masini unelte neconventionale

M.U. suport laborator nr.12 2014/2015 semestrul 1

1 vladac-uvab.webnode.ro

Maini unelte pentru prelucrri neconvenionale

Tehnologiile neconvenionale sunt reprezentate te acele teh. care nu respect ntr-u totul

reguluile de baz ale prelucrrilor clasice i care nu au fost impuse prin folosin ndelungat. De

cele mai multe ori aceste maini unelte destinate prelucrrilor neconvenionale dispun, n structura

lor, de scule sau dispozitive speciale, nentlnite i la alte maini unelte.

Cteva dintre aceste maini unelte pentru prelucrri neconvenionale sunt urmtoarele:

Sisteme CNC pentru prelucrri prin:

o Electroeroziune

o Jet abraziv/neabraziv de ap

o Laser / plasm

O alt categorie de sisteme ce execut diferite prelucrri o reprezint mainile pentru

electrodepunere sau mainile de prototipaj rapid.

Sistem CNC de prelucrri prin electroeroziune

Prelucrarea prin electroeroziune sau EDM (electrical discharge machining) este un proces de

prelucrare prin care forma dorita a piesei este obtinuta prin dizolvarea materialului in exces utilizand

descarcarile electrice (scantei). Materialul este

indepartat prin descarcari electrice repetate

intre doi electrozi separati de un lichid

dielectric si cu ajutorul unuei tensiuni

electrice. Unul dintre electrozi este electrodul

scula si celalalt electrod este electrodul piesa.

Cnd distanta dintre cei doi electrozi

este redusa pana la un minim caracteristic,

intensitatea campului electric din volumul

aflat intre electrozi devine mai mare decat

rezistenta elementului dielectric si astfel

curentul trece prin cei doi electrozi. Acest

fenomen este asemenetor scurt circuitului. Ca

rezultat al acestui scurt circuit materialul este

indepartat de pe cei doi electrozi.

Aceasta tehnica de prelucrare este

utilizata pentru prelucrarea materialelor foarte

dure sau materiale greu de prelucrat prin

tehnologiile conventionale. Tehnica EDM este

de obicei preferata in cazul materialelor

conductoare sau mai noi in cazul izolatorilor

ceramici. Fig.1 Maina de prelucrat prin electroeroziune

FEM1300 CNC



In cazul acestui proces de prelucrare este destul de dificil de definit parametrii tehnologici ai

procesului din cauza parametrilor electrici implicati in actionarea masinii de prelucrat prin

electroeloziune (fig.1).

Categoriile de prelucrari prin electroeroziune implica:

- Sinker EDM - piesa este scufundata intr-un volum de lichid dielectric, de obicei ulei si

electrodul impreuna cu piesa sunt legate la aceiasi sursa de energie. Procesul este preferat

realizarii pieselor de geometrii complexe in cele trei dimensiuni.

- Wire EDM - electodul este defapt un fir de alama prins la cele doua capete si care trece prin

materialul prelucrat. De asmenea piesa este scufundata intr-un volum de lichid dielectric, de

obicei apa dionizata. Metoda este utilizata pentru debitarea placilor metalice pana la 300mm

grosime de obicei necesasre in cazul matritelor, poansoanelor si a altor scule dure. Precizie a

de prelucrare este in jur de 0.004 mm si poate avea un avans de pana la 0.12mm utilizand un

fir de 0.1 mm.

Pentru o nelegere mai bun a prelucrrilor prin electroeroziune, mai jos sunt prezentate cteva

exemple:

1 2 3

4 5 6

1. Prelucrare elicoidal,

2. Prelucrare orbital dup o directoare rectangular



3. Prelucrare 3-D

4. Prelucrare orbital dup o directoare circular

5. Prelucrare orbital liber

6. Prelucrare prin conturare

Avantajele tehnologiei EDM:

- Realizarea de forme complexe care se pot realiza cu mare dificultate prin metodele

conventionale,

- Prelucrare cu tolerante foarte mici pentru materiale foarte dure,

- Prelucrarea unor piese foarte mici,

- Nu exista contact direct intre scula utilizata si materialul prelucrat, asadar, se pot prelucra si

materiale moi sau zone f subtiri, fara nici un fel de abatere nedorita.

Dezavantajele tehnologiei EDM:

- Procesul de prelucrare este foarte lent

- Nevoia de realizare speciala a electrozilor

- Realizarea unchiurileo foarte mice e greu de reprodus de un nr prea mare de ori din cauza

uzurii electrozilor

- Consumul specific de energie electrica este destul de ridicat

Sistem CNC de prelucrare prin jet abraziv / neabraziv de ap

Acest sistem este capabil de a debita corpuri metalice sau alte materiale prin utilizarea unui

jet de apa de mare viteza si preziune, impreuna sau fara material abraziv. Procesul este similar

erodarii naturale doar ca este realizat mult mai accelerat si mai concentrat. Procesul se utilizaeaza in

cazul debitarii materialelor sensibile pe temperatura sau in cazul tablelor metalice subtiri.

Partea schematica a operaiei procesului de taiere este cea prezentata in

figura 2 unde: jetul de apa (6) ptrunde cu presiune mare prin admisia 1 a crei

extremitate este diamantata (2) si se amesteca in tubul de amorsare (4) cu

abrazivul (3), dupa care penetreaz piesa 7 efectundu-se astfel tierea.

Dispozitivul de taiere este conectat la o pompa de inalta presiune care

face posibila realizarea unor forte de taiere de pana la 620MPa. O astfel de

masina de debitat cu jet de apa este prezentata in figura 3.

Un avantaj deosebit al acestei tehnologii este faptul ca se pot realiza

debitari fara ca procesul sa afecteze in vreun fel structura materialelor

prelucrate. De altfel nu exista nici zona afectata termic in zona de taiere.

Profilul taiat poate fi modificat (latime, calitatea suprafetei) functie de

duza folozita, tipul si marimea abrazivului utilizat. Taierile realizate prin

metoda abraziva (materiale metalice, ceramice, etc.) pot varia 1.25mm si 0.5 mm. Taierile non-

abrazive (lemn, materiale plastice, etc.) pot avea dimensiuni intre 0.3mm si 0.07mm (aproximativ

grosimea firului de par uman).



Fig.3 Maina de debitat cu jet de ap

Tehnologia de taiere cu jet de apa este considerata o metoda ecologic de prelucrare a

materialelor. Jetul de apa nu produce reziduri periculoase ceea ce reduce semnificativ costurile.

Piesele taiate astfel pot fi asezate cat mai optim in materialul de baza pentru a maximiza utilizarea de

materie prima.

Apa utilizata este de obicei filtrata si reutilizata de mai multe ori, pastrandu-se destul de

curata pentru a fi evacuata. Prin aceasta tehnologie nu mai apar fumuri, profuri industriale, toxine ce

pot contamina operatorul. Acest fapt ajuta la imbunatatirea mediului de lucru si reduce problemele

legate de expunerea operatorilor umani.

Caracteristicile principale ale procesului de taiere cu jet de apa sunt:

- Se utilizeaza un jet de mare viteza de material abraziv suspendat intr-un jet de mare preziune

de apa realizat de o pompa de intensivicare,

- Proces utilizat pentru prelucrarea unei game largi de materiale, de la materiale plastice pana

la cele ceramice,

- Nu provoaca defecte ale marginei piesei cauzate de caldura,

- Duzele sunt in general realizate din borura sinterizata,

- Se realizeaza o inclinare a taieturii de maxim 1 grad. Aceasta inclinare poate disparea

complet prin incetinirea procesului de taiere.

- Distanta dintre duza si piesa influenteaza marimea profilului si cantitatea de material

indepartat. Se utilizeaza de obicei o distanta intre 0.5 - 0.3 mm



- Calitatea profilului taiat este definit in cinci clase de calitate dupa cum se poate remarca in

figura 4.

Fig.4 Clasele de calitate specifice taierii cu jet de apa

Sistem CNC de prelucrare cu laser

Tehnologiea debitarii cu laser este de obicei utilizata in aplicatii industriale pe materiale

compozite, oteluri dure si alte materiale deoarece calitatea suprafetei profilului taiat nu mai necesita

nici un fel de prelucrare. Alte aplicatii ale acestei tehnologii sunt reprezentate de taierea materialelor

extradure plate sau a diverselor tipuri de decupari in tevi. O astfel de masina de debitat cu laser este

prezentata in figura 5 (suplimentar, un sistem de debitat cu plasm este prezentat n figura 6).

Fig.5. Sistem pentru debitri cu laser

Fig.6 Sistem pentru debitri cu plasm



Un avantaj major al acestei tehnologii este ca precizia de taiere este foarte ridicata pentru ca

scula (raza laser) nu se uzeaza niciodata in timpul procesului (fig.7). De asemenea exista sanse foarte

reduse ca piesa sa se deformeza in timpul procesului. Unele materiale sunt foarte greu sau imposibil

de taiat prin metode conventionale. Toate aceste avantaje sunt echilibrate de consumul considerabil

de energie electrica necesar procesului.

Fig.7 Precizia ridicata a prelucrarilor cu laser se concretizeaza in cele mai diverse repere

Tipurile de lasere utilizate in aceasta tehnologie:

- Laser CO2 utilizat pentru alezare, taiere, gravare

- Laser Nd (neodimium) utilizat pentru alezare, aplicatii cu viteze mici de repetare, aplicatii

ce necesita pulsatii energetice mari

- Laser Nd-YAG (neodymium ytrium-aluminum-garnet) utilizat pentru aplicatii necesita

pulsatii energetice foarte mari, alezare, gravare, debavurare.

Ultimile doua tipuri de lasere se utilizeaza si in aplicatii de sudare a materialelor metalice. De

asemenea sunt mai multe metode de prelucrare cu diferite tipuri de lasere precum:

- Vaporizare raza laser incalzeste suprafata materialului pana la temperatura de topire si

genereaza penetrarea. Odata ce penetrarea se adanceste, materialul fierbe si se vaporizeaza

efectuanduse asadar taierea. Materialele care nu se topesc (lemnul, carbonul, material plastic

termofixat) sunt de obicei taiate cu ajutorul acestei metode.

- Topire-Purjare se utilizeaza un gaz la o presiune foarte mare care purjeaza materialul topit

din zona de taiere. Astfel, se diminuiaza cantitatea de energie necesara procesului. Mai intai

materialul este adus la temperatura de topire si apoi gazul sub presiune indeparteaza topitura

evitand nevoia de a mai mari temperatura. Materialel care sunt de obicei taiate prin aceasta

metoda sunt materiale metalice.

- Fracturare termica materialele casante sunt in deosebi sensibile la temperatura inalta,

caracteristica exploatata la maxim de aceasta metoda. O raza laser este focalizata pe suprafata

materialului de debitat. Astfel se realizeaza incalzirea si dilatarea locala a materialului. Acest

fapt duce la o crapatura care mai apoi este ghidata de raza laser. Aceasta crapatura poate fi

recondusa pana la viteze de ordin metri / secunda. Aceasta metoda este utilizata cel mai

frecvent in prelucrarea sticlei.

- Taiere reactiva operatiunea se aseamana taierii cu oxigen dar sursa de aprindere este o raza

laser. Este utilizata in general pentru taierea otelului carbon cu grosimi de peste 1mm. Acest

proces poate fi folosit pentru taierea tablelor foarte groase de otel utilizand o cantitate relativ

scazuta de energie.



- Superfinisare termica acest procedeu utilizeaza o raza laser ce produce o rugozitate de pana

la 5m. Acest procedeu poate realiza tolerante foarte stranse, de pana la 0.02mm. Aceste

tolerante se obtin datorita amortizarii vibratiilor pe care masina le poate disipa rapid.

Suprafetele rezultate in urma acestui proces au o rugozitate cuprinsa intre 0.006 si 0.003mm.

Eficienta tehnologiilor de prelucrare cu laser variaza intre 10-20%. Consumul de energie si

eficienta unui tip de laser variaza functie de parametrii tehnologici ce se impun. Cantitatea de energie

necesara pentru o prelucrarea oarecare, depinde de materialul prelucrat, grosimea acestuia, procesul

si viteza de prelucrare.

Cantitatea ce energie necesar prelucrarii diverselor materiale cu diferite grosimi utilizand

laser CO2 este prezentat in tabelul 1 de mai jos.

Material Grosimea materialului (mm)

0.5 1 2 3.1 6.4

Otel inoxidabil 1000 1000 1000 500 250

Aluminiu 1000 1000 1000 3800 10000

Otel nealiat - 450 - 500 -

Titan 250 210 210 - -

Placaj lemnos - - - - 650

Bor / rasini epoxidice - - - 3000 -

Factorii de siguranta ce trebuie avuti in vedere in utilizarea tehnologiilor de prelucrare cu

laser sunt de ordin personal si al mediului inconjurator dupa cum urmeaza:

- Riscuri personale:

o Contactul cu sculele firbinti sau cu piesele prelucrate

o Contactul vizial cu radiatiile razei laser

o Inhalarea fumurilor toxice

o Radiatiile dispersate

o Deviatia razei laser de pe suprafata prelucrata

- Riscuri pentru mediu:

o Fum degajat din proces

o Prafurile industriale toxice

o Radiaiile dispersate

Sistem CNC de prototipaj rapid

Prototipajul rapid este reprezentat de un grup de tehnologii utilizate pentru obinerea rapid a

unui model la scar sau a unei componente sau a unui ansamblu prin sisteme CAD. Realizarea

concret a acestor repere se obine printr-o tehnologie aditiv multistrat.

Aa cum prin metodele tradiionale, bazate pe eliminare de material, prelucrarea este realizat

pe baza unui model 3D i n cazul acestei tehnologii se pleac de la un reper tridimensional solid sau

scanat. Pentru prototipajul rapid, reperul trebuie sa reprezinte un model valid, adic, un model a crui



suprafee nchid un volum finit, nu prezinta guri care s arate interiorul. Post procesoarele CAD vor

aproxima geometriile fiecrui nivel n parte prin expresii matematice simple, care la rndul lor, vor fi

specificate ntr-un format caracteristic prototipajului rapid.

Cele mai des utilizate tehnologii de prototipaj rapid sunt prezentate n tabelul urmtor:

TIPUL TEHNOLOGIA MATERIALE

Extrudare

Depunere prin sinterizare

Materiale termoplaste (PLA, ABS),

metale eutectice, cauciuc, lut, silicon

RTV, porelan, liani metalici

Depunere direct Materiale ceramice, aliajemetalice,

carburi (cermet), compozite metalice,

compozite ceramice

Fir Fascicol liber de electroni

Aproape orice aliaj metalic

Granule

Sinterizare direct cu laser

Topire cu fascicol de electroni

Topire selectiv cu laser Aliaje de titan, aliaje CoCr, Al

Sinterizare termo-selectiv Pulberi termoplaste

Sinterizare selectiv cu laser Materiale termoplaste, pulberi

metalice, pulberi ceramice

Imprimare pe suport de pulberi Imprimare pe lut Glet

Laminare Modelare strat cu strat Hrtie, pelicule metalice, pelicule din

plastic

Polimerizare Stereolitografiere

fotopolimeri Foto procesare digital

Din punct de vedere industrial, aceste tehnologii sunt realizabile pe maini cu comand

numeric, n general foarte asemntoare cu mainile de frezat de tip portal. De cele mai multe ori,

materialul utilizat n proces este mpins n mod controlat pe duze de diferite mrimi (fig.8). aceste

sisteme sunt n general utilizate n domenii ca: autevehicule, aerospaial, arhitectur, aprare, dentar.

Fig.8 Tip de extrudare utiliznd depunerea prin sinterizare folisind materiale termoplaste

Sistemele utilizate n prototipajul rapid sunt n general orientate ctre trei direcii de

producie: sisteme reduse (fig.9), sisteme industriale medii (fig.10), sisteme ample (fig.11):



Fig.9 Sistem redus de prototipaj rapid Fig.10 Sistem industrial mediu de prototipaj rapid

Fig.11 Sistem amplu de prototipaj rapid

Aceast tehnologie nlesnete fabricaia distribuit, adic n combinaie cu stocarea n nori

de date, prototipajul rapid poate susine o producie descentralizat i independent dpdv geografic.

Aceste servicii sunt, de obicei, asigurate prin intermediul on-line att clienilor industriali ct i celor

particulari.

De asemenea, prin aceste tehnologii se pun baze solide produsciei personalizabile. Clienii

pot astfel s realizeze produsele urmrite exact dup necesitile acestora.

Materialele utilizate sunt din ce n ce mai multe i calitatea produselor obinute este din ce n

ce mai ridicat, realiznd o concuren marcant pentru tehnologiile convenionale.

Aplicaiile industriale pentru prototipajul rapid sunt:

- Articole vastimentare sport (nclminte custom made pentru atleii de nalt performan),

sau de siguran;



- Automobile (componente din habitaclu, pedalier, sisteme de acionare ascunse);

- Construcii (cldiri de urgen n locaii neprielnice sau dup cataclisme naturale);

- Generatoare i motoare electrice;

- Industria de aprare;

- Industria medical (orteze, proteze);

- Industria IT;

- Industria aerospaial

masini unelte neconventionale

Documents