APLIKACE TECHNOLOGIE DRÁTOVÉ ELEKTROEROZE

APLIKACE TECHNOLOGIE DRÁTOVÉ ELEKTROEROZE APPLICATION TECHNOLOGY WIRE ELECTRODISCHARGE

DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER'S THESIS

AUTOR PRÁCE

Bc. Martin BARABÁŠ

AUTHOR

VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR

BRNO 2014

Ing. Karel OSIČKA, Ph.D.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

4

ABSTRAKT Diplomová práce se zabývá technologií elektrojiskrového řezání drátovou elektrodou. Je zde popsána základní podstata elektrické eroze, princip elektroerozivního obrábění a dále princip elektrojiskrového řezání drátovou elektrodou. Stěžejní část práce se zabývá aplikací drátového řezání při výrobě řemenice 68-8M-130 s popisem technologie výroby na drátové řezačce Excetek V 650. Závěr práce je věnován statistickému vyhodnocení parametrů přesnosti obráběných ploch. Klíčová slova EDM, WEDM, elektroerozivní obrábění, elektrojiskrové drátové řezání, drátová řezačka.

ABSTRACT This marter’s thesis deals with the technology of electrical discharge wire cutting. There is described the basic nature of the electrical erosion, EDM principle and WEDM principle. The main part deals with the application of wire cutting in the manufacture pulley 68-8M130 with a description of technology on the wire cutter Excetek V 650. At the end of the work is devoted to the statistical evaluation of the precision machined surfaces. Key words EDM, WEDM, electrical discharge machining, wire electrical discharge machining, wire cutting machine.

BIBLIOGRAFICKÁ CITACE BARABÁŠ, Martin. Aplikace technologie drátové elektroeroze. Brno 2014. Diplomová práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, Ústav strojírenské technologie. 74 s. příloh 11. Ing. Karel Osička, Ph.D.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

5

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Aplikace technologie drátové elektroeroze vypracoval samostatně s použitím odborné literatury a pramenů, uvedených na seznamu, který tvoří přílohu této práce.

Datum

Bc. Martin Barabáš

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

6

PODĚKOVÁNÍ Děkuji tímto Ing. Karlu Osičkovi, Ph.D., za cenné připomínky a rady při vypracování diplomové práce. Dále děkuji panu Ing. Martinovi Krkavcovi za umožnění provedení praktické části diplomové práce v prostorách firmy, panu Michalovy Potůčkovi za pomoc při práci na drátovém stroji a všem pracovníkům firmy FERMAT CZ s.r.o, kteří poskytli cenné informace při vypracování diplomové práce.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

7

OBSAH ABSTRAKT .......................................................................................................................... 4 PROHLÁŠENÍ....................................................................................................................... 5 PODĚKOVÁNÍ ..................................................................................................................... 6 OBSAH .................................................................................................................................. 7 ÚVOD .................................................................................................................................... 9 1 TECHNOLOGICKÁ CHARAKTERISTIKA ELEKTROEROZIVNÍHO OBRÁBĚNÍ …. .................................................................................................................................... 10 1.1

Počátky a vývoj elektroerozivního obrábění ......................................................... 10

1.2

Princip elektroerozivního obrábění ....................................................................... 11

1.3 Průraz kapalného dielektrika ..................................................................................... 12 1.4 Časový průběh jednotlivých fází ............................................................................... 13 1.5 Charakteristika elektrického výboje .......................................................................... 15 1.5.1 Fyzikální charakteristiky elektrického výboje .................................................... 16 1.5.2 Rozdělení elektrických výbojů ........................................................................... 18 1.6

Generátory elektrických výbojů ............................................................................ 19

1.6.1 Závislé (relaxační) generátory ............................................................................ 19 1.6.2 Polozávislé generátory ........................................................................................ 20 1.6.3 Nezávislé generátory........................................................................................... 20 1.6.4 Regulace posuvu nástrojové elektrody proti obrobku ........................................ 22 1.7 Nástrojové elektrody .................................................................................................. 23 1.7.1 Materiály nástrojových elektrod ......................................................................... 23 1.7.2 Opotřebení nástrojových elektrod ....................................................................... 24 1.8 Dielektrická kapalina ................................................................................................. 24 1.8.1 Vliv znečištěného dielektrika na elektrický výboj .............................................. 25 1.8.2 Vyplachování pracovního prostoru ..................................................................... 26 1.9 Charakteristika povrchové vrstvy .............................................................................. 27 1.10 Technologická aplikace elektroerozivního obrábění ............................................... 27 1.10.1 Elektrojiskrové obrábění ................................................................................... 28 1.10.2 Elektroimpulsní obrábění .................................................................................. 28 1.10.3 Elektrokontaktní obrábění................................................................................. 28 1.10.4 Anodomechanické obrábění ............................................................................. 28 1.10.5 Elektrojiskrové řezání drátovou elektrodou ...................................................... 28 2 TECHNOLOGICKÁ CHARAKTERISTIKA ELEKTROJISKROVÉHO ŘEZÁNÍ DRÁTOVOU ELEKTRODOU ...................................................................................... 29

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

8

2.1 Princip elektrojiskrového řezání drátovou elektrodou ............................................... 29 2.2 Dielektrická kapalina v procesu drátového řezání ..................................................... 30 2.3 Drátové elektrody ...................................................................................................... 31 2.3.1 Typy drátových elektrod ..................................................................................... 32 2.3.2 Elektrody pro startovací otvory .......................................................................... 33 2.4 Hlavní části stroje pro drátové řezání ........................................................................ 33 3 NASAZENÍ DRÁTOVÉHO ELEKTROJISKROVÉHO ŘEZÁNÍ PŘI VÝROBĚ SPECIFICKÝCH DÍLŮ .................................................................................................. 37 3.1

Možnosti drátového řezání .................................................................................... 38

3.2 Aplikace 2D a 4D drátového řezání ........................................................................... 39 3.3 Strategie řezání při výrobě specifických dílů ............................................................ 40 4 TECHNOLOGIE ELEKTROJISKROVÉHO DRÁTOVÉHO ŘEZÁNÍ PRO TYPOVÉHO PŘEDSTAVITELE .................................................................................. 42 4.1 FERMAT CZ s.r.o. .................................................................................................... 42 4.2 Popis typového představitele pro drátové řezání ....................................................... 43 4.3 Hlavní rozměry řemenice 68-8M-130 ....................................................................... 44 4.4 Technologický postup při výrobě řemenice 68-8M-130 ........................................... 45 4.5 Tvorba NC programu ................................................................................................. 46 4.6 Obrábění řemenice 68-8M-130 na drátové řezačce ................................................... 47 4.6.1 Aktivní parametry obrábění ................................................................................ 48 5 STATISTICKÉ VYHODNOCENÍ PARAMETRŮ PŘESNOSTI OBROBENÉ PLOCHY ......................................................................................................................... 51 5.1 Geometrická tolerance souměrnosti a kruhového házení .......................................... 51 5.2 Metodika měření tolerancí ......................................................................................... 52 5.3 Statistická interpretace přesnosti obráběcího procesu ............................................... 54 5.4.1 Výpočet úchylky rozměru ................................................................................... 56 5.4.2 Výpočet geometrických úchylek ........................................................................ 60 6 DISKUZE........................................................................................................................ 65 ZÁVĚR ................................................................................................................................ 67 SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ ..................................................................................... 68 SEZNAM POUŽITÝCH SYMBOLŮ A ZKRATEK ......................................................... 71 SEZNAM PŘÍLOH.............................................................................................................. 74

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

9

ÚVOD V současné době je stále větší požadavek, aby strojní součásti dosahovali co nejlepší přesnosti s vysokou kvalitou povrchu. S klasickými konvenčními metodami dokážeme tyto požadavky splnit, ale mnohdy je výroba velmi přesných součástí obtížná a velice nákladná. Proto by každá strojírenská firma měla, která chce tyto požadavky co nejefektivněji splnit, šáhnou po nekonvenčních způsobech obrábění. Nekonvenční metody nevyužívají k obrábění princip mechanického úběru materiálu, ale úběr materiálu je uskutečněn pomocí fyzikálního nebo fyzikálně-chemického principu obrábění. Elektrojiskrové řezání drátovou elektrodou patří do skupiny nekonvenčních metod využívající k obrábění materiálu elektroerozivní jev (viz. kap. 1). Aplikace této metody ve strojírenském průmyslu je velice rozšířená hlavně při výrobě tvářecích nástrojů a různých strojních součástí jako jsou vačky, ozubené kola nebo řemenice. První drátová řezačka byla do strojírenského průmyslu zařazena v 60. letech 20. století a od té doby jsou drátové řezačky stále výkonnější a přesnější. Největší vliv na rozvoj drátových řezaček měl vývoj CNC řídicích systémů. V dnešních strojích je tento systém nezbytný k fungování stroje a drátové řezačky, které CNC řídicí systém neobsahují, mají spíše historický charakter. Dnešní drátové řezačky dokáží automaticky navlékat drát, využívají k pohonu os lineární motory nebo k obrábění využívají olejové dielektrikum. Výhodou lineálních pohonů je zajištění přímého pohybu pro každou osu bez nutnosti převádění točivého momentu. Experimentální část této diplomové práce je zaměřena na výrobou hnací řemenice, která slouží k pohonu vřeteníku u vodorovných vyvrtávaček vyráběných firmou FERMAT CZ s.r.o. Závěrečná část diplomová práce je zaměřena na metodikou měření tolerancí obrobených ploch a jejím statistickém vyhodnocení.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

10

1 TECHNOLOGICKÁ CHARAKTERISTIKA ELEKTROEROZIVNÍHO OBRÁBĚNÍ Elektroerozivní obrábění (mezinárodně označené EDM – Electrical Discharge Machining) řadíme mezi nekonvenční technologie obrábění, které využívají přímé působení elektrického energie bez přeměny na mechanickou energii. Nekonvenční technologie se vyznačují těmito charakteristikami [1]: •

rychlost a výkonnost obrábění nezávisí na mechanických vlastnostech obráběného materiálu,

•

možnost obrábět všechny elektricky vodivé materiály přibližně stejnou rychlostí obrábění,

•

možnost obrábění materiálu s vyšší pevností a tvrdostí než je materiál nástroje,

•

možnost obrábění tvarově složitých a miniaturních součástí,

•

možnost zavedení automatizované výroby.

Elektroerozivní metody obrábění využívají tepelnou energii vodivých materiálů, vznikající elektrickým výbojem mezi elektrodami (nástroj a obrobek). Podle technologických možností dělíme elektroerozivní obrábění na: – hloubení nebo tvarové elektroerozivní obrábění (EDM Sikning), – drátové řezání (WEDM – Wire Electrical Discharge Machining), – broušení (EDG – Electrical Discharge Grinding). Každá metoda se liší počátečními technologickými charakteristikami, použitými zařízeními a využitelností v průmyslové výrobě [1]. 1.1 Počátky a vývoj elektroerozivního obrábění Za počátek vzniku elektroeroze můžeme považovat rok 1768, kdy anglický fyzik Joseph Priestley poprvé zaznamenal, že na vodivých kovových plochách vznikají, v důsledku elektrických výbojů v plynu, krátery. V průmyslové oblasti se tento jev nejčastěji vyskytoval v konstrukci kontaktních spínacích zařízeních, kde způsoboval opotřebení kontaktů a byl tedy označen jako nežádoucí jev. Za autory prvního technologického využití elektroerozivní obrábění jsou považování sovětští výzkumníci B. R. Lazarenko a jeho manželka N. I. Lazarenková. V průběhu 2. světové války prováděli výzkumy řízeného obrábění pomocí elektrických výbojů. Později pak na základě jejich experimentů definovaly hlavní zákonitosti elektroeroze [2]: •

elektroerozi podléhají všechny elektricky vodivé materiály,

•

elektroerozi podléhají materiály v plynném nebo v kapalném prostředí (dielektriku),

•

vhodným zapojením a volbou parametrů obvodu, lze přeměnit stacionární výboj (oblouk) na nestacionární výboj, umožňující přesnější rozrušování materiálu.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

11

1.2 Princip elektroerozivního obrábění Princip elektroerozivního obrábění je založen na principu periodického odebírání částic povrchových vrstev materiálu účinkem tepelného a tlakového působení elektrických výbojů na povrchu elektrod. Obrábění probíhá mezi dvěma elektrodami ponořenými v dielektrické kapalině, které jsou od sebe odděleny jiskrovou mezerou o velikosti 0,01 mm až 0,5 mm [6]. Výboj mezi elektrodami vzniká v místě nejsilnějšího elektrického napěťového pole, které vytváří ionizovaný kanál umožňující přechod jiskry mezi nástrojem a obrobkem (obr. 1.1). Výše tohoto napěťového pole především závisí na velikosti pracovní mezery, vodivosti dielektrické kapaliny a míře znečistění dielektrika. V kanále vzniká plasmové pásmo s teplotami okolo (3 000 – 12 000)°C [2], které materiál na povrchu obrobku prudce ohřívá, taví a částečně odpařuje. Tlakem kovových par a průnikem dielektrika do uzavřeného prostoru je roztavený kov z místa vymrštěn. Tento proces způsobuje na povrchu elektrod tvarové a strukturální změny, kde energie uvolněná v kanále působí na elektrody a přenáší se na ně těmito způsoby [6]: •

bombardováním nabytých částic, elektronů na anodě a iontů na katodě,

•

termickým bombardováním částic tvořících kanál,

•

výměnou energie prostřednictvím horkých par a plynů vytékajících z elektrod,

•

tepelným zářením.

Po přerušení elektrického proudu ve výbojovém kanálu dojde k jeho zániku. Podmínky pro vznik dalšího výboje už nejsou shodné jako před prvním výbojem, ale jsou velmi podobné.

Obr. 1.1 Princip elektroerozivního obrábění [5].

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

12

1.3 Průraz kapalného dielektrika V počáteční fázi jiskrového výboje se v mezielektrodovém prostoru vyskytují takzvané předprůrazové děje. Ideální případ průrazu kapalného dielektrika můžeme vidět na obr. 1.2. Na dvě rovinné elektricky vodivé elektrody A a B z různých materiálů je trvale přivedeno elektrické napětí U [V]. Elektrody jsou rovnoběžně uspořádány ve vzdálenosti d [mm] a prostor mezi nimi je vyplněn dielektrickou kapalinou. V prostoru mezi elektrodami existuje homogenní elektrické pole, charakterizované vektorem intenzity elektrického pole E, pro které platí [2]:
= −
= kde:

V

-

elektrický potenciál.

 

[]

[.  ]

(1.1) (1.2)

Obr. 1.2 Homogenní elektrické pole mezi elektrodami [6].

Při postupném zvyšování napětí U od nulové hodnoty teče mezi elektrodami nepatrný proud, který je přibližně úměrný velikosti napětí U. Při určitém napětí dojde k průrazu a proud prudce stoupne až na hodnotu omezenou vnitřním odporem zdroje elektrického napětí. Hodnota napětí, při kterém došlo k průrazu, se nazývá průrazné napětí Upr a intenzita elektrického pole se nazývá průrazný intenzita Epr . Hodnotu Epr ovlivňuje především použité dielektrikum, materiál elektrod a teplota a tlak záření [6]. Při sledování průrazných vlastností kapalných dielektrik můžeme pozorovat určité zákonitosti. Jestliže je vzdálenost mezi elektrodami d > 0,5 mm, je průrazné napětí lineální funkcí vzdálenosti elektrod. Při různých vzdáleností tedy dochází k průrazu při stejné intenzitě elektrického pole. Jestliže je vzdálenost elektrod d < 0,5 mm můžeme pozorovat postupné zvětšující se elektrickou pevnost dielektrika a to o několikanásobek původní hodnoty. Tento jev je zapříčiněn vznikem vrstviček v blízkosti elektrod, které mají vyšší průrazovou pevnost než původní dielektrikum. Při zmenšování vzdálenosti elektrod se tloušťka vrstviček nemění, pouze se zmenšuje tloušťka původního dielektrika s menší průrazovou pevností. Průraznou pevnost ovlivňuje tvar elektrod. Jakékoliv ostré hrany, hroty, malé poloměry zaoblení způsobují zvětšení gradientu elektrického pole. [6]

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

13

1.4 Časový průběh jednotlivých fází Na obr. 1.3 je znázorněn časový průběh jednotlivých fází včetně průběhu napětí a proudu mezi elektrodami, který je rozdělen do devíti fází [2, 4, 7]: Fáze I:

Vlivem zesílení elektrického pole v dielektriku se začnou mezi elektrodami polarizovat molekuly a ionty. V místě s nejmenší vzdáleností se vlivem nerovnosti povrchu vytvoří místo maximálního gradientu, které pohlcuje elektricky vodivé částice (znečištění).

Fáze II:

Vlivem maximální hodnoty napětí vytváří elektricky vodivé částice můstky potřebné k zapálení výboje.

Fáze III:

Vlivem působení elektrického pole se ze záporné elektrody se začnou uvolňovat elektrony, které se sráží v prostoru s neutrálními částicemi a tříští se. V kanále dochází ke vzniku kladných a záporných ionty. Tento jev se nazývá ionizace prostředí.

Fáze IV:

Ve střed výbojového kanálu dochází ke vzniku plazmy. Mezi elektrodami začíná protékat proud, roste proudová hustota a z plazmy se vytváří vodivý kanál. Na elektrodách se teplota a proud zvyšuje a napětí klesá.

Fáze V:

Vlivem začínajícího odpařování dielektrika vzniká plynová bublina. Částice do sebe vzájemně naráží, přičemž se uvolňuje vysoká tepelná, která způsobí zahřívání, tavení a odpařování ohraničených míst na povrchu elektrod. Proud vzroste a napětí dosáhne zápalné hodnoty výboje.

Fáze VI:

Dochází k intenzivní expanzi bubliny a k intenzivnímu tavení a odpařování materiálu.

Fáze VII:

Dochází k přerušení přívodu energie, tím poklesne proudu a teplota. Nastává imploze plynové bubliny. V prostoru poklesne tlak, který způsobí vytrhávání materiálu do prostoru (kavitace).

Fáze VIII:

Proud a napětí klesne na nulovou hodnotu, bublina a výboj zanikne. Do vzniklého kráteru vniká dielektrikum, které ochlazuje taveninu a zabraňuje průniku tepla do hlubších vrstev kovu. Odebraný materiál zůstává v dielektriku ve formě mikročástic tvaru kuliček.

Fáze IX:

Stav před začátkem nového výboje. Dielektrikum je znečištěno produkty eroze a obsahuje zbývající volné ionty.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

Fáze I

Fáze II

Fáze III

Fáze IV

Fáze V

Fáze VI

Fáze VII

Fáze VIII

Fáze IX

Obr. 1.3 Časový průběh jednotlivých fází [7].

14

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

15

1.5 Charakteristika elektrického výboje Velikost a tvar kráteru vzniklého elektrickým výbojem závisí na velikosti vybíjecí energie a na době trvání výboje. Velikost kráteru má vliv na účinnost procesu obrábění, jakost opracovávaného povrchu a na přesnost rozměru obrobku. Profil vzniklého kráteru (obr. 1.4) je dán velikostí hloubky kráteru h a jeho průměrem d [2].

Vi [mm3] ... objem obrobeného materiálu, d [mm] … průměr kráteru, h [mm] … hloubka kráteru.

Obr. 1.4 Profil vzniklého kráteru [2].

Množství odebraného materiálu je úměrné vybíjecí energii a lze je j vypočítat [2]: [

 ]

 = K ∙  kde:

K [-] -

součinitel úměrnosti pro anodu a katodu,

Wi [J] -

energie výboje.

(1.3)

Energie výboje [2]: 

 =   ∙  

kde

T [µs] -

perioda výboje,

U [V] -

napětí,

I [A] -

proud.

[J]

(1.4)

Celkové množství odebraného materiálu za jednotku času (1.5) je roven součtu úbytku na obou elektrodách, velikostí energie a frekvencí jednotlivých výbojů [2].  =  ∙  ∙  ∙ kde:

∙ 

[

∙ !  ]

K [-] -

součinitel úměrnosti pro anodu a katodu,

f [s-1] -

frekvence výbojů,

r [%] -

účinnost elektrického výboje,

η [%] -

účinnost generátoru,

Wi [J] -

energie výboje.

(1.5)

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

16

1.5.1 Fyzikální charakteristiky elektrického výboje Časový průběh elektrického výboje je určen řadou charakteristik [2]: •

pracovní proud výboje I – maximální vybíjecí proud protékající mezi elektrodami v okamžiku výboje,

•

střední vybíjecí proud Ie – střední hodnota proudu mezi okamžikem zapálení výboje a vypnutím generátoru. Hodnota tohoto proudu se vypočítá [2]:

%$1 " =   " kde:



[&]

(1.6)

te [µs] - doba výboje, I [A] - proud.

•

střední vybíjecí napětí Ue – střední hodnota napětí mezi okamžikem zapálení výboje a vypnutím generátoru. Hodnota tohoto napětí se vypočítá [2]:

%$1 " =   " kde:



[]

(1.7)

te [µs] - doba výboje, U [V] - napětí.

•

napětí Uk – hodnota napětí při zhasnutí výboje, závislá na materiálu, dielektriku a jeho stavu. Využívá se při řízení a optimalizaci procesu obrábění.

•

napětí na prázdno Uz – napětí při zapnutí generátoru (zápalné napětí výboje),

•

doba impulsu ti – časový úsek mezi zapojením a vypojením generátoru. Pro dobu impulsu platí vztah [2]:  = " + (

kde:

[)!]

(1.8)

te [µs] - doba výboje, td [µs] - doba zpoždění výboje.

•

doba pauzy to –čas mezi vypojením a novým zapojením generátoru,

•

doba zpoždění výboje td – čas mezi zapojení generátoru a průrazem dielektrika,

•

doba výboje te – časový úsek mezi zapálením výboje a vypnutím generátoru,

•

doba periody T – časový úsek určený dobou impulsu a pauzou, určující frekvenci výbojů. Pro dobu periody platí vztah [2]: * = + + 

kde:

to [µs] - doba pauzy, ti [µs] - doba mezi dvěma impulsy.

[)!]

(1.9)

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

17

Uvedené fyzikální charakteristiky jsou zobrazeny na obr. 1.5. V obrázku je znázorněn graf závislosti napětí na čase a graf závislosti proudu na čase pro tři elektrické výboje.

Obr. 1.5 Časový průběh elektrického výboje [2].

S ohledem na značný význam časového průběhu výboje na intenzitu úběru materiálu a kvalitu obrobené plochy a pro možnost systematického rozdělení výbojů je vhodné zavést veličinu časového využití periody výboje, pro kterou platí [2]:   ,= = [−] (1.10) *  + + kde:

ti [µs] - doba mezi dvěma impulsy, to [µs] - doba pauzy,

T [µs] - doba periody.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

18

1.5.2 Rozdělení elektrických výbojů Elektrické výboje rozdělujeme podle časového průběhu dodávané energie do místa výboje na [2, 4]: •

elektrojiskrové výboje (stacionární výboje),

•

výboje krátkodobým elektrickým obloukem (nestacionární).

Elektrojiskrové výboje (obr. 1.6a) Elektrojiskrové výboje jsou charakterizované krátkou dobou impulsu při vysokých frekvencích výboje. Ve výbojovém kanále převládá elektrická vodivost vyvolávající vyšší úbytek anody vůči katodě. V místě výboje je dosahována vysoká hodnota proudové hustoty a vysoká koncentrace energie. Elektrojiskrové výboje jsou z důvodu malých úběrů materiálu používány především u dokončovacího obrábění [2, 4]. Výboje krátkodobým elektrickým obloukem (obr. 1.6b) Krátkodobé elektrické oblouky jsou charakterizovány dlouhou dobou impulsu při nízkých frekvencích výboje. Ve výbojovém kanále převládá iontová vodivost a uvolňuje se větší počet kladných částic, které vyvolají vyšší úbytek na katodě. Ve výbojovém kanále převládá menší proudová hustota s nižšími teplotami. Tyto výboje jsou z důvodu vysokých hodnot energií jednotlivých výbojů využívány při hrubování [2, 4].

a)

b)

Obr. 1.6 Časový průběh a vliv polarity u stacionárních a nestacionárních výbojů [2]. Tab. 1.2 Charakteristické vlastnosti elektrických výbojů [3]. Druh výboje Trvání pulzu Časové využití periody výboje Frekvence výbojů Hustota proudu v místě výboje Ve výbojovém kanále převládá Teplota ve výbojovém kanále Energie jednotlivých výbojů Použití

Elektrojiskrový výboj krátké ti = 10-4 až 10-6 s q = 0,03 až 0,2 vysoká asi 106 A.mm-2 elektronová vodivost až 12 000 °C We = 10-5 až 10-1 J dokončovací operace

Elektrický oblouk dlouhé ti > 10-4 s q = 0,2 až 1 nižší 102 až 103 A.mm-2 iontová vodivost 3300 až 3600 °C We = 102 J hrubovací operace

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

19

1.6 Generátory elektrických výbojů Technologické aplikace využívají různé formy impulsů určité frekvence. Impulsy se vytváří v elektronické části obráběcího stroje (generátoru) a jsou charakterizován napětím, proudem a tvarem. Generátory se dělí do několika skupin [2]: •

závislé (relaxační) generátory,

•

polozávislé generátory,

•

nezávislé (pulsní) generátory.

1.6.1 Závislé (relaxační) generátory (obr. 1.7) Závislé generátory jsou nejstarším tipem používaných generátorů pro elektroerozivní obrábění. Činnost generátoru je závislá na opakujícím se nabíjení kondenzátoru C přes elektrický odpor R a vybíjení při dosažení průrazného hodnoty napětí Uc v pracovní mezeře. Velikost průrazného napětí je závislá na znečištění dielektrika a na mezielektrodové vzdálenosti. Generátory využívají stacionárních výbojů a jejich velkou předností je jednoduchost a spolehlivost. Nevýhodou jsou nízké dosahované technologické parametry a vysoké opotřebení nástroje (asi 30 %), způsobené vznikem změnou elektronové vodivosti plazmového kanálu.

Obr. 1.7 Schéma uspořádání RC generátoru [6].

Zapojením indukčnosti L do obvodu lze dosáhnout změny časového průběhu vybíjení proudu což má za následek zvýšení produktivity až o 25 %. Touto úpravou je generátor nazýván RLC generátor (obr. 1.8). Aby se zabránilo průrazu jiskřiště v opačném směru, může se do obvodu paralelně připojit dioda, která svede překmity proudu mimo jiskřiště. Výhodu tohoto zapojení dosáhneme zejména u hrubování, kdy je energie ve výboji poměrně veliká [2, 6].

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

20

Obr. 1.8 Schéma uspořádání RCL generátoru [6].

1.6.2 Polozávislé generátory (obr. 1.9) Polozávislé generátory vznikly postupným zdokonalováním relaxačních generátorů pomocí doplňkového zařízení, které snižují závislost na vybíjecí štěrbině. Tyto generátory mají díky zavedení přerušovacího prvku (tyratronu) pravidelnější impulsy než relaxační generátory [2].

Obr. 1.9 Schéma uspořádání polozávislého generátoru [2].

1.6.3 Nezávislé generátory Nezávislé generátory umožňují nastavovat pracovní podmínky bez ohledu na poměry v pracovní mezeře. Generátory využívají krátkodobé výboje elektrickým výbojem. Rozlišujeme dva typy nezávislých generátorů [2]: •

rotační generátory,

•

polovodičové generátory.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

21

Rotační generátory (obr. 1.10) Rotační generátory jsou tvořeny hnacím motorem M a generátorem G, jehož konstrukce zajišťuje požadovaný výkon a opakovací frekvenci generátoru. Impulzy vznikají otáčením motoru a jejich frekvence může dosahovat až 400 Hz se střídáním délky trvání impulzů k délce mezery 1 : 1 až 1 : 2 [6]. Jelikož doba impulzů je dlouhá, při výboji převládá čas působení iontové vodivosti v plazmovém kanále, využívá se u rotačních generátorů opačná polarita než u RC generátorů, tedy nástroj je zapojen na kladný pól (anoda) a obrobek na záporný pól (katoda). Rotační generátory umožňují dosahovat velkých výkonů jednotlivých výbojů a jsou tedy vhodné k hrubování. Nevýhodou těchto generátorů je nutné použití přídavného RC nebo RLC generátoru při dokončování, vysoká hlučnost a obtížná regulace frekvence impulzů [2, 6].

Obr 1.10 Schéma uspořádání rotačního generátoru [2].

Polovodičové (tranzistorové) generátory (obr. 1.11) Tyto generátory se vyznačují vysokou spolehlivostí a širokou možností nastavování elektrických parametrů. Tranzistorové impulsní generátory umožňují měnit frekvenci pulzů v rozsahu 500Hz až 50 kHz a jsou vhodné pro jemné technologické operace. Skládají se z výkonových tranzistorů T1 až Tn, které jsou buzeny zesilovačem Z, a jejich počet ovlivňuje impulzní proud v jiskřišti J. Zesilovač dodává zesílené impulsy od multivibrátoru MV, který určuje frekvenci a délku trvání impulzů k délce časové prodlevy mezi impulzy [6].

Obr. 1.11 Schéma uspořádání tranzistorového impulsního generátoru [6].

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

22

Polovodičoví generátory řízené CNC systémem Generátory řízené CNC systémem jsou v dnešní době nezbytné pro řízení elektrických impulzů v jiskřišti. Generátor, řízený CNC systémem, reaguje na veškeré dění v jiskřišti a upravuje parametry obrábění tak, aby byly dodrženy stejné podmínky pro obrábění v každém okamžiku. Nasazením generátorů řízených CNC systémy se zvýšila přesnost a produktivita obrábění, snížilo opotřebení nástrojové elektrody a zjednodušilo nastavení parametrů pro technologii obrábění [1]. 1.6.4 Regulace posuvu nástrojové elektrody proti obrobku (obr. 1.12) Vzdálenost elektrod ovlivňuje průrazové napětí. Při zvětšování vzdálenosti elektrod může nastat stav, kdy průboj vůbec nevznikne a při zmenšování vzdálenosti budou vznikat průboje při nižším napětí čemuž odpovídá nižší energie a účinek elektroerozivního procesu bude malý. Regulací zajistíme stálou optimální vzdálenost mezi elektrodami během celého procesu elektroerozivního obrábění. Regulace rychlosti a směru posuvu nástrojové elektrody odvozujeme od napěťových poměrů v jiskřišti. Střední hodnota napětí na elektrodách v jiskřišti Ujs se porovnává v diferenčním členu D se žádanou hodnotou středního napětí Už, která odpovídá požadované vzdálenosti mezi elektrodami d. Posuv nástrojové elektrody vykonává akční člen A, který vyhodnocuje odchylky mezi vstupní a žádanou veličinou. Odchylky nejsou do akčního členu přivedeny v požadované energetické úrovni a proto je nutné je zesílit v zesilovači Z [6].

Obr. 1.12 Schéma regulace posuvu nástrojové elektrody [6].

Při malých energiích v jednotlivých výbojích je potřebná vzdálenost velmi malá a udržení této vzdálenosti je velice obtížné. Proto se z tohoto důvodu pro zlepšení eroze kmitá pomocí elektromagnetického vibrátoru s elektrodou ve směru posuvu do záběru. Amplituda kmitu se pohybuje v mezích 0,005 mm – 0,02 mm. Tento jev nám umožňuje vyrobit jednoduchou elektrodou i složitější tvary dutin (obr. 1.13) [6].

Obr. 1.13 Možné tvary dutin [8].

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

23

1.7 Nástrojové elektrody Vhodná volba nástrojové elektrody v elektroerozivním obrábění ovlivňuje několik parametrů v obráběcím procesu, proto je nutné navrhovat a konstruovat elektrody zvlášť pro každý typ obrábění Mezi tyto parametry patří přesnost rozměrů, jakost obrobené plochy, obráběcí výkon a výsledná cenu obrobku. Aby bylo možné co nejoptimálněji dodržet zmíněné parametry, je nutné, aby nástrojové elektrody splňovaly tyto vlastnosti [26]: •

vysokou elektrickou vodivost,

•

dobrou tepelnou vodivost a kapacitu,

•

vysoký bod tání a varu,

•

vysokou odolnost proti elektrické erozi,

•

dostatečnou mechanickou pevnost,

•

stálost tvarů a malou tepelnou roztažnost,

•

dobrou obrobitelnost,

•

přijatelnou cenu.

1.7.1 Materiály nástrojových elektrod Nástrojové elektrody se skládají z pracovní a upínací části. Pracovní část elektrody je většinou vyrobena z elektroerozivně odolnějšího materiálu než upínací část. Volba materiálu nástrojové elektrody závisí na materiálu obrobku, na používaném stroji a na relativním opotřebením nástrojové elektrody. Podle strukturního složení můžeme nástrojové elektrody rozdělit na [26]: •

kovové (měď, mosaz, ocel, slitiny wolframu,

•

nekovové (grafit),

•

kombinované (kompozice grafitu a mědi).

Tab. 1.3 Charakteristika materiálů nástrojových elektrod [37]. Materiál Charakteristika Nejčastěji používaný materiál, je dobře obrobitelný a vykazuje nízké Grafit opotřebení. Nevýhodou je znečišťování hloubicího stroje. Má dobrou elektrickou vodivost, vykazuje nízké opotřebení. Jsou vhodné pro obrábění karbidu wolframu. Dosahovaná drsnost povrchu Měď obrobené plochy je lepší než Ra = 0,5 µm. Měď - wolfram a Jde o drahé materiály. Používají se pro výrobu elektrod na hluboké stříbro - wolfram drážky. Jsou vyráběny slinováním wolframu s mědí nebo stříbrem. Jelikož tento materiál je asi 1,5 až 2× dražší než grafit, používá se pro Měď - grafit obrábění karbidu wolframu. Levný a snadno obrobitelný materiál, vykazuje vysoké hodnoty Mosaz opotřebení. Pro výrobu malých děr, øD < 0,2 mm. Wolfram

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

24

1.7.2 Opotřebení nástrojových elektrod Při elektroerozivním obrábění dochází vlivem elektrických výbojů k opotřebení nástrojové elektrody, které způsobí změnu jejího tvaru a rozměru. Opotřebení elektrod je závislé na elektrických parametrech výboje, polaritě zdroje a fyzikálních vlastnostech materiálu. Příčiny opotřebování elektrod [4]: •

oddělování částic kovů z důvodu velké hustoty elektronů ve výboji,

•

porušení elektrody kolísáním proudu nebo vlivem polarity,

•

porušení vlivem termických veličin (vysoká teplota výboje, nepravidelný ohřev součásti a elektrody v průběhu výboje),

•

porušení mechanickými nárazy vzniklými při kavitaci,

•

porušení při oddělování částic kovů z obráběného materiálu,

•

poruchy v materiálu elektrody (pórovitost, struktura),

•

opotřebení nepříznivými pracovními podmínkami (vysoká hustota proudu, špatná cirkulace dielektrika).

Aby bylo možné zvolit optimální nástrojovou elektrodu, byla zavedena veličina δ (relativní objemové opotřebení), pro kterou platí vztah [2]:

ϑ = kde:

∙ 100% .

[−]

VN [mm3.min-1]

- objemové opotřebení nástroje,

VO [mm3.min-1]

- objem odebraného materiálu.

(1.11)

Hodnoty tohoto relativního objemového opotřebení jsou určeny kombinací materiálu nástroje a obrobku, polaritou, pracovním proudem a dobou trvání impulsu. 1.8 Dielektrická kapalina Dielektrická kapalina vytváří v procesu elektroerozivního obrábění pracovní prostor mezi elektrodami. Její druh a stav má značný vliv na průběh elektroerozivních procesů, proto je nutné věnovat pozornost její volbě. Dielektrická kapalina musí splňovat tyto základní funkce [2, 4]: •

působí jako izolátor mezi elektrodami,

•

odvádí teplo z pracovního prostoru,

•

ohraničuje výbojový kanál,

•

odstraňuje odebraný materiál z místa výboje,

•

zabraňuje usazování částic odebraného materiálu na elektrodě.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

25

Jako dielektrická kapalina se používá deionizovaná destilovaná voda, transformátorový olej, strojní olej, petrolej a speciální dielektrika, určena pro elektroerozivní obrábění. Všechny dielektrické kapaliny musí splňovat tyto vlastnosti [1, 2]: •

dostatečný elektrický odpor,

•

malou viskozitu a smáčivost, pro rychlé obnovení izolace v místě výboje,

•

vysoký bod vzplanutí, aby nedocházelo k hoření (má být vyšší jak 60 °C),

•

hygienická a ekologická nezávadnost,

•

ekonomicky výhodná a lehce vyrobitelná,

•

chemicky neutrální, aby se zamezilo korozi.

Do pracovního prostoru je dielektrická kapalina přiváděna v požadovaném množství při požadovaném tlaku a čistotě a při zajištěné tepelné stabilizaci stroje. Pro zajištění těchto parametrů jsou stroje vybaveny filtračním, chladicím a vyplachovacím zařízením [1, 2, 4]. 1.8.1 Vliv znečištěného dielektrika na elektrický výboj Při elektroerozivním obrábění se dielektrická kapalina velmi rychle znečišťuje zplodinami jiskrového procesu. Nečistoty mají následující charakter [6]: •

vodivé kovové kuličky,

•

nevodivá nepravidelná zrna nečistot,

•

vodivá nepravidelná zrna sazí.

Vliv nečistot na průrazovou pevnost dielektrika je velmi značný. Při napětí na elektrodách 500 V může být vzdálenost elektrod v čistém dielektriku 0,005 mm, ale ve znečištěném dielektriku vzdálenost stoupá na 0,1 mm, což je v praxi velmi nepříznivé. V homogenním poli dochází v nevodivé částici nečistoty k polarizaci, kde na straně částice obrácené směrem k anodě je více elektronu než na straně obrácené ke katodě. Jestliže se částice dostane do styku s jednou z elektrod, přenese na ni svůj náboj a z neutrální částice se stane elektricky nabitá částice, která se pod vlivem elektrického pole začne pohybovat směrem k opačné elektrodě. Pohybující se částice odevzdá svůj náboj a znovu se nabije na opačnou polaritu. Tento děj se pak opakuje v opačném smyslu. Těmito pochody vzniká kmitavý pohyb částice, který trvá až do ukončení. Prakticky se homogenní pole vyskytuje jen zřídka. Ve skutečnosti se častěji vyskytuje nehomogenní pole, které vzniká díky různě zakřiveným plochám elektrod. V nehomogenním poli vzniká výsledná síla, která vtahuje částici do prostoru maximálního gradientu pole, tedy do prostoru s nejmenší vzdáleností elektrod. Povrch elektrod je obvykle pokryt nevodivou vrstvičkou, která zapříčiní, že částice zůstane na povrchu nalepená. Vytvoří se tzv. „mikropole“, které přitáhne další částečky nečistot, až dojde k vytvoření řetězce podél siločar elektrického pole. Při větší koncentraci nečistot vznikají tzv. „můstky“, které jsou označovány za zárodky průrazu [6].

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

26

1.8.2 Vyplachování pracovního prostoru Úkolem vyplachování je zajistit přívod dielektrické kapaliny a zároveň odvést částečky odebraného materiálu z pracovního prostoru. Vyplachování pracovního prostoru může být realizován několika způsoby [2, 7, 26]: •

Vnější vyplachování (obr. 1.14a)

Vnější vyplachování je nejběžnější forma vyplachování, která se nejčastěji při obrábění dutin o větší hloubce kombinuje s pulsním vyplachováním. •

Pulsní vyplachování

Nástrojová elektroda se v časových intervalech vzdaluje od obrobku a v některých případech může být doprovázena rotací. Současně s oddalováním se vypíná pracovní proud, čímž se zabrání sekundární erozi. Proud je opět zapnut až po dosažení optimální mezery mezi elektrodou a obrobkem. Pulsní vyplachování se nejčastěji využívá při obrábění hlubokých dutin, obrábění na čisto nebo obrábění pomocí tenkých elektrod. •

Vnitřní tlakové vyplachování (obr. 1.14b)

Nástrojová elektroda je opatřena otvorem, kterým je dielektrická kapalina přiváděna do pracovního prostoru. Částečky obrobeného materiálu vnikají do postranní mezery mezi nástrojem a obrobkem, což způsobují tzv. sekundární erozi, která zhoršuje tvarovou přesnost obráběné plochy. •

Vyplachování odsáváním (obr. 1.14c)

Dielektrická kapalina je odsávána dutinou v nástrojové elektrodě nebo dutinou v obrobku. Tento způsob zaručuje velmi dobrou tvarovou přesnost obráběné dutiny. •

Kombinované vyplachování

Kombinované vyplachování zajišťuje kombinaci vnitřního tlakové vyplachování a vyplachování s odsáváním. Používá se při hloubení tvarově složitých dutin.

Obr. 1.14 Metody vyplachování [9].

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

27

1.9 Charakteristika povrchové vrstvy Charakteristika povrchové vrstvy, která vznikla po elektroerozivním obráběním se výrazně liší od povrchu získaného klasickými metody obrábění. Elektrický výboj vytváří na povrchu obrobku nepravidelné krátery, jejichž velikost a tvar závisí na použitém dielektriku, materiálu elektrody a pracovních podmínkách. Krátery vznikají natavováním povrchové vrstvy vlivem tepelně ovlivněné vrstvy a plastické deformací kráteru i jeho okolí. Natavená povrchová vrstva způsobuje vznik stabilní austenitické vrstvy, která se vytváří chemickou reakcí materiálu elektrod s molekulami dielektrické kapaliny. Následným rychlím ochlazením pomocí dielektrické kapalinou je povrch zakalen. Účinek vysokých teplot způsobuje metalurgické změny na povrchu a vznik poruch (trhliny, dvojčatění). Vlivem těchto účinků se na povrchu obrobku se vytváří tzv. Bílá vrstva, která je velmi tvrdá a má rozdílné vlastnosti jako základní materiál. Rozložení jednotlivých vrstev povrchu je zobrazeno na (obr. 1.15) [1, 4].

Obr. 1.15 Složení jednotlivých vrstev [10].

1.10 Technologická aplikace elektroerozivního obrábění V průmyslu existuje několik metod využívajících principu elektroerozivního obrábění. Ty nejpoužívanější můžeme rozdělit podle druhu elektrického výboje, parametrů obrábění a zdroje impulsního toku na [4]: •

elektrojiskrové obrábění,

•

elektroimpulsivní obrábění,

•

elektrokontaktní (elektromechanické) obrábění,

•

anodomechanické obrábění,

•

elektrojiskrové řezání drátovou elektrodou.

Jednotlivé metody se od sebe liší svými technologickými charakteristikami, obráběcími stroji a možností průmyslového využití. Mezi jejich společné znaky můžeme považovat použitý druh dielektrické kapaliny, přívod energie elektrických impulsů a vznik elektrického výboje v obráběné zóně [4].

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

28

1.10.1 Elektrojiskrové obrábění Princip elektrojiskrového obrábění vychází ze základního principu elektroerozivního obrábění (viz kap. 1.2). Elektrojiskrové obrábění využívá krátké asymetrické impulzy a jeho pracovní cyklus sestává z výbojů, tepelného účinku a z uvolnění erodovaného materiálu. Elektrojiskrové obrábění řadíme mezi dokončovací metody obrábění. Nejčastěji se používá při hloubení malých otvorů, tvarově složitých vnitřních a vnějších otvorů, střižných nástrojů, atd. [4, 27]. 1.10.2 Elektroimpulsní obrábění Elektroimpulsní obrábění v porovnání s elektrojiskrovým obráběním dosahuje většího úběru materiálu, menšího opotřebení nástrojové elektrody a snížené spotřeby energie, ale jeho přesnost a kvalita povrchu je menší. Elektroimpulsní obrábění využívá jednosměrných obloukových impulsů. Technologické charakteristiky (úběr materiálu a velikost opracované plochy) jsou závislé na hodnotě pracovního proudu (80 až 360 A) a napětí (2,5 až 25V). Nástrojová elektroda se zapojuje na kladný pól (+) a obrobek na záporný pól (-) [4]. 1.10.3 Elektrokontaktní obrábění Elektrokontaktní obrábění využívá energii nestacionárních obloukových výbojů a tepla průchodu elektrického náboje vzniklých při kontaktu elektrod. Tento kontakt může být nepřetržitý nebo intervalový. Při přiblížení elektrod nastává krátkodobý oblouk a na povrchu dojde ke kontaktu. Aby nedošlo ke svařené elektrod, je nutné, aby jedna z elektrod vykonávala rotační pohyb. Pro snadnější odstraňování natavených částeček materiálu jsou rotační elektrody opatřeny zářezy. Elektrody jsou napájené střídavým napětím (10 až 30 V) o výkonu 10 až 250 kW a frekvenci 50 až 500 Hz. Doba impulsů ve výbojovém kanále s převládající iontovou vodivostí je 0,01 s. Rychlost úběru může dosahovat až 1 mil. mm3.min-1. Tvarová a rozměrová přesnost je nízká, proto se tato metoda využívá při obrábění nahrubo nebo při ořezávání vtokových a výfukových soustav ve slévárnách [4, 6]. 1.10.4 Anodomechanické obrábění Andomechanické obrábění kombinuje elektroerozivní a elektrochemické obrábění, při kterém využívá krátkodobých nepolárních impulsů. Obrobek je připojen na kladný pól stejnosměrného proudu a malou silou je přitlačován k povrchu rotující nástrojové elektrody – záporný pól. Místo styku je zaplaveno kapalinou (elektrolyt), která vytváří na povrchu povlak s velkým elektrickým odporem, zabraňující přímému kontaktu nástroje s obrobkem. Pohybem nástroje se povlak v místě styku naruší, což sníží odpor a vyvolá elektrický výboj, který způsobí úběr materiálu. Andomechanické obrábění se používá při řezání těžkoobrobitelných materiálů a slinutých karbidů. Nevýhodou této metody je méně kvalitní a méně přesný řez [3, 4]. 1.10.5 Elektrojiskrové řezání drátovou elektrodou Elektrojiskrové řezání drátovou elektrodou patří v dnešní době k nejrozšířenější metodě využití elektroerozivního procesu. V následující kapitole si podrobně probereme jeho princip a využití.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

29

2 TECHNOLOGICKÁ CHARAKTERISTIKA ELEKTROJISKROVÉHO ŘEZÁNÍ DRÁTOVOU ELEKTRODOU Elektrojiskrové řezání drátovou elektrodou (Wire electrical discharge machining WEDM) se řadí mezi specializované technologie obrábění využívající tepelný proces, kterým je možno přesně obrábět tvarově složité dílce s různou tvrdostí a s požadavkem ostrých hran. Tato praktická technologie je založena na elektroerozivním jevu s možností dosažení vysokého stupně rozměrové přesnosti a kvality povrchu. 2.1 Princip elektrojiskrového řezání drátovou elektrodou (obr. 2.1) Elektrojiskrové řezání drátovou elektrodou se řídí všemi zákonitosti elektroeroze uvedené v kapitole 1. Nástrojová (drátová) elektroda je tvořena tenkým drátem, který se odvíjí z jedné cívky na druhou a prochází přes vodící ústrojí. Převíjením se eliminuje nadměrné opotřebovávání elektrod v pracovním procesu. Drátová elektroda a obrobek jsou do elektrického obvodu s tranzistorovými generátory zapojeny tzv. přímou polaritou, tj. nástrojová elektroda jako katoda a obrobek jako anoda. Mezi drátovou elektrodou a obrobkem vzniká vlivem elektroeroze pracovní mezera a řez požadovaného tvaru. Aby se dosáhlo co největší přesnosti řezu, je nutné, aby drátová elektroda vstupovala do místa řezu řádně napnutá a vyrovnaná. Z tohoto důvodu jsou drátové elektrody před vstupem do pracovní zóny kalibrovány v diamantových průvlacích. Pracovní pohyb (posuv) vykonává současně nebo odděleně horní a dolní řezací hlava podle předem naprogramované dráhy a za stálého dodržování pracovní mezery. Víceosé řezačky umožňují, aby pracovní pohyb vykonával i obrobek. Tato metoda je výhodná všude tam, kde je třeba zhotovit různé tvarové díly, které by klasickým způsobem vyžadovaly naprostou odlišnou technologičnost konstrukce. V dnešní dobou se drátové řezání využívá nejčastěji při výrobě přesných lisovacích nástrojů, nástrojů na výrobu různých tvarů brzdového obložení, kombinovaných nástrojů na výrobu tvarových výlisků, ke stříhání rotor statorových plechů apod. [4, 25].

Obr. 2.1 Princip elektrojiskrového řezání drátovou elektrodou [12].

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

30

2.2 Dielektrická kapalina v procesu drátového řezání Nejčastěji používaná dielektrická kapalina pro drátové řezání je v současné době deionizovaná voda. Výhodou této dielektrické kapaliny je naprostá ekologická nezávadnost, nízká cena, malá viskozita, nehořlavost a chemická nenávaznost s uhlíkem. Nevýhodou deionizované vody je nutnost používání deionizační pryskyřice, která zlepšuje deionizační vlastnosti, a nízká korozivzdornost obrobků při jejich dlouhém setrvávání ve vodní lázni. S rozvojem mikroobrábění a obrábění karbidů se vyvinuly dielektrické kapaliny na bázi oleje. Výhodou olejového dielektrika je naprosté omezení koroze způsobené dlouhým setrváváním obrobku ve vodní lázni. Nevýhodou používání olejových dielektrik je malá obráběcí rychlost. Z ekonomického hlediska je používání olejových dielektrik v prvním roce provozu nákladnější. Je to způsobené počátečními náklady na olejové nádrže, olejové filtry a neposlední řadě i na hasící systém, protože na rozdíl od vodního dielektrika může dojít ke vzplanutí oleje. V současné době, díky nástupu vysoce výkonných generátorů, můžeme dosahovat stejných či vyšších rychlosti jako při použití vodní lázně. Vyšších obráběcích rychlostí můžeme využít až při dosažení drsnosti povrchu Ra = 0,15 µm a nižší. Na obr. 2.2 je znázorněna závislost drsnosti povrchu na obráběcím času při použití olejové dielektrika a dielektrika na vodní bázi [1, 11].

Obr. 2.2 Porovnání vodního a olejového dielektrika [13].

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

31

2.3 Drátové elektrody Dráty pro elektrojiskrové řezání se používají nepovlakované a povlakované v průměrech o rozmezí 0,02 mm až 0,33 mm. Volba vhodného průměru má vliv na výslednou kvalitu povrchu a rychlost odvíjení drátu. Malé průměry drátu se používají pro velmi jemné obrábění, kdy je kladen důraz na velkou přesnost a dobrou kvalitu povrchu. Nejčastěji používaný průměr drátu je 0,2 mm a 0,25 mm. Na drátové elektrody jsou kladeny následující požadavky [28]: •

vysoká elektrická vodivost,

•

dostatečná pevnost v tahu,

•

vysoký bod tavení,

•

přijatelná cena.

Vysoká elektrická vodivost Elektrická vodivost určuje velikost přenášeného proudu. Při přenosu vysokých proudů se drátová elektroda více zahřívá, což umožňuje použít vyšší rychlostí při řezání. Nízká hodnota elektrické vodivosti má za následek pokles napětí, které je spojeno s energií výboje mezi zdrojem a místem řezu. Do místa řezu by se tak dostala malá hodnota elektrické energie, což by způsobilo nedostatečné natavování řezaného materiálu [28]. Dostatečná pevnost v tahu Dostatečná pevnost v tahu je důležitá při řezání, kdy je drát napínán na požadované přepětí. Pevnost nesmí být moc vysoká, protože by mohlo docházet k roztahování drátu. Drát dosahuje pevnosti 400 – 2000 N.mm-2, kdy se pevnost rozděluje do 3 skupin [28]: •

tvrdé (900 N.mm-2 a výše),

•

polotvrdé (490 N.mm-2 až 900 N.mm-2),

•

měkké (do 490 N.mm-2).

Tvrdé dráty se využívají pro běžné práce. Polotvrdé a měkké dráty se využívají při úhlovém řezání, kde úhel naklonění je větší než 5°. Vysoký bod tavení Vysoký bod tavení je důležitý proto, aby se drát vlivem vysokých teplot při výboji nenatavil rychleji než řezaný materiál a nedocházelo tak k častému přetržení drátu [28]. Přijatelná cena Celková cena drátu zahrnuje náklady spojné s elektrojiskrovým řezáním. Jelikož se drát nedá znovu použít, musí se volit optimální délka drátu pro daný proces [28].

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

32

2.3.1 Typy drátových elektrod Drátové elektrody se rozdělují podle počtu vrstev povlaku na: •

nepovlakované,

•

povlakované,

•

difúzně povlakované,

•

kompozitní,

•

s gamma povlakem.

Nepovlakované drátové elektrody Nepovlakované drátové elektrody mají jedinou homogenní složku, neobsahující žádný povlak. Patří sem měďěné, wolframové, molybdenové a mosazné elektrody (obr. 2.3a), které mají díky svým vlastnostem nejvyšší využitelnost v drátovém řezání [28]. Povlakované drátové elektrody V současné době převládá použití povlakovaných drátových elektrod (obr. 2.3b). Tyto elektrody zaručují vysokou pevnost v tahu, dobrou elektrickou vodivost a vysokou mechanickou pevnost při zvýšení tažné síly v důsledku obrábění [28]. Difúzně povlakované drátové elektrody Tyto elektrody mají na povrchu zvýšený obsah zinku. Jelikož zinek má nízkou hodnotu bodu tání, může docházet při výboji k odpalování zinkové vrstvy z povrchu elektrody. Zvýšení obsahu se dosáhne pomocí difúzního žíhání, které zajistí, aby se atomy zinku dostaly z oblasti vyšší koncentrace do oblasti s nižší koncentrací [28]. Kompozitní drátové elektrody Kompozitní drátové elektrody (obr. 2.3c) umožňují kombinovat tradiční materiály drátových elektrod s netradičními materiály, které vytváří jedinečné vlastnosti. Jedná se například o kombinaci měděné elektrody, která má vnitřní jádro z oceli. Tyto dráty se vyznačují zvýšenou tažností, pevností v tahu, vodivostí, vysoký výkonem a dobrou řezivostí při přerušovaných řezech. Nevýhodou těchto elektrod je jejich vysoká cena [28]. Drátové elektrody s gamma povlakem Jedná se o speciálně povlakované elektrody, které se vyznačují vysokým obsahem zinku (až 65 %) na povrchu. Povlak je velmi křehký, což způsobuje, že povrch je nesouvislý a mírně popraskaný. Výhodou těchto elektrod je že můžeme obrábět vyššími rychlostmi [28].

a)

b)

c)

Obr. 2.3 Průřezy drátových elektrod [29].

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

33

2.3.2 Elektrody pro startovací otvory Elektrojiskrové řezání drátovou elektrodou vyžaduje ke zhotovení vnitřních řezů startovací otvor na provlečení drátu. Průměr otvoru je většinou 3 mm a vyrábí se buď klasickou technologií za měkka anebo elektroerozivním hloubením pomocí tzv. trubiček. Trubičky se dělí podle průměru řezané díry a způsobu vyplachování na jednokanálové, dvoukanálové a vícekanálové. Trubičky pro hloubící stroje jsou znázorněny na obr. 2.4 [25].

Obr. 2.4 Trubičky pro děrovací stroje [14].

2.4 Hlavní části stroje pro drátové řezání Mezi hlavní části strojů pro drátové řezání patří: •

rám stroje,

•

generátor impulsů (viz kap. 1.6),

•

systému vedení drátové elektrody,

•

čerpací, filtrační a chladicí zařízení, pro dielektrickou kapalinu,

•

upínací systém,

•

CNC řídicí systém.

Rám stroje Rám stroje musí mít dostatečnou geometrickou přesnost, tuhost a stabilitu, i když při řezání nepůsobí žádné mechanické síly. Rám musí odolávat hydraulickým silám, které vznikají při plynulém proudění dielektrika. Rám je nejčastěji vyráběn z litiny, protože litina má velmi dobré tlumící účinky [27]. Systém vedení drátové elektrody Systém vedení drátu (obr. 2.5) zajišťuje plynulé odvíjení drátu ze zásobníku cívky, spolehlivé navlékaní a vyplachování řezu. Drát je veden přes vyrovnávací kladky a stlačeným vzduchem je přiveden do horního vodítka. Z horního vodítka je drát automaticky navlékán proudem dielektrika nebo mechanickým podávacím systémem vsunut přes trubičku do tělesa spodního vodítka. Aby bylo dosáhnuto úspěšného navlečení drátu je zapotřebí, aby drát byl přímý a ostrý. Princip navlékání je zobrazen na (obr. 2.6). Drát se nahřeje na požadovanou teplotu a pak ochladí proudem vzduchu. V požadovaném místě dojde k jeho přerušení a na konci drátu se vytvoří pozvolná špička. V posledním kroku dojde k navlečení drátu skrz startovací otvor a dolní hlavu. Po navlečení prochází drát přes řadu kladek a je odveden do sběrné nádoby, kde může být dělícím zařízením rozsekán na malé kousky.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

34

Systém vedení umožňuje také řezání pod úhlem až ±45°, kdy vodící hlavy zůstávají ve svislé poloze, nebo jsou konstruovány jako výkyvné a obě hlavy se naklápí [30].

Obr. 2.5 Systém vedení drátu [30].

Obr. 2.6 Princip přípravy drátu pro návlek [30].

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

35

Čerpací a filtrační systém dielektrické kapaliny Čerpací a filtrační systém zajišťuje dodávku dielektrické kapaliny do místa řezu, správnou cirkulaci dielektrické kapaliny při chladícím procesu a účinnou filtraci znečištěné dielektrické kapaliny. Systém sestává z dielektrické nádrže, filtračního systému, deionizačního systému a z chladící jednotky. Při obrábění je dielektrická kapalina do místa řezu přiváděna z nádrže pomocí čerpadla. Znečištěná dielektrická kapalina prochází přes filtrační systém a odchází zpět do nádrže s čistou kapalinou. Jakmile filtrační systém dosáhne určitého znečištění, spustí se automatický systém, který vyčistí filtry pomocí stlačeného vzduchu. Odpadlé nečistoty odchází do kalové nádrže. Životnost filtrů je přibližně 8000 pracovních hodin.

Obr. 2.7 Schéma filtračního systému [7].

Jelikož dielektrikum během řezu ztrácí své dielektrické vlastnosti. Jestliže se zvýší vodivost dielektrika nad stanovenou úroveň, dielektrikum automaticky projde přes deionizační zařízení, kde získá opět požadované vlastnosti. Pro filtraci dielektrické kapaliny může být použito i jiného systému jako je např. systém s olejovým filtrem nebo filtrační systém s obalovou vrstvou [7]. Upínací systém Upínací systém zajišťuje obrobek proti posunutí, které může být vyvoláno řeznými silami nebo tlakovým účinkem při vyplachování. Upínací systém se skládá z upínacího stolu, ze sady upínek, soustavy lišt, pravítek, svěráků a dalších zařízeních [27].

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

36

CNC řídicí systém Řídicí systém ovládá strojní zařízení pomocí počítače. Skládá se z obrazovky, klávesnice a řídicího softwaru. Software umožňuje načtení, úpravu či tvorbu programového obráběcího cyklu, ale také umožňuje ovládat stroj přímo z panelu. V dnešní době používají stroje vícenásobné souřadnicové systémy, pracující v absolutním či přírůstkovém souřadném systému. Díky těmto systémům umožňují řezací stroje dosáhnout maximální požadovanou kvalitu povrchu při minimálním strojním čase [27].

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

37

3 NASAZENÍ DRÁTOVÉHO ELEKTROJISKROVÉHO ŘEZÁNÍ PŘI VÝROBĚ SPECIFICKÝCH DÍLŮ Ve strojírenské výrobě se k obrábění dílů využívají především klasické metody obrábění. V dnešní době, kdy je požadavek na výrobu tvarově složitých dílů s vysokou přesností rozměrů a kvalita povrchu, je obrábění klasickými metodami obtížné a v některých případech i nemožné. Zavedení elektrojiskrového řezání drátovou elektrodou může tyto nedostatky odstranit, protože nám nabízí řadu výhod, které poskytují efektivnější způsob výroby specifických dílů. Mezi tyto výhody můžeme řadit [15, 16]: Obrábění velmi tvrdých materiálů Hlavní výhoda při obrábění velmi tvrdých materiálů elektrojiskrovým drátovým řezáním spočívá v tom, že nástroj (elektroda) se přímo nedotýká obráběného materiálu a tím tedy nedochází k opotřebení způsobené otěrem. Můžeme tedy obrábět materiály vyšší kvality než je samotný nástroj. Např. měděnou elektrodou lze obrábět dural, titan, slinuté karbidy, karbid wolframu, velmi tvrdé slitiny niklu, nástrojové oceli, apod. Vynikající přesnost a jakost povrchu Vynikající přesnost a jakost povrchu nám opět zaručuje bezkontaktní způsob obrábění, protože na obrobek nepůsobí žádné silové účinky vyvolané vibracemi či dotykem. Navíc na povrchu obrobku nevznikají žádné otřepy a výsledná jakost povrchu odpovídá jakosti broušené plochy. Řezání více obrobků Protože je drát veden ve vertikálním směru a max. dosažitelná tloušťka řezu (podle parametrů stroje) může být až 400 mm, je možné řezat více stejných obrobků v jednom řezaném procesu. Řezání složitých geometrických tvarů Jelikož se horní a dolní vodící hlavy pohybují nezávisle na sobě, umožňuje drátové řezání obrábět tvarově složité součástky (do úkosu ± 45°) nebo vnitřní čtyřboké či víceboké hranoly s minimálním zaoblením. Omezení tepelných deformací Při klasickém obrábění se v řezném procesu generuje teplo, které částečně odchází do obrobku, ale i do nástroje. Toto teplo nám způsobuje na povrchu obrobku deformaci. Deformaci je pak nutné odstranit tepelným zpracováním (např. žíháním ke snížení vnitřnímu pnutí). V procesu drátového řezání je obrobek ponořen ve vodní lázni, která součást dostatečně chladí tak, že většina vznikajícího teplo přechází do dielektrické kapaliny a pouze malá část do nástroje a obrobku. Díky tomu je možné zcela omezit možnost tepelného zpracování. Ekonomické řezání Obrábění velmi tvrdých materiálů s velikou přesnost obrobené plochy a řezání složitých tvarů klasickými metodami vyžaduje použití několika výrobních operací na různých obráběcích strojích s využitím speciálních nástrojů, což způsobuje zvýšení celkových nákladů na výrobu součásti.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

38

Využití elektrojiskrového drátové řezání umožňuje snížit počet operací, jelikož výsledná kvalita povrchu se vyrovná broušenému povrchu a to i u tvrdých materiálů. Navíc použitím méně jakostního nástrojového materiálu než je obráběný materiál zaručuje značné snížení celkových nákladů na výrobu oproti využití klasických konvenčních metod. 3.1 Možnosti drátového řezání Elektrojiskrové řezání drátovou elektrodou má široký rozsah využití hlavně ve strojírenském průmyslu, ale jeho možnosti spadají i do jiných oblastí. Mezi hlavní možnosti využití drátové elektroeroze můžeme řadit [17]: • řezání tvrdých a těžko obrobitelných materiálů (karbid, titan, apod.), • výroba součástí s velkou přesností a vysokou kvalitou povrchu, • výroba elektrod pro elektroerozivní hloubení, • výroba dílů pro letecký průmysl a kosmonautiku, • výroba malých součástek pro hodinářský průmysl, • výroba lékařských a dentálních přístrojů, • výroba úzkých štěrbin a drážek, • výroba strojních součástí (vačky, ozubených kola, apod.), • výroba tvářecích nástrojů (lisovadla, kovací nástroje), • výroba dílů s komplexní geometrií.

Obr. 3.1 Možnosti drátového řezání [18].

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

39

3.2 Aplikace 2D a 4D drátového řezání Stroje pro drátové řezání jsou vybaveny CNC řídicím systémem, který umožňuje řezání ve 2D a 4D. Programování 2D a 4D drah probíhá v CAD/CAM programovacích softwaru, který obsahuje, v závislosti na výrobci softwaru, různé funkce, možnosti řezu a generování dráhy řezu. Drátové řezání ve 2D (obr.3.2a) Programování ve 2D je reprezentováno zejména funkcemi řezání po kontuře a řezání pod konstantním úhlem. Funkce v samostatném softwaru jsou velice rozsáhlé, protože obsahují inteligentní nájezdy a odjezdy, automatické generování stop-bodů a dořezávacích programů nebo bezobslužné odebrání většího množství materiálu. Dále jsou k dispozici definice nástrojových a proudových skupin, přehledná simulace řezu s kontrolou oddělení odpadu od dílu. Výslednou operaci lze ještě ručně doplnit o dodatečnou změnu parametrů během řezu. Dráha je asociativní s geometrií, takže k její změně nebo k definování podobného řezu je zapotřebí jen minimum námahy. Součástí programu je i funkce pro vytvoření startovacího otvoru, který je zhotoven přímo na stroji nebo je vygenerován jako výstup pro EDM hloubičku, klasický NC stroj nebo výpis pro jinou přípravu polotovaru [19]. Drátové řezání ve 4D (obr.3.2b) Hlavní rozdíl mezi 2D a 4D drátovým řezáním je v tom, že ve 2D řezu vykonává horní a spodní hlava tentýž pohyb (po stejné trajektorii), zatímco u 4D řezu je pohyb horní a spodní hlavy řízen zvlášť (trajektorie horní a spodní hlavy jsou odlišné). Lze tak vytvářet složitější tvary, vést řezy s úkosy pod různými úhly atd. [20]. Programování ve 4D nabízí všechny funkce jako u 2D programování a k tomu ještě dodává možnost ovládat 4-osé řezání podél stěn 3D modelu, řezání podél dvou různých profilů nebo podél jednoho profilu s proměnným úhlem řezání. K dispozici jsou možnosti synchronizace geometrie profilů, možnosti nastavení úhlů a synchronizačních bodů, které zabezpečují zvládnutí nejnáročnějších zadání drátového řezání. Součást programu je i systém, který automaticky vytvoří nejvhodnější konfiguraci. Program nabízí možnost simulace, náhledy a vodítka, podle kterých se uživatel snadno orientuje a má kontrolu jak nad výsledným tvarem součásti, tak i polohu vodítek a jejich limitů v jednotlivých osách. Všechny hodnoty se mohou vygenerovat do výstupního NC-kódu [19].

a)

b)

Obr. 3.2 Příklad součásti vyrobené 2D a 4D drátovým řezem [21].

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

40

3.3 Strategie řezání při výrobě specifických dílů Strategie při drátového řezání se liší podle toho, jestli řežeme materiál charakteru matrice nebo razníku. Při řezání matrice je důležité definovat technologické základny polotovaru, podle kterých se ustaví výchozí poloha obrobku vůči výchozí poloze řezacího drátu. Strategie při řezání matric Příkladem strategie řezání matric může být řezání více obrysů matric na jednom obrobku jedním hlavním a dvěma dokončovacími řezy (obr. 3.3). Hlavní řez se provede až do odpovídajících stop bodů, přičemž odpad zůstane viset na tzv. můstku. Před provedením dělícího řezu tj. odříznutím můstku se musí provést upevnění vypadajícího dílu pomocí lepidla a zajištění vodivosti mezi díly v okamžiku odlomení za pomocí měděného pásku. Po zajištění vypadávajícího dílu můžeme provést dělící řez, který je veden od startovacího otvoru (u malých odpadů může obsluha můstek odlomit a vyjmout bez upevnění a přemostění). Na závěr provedeme odstranění vypadávajícího dílu a dále pokračujeme s dokončovacími řezy již bez stop bodů [25].

Obr. 3.3 Technologie řezání matric [25].

Strategie při řezání razníků Při řezání razníku nesmí polotovar vytvořit rozříznutý kroužek, aby vlivem vnitřního pnutí nedocházelo k odpružení a tím ke zhoršení přesnosti. Na obr. 3.4 je uveden správný a chybný postup při řezání razníku. Při řezání více obrysů kontur na jednom polotovaru obrobku nejprve provedeme hlavní řez na všech obrysech a následně dokončovací řezy až do odpovídající polohy můstku. Jednotlivé razníky, stejně jako u řezání matric, upevníme lepidlem a přemostíme měděním páskem. Nakonec provedeme dělící řez s nebo bez odpovídajících dokončovacích řezů ze startovacího otvoru.

Obr. 3.4 Správný a chybný postup při řezání razníků [25].

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

Dořezy můstků (razníků) Dělící řez můžeme provést dvěma způsoby: •

s přídavkem na dobroušení (obr. 3.5a),

•

se všemi dořezy (obr. 3.5b).

a)

b) Obr. 3.5 Dělící řezy [25].

41

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

42

4 TECHNOLOGIE ELEKTROJISKROVÉHO DRÁTOVÉHO ŘEZÁNÍ PRO TYPOVÉHO PŘEDSTAVITELE V této kapitole se budeme zabývat technologií drátového řezání při výrobě typového dílu, která bude řešena v podmínkách strojírenské firmy FERMAT CZ s.r.o. 4.1 FERMAT CZ s.r.o. Společnost FERMAT patří k jedním z předních dodavatelů horizontálních vyvrtávaček ve střední Evropě. Společnost FERMAT má dlouholetou tradice v oblasti obrábění kovů a bohaté zkušenosti v konstrukci a výrobě obráběcích strojů v České republice. Společnost aktuálně zaměstnává 605 zaměstnanců a její roční obrat v roce 2012 dosáhl 61 milionů eur. Hlavní centra pro výrobu a montáž vodorovných vyvrtávaček se nachází v Brně (4 800 m2 + 3 600 m2 + 3 700 m2) a v (5 300 m2). V současné době skupině FERMAT náleží společnosti HMB Liberec, Strojtos Lipník a Pressl Rokycany. Společnost FERMAT ročně vyrábí přes 100 vodorovných vyvrtávaček. Díky dlouholeté zkušenosti při vývoji a konstrukci horizontálních vyvrtávaček společnost nabízí svým klientům spolehlivé stroje, které představují špičková řešení prosazující se globálním průmyslu obráběcích a tvářecích strojů. FERMAT stále expanduje na nové trhy i prostřednictvím aktivní účasti na renomovaných mezinárodních veletrzích v Holandsku, Francii, Brazílii, Číně, Kanadě, USA, Itálii a Indii. Fermat dosahuje významných úspěchů na trzích ve střední Evropě, Kanadě, Rusku, Francii, Turecku, Dánsku a Číně a proniká i na trhy v USA, Jižní Americe, jihovýchodní Asii a na indický trh. [22] Společnost FERMAT CZ v Brně vlastní čtyři elektroerozivní drátové stroje od tchajwanské firmy Excetek. Jedná se o jeden stroj typu V 1280 (obr. 4.1b) se zvětšeným objemem nádrže na dielektrickou kapalinu a tři stroje typu V 650 (obr. 4.1a). Parametry strojů jsou uvedeny v příloze 1.

a)

b)

Obr. 4.1 Drátové řezačky Excetek V650 a V1280 [23].

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

43

4.2 Popis typového představitele pro drátové řezání Technologie pro typového představitele drátové elektroeroze byla provedena na řemenici 68-8M-130 (obr. 4.2). Tato hnaná řemenice slouží k pohonu vřeteníku vodorovných vyvrtávaček WFC 100 CNC vyráběných společností FERMAT CZ s.r.o. Pohon celého vřeteníku zajišťuje motor Siemens s výkonem 17 kW, krouticím momentem 162,3 N. m a otáčkami 1 000 – 5 400 min-1, který dle požadavků zákazníka může být nahrazen motorem od firmy FANUC nebo Heidenhain. Převod energie mezi motorem a hnací řemenicí je zajištěn převodovkou od firmy Baruffaldi CE13 a přenos energie z hnací řemenice na hnanou zajišťují tří zubové řemeny PowerGrip GT3 –1200 – 8MGT3 o šířce 35 mm firmy Haberkorn Ulmer. Výkres sestavy je uveden v příloze 7.

Obr. 4.2 3D model řemenice 68-8M-130.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

44

4.3 Hlavní rozměry řemenice 68-8M-130 Všechny důležité rozměry pro vytvoření kontury řezu u typové součástky jsou uvedeny na obr. 4.3 a obr. 4.4. V příloze 6 je uvedena kompletní výkresová dokumentace řemenice 68-8M-130.

Obr. 4.3 Nárys řemenice 68-8M-130.

Obr. 4.4 Řez řemenicí 68-8M-130.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

45

4.4 Technologický postup při výrobě řemenice 68-8M-130 V tab. 4.1 je uveden technologický postup při výrobě řemenice 68-8M-130. Technologie drátového řezání v technologickém postupu je pro názornost označena červenou barvou. Tab. 4.1 Technologický postup při výrobě řemenice. TECHNOLOGICKÝ POSTUP Název součásti: Řemenice 68-8M-130 Č. op.:

Třídící číslo:

10

14428

20

21743

30

14428

40

44861

50

05657

60

35581

69

09863

70

99989

80

09262

90

35581

999

09863

Výrobní stroj: Automatický soustruh SF 65/3000 CNC Žíhací pec Automatický soustruh SF 65/3000 CNC Obráběcí centrum VMC 1000 CNC Bruska rovinná BRH 40B Bruska Univerzální BUB 50/1500 OTK

WEDM EXCETEK V 650 Ruční pracoviště Bruska Univerzální BUB 50/1500 OTK

Hmotnost: 8,9 kg

Materiál: 12 050 Popis práce:

Číslo součásti: V-30-081097 Čas Čas seř.: výr.: [min] [min]

Hrubovat s přídavkem 3 mm na plochu.

0,4

2,5

Žíhat na odstranění vnitřního pnutí Šířku 135 a otvor ϕ130H6 soustružit s přídavkem na dobroušení 0,25 mm; vnější ϕ174 s přídavkem 0,2 mm a vše ostatní soustružit hotově; neoznačené hrany srazit 0,5x45°. Závity M8 do hl. 15/20 mm vrtat, zahloubit a řezat hotově; neoznačené hrany srazit 0,5x45°.

0

40

0,4

2,2

0,4

0,2

Čela brousit na míru 135,2 +/- 0,1 mm hotově.

0,2

0,6

Otvor ϕ130H6 brousit s přídavkem na dokončení na ϕ129,8 +0,02 mm.

0,4

1,2

Kontrola hotových rozměrů a přídavků na dokončení.

0

0

Ozubení a drážku 12H7 (2x) řezat hotově.

1,9

38,5

Odjehlit, očistit, celkově upravit.

0,2

0,8

Otvor ϕ130H6 brousit hotově; čela regulovat.

0,2

0,8

Kontrola, expedice.

0

0

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

46

4.5 Tvorba NC programu NC program pro řemenici 68-8M-130 byl vytvořen v prostorách společnosti FERMAT CZ s.r.o. v CAM systému KOVOPROG – drátové řezání v. 4.11, který běží na operačním systému Windows XP. V první fázi programování je nutné si vytvořit konturu řezu. Konturu je možné nakreslit nebo naimportovat v programu KOVOPROG. Při importování je důležité, aby importovaný soubor měl koncovku DXF nebo IGES (koncovky běžných CAD systémů). Při tvorbě tohoto NC programu jsme použili importování ze souboru, protože s importovanou konturou se vytvoří pomocná kružnice, která slouží k lepšímu určení středu ozubení řemenice. V další fázi následuje pojmenování programu, definice tloušťky obrobku, zadání rozměrů kontury a rozměrů polotovaru. V poslední fázi definujeme technologii řezu, při které určujeme číslo programu, průměr drátu, druhy najíždění a vyjíždění z kontur, můstky a způsob jejich odstranění, parametry řezu a počty řezů. Po definování všech parametrů je nutné zadat typ post procesoru, pro který se bude NC program generovat. Ještě před samotným generováním je nutné spustit simulaci procesu, která odhalí případné chyby v nastavení. Vygenerovaný program se uloží na USB flash disk a nahraje do CNC drátového stroje EXCETEK V650. Celý NC program je uveden v příloze 2 a v přílohách 3, 4 a 5 jsou uvedeny ISO kódy pro drátové řezání.

Obr. 4.5 Kontura řemenice 68-8M-130 v programu KOVOPROG.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

47

Obr. 4.6 Simulace řezného procesu v programu KOVOPROG.

4.6 Obrábění řemenice 68-8M-130 na drátové řezačce Řemenici 68-8M-130 se bude obrábět na elektroerozivní drátové řezačce Excetek V650 mosazným drátem o průměru 0,25 mm. Řemenice je na stůl upnuta pomocí dvou upínek. Po upnutí je třeba, aby se zkontrolovala kolmost součásti. Kolmost je měřena pomocí číselníkového úchylkoměru, který je uchycen k horní vodící hlavě. Po upnutí následuje určení nulového bodu řemenice, který se nachází ve středu součásti. Aby jej bylo možné určit, musí se změřit tři body v průchozím otvoru součásti. Měření jednotlivých bodů se zjišťuje dotykem řezacího drátu o součást. Při dotyku drátu a součásti dojde ke spojení elektrického obvodu a tím i odečtení souřadnic. Po odměření souřadnic tří bodů program vypočítá střed součásti a ručně se zadá do řídicího systému. Když je znám nulový bod obrobku může se do řídicího systému načíst NC program z paměti. Dále musíme do CNC řídicího systému zadat následující podmínky: •

posuv,

•

úhel natočení,

•

průměr a napnutí drátu,

•

materiál obráběné součásti,

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

•

tloušťka obráběné součásti,

•

počet řezů,

•

rychlost obrábění.

List

48

Nakonec je nutné nastavit aktivní parametry pro WEDM technologii, které jsou podrobně rozebrány v kap. 4.6.1 a hodnoty použité při řezání ozubení řemenice a drážky pro pero jsou uvedeny v tab. 4.2. 4.6.1 Aktivní parametry obrábění Aktivní parametry obrábění slouží k nastavování parametrů procesu drátového řezání. Nastavení těchto parametrů může výrazně ovlivnit konečnou přesnost obrobené plochy. Mezi nejdůležitější aktivní parametry patří [31]: Číslo parametru obrábění – NO Rozsah parametru se pohybuje od 0 do 9 999, přičemž čísla 0 až 999 jsou určena pro operátory a čísla 1 000 až 9 999 jsou definována ve výrobním závodě a nelze je upravovat. Ke každému číslo je přiřazena určitá řezná podmínka. Režim výkonu – PM Rozsah parametru se pohybuje od 0 do 10, přičemž hodnota 0 až 8 je určena pro dokončovací řezy a hodnota 9 a 10 je určena pro hrubováni. Hodnota 9 slouží pro hrubovací řez se s jemným drátem o průměru menším než 0,1 mm a hodnota 10 pro obyčejný hrubovací řez. Přerušení napětí – OV Rozsah parametru se pohybuje od 0 do 16, přičemž nižší hodnoty se nastavují pro tenké a dobře vodivé materiály (měď, železo) a vyšší hodnoty se nastavují pro silnější materiály s nízkou vodivostí. Velikost parametru OV ovlivňuje velikost výkonu přiváděného do místa řezu. Čas zapnutí vyjiskřování – ON Rozsah parametru se pohybuje od 0 do 24, přičemž je parametr závislí na nastavení parametru PM. Parametr charakterizuje délku a intenzitu vyjiskřování. Vyšší hodnoty délku a intenzitu zvyšují, čímž zvyšují i rychlost obrábění, ale také snižují kvalitu povrchu. Čas vypnutí vyjiskřování – OFF Rozsah parametru se pohybuje od 4 do 50, přičemž je jako parametr ON závislí na nastavení parametru PM. Hodnota parametru určuje dobu prodlevy mezi jednotlivými výboji. Čím vyšší je hodnota parametru, tím vyšší jsou jednotlivé prodlevy, tedy nižší rychlost a výkon obrábění. Čas zapnutí vyjiskřování obloukem – AON Rozsah parametru se pohybuje od 1 do 10, přičemž je parametr neaktivní pokud je hodnota parametru PM nastavena v rozsahu 0 až 8. Parametr charakterizuje čas zapnutí při vyjiskřování obloukem. Čím vyšší je hodnota parametru, tím vyšší výkon je přiváděn z generátoru do místa řezu, což zvyšuje pravděpodobnost přetržení drátu.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

49

Čas vypnutí vyjiskřování obloukem – AOFF Rozsah parametru se pohybuje od 4 do 50, přičemž je parametr opět neaktivní pokud je hodnota parametru PM nastavena v rozsahu 0 až 8. Tento parametr specifikuje čas vypnutí při vyjiskřování obloukem. Čím vyšší je hodnota parametru, tím nižší výkon je přiváděn z generátoru do místa řezu, což snižuje pravděpodobnost přetržení drátu. Napětí serva – SV Rozsah parametru se pohybuje od 16V do 90V, přičemž nastavení parametru určuje horní limit pro obráběcí napětí. Napnutí řezacího drátu – WT Rozsah parametru se pohybuje od 1 do 20, přičemž parametr ovlivňuje velikost napnutí drátu. Vyšší hodnoty se zadávají při řezání svislých ploch (omezení vibrací drátu) a nižší hodnoty při řezání kuželových a šikmých ploch. Odvíjení řezacího drátu – WF Rozsah parametru se pohybuje od 1 do 20, přičemž parametr určuje rychlost odvíjení drátu z cívky. Velikost rychlosti odvíjení drátu závisí na výšce obráběné součásti. Čím vyšší je obráběná součást, tím se zadává větší hodnota rychlosti odvíjení řezacího drátu (z důvodu opotřebení drátu). Tlak výplachu dielektrické kapaliny – WA Rozsah parametru se pohybuje od 1 do 8, přičemž parametr určuje množství přivedeného dielektrika do místa řezu a následný výplach. Vyšší hodnoty zvyšují tlak dielektrika vycházejícího z trysek umístěných ve vodících hlavách, což umožňuje obrábět vyšší rychlostí. Nižší hodnoty tohoto parametru přesnější obrábění. Procentuální hodnota rychlosti posuvu – %F Rychlost obrábění se řídí podle vzorce (4.1), kdy je rovna rychlosti posuvu násobenou procentuální hodnotou rychlosti posuvu. 1 = 12 ∙ 12%

[

∙ 34 ]

(4.1)

Rychlost posuvu – F Parametr určuje rychlost pohybu drátu ve směru řezu. Maximální rychlosti obrábění je 50 mm/min a pro její aktivaci se využívá ISO kód G95 nebo M90. V případě nastavení stálé rychlosti obrábění se využívá ISO kódu G94 nebo M91. Odezva serva – SC Rozsah parametru se pohybuje od 0 do 99, kdy vyšší hodnota zvyšuje rychlost obrábění. Řízení serva – SM Nastavení je řízeno pomocí ISO kódů G94/G95 nebo M90/M91, přičemž G94 (M90) značí konstantní přísuv a G95 (M91) značí servo posuv.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

50

Tab. 4.2 Hodnoty aktivních parametry obrábění pro ozubení a drážku pro pero. Aktivní parametry obrábění pro Ozubení NO PM OV ON OFF AON AOFF SV WT WF WA %F F SC SM 0001 10 13 11 9 10 9 38 10 4 8 100 0,6 12 M90 Aktivní parametry obrábění pro drážku pro pero NO PM OV ON OFF AON AOFF SV WT WF WA %F F SC SM 0001 10 13 11 9 10 9 38 10 4 8 100 0,6 12 M90

Je patrné, že hodnoty aktivních parametrů pro obrábění ozubení a pro drážku pro pero jsou stejné. Jelikož obrábíme řemenici s konstantní šířkou, můžeme pro oba procesy použít stejné parametry. Je nutné podotknou, že v průběhu obrábění se můžou některé aktivní parametry změnit.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

51

5 STATISTICKÉ VYHODNOCENÍ PARAMETRŮ PŘESNOSTI OBROBENÉ PLOCHY Statistické vyhodnocení parametrů přesnosti obrobené plochy bylo provedeno na 7 kusech řemenic 68-8M-130. Podrobný popis součásti je uveden v kapitole 4. Na obrobených řemenicích byly kontrolovány tyto rozměry a geometrické tolerance: •

geometrická tolerance kruhového házení zubů s šířkou tolerančního pole 0,03 mm k základně A,

•

geometrická tolerance souměrnosti drážky s šířkou tolerančního pole 0,03 mm k základně A,

•

šířka drážky pro pero s rozměrem 12 H7 s dolní mezní úchylkou -0,000 mm a s horní mezní úchylkou +0,018 mm.

5.1 Geometrická tolerance souměrnosti a kruhového házení Tolerance souměrnosti (obr. 5.1) Rovina souměrnosti musí ležet mezi dvěma rovnoběžnými rovinami vzdálenými od sebe o hodnotu tolerance souměrnosti t (t = 0,06 mm) a souměrně umístěnými vzhledem k základní rovině souměrnosti. [32].

Obr. 5.1 Geometrická tolerance souměrnosti [32].

Tolerance kruhového házení (obr. 5.2) Kruhové házení rozdělujeme na obvodové a čelní. Kruhové obvodové házení je omezeno dvěma soustřednými kružnicemi vzdálenými od sebe o hodnotu tolerance házení t (t = 0,1 mm). Středy kružnic leží na základní ose (společná osa A – B) [32].

Obr. 5.2 Geometrická tolerance kruhového házení [32].

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

52

5.2 Metodika měření tolerancí Všechny parametry přesnosti byly změřeny pomocí digitálního výškoměru TESA micro-hite 600 (obr. 5.3). Všechny parametry tohoto měřicího přístroje jsou uvedeny v příloze 8.

Obr. 5.3 Výškoměr TESA micro-hite 600 [36].

Před započetím měření byla součástka důkladně očištěna od mastnot a jiných nečistot pomocí acetonového přípravku. Po důkladném očištění byly na čelní straně ozubení ve vzdálenosti 120° označeny 3 místa s roztečí 6 zubových mezer dle obr 5.9 po obou stranách. Při měření obvodového kruhové házení byla řemenice postavena na 2 válečky umístěnými na okrajích označených zubových mezer tak, aby se ozubení nedotýkalo stolu. Měřicím přístrojem byl nejprve změřen vnitřní průměr součástky přejížděním dotyku v horní a dolní části vnitřního průměru. Přejížděním dotyku ve spodní části vnitřního průměru byla naměřena hodnota vzdálenosti k základně, která se zobrazila na display výškoměru. Zbývající označené místa byly měřeny stejným způsobem. Všechny změřené hodnoty jsou uvedeny v tab. 5.3. Výsledné odvodové kruhové házení bylo vyhodnoceno odečtením minimální změřené hodnoty od maximální. Měření souměrnosti a úchylky rozměru 12H7 bylo provedeno ve 4 místech obou drážek pro pero dle obr. 5.3. Před započetím měření byl vyměněn kulový měřící dotyk za tentýž dotyk menšího průměru a byla provedena kalibrace výškoměru. Řemenice byla upnuta do prizmatických čelistí, kde bylo provedeno vystředění obou měřených drážek, tak aby byly přesně naproti sobě ve vodorovné poloze. Při měření souměrnosti drážek pro pero bylo potřeba určit střed řemenice. Střed byl určen změřením vnitřního průměru díry dotykem ve spodní a vrchní části. Po určení středu díry byla dotykem výškoměru po stranách uvnitř obou drážek změřena šířka řemenice. Na obrazovce výškoměru byla zobrazena hodnota

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

53

šířky drážky i hodnota její osové souměrnosti. Všechny změřené hodnoty pro 1. drážku jsou uvedeny v tab. 5.1 a pro 2. drážku v tab. 5.2.

Obr. 5.4 Měření obvodového kruhového házení.

Obr. 5.5 Měření souměrnosti a šířky drážky pro pero.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

54

5.3 Statistická interpretace přesnosti obráběcího procesu Při statistickém vyhodnocení daných technologických veličin (úchylky rozměru, geometrická úchylka tolerance a geometrická úchylka kruhového házení) se předpokládá, že tyto veličiny mají spojitý náhodný charakter a řídí se normálním rozdělením technologických veličin. Obecné předpoklady [33, 34]: 1. Známe technologické veličiny x1,x2…xn, které se považují za náhodný výběr z normálně rozděleného základního souboru, 2. Charakteristiky normálně rozděleného souboru: • směrodatná odchylka σ, • střední hodnota m. 3. Když není možné určit směrodatnou odchylku a střední hodnotu, je nutné určit odhady těchto dvou parametrů, 4. Pro dané technologické parametry přesnosti obrobené plochy se kvantifikuje: • odhady parametrů normálního rozdělení, • konfidenční interval střední hodnoty, • statistický toleranční interval. Odhady parametrů normálního rozdělení [33] •

odhad střední hodnoty: 5̅ =

•

odhad směrodatné odchylky:

1 ∙ 7 5 4

1 !=8 ∙ 75 − 5̅ 9 4−1

(5.1)

(5.2)

Konfidenční interval střední hodnoty [35] •

•

jednostranné konfidenční intervaly střední hodnoty: : ; <  = 1 − α

: < >  = 1 − α

(5.3) (5.4)

dvoustranný konfidenční interval střední hodnoty:

: ;9 < < >9  = 1 − α

(5.5)

FSI VUT

•

DIPLOMOVÁ PRÁCE

55

meze konfidenčních intervalů střední hodnoty: •

Meze pro jednostranný interval:

; = 5̅ − ?;A ∙

> = 5̅ + ?;A ∙ •

Meze pro dvoustranný interval:

;9 = 5̅ − ?;A ∙ 9

>9 = 5̅ + ?;A ∙ 9

•

List

!

√4 !

√4 !

√4 !

√4

(5.6) (5.7)

(5.8) (5.9)

velikost dvoustranného konfidenčního intervalu střední hodnoty: ?;A

kde:

?;A 9

1−α m

C9 = >9 − ;9

(5.10)

˗ 1 − D kvantil Studentova t rozdělení s (n - 1) stupni volnosti, ?

˗ E1 − F kvantil Studentova t rozdělení s (n - 1) stupni volnosti, 9

˗ konfidenční úroveň, ˗ střední hodnota parametru přesnosti obrobené plochy.

Statistický toleranční interval [32, 33] •

meze statistického tolerančního intervalu: •

•

Meze pro jednostranný interval:

H = 5̅ − I ∙ !

HJ = 5̅ + I ∙ !

(5.11) (5.12)

Meze pro dvoustranný interval:

H9 = 5̅ − I9 ∙ !

HJ9 = 5̅ + I9 ∙ !

(5.13) (5.14)

kde: k1 – tabelovaný součinitel pro meze jednostranného statistického tolerančního intervalu, pro počet pozorování ve výběru n, zvolenou konfidenční úroveň (1 - α) a podíl p základního souboru,

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

56

k2 – tabelovaný součinitel pro meze dvoustranného statistického tolerančního intervalu, pro počet pozorování ve výběru n, zvolenou konfidenční úroveň (1 - α) a podíl p základního souboru. •

velikost dvoustranného statistického tolerančního intervalu: 9 = HJ9 − H9

(5.15)

5.4.1 Výpočet úchylky rozměru Při vyhodnocování úchylky rozměru se vychází z těchto předpokladů: •

Konfidenční interval střední hodnoty se stanoví jako dvoustranný pro konfidenční úroveň (1 - α) = 0,95,

•

Statistický toleranční interval se stanoví rovněž jako dvoustranný pro konfidenční úroveň (1 - α) = 0,95 a pro podíl souboru p = 0,95.

Úchylky rozměru můžou nabývat kladných nebo záporných hodnot, proto jsou uvažovány dvoustranné intervaly. Naměřené hodnoty rozměru 12H7 pro 1. a 2. drážku jsou uvedeny v tab. 5.1 a v tab. 5.2: Rozměr šířky drážky pro pero 12H7 Rozměr šířky drážky pro pero se měří ve čtyřech oblastí znázorněných na obr. 5.6.

Obr. 5.6 Místa měření tolerance drážky.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

Tab. 5.1 Naměřené hodnoty rozměru 12H7 pro 1. drážku. Měření místo [mm] Průměrná Číslo hodnota řemenice rozměru 1 2 3 4 (i) [mm] 1 12,010 12,017 12,018 12,007 12,013 2 12,008 12,016 12,016 12,009 12,012 3 12,013 12,018 12,016 12,012 12,015 4 12,010 12,017 12,017 12,008 12,013 5 12,012 12,015 12,017 12,013 12,014 6 12,009 12,016 12,017 12,009 12,013 7 12,010 12,016 12,018 12,012 12,014

Tab. 5.2 Naměřené hodnoty rozměru 12H7 pro 2. drážku. Měření místo [mm] Průměrná Číslo hodnota řemenice rozměru 1 2 3 4 (i) [mm] 1 12,001 12,014 12,018 12,012 12,011 2 12,004 12,016 12,016 12,010 12,012 3 12,002 12,013 12,015 12,006 12,009 4 12,009 12,017 12,018 12,012 12,014 5 12,003 12,012 12,014 12,008 12,009 6 12,001 12,012 12,015 12,011 12,010 7 12,009 12,018 12,020 12,012 12,015

List

57

DMÚ [mm]

HMÚ [mm]

uri [mm]

-0,000 -0,000 -0,000 -0,000 -0,000 -0,000 -0,000

+0,018 +0,018 +0,018 +0,018 +0,018 +0,018 +0,018

0,013 0,012 0,015 0,013 0,014 0,013 0,014

DMÚ [mm]

HMÚ [mm]

uri [mm]

-0,000 -0,000 -0,000 -0,000 -0,000 -0,000 -0,000

+0,018 +0,018 +0,018 +0,018 +0,018 +0,018 +0,018

0,011 0,011 0,009 0,014 0,009 0,010 0,015

Výpočet: Všechny následující výpočty a grafy budou provedeny v programu Microsoft Excel 2013 a pro přehlednost jsou rozměry počítány v mikrometrech µm. Odhady parametrů normálního rozdělení •

odhad střední hodnoty pro 1. drážku: 1 ∙ 7 KL = 13,43) 4 odhad střední hodnoty pro 2. drážku:

KL = MMMM

•

1 ∙ 7 KL = 11,36) 4 odhad směrodatné odchylky pro 1. drážku:

KL9 = MMMM

•

!RL = 8

1 9 = 0,976) ∙ 7KL − K MMMM L 4−1

FSI VUT

•

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

58

odhad směrodatné odchylky pro 2. drážku:

!RL9 = 8

1 9 = 2,360) ∙ 7KL − K MMMM L9 4−1

Konfidenční interval střední hodnoty Pro výpočet konfidenčního intervalu je nutné znát hodnotu 1 - α/2 kvantilu Studentova t rozdělení pro ν = n - 1 stupňů volnosti t1-α/2;n-1. Hodnoty byly odečteny z tabulky uvedené v příloze 9. ?

Pro 4 − 1 = 6 ; D = 0,05 ≫ E1 − 9 F = 0,975 ≫ ,XYZ;[ = 2,447

•

meze konfidenčních intervalů střední hodnoty pro 1. drážku:

;9 = K MMMM L − ?;A ∙ 9

>9 = K MMMM L + ?;A ∙ •

9

!RL

√4 !RL √4

= 13,43 − 2,447 ∙

= 13,43 + 2,447 ∙

0,976

√7 0,976 √7

= 12,526)

= 14,331)

meze konfidenčních intervalů střední hodnoty pro 2. drážku:

;99 = K MMMM L9 − ?;A ∙ 9

>99 = K MMMM L9 + ?;A ∙ 9

!RL9

√4 !RL9 √4

= 11,36 − 2,447 ∙

= 11,36 + 2,447 ∙

2,360

√7 2,360 √7

= 9,103)

= 13,469)

•

velikost dvoustranného konfidenčního intervalu střední hodnoty pro 1. drážku:

•

velikost dvoustranného konfidenčního intervalu střední hodnoty pro 2. drážku:

C9 = >9 − ;9 = 1,805) C99 = >99 − ;99 = 4,366)

Statistický toleranční interval Pro stanovení dvoustranného statistického tolerančního intervalu je třeba určit koeficient k2, který je uveden v tabulce přílohy 10. Pro 4 = 7 ; ] = 0,95; 1 − D = 0,95 ≫ I9 = 4,01

•

meze statistického tolerančního intervalu pro 1. drážku:

H9 = K MMMM L − I9 ∙ !RL = 13,43 − 4,01 ∙ 0,976 = 9,515)

HJ9 = K MMMM L + I9 ∙ !RL = 13,43 + 4,01 ∙ 0,976 = 17,342)

FSI VUT

•

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

meze statistického tolerančního intervalu pro 2. drážku:

H99 = K MMMM L9 − I9 ∙ !RL9 = 11,36 − 4,01 ∙ 2,360 = 1,821)

HJ99 = K MMMM L9 + I9 ∙ !RL9 = 11,36 + 4,01 ∙ 2,360 = 20,751)

•

velikost dvoustranného statistického tolerančního intervalu pro 1. drážku:

•

velikost dvoustranného statistického tolerančního intervalu pro 2. drážku:

9 = HJ9 − H9 = 7,827)

99 = HJ99 − H99 = 18,930) 20

Naměřené hodnoty odchylky

18

Horní mez konfidenčního intervalu střední hodnoty

Úchylka rozměru uri (µm)

16 14

Dolní mez konfidenčního intervalu střední hodnoty

12 10

Horní mez statistického tolerančního intervalu

8

Dolní mez statictického tolerančního intervalu

6

Horní mezní úchylka

4 2

Dolní mezní úchylka

0 0

2

4 Čislo řemenice

6

8

Obr. 5.7 Graf statistické interpolace 1. drážky rozměru 12H7. 25 Naměřené hodnoty odchylky

Úchylka rozměru uri (µm)

20

Horní mez konfidenčního intervalu střední hodnoty Dolní mez konfidenčního intervalu střední hodnoty

15

Horní mez statistického tolerančního intervalu

10

Dolní mez statictického tolerančního intervalu 5

Horní mezní úchylka Dolní mezní úchylka

0 0

2

4 Čislo řemenice

6

8

Obr. 5.8 Graf statistické interpolace 2. drážky rozměru 12H7.

59

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

60

5.4.2 Výpočet geometrických úchylek Při vyhodnocování geometrických úchylek se vychází z těchto předpokladů: •

Konfidenční interval střední hodnoty se stanoví jako jednostranný pro konfidenční úroveň (1 - α) = 0,95,

•

Statistický toleranční interval se stanoví rovněž jako jednostranný pro konfidenční úroveň (1 - α) = 0,95 a pro podíl souboru p = 0,95.

Geometrické úchylky obvodového kruhového házení a tolerance souměrnosti nikdy nemůžou nabývat záporných hodnot, proto jsou uvažovány jednostranné intervaly. Naměřené hodnoty geometrických úchylek jsou uvedeny v tab. 5.3 a tab. 5.4: Oblasti měření geometrických úchylek obvodového kruhového házení Měření geometrické úchylky obvodového kruhového házení se provede ve 3 místech po obou stranách, která jsou rovnoměrně rozmístěná po celém obvodu ozubení. Výsledné obvodové házení se stanový jako rozdíl mezi maximální a minimální naměřenou hodnotou.

Obr. 5.9 Místa měření geometrické tolerance obvodového házení.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

Tab. 5.3 Naměřené hodnoty obvodového kruhového házení. Měřené místo [mm] Číslo 1. strana 2. strana řemenice (i) 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 5 6 7

21,899 21,886 21,893 21,883 21,876 21,903 21,898

21,879 21,893 21,886 21,878 21,884 21,885 21,893

21,894 21,882 21,882 21,883 21,895 21,887 21,879

21,877 21,872 21,892 21,894 21,892 21,895 21,886

21,881 21,890 21,878 21,885 21,885 21,882 21,880

21,887 21,886 21,874 21,877 21,879 21,888 21,883

List

61

Výsledné Úchylka obvodové uhi rozměru házení [µm] [mm] [mm] 0,022 0,030 22 0,021 0,030 21 0,019 0,030 19 0,017 0,030 17 0,019 0,030 19 0,021 0,030 21 0,019 0,030 19

Výpočet: Všechny následující výpočty a grafy budou provedeny v programu Microsoft Excel 2013 a pro přehlednost jsou rozměry počítány v mikrometrech µm. Odhady parametrů normálního rozdělení •

odhad střední hodnoty:

1 ∙ 7 KL = 19,71) 4 odhad směrodatné odchylky:

K^ = MMM

•

!R^ = 8

1 9 = 1,704) ∙ 7K^ − K MMM ^ 4−1

Konfidenční interval střední hodnoty Pro výpočet konfidenčního intervalu je nutné znát hodnotu 1 - α kvantilu Studentova t rozdělení pro ν = n - 1 stupňů volnosti t1-α;n-1. Hodnoty byly odečteny z tabulky uvedené v příloze 9. Pro 4 − 1 = 6 ; D = 0,05 ≫ 1 − D = 0,95 ≫ ,XZ;[ = 1,943

•

horní mez konfidenčních intervalů střední hodnoty:

> = K MMM^ + ?;A ∙

!R^ √4

= 19,71 + 1,943 ∙

1,704 √7

= 20,962)

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

62

Statistický toleranční interval Pro stanovení jednostranného statistického tolerančního intervalu je třeba určit koeficient k1, který je uveden v tabulce přílohy 11. Pro 4 = 7 ; ] = 0,95; 1 − D = 0,95 ≫ I = 3,40

•

horní mez statistického tolerančního intervalu:

HJ = K MMM ^ + I ∙ !R^ = 19,71 + 3,40 ∙ 1,704 = 25,505)

Úchylka rozměru uri (µm)

35 30 25

Naměřené hodnoty geometrické úchylky

20 15

Horní mez konfidenčního intervalu

10

Horní mez statistického intervalu Horní mezní úchylka

5 0 0

2

4 Číslo řemenice

6

8

Obr. 5.10 Graf statistické interpolace obvodového kruhového házení.

Měření geometrických tolerance souměrnosti 1. a 2. drážky pro pero Tab. 5.4 Naměřené hodnoty tolerance souměrnosti 1. a 2 drážky. Souměrnost řemenice [mm] Předepsaná Číslo usi1 tolerance řemenice [µm] 1. drážka 2. drážka (i) [mm] 1 0,008 0,016 0,030 22 2 0,013 0,020 0,030 17 3 0,003 0,002 0,030 27 4 0,002 0,018 0,030 28 5 0,004 0,013 0,030 26 6 0,012 0,019 0,030 18 7 0,008 0,018 0,030 22

usi2 [µm] 14 10 28 12 17 11 12

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

63

Výpočet: Všechny následující výpočty a grafy budou provedeny v programu Microsoft Excel 2013 a pro přehlednost jsou rozměry počítány v mikrometrech µm. Odhady parametrů normálního rozdělení •

odhad střední hodnoty souměrnosti pro 1. drážku: 1 ∙ 7 KJ = 22,86) 4 odhad směrodatné odchylky:

KJ = MMMM

•

1 9 = 4,337) !J = 8 ∙ 7KJ − K MMMM J 4−1

•

odhad střední hodnoty souměrnosti pro 2. drážku: 1 ∙ 7 KJ9 = 14,86) 4 odhad směrodatné odchylky:

KJ9 = MMMM

•

1 9 = 6,230) !J9 = 8 ∙ 7KJ9 − K MMMM J9 4−1

Konfidenční interval střední hodnoty

Pro výpočet konfidenčního intervalu je nutné znát hodnotu 1 - α kvantilu Studentova t rozdělení pro ν = n - 1 stupňů volnosti t1-α;n-1. Hodnoty byly odečteny z tabulky uvedené v příloze 9. Pro 4 − 1 = 6 ; D = 0,05 ≫ 1 − D = 0,95 ≫ ,XZ;[ = 1,943

•

horní mez konfidenčních intervalů střední hodnoty souměrnosti pro 1. drážku:

> = K MMMM J + ?;A ∙ •

!J

√4

= 22,86 + 1,943 ∙

4,337 √7

= 26,042)

horní mez konfidenčních intervalů střední hodnoty souměrnosti pro 2. drážku:

>9 = K MMMM J9 + ?;A ∙

!J9

√4 Statistický toleranční interval

= 14,86 + 1,943 ∙

6,230 √7

= 19,432)

Pro stanovení jednostranného statistického tolerančního intervalu je třeba určit koeficient k1, který je uveden v tabulce přílohy 11. Pro 4 = 7 ; ] = 0,95; 1 − D = 0,95 ≫ I = 3,40

•

horní mez statistického tolerančního intervalu souměrnosti pro 1. drážku:

HJ = K MMMM J + I ∙ !J = 22,86 + 3,40 ∙ 4,337 = 37,603)

FSI VUT

•

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

64

horní mez statistického tolerančního intervalu souměrnosti pro 2. drážku:

HJ9 = K MMMM J9 + I ∙ !J9 = 14,86 + 3,40 ∙ 6,230 = 36,038) 40

Úchylka rozměru uri (µm)

35

Naměřené hodnoty geometrické tolerance

30 25

Horní mez konfidenčního intervalu střední hodnoty

20 15

Horní mez statistického intervalu střední hodnoty

10 5

Horní mezní úchylka

0 0

2

4 Číslo řemenice

6

8

Obr. 5.11 Graf statistické interpolace souměrnosti 1. drážky. 40

Úchylka rozměru uri (µm)

35

Naměřené hodnoty geometrické tolerance

30 25

Horní mez konfidenčního intervalu střední hodnoty

20 15

Horní mez statistického intervalu střední hodnoty

10 5

Horní mezní úchylka

0 0

2

4 Číslo řemenice

6

8

Obr. 5.12 Graf statistické interpolace souměrnosti 2. drážky.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

65

6 DISKUZE Statistické vyhodnocení přesnosti obrobené plochy bylo provedeno na řemenici, sloužící k pohonu vřeteníku u horizontálních vyvrtávaček. Jelikož se jedná o velmi nákladné stroje a jejich montáž je časově náročná, jsou řemenice vyráběny pouze v kusové výrobě. Pro vyhodnocení bylo tedy použito 7 ks řemenic. Při měření úchylky rozměru u obou drážek pro pero bylo zjištěno, že statistický toleranční interval 1. drážky má šířku 7,827 µm a 2. drážky 18,930 µm. Šířka tolerančního pole pro předepsaný stupeň přesnosti IT 7 je 18 µm. První drážka pro pero tedy statistickému tolerančnímu intervalu odpovídá s velkou rezervou, ale druhá drážka jej přesahuje o 0,930 µm. Její přesnost by se tedy musela posunout do stupně přesnosti IT 8, jehož šířka je 27 µm. Tolerance souměrnosti drážek pro pero se má dle výkresu nacházet v šířce 30 µm. Měřením bylo zjištěno, že 1. drážka má horní mez statistické interpolace širokou 37,603 µm a 2. drážka 36,038 µm. I když nebylo naměřeno u žádné řemenice překročení předepsané hodnoty, šířka statistického intervalu přesáhla požadovanou přesnost. Je to způsobeno tím, že u obou drážek se naměřené hodnoty pohybovaly na pomezí předepsaných hodnot. Horní mez tolerance obvodového kruhového házení má podle výkresu šířku 30 µm. Dle naměřených hodnot bylo zjištěno, že horní mez statistického tolerančního intervalu je 25,505 µm. Je tedy jasné, že obvodové kruhové házení se nachází v předepsané toleranci. Při bližším zkoumání naměřených hodnot rozměrů obou drážek pro pero bylo zjištěno, že drážky se směrem do středu rozšiřovaly a vytvářely dutý profil, který je znázorněn na obrázku obr. 6.1. Příčin vzniku dutého profilu u elektrojiskrového drátového řezání může být několik. Literatura [26] pojednává o tom, že drát musí vstupovat do místa řezu dokonale napnutý a narovnaný. Během řezání působí na drát několik vlivů, které mohou vytvářet dutý profil. Jedná se především o [26]: •

elektrostatické síly,

•

procesní síly,

•

vibrace drátu,

•

předpětí drátu,

•

dynamické vlivy.

Drát následkem těchto vlivů do místa řezu nevstupuje dokonale kolmý. Dutý profil může být způsoben i špatným nastavením aktivních parametrů. Při malé hodnotě předpětí drátu (parametr WT), může docházet k vytvoření tohoto dutého profilu. Další příčinou vzniku může být nízká hodnota posuvu drátu (parametr F). Poslední příčinou vzniku dutého profilu může být vysoká hodnota doby zpoždění výboje (parametr OFF) [25]. Na přesnost obrobené plochy mají vliv i okolní podmínky. Mezi tyto podmínky se můžou řadit [26]: •

vlastnosti stroje a jeho řídicí systém,

•

kvalita přívodu a čistota dielektrické kapaliny,

•

teplota a stabilita okolního prostředí.

Všechny tyto vlivy negativně ovlivňují výslednou přesnost, což vede k situaci, kdy se nedodrží požadovaná tolerance na výkrese.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

Obr. 6.1 Vznik dutého profilu [25].

List

66

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

67

ZÁVĚR Diplomová práce se zabývala aplikací technologie elektrojiskrového drátového řezání pro typového představitele. Praktická část práce byla provedena ve strojírenském firmě FERMAT CZ s.r.o. Technologie elektrojiskrového drátového řezání umožňuje efektivně obrábět velmi tvrdé elektricky vodivé materiály a vyrábět přesné velmi složité komplexní tvary. Rozměrová přesnost a jakost povrchu je závislá na klimatických podmínkách řezání i na okolních podmínkách. Je tedy nutné, aby byl stroj dostatečně chlazen a teplota okolí nepřesahovala výrobci doporučovanou mez (21°C). Řezání drátem má v současné době širokou aplikaci ve výrobních procesech jako je například nástrojářský průmysl, letecký průmysl a lékařství. Díky vývoji generátorů a drátů pro řezání, může technologie dosahovat stále vyšších řezných rychlostí s dodržením stejné jakostí povrchu a přesnosti. Shrnutí dosažených výsledků v diplomové práci: •

Technologie elektrojiskrového drátového řezání byla použita na hnací řemenici vřeteníku vodorovné vyvrtávačky. Pro součástku byl sestaven technologický postup, výkresová dokumentace a NC program, který byl vygenerován v CAM systému Kovoprog. Obrábění proběhlo na drátové řezačce EXCETEK V 650.

•

Statistické vyhodnocení přesnosti obrobené plochy proběhlo na sérii 7 ks řemenic. Tolerované rozměry a geometrické tolerance byly změřeny pomocí digitálního výškoměru TESA micro-hite 600. Vyhodnocení bylo provedeno za předpokladu normálního rozdělení podle normy ČSN ISO 16296-6 a ČSN ISO 2602. Z naměřených hodnot byl vypočten statistický toleranční interval a konfidenční interval střední hodnoty. Pro dosažené výsledky byl sestaven graf závislosti počtu měřeních součástí na úchylce rozměru.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

68

SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ 1.

MAŇKOVÁ, Ildikó. Progresívne technológie. 1. vyd. Košice: Vienala, 2000. ISBN 80-709-9430-4.

2.

BARCAL, Jaroslav. Nekonvenční metody obrábění. 1. vyd. Praha: České vysoké učení technické: 1989. 122 s.

3.

KOCMAN, Karel a Jaroslav PROKOP. Technologie obrábění. 2. vyd. Brno: CERM, 2005, 270 s. ISBN 80-214-3068-0.

4.

MIČIETOVÁ, Anna. Nekonvenčné metódy obrábania. vyd. Žilina: EDIS, 2001. ISBN 80-7100-853-2.

5.

GARETH, W. Electro-discharge machining. In: Mechanical Design Forum [online]. 28.4.2012 [vid. 2014-03-02]. Dostupné z: http://www.mechanicaldesignforum.com/content.php?61-Electro-discharge-machining

6.

LIEMERT, Gaston, František DRÁBEK, Josef ONDRA a Ivan VAVŘÍK. Obrábění. 1. vyd. Praha: SNTL. 1974, 351 s.

7.

STORR, Manfred. Important facts about spark erosion. In: Oeheld GmbH [online]. Stuttgart, 2007 [vid. 2014-03-02]. Dostupné z: http://www.oelheld.com/fileadmin/content/pages/Prospekte_pdf/Prospekte_en/oh_Imp ortant_facts_about_spark_erosion_en.pdf

8.

LIBRAIRIE LAROUSSE, Paris. La grande encyclopédie. Derniere ed., revue et corr. Paris: Larousse, 1979. ISBN 978-203-0009-079.

9.

POCO GRAPHITE. EDM Technical Manual [online]. Texas, 2013 [vid. 2014-05-06]. Dostupné z: http://www.edmtechman.com/about.cfm?pg=2&chap=2

10. Columbia Marking Tools. [online]. 2010 [vid. 2014-05-06]. Dostupné z: http://www.marking-machines.info/?p=297 11. LEDVON, Gisbert. The Dielectric Decision: Water or Oil. [online]. 2010 [vid. 201405-06]. Dostupné z: http:/us.gfac.com/newsroom/literature/serve_lit.cfm?FileID=238 12. GARETH, W. Electro-discharge wire cutting. In: Mechanical Design Forum [online]. 25.10.2011 [vid. 2014-05-06]. Dostupné z: http://www.mechanicaldesignforum.com/content.php?16-Electro-discharge-wirecutting-%28EDWC%29 13. SODICK. AP250L. [online]. 2011 [vid. 2014-05-06]. Dostupné z: http://www.sodick.org/files/downloads/brochures/ap250l/brochure_ap250l_en.pdf 14. OHIO CARBON BLANK. EDM Tubes [online]. 2013 [vid. 2014-05-06]. Dostupné z: http://www.ohiocarbonblank.com/index.php?file=product&url=edm-tubes

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

69

15. Reliable EDM. Benefits of Wire EDM [online]. 2013 [vid. 2014-05-06]. Dostupné z: http://www.reliableedm.com/Benefits-of-Wire-EDM.php 16. PRECISION MICRON. Wire EDM: Features & Benefits [online]. [vid. 2014-05-06]. Dostupné z: http://www.precisionmicro.com/74/features-&-benefits/processes/wire-edm

2013

17. MOULTON, Donald. Wire EDM: The fundamentals [online]. [vid. 2014-05-06]. Dostupné z: http://www.jacksmachine.com/pdf/the-fundamentals.pdf 18. MERCATECH. EDM 101: What is EDM & When do you need it [online]. 2004 [vid. 2014-05-06]. Dostupné z: http://www.mercatech.com/EDM%20Guides/EDM%20101%20%20What%20is%20EDM.htm 19. DTS PRAHA. Drátové řezání [online]. 2006 [vid. 2014-05-06]. Dostupné z: http://www.dtspraha.cz/produkty/dratove-rezani/p-180 20. SOLICAD. Detailní popis funkcí programu SprutCAM [online]. 2013 [vid. 2014-05-06]. Dostupné z: http://solicad.com/i/detailni-popis-funkci-programusprutcam/c/sprutcam-detaily/g/sprutcam-info?page=11 21. DELCAM. FeatureWIRE: programování drátových řezaček [online]. 2008 [vid. 201405-06]. Dostupné z: http://www.delcam.cz/produkty/featurecam/featurewire-edm/ 22. FERMAT. Fermat Company [online]. 2010 [vid. 2014-05-06]. Dostupné z: http://www.fermatmachinery.com 23. Excetek. Excetek Technology [online]. 2013 [vid. 2014-05-06]. Dostupné z: http://www.excetek.com.tw/en 24. Drátořez EXCETEK EDM Řada V: Příručka pro programování. 2007, 118 s. 25. OSIČKA, Karel a Milan KALIVODA. Nekonvenční technologie obrábění: vzdělávací a tréninkový modul. Brno: OPUS, 2012, 96 s. reg. č.: CZ 1.07/2.400/12.0029. 26. ŘASA, Jaroslav, Přemysl POKORNÝ a Vladimír GABRIEL. Strojírenská technologie 3. 1. vyd. Praha: Scientia, 2001, 221 s. ISBN 80-718-3227-8. 27. MORÁVEK, Rudolf. Nekonvenční metody obrábění. 2. vyd. Plzeň: Západočeská univerzita, Strojní fakulta, 1999, 102 s. ISBN 80-708-2518-9. 28. EDM TODAY MAGAZINE. EDM Wire Primer [online]. 2007 [vid. 2014-05-06]. Dostupné z: http://www.edmtodaymagazine.com/AAweb2_ 2010/TechTips2010/TechTips2007/TechTipsJ-F-7.pdf

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

70

29. Bedra. Intelligent wires [online]. 2014 [vid. 2014-05-06]. Dostupné z: http://www.bedra.com/index_ger.html 30. +GF+ AGIECHARMILLES. Cut 20 Cut 30 [online]. 2008 [vid. 2014-05-06]. Dostupné z: http://www.forefrontmachining.com/docs/GFAC_Cut%2020%2030%20Brochure.pdf 31. Drátořez EXCETEK EDM Řada V: Návod. 2007, 54 s. 32. SVOBODA, Pavel, Jan BRANDEJS, Jiří DVOŘÁČEK a František PROKEŠ. Základy konstruování. Vyd. 2., dopl. a přeprac. Brno: CERM, 2008, 234 s. ISBN 97880-7204-584-6. 33. ČSN ISO 16296-6. Statistická interpretace dat - Část 6: Stanovení statistických tolerančních intervalů. Praha: Český normalizační institut, 2007. 36 s. 34. ČSN ISO 3207. Statistická interpretace údajů. Stanovení statistického tolerančního intervalu. Praha: Český normalizační institut, 1993. 30 s. 35. ČSN ISO 2602. Statistická interpretace výsledků zkoušek. Odhad průměru. Konfidenční interval. Praha: Český normalizační institut, 1993. 12 s. 36. UNIMETRA spol. s.r.o. Výškoměry [online]. 2014 [vid. 2014-05-17]. Dostupné z: http://www.unimetra.cz/soubory_materialy/92_1.pdf 37. HUMÁR, Anton. Technologie I: Technologie obrábění – 3. část [online]. Interaktivní studijní text pro bakalářský a magisterský studijní program. VUT Brne, Fakulta strojního inženýrství, 2005, 57 s [vid. 2014-05-17]. Dostupné z: http://ust.fme.vutbr.cz/obrabeni/opory/Dokoncovaci_a_nekonvencni_metody_obraben i/TI_TO-3.cast.pdf 38. PROKOP, Jaroslav. Vysoce přesné metody obrábění. In: VUT Brno, s. 12. ISBN 97880-214-4352-5. Dostupné z: http://cp.forever.cz/sites/default/files/12s_prokop.pdf

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

71

SEZNAM POUŽITÝCH SYMBOLŮ A ZKRATEK Zkratka

Jednotka

Popis

2D

[-]

Dvourozměrný prostor

4D

[-]

Čtyřrozměrný prostor

CAD

[-]

Computer Aided Design.

CAM

[-]

Computer Aided Manufacturing.

CNC

[-]

Computer Numerical Control.

DMÚ

[µm]

Dolní mezní úchylka.

DXF

[-]

Drawing Exchange Format.

EDG

[-]

Electrical Discharge Grinding

EDM

[-]

Electrical Discharge Machining.

HMÚ

[µm]

Horní mezní úchylka.

IGES

[-]

Initial Graphics Exchange Specification.

ISO

[-]

International Organization for Standardization

IT

[-]

Toleranční stupeň ISO.

NC

[-]

Numerical Control.

RC

[-]

Obvod s odporem a kondenzátorem.

RLC

[-]

Obvod s odporem, kondenzátorem a indukčností.

USB

[-]

Universal Seriál Bus.

WEDM

[-]

Wire Electrical Discharge Machining.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

Symbol

Jednotka

Popis

D

[mm]

Průměr elektrody.

E

[V.m-1]

Intenzita elektrického pole

Epr

[V.m-1]

Průrazná intenzita elektrického pole

I

[A]

Pracovní proud výboje.

Ie

[A]

Střední vybíjecí proud.

Im2

[µm]

K

[-]

Velikost dvoustranného statistického tolerančního intervalu. Součinitel úměrnosti pro anodu a katodu.

L

[H]

Indukčnost.

Li1

[µm]

Li2

[µm]

Ls1

[µm]

Ls2

[µm]

P

[-]

Dolní mez jednostranného statistického tolerančního intervalu. Dolní mez dvoustranného statistického tolerančního intervalu. Horní mez jednostranného statistického tolerančního intervalu. Horní mez dvoustranného statistického tolerančního intervalu. Pravděpodobnost.

Ra

[µm]

Střední aritmetická úchylka profilu.

T

[µs]

Doba periody výboje.

U

[V]

Napětí

Ue

[V]

Střední vybíjecí napětí.

Upr

[V]

Průrazné napětí

Uz

[V]

Napětí na prázdno.

V

[-]

Elektrický potenciál

Vi

[mm3]

Objem vzniklého kráteru.

Vn

[mm3.min-1]

Objemové opotřebení nástroje.

Vo

[mm3.min-1]

Odebraný objem materiálu obrobku.

Wi

[J]

Energie výboje.

d

[mm]

Průměr kráteru.

f

[s-1]

Frekvence výbojů.

h

[mm]

hloubka kráteru

72

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

k1

[-]

k2

[-]

m

[µm]

mD1

[µm]

mD2

[µm]

mH1

[µm]

mH2

[µm]

n

[-]

Dolní mez jednostranného konfidenčního intervalu střední hodnoty. Dolní mez dvoustranného konfidenčního intervalu střední hodnoty. Horní mez jednostranného konfidenčního intervalu střední hodnoty. Horní mez dvoustranného konfidenčního intervalu střední hodnoty. Stupeň volnosti.

q

[-]

Časové využití periody výboje.

r

[-]

Účinnost elektrického výboje.

s

[µm]

Odhad směrodatné odchylky.

t

[mm]

Hodnota tolerance házení

t1-α/2;n-1

[-]

t1-α;n-1

[-]

td

[µs]

1 - α/2 kvantil Studentova t rozdělení s n -1 stupni volnosti. 1 - α kvantil Studentova t rozdělení s n - 1 stupni volnosti. Doba zpoždění výboje.

te

[µs]

Doba výboje

ti

[µs]

Doba impulsu.

to

[µs]

Doba pauzy.

uhi

[µm]

Úchylka obvodového kruhového házení.

uri

[µm]

Úchylka rozměru.

usi

[µm]

Úchylka souměrnosti.

x

[µm]

Odhad střední hodnoty.

α

[-]

Hladina významnosti.

η

[-]

Účinnost generátoru.

υ

[%]

Relativní objemové opotřebení.

υF

[mm.min-1]

Rychlost posuvu

υF%

[mm.min-1]

Procentuální rychlost posuvu

73

Tabelovaný součinitel pro meze jednostranného statistického tolerančního intervalu. Tabelovaný součinitel pro meze dvoustranného statistického tolerančního intervalu. Střední hodnota.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List

74

SEZNAM PŘÍLOH Příloha 1 Příloha 2 Příloha 3 Příloha 4 Příloha 5 Příloha 6 Příloha 7 Příloha 8 Příloha 9 Příloha 10 Příloha 11

Parametry drátových řezaček EXCETEK V650 a V1280 [34,38]. NC program. Seznam a význam jednotlivých ISO kódů pro drátové řezání [24]. Seznam G kódu [24]. Seznam M kódu [24]. Výkres řemenice 68-8M-130. Výkres sestavy hlavního uložení vřeteníku V110. Parametry digitálního výškoměru TESA micro-hite 600 [36]. Tabulka hodnot q-kvantilů Studentova t rozdělení pro n - 1 stupňů volnosti [38]. Tabulka hodnot součinitelů k2 pro stanovení dvoustranného statistického tolerančního intervalu [38]. Tabulka hodnot součinitelů k1 pro stanovení jednostranného statistického tolerančního intervalu [38].

PŘÍLOHA 1 Parametry elektroerozivních drátových řezaček EXCETEK V650 a V1280 [23]. Parametr Jednotka V650 V1280 [mm] 1050x800x315 1550x1200x500 Max. rozměry obrobku [kg] 500 3000 Max. váha obrobku [mm] 650/400 1200/800 Rozjezdy os X/Y [mm] 160/160 260/260 Rozjezdy os U/V [mm] 320 500 Rozjezd osy Z [mm] 0,15÷0,30 0,15÷0,30 Rozsah průměru drátu [-] 5 5 Počet řízených os stroje [°] ±33°/100 mm ±26°/100 mm Max. úhel řezu [kg] 4000 9500 Váha stroje [I] 1200 3000 Objem dielektrika [ks] 3 4 Počet papírových filtrů [kW] 13 kW/3 fáze 220V 13 kW/3 fáze 220V Příkon stroje automatický vodním automatický vodním paprskem [-] paprskem a s žíháním Návlek drátu AWT a s žíháním drátu drátu X/Y lineární odměřování X/Y lineární odměřování [-] Odměřování HEIDENHEIN HEIDENHEIN Kontrola vodivosti [-] automaticky automaticky dielektrika Kontrola teploty [-] automaticky automaticky dielektrika [mm] 3370x2560x2220 4200x3800x2500 Rozměry pro instalaci

PŘÍLOHA 2 O0710 N0001 G90 N0002 M78 N0003 G92 X90.000 Y0.000 N0004 M20 N0005 G90 N0006 G92 X90.000 Y0.000 N0007 E1 N0008 G01 H1 X82.490 Y0.000 G42 N0009 G02 X85.067 Y2.745 I2.750 N0010 G03 X85.816 Y3.576 I-0.050 J0.798 N0011 G03 X85.779 Y4.357 I-85.816 J-3.576 N0012 G03 X84.957 Y5.116 I-0.799 J-0.041 N0013 G02 X84.451 Y10.582 I-0.081 J2.749 N0014 G03 X85.119 Y11.479 I-0.124 J0.790 N0015 G03 X85.011 Y12.253 I-85.119 J-11.479 N0016 G03 X84.123 Y12.933 I-0.792 J-0.114 N0017 G02 X83.114 Y18.329 I-0.334 J2.730 N0018 G03 X83.697 Y19.284 I-0.196 J0.776 N0019 G03 X83.518 Y20.045 I-83.697 J-19.284 N0020 G03 X82.570 Y20.640 I-0.778 J-0.187 N0021 G02 X81.068 Y25.919 I-0.584 J2.687 N0022 G03 X81.561 Y26.924 I-0.267 J0.754 N0023 G03 X81.312 Y27.665 I-81.561 J-26.924 N0024 G03 X80.314 Y28.170 I-0.757 J-0.258 N0025 G02 X78.331 Y33.289 I-0.830 J2.622 N0026 G03 X78.729 Y34.335 I-0.335 J0.726 N0027 G03 X78.413 Y35.050 I-78.729 J-34.335 N0028 G03 X77.372 Y35.461 I-0.730 J-0.326 N0029 G02 X74.925 Y40.374 I-1.068 J2.534 N0030 G03 X75.225 Y41.453 I-0.401 J0.692 N0031 G03 X74.844 Y42.135 I-75.225 J-41.453

N0032 G03 X73.770 Y42.448 I-0.697 J-0.392 N0033 G02 X70.880 Y47.115 I-1.297 J2.425 N0034 G03 X71.079 Y48.217 I-0.463 J0.652 N0035 G03 X70.637 Y48.861 I-71.079 J-48.217 N0036 G03 X69.539 Y49.074 I-0.658 J-0.455 N0037 G02 X66.231 Y53.454 I-1.516 J2.295 N0038 G03 X66.327 Y54.569 I-0.521 J0.607 N0039 G03 X65.828 Y55.171 I-66.327 J-54.569 N0040 G03 X64.714 Y55.281 I-0.613 J-0.514 N0041 G02 X61.016 Y59.337 I-1.721 J2.145 N0042 G03 X61.009 Y60.456 I-0.575 J0.556 N0043 G03 X60.456 Y61.009 I-61.009 J-60.456 N0044 G03 X59.337 Y61.016 I-0.563 J-0.568 N0045 G02 X55.281 Y64.714 I-1.911 J1.977 N0046 G03 X55.171 Y65.828 I-0.624 J0.501 N0047 G03 X54.569 Y66.327 I-55.171 J-65.828 N0048 G03 X53.454 Y66.231 I-0.508 J-0.618 N0049 G02 X49.074 Y69.539 I-2.086 J1.792 N0050 G03 X48.861 Y70.637 I-0.668 J0.441 N0051 G03 X48.217 Y71.079 I-48.861 J-70.637 N0052 G03 X47.115 Y70.880 I-0.449 J-0.662 N0053 G02 X42.448 Y73.770 I-2.242 J1.592 N0054 G03 X42.135 Y74.844 I-0.705 J0.377 N0055 G03 X41.453 Y75.225 I-42.135 J-74.844 N0056 G03 X40.374 Y74.925 I-0.386 J-0.701 N0057 G02 X35.461 Y77.372 I-2.380 J1.379 N0058 G03 X35.050 Y78.413 I-0.737 J0.311 N0059 G03 X34.335 Y78.729 I-35.050 J-78.413 N0060 G03 X33.289 Y78.331 I-0.320 J-0.733 N0061 G02 X28.170 Y80.314 I-2.497 J1.153 N0062 G03 X27.665 Y81.312 I-0.763 J0.241 N0063 G03 X26.924 Y81.561 I-27.665 J-81.312 N0064 G03 X25.919 Y81.068 I-0.251 J-0.760 N0065 G02 X20.640 Y82.570 I-2.592 J0.918

N0066 G03 X20.045 Y83.518 I-0.782 J0.170 N0067 G03 X19.284 Y83.697 I-20.045 J-83.518 N0068 G03 X18.329 Y83.114 I-0.180 J-0.780 N0069 G02 X12.933 Y84.123 I-2.666 J0.675 N0070 G03 X12.253 Y85.011 I-0.794 J0.097 N0071 G03 X11.479 Y85.119 I-12.253 J-85.011 N0072 G03 X10.582 Y84.451 I-0.107 J-0.793 N0073 G02 X5.116 Y84.957 I-2.717 J0.426 N0074 G03 X4.357 Y85.779 I-0.800 J0.023 N0075 G03 X3.576 Y85.816 I-4.357 J-85.779 N0076 G03 X2.745 Y85.067 I-0.033 J-0.799 N0077 G02 X-2.745 I-2.745 J0.173 N0078 G03 X-3.576 Y85.816 I-0.798 J-0.050 N0079 G03 X-4.357 Y85.779 I3.576 J-85.816 N0080 G03 X-5.116 Y84.957 I0.041 J-0.799 N0081 G02 X-10.582 Y84.451 I-2.749 J-0.081 N0082 G03 X-11.479 Y85.119 I-0.790 J-0.124 N0083 G03 X-12.253 Y85.011 I11.479 J-85.119 N0084 G03 X-12.933 Y84.123 I0.114 J-0.792 N0085 G02 X-18.329 Y83.114 I-2.730 J-0.334 N0086 G03 X-19.284 Y83.697 I-0.776 J-0.196 N0087 G03 X-20.045 Y83.518 I19.284 J-83.697 N0088 G03 X-20.640 Y82.570 I0.187 J-0.778 N0089 G02 X-25.919 Y81.068 I-2.687 J-0.584 N0090 G03 X-26.924 Y81.561 I-0.754 J-0.267 N0091 G03 X-27.665 Y81.312 I26.924 J-81.561 N0092 G03 X-28.170 Y80.314 I0.258 J-0.757 N0093 G02 X-33.289 Y78.331 I-2.622 J-0.830 N0094 G03 X-34.335 Y78.729 I-0.726 J-0.335 N0095 G03 X-35.050 Y78.413 I34.335 J-78.729 N0096 G03 X-35.461 Y77.372 I0.326 J-0.730 N0097 G02 X-40.374 Y74.925 I-2.534 J-1.068 N0098 G03 X-41.453 Y75.225 I-0.692 J-0.401 N0099 G03 X-42.135 Y74.844 I41.453 J-75.225

N0100 G03 X-42.448 Y73.770 I0.392 J-0.697 N0101 G02 X-47.115 Y70.880 I-2.425 J-1.297 N0102 G03 X-48.217 Y71.079 I-0.652 J-0.463 N0103 G03 X-48.861 Y70.637 I48.217 J-71.079 N0104 G03 X-49.074 Y69.539 I0.455 J-0.658 N0105 G02 X-53.454 Y66.231 I-2.295 J-1.516 N0106 G03 X-54.569 Y66.327 I-0.607 J-0.521 N0107 G03 X-55.171 Y65.828 I54.569 J-66.327 N0108 G03 X-55.281 Y64.714 I0.514 J-0.613 N0109 G02 X-59.337 Y61.016 I-2.145 J-1.721 N0110 G03 X-60.456 Y61.009 I-0.556 J-0.575 N0111 G03 X-61.009 Y60.456 I60.456 J-61.009 N0112 G03 X-61.016 Y59.337 I0.568 J-0.563 N0113 G02 X-64.714 Y55.281 I-1.977 J-1.911 N0114 G03 X-65.828 Y55.171 I-0.501 J-0.624 N0115 G03 X-66.327 Y54.569 I65.828 J-55.171 N0116 G03 X-66.231 Y53.454 I0.618 J-0.508 N0117 G02 X-69.539 Y49.074 I-1.792 J-2.086 N0118 G03 X-70.637 Y48.861 I-0.441 J-0.668 N0119 G03 X-71.079 Y48.217 I70.637 J-48.861 N0120 G03 X-70.880 Y47.115 I0.662 J-0.449 N0121 G02 X-73.770 Y42.448 I-1.592 J-2.242 N0122 G03 X-74.844 Y42.135 I-0.377 J-0.705 N0123 G03 X-75.225 Y41.453 I74.844 J-42.135 N0124 G03 X-74.925 Y40.374 I0.701 J-0.386 N0125 G02 X-77.372 Y35.461 I-1.379 J-2.380 N0126 G03 X-78.413 Y35.050 I-0.311 J-0.737 N0127 G03 X-78.729 Y34.335 I78.413 J-35.050 N0128 G03 X-78.331 Y33.289 I0.733 J-0.320 N0129 G02 X-80.314 Y28.170 I-1.153 J-2.497 N0130 G03 X-81.312 Y27.665 I-0.241 J-0.763 N0131 G03 X-81.561 Y26.924 I81.312 J-27.665 N0132 G03 X-81.068 Y25.919 I0.760 J-0.251 N0133 G02 X-82.570 Y20.640 I-0.918 J-2.592

N0134 G03 X-83.518 Y20.045 I-0.170 J-0.782 N0135 G03 X-83.697 Y19.284 I83.518 J-20.045 N0136 G03 X-83.114 Y18.329 I0.780 J-0.180 N0137 G02 X-84.123 Y12.933 I-0.675 J-2.666 N0138 G03 X-85.011 Y12.253 I-0.097 J-0.794 N0139 G03 X-85.119 Y11.479 I85.011 J-12.253 N0140 G03 X-84.451 Y10.582 I0.793 J-0.107 N0141 G02 X-84.957 Y5.116 I-0.426 J-2.717 N0142 G03 X-85.779 Y4.357 I-0.023 J-0.800 N0143 G03 X-85.816 Y3.576 I85.779 J-4.357 N0144 G03 X-85.740 Y3.202 I0.799 J-0.033 N0145 M01 N0146 G03 X-85.067 Y2.745 I0.724 J0.341 N0147 G02 X-82.490 Y0.000 I-0.173 J-2.745 M01 N0148 G01 X-90.000 Y0.000 G40 ;(Path length base/aux - delka drahy hl/pom rov.: 407.824 / 407.824) N0149 M02 ;(Sum. path length base/aux - Soucet delek drah hl/pom rov.: 407.824 / 407.824) %

PŘÍLOHA 3 Seznam a význam jednotlivých ISO kódů pro drátové řezání [24]. Funkce Adresa Význam D Nastavuje číslo korekce pro programovou rovinu Číslo korekce Nastavuje hodnotu korekce pro programovou D Hodnota korekce rovinu F Rychlost posuvu Funkce posuvu G Výpis těchto funkcí je v tabulce G kódů Přípravná funkce J Nastavení výšky roviny Výška roviny M Výpis těchto funkcí je v tabulce M kódů Smíšené funkce N Přiřazení čísla bloku pro identifikaci Sériové číslo O Přiřazení čísla programu pro identifikaci Název programu P Pozastavuje čas Pauza Nastavuje poloměr oblouku pro programovou R Zaoblení rovinu Příkaz vyprázdnění Volání vyprázdnění paměti S T Příkaz naklopení pro řezání kužele Naklopení drátu Položka Vzdálenost mezi programovou a jinou rovinou Tloušťka obrobku P Číslo podprogramu L Počet opakování Podprogram Q Úhel otáčení X/Y Příkaz pohybu U/V Příkaz pohybu Slovo osy I/J Příkaz oblouku pro střed programové roviny K/l Příkaz oblouku pro střed jiné roviny

PŘÍLOHA 4 Seznam G kódu [24]. Kód G Funkce Rychloposuv G00 Lineární interpolace G01 Kruhová interpolace (po směru otáčení G02 hodinových ručiček) Kruhová interpolace (proti směru hodinových G03 ručiček) Prodleva G04

G05 G06 G07 G08 G20 G21 G22 G23 G40 G41 G42 G48 G49 G50 G51 G52 G60 G61 G90 G91 G92 G94 G95

G01+G02 G01+G03 G02+G03 (rovina UV) G03+G02 (rovina UV) Zadávání hodnot v palcích Zadávání hodnot v milimetrech Funkce uloženého limitu zdvihu ZAPNUTO Funkce uloženého limitu zdvihu VYPNUTO Korekce průměru drátu, ZRUŠ. Korekce průměru drátu, VLEVO Korekce průměru drátu, VPRAVO Automatické zaoblení rohu, ZAP Automatické zaoblení rohu, VYP Sklonění drátu, ZRUŠIT Sklonění drátu, VLEVO Sklonění drátu, VPRAVO UV závislý roh UV odlišný roh Absolutní programování Přírůstkové programování Nastavení souřadnicového systému Konstantní přísuv Servo posuv

Formát G00 X_Y_U_V_ G01 X_Y_U_V_ G02 X_Y_I_J_U_V_K_L_ G03 X_Y_I_J_U_V_K_L_ G04 X_, G04 P_ X1500=X1.5=P1500 P nelze stanovit s desetinnou čárkou. G5 X_Y_I_J_U_V_; G6 X_Y_I_J_U_V_; G7 X_Y_I_J_U_V_K_L_ G8 X_Y_I_J_U_V_K_L_ G20 G21 G22 X_Y_I_J_ G23 G40_X_Y_ G41 X_Y_D_ G42 X_Y_D_ G48 G49 G50 X_Y_ G51 X_Y_T_ G52 X_Y_T_ G60 X_Y_R_ G61 X_Y_R_ G90 G91 G92 X_Y_ G94 F_ G95

PŘÍLOHA 5 Seznam M kódu [24]. Kód M Funkce

M00

Bezpodmínečné zastavení

M01

Podmínečné zastavení

M02 M13

Konec programu Přestavení % rychlosti posuvu

M15

Nastavení režimu kuželu

M20

Návlek drátu

M21

Odříznutí drátu 1

M22

Odříznutí drátu 2

M23

Odříznutí drátu 3

M24

Prodleva bloku ZAPNOUT

M25

Najetí do řezu ZAPNOUT

M27

Parametr řízení rohu ZAPNOUT

M28

Konstantní rychlost řízení rohu (G94) ZAPNOUT

M30

Konec programu a převinutí na začátek

M34

Prodleva bloku VYPNOUT

M35

Najetí do řezu VYPNOUT

M37

Parametr řízení rohu VYPNOUT

M38 M41

Konstantní rychlost řízení rohu (G94) VYPNOUT Výkon obrábění VYPNOUT

Význam Je-li program vykonáván v jednotlivém bloku, obrábění je automaticky zastaveno. Tlačítka vyjiskřovacího výkonu, přísuvu drátu, přívodu dielektrika a napnutí drátu jsou zastavena. Pro restartování musí být tyto 4 podmínky aktivovány, pak je teprve možné stisknutím tlačítka Start cyklu spustit stroj. Je-li program vykonáván v jednotlivém bloku, s tisknutím tlačítka OPT STOP na panelu je aktivován stejný proces jako M00. Pokud není aktivované tlačítko OPT STOP příkaz M01 je vynechán. Ukončuje automatický provoz stroje. M13 P_, P je v rozsahu 0÷500. M15 P_, 0 je pro svislý režim, 1 režim kuželu, 11 režim příkazu UV, M15 je nutné nastavit před G92. Automatický návlek drátu. Odříznutí drátu se použije pro okrajový přídavek před vyjmutím obrobku. Odříznutí drátu se použije pro drát v místě spojení dráhy obráběného obrobku. Odříznutí drátu se použije pro vyjmutí obrobku, tupý konec vzniklý odlétajícím prachem bude odstraněn. Prodleva bloku je aktivní. Čas prodlevy je nastaven podle- čas zastavení bloku- (jednotka: sekundy) v NC/NASTAVENÍ KUŽELU. Při nastavení funkce se také změní nastavení vNC/NASTAVENÍ KUŽELU. Při nastavení funkce se také změní zobrazené nastavení. Při nastavení funkce se také změní nastavení na displeji. Je-li program vykonán v jednotlivém bloku M30 znamená to, že se program dostal na konec a funkce stroje bude automaticky zastavena. Dojde také k automatickému převinutí programu na začátek. Prodleva bloku je neaktivní a používá se společně s M24. Pomocný pohyb je neaktivní a používá se společně s M25. Změna parametru je neaktivní a používá se společně s M27. Zpomalení obrábění je neaktivní a používá se společně s M28. Napájení vyjiskřování je vypnuté.

Kód M M42 M43

Funkce Přísuv drátu VYPNOUT Dielektrická kapalina VYPNOUT

M70

Funkce sledování zpětné dráhy

M71

Funkce sledování zpětné dráhy (lineárního návratu)

M78 M81 M82 M83 M90 M91 M98

Rychlé napouštění Výkon obrábění ZAPNOUT Přísuv drátu ZAPNOUT Dielektrická kapalina ZAPNOUT Servo posuv Rychlost posuvu Volání podprogramu

M99

Konec podprogramu

Význam Zastavuje přísuv drátu. Zastavuje přívod dielektrika. Když program vykonává jednotlivý blok M70, drát se bude pohybovat po řezné dráze do počátečního bodu (nejbližší souřadnice G92). Před navrácením M70 musí být program nastaven pomocí G40, G50 pro normální provoz. Když program vykonává jednotlivý blok M71, funkce AWT odřízne drát. Počáteční bod je odříznut pomocí lineárního odříznutí a pak znovu dojde k zavedení drátu. Rychlé napuštění nádrže dielektrickou kapalinou. Napájení vyjiskřování zapnuté. Spustit přísuv drátu. Spustit přívod dielektrika. Nastavit jako G95. Nastavit jako G94. Volat podprogram. Používá se pro ukončení podprogramu a návrat do hlavního programu.

PŘÍLOHA 9

PŘÍLOHA 10

PŘÍLOHA 11