, obróbki na sucho i w
warunkach skąpego chłodzenia, obróbki wysokowydajnej, kompletnej, mikroi nanoobróbki, technik hybrydowych. Wspomaganie procesów skrawania
przez ogrzewanie materiału w strefie skrawania (strumień plazmy, wiązka
laserowa) i przez drgania o częstotliwości ultradźwiękowej). Mechanika
procesu skrawania (modele mechanistyczne, modelowanie procesu skrawania).
2 g.
4. Zużycie i trwałość ostrza w warunkach obróbki jedno- i wielonarzędziowej.
Optymalizacja parametrów skrawania – rozszerzenie modelu klasycznego.
Prognozowanie okresu trwałości ostrza – zastosowanie techniki sztucznych
sieci neuronowych. Nadzorowanie stanu ostrza skrawającego: wykrywanie
stanów stępienia katastroficznego, diagnostyka stanu zużycia normalnego.
Stosowane czujniki, zastosowanie metod sztucznej inteligencji.
2 g.
1
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
5. Innowacyjne procesy obróbki ściernej spojonym ścierniwem. Wysoko
wydajne odmiany szlifowania: z dużą prędkością obwodową ściernicy, z dużą
prędkością przedmiotu. Szlifowanie mikrokrystalicznymi ściernicami z
korundu spiekanego. Szlifowanie z ciągłym sterowaniem torem ściernicy.
Stosowanie ściernic diamentowych i z sześciennego azotku boru. Współczesne
techniki szlifowania bezkłowego. Szlifowanie z efektywnym doprowadzeniem
i ograniczonym wydatkiem cieczy obróbkowej, albo na sucho. Dokładne
szlifowanie powierzchni płaskich z kinematyką docierania. Wysoko wydajne
dogładzanie uzębień kół zębatych.
2 g.
6. Obróbka udarowo- ścierna (ultradźwiękowa, USM-Ultra-Sonic-Machining).
Podstawowe
pojęcia,
wykorzystanie
zjawiska
piezoelektrycznego
i
magnetostrykcji. Generowanie i wzmacnianie amplitudy drgań, sonotrody.
Rodzaje i sposoby doprowadzenia zawiesiny ściernej. Mechanizm procesu
usuwania materiału, narzędzie i jego zużycie. Odmiany USM: stosowanie
wirującego narzędzia, obróbka hybrydowa USM+ EDM, obróbka konturów
2D i wgłębień 3D, stosowanie uniwersalnego narzędzia. Wspomaganie
różnych metod obróbki ubytkowej drganiami ultradźwiękowymi. Przykłady
procesów wytwarzania z udziałem USM: obróbka elementów ceramicznych,
wytwarzanie ciągadeł diamentowych i inne.
7. Obróbka
magnetościerna.
współczesnych
technikach
Zastosowanie
wytwarzania.
1 g.
pola
magnetycznego
Ferromagnetyki
ścierne,
we
ich
oddziaływanie z polem magnetycznym i przedmiotem obróbki. Przedmiot
obrabiany i warstwa wierzchnia po obróbce magnetościernej. Klasyfikacja
metod i przykłady zastosowań: polerowanie powierzchni wewnętrznych rur,
obróbka łopatek turbin, obróbka taśm nieferromagnetycznych, usuwanie
zadziorów i wypływek, bębnowanie w polu magnetycznym, obróbka płytek
sprzęgłowych, sworzni kulistych.
1 g.
8. Obróbka wysokociśnieniowa strugą wody i strugą wodno-ścierną (WJM-Water
Jet Machining, AWJM- Abrasive WJM). Podstawy fizykalne i technologiczne:
mechanizm
usuwania
materiału
obrabianego,
modele
przewidywania
głębokości cięcia, charakterystyka warstwy wierzchniej, monitorowanie
2
procesów WJM i AWJM. Urządzenia do wytwarzania strugi wysoko
ciśnieniowej: pompy z wzmacniaczem, pompy z wałem korbowym. Dysze:
wodna i ogniskująca, materiały, trwałość. Systemy dostarczania materiału
ściernego w AWJM, stoły X-Y. Zagadnienie obróbki 3 D, 5D. Zastosowania:
do materiałów miękkich (WJM) i twardych (AWJM), obróbka ceramiki ,
kompozytów, stopów żaroodpornych.
2 g.
9. Obróbka elektroerozyjna (EDM-Elektro Discharge Machining). Podstawy
fizykalne : istota wyładowania elektrycznego, temperatura w kanale
plazmowym, układy RC, RLC, generatory impulsów. Postać i charakterystyki
impulsów napięcia i prądu. Dielektryki stosowane w EDM. Materiały elektrod,
biegunowość elektrod. Charakterystyka operacji drążenia elektroerozyjnego,
zużycie elektrody odporność elektroerozyjna, dobór materiału elektrody.
Sterowanie procesem drążenia. Stosowane obrabiarki –przykłady. Obróbka
EDM w gazie. Drążenie materiałów nie przewodzących. Wycinanie
elektroerozyjne (WEDM- Wire EDM). WEDM w dwóch i czterech osiach.
Woda dejonizowana. Uzyskiwane wydajności i stan warstwy wierzchniej.
Materiały
na
elektrody
robocze
–
druty.
Wycinanie
precyzyjne.
Programowanie obróbki, obróbka złożonych konturów, obróbka stempli i płyt
tnących wykrojników. Obróbka elektroerozyjna uniwersalnymi elektrodami
(frezowanie EDM). Obróbka elektroerozyjna z wykorzystaniem wirującej
tarczy grafitowej (EDG). Modyfikacja właściwości warstwy wierzchniej
ukształtowanej drążeniem EDM – uzycie wiązki laserowej, elektroerozyjne
nanoszenie warstw kompozytowych, stosowanie proszków W, Co, Mn, Mo;
wykorzystanie elektrody tytanowej do pokrywania narzędzi skrawających
warstwą TiC. Przykłady zastosowania drążenia i wycinania EDM.
2 g.
10. Obróbka elektrochemiczna (ECM- Elektro Chemical Machining). Podstawy
fizykalno-chemiczne
ECM,
roztwarzanie
anodowe.
Wydajność
i
energochłonność ECM. Stosowane elektrolity, obieg elektrolitu. Jakość
powierzchni po ECM, Drążenie ECM, wydajność i dokładność drążenia.
Modelowanie matematyczne procesu drążenia. Korekcja elektrody roboczej,
trwałość elektrody. ECM impulsowa (PECM – Pulse ECM). Drążarki
elektrochemiczne i przykłady zastosowania w przemyśle – drążenie łopatek
3
turbin, form i matryc, monolitycznych kół i wirników turbiny, usuwanie
złamanych narzędzi. Obróbka elektrochemiczna uniwersalnymi elektrodami
(ECM-CNC), modelowanie matematyczne, zastosowania, charakterystyki
technologiczne, system CAD/CAM dla ECM-CNC. Wybór elektrolitu,
kształtu,
materiałów
i
wymiarów
elektrody
roboczej.
Wygładzanie
elektrochemiczne, kształtowanie właściwości warstwy wierzchniej. ECM 3D,
elektrochemiczne usuwanie zadziorów, ECM strumieniowa, elektrochemiczne
nanoszenie warstw (modyfikacja właściwości warstwy wierzchniej).
2 g.
11. Obróbka wiązką fotonów (laserowa) (LBM- Laser Beam Machining). Istota i
przebieg akcji laserowej. Odmiany obróbki laserowej i jej rozwój.
Charakterystyka laserów do ubytkowej obróbki materiałów, lasery na ciele
stałym, gazowe, molekularne, eksicimerowe femtolasery, lasery płytowe.
Podstawy fizykalne obróbki laserowej, rozkłady natężenia promieniowania
wiązki laserowej, mody. Oddziaływanie wiązki laserowej na materiał
obrabiany , absorpcja promieniowania laserowego, współczynnik sprawności i
jakość ubytkowej obróbki laserowej.
Cięcie laserowe, stosowane urządzenia, głowice robocze, formy realizacji
ruchów względnych wiązki laserowej i materiału obrabianego. Model procesu
cięcia. Wpływ właściwości i grubości materiału na prędkość cięcia. Rodzaje
cięcia laserowego: z utlenianiem, ze stapianiem, z odparowaniem ciętego
materiału. Jakość cięcia. Laserowe drążenia otworów: laserami impulsowymi
Nd: YAG, laserami ekscimerowymi, femtolaserami. Drążenie jednoimpulsowe, wieloimpulsowe, trepanacyjne, przecinające. Drążenia otworów w
stopach
żaroodpornych,
ceramicznych,
np.
Inconel’ach.
pół-przewodnikowych.
Nacinanie
Korekcja
laserowe
laserowa
płytek
rezystancji.
Znakowanie laserowe. Laserowa obróbka 3 D: toczenie, frezowanie,
wykonywanie wgłębień. Automatyzacja i robotyzacja obróbki laserowej.
3 g.
12. Obróbka wiązką elektronów (EBM- Elektron Beam Machining).
Zastosowanie wiązki elektronów w przemyśle. Podstawy wytwarzania
wiązki
elektronów,
ruch
elektronu
w
polach
elektrostatycznych,
magnetycznych i polach połączonych, optyka elektronowa, soczewki
4
magnetyczne:
budowa
działa
elektronowego.
Podstawy
fizykalne
oddziaływania wiązki elektronów na materiał obrabiany. Obróbka ubytkowa
za pomocą wiązki elektronów, drążenie otworów w diamentach (proces
wytwarzania ciągadła diamentowego), w metalach (otwory chłodzące w
łopatkach turbin), stopach tytanu, Nimoniku, w foliach, np. tantalowej,
niklowe
miedzianej). Wykonywanie rowków, sit, korekcja rezystorów.
Perforowanie materiałów ceramicznych i półprzewodnikowych.
2 g.
13. Obróbka wiązką plazmy (PBM- P asma Bean Machining).
Pojecie
plazmy,
metody
wytwarzania
plazmy,
postaci
palników
plazmowych. Ciecie plazmowe (Plasma Arc Cutting, PAC), prędkość cięcia
(posuwu), odmiany cięcia, zastosowanie jako środowisk plazmotwórczych
argonu, azotu, wodoru, tlenu i ich połączeń. Cięcie konwencjonalne i cięcie
w osłonie gazowej, cięcie w osłonie wodnej, cięcie z wtryskiem wody, cięcie
pod powierzchnią wody. Jakość procesu, jego automatyzacja i robotyzacja.
1 g.
14. Metody hybrydowe kształtowania ubytkowego. Obróbka elektrochemicznościerna,
elektrochemiczno-elektroerozyjna,
elektrochemiczno-
ultradźwiękowa, elektroerozyjno- ultradźwiękowa, elektroerozyjno-ścierna i
inne kombinacje ECM, EDM, US, LBM i obróbki skrawaniem.
Obróbka elektrochemiczno-ścierna (odmiany kinematyczne): szlifowanie i
gładzenie elektrochemiczne, szlifowanie elektrochemiczne uniwersalną
ściernicą (w tym symulacja komputerowa). Obróbka elektrochemicznoelektroerozyjna
(w
słabych
roztworach
elektrolitu).
Obróbka
elektroerozyjno-ścierna: szlifowanie ściernicą o spoiwie metalowym
(AEDM), zastosowanie do obróbki stopów tytanu, kompozytów na osnowie
metalicznej, ceramiki technicznej. Obróbka elektroerozyjno- ścierna luźnym
ścierniwem, drążenie w mieszaninie proszek silikonowy – dielektryk.
Obróbka elektrochemiczno-elektroerozyjno-ścierna (ECDAM): obróbka
materiałów kompozytowych.
Wspomaganie
procesów
obróbki
drganiami
o
częstotliwości
ultradźwiękowej; drążenie, wykorzystanie sonotrody uniwersalnej. Obróbka
elektrochemiczno-ultradźwiękowo-ścierna
(AECM-US):
roztwarzanie
5
anodowe, mikroskrawanie, oddziaływanie fal ultradźwiękowych, obróbka
supertwardych
materiałów przewodzących . Obróbka elektroerozyjno-
ultradźwiękowa (EDM-US): zastosowana do drążenia otworów.
Laserowo wspomagane procesy obróbkowe: toczenie i frezowanie laserowe,
mikroobróbka,
obróbka
elektrochemiczna
wspomagana
laserowo,
dogniatanie wspomagane laserowo.
2 g.
II. KSZTAŁTOWANIE CZĘŚCI MASZYN PRZEZ DODAWANIE MATERIAŁU
15. Szybkie wytwarzanie prototypów, modeli i narzędzi (RP-Rapid Prototyping,
RT- - Rapid Tooling, LMT-Layer Manufacturing Techniques, MIMMaterial
Increase
Manufacturing;
SFM
lub
SFF-Solid
Freeform
Manufacturing (Fabrication)). Zastosowanie CAD 3D, interfejsy (STL, SLC,
HPGL, IGES, STEP, VDAFS), triangulacja, dzielenie na warstwy.
Porównanie rozwiązań konwencjonalnych z metodami RP i RT.
Wykorzystanie danych dotyczących geometrii przedmiotu wykonywanego za
pomocą tomografii komputerowej lub rezonansu magnetycznego, albo też za
pomocą modelu fizycznego- projektowanie odwrotne (RE- Reverse
Engineering), prowadzące do modelu CAD. Zasadnicze etapu RE.
Zastosowania w technice, sztukach pięknych i w medycynie.
2 g.
16. Stereolitografia (SL – Stereolitography). Warstwowe utwardzanie ciekłego
foto-polimeru
przy
pomocy
wiązki
laserowej
w
obszarze
UV
(fotopolimeryzacja). Schemat urządzenie. Materiały wyjściowe dla SL,
problemy głębokości polimeryzacji. Zastosowania SL: przedmioty z żywic
epoksydowych, produkcja form wtryskowych, wytwarzania elementów z
proszku monomeru i proszku ceramicznego. Połączenie procesu SL z
procesem elektroformowania miedzi – wytwarzanie elektrod dla EDM.
Selektywne spiekanie laserowe (SLS- Selective Laser Sintering). Lokalne
spiekanie i topienie materiałów sproszkowanych przy pomocy wiązki
laserowej. Triangulacja modelu CAD 3D i przetwarzanie w standard STL.
Zakres
stosowanych
materiałów:
poliamid,
poliwęglan,
polistyrol,
niskotopliwych stopów z brązo-niklu, proszku stalowego pokrytego warstwa
6
polimeru. Schemat urządzenia. Zastosowania w wykonywaniu prototypów w
przemyśle samochodowym i lotniczym, a także w wykonywaniu gotowych
wyrobów.
Wytwarzanie przedmiotów warstwami metodą (LOM – Laminated Object
Manaufacturing). Sklejanie pojedynczych folii w sposób warstwowy (np.
produkcja przedmiotów spiekanych z warstw wycinanych z wstępnie
spieczonego SiC). Konwersja CAD 3D na format STL. Wycinanie warstw
wiązką laserową, prasowanie. Opis urządzenia, zastosowania- wytwarzanie
przedmiotów z papieru, tworzyw sztucznych, tkanin, kompozytów, metali.
Wykorzystanie tłoczników i form wtryskowych.
Osadzanie warstwowe roztopionego materiału (FDM- Fused Deposition
Modelling), wytłoczne osadzanie roztopionego materiału wyjściowego,
wytworzonego w postaci strugi, za pomocą ruchomej podgrzewanej dyszy.
Struktura systemu FDM (CAD 3D, STL), dzielenie na warstwy, sterowanie,
przebieg procesu. Schemat urządzenia . Sposoby wytwarzania włókna
nylonowego z cząsteczkami materiału (metalu, kompozytu, ceramiki.
Przykłady zastosowań.
17. Drukowanie trójwymiarowe (3D Printing, TDPrinting). Scalanie proszków
kroplami spoiwa, nanoszenie spoiwa głowicą Ink-Jet, wstępne spiekanie.
Stosowane materiały: szeroki zakres („każdy materiał , który może być
sproszkowany”). Wykonywanie form i rdzeni dla odlewów precyzyjnych,
form skorupowych.
18. Wytwarzanie przedmiotów warstwami z kształtowych warstw wykonanych
frezowaniem
trój-
lub
pięcioosiowym
(SOM-Stratified
Object
Manaufacturing), wytwarzanie elementów z materiału docelowego za
pomocą obróbki skrawaniem ze sterowaniem CNC, z uwzględnieniem
skrawania z dużymi prędkościami (HSC – High Speed Cutting).
Wytwarzanie modeli i rdzeni traconych.
Właściwości elementów wykonywanych metodami RP i RT: gęstość,
dokładność, chropowatość powierzchni, właściwości fizyko-chemiczne.
4 g.
7
Zalecana literatura:
1.
Grzesik
W.:
Podstawy
skrawania
materiałów
konstrukcyjnych.
Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 2010.
2.
Niesłony P.: Modelowanie przepływu ciepła i rozkładu temperatury w
strefie skrawania dla ostrzy z twardymi powłokami ochronnymi.
Politechnika Opolska, 2008.
3.
Oczoś K.E.: Kształtowanie materiałów skoncentrowanymi strumieniami
energii. Redakcja Wydawnictw Uczelnianych Politechniki Rzeszowskiej,
1988.
4.
Oczoś K.E.: Kształtowanie ceramicznych materiałów technicznych.
Oficyna wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, 1996.
5.
Ruszaj A.: Niekonwencjonalne metody wytwarzania elementów maszyn i
narzędzi. Wyd. Instytut Obróbki Skrawaniem, Kraków 1999.
6.
Zembala W. Słodki B.: Rejestracja obrazu w nadzorowaniu procesu
skrawania. Politechnika Krakowska, 2011.
7.
Zembala W.: Modelowanie procesu skrawania. Politechnika Krakowska,
2011.
8.
Czasopismo MECHANIK.
8

NIEKONWENCJONALNE METODY WYTWARZANIA I/S, MiBM

Transkrypt

Podobne dokumenty

charakterystyka ogólna - 5-axis.pl systemy CAM/CAD

cypr – piekarz - Wojewódzki Urząd Pracy w Rzeszowie