Πτυχιακή εργαςία. Τεχνολογία λειτουργίασ και ελζγχου.

Transcript

1 Σεχνολογικό Εκπαιδευτικό Κδρυμα Καβάλασ χολι Σεχνολογικϊν Εφαρμογϊν Σμιμα Μθχανολογίασ Πτυχιακή εργαςία Σφγχρονεσ μη ςυμβατικζσ εργαλειομηχανζσ κοπήσ. Τεχνολογία λειτουργίασ και ελζγχου. Σπουδαςτήσ: Iτςόπουλοσ Σταφροσ, ΑΜ:3422 Επιβλζπων Καθηγητήσ: Καρκάνησ Αναςτάςιοσ Καβάλα, Φεβρουάριοσ

2 ΠΡΟΛΟΓΟ Σο παρόν τεφχοσ αποτελεί τθν Πτυχιακι Εργαςία που εκπονικθκε ςτο Σμιμα Μθχανολογίασ Καβάλασ του Ανϊτατου Σεχνολογικοφ Εκπαιδευτικοφ Λδρφματοσ Ανατολικισ Μακεδονίασ - Κράκθσ και αναφζρεται ςτθ ςφγχρονεσ μι ςυμβατικζσ εργαλειομθχανζσ κοπισ, ςτθν τεχνολογία λειτουργίασ τουσ και τον τρόπο ελζγχου τουσ. τθν εργαςία αυτι παρουςιάηονται οι βαςικότερεσ τεχνολογίεσ μθ ςυμβατικισ κοπισ και παραγωγισ αντικειμζνων. Οι τεχνολογίεσ μθ ςυμβατικισ κοπισ που αναλφονται και για κάκε μία παρουςιάηονται τα βαςικά ςτοιχεία και θ αρχι λειτουργίασ τθσ, είναι: - θ μζκοδοσ κοπισ με LASER. - θ υδροκοπι και κατεργαςία με νερό. - θ μζκοδοσ κοπισ με θλεκτοδιάβρωςθ-edm. - θ μζκοδοσ κοπισ με Πλάςμα. - θ τριςδιάςτατθ εκτφπωςθ και παραγωγι πρωτοτφπων. Για κάκε μια από τισ παραπάνω τεχνολογίεσ ζχει αφιερωκεί ζνα κεφάλαιο όπου αναλφονται τα χαρακτθριςτικά λειτουργίασ των εργαλειομθχανϊν που τισ υλοποιοφν κακϊσ και τα μειονεκτιματα και πλεονεκτιματα κάκε τεχνολογίασ. το ςθμείο αυτό κα ικελα να ευχαριςτιςω κερμά τον Επιβλζποντα Κακθγθτι μου, Αναςτάςιο Καρκάνθ, για τθν πολφτιμθ βοικεια και κακοδιγθςθ που μου προςζφερε για τθν πραγματοποίθςθ τθσ παροφςασ Εργαςίασ, κακϊσ και τουσ γονείσ και αγαπθμζνα πρόςωπά μου, τα οποία με ςτιριξαν ςε όλθ τθ διάρκεια των ςπουδϊν μου. Λτςόπουλοσ ταφροσ Φεβρουάριοσ

3 Περιεχόμενα ΚΕΦΑΛΑΛΟ 1 ο 1. Ειςαγωγι Ειςαγωγι ςτθν Κατεργαςία Προϊόντοσ Αρικμθτικόσ Ζλεγχοσ ΝC Τπάρχουςεσ τεχνολογίεσ μθ ςυμβατικισ κοπισ παραγωγισ αντικειμζνων Κατεργαςία & Κοπι με LASER Τδροκοπι και κατεργαςία με νερό (waterjet) Κατεργαςία Κοπισ με Θλεκτροδιάβρωςθ EDM (Electrical Discharge Machining) Κατεργαςία Κοπισ με Πλάςμα(plasma) Πλεονεκτιματα και μειονεκτιματα ςυμβατικϊν και μθ ςυμβατικϊν ςφγχρονων ψθφιακϊν εργαλειομθχανϊν ΚΕΦΑΛΑΛΟ 2 ο 2. Μζκοδοσ Κοπισ με LASER... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ. 2.1 Iςτορικά... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ. 2.2 Αρχι Λειτουργίασ... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ. 2.3 Μζκοδοι Κοπισ με Laser... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ. 2.4 Παράμετροι που επθρεάηουν τθν Κοπι Laser... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Θ Λςχφσ του Laser... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Θ υχνότθτα των Παλμϊν... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Σφποσ του Αερίου Κοπισ... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ H Πίεςθ του Αερίου Κοπισ... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Διάμετροσ και Σφποσ του Ακροφυςίου (beck)... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Απόςταςθ μεταξφ του Ακροφυςίου Κοπισ και τθσ Επιφάνειασ του Τλικοφ που Κόβουμε... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Εςτιακι Απόςταςθ των Οπτικϊν Εςτίαςθσ... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Θ κζςθ τθσ Εςτίασ ςε ςχζςθ με το Τλικό Σο Κεντράριςμα τθσ Δζςμθσ ςε χζςθ με το Ακροφφςιο Θ Σαχφτθτα Κοπισ Οι Επιταχφνςεισ του υςτιματοσ

4 Σο Τλικό Θ Επιφάνεια και το χιμα που Κόβουμε Σο Πάχοσ του Τλικοφ φςτθμα τιριξθσ τθσ Λαμαρίνασ ι του Φφλλου του Τλικοφ Πλεονεκτιματα-Μειονεκτιματα Κοπισ με Laser ΚΕΦΑΛΑΛΟ 3 ο 3. Τδροκοπι και Κατεργαςία με Νερό (waterjet) Λςτορικά Αρχι Λειτουργίασ... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Κακαρι Τδροκοπι Yδροκοπι με χριςθ Λειαντικοφ Τγροφ Καταςκευαςτικι δομι μιασ εργαλειομθχανισ υδροκοπισ τακερζσ Εργαλειομθχανζσ με κίνθςθ ςε μια Διάςταςθ...φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Εργαλειομθχανζσ με κίνθςθ ςε δφο διαςτάςεισ (x y)...φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Εργαλειομθχανζσ με κίνθςθ ςε 5 Αξόνεσ για Σριςδιάςτατθ Κοπι (3D) Σα Πλεονεκτιματα και τα Μειονεκτιματα τθσ Τδροκοπισ ΚΕΦΑΛΑΛΟ 4 ο 4.1 Λςτορικά... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Αρχι Λειτουργίασ... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Σεχνολογίεσ Θλεκτροδιάβρωςθσ... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Θλεκτροδιάβρωςθ φρματοσ (wire EDM)... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Θλεκτροδιάβρωςθ Αποτφπωςθσ (sinker EDM)... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Εργαλειομθχανι Θλεκτροδιάβρωςθσ... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Γεννιτρια Σροφοδότθςθσ Ρεφματοσ... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Διθλεκτρικό Τγρό... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Πλεονεκτιματα-Μειονεκτιματα τθσ Κοπισ με Θλεκτροδιάβρωςθ...φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ.4 ΚΕΦΑΛΑΛΟ 5 ο 4

5 5. Μζκοδοσ Κοπισ με Πλάςμα(Plasma)... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Iςτορικά... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Ο Οριςμόσ-υνκικεσ Δθμιουργίασ του Πλάςματοσ... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Δομι και λειτουργία μθχανισ Κοπισ με Πλάςμα (Plasma)...φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Εκκίνθςθ Κοπισ με Πλάςμα... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Σοποκζτθςθ του πυρςοφ ςτθ ςωςτι απόςταςθ από το προσ κατεργαςία υλικό φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Οι Μεταβλθτζσ τθσ Διαδικαςίασ Κοπισ... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Θ Κακαρότθτα του Αερίου... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Θ Πίεςθ και θ Σαχφτθτα Ροισ του Αερίου... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Σο Αυλάκι Κοπισ (Kerf)... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Θ Σάςθ του Σόξου... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Χρθςιμοποιοφμενα Αζρια ςτθν Κοπι με Πλάςμα. φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Πλεονεκτιματα και Μειονεκτιματα τθσ Κοπισ με Πλάςμα...φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ.6 ΚΕΦΑΛΑΛΟ 6 ο 6 Εργαλειομθχανζσ Σριςδιάςτατθσ Εκτφπωςθσ (3D Printing)...φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ ιςτορικά... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Αρχι Λειτουργίασ... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Οι Σεχνικζσ τθσ Σριςδιάςτατθσ Εκτφπωςθσ... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ τερεολικογραφία (Stereolithography)... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Selective LASER Sintering (SLS)... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Laminated Object Manufacturing (LOM)... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Fused Deposition Modeling (FDM)... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Solid Groynd Curing (SGC)... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ D ink-jet Printing... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Από τθν ταχεία καταςκευι πρωτοτφπων ςτθν ταχεία καταςκευι εργαλείων και τθν ταχεία παραγωγι.... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Πλεονεκτιματα και Μειονεκτιματα τθσ Σριςδιάςτατθσ Εκτφπωςθσ...φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ.4 ΚΕΦΑΛΑΛΟ 7 ο 5

6 7. Επίλογοσ... φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Κατεργαςία με χριςθ υπεριχων (Ultrasonic Machining, USM)...φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ Θλεκτροχθμικι λείανςθ ( Electrochemical Grinding, ECG)...φάλμα! Δεν ζχει οριςτεί ςελιδοδείκτθσ.6 Bιβλιογραφία.. 89 ΠΕΡΙΛΗΨΗ τθν παροφςα πτυχιακι εργαςία γίνεται μελζτθ των ςφγχρονων μθ ςυμβατικϊν εργαλειομθχανϊν κοπισ, ςτθν τεχνολογία λειτουργίασ τουσ και τον τρόπο ελζγχου τουσ.. Θ εργαςία αναπτφςςεται ςε εφτά κεφάλαια ςτα οποία περιλαμβάνονται τα εξισ : το πρϊτο κεφάλαιο γίνεται ειςαγωγι ςτθν κατεργαςία προϊόντοσ και ςτον αρικμθτικό ζλεγχο (NC) των εργαλειομθχανϊν. τθ ςυνζχεια παρουςιάηονται τα πλεονεκτιματα-μειονεκτιματα των ςυμβατικϊν και μθ ςυμβατικϊν ςφγχρονων ψθφιακϊν εργαλειομθχανϊν. το δεφτερο κεφάλαιο παρουςιάηεται θ μζκοδοσ κοπισ με LASER. Αναλφεται θ αρχι λειτουργίασ τθσ εργαλειομθχανισ κοπισ, οι μζκοδοι κοπισ και οι παράμετροι που επθρεάηουν τθν κοπι. τθν ςυνζχεια παρουςιάηονται τα πλεονεκτιματα-μειονεκτιματα τθσ ςυγκεκριμζνθσ τεχνολογίασ κοπισ. το τρίτο κεφάλαιο παρουςιάηεται θ υδροκοπι και κατεργαςία με νερό. Αναλφεται θ αρχι λειτουργίασ τθσ εργαλειομθχανισ κοπισ και τα χαρακτθριςτικά τθσ κάκε μεκόδου κοπισ. τθν ςυνζχεια αναλφονται οι διαφορετικζσ δομζσ των εργαλειομθχανϊν υδροκοπισ και ςτο τζλοσ του κεφαλαίου παρουςιάηονται τα πλεονεκτιματα-μειονεκτιματα τθσ κοπισ με νερό. το τζταρτο κεφάλαιο παρουςιάηεται θ μζκοδοσ κατεργαςίασ με θλεκτοδιάβρωςθ-edm. Αναλφεται θ αρχι λειτουργίασ τθσ εργαλειομθχανισ και τα χαρακτθριςτικά τθσ κάκε μεκόδου που χρθςιμοποιεί αυτι τθν τεχνολογία. Σο κεφάλαιο ολοκλθρϊνεται με τθν παρουςίαςθ των πλεονεκτθμάτων - μειονεκτθμάτων τθσ κατεργαςίασ με θλεκτροδιάβρωςθ. το πζμπτο κεφάλαιο παρουςιάηεται θ μζκοδοσ κοπισ με Πλάςμα. Δίνεται ο οριςμόσ του πλάςματοσ και αναλφεται θ δομι και θ λειτουργία τθσ εργαλειομθχανισ κοπισ, περιγράφονται οι μεταβλθτζσ που επθρεάηουν τθν διαδικαςία κοπισ και ςτο τζλοσ παρουςιάηονται τα πλεονεκτιματα-μειονεκτιματα τθσ τεχνολογίασ κοπισ με πλάςμα. το ζκτο κεφάλαιο παρουςιάηεται θ τεχνολογία τθσ τριςδιάςτατθσ εκτφπωςθσ για τθν παραγωγισ πρωτοτφπων. Αναλφονται οι ζξι τεχνικζσ ταχείασ καταςκευισ πρωτοτφπων και το κεφάλαιο κλείνει με τθν παρουςίαςθ των πλεονεκτθμάτων - μειονεκτθμάτων τθσ τριςδιάςτατθσ εκτφπωςθσ. το ζβδομο κεφάλαιο παρουςιάηονται τα ςυμπεράςματα από τθ χριςθ των τεχνολογιϊν μθ ςυμβατικισ κοπισ κακϊσ και δφο τεχνολογίεσ μθ ςυμβατικισ κοπισ που δεν ζχουν ςυχνι χριςθ και 6

7 αναμζνεται να αναπτυχκοφν τα επόμενα χρόνια. Θ τεχνολογία κοπισ με χριςθ υπεριχων (USM) και θ θλεκτροχθμικι λείανςθ (ECG) 7

8 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο 1. Ειςαγωγι 1.1 Ειςαγωγι ςτθν Κατεργαςία Προϊόντοσ Θ κατεργαςία ενόσ προϊόντοσ ςτθ βιομθχανία επθρεάηει άμεςα κατά 15 με 20% το κόςτοσ παραγωγισ του, ενϊ εκτιμάται ότι με ζμμεςο τρόπο φτάνει να κακορίηει πάνω από το 80% τθν αξία του. Με τον όρο κατεργαςία καλοφμε κάκε μεταβολι και διαμόρφωςθ που γίνεται ςτθν πρϊτθ φλθ για τθν παραγωγι ενόσ προϊόντοσ. Οι κυριότερεσ παράμετροι που λαμβάνουν μζροσ ςε μία κατεργαςία και αλλθλοεπιρεάηονται είναι : Σο προσ κατεργαςία τεμάχιο, υπό διάφορεσ μορφζσ (ράβδοσ, ζλαςμα κλπ). Σο κοπτικό εργαλείο που διαμορφϊνει το τεμάχιο. Οι ςυνκικεσ ςτθ διεπιφάνεια τεμαχίου/κοπτικοφ εργαλείου, δθλαδι θ λίπανςθ και τα λοιπά τριβολογικά χαρακτθριςτικά. Θ ηϊνθ παραμόρφωςθσ ι πλαςτικι ηϊνθ, όπου επιτελείται θ πλαςτικι παραμόρφωςθ του τεμαχίου. ε όλουσ τουσ τομείσ τθσ αγοράσ ςιμερα, θ ταχφτθτα ζχει κακοριςτικι ςθμαςία για τθν ανάπτυξθ ενόσ προϊόντοσ. Ο χρόνοσ κατεργαςίασ αποτελεί τον ακρογωνιαίο λίκο για τθν επίτευξθ τθσ επικυμθτισ ταχφτθτασ ςτθν παραγωγι. Ειδικά για τισ κατεργαςίεσ αποβολισ υλικοφ, κακοριςτικό ρόλο ςτθ μείωςθ του χρόνου παραγωγισ ζχει θ επιλογι των κατάλλθλων παραγόντων κοπισ που κα επιτρζψουν ςτθν ταχφτθτα παραγωγισ να μεγιςτοποιθκεί. Οι ςυνκικεσ κοπισ που κα επθρεάηουν ςε απόλυτο βακμό τθ μορφι του αποβλιτου, τισ αναπτυςςόμενεσ κερμοκραςίεσ δυνάμεισ κοπισ και τελικά τον χρόνο παραγωγισ, με αποτζλεςμα θ βελτιςτοποίθςθ των κατεργαςιϊν κοπισ να απαιτεί τθ μελζτθ των μθχανιςμϊν τθσ και τθν επιλογι των κατάλλθλων ςυνκθκϊν. Ζτςι ζχουν γίνει αξιοςθμείωτεσ προςπάκειεσ για τθν ανάπτυξθ υπολογιςτικϊν μεκόδων και προςομοιϊςεωσ των κατεργαςιϊν κοπισ, όπου ςε ςυνδυαςμό με τισ εργαλειομθχανζσ CNC (Computer Numercial Control) και τα νζα αποδοτικά και ςχετικά χαμθλοφ κόςτουσ υλικά για τα εργαλεία κοπισ, ζχουν δϊςει τεράςτια ϊκθςθ ςτθν ανάπτυξθ των κατεργαςιϊν κοπισ υψθλισ ταχφτθτασ. Όμωσ θ χριςθ υψθλϊν ταχυτιτων κατά τθν κοπι παρουςιάηει πολλζσ δυςχζρειεσ, αρκετοφσ ιδιόμορφουσ μθχανιςμοφσ και παράξενα φαινόμενα που με μια πρϊτθ ανάλυςθ φαίνονται παράλογα. Οι μθ ςυμβατικζσ (μθ κακιερωμζνεσ) κατεργαςίεσ αφαιρζςεωσ μετάλλου ζχουν ωσ κοινό γνϊριςμα με τισ κατεργαςίεσ κοπισ το ότι και με τισ πρϊτεσ, για να μορφοποιθκεί το τεμάχιο, αφαιρείται από αυτό το υλικό που πλεονάηει. Όμωσ, το αποβαλλόμενο υλικό δεν ζχει τθ μορφι αποβλιτου οφτε και ςχθματίηεται με τον ίδιο μθχανιςμό (υψθλοφ βακμοφ πλαςτικι παραμόρφωςθ), αλλά παρουςιάηεται υπό μορφι ποικίλων τελικά ςχθμάτων, όπωσ ςφαιριδίων, ακανόνιςτων τεμαχιδίων κ.ά. 8

9 Θ προςδιδόμενθ ενζργεια, για να λάβει χϊρα μία μθ ςυμβατικι κατεργαςία αφαιρζςεωσ υλικοφ, δεν είναι εν γζνει μθχανικι, όπωσ ςυμβαίνει ςτισ ςυμβατικζσ κατεργαςίεσ κοπισ, αλλά κερμικι, χθμικι, θλεκτροχθμικι ι κάποιασ άλλθσ μορφισ. Τπάρχει θ δυνατότθτα ςυνδυαςμοφ μθ ςυμβατικϊν κατεργαςιϊν αφαιρζςεωσ μετάλλου με κατεργαςίεσ κοπισ. Πολλζσ τζτοιεσ κατεργαςίεσ ζχουν αναπτυχκεί εν γζνει, πλθν όμωσ ζνασ μικρόσ αρικμόσ από αυτζσ ζχουν αναπτυχκεί ςε υψθλό βακμό από αρκετϊν ετϊν και ζχουν τφχει ευρείασ και επιτυχοφσ εφαρμογισ ςτθ μθχανουργικι πράξθ. Οι κατεργαςίεσ μθ ςυμβατικι κοπισ που χρθςιμοποιοφνται ιδθ, είναι: Θ αφαίρεςθ μετάλλου με θλεκτρικό ςπινκιρα EDM), Θ κοπι με νερό, υδροκοπι, Θ κοπι με LASER Θ κοπι με τθ χριςθ Plasma Θ τριςδιάςτατθ εκτφπωςθ μεταλλικϊν αντικειμζνων (3D Printers) για τθν καταςκευι πρωτοτφπων Θ θλεκτροχθμικι λείανςθ (ECG), Θ αφαίρεςθ υλικοφ με υπζρθχουσ (USM) Από τισ παραπάνω μθ ςυμβατικζσ κατεργαςίεσ κοπισ χρθςιμοποιοφνται αλλά ςε περιοριςμζνθ ζκταςθ και για πολφ ειδικζσ κατεργαςίεσ, οι πζντε πρϊτεσ ενϊ οι υπόλοιπεσ, βρίςκονται ακόμθ ςε ςτάδια κεωρθτικισ και πειραματικισ μελζτθσ και εξζλιξθσ. [1] 1.2 Αρικμθτικόσ Ζλεγχοσ ΝC Εάν ανάμεςα ςτο χειριςτι και ςτθ μονάδα ελζγχου τθσ εργαλειομθχανισ NC (Numerical Control) παρεμβάλλεται, για λόγουσ ευκολότερου και πιο αποδοτικοφ χειριςμοφ, θλεκτρονικόσ υπολογιςτισ, θ μθχανι ονομάηεται ψθφιακά κακοδθγοφμενθ εργαλειομθχανι με θλεκτρονικό υπολογιςτι (CNC, (Computerized Numerical Control)). Με τον τρόπο αυτό, θ λειτουργία τθσ εργαλειομθχανισ αυτοματοποιείται περιςςότερο, ενϊ ο ζλεγχόσ τθσ μπορεί να γίνεται πλζον και από απόςταςθ (remote control). H CNC κακοδιγθςθ ζχει το πλεονζκτθμα τθσ ςυνεργαςίασ τθσ με ςυςτιματα ςχεδίαςθσ (Computer Aided Design, CAD) και ςυςτιματα κατεργαςιϊν (Computer Aided Manufacturing, CAM) με θλεκτρονικό υπολογιςτι, ενϊ δίδεται θ δυνατότθτα ζνταξισ τθσ ςε ολοκλθρωμζνα ςυςτιματα παραγωγισ με υπολογιςτζσ (Computer Integrated Manufacturing, CIM) και ευζλικτα ςυςτιματα παραγωγισ (Flexible Manufacturing Systems, FMS). Επιπλζον, ζνα μεγάλο ποςοςτό υπολογιςμϊν και διαδικαςιϊν ελζγχου κακοδιγθςθσ διεξάγονται ςτον θλεκτρονικό υπολογιςτι ταχφτερα και με μικρότερο κόςτοσ. 9

10 Όλεσ οι διαδικαςίεσ κακοδιγθςθσ και ελζγχου των εργαλειομθχανϊν NC και CNC από το χειριςτι τουσ είναι μονόδρομεσ. Ο τεχνικόσ NC ι CNC κακορίηει τθν ακολουκία των κινιςεων τθσ εργαλειομθχανισ, τισ τιμζσ των ςυνκθκϊν κατεργαςίασ (πρόωςθ, βάκθ κοπισ, ταχφτθτα κοπισ, κ.λπ.), ελζγχει τθ χριςθ ι όχι του υγροφ κοπισ, διαχειρίηεται τα κοπτικά εργαλεία, κ.λπ.. Για όλα αυτά, ςυντάςςει ζνα πρόγραμμα κακοδιγθςθσ ςε τυποποιθμζνθ γλϊςςα προγραμματιςμοφ (κϊδικασ), μεταφζρει τον κϊδικα ςτθ μονάδα ελζγχου και ενεργοποιεί τθν εκτζλεςθ του προγράμματοσ. Κανζνασ δεν μπορεί να ιςχυριςκεί ότι αυτι θ αλλθλουχία δεν είναι αυτοματοποιθμζνθ. Όμωσ, θ πρόοδοσ τθσ τεχνολογίασ και, ιδιαίτερα, θ ανάπτυξθ των αιςκθτιρων (sensors) και των ςυςτθμάτων αυτομάτου ελζγχου (AE), επιτρζπει ςτουσ καταςκευαςτζσ εργαλειομθχανϊν να πάνε ζνα βιμα παραπζρα. το ςχεδιαςμό δθλαδι ςκεπτόμενων διατάξεων, που, ανάλογα με τθν εξζλιξθ τθσ μθχανουργικισ κατεργαςίασ, παίρνουν αποφάςεισ και επεμβαίνουν ςτο πρόγραμμα κακοδιγθςθσ. Οι μθχανζσ αυτζσ χαρακτθρίηονται άμεςα κακοδθγοφμενεσ εργαλειομθχανζσ με θλεκτρονικό υπολογιςτι (Direct Numerical Control - DNC). Εάν, λοιπόν, ςε μία τυπικι περίπτωςθ τόρνευςθσ με NC ι CNC τόρνο, επιλεγεί, κατά λάκοσ, και προγραμματιςκεί απαράδεκτθ πρόωςθ κοπισ, ο χειριςτισ πρζπει να διαβάςει τθν αντίςτοιχθ ζνδειξθ ςτον πίνακα ελζγχου τθσ εργαλειομθχανισ, να ςταματιςει τθν εκτζλεςθ του προγράμματοσ και, αφοφ το διορκϊςει, να το ενεργοποιιςει ξανά. Οι DNC εργαλειομθχανζσ είναι ςυνδεδεμζνεσ με ζναν κεντρικό θλεκτρονικό υπολογιςτι μζςω του οποίου λαμβάνουν εντολζσ για εκτζλεςθ εργαςιϊν, αλλά και αντλοφν πλθροφορίεσ από ςχετικζσ βάςεισ πλθροφοριϊν. τισ DNC εργαλειομθχανζσ μπορεί να ελζγχεται αυτόματα θ ταχφτθτα κοπισ, θ χριςθ ψυκτικοφ υγροφ, θ φκορά των κοπτικϊν εργαλείων, κ.λπ.. Λδιαίτερα για τθ φκορά των κοπτικϊν εργαλείων, πολλζσ ψθφιακά κακοδθγοφμενεσ εργαλειομθχανζσ διακζτουν ειδικζσ μετρθτικζσ διατάξεισ ςτισ οποίεσ μετρϊνται τα κοπτικά εργαλεία, ςε τακτά χρονικά διαςτιματα, κατά τθ διάρκεια μιασ κατεργαςίασ. τθν περίπτωςθ που, για το εξεταηόμενο κοπτικό εργαλείο, διαπιςτωκεί μεγάλθ απόκλιςθ από τισ προβλεπόμενεσ διαςτάςεισ, θ κατεργαςία ςυνεχίηεται αυτόματα με νζο (όμοιο) κοπτικό εργαλείο (sister tool) ι γίνεται αυτόματθ διάρκρωςθ των διαςτάςεων κοπισ με βάςθ τισ καταςκευαςτικζσ ανοχζσ που ζχουν δθλωκεί. [1] H ανάπτυξθ τθσ τεχνολογίασ CNC και DNC βοικθςε ςτα μζγιςτα τθν ανάπτυξι αλλά και τον χειριςμό των μθ ςυμβατικϊν εργαλειομθχανϊν, κακϊσ: Θ υψθλι τεχνολογία των μθχανϊν μθ ςυμβατικισ κοπισ κα ζδινε φτωχά αποτελζςματα και πικανόν να μθν χρθςιμοποιείτο αν θ ακρίβεια που ειςάγει θ CNC και DNC τεχνολογία δεν ςυνδυαηόταν με αυτζσ. Ο χειριςτισ των μθχανϊν ςυμβατικισ κοπισ δεν χρειάηεται ιδιαίτερθ εκπαίδευςθ για να λειτουργιςει μια μθ ςυμβατικισ κοπισ εργαλειομθχανι και να επεμβαίνει ςτθν διαδικαςία κοπισ. 10

11 1.3 Τπάρχουςεσ τεχνολογίεσ μθ ςυμβατικισ κοπισ παραγωγισ αντικειμζνων Οι τεχνολογίεσ μθ ςυμβατικισ κοπισ που κα αναπτυχκοφν ςτθ ςυνζχεια είναι οι πλζον ευρζωσ χρθςιμοποιοφμενεσ ςιμερα ςτθν παραγωγικι διαδικαςία και είναι οι εξθσ : Κατεργαςία και κοπι με LASER, Τδροκοπι και κατεργαςία με νερό, Κατεργαςία με θλεκτροδιάβρωςθ (EDM), Κατεργαςία κοπισ με πλάςμα (plasma) Μθχανζσ τριςδιάςτατθσ εκτφπωςθσ (3D Printing) Κατεργαςία & Κοπι με LASER Σο LASER είναι μονοχρωματικι ενιςχυμζνθ ακτίνα φωτόσ με εξαναγκαςμζνθ εκπομπι ακτινοβολίασ. Παράγεται από μία πθγι (γεννιτρια) που εκπζμπει ακτινοβολία (φωσ, ςτο υπζρυκρο φάςμα) που είναι ςφμφωνθ (χωρίσ διαφορά φάςθσ), πολωμζνθ, μονοχρωματικι (δθλαδι φωσ με ςυγκεκριμζνο μικοσ κφματο/χρϊμα) θ οποία διαδίδεται ςε μια ςυγκεκριμζνθ κατεφκυνςθ, ςχθματίηοντασ ςτενζσ δζςμεσ. Γενικά είναι ακτινοβολία ςυγκεκριμζνων, πολφ γειτονικϊν, ςυχνοτιτων. Παρ όλα αυτά, υπάρχουν και LASER που εκπζμπουν πλατφ φάςμα ςυχνοτιτων ι πολλζσ διαφορετικζσ μεμονωμζνεσ ςυχνότθτεσ ςυγχρόνωσ. Αυτι θ εξαιρετικά ιςχυρι ακτίνα, εςτιαςμζνθ από ςφςτθμα κατόπτρων και φακϊν, και υποβοθκοφμενθ από τθν μεγάλθ ταχφτθτα ροι κάποιων αερίων, προςβάλλει και λιϊνει ελεγχόμενα το υλικό που κζλουμε να κόψουμε Τδροκοπι και κατεργαςία με νερό (waterjet) Θ κατεργαςία με υδροκοπι είναι μία διαδικαςία με πολλζσ μοναδικζσ ικανότθτεσ και πλεονεκτιματα. τθν τεχνολογία αυτι δθμιουργείται μια ςτενι δζςμθ νεροφ πολφ υψθλισ πίεςθσ που προςβάλει το προσ κοπι υλικό, το οποίο και κόβει. Κανζνα επιβλαβζσ αζριο ι υγρό δε χρθςιμοποιείται ςτθν υδροκοπι, ζτςι δεν δθμιουργοφνται επικίνδυνοι ατμοί και υλικά, ενϊ θ κερμότθτα και οι μθχανικζσ πιζςεισ δεν επθρεάηουν τθν επιφάνεια κοπισ. Είναι πραγματικά μια ευπροςάρμοςτθ, παραγωγικι και κρφα τζμνουςα διαδικαςία κοπισ που μπορεί να κάνει πράγματα που άλλεσ τεχνολογίεσ δεν μποροφν, όπωσ λεπτομερι κοπζσ ςε πζτρα, ςτο γυαλί, ςτθ κοπι των τροφίμων κ.α. 11

12 1.3.3 Κατεργαςία Κοπισ με Ηλεκτροδιάβρωςθ EDM (Electrical Discharge Machining) Θ κατεργαςία τθσ θλεκτροδιάβρωςθσ (EDM, electrical discharge machining) είναι μθ-ςυμβατικι κατεργαςία αφαίρεςθσ υλικοφ, κερμικοφ/κερμοθλεκτρικοφ χαρακτιρα. Αν και θ κεωρθτικι τθσ βάςθ και οι τεχνολογικζσ τθσ παράμετροι απαιτοφν περαιτζρω ανάπτυξθ και βελτίωςθ, αποτελεί τθν πλζον διαδεδομζνθ μθ-ςυμβατικι κατεργαςία και εφαρμόηεται ευρφτατα, λόγω των εξαιρετικϊν δυνατοτιτων που προςφζρει, ςε αγϊγιμα υλικά μικρισ κατεργαςιμότθτασ. Χρθςιμοποιείται κυρίωσ για τθν δθμιουργία πολφπλοκων και αςυνικιςτων γεωμετρικϊν μορφϊν ςε υλικά υψθλισ ςκλθρότθτασ, οι οποίεσ κα ιταν υπερβολικά χρονοβόρεσ και δαπανθρζσ να δθμιουργθκοφν με χριςθ ςυμβατικϊν κατεργαςιϊν Κατεργαςία Κοπισ με Πλάςμα(plasma) Πλάςμα ονομάηουμε τθν κατάςταςθ τθσ φλθσ ςτθν οποία δεν λαμβάνει ςυγκεκριμζνο όγκο και ςχιμα που να οφείλεται ςτθν ίδια (όπωσ ςυμβαίνει ςτα αζρια), και επιπλζον βρίςκονται ελεφκερα και όχι ςε μοριακοφσ δεςμοφσ τα θλεκτρικά φορτιςμζνα ατομικά τθσ ςωματίδια (ιόντα και θλεκτρόνια). Σο πλάςμα διαφζρει από ζνα μθ-ιονιςμζνο αζριο. χθματίηεται όταν ζνα αζριο γίνει πολφ κερμό με αποτζλεςμα θλεκτρόνια να δραπετεφςουν από το άτομό τουσ και να γίνονται ελεφκερα (ελεφκερα θλεκτρόνια). Σο πλάςμα ςυνίςταται επομζνωσ από ελεφκερα θλεκτρόνια και ιόντα (άτομα ι μόρια που ζχουν χάςει ι αποκτιςει ζνα ι περιςςότερα θλεκτρόνια), και είναι υπεριονιςμζνθ κατάςταςθ τθσ φλθσ. Σο πλάςμα μπορεί να προκφψει από ζνα αζριο ςτο οποίο ζχει δοκεί αρκετι ενζργεια για να αποχωριςτοφν τα θλεκτρόνια από τα άτομά τουσ (ιονιςμόσ) ϊςτε να παραχκεί ζνα νζφοσ από ιονιςμζνα ελεφκερα θλεκτρόνια. Θ κοπι με πλάςμα πραγματοποιείται από τθν ροι του πλάςματοσ μζςω καταλλιλων διατάξεων και τθν προςβολι του πρόσ κοπι υλικοφ με υψθλισ κερμοκραςίασ μίγμα πλάςματοσ και ενόσ πρόςκετου αερίου. 1.4 Πλεονεκτιματα και μειονεκτιματα ςυμβατικϊν και μθ ςυμβατικϊν ςφγχρονων ψθφιακϊν εργαλειομθχανϊν Οι ςυμβατικζσ μζκοδοι κατεργαςίασ αποβολισ υλικοφ (δθλαδι θ κοπι με τθν χριςθ τόρνου, φρζηασ ι πλάνθσ κ.α.) παρουςιάηουν τα παρακάτω πλεονεκτιματα: Τψθλι ακρίβεια. Μεγάλθ ποικιλία υλικϊν. Ευελιξία ςτισ γεωμετρικζσ μορφζσ. Κατάλλθλθ για μικρι ποςότθτα παραγωγισ. Οι ςυμβατικζσ μζκοδοι κατεργαςίασ αποβολισ υλικοφ παρουςιάηουν αρκετά μειονεκτιματα : χετικά χαμθλό βακμό εκμετάλλευςθσ του υλικοφ. (ςε οριςμζνα υλικά όπωσ υπερκράματα, πυρίμαχα, κεραμικά και χάλυβεσ υψθλισ αντοχισ) 12

13 Θ πρόςδοςθ πλαςτικοφ ζργου μζςω των διατμθτικϊν τάςεων για τθ δθμιουργία αποβλιτου, κακορίηεται από τισ μθχανικζσ ιδιότθτεσ του υλικοφ και είναι ο βαςικόσ μθχανιςμόσ κοπισ. Ζνα ποςοςτό ενζργειασ προςδίδεται ςτο υλικό για τθν κοπι και ακολοφκωσ απομακρφνεται με τθ μορφι κερμότθτασ ςυςςωρευμζνθ ςτθν μεγάλθ ποςότθτα των αποβλιτων. Θ κερμότθτα που παραμζνει ςτθ μάηα του υλικοφ είναι θ αιτία δθμιουργίασ προβλθμάτων παραμόρφωςθσ των υλικϊν, αλλά και των ρθγματϊςεων ςτθν επιφάνεια που ζχει προκφψει από τθν αφαίρεςθ του υλικοφ. Θ παραμόρφωςθ αυτι είναι το αποτζλεςμα των παραμενουςϊν τάςεων οι οποίεσ είναι εντονότερεσ όταν θ γεωμετρία του ςχιματοσ που κόβεται είναι αρκετά πολφπλοκθ. Θ αναγκαςτικι τισ περιςςότερεσ φορζσ κερμικι επεξεργαςία (αποτατικι ανόπτθςθ κ.λ.π.) για τθν ομαλοποίθςθ των τάςεων που ζχουν αναπτυχκεί ςτθ μάηα του υλικοφ. Αυτό ζχει ςαν ςυνζπεια τθν άνοδο του κόςτουσ του παραγόμενου προιόντοσ δεδομζνου ότι οι κερμικζσ επεξεργαςίεσ, αλλά και οι εργαςίεσ αφαίρεςθσ των οξειδίων (τρόχιςμα) κυρίωσ από τθν κάτω πλευρά του αφαιροφμενου τμιματοσ ζχουν χρόνο εργαςίασ και χριςθ αναλϊςιμων υλικϊν λείανςθσ, άρα κόςτοσ. Χαμθλό ρυκμό παραγωγισ. θμαντικι φκορά του εργαλείου κοπισ. Οι μθ ςυμβατικζσ μζκοδοι κατεργαςίασ αποβολισ υλικοφ (δθλαδι θ κοπι με τθν χριςθ LASER, θ υδροκοπι, θ θλεκτροδιάβρωςθ και θ κοπι με πλαςμα) παρουςιάηουν τα παρακάτω πλεονεκτιματα [2]: Βελτιωμζνεσ απαιτιςεισ ςτθ ποιότθτα κοπισ, κακϊσ προςφζρουν υψθλι ακρίβεια και φινίριςμα τθσ επιφάνειασ. Μεγάλο βακμό εκμετάλλευςθσ του υλικοφ και χριςθ νζων υλικϊν. Κοπι πολφπλοκθσ γεωμετρίασ. Ελάχιςτθ ζωσ μθδενικι φκορά τθσ εργαλειομθχανισ. Λειτουργία χωρίσ ζντονο κόρυβο. Μθ κερμικι παραμόρφωςθ των υλικϊν. Οι μθ ςυμβατικζσ μζκοδοι κατεργαςίασ αποβολισ υλικοφ παρουςιάηουν τα παρακάτω μειονεκτιματα: Τψθλό κόςτοσ αγοράσ των εργαλειομθχανϊν, κυρίωσ για μικρά μθχανουργία. Χειριςμό από εξειδικευμζνο χριςτθ. Θ πλζον κατάλλθλθ μζκοδοσ κοπισ είναι ςυνάρτθςθ πολλϊν παραμζτρων, τα ηθτοφμενα από μία μζκοδο κοπισ είναι να υπάρχει θ μζγιςτθ δυνατι ικανοποίθςθ των παρακάτω : Μεγάλθ ταχφτθτα κοπισ και άρα μείωςθ του κόςτουσ κοπισ Βελτιωμζνεσ απαιτιςεισ ποιότθτασ κοπισ Ενδεχόμενθ χριςθ νζων υλικϊν Ακρίβεια των διαςτάςεων του προϊόντοσ Κοπι πολφπλοκθσ γεωμετρίασ Αυτοματοποίθςθ των ςυςτθμάτων κοπισ (ςυςτιματα CNC) 13

14 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο 2. Μζκοδοσ Κοπισ με LASER 2.1 Iςτορικά Θ λζξθ Laser δθμιουργικθκε από τα αρχικά των αγγλικϊν λζξεων που περιγράφουν το φαινόμενο πάνω ςτο οποίο βαςίηεται θ λειτουργία τθσ ςυςκευισ. Δθλαδι Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation που κα μποροφςε να αποδοκεί ςτα ελλθνικά ςαν Eνίςχυςθ Φωτόσ με Εξαναγκαςμζνθ Εκπομπι Ακτινοβολίασ. Ζχουμε δθλαδι να κάνουμε με ζνα ενιςχυτι φωτόσ. Είναι πολφ παράδοξο το γεγονόσ ότι τα Laser δεν ανακαλφφκθκαν πολφ πριν το Σθ χρονιά αυτι είχαν περάςει ιδθ 43 χρόνια από τότε που είχαν τεκεί τα κεωρθτικά κεμζλια τθσ καταςκευισ ενόσ ενιςχυτι φωτόσ, δθλαδι ενόσ Laser. Ο Einstein το 1917 ζδωςε τθν ζννοια τθσ εξαναγκαςμζνθσ εκπομπισ, ότι δθλαδι μία δζςμθ από φωσ μπορεί να εξαναγκάςει άτομα να δϊςουν εκπομπι φωτόσ με χαρακτθριςτικά όμοια με το αρχικό φϊσ. Κανείσ όμωσ δεν ςυνειδθτοποίθςε τότε ότι θ ζννοια αυτι κα οδθγοφςε ςτθν πραγματοποίθςθ μιασ ςυςκευισ ενίςχυςθσ του φωτόσ. Από το 1920 μζχρι το 1950 οι επιςτιμονεσ ιταν απαςχολθμζνοι με τισ νζεσ ανακαλφψεισ τθσ κβαντομθχανικισ, τθσ φυςικισ των ςωματιδίων και τθσ πυρθνικισ φυςικισ και θ ιδζα τθσ καταςκευισ ενόσ Laser ζμεινε παραμελθμζνθ παρόλο που όχι μόνο θ αρχι λειτουργίασ των Laser ιταν γνωςτι αλλά και θ τεχνολογία τθσ καταςκευισ τουσ ιταν απλοφςτατθ. Είναι πολφ πικανόν κάποιοσ που ζκανε πειράματα με ςωλινεσ αίγλθσ παλαιότερα, να δθμιοφργθςε ςυνκικεσ ενίςχυςθσ φωτόσ. Δεν παρατιρθςε όμωσ ακτινοβολία Laser είτε από ζλλειψθ οπτικοφ αντθχείου, που κα μετζτρεπε τον ενιςχυτι φωτόσ, ςε ταλαντωτι-πθγι φωτόσ, είτε γιατί τα πειράματα αυτά ζγιναν ςε γυάλινουσ ςωλινεσ που είναι ςκοτεινοί ςτο υπζρυκρο, περιοχι όπου ςυναντάμε τα πιο ιςχυρά Laser αερίων. Σο 1960 τελικά ζγινε ζνα πολφ ςθμαντικό πείραμα ςτα εργαςτιρια Hughes Aircraft Corporation ςτθν Καλιφόρνια, που κατζλθξε ςτθν καταςκευι του πρϊτου Laser. Σο πείραμα αυτό ιταν πάρα πολφ απλό. Ζνασ ςυνκετικόσ κρφςταλλοσ Ruby (ρουμπινιοφ), μικουσ 2cm και διαμζτρου 9mm με γυαλιςμζνεσ οπτικά τισ δφο ζδρεσ του και επιςτρωμζνεσ με άργυρο, τοποκετικθκε μζςα ςε ζνα ελικοειδι ςωλινα φλάσ. Όταν το φλασ τζκθκε ςε λειτουργία, λοφηοντασ τον κρφςταλλο με πολυχρωματικό φωσ, μία πολφ λεπτι ακτίνα από κόκκινο μονοχρωματικό φωσ, βγικε από το ζνα άκρο του κρυςτάλλου. Αυτι ιταν θ πρϊτθ επιτυχισ λειτουργία ενόσ Laser, του πρϊτου από μία ςειρά εντυπωςιακϊν ςυςκευϊν με μοναδικζσ ιδιότθτεσ, που μεταμόρφωςαν ι δθμιουργοφςαν ολόκλθρεσ περιοχζσ ζρευνασ και τεχνολογίασ. Σο πρϊτο αυτό RYBE Laser φαίνεται ςτο ςχιμα

15 χιμα 2.1. Σο RYBE Laser που αναπτφχκθκε ςτα εργαςτιρια Hughes Aircraft Corporation ςτθν Καλιφόρνια. Σο πόςο ςθμαντικι ιταν θ ανακάλυψθ αυτι του RYBE Laser από τον T.H.Maiman, φαίνεται και από το γεγονόσ ότι μζςα ςτα επόμενα 10 χρόνια εμφανίςτθκαν 5000 δθμοςιεφςεισ πάνω ςε κζματα ανάπτυξθσ ςυςτθμάτων Laser ςτον διεκνι επιςτθμονικό τφπο. Σα ζξοδα για ζρευνα ςτον ίδιο τομζα, ςτθν ίδια χρονικι περίοδο, ξεπζραςαν τα 500 εκατομμφρια λίρεσ Αγγλίασ. Θ επιβράβευςθ όλων αυτϊν που αςχολικθκαν με τθν καταςκευι του Laser ιρκε το 1969 όταν τρεισ πρωτοπόροι C.H.Townes ςτισ Θνωμζνεσ πολιτείεσ και οι A.M.Prokhorov και N.Basov ςτθν οβιετικι Ζνωςθ μοιράςτθκαν το βραβείο Nobel φυςικισ. 2.2 Αρχι Λειτουργίασ Δεν κα μποφμε ςε λεπτομζρειεσ του τρόπου δθμιουργίασ του Laser. Αρκεί ίςωσ να γνωρίηουμε ότι θ ακτινοβολία, μετά τθν παραγωγι τθσ, περνάει μζςα από ςωλινεσ γεμάτουσ με κάποιο «υλικό ενίςχυςθσ» και αυξάνει τθν ιςχφ τθσ. Ειδικοί κακρζπτεσ φροντίηουν ϊςτε το μεγαλφτερο ποςοςτό τθσ ακτινοβολίασ να κάνει επανειλθμμζνα τθν ίδια διαδρομι, κερδίηοντασ κάκε φορά περιςςότερο ςε ιςχφ. Ζνα μζροσ τθσ ακτινοβολίασ που πθγαινοζρχεται μζςα ςτουσ ςωλινεσ αφινεται να περάςει από μικρι οπι διαφάνειασ που βρίςκεται ςτο κζντρο του κατόπτρου και δθμιουργεί τθν τελικι υψθλισ ενζργειασ ακτίνα Laser.Αυτι θ εξαιρετικά ιςχυρι ακτίνα, εςτιαςμζνθ από ςφςτθμα κατόπτρων και φακϊν, και υποβοθκοφμενθ από τθν μεγάλθσ ταχφτθτασ ροι κάποιων αερίων, προςβάλλει και λιϊνει το υλικό που κζλουμε να κόψουμε. το ςχιμα 2.2 είναι ζνα ςχεδιάγραμμα με ςφςτθμα παραγωγισ ακτίνων Laser. Θ πορεία τθσ ακτίνασ ξεκινάει από τθ κζςθ 1 όπου θ διζργεςθ του Διοξειδίου του Άνκρακα παράγει μονοχρωματικό φωσ. τθν ςυνζχεια το μονοχρωματικό φωσ αναμιγνφεται από τον Αποπολωτι ςτθ κζςθ 2 και οδθγείται από τα Σθλεςκόπια των κζςεων 3 και 4 ςτουσ Κακρζπτεσ Εκτροπισ Δζςμθσ 15

16 των κζςεων 5. τθ κζςθ 6 είναι ο Φακόσ Εςτίαςθσ που οδθγεί τθν λεπτι δζςμθ Laser ςτθ κζςθ 7 και τθν Κεφαλιν Κοπισ, όπου ςτθν άκρθ τθσ κεφαλισ βρίςκεται το Ακροφφςιο (Μπεκ), κζςθ 8,και οδθγεί τθν δζςμθ ςτο Φφλλο Τλικοφ που Μορφοποιείτε, κζςθ 9. χιμα 2.1 χεδιάγραμμα υςτιματοσ Παραγωγισ Ακτίνασ LASER. Σο ςφςτθμα εςτίαςθσ (κζςθ 6) αποτελείται είτε από φακό ςελθνιοφχου ψευδαργφρου ι από παραβολικό κάτοπτρο που εςτιάηει τθν ακτίνα Laser ςε ζνα ςθμείο. το παρακάτω ςχιμα 2.3 απεικονίηεται θ περίπτωςθ εςτίαςθσ με φακό. το ςθμείο εςτίαςθσ επιτυγχάνεται πυκνότθτα ιςχφοσ μεγαλφτερθ από 500KW/cm 2, ανάλογα βζβαια με τθν ιςχφ τθσ πθγισ. Με τον όρο Εςτιακι Απόςταςθ εννοοφμε τθν απόςταςθ ανάμεςα ςτθν Εςτία και τα οπτικά εςτίαςθσ. Θ Εςτία ρυκμίηεται πάνω από τθν επιφάνεια του φφλλου που κα κόψουμε, επάνω ςε αυτιν ι κάτω από αυτιν μζςα ςτθν μάηα του φφλλου που κζλουμε να κόψουμε, ανάλογα με τισ απαιτιςεισ του υλικοφ. Θ υψθλι πυκνότθτα ιςχφοσ κερμαίνει πολφ γριγορα το υλικό, το λιϊνει και μερικά ι ολικά το εξατμίηει. Σο αζριο που εκτοξεφεται από το ακροφφςιο απομακρφνει τθν τθγμζνθ μάηα υλικοφ από το αυλάκι κοπισ και επθρεάηει τθν ποιότθτα κοπισ, τθν ιςχφ του Laser και τθ ςυνολικι παραγωγικότθτα. Σα αζρια αυτά χρθςιμοποιοφνται είτε ςε φιάλεσ είτε ςε ςυςτοιχίεσ 16

17 φιαλϊν ι ςε δεξαμενζσ υγροφ για μεγάλεσ καταναλϊςεισ. Για το άηωτο, που είναι το πιο κοινό αζριο για τθν κοπι ανοξείδωτου χάλυβα, απαιτείται ςφςτθμα υψθλισ πίεςθσ και υψθλισ παροχισ. Τπάρχουν δφο τρόποι προμικειασ αυτϊν των ςυςτθμάτων : είτε δεξαμενζσ υγροφ υψθλισ πίεςθσ, ι ςυμβατικζσ δεξαμενζσ με ςυμπιεςτι αηϊτου, που παρζχουν τθν αδιάκοπθ παροχι του Laser με άηωτο. Θ μθχανι κινεί τθν κεφαλι κοπισ πάνω από το φφλλο του μετάλλου ςφμφωνα με το προγραμματιςμζνο ςχζδιο, και κόβει το αντικείμενο που κζλουμε από το φφλλο του υλικοφ. χιμα 2.3 Εςτιακι απόςταςθ, δθλαδι απόςταςθ φακοφ με τθν εςτία. 2.3 Μζκοδοι Κοπισ με Laser Οι μζκοδοι κοπισ διαφζρουν και εξαρτϊνται από το υλικό που πρζπει να κόψουμε: A) Κοπι Σιξθσ (Κοπι υψθλισ πίεςθσ) Σο υλικό τικεται από τθν ενζργεια τθσ ακτίνασ Laser. Σο αζριο, ςε αυτιν τθν περίπτωςθ Άηωτο ςε υψθλι πίεςθ (10 ζωσ 20 bar), χρθςιμοποιείται για να απομακρφνει το τθγμζνο υλικό από το αυλάκι κοπισ. Σο αζριο παράλλθλα προςτατεφει και τα οπτικά εςτίαςθσ από πιτςιλίςματα λιωμζνου υλικοφ. Αυτι θ μζκοδοσ κοπισ προςτατεφει τθν επιφάνεια κοπισ από οξείδωςθ και χρθςιμοποιείται κυρίωσ για ανοξείδωτο χάλυβα, αλουμίνιο και τα κράματά τουσ. B) Κοπι Οξείδωςθσ (Κοπι με πυρςό Laser) Σο υλικό κερμαίνεται μζχρι τθσ κερμοκραςίασ ανάφλεξθσ. Σο αζριο, ςε αυτιν τθν περίπτωςθ Οξυγόνο ςε μεςαία πίεςθ (0,4 ζωσ 5 bar) χρθςιμοποιείται για να οξειδϊςει το υλικό και να απομακρφνει τα οξείδια ζξω από το αυλάκι κοπισ. Σο αζριο παράλλθλα προςτατεφει και τα οπτικά εςτίαςθσ από πιτςιλίςματα λιωμζνου υλικοφ. Θ εξωκερμικι αντίδραςθ του Οξυγόνου με το υλικό παρζχει το μεγαλφτερο ποςοςτό τθσ απαιτοφμενθσ ενζργειασ για τθν διαδικαςία κοπισ. Είναι δθλαδι καφςθ του υλικοφ, και από τθν κερμότθτα που παράγεται ςτθν καφςθ λιϊνει το υλικό. Αυτι θ μζκοδοσ είναι θ ταχφτερθ από όλεσ και χρθςιμοποιείται ςτθν οικονομικι κοπι των ανκρακοφχων χαλφβων. 17

18 2.4 Παράμετροι που επθρεάηουν τθν Κοπι Laser Η Ιςχφσ του Laser Θ Λςχφσ του Laser πρζπει να προςαρμόηεται ςτον τφπο και το πάχοσ του αντικειμζνου που δουλεφουμε. Θ μείωςθ τθσ ιςχφοσ μπορεί να είναι αναγκαία για να πετφχουμε μεγάλθ ακρίβεια όταν κόβουμε πολφπλοκα ςχιματα ι πολφ μικρά κομμάτια. Αντικζτωσ, ιςχφσ Laser τουλάχιςτον 1000 W είναι απαραίτθτθ για να κόψουμε φφλλο ανκρακοφχου χάλυβα παχφτερο από 8mm Η υχνότθτα των Παλμϊν Όπωσ ςυμβαίνει και με τθν ιςχφ, ζτςι και θ ςυχνότθτα των παλμϊν πρζπει να ταιριάηει με τθν ειδικι κάκε φορά εργαςία κοπισ. Για παράδειγμα, ςυνιςτάται θ κοπι των μικρϊν ςχθμάτων να γίνεται με μειωμζνθ ςυχνότθτα παλμϊν. Θ ςυχνότθτα παλμϊν μειϊνεται όταν κάνουμε διάτρθςθ. Θ διάτρθςθ μπορεί να γίνει με πλιρθ ιςχφ ι ςιγά-ςιγά χρθςιμοποιϊντασ τθν «τεχνικι τθσ ράμπασ» (Ramp Mode). Με αυτι τθν μζκοδο θ ιςχφσ του Laser αυξάνει ςιγά-ςιγά, διατθρείται ςτακερι μζχρι να ολοκλθρωκεί θ διάτρθςθ, και μετά βακμιαία ξαναπζφτει Σφποσ του Αερίου Κοπισ Ο τφποσ του αερίου και οι απαιτιςεισ τθσ ποιότθτασ κοπισ είναι παράγοντεσ αποφαςιςτικοί για τον τφπο του αερίου που κα χρθςιμοποιθκεί. Εφφλεκτα υλικά, όπωσ το ξφλο, δεν μποροφν π.χ., να κοποφν με οξυγόνο, αφοφ το κομμάτι που κόβουμε κα ζπιανε φωτιά. Σο Οξυγόνο κα ζπρεπε να χρθςιμοποιείται μόνο ςε μεταλλικά κομμάτια με επιφάνεια κοπισ απαλλαγμζνθ από οξείδια. Σο Οξυγόνο δθμιουργεί μία λεπτι επιφάνεια οξείδωςθσ κατά τθν εξϊκερμθ καφςθ του υλικοφ. Όταν κόβουμε μεταλλικά αντικείμενα με πυρςό Laser (B' Μζκοδοσ Κοπισ Κοπι Οξείδωςθσ), θ ποιότθτα του Οξυγόνου που χρθςιμοποιείται είναι αποφαςιςτικόσ παράγοντασ για τθν ποιότθτα κοπισ. Μχνθ υγραςίασ ι αηϊτου οδθγοφν ςτθν δθμιουργία γρεηιοφ. Αυτι θ μόλυνςθ του αερίου με ξζνεσ ουςίεσ μπορεί να γίνει κατά τθν αντικατάςταςθ τθσ φιάλθσ και τθν ςφνδεςθ με όχι απόλυτα κακαρζσ φιάλεσ. Γι αυτό κα ιταν καλφτερα, όπου είναι δυνατόν, να χρθςιμοποιοφμε Οξυγόνο από δεξαμενι και όχι από φιάλθ. υνιςτϊμενθ κακαρότθτα του Οξυγόνου: 99,95%.Όταν χρθςιμοποιείται οξυγόνο κακαρότθτασ 99,5% θ ταχφτθτα κοπισ μειϊνεται κατά περίπου 10%. Θ ποιότθτα του Αηϊτου ωσ αερίου κοπισ είναι επίςθσ πολφ ςθμαντικι για τθν κοπι ανοξείδωτου χάλυβα με υψθλι πίεςθ. Ακόμα και ελάχιςτα ίχνθ οξυγόνου μποροφν να οδθγιςουν ςτον ςχθματιςμό ενόσ λεπτοφ ςτρϊματοσ οξειδίου Η Πίεςθ του Αερίου Κοπισ Σο πάχοσ του φφλλου του υλικοφ που δουλεφουμε πρζπει να ταιριάηει με τθν πίεςθ του αερίου. Όταν κόβουμε με πυρςό (B' μζκοδοσ κοπισ), τα λεπτά μεταλλικά κομμάτια κόβονται με υψθλότερθ πίεςθ αερίου απϋ ότι τα χοντρά. Θ πίεςθ του αερίου πρζπει να ρυκμίηεται πολφ προςεκτικά, γιατί ακόμα και ελάχιςτεσ αλλαγζσ ςτθν πίεςθ του οξυγόνου επθρεάηουν τθν ποιότθτα κοπισ. Αν θ πίεςθ είναι πολφ χαμθλι, τα υγρά προϊόντα τθσ οξείδωςθσ παραμζνουν ςτθ βάςθ του υλικοφ που κόβουμε δθμιουργϊντασ μόνιμο γρζηι που μερικζσ φορζσ ξανακλείνει το αυλάκι κοπισ. Αν θ πίεςθ είναι υπερβολικά υψθλι οι κάτω άκρεσ τθσ κοπισ καίγονται και τισ περιςςότερεσ φορζσ θ εργαςία αχρθςτεφεται. 18

19 2.4.5 Διάμετροσ και Σφποσ του Ακροφυςίου (beck) Θ επιλογι του ςωςτοφ ακροφφςιου για τθν εκπομπι του αερίου ςτθ κοπι είναι πολφ ςθμαντικι (χιμα 2.2 κζςθ 8). Για παράδειγμα, ςτθν κοπι υψθλότερθσ πίεςθσ χρθςιμοποιοφνται ακροφφςια με μεγαλφτερο ςτόμιο απ' ότι ςτθν κανονικι κοπι. Παραμορφωμζνο ςτόμιο, π.χ. ςχιματοσ ωοειδοφσ μετά από κάποια ςφγκρουςθ, ζχει το ίδιο αποτζλεςμα με μία κακά εςτιαςμζνθ ζκκεντρθ ακτίνα Laser, δθλαδι κοπι που ζχει λάκθ κατευκυντικότθτασ. Αν το ακροφφςιο είναι λίγο μεγαλφτερο, θ κοπι καταναλϊνει περιςςότερο αζριο, αλλά θ ποιότθτά τθσ δεν επθρεάηεται αρνθτικά ςε αιςκθτό βακμό. Αν το ακροφφςιο είναι πολφ μικρό, θ κοπι δεν είναι κακαρι και τα υγρά οξείδια κολλάνε ςτθν κάτω άκρθ τθσ επιφάνειασ κοπισ. ε ακραίεσ περιπτϊςεισ θ κοπι δεν ολοκλθρϊνεται και τα αντικείμενα παραμζνουν ενωμζνα με τθ λαμαρίνα Απόςταςθ μεταξφ του Ακροφυςίου Κοπισ και τθσ Επιφάνειασ του Τλικοφ που Κόβουμε Θ απόςταςθ του ακροφφςιου από τθν επιφάνεια του φφλλου που κόβουμε διατθρείται ςτθν προγραμματιςμζνθ τιμι με κάποιο ςφςτθμα ελζγχου του φψουσ χωρίσ να ζρχεται ςε επαφι με το κομμάτι που δουλεφουμε. Θ απόςταςθ αυτι είναι πολφ ςθμαντικι για τθν ποιότθτα κοπισ όταν κόβουμε με Laser. Κατ' αρχιν, όςο μικρότερθ είναι, τόςο καλφτερα τα ποιοτικά αποτελζςματα κοπισ. Όμωσ, για λόγουσ αςφαλείασ των εργαλείων, μία ελάχιςτθ απόςταςθ, περίπου 0,65 mm, είναι ςυνετό να τθρείται. Όταν ξετρυπάμε, θ απόςταςθ αυτι ορίηεται να είναι ίςθ ι μεγαλφτερθ με αυτιν και εξαρτάται από το πάχοσ του φφλλου και τον τρόπο που κάνουμε τθ διάτρθςθ Εςτιακι Απόςταςθ των Οπτικϊν Εςτίαςθσ Σα Οπτικά εςτίαςθσ τθσ Ακτίνασ Laser: Φακόσ ςελθνιοφχου ψευδαργφρου ι παραβολικό κάτοπτρο Σα οπτικά εςτίαςθσ εςτιάηουν τθν ακτίνα ςε ζνα μόνο ςθμείο περνϊντασ από το ςτόμιο του ακροφφςιου. Αυτι θ εςτίαςθ γίνεται είτε με φακό ςελθνιοφχου ψευδαργφρου ι με παραβολικό κάτοπτρο. 1= Ακτίνα Laser, 2=Φακόσ Εςτίαςθσ, 3=Είςοδοσ Βοθκθτικοφ Αερίου, 4=Κεφαλι Κοπισ(μπεκ), 5=Κατεφκυνςθ Κοπισ, 6=Επιφάνεια Κοπισ, 7=Κάκετθ Σομι Φφλλου Εργαςίασ, 8=τρϊμα Σιξθσ, 9=Απομάκρυνςθ Σθγμζνθσ Μάηασ χιμα 2.4. Κοπι με laser 19

20 Ο φακόσ εςτίαςθσ πρζπει να διατθρείται κακαρόσ. Οποιαδιποτε ρφπανςι του ςυμβάλλει ςτθν αφξθςθ τθσ κερμοκραςίασ του, αφοφ απορροφάται μεγαλφτερο ποςοςτό τθσ ακτινοβολίασ του Laser, με αποτζλεςμα τθν παραμόρφωςι του. Αν ςυμβεί αυτό θ εςτία ανεβαίνει ψθλότερα. Πολφ μεγάλθ ρφπανςθ οδθγεί ςτθν καταςτροφι του φακοφ. Οποιαδιποτε παραμόρφωςθ του φακοφ ζχει αποτζλεςμα να ςχθματίηεται γρζηι και να αυξάνει ο βακμόσ ανωμαλίασ (θ αγριάδα ) ςτισ επιφάνειεσ κοπισ. τον ανκρακοφχο χάλυβα δθμιουργείται το φαινόμενο τθσ δθμιουργίασ μικροκρατιρων μζςα ςτθ μάηα του μετάλλου δθμιουργοφνται ςθμεία τιξθσ και αεριοποίθςθσ του υλικοφ, οπότε θ ποςότθτα του αεριοποιθμζνου υλικοφ ςκάει προσ τα επάνω, το υλικό που βρίςκεται δίπλα ςτο ςθμείο που δθμιουργικθκε το κενό ρζει για να το γεμίςει, και δθμιουργείται μικρόσ κρατιρασ που ςτερεοποιείται και παραμζνει όταν θ λαμαρίνα κρυϊςει. Για τισ εςτιακζσ αποςτάςεισ ςυνικωσ για τθν κοπι χρθςιμοποιοφνται οπτικά ςυςτιματα με εςτιακι απόςταςθ 12,7 και 19 mm. Σα ςυςτιματα με εςτία ςτα 12,7 mm χρθςιμοποιοφνται για κοπι λεπτϊν υλικϊν. Για παχφτερα υλικά χρθςιμοποιοφνται οπτικά με εςτιακι απόςταςθ ςτα 19 mm. Θ μικρότερθ εςτιακι απόςταςθ ςτα λεπτά υλικά ζχει αποτζλεςμα ςτενότερο αυλάκι κοπισ και μεγαλφτερθ ςυγκζντρωςθ ιςχφοσ για τθν ίδια ιςχφ τθσ γεννιτριασ Laser. αν ςυνζπεια, οι ταχφτθτεσ που μποροφμε να κόψουμε με τα οπτικά των 12,7 mm είναι ελαφρά μεγαλφτερεσ για το ίδιο πάχοσ υλικοφ και ιςχφ τθσ γεννιτριασ. Αν κόβουμε κυρίωσ λεπτά υλικά, τα οπτικά με εςτιακι απόςταςθ 12,7 mm ςυνιςτϊνται, γιατί είναι πιο οικονομικά. Σα οπτικά των 19 mm ζχουν το πλεονζκτθμα του μεγαλφτερου βάκουσ εςτίασ, δθλαδι δυνατότθτασ για να κόβουμε μεγαλφτερα πάχθ. Αυτά τα οπτικά μποροφν να χρθςιμοποιθκοφν γενικά για μεγάλο εφροσ παχϊν, αλλά χρθςιμοποιοφνται κυρίωσ για υλικά παχφτερα Η κζςθ τθσ Εςτίασ ςε ςχζςθ με το Τλικό Θ ακριβισ τοποκζτθςθ τθσ εςτιακισ απόςταςθσ, ςχιμα 2.5, είναι ςθμαντικι προχπόκεςθ για καλά αποτελζςματα κοπισ. Χονδρικά ιςχφουν τα παρακάτω για τθν κοπι οξείδωςθσ ανκρακοφχου χάλυβα: α) Για πάχοσ φφλλου μζχρι 6mm θ καλφτερθ εςτίαςθ γίνεται ςτθν επιφάνεια του υλικοφ που κα κόψουμε (f=0). β) Για πάχοσ φφλλου πάνω από 8mm, θ καλφτερθ εςτίαςθ γίνεται πάνω από τθν επιφάνεια του υλικοφ που κα κόψουμε (f>0). γ) Κοπι υψθλισ πίεςθσ ανοξείδωτου χάλυβα και αλουμινίου: Θ εςτία τοποκετείται μζςα ςτο φφλλο (f<0). χιμα 2.5 H Θζςθ τθσ Εςτίασ ςε χζςθ με το Τλικό. 20

21 Ζνασ πρόχειροσ κανόνασ είναι να τοποκετείται περίπου ςτα 2/3 του πάχουσ του φφλλου, μζςα ςε αυτό. υνεπϊσ, ςε κάκε αλλαγι δουλειάσ με διαφορετικοφ πάχουσ φφλλο, πρζπει να αλλάηουμε τθν κζςθ τθσ εςτίασ μασ Σο Κεντράριςμα τθσ Δζςμθσ ςε χζςθ με το Ακροφφςιο Ο φακόσ εςτίαςθσ πρζπει να ρυκμίηεται ζτςι ϊςτε θ εςτιαςμζνθ ακτίνα Laser να είναι ςτο κζντρο του ςτομίου του ακροφφςιου. Θ μζγιςτθ επιτρεπόμενθ απόκλιςθ από το κζντρο του ακροφφςιου είναι τθσ τάξθσ του μιςοφ εκατοςτοφ του χιλιοςτομζτρου (0,05 mm). Θ κατεφκυνςθ προσ τθν οποία βρίςκεται θ λάκοσ κεντραριςμζνθ δζςμθ Laser λζγεται Κατεφκυνςθ Εκκεντρικότθτασ, ςχιμα 2.6. χιμα 2.6 Κεντράριςμα τθσ Δζςμθσ ςε χζςθ με το Μπεκ 1) τόμιο Ακροφφςιου(μπεκ), 2) Δζςμθ Λζιηερ. Σο a είναι κεντραριςμζνο, τα b και c δεν είναι Αν όλεσ οι άλλεσ ρυκμίςεισ είναι ςωςτζσ αλλά θ δζςμθ Laser δεν είναι κεντραριςμζνθ, ζχουμε προβλιματα κατευκυντικότθτασ τθσ κοπισ. Αυτό ςθμαίνει πωσ θ κοπι είναι πολφ καλι προσ κάποια κατεφκυνςθ, αλλά προσ τισ άλλεσ κατευκφνςεισ είναι κακι, ςε ακραίεσ περιπτϊςεισ οφτε κάν ολοκλθρϊνεται και το αντικείμενο δεν αποςπάται από τθν λαμαρίνα. Όταν κάνουμε κοπι οξείδωςθσ ανκρακοφχου χάλυβα (Β' Μζκοδοσ Κοπισ, παράγραφοσ 2.4) δθμιουργοφνται ςπινκιρεσ ςτθν επιφάνεια του φφλλου εάν θ κοπι γίνεται αντίκετα ςτθν κατεφκυνςθ εκκεντρικότθτασ Η Σαχφτθτα Κοπισ Θ ταχφτθτα κοπισ πρζπει να αντιςτοιχεί ςτον τφπο και το πάχοσ του υλικοφ του αντικειμζνου τθσ δουλειάσ μασ. Μικρότερθ ι μεγαλφτερθ ταχφτθτα ζχουν ωσ αποτζλεςμα τθν αφξθςθ τθσ αγριάδασ τθσ επιφάνειασ κοπισ, δθμιουργία γρεηιοφ και μεγάλεσ γραμμζσ πάνω ςτθν επιφάνεια κοπισ, τισ γραμμζσ υςτζρθςθσ, κακϊσ ο πυρςόσ φεφγει από το ςθμείο κοπισ γρθγορότερα απ' ό,τι κα χρειαηόταν για να τθν ολοκλθρϊςει. 21

22 Οι Επιταχφνςεισ του υςτιματοσ Μία από τισ παραμζτρουσ που απαςχολοφςαν τουσ χειριςτζσ πολφ ςτο παρελκόν. Οι ςφγχρονοι μθχανιςμοί αυτόματου ελζγχου, τα CNC, αναλαμβάνουν πλζον τον ζλεγχο και ρυκμίηουν τθν επιτάχυνςθ αυτόματα, οπότε δεν μασ απαςχολεί πια Σο Τλικό Οι ιδιότθτεσ των μεταλλικϊν υλικϊν ζχουν αποφαςιςτικι επίδραςθ ςτο πόςο εφκολα μποροφμε να τα κόψουμε με Laser. Θ Κερμικι αγωγιμότθτα, θ κερμοχωρθτικότθτα και θ ανακλαςτικότθτα είναι τρεισ από αυτζσ. Αυτζσ οφείλονται ςτθν ςφνκεςθ των υλικϊν και τισ μεκόδουσ παραγωγισ τουσ. Λαμαρίνεσ ςιδιρου και χάλυβα: Οι ιδανικζσ για κοπι με Laser λαμαρίνεσ χάλυβα είναι ελεφκερεσ εςωτερικϊν τάςεων και με πολφ μικρζσ προςμίξεισ πυριτίου, φωςφόρου και άνκρακα. Σζτοιο υλικό μπορεί να κοπεί με μεγάλεσ ταχφτθτεσ και με ποιότθτα κοπισ πολφ καλι, επιφάνεια κοπισ κακαρι και χωρίσ γρζηι. Εάν θ λαμαρίνα ζχει μεγάλεσ προςμίξεισ άνκρακα δθμιουργείται ςτθν επιφάνεια κοπισ μία επιφανειακι ςκλιρυνςθ. Χάλυβασ με μεγάλεσ προςμίξεισ είναι δυςκολότερο να κοπεί από χάλυβα με μικρζσ προςμίξεισ Μθ ςιδθροφχα μζταλλα: Εξαιτίασ τθσ μεγάλθσ ανακλαςτικότθτασ και κερμικισ αγωγιμότθτασ, τα κράματα αλουμινίου κόβονται ςε πάχοσ μόνο περίπου το 30% του πάχουσ που κόβεται ο χάλυβασ. Θ ποιότθτα κοπισ εξαρτάται από τον τφπο του κράματοσ. υνικωσ βλζπουμε βελτίωςθ όταν αυξάνει το ποςοςτό των προςμίξεων. Ο χαλκόσ και ο ορείχαλκοσ κόβονται ςε περιοριςμζνο βακμό, εξαιτίασ τθσ μεγάλθσ ανακλαςτικότθτασ και κερμικισ αγωγιμότθτάσ τουσ. Σο μζγιςτο πάχοσ φφλλου ορείχαλκου που κόβεται είναι περίπου 2mm και για τον χαλκό το 1mm. Προςοχι: Οι χειριςτζσ πρζπει να φζρουν εξοπλιςμό προςταςίασ ενάντια ςτθν ανακλϊμενθ ακτινοβολία. Ο χρυςόσ και ο άργυροσ δεν μποροφν πρακτικά να κοποφν με ακτίνα Laser. Μθ μεταλλικά υλικά: Θ ςυμπεριφορά των μθ μεταλλικϊν υλικϊν ςτθν κοπι από Laser πρζπει να ελζγχεται ξεχωριςτά ςε κάκε ειδικι περίπτωςθ. Γενικά μποροφμε να ποφμε πωσ: Φυςικά οργανικά υλικά όπωσ το δζρμα, το ξφλο, το πεπιεςμζνο χαρτόνι και το χαρτί μποροφν να κοποφν με καλά αποτελζςματα, αλλά με ζναν ελαφρφ αποχρωματιςμό τθσ επιφάνειασ κοπισ οφειλόμενο ςτθν ενανκράκωςθ Οργανικά ςυνκετικά όπωσ το ακρυλικό (πλεξιγκλάσ/φάιμπερ γκλασ), το PVC και θ πολυουρεκάνθ μποροφν να κοποφν με καλά αποτελζςματα αλλά πρζπει να παίρνουμε ειδικά προφυλακτικά μζτρα για τθν παγίδευςθ και απαγωγι των επικίνδυνων για τθν υγεία καπναερίων που 22

23 παράγονται. Προςοχι: Σα ςυςτιματα ςυλλογισ και απαγωγισ των καπναερίων που είναι ςχεδιαςμζνα για τθν κοπι μετάλλων δεν επαρκοφν για τθν κοπι οργανικϊν ςυνκετικϊν υλικϊν. Ανόργανα υλικά όπωσ κρφςταλλο ι κεραμικά μποροφν να κοποφν αλλά πρζπει να πάρουμε ειδικζσ προφυλάξεισ για να μθν ραγίςουν από τθν τοπικι επενζργεια κερμότθτασ Η Επιφάνεια και το χιμα που Κόβουμε Γυαλιςτερζσ επιφάνειεσ, όπωσ για παράδειγμα τα φφλλα κακαροφ αλουμινίου, αντανακλοφν ζντονα τθν ακτίνα Laser και παρουςιάηουν, γι' αυτό το λόγο, φτωχά αποτελζςματα. Όταν κόβουμε με Laser, ςθμάδια και δίπλεσ ρολαρίςματοσ, ι ςφραγίδεσ και βουλιάγματα του φφλλου αντανακλοφν τισ ακτίνεσ Laser και τθν ροι του αερίου προσ τυχαίεσ κατευκφνςεισ. Αυτό είναι πιο ζντονο όταν δουλεφουμε μεγάλου πάχουσ λαμαρίνα και ζχει ωσ αποτζλεςμα επιφάνειεσ κοπισ με υπολείμματα και ταχφτθτα / απόδοςθ τθσ μθχανισ μειωμζνθ. Επικάλυψθ με ςπρζι και χρϊμα ι πλαςτικό φφλλο επθρεάηουν τα αποτελζςματα κοπισ. Σο ίδιο και θ μθ αποξειδωμζνθ επιφάνεια φφλλων λαμαρίνασ κερμισ ζλαςθσ. Αυτό γιατί τα ςωματίδια των οξειδίων, διαφόρων μεγεκϊν, που καλφπτουν τθ λαμαρίνα δεν επιτρζπουν ςτθν ακτίνα να προςβάλει κατ' ευκείαν τθν επιφάνεια. Σο αζριο κοπισ που περιβάλλει τθν ακτίνα υφίςταται και αυτό περίκλαςθ και απομακρφνεται προσ διάφορεσ κατευκφνςεισ. Τπολείμματα κόκκων άμμου ςε επιφάνειεσ που ζχουν κακαριςτεί με αμμοβολι εμποδίηουν τθν ακτίνα Laser και το ανϊμαλο πυραμιδοειδζσ ςχιμα τουσ διαχζει το αζριο κοπισ προσ όλεσ τισ κατευκφνςεισ. Επιπρόςκετα, θ άμμοσ περιζχει πυρίτιο που προκαλεί, και αυτό, προβλιματα όταν κόβουμε με Laser. Θ ανϊμαλθ επιφάνεια των ελαςμάτων που ζχουν δουλευτεί με κάποια τεχνικι λείανςθσ μπορεί επίςθσ να δυςκολζψει τθν ανεμπόδιςτθ ροι του αερίου προσ αυτιν. Μικρζσ ςτερεοποιθμζνεσ ςφαίρεσ από πιτςιλίςματα λιωμζνου υλικοφ κατά τθ διαδικαςία ξετρυπιματοσ ζχουν τθν τάςθ να κολλάνε ςτθν αμμοβολθμζνθ ι αλλιϊσ κατεργαςμζνθ επιφάνεια του ελάςματοσ και να προκαλοφν ανωμαλίεσ ςτθ διαδικαςία κοπισ ι, αν είναι λίγο μεγαλφτερα, όταν το ακροφφςιο ζρχεται ςε επαφι μαηί τουσ και θ διαδικαςία "κραςάρει". Αντίκετα, το λεπτό προςτατευτικό ςτρϊμα λαδιοφ που ςυχνά υπάρχει ςτθ λαμαρίνα δεν εμποδίηει τθ διαδικαςία κοπισ. Θ επίςτρωςθ με λάδι ζχει κετικά αποτελζςματα κατά τθ διαδικαςία τθσ διάτρθςθσ με το 100% τθσ ιςχφοσ του Laser, γιατί μειϊνεται ςθμαντικά θ ςυγκζντρωςθ πάνω ςτο φφλλο των πιτςιλιςμάτων του υλικοφ. Ανοξείδωτοσ χάλυβασ πάχουσ μζχρι 3,2 mm με επικάλυψθ πλαςτικισ μεμβράνθσ μπορεί να κοπεί χωρίσ γρζηι με τθν μζκοδο τθσ κοπισ υψθλισ πίεςθσ. Οι προχποκζςεισ είναι: Θ μεμβράνθ να είναι ςτθν επάνω επιφάνεια του ελάςματοσ Να είναι αυτοκόλλθτθ μεμβράνθ πολυαικυλενίου πάχουσ 100 μm Προςοχι: Όταν κόβουμε υλικό με επικάλυψθ πλαςτικισ μεμβράνθσ, παράγονται επικίνδυνα καπναζρια και πρζπει να εξαςφαλιςτεί τρόποσ ικανισ απαγωγισ τουσ. Σο γαλβανιςμζνοσ χάλυβασ μπορεί να κοπεί χωρίσ γρζηι μζχρι πάχουσ 3,2 mm ακολουκϊντασ τθν μζκοδο Τψθλισ Πίεςθσ. Οι προχποκζςεισ είναι: 23

24 το ςτρϊμα του γαλβανιοφ να ζχει αποτεκεί θλεκτρολυτικά πάχοσ ςτρϊματοσ 60 g/m 2 = περίπου 8 μm Μερικά ςχιματα που δουλεφουμε(ςχιμα 2.7), όπωσ μερικά με λεπτζσ γζφυρεσ, απότομεσ γωνίεσ ι μικρζσ οπζσ (όταν θ διάμετροσ είναι μικρότερθ από το πάχοσ του φφλλου) μερικζσ φορζσ παρουςιάηουν προβλιματα κατά τθν επεξεργαςία τουσ. Σζτοια γεωμετρικά προφίλ κόβονται με μειωμζνεσ τιμζσ κάποιων παραμζτρων: Μειωμζνθ ιςχφσ του Laser Μειωμζνθ ταχφτθτα κοπισ Μειωμζνθ ςυχνότθτα παλμϊν χιμα 2.7 Κοπι λεπτϊν γεωμετρικϊν προφίλ με μικρζσ οπζσ και γωνίεσ. Διαφορετικά υπάρχει κίνδυνοσ να δθμιουργθκεί υπερκζρμανςθ ςτο αντικείμενο που κόβουμε και τμιματα του ςχεδίου του να καοφν. 24

25 Σο Πάχοσ του Τλικοφ Όςο μεγαλϊνει το πάχοσ του υλικοφ, τόςο μεγαλϊνουν οι ανωμαλίεσ ςτθν επιφάνεια κοπισ μεταλλικϊν αντικειμζνων και τόςο μεγαλφτερθ είναι θ απαιτοφμενθ ιςχφσ του Laser. Όςο μεγαλϊνει το πάχοσ του υλικοφ οι ταχφτθτεσ κοπισ, με τθν ίδια ιςχφ τθσ γεννιτριασ Laser, μειϊνονται ςθμαντικά φςτθμα τιριξθσ τθσ Λαμαρίνασ ι του Φφλλου του Τλικοφ Όταν κόβουμε με τθν μζκοδο Τψθλισ Πίεςθσ, μπορεί να διακοπεί θ διαδικαςία κοπισ όταν κόβουμε πάνω από τισ δοκοφσ ςτιριξθσ του φφλλου που δουλεφουμε. Σθ ςτιγμι που ο πυρςόσ περνάει από ςθμεία που ςτθρίηεται το φφλλο μπορεί να δθμιουργθκοφν μικρζσ αυλακϊςεισ ςε μερικά ςθμεία ςτθν κάτω επιφάνεια. Θ κοπι μπορεί να προχωριςει και ςτα ςτθρίγματα του φφλλου εργαςίασ, και λιωμζνο υλικό από τα υποςτθρίγματα μπορεί να κολλιςει ςτο κάτω μζροσ του αντικειμζνου που κόβουμε. [3] 2.5 Πλεονεκτιματα-Μειονεκτιματα Κοπισ με Laser Θ τεχνολογία κοπισ με Laser παρουςιάηει τα ακόλουκα Πλεονεκτιματα: Τψθλι ακρίβεια. Κακϊσ θ χριςθ του αντίςτοιχου φακοφ εςτίαςθσ δθμιουργεί το ανάλογο πάχοσ ςτθ δζςμθ κοπισ και ςε ςυνδυαςμό με τθν τεχνολογία CNC είναι θ μοναδικι τεχνολογία που επιτρζπει κοπι ι χάραξθ πολφπλοκων ςχθμάτων. Εξαιρετικι ποιότθτα κοπισ. Μικρό πλάτοσ ίχνουσ κοπισ (Kerf). Μεγάλθ ταχφτθτα κοπισ. Πολφ μικρι ηϊνθ κερμικοφ φορτίου ςε ςφγκριςθ με άλλεσ τεχνικζσ Κερμικισ Κοπισ. Πολφ μικρι εφαρμογι κερμότθτασ, και αυτι πολφ κοντά ςτο ίχνοσ κοπισ, με αποτζλεςμα μικρότερθ παραμόρφωςθ του κομμζνου υλικοφ. Κοπι πολλϊν διαφορετικϊν τφπων υλικϊν. Κοπι και χάραξθ με το ίδιο εργαλείο. Δυνατότθτα κοπισ ςφνκετων γεωμετρικϊν ςχθμάτων, μικρϊν οπϊν και φρεηαριςτϊν κοπϊν. Καμία επαφι ανάμεςα ςτο υλικό και το εργαλείο διαμόρφωςισ του, επομζνωσ εφαρμογι μθδενικϊν δυνάμεων ςτο αντικείμενο που δουλεφουμε. 25

26 Εφκολοσ και άμεςοσ ζλεγχοσ τθσ ιςχφοσ του Laser ςε πλατφ φάςμα (1-100%) που κάνει δυνατι τθν μείωςθ τθσ ιςχφοσ όταν κόβουμε απότομεσ και πολφ μικρζσ γωνίεσ. Σο επίςτρωμα οξειδίων ςτθν επιφάνεια κοπισ, όταν κόβουμε με πυρςό λζιηερ, είναι πολφ λεπτό και εφκολα αφαιροφμενο. Κοπι με Laser με υψθλισ πίεςθσ Άηωτο κάνει δυνατι κοπι ελεφκερθ οξειδϊςεων. Θ τεχνολογία κοπισ με Laser παρουςιάηει τα ακόλουκα Μειονεκτιματα : Ανακυμιάςεισ. Θ κοπι πλαςτικϊν υλικϊν παράγει τοξικοφσ καπνοφσ από το λιωμζνο υλικό και απαιτεί καλά αεριηόμενο περιβάλλον. Περιοριςμοί των υλικϊν κοπισ. Δεν κόβεται με Laser ο χαλκόσ και το αλουμίνιο γιατί αντανακλοφν πολφ φωσ και ζχουν μεγάλο πάχοσ. Επίςθσ εφκραυςτα και διαφανι υλικά όπωσ το γυαλί και το κρφςταλλο. Απαιτείται υψθλι ενζργεια για τθν λειτουργία του Laser. Ρυκμόσ Παραγωγισ. Ενϊ θ κοπι με Laser είναι μια γριγορθ διαδικαςία ο ρυκμόσ παραγωγισ εξαρτάται απο τον τφπο του Laser, το πάχοσ και το είδοσ του υλικοφ. 26

27 27

28 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο 3. Τδροκοπι και Κατεργαςία με Νερό (waterjet) 3.1 Ιςτορικά Ο Δρ Norman Franz κεωρείται ο πατζρασ τθσ υδροκοπισ. Ιταν το πρϊτο πρόςωπο που μελζτθςε τθ χριςθ φδατοσ ςε υπερβολικά υψθλζσ πιζςθσ Ultra Hydro Pressure (UHP), ωσ τζμνον εργαλείο. Ο όροσ UHP ορίηεται κάτι παραπάνω απο λίβρεσ άνα τετραγωνικι ίντςα (Pound per Square Inch-PSI). Ο ΔΡ Franz ιταν ζνασ μθχανικόσ δαςονομίασ, που κζλθςε να βρεί νζουσ τρόπουσ για να τεμαχίςει κορμοφσ δζντρων με μεγάλο πάχοσ. τθ δεκαετία του ϋ50, ο Δρ Franz χρθςιμοποίθςε μεγάλο βάροσ επάνω ςτισ ςτιλεσ του φδατοσ οδθγϊντασ το νερό μζςω ενϊσ μικροςκοπικοφ ςτομίου. Με αυτό τον τρόπο λάμβανε ςφντομεσ εκριξεισ πολφ υψθλϊν πιζςεων, που πολλζσ φορζσ ιταν υψθλότερεσ από τισ ςθμερινζσ πιζςεισ λειτουργίασ και ιταν ςε κζςθ να κόψει το ξφλο και άλλα υλικά (ςχιμα 3.1). Οι ζρευνεσ του ςυνεχίςτθκαν προςπακϊντασ να αντιμετωπίςει τα προβλιματα ςτθν ςυνεχι λιψθ υψθλϊν πιζςεων και ςτθν διάρκεια ηωισ τθσ μθχανισ του. τθν πραγματικότθτα ο Δρ Franz ποτζ δεν κατάφερε να δθμιουργιςει μια ολοκλθρωμζνθ παραγωγικι εργαλειομθχανι, ωςτόςο απζδειξε ότι μία ακτίνα φδατοσ με πολφ υψθλι ταχφτθτα, ζχει μεγάλθ δφναμθ κοπισ. χιμα 3.1 Η πρϊτθ εργαλειομθχανι υδροκοπισ του Δρ Franz. Οι πρϊτεσ εμπορικζσ εφαρμογζσ τθσ υδροκοπισ ζγιναν ςτισ αρχζσ του 1970, και αφοροφςε τθν κοπι με κακαρι υδροκοπι κυματοειδοφσ χαρτονιοφ. Κακαρι υδροκοπι ιταν θ αρχικι μζκοδοσ κοπισ με νερό. Θ μεγαλφτερθ χριςθ τθσ ζγινε για τθν κοπι των προϊόντων χαρτιοφ, πλαςτικϊν, αφρϊν, υφαςμάτων, χαλιϊν, τφρφθσ, τροφίμων, εςωτερικϊν μερϊν του αυτοκινιτου κ.α. 28

29 3.2 Αρχι Λειτουργίασ Θ υδροκοπι είναι ταυτόχρονα μια απλι αλλά και ςφνκετθ διαδικαςία κοπισ. Με βαςικι διαδικαςία τθν ροι του νεροφ από μια αντλία και τθ δθμιουργία υψθλισ πίεςθσ ςτο νερό όπου μζςω των υδραυλικϊν ςωλθνϊςεων καταλιγει ςτο ςτόμια εκτόξευςθσ. Επίςθσ ςτθ διαδικαςία ενςωματϊνεται θ ςφνκετθ τεχνολογία υλικϊν και το ςχζδιο. Θ εργαλειομθχανι παράγει και ελζγχει νερό ςε πιζςεισ λίγο μεγαλφτερεσ από bar που απαιτεί υψθλι επιςτιμθ και τεχνολογία κακϊσ ςε αυτζσ τισ πιζςεισ μία διαρροι μπορεί να προκαλζςει μόνιμθ ηθμιά διάβρωςθσ ςτα εξαρτιματα τθσ μθχανισ. Πλζον ςτθν εποχι μασ οι καταςκευαςτζσ των εργαλειομθχανϊν υδροκοπισ ζχουν φροντίςει για τθν ςφνκετθ τεχνολογία υλικϊν και τθν εφαρμοςμζνθ μθχανικι των τζμνων-άκρων οπότε ο χριςτθσ χρειάηεται μόνο να είναι πεπειραμζνοσ ςτθ βαςικι λειτουργία τθσ υδροκοπισ. χιμα 3.2 Κφκλοσ Νεροφ ςτθν Τδροκοπι Οι αντλίεσ που χρθςιμοποιεί θ εργαλειομθχανι χωρίηονται ςτθν αντλία ενίςχυςθσ και ςτθν άμεςθ αντλία κίνθςθσ. Θ αντλίεσ είναι θ καρδιά τθσ εργαλειομθχανισ (ςχιμα 3.2 α φάςθ), γιατί δθμιουργοφν υψθλι πίεςθ ςτο νερό, μετζπειτα ο ςτακεροποιθτισ ( ςχιμα3.2 β φάςθ) δθμιουργεί ςτακερι τθν υψθλθ πίεςθ του νεροφ ϊςτε ςτθ ςυνζχεια ςτο ςτόμιο εκτόξευςθσ (ςχιμα 3.2 δ φάςθ) να μετατρζψει τθν υψθλι ςτακερι πίεςθ ςε μία υπερθχθτικι ακτίνα υδροκοπισ. Επίςθσ για τθν λειαντικι υδροκοπι ςτο ςχιμα 3.2 υπάρχει θ ςυςκευι παροχισ λειαντικϊν (γ φάςθ) μαηί με τον απαραίτθτο αποκυκευτικό χϊρο των κόκκων κ τθν αντλία κίνθςισ τουσ. Θ άμεςθ αντλία κίνθςθσ λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο με μία αντλία χαμθλισ πιζςεωσ ςτο πλυντιριο πίεςθσ. Είναι μια τριβάκμια αντλία (ςχιμα 3.3) που λειτουργεί με τθν 29

30 προχπόκεςθ ότι θ ςτάκμθ του νεροφ, που ελζγχεται μζςω τριϊν θλεκτροδίων άμεςα από θλεκτρονικι διάταξθ, βρίςκεται ςτο ςωςτό επίπεδο. Οι αντλίεσ αυτζσ μποροφν να παραδϊςουν μζγιςτθ ςυνεχι πίεςθ λειτουργίασ 10%-25% μικρότερθ από τθν ονομαςτικι τουσ τιμι ςτισ μονάδεσ των αντλιϊν ενίςχυςθσ. χιμα 3.3 Αμεςθ αντλία κίνθςθσ, μοντζλο JP-930 χιμα 3.4 Αντλία ενίςχυςθσ, μοντζλο 50i-S II ESL τθν αντλία ενίςχυςθσ (ςχιμα 3.4) υπάρχουν δφο κυκλϊματα υγροφ, το κφκλωμα του νεροφ και του υδραυλικοφ κυκλϊματοσ. Σο κφκλωμα του νεροφ αποτελείται από τα φίλτρα ςτθν είςοδο του νεροφ, τθν αντλία προϊκθςθσ, τον ενιςχυτι και τον ςτακεροποιθτι πίεςθσ. Ο 30

31 ςτακεροποιθτισ πίεςθσ είναι ζνα ςφςτθμα ρφκμιςθσ-ςτακεροποίθςθσ τθσ πίεςθσ ςε επίπεδα χαμθλότερα τθσ πίεςθσ ειςόδου. Σο νερό τθσ βρφςθσ φιλτράρεται με τθν είςοδο του ςτο ςφςτθμα φιλτραρίςματοσ, ςτθ ςυνζχεια πάει ςτθν ενιςχυτικι αντλία (ςχιμα 3.5) όπου θ πίεςθ του νεροφ από τα 6 bar ςυμπιζηεται ζωσ και 6000 bar. τθ ςυνζχεια μζςω τον υδραυλικϊν και πριν φτάςει το νερό ςτθν κοπτικι κεφαλι περνάει πρϊτα από τον ςτακεροποιθτι πίεςθσ. Ο ςτακεροποιθτισ πίεςθσ εξαςφαλίηει ότι το νερό εξζρχεται από τθν κεφαλι κοπισ ςυνεχϊσ και με ςτακερι πίεςθ. Χωρίσ το ςτακεροποιθτι το νερό κα είχε μεταβλθτι πίεςθ αφινοντασ ςθμάδια ςτο υλικό που κόβεται. Σο υδραυλικό κφκλωμα, για τθ δθμιουργία του νεροφ υψθλισ πίεςθσ, αποτελείται από ζναν θλεκτροκινθτιρα, τθν υδραυλικι αντλία, τθν δεξαμενι λαδιοφ, τθν πολλαπλι και το ζμβολο. Ζνα θλεκτρικό μοτζρ κινεί τθν υδραυλικι αντλία, που τραβά το λάδι από τθ δεξαμενι και το ςυμπιζηει ςτα 200 bar. Σο υπό πίεςθ λάδι διοχετεφεται ςτθν πολλαπλι διανομισ όπου οι βαλβίδεσ του ςυλλζκτθ αποςτζλλουν το υπό πίεςθ υδραυλικό λάδι ςτθ μία ι ςτθν άλλθ πλευρά του εμβόλου (ςχιμα 3.5 α φάςθ). Σο ειςερχόμενο λάδι πιζηει το ζμβολο (ςχιμα 3.5 β φάςθ) τθσ εμβολοφόρου παλινδρομικισ αντλίασ, με πίεςθ 200bar, ςτθν απζναντι πλευρά. Σο προωκοφμενο ζμβολο ςυμπίεςθσ του νεροφ (ςχιμα 3.5 γ φάςθ) ανεβάηει τθν πίεςθ του νεροφ ςτα 4000bar (ςχιμα 3.5 δ φάςθ). Ο ενιςχυτισ είναι μία παλινδρομικι αντλία που το ζμβολο παλινδρομεί δεξιά - αριςτερά, παρζχοντασ υψθλι πίεςθσ νερό από τθ μία πλευρά ςε κάκε παλινδρόμθςθ του εμβόλου. Κατά τθν διάρκεια τθσ ςυμπίεςθσ του νεροφ από τθ μία πλευρά, χαμθλισ πίεςθσ νερό γεμίηει τθν άλλθ πλευρά του ενιςχυτι (ςχιμα 3.5 ςτ φάςθ). Σο υδραυλικό λάδι, τθσ πλευρά που ςυμπίεςε το νερό, εξζρχεται από τον κάλαμο με το άνοιγμα τθσ κατάλλθλθσ βαλβίδασ και ςτθ ςυνζχεια ψφχεται κατά τθν διάρκεια τθσ επιςτροφισ του ςτθν δεξαμενι ςυγκζντρωςθσ ϊςτε να ςυμμετζχει ςτον επόμενο κφκλο λειτουργίασ του ενιςχυτι. χιμα 3.5 O Kφκλοσ του Nεροφ ςτθν αντλία ενίςχυςθσ τθν παραπάνω εν ςυντομία περιγραφι του κυκλϊματοσ του νεροφ παρατθροφμε ότι Πίεςθ=Δφναμθ/Παροχι, δθλαδι θ πίεςθ που δθμιουργείται ςτο νερό είναι αντιςτρόφωσ ανάλογθ με τθν παροχι του λαδιοφ. Εάν δφναμθ=20, παροχι=20 τότε θ πίεςθ είναι 1, δθλαδι άν κρατιςουμε ςτακερι τθ δφναμθ που αςκεί το ζμβολο και μειϊςουμε τθν παροχι του λαδιοφ τότε θ πίεςθ του νεροφ κα ανζβει. Για παράδειγμα αν μειϊςουμε τθν παροχι απο 20 ςε 1 τότε θ πίεςθ 31

32 ανεβαίνει απο 2 ςε 20. Επομζνωσ θ αναλογία ενδυνάμωςθσ που προςφζρει θ πίεςθ του λαδιοφ ςτθν πίεςθ του νεροφ είναι 20:1. Οι μονάδεσ υδροκοπισ ειναι ςχεδιαςμζνεσ για να ζχουν μεγάλθ διάρκεια ηωισ, ενϊ επίςθσ ζχουν ςχεδιαςτεί για να αποτυγχάνουν με αςφαλζσ τρόπο. Σα ςυςτιματα υδροκοπισ αποτυγχάνουν ςταδιακά και όχι ςτιγμιαία, κακϊσ οι ςυνδζςεισ και τα ςφραγιςμζνα μζρθ αρχίηουν ςιγά-ςιγά να διαρρζουν μζςω από ειδικά ςχεδιαςμζνεσ τρφπεσ. Ο χειριςτισ ι ο υπεφκυνοσ ςυντιρθςθσ μπορεί να κάνει ζναν περιοδικό ζλεγχο κάκε μια με δφο εβδομάδεσ ενϊ υπάρχουν και αιςκθτιρεσ τερματιςμοφ ςτθν μονάδα άντλθςθσ για τθν προςταςία από τθν φκορά τθσ αντλίασ. Θ αντιμετϊπιςθ προβλθμάτων ενόσ ενιςχυτι είναι αρκετά απλι, κακϊσ θ διαρροι ηεςτοφ νεροφ δθλϊνει διαρροι υψθλισ πίεςθσ ενϊ κρφο νερό υποδεικνφει χαμθλισ πίεςθσ. Μόλισ θ αντλία υψθλισ πίεςθσ ζχει δθμιουργιςει τθν πίεςθ του νεροφ, υψθλισ πίεςθσ υδρυλικά μεταφζρουν το νερό ςτθν κοπτικι κεφαλι. Εκτόσ από τθν μεταφορά του νεροφ υψθλισ πίεςθσ τα υδραυλικά παρζχουν ελεφκερθ κυκλοφορία ςτθν κοπτικι κεφαλι. Ο πιό κοινόσ τφποσ τθσ υψθλισ πίεςθσ υδραυλικϊν είναι ειδικι ςωλινα από ανοξείδωτο χάλυβα. Θ ςωλινωςθ ζχει διάφορα μεγζκθ για διαφορετικοφσ ςκοποφσ. 1/4 ιντςασ χάλυβα ςωλινα : επειδι είναι εφκαμπτθ αυτι θ ςωλινωςθ χρθςιμοποιείται χαρακτθριςτθκά ςτο εξοπλιςμό κινιςεων. Δεν χρθςιμοποιείται για να μεταφζρει υψθλισ πίεςθσ νερό ςε μεγάλεσ αποςτάςεισ ( για παράδειγμα απο τθν αντλία ςτθ βάςθ του εξοπλιςμοφ κινθςθσ). ε μεγάλα μικθ από 10m-20m χρθςιμοποιοφνται για τθν κίνθςθ ςτουσ άξονεσ x y z και ονομάηεται υψθλισ πίεςθσ μαςτίγιο, που μπορεί να καμκεί λόγω τθσ ελικοειδοφσ μορφισ του. 3/8 ίντςασ χάλυβα ςωλινα : τυπικά αυτι θ ςωλινωςθ χρθςιμοποιείτε για να παραδϊςει το νερό από τθν αντλία ςτθ βάςθ του εξοπλιςμοφ κίνθςθσ, ενϊ μπορεί κα να καμκεί. 9/16 ίντςασ χάλυβα ςωλινα : αυτι θ ςωλινωςθ χρθςιμοποιείται ςτθ μεταφορά νεροφ υψθλισ πίεςθσ ςε μεγάλεσ αποςτάςεισ. ε πολφ μεγάλεσ αντλίεσ θ ςωλινωςθ αυτι είναι ιδιαίτερα ευεργετικι κακϊσ θ μεγάλθ εςωτερικι διάμετροσ μειϊνει τθν απϊλεια πίεςθσ. Αυτι θ ςωλινωςθ δεν κάμπτεται. χιμα 3.6 Εξαρτιματα ςυναρμολόγθςθσ χιμα 3.7 τροφζασ Εκτόσ απο τθ ςωλινωςθ για τθν μεταφορά του νεροφ απαιτοφνται κι άλλα εξαρτιματα ςυναρμολόγθςθσ (χιμα 3.6) όπωσ τα Σ(ταφ ), οι ευκείσ ςφνδεςμοι, οι γωνίεσ, οι αποκλιςμζνεσ 32

33 βαλβίδεσ και οι ςυνδζςεισ με ελευκερία κίνθςθσ ςτθν περιςτροφι που ονομάηονται ςτροφείσ(ςχιμα 3.7), που ζχουν διαφορετικι μορφι για κάκε τφπο μετακίνθςθσ. Οι ςτροφείσ είναι τα πάςθσ φφςεωσ ρακόρ τα οποία όμωσ για τισ υψθλζσ πιζςεισ τθσ υδροκοπισ ζχουν ιδιαίτερθ διαμόρφωςθ. 3.3 Κακαρι Τδροκοπι Κακαρι υδροκοπι είναι θ αρχικι μζκοδοσ κοπισ με νερό. Θ μεγαλφτερθ χριςθ τθσ ζγινε για τθν κοπι των προϊόντων χαρτιοφ, ςφράγιςθ υλικά, πλαςτικά, αφροί, υφάςματα, χαλιά, τφρφθ, τρόφιμα, τα εςωτερικά μζρθ του αυτοκινιτου κ.α. γιατί δθμιουργεί τθν λιγότερθ υγραςία ςτο υλικό, το κόψιμό είναι εξαιρετικά ακριβισ και επιτρζπει τθν κοπι των λεπτϊν περιγραμμάτων κακωσ και οξείεσ γωνίεσ. χιμα 3.8 Κακαρι υδροκοπι (μοντζλο Cobra5120) Σα χαρακτθριςτθκά τθσ κακαρισ υδροκοπισ είναι : Θ λεπτι ακτίνα κοπισ (0,004 εωσ τθσ ίντασ διάμετρο) Εξαιρετικά λεπτομερείσ γεωμετρία Πολφ μικρι απϊλεια υλικοφ κατά τθν κοπι Κοπι χωρίσ κερμότθτα Μεγάλθ διάμετρο κοπισ ςτο κατεργαηόμενο υλικό Μικρι διάμετρο κοπισ ςτο κατεργαηόμενο υλικό 33

34 υνικωσ κόβει πολφ γριγορα Κοπι ςε ελαφριά και μαλακά υλικά Εξαιρετικά χαμθλζσ δυνάμεισ κοπισ Απλι ςτερζωςθ 24ωρθ λειτουργία τθν υδροκοπι θ διαδικαςία αφαίρεςθσ υλικοφ μπορεί να περιγραφεί ωσ μια υπερθχθτικι διαδικαςία διάβρωςθσ. Θ πίεςθ και θ ταχφτθτα είναι δφο ευδιάκριτεσ μορφζσ ενζργειασ, όπου θ πίεςθ του νεροφ τθσ αντλίασ μετατρζπεται ςε υψθλι ταχφτθτα του νεροφ μζςω του ακροφφςιου που υπάρχει ςτο τζλοσ των ςωλθνϊςεων των υδραυλικϊν εγκαταςτάςεων. Σο ακροφφςιο ζχει μια μικρι τρφπα που το πεπιεςμζνο νερό περνά μζςα από αυτό το μικρό άνοιγμα μετατρζποντασ τθν δυναμικι ενζργεια (πίεςθ) του νεροφ ςε κινθτικι (ταχφτθτα). Από νερό με πίεςθ περίπου 2760 bar προκφπτει ταχφτθτα νεροφ 2 Mach ενϊ με πίεςθ 4130 bar προκφπτει ταχφτθτα πάνω απο 3 Mach. Σα ακρο του ακροφυςίου (χιμα 3.9) κατακευάηεται από τρεισ τφπουσ υλικϊν (ηαφείρι, ρουμπίνι και διαμάντι) που το κακζνα ζχει τισ μοναδικζσ ιδιότθτζσ του, ςχιμα Σο ηαφείρι είναι το πιό κοινό υλικό, δθμιουργεί ςτο νερό ρεφμα αρκετάσ καλισ ποιότθτασ και ςε ςυνδιαςμό με τθν καλι ποιότθτα νεροφ ζχει διάρκεια ηωισ ϊρεσ. Επίςθσ θ διάρκεια ηωισ του ηαφειριοφ ςτθν λειαντικι υδροκοπι είναι θ μιςι από αυτθ τθσ κακαρισ υδροκοπισ. Σο ρουμπίνι ταιριάηει περιςςότερο ςτθν λειαντικι υδροκοπι και το κόςτοσ του είναι ςχεδόν ίδιο με το ηαφείρι ενϊ θ διάρκει ηωισ του είναι ϊρεσ. Σο διαμάντι ζχει τθ μεγαλφτερθ διάρκεια ηωισ ( ϊρεσ) αλλά είναι 10 με 20 φορζσ πιό ακριβό. Επίςθσ μπορεί να χρθςιμοποιθκεί ςε 24ωρεσ διεργαςίεσ ενϊ ςε αντίκεςθ με τουσ άλλουσ τφπουσ ακροφφςιων, μπορεί μερικζσ φορζσ να κακαριςτεί υπερθχθτικά και να επαναχρθςιμοποιθκεί. [4] χιμα 3.9 Ακροφφςιο υδροκοπισ χιμα 3.10 Toμι του Ακροφφςιου 34

35 3.4 Yδροκοπι με χριςθ Λειαντικοφ Τγροφ Θ διαφορά τθσ υδροκοπισ με χριςθ λειαντικοφ υγροφ από τθν κακαρι υδροκοπι δεν είναι μεγάλθ και επικεντρϊνεται ςτθν επιπρόςκετθ χριςθ λειαντικοφ υγροφ. Σα μόρια του λειαντικοφ υγροφ ςε ςυνδιαςμό με το νερό υψθλισ πίεςθσ, ζχουν τθ δυνατότθτα να κόβουν ιςχυρότερα υλικά όπωσ μζταλλα, πζτρεσ, κεραμικά, αλουμίνιο και ςφνκετα υλικά. [4] χιμα 3.11 Κοπι ςε τιτάνιο χιμα 3.12 Κοπι ςε πζτρα χιμα 3.13 Κοπι ςε γραφίτθ χιμα 3.14 Κοπι αλουμινίου Σα χαρακτθριςτθκά τθσ λειαντικισ υδροκοπισ είναι : Εξαιρετικά ευζλικτθ διαδικαςία Κοπι χωρίσ κερμότθτα Κοπι χωρίσ μθχανικζσ καταπονιςεισ Εφκολοσ προγραμματιςμόσ Λεπτό πάχοσ κοπισ (0,5mm - 1.3mm διάμετρο) Εξαιρετικά λεπτομερείσ γεωμετρία Μεγάλθ διάμετρο κοπισ ςτο κατεργαηόμενο υλικό (εϊσ και 250mm) Μικρι απϊλεια υλικοφ κατά τθν κοπι Απλι ςτερζωςθ 35

36 Χαμθλζσ δυνάμεισ κοπισ ( κάτω απο τα 32N) Μικρζσ αλλαγζσ ρυκμίςεων Εφκολθ ενεργοποίθςθ χριςθσ πολλαπλϊν κεφαλϊν κοπισ Εφκολθ εναλλαγι απο κακαρι ςε λειαντικι υδροκοπι Μειωμζνεσ δευτεροβάκμιεσ διαδικαςίεσ Ελάχιςτθ εϊσ και κακόλου εμφάνιςθ γρεηιοφ τθ λειαντικι υδροκοπι θ κοπι ξεκινάει με κακαρι υδροκοπι ςτθν ςυνζχεια μζςα ςτο ακροφφςιο προςτίκεται το αποξεςτικό-λειαντικό υγρό και ενϊνετε με το νερό ςτον ςωλινα ανάμιξθσ λίγο πριν το ςτόμιο εκτόξευςθσ (χιμα 3.15). το τζλοσ του ςωλινα ανάμιξθσ υπάρχει το ςτόμιο εκτόξευςθσ που βρίςκονται τα ευγενι υλικά ηαφείτι,ρουμπίνι ι διαμάντι (ςχιμα 3.10). Σο λειαντικό που χρθςιμοποιείται είναι ςκλθρι άμμοσ που είναι ειδικά επικαλυμμζνθ και ςε ςυγκεκριμζνα μεγζκθ. Σο πιο κοινό λειαντικό είναι ο γρανιτθσ που είναι ςκλθρό και ανζξοδο υλικό. Διαφορετικά μεγζκθ γρανίτθ χρθςιμοποιοφνται για κάκε διεργαςία για παράδειγμα 0,125 mm παράγουν ομαλι επιφάνεια, 0,177 mm είναι θ πιό κοινι χριςθ και τα 0,297 mm κόβουν λίγο γρθγορότερα απο τα 0,177 mm με ελαφρϊσ τραχφτερθ επιφάνεια. Ο ςωλινασ ανάμιξθσ (ςχιμα 3.15) επιτανχφνει τα λειαντικά μόρια όπωσ ο ςωλινασ του όπλου, ενϊ το μεγεκόσ τουσ ςχετίηεται με το μζγεκοσ του ςτομίου. Οι ςωλινεσ ζχουν μάκροσ περίπου 8 cm, εξωτερικι διάμετρο ¼ τθσ ίντςασ και θ εςωτερικι διάμετροσ κυμαίνεται απο 0,020-0,060 ίντςεσ. θμαντικι τεχνολογικι πρόοδο ςτθν υδροκοπι ιταν θ εφεφρεςθ ςωλθνϊν ανάμιξθσ με μεγαλφτερθ διάρκεια ηωισ από ςυνκετικό καρβίδιο του βολφραμίου. Εάν θ κοπτικι κεφαλι ζρχεται ςε επαφι με ςφιγκτιρεσ, βάρθ ι το προσ κοπι υλικό κινδυνεφει να ςπάςει και δεν επιςκευάηεται, γι αυτό οι προθγμζνεσ εργαλειομθχανζσ ζχουν θλεκτρονικά ςυςτιματα για τθν ανίχνευςθ τθσ ςφγκρουςθσ. Θ απόςταςι μεταξφ του ςωλινα αναμίξθσ και του προσ κοπι υλικοφ πρζπει να είναι από 0,025cm - 0,50cm. χιμα 3.15 ωλινασ ανάμιξθσ και ςτόμιο εκτόξευςθσ ςε τομι 36

37 τον πίνακα 3.Α φαίνεται το υλικό καταςκευισ των ςωλινων ανάμιξθσ και θ διάρκεια ηωισ τουσ. Θ διάκεια ηωισ των ςωλινων ανάμιξθσ όπωσ φαίνεται ςτον πίνακα είναι κατά πολφ μικρότερθ από τα ηαφείρι, ρουμπίνι και διαμάντι. ΠΙΝΑΚΑ 3.Α Τλικά καταςκευθσ ςωλινων αναμιξθσ. ωλινασ ανάμιξθσ Διάρκεια ηωισ χόλια Κλαςςικό καρβίδιο του βολφραμίου υνκετικό καρβίδιο χαμθλοφ κόςτουσ 4-6 ϊρεσ ϊρεσ Οι αρχικζσ ςωλινεσ αναμίξθσ. Πλζον δεν χρθςιμοποιοφνται λόγω κακισ απόδοςθ και κόςτουσ ανά ϊρα χριςεισ. Λδανικό για κοπι τραχιάσ μορφισ. υνκετικό καρβίδιο μζςθσ διάρκειασ ηωισ ϊρεσ Καλός σωλήνας ανάμιξης. υνκετικό καρβίδιο ανϊτερθσ ποιότθτασ ϊρεσ Ο καλφτεροσ ςωλινασ ανάμιξθσ, ιδανικόσ για εργαςίεσ ακριβίασ και για κακθμερινι χριςθ. 3.5 Καταςκευαςτικι δομι μιασ εργαλειομθχανισ υδροκοπισ τθν υδροκοπι υπάρχουν πολλζσ διαφορετικζσ εργαλειομθχανζσ που διαχωρίηονται ανάλογα με τον εξοπλιςμό κινιςεωσ. Θ βαςικι δομι μιασ εργαλειομθχανισ υδροκοπισ φαίνεται ςτο ςχιμα Σα βαςικά ςτοιχεία που ςυνκζτουν μια εργαλειομθχανι υδροκοπισ είναι: Μία αντλία υψθλισ πίεςθσ που δζχεται νερό ςτθν πίεςθ του δικτφου και τθν κατακλίβει ςε μεγάλθ πίεςθ. Ζνα δοχείο με λειαντικοφσ κόκουσ για τθν τροφοδοςία τουσ ςτθν κεφαλι κοπισ. Μία κεφαλι με ακροφφςιο με μικρι οπι. Ζνα τραπζηι όπου δζνεται το προσ κοπι υλικό και «εξουδετερϊνει» τθν ενζργεια τθσ δζςμθσ μετά τθν κοπι. Σο τραπζηι ζχει να κάνει διπλι δουλειά. Από τθ μία να ςυγκρατιςει το κομμάτι (δεν αςκοφνται μεγάλεσ δυνάμεισ όπωσ ςτισ ςυμβατικζσ κοπζσ, άρα δεν απαιτείται βαρφσ εξοπλιςμόσ ςυγκράτθςθσ) και από τθν άλλθ να διαςκορπιςει τθν υψθλι κινθτικι ενζργεια τθσ δζςμθσ επαναφζροντασ το νερό ςτθν αρχικι χαμθλι πίεςθ. Αυτι είναι θ βαςικι δουλειά του τραπεηιοφ. Εκτόσ αυτισ όμωσ ζνα λειτουργικό τραπζηι πρζπει : Να εξουδετερϊνει όςο γίνεται το δθμιουργοφμενο κόρυβο. Να διακζτει πρόβλεψθ αυτοκακαριςμοφ για να μθν διακόπτεται θ παραγωγικι διαδικαςία για τθν απομάκρυνςθ των αποβλιτων τθσ κοπισ. 37

38 Να διευκολφνει τθ ςυγκζντρωςθ και τθν απόρριψθ των αποβλιτων, και Να αντζχει ςτο ιδιαίτερα διαβρωτικό περοβάλλον λόγω τθσ ςυνεχοφσ παρουςίασ νεροφ, αλλά και τθσ ζμμεςθσ προςβολισ από τθν ίδια τθ δζμςθ κοπισ. χιμα 3.16 Εργαλειομθχανι υδροκοπισ τακερζσ Εργαλειομθχανζσ με κίνθςθ ςε μια Διάςταςθ Είναι θ απλοφςτερθ εργαλειομθχανι ςτθν ςτακερι υδροκοπι, ςχιμα Μοιάηει ςαν μια πριονοκορδζλα και ο χειρθςτισ τθσ είναι υπεφκυνοσ για τθν ςυνεχι τροφοδοςία τθσ. υχνά χρθςιμοποιείται ςτθν αεροδιαςτθμικι βιομθχανία και είναι εξοπλιςμζνεσ για κακαρι και λειαντικι υδροκοπι.μια αλλθ ζκδοςθ είναι οι ςτακερζσ μθχανζσ χάραξθσ, όπου το προϊόν (π.χ. χαρτί) τροφοδοτιται ςτθν μθχανι και το χαράηει ςτα πλάτθ που τθσ ζχουν οριςτεί. χιμα 3.17 Τδροκοπι Μονισ Κατεφκυνςθσ 38

39 3.5.2 Εργαλειομθχανζσ με κίνθςθ ςε δφο διαςτάςεισ (x y) Οι μθχανζσ αυτζσ είναι από τθσ πιό κοινζσ και ςυχνά τισ αποκαλοφνε «flatstock». Χρθςιμοποιοφν τθν κακαρι υδροκοπι για να κόψουν φλάτηεσ, καουτςοφκ, πλαςτικζσ φλεσ και αφρϊδθ υλικά. Ενϊ ςτθ λειαντικι υδροκοπι κόβει μζταλλα, ςφνκετα υλικά, πζτρα, γυαλί και κεραμικά. Σα βαςικά ςτοιχεία μιασ μθχανισ (x,y) είναι: Οι κινιςεισ τθσ ελζγχονται με CNC Κινθτιρασ κλειςτοφ βρόγχου με ανάδραςθ ϊςτε να εξαςφαλίηεται θ ακρίβεια τθσ κζςθσ και τθσ ταχφτθτασ κατά τθν κίνθςθ Μονάδα βάςθσ και γζφυρασ μθχανισ με γραμμικό τρόπο και ρουλεμάν μπλοκαρίςματοσ Δεξαμενι catcher με τθν υλικι υποςτιριξθ για τθ φόρτωςθ βαριϊν υλικϊν και τθν ςωςτι ςτερζωςι τουσ Πολλζσ διαφορετικζσ μορφζσ μθχανϊν είναι διακζςιμεσ, εντοφτοισ δφο μορφζσ κυριαρχοφν ςτθ βιομθχανία οι mid-rail gantry ςχιμα 3.18 που ζχουν δφο οδθγοφσ κίνθςθσ ςτθ βάςθ πάνω ςτουσ οποίου πατά και κινείται μία γζφυρα και οι cantilever ςχιμα 3.19 που ζχουν ζνα οδθγό ςτθ βάςθ για τθν κίνθςθ μίασ άκαμπτθσ γζφυρασ. Επίςθσ όλοι οι τφποι μθχανϊν ζχουν ρφκμιςθ για το φψοσ τθσ κεφαλισ( άξονασ Η). Θ προςαρμοςτικότθτα του άξονα Η μπορεί να είναι χειροκίνθτθ αλλά και θλεκτρονικά προγραμματιηόμενθ. χιμα 3.18 Oι εργαλειομθχανζσ mid-rail gantry ζχουν δφο ράγεσ ςτθ βάςθ και μία γζφυρα 39

40 χιμα 3.19 Oι εργαλειομθχανζσ cantilever ζχουν μία βάςθ και μία άκαμπτθ γζφυρα ΠΙΝΑΚΑ 3.Β Ανάλυςθ ςτα χαρακτθριςτικά μιασ εργαλειομθχανισ υδροκοπισ Διαςτάςεισ Μθχανισ Είναι το μικοσ διαδρομισ του κάκε άξονα. Σα πιο ςυνθκιςμζνα μεγζκθ για τθν επίπεδθ υδροκοπι είναι 2m*3m*0,3m. Θ δεξαμενι catcher είναι λίγο μεγαλφτερθ βοθκϊντασ ςτθ φόρτωςθ βαριϊν υλικϊν και ςτθν ςωςτι ςτερζωςι τουσ. Γραμμικι Κζςθσ Ακρίβεια Μετρά πόςο ακριβϊσ θ μθχανι μπορεί να κινθκεί. Ο χρόνοσ ενόσ άξονα μετράται όταν μετατοπίηετε από το ζνα ςθμείο ςτο άλλο. Επαναλθψιμότθτα Μθχανισ τθσ Θ δυνατότθτα τθσ μθχανισ να επιςτρζψει ςε ζνα ςθμείο. Γριγορθ Μετατόπιςθσ Σαχφτθτα Σαχφτθτα μετατόπιςθσ είναι θ ταχφτθτα που μπορεί να κινθκεί θ μθχανι χωρίσ να κόβει υλικό. Για παράδειγμα θ μετακίνθςθ κατά το άνοιγμα οπϊν. Καμπφλθ Σαχφτθτασ Θ ταχφτθτα που θ μθχανι μπορεί να κινθκεί, διατθρϊντασ παράλλθλα όλεσ τισ προδιαγραφζσ ορκότθτασ (δθλαδι, τθν ακρίβεια, τθν επαναλθψιμότθτα, τθν ταχφτθτα). Είναι από τισ πιο κρίςιμεσ προδιαγραφζσ μιασ μθχανισ κακϊσ ςχετίηεται με τουσ χρόνουσ του κφκλου παραγωγισ. 40

41 3.5.3 Εργαλειομθχανζσ με κίνθςθ ςε 5 Αξόνεσ για Σριςδιάςτατθ Κοπι (3D) Οι εργαλειομθχανζσ με κίνθςθ ςε 5 άξονεσ (ςχιμα 3.20) είναι ότι πιο ςφγχρονο ζχει να παρουςιάςει θ τεχνολογία κοπισ με νερό. Θ ονομαςία των 5 αξόνων οφείλεται ςτον άξονα-x με κίνθςθ μπρόσπίςω, ςτον άξονα-y με κίνθςθ αριςτερά-δεξιά, ςτον άξονα-z με κίνθςθ πάνω-κάτω, ςτον άξονα-a με κίνθςθ υπό γωνία( από μοίρεσ) ςτον κάκετο άξονα-z και τον άξονα-c με περιςτροφικι κίνθςθ γφρω από τον άξονα-z. Θ λειτουργία των εργαλειομθχανϊν με 5-άξονεσ δίνει τθν δυνατότθτα για τθν κατεργαςία κϊνικων ςχθμάτων όπωσ ςτο ςχιμα 3.21, ενϊ διατθρεί και τα χαρακτθριςτικά για τθν κοπι υλικϊν όπωσ καουτςοφκ, πλαςτικϊν, μετάλλων, πζτρασ, γυαλικϊν και κεραμικϊν. χιμα 3.20 Tριςδιάςτατθ εργαλειομθχανι τθσ H.G.Rider Automatisierungs με 32 μζτρα άξονα-x και 5 μζτρα άξονα-y χιμα 3.21 Σριςδιάςτατθ υδροκοπι ςε μικρότερα δοκίμια 41

42 3.6 Σα Πλεονεκτιματα και τα Μειονεκτιματα τθσ Τδροκοπισ Σα πλεονεκτιματα τθσ υδροκοπισ είναι : Ευελιξία ςτθ παραγωγι Ακρίβεια κοπισ Μικρό πλάτοσ κοπισ Χωρίσ επιφανειακι ςκλιρυνςθ Χωρίσ κερμικι καταπόνθςθ Χωρίσ καπνοφσ, ανακυμιάςεισ και ςκόνεσ Φιλικι ςτο περιβάλλον Σο λειαντικό υγρό, ο γραφίτθσ είναι μθ τοξικι φυςικι ουςία και ανακυκλϊςιμθ Σα μειονεκτιματα τθσ υδροκοπισ είναι : Μικρι ταχφτθτα κοπισ ςε ςχζςθ με τισ υπόλοιπεσ μεκόδουσ, άρα και μεγαλφτερο κόςτοσ λειτουργίασ Κακι ποιότθτα κοπισ για τα χοντρά μζταλλα γιατί δθμιουργείται κϊνικθ διάτρθςθ με αποτζλεςμα να προκαλεί λανκαςμζνεσ διαςτάςεισ Θ χρθςιμοποίθςθ νεροφ με υψθλι περιεκτικότθτα ςε άλατα προκαλεί ςκουριά και αναγκάηει τον χριςτθ να επενδφςθ ςτο φιλτράριςμα και τον απιονιςμό του νεροφ. [5] 42

43 43

44 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο 4. Μζκοδοσ Κοπισ με Ηλεκτροδιάβρωςθ-EDM (Electrical Discharge Machining) 4.1 Ιςτορικά Θ ιςτορία τθσ EDM ξεκινάει περίπου ςτο 1770, όταν παρατθρικθκε από τον Άγγλο Joseph Priestly ότι κάκε φορά που πλθςιάηουν μεταξφ τουσ τα άκρα δφο αγωγϊν ςυνδεδεμζνων με τουσ πόλουσ θλεκτρικισ πθγισ, προκαλείται θλεκτρικι εκκζνωςθ, και από τον παραγόμενο ςπινκιρα, τθν υψθλι κερμοκραςία και τθ δράςθ θλεκτρικϊν μοριακϊν δυνάμεων αποςπάται ποςότθτα υλικοφ και από τουσ δφο αγωγοφσ. Παρ' όλα αυτά δεν υπιρξε καμία εφαρμογι τθσ θλεκτροδιάβρωςθσ μζχρι το 1943, όταν δφο οβιετικοί επιςτιμονεσ, οι B.R. και N.I. Lazarenco κατάφεραν να εκμεταλλευτοφν το φαινόμενο για τθν κατεργαςία υλικϊν. Αρχικά θ μζκοδοσ παρουςίαηε αρκετά προβλιματα και δυςκολίεσ, κακϊσ οι πρϊτεσ μθχανζσ ιταν απλοϊκζσ και θ κίνθςθ του θλεκτροδίου γινόταν χειροκίνθτα, ςυνεπϊσ λίγοι πίςτευαν ςτισ δυνατότθτζσ τθσ θλεκτροδιάβρωςθσ ωσ κατεργαςίασ. Όμωσ με τθν ανάπτυξθ από τουσ ίδιουσ επιςτιμονεσ του πρϊτου ςερβομθχανιςμοφ για EDM, αυξικθκε τόςο ο βακμόσ ελζγχου τθσ κατεργαςίασ, όςο και θ πίςτθ ςε αυτιν. Με το πζραςμα των χρόνων, οι μθχανζσ βελτιϊκθκαν πολφ, εξελιςςόμενεσ από παροχι ιςχφοσ RC (resistor capacitance) και λυχνίεσ, ςε τρανηίςτορ με δυνατότθτα παλμϊν τθσ τάξθσ του nanosecond, ενϊ από το αρχικά χειροκίνθτο θλεκτρόδιο περάςαμε ςε μοντζρνεσ CNC μθχανζσ με δυνατότθτα ταυτόχρονθσ κατεργαςίασ ζωσ και ζξι αξόνων. Φτάνουμε ζτςι ςτο ςιμερα, όπου θ κατεργαςία τθσ θλεκτροδιάβρωςθσ ζχει φζρει τθν επανάςταςθ ςε αρκετοφσ τομείσ τθσ βιομθχανίασ, ενϊ ςε πολλζσ περιπτϊςεισ ζχει αντικαταςτιςει κατεργαςίεσ που δζςποηαν για πολλά χρόνια. 4.2 Αρχι Λειτουργίασ Θ θλεκτροδιάβρωςθ είναι κατεργαςία κατά τθν οποία γίνεται αφαίρεςθ υλικοφ από κάποιο θλεκτρικά αγϊγιμο κατεργαηόμενο τεμάχιο με τθ χριςθ θλεκτριςμοφ. Θ ζννοια θλεκτρικά αγϊγιμο υλικό όμωσ πρζπει να διευκρινιςτεί. Με τθν θλεκτροδιάβρωςθ μποροφμε να κατεργαςτοφμε και κάποια υλικά που δεν είναι καλοί αγωγοί του θλεκτριςμοφ, αλλά υπάγονται ςτουσ θμιαγωγοφσ. φμφωνα με τουσ Koenig, Dauw, Levy & Panten, υπάρχει μια τιμι τθσ ειδικισ αντίςταςθσ ρ (ohm*m) του υλικοφ, κάτω από τθν οποία θ θλεκτροδιάβρωςθ είναι εφικτι. Αυτό το όριο μποροφμε να το ονομάςουμε και κατϊφλι αγωγιμότθτασ, και θ τιμι του είναι ρ=100 ohm*cm (ειδικι αγωγιμότθτα 0,01S/cm). Ορκότερα, υπάρχει μια περιοχι τιμϊν τθσ ειδικισ αντίςταςθσ ρ των υλικϊν, με κζντρο τθν τιμι 100 ohm*cm, ςτθν οποία μόλισ εμφανίηεται ςπινκιρασ. Είναι δθλαδι πικανό κάποιο υλικό με λίγο μεγαλφτερθ ειδικι αντίςταςθ από 100 ohm*cm να θλεκτροδιαβρϊνεται, ενϊ ζνα υλικό με μικρότερθ ειδικι αντίςταςθ να μθν θλεκτροδιαβρϊνεται. Εννοείται ότι τα περιςςότερο αγϊγιμα υλικά εμφανίηουν τα λιγότερα προβλιματα θλεκτροδιάβρωςθσ. Θ κατεργαςία επιτυγχάνεται με τθν εφαρμογι ςτο κατεργαηόμενο τεμάχιο παλμϊν ςυνεχοφσ ι εναλλαςςόμενου ρεφματοσ, υψθλισ ςυχνότθτασ, μζςω ενόσ θλεκτροδίου ι ςφρματοσ. Σο θλεκτρόδιο-εργαλείο (ςχιμα4.1-κεφαλι του εργαλείου), τοποκετοφμενο με υψθλι ακρίβεια πολφ κοντά ςτο κατεργαηόμενο τεμάχιο, χωρίσ όμωσ να ζρχεται ςε επαφι μαηί του, αποφορτίηει το δυναμικό του ςτο τεμάχιο (που ςυνικωσ είναι το κετικό θλεκτρόδιο), διαμζςου ενόσ μονωτικοφ διθλεκτρικοφ υγροφ (ωσ διθλεκτρικά χρθςιμοποιοφνται ςυνικωσ ζλαια βαςιςμζνα ςε παραφινικζσ, ναφκενικζσ και αρωματικζσ ενϊςεισ), ςτο οποίο είναι εμβαπτιςμζνα και το θλεκτρόδιο και το τεμάχιο. Κατά τθν εκκζνωςθ δθμιουργοφνται ςπινκιρεσ ςτο πολφ μικρό διάκενο (ςτακερό, από 25 ζωσ 50 μm) μεταξφ των δφο επιφανειϊν. Θ κερμοκραςία του ςπινκιρα που 44

45 παράγεται βρίςκεται ςυνικωσ μζςα ςε ζνα εφροσ από 8000 ζωσ C, με αποτζλεςμα μετά από κάκε εκκζνωςθ να ζχουμε επιφανειακι τιξθ ι και εξάχνωςθ των υλικϊν, από τθν παραγόμενθ κατά τθ διάςπαςθ του διάκενου κερμικι ενζργεια και αφαίρεςθ υλικοφ και ςτα δφο θλεκτρόδια. Όπωσ αναφζρκθκε τόςο το κομμάτι όςο και το χρθςιμοποιοφμενο εργαλείο πρζπει να είναι αγωγοί του θλεκτριςμοφ. Σο εργαλείο, ςυνικωσ είναι το αρνθτικό θλεκτρόδιο του ςυςτιματοσ. Δεδομζνου ότι θ ροι του θλεκτριςμοφ γίνεται από τον κετικό πόλο προσ τον αρνθτικό θ ςφνδεςθ του αρνθτικοφ πόλου ςτο κοπτικό εργαλείο, προκαλεί αποκόλλθςθ ιόντων από τον κετικό πόλο που είναι το προσ κατεργαςία κομμάτι και ζτςι προκαλείται αφαίρεςθ υλικοφ και τελικά θ διαμόρφωςθ του αντικείμενου. Για τθν υλοποίθςθ τθσ διαδικαςίασ αφαίρεςθσ υλικοφ πρζπει το εργαλείο να μπορεί να κινείται για να πλθςιάηει ςυνεχϊσ και να κρατά ςτακερι μια μικρι απόςταςθ, το διάκενο κατεργαςίασ, από τθν επιφάνεια του κομματιοφ, από τθν οποία και αφαιρείται υλικό. [6] το ςχιμα 4.1 διακρίνονται κάποιεσ απλζσ δυνατότθτζσ τθσ ωσ κατεργαςίασ. Με τον γενικό όρο θλεκτροδιάβρωςθ αναφερόμαςτε ςε δφο διαφορετικζσ τεχνικζσ: Σθν θλεκτροδιάβρωςθ αποτφπωςθσ, όπου με ςτακερό εργαλείο γίνεται θ πρόςδοςθ τθσ μορφισ του εργαλείου-θλεκτρόδιου ςτο κατεργαηόμενο τεμάχιο-θλεκτρόδιο (ςχιμα4.2 a και c). Σθν θλεκτροδιάβρωςθ ςφρματοσ (wire EDM), όπου το ςτακερό θλεκτρόδιο ζχει αντικαταςτακεί με μεταλλικό αγϊγιμο ςφρμα (ςχιμα4.2 b και d). χιμα 4.1 Κατεργαςίεσ αποβολισ υλικοφ με θλεκτροδιάβρωςθ a) Κοπι, b) Διάτρθςθ, c) Λείανςθ, d) Απότμθςθ Ws: κατεργαηόμενο τεμάχιο, Wz: εργαλείο, πρόωςθ 45

46 4.3 Σεχνολογίεσ Ηλεκτροδιάβρωςθσ τθν θλεκτροδιάβρωςθ, όπωσ αναφζρκθκε και προθγουμζνωσ, γίνεται αφαίρεςθ υλικοφ από κάποιο κατεργαηόμενο αγϊγιμο τεμάχιο με τθ βοικεια ελεγχόμενων θλεκτρικϊν εκκενϊςεων. Θ τυπικι διάταξθ τθσ θλεκτροδιάβρωςθσ δίνεται ςτο ςχιμα 4.2 και όπωσ διακρίνουμε αποτελείται από τα ακόλουκα βαςικά μζρθ: 1) Σθν εργαλειομθχανι 2) Σθ γεννιτρια τροφοδότθςθσ ρεφματοσ 3) Σο ςφςτθμα παροχισ διθλεκτρικοφ χιμα 4.2 Αρχι Λειτουργίασ τθσ Ηλεκτροδιάβρωςθσ Ηλεκτροδιάβρωςθ φρματοσ (wire EDM) τθν θλεκτροδιάβρωςθ ςφρματοσ, για τθν επίτευξθ τθσ επικυμθτισ γεωμετρίασ ςτο κατεργαηόμενο τεμάχιο, χρθςιμοποιείται ωσ θλεκτρόδιο-εργαλείο ειδικό λεπτό (διαμζτρου 0,025 0,3 mm) αγϊγιμο ςφρμα από χαλκό ι ορείχαλκο και για διαμζτρουσ μικρότερεσ από 0,15 mm μολυβδαίνιο, και όχι εργαλεία-θλεκτρόδια ειδικά κατεργαςμζνα ςε μορφι και μζγεκοσ. Οι ςυνικεισ εργαλειομθχανζσ θλεκτροδιάβρωςθσ ςφρματοσ κατεργάηονται κομμάτια μορφισ πλάκασ, για περιμετρικι κοπι ι για τθν διάνοιξθ οπϊν με οριςμζνο απλό ι πολφπλοκο ςχιμα. Θ κατεργαςία είναι ελεγχόμενθ από Θ/Τ, και θ κίνθςθ του ςφρματοσ κακορίηεται από ςφςτθμα ΝC ι CΝC. Σο ςφρμα, με τθ βοικεια ειδικισ κατάλλθλθσ διατάξεωσ εκτυλίξεωσ, τανφςεωσ και περιελίξεωσ (ςχιμα 4.3) διαπερνάει κάκετα, κατά τον άξονα Η, τθν κατεργαηόμενθ μεταλλικι πλάκα- κομμάτι ςυνεχϊσ με ςτακερι ταχφτθτα και φορά τζτοια, που εξαςφαλίηει ςτο διάκενο κατεργαςίασ άφκαρτο πάντοτε εργαλείο. Σο τραπζηι τθσ εργαλειομθχανισ, πάνω ςτο οποίο είναι προςδεδεμζνο το κομμάτι-πλάκα, κινείται ταυτόχρονα με το ςφρμα κατά τουσ άξονεσ κατεργαςίασ Χ και Τ του τραπεηιοφ, ενϊ κακ' όλθ τθ διάρκεια τθσ κατεργαςίασ το κατεργαηόμενο τεμάχιο και το ςφρμα βρίςκονται ςυνεχϊσ εμβαπτιςμζνα μζςα ςε κατάλλθλο δοχείο μθ-αγϊγιμου υγροφ διθλεκτρικοφ. Οι ταυτόχρονεσ κινιςεισ που περιγράφθκαν παραπάνω, και οι οποίεσ γίνονται βάςει του προγράμματοσ κατεργαςίασ CNC, είναι αυτζσ που προκαλοφν τθν κοπι ι τθν αποκοπι του επικυμθτοφ επιπζδου ςχιματοσ. ε οριςμζνουσ τφπουσ εργαλειομθχανϊν, θ ςχετικι κίνθςθ μπορεί να γίνει και 46

47 αντίκετα, δθλαδι το κομμάτι να παραμζνει ςτακερό και το κατακόρυφο ςφρμα να κινείται κατά τουσ άξονεσ Χ και Τ. Επίςθσ είναι ςφνθκεσ πολλζσ εργαλειομθχανζσ κοπισ με ςφρμα να διακζτουν ειδικι διάταξθ για τθν διάνοιξθ τθσ αρχικισ οπισ (ελάχιςτθ διάμετροσ 0,8 mm), απ' όπου κα περάςει το ςφρμα για να γίνει δυνατι θ ζναρξθ τθσ κατεργαςίασ. τισ περιςςότερεσ εργαλειομθχανζσ του είδουσ, το διθλεκτρικό που χρθςιμοποιείται ςτισ φάςεισ εκχονδρίςεωσ είναι κακαρό νερό, ςυνεχϊσ ψεκαηόμενο ςτο διάκενο κατεργαςίασ, διότι δεν ζχουμε ιδιαίτερεσ απαιτιςεισ ακριβείασ και κζλουμε να επιτυγχάνονται μεγάλοι ρυκμοί αφαιρζςεωσ υλικοφ. Ειδικά διθλεκτρικά χρθςιμοποιοφνται μόνο ςτισ φάςεισ αποπεράτωςθσ και γενικά όπου είναι επικυμθτι πολφ καλι ποιότθτα τθσ επιφάνειασ κοπισ, ενϊ ςτθ γριγορθ μεταφορά νζου διθλεκτρικοφ ςτο διάκενο κατεργαςίασ και ςτθν ταχεία απομάκρυνςθ των προϊόντων των εκκενϊςεων βοθκά θ ςυνεχισ κίνθςθ του ςφρματοσ. το ςχιμα 4.3 διακρίνεται θ αρχι τθσ μεκόδου τθσ θλεκτροδιάβρωςθσ φρματοσ χιμα 4.3 Αρχι τθσ μεκόδου τθσ θλεκτροδιάβρωςθσ ςφρματοσ ε αντίκεςθ με τθν θλεκτροδιάβρωςθ αποτφπωςθσ, που κα εξετάςουμε παρακάτω, και κατά τθν οποία το κατεργάςιμο τεμάχιο ςυνδζεται ςυνικωσ ςτθν κάκοδο, ςτθν θλεκτροδιάβρωςθ ςφρματοσ ςυνδζεται ςυνικωσ ςτθν άνοδο και επιπλζον εφαρμόηονται παλμοί μικρότερθσ διάρκειασ, αλλά πολφ μεγαλφτερθσ ζνταςθσ. Συπικζσ μορφζσ παλμϊν τάςθσ και ζνταςθσ του ρεφματοσ δίνονται ςτο ςχιμα 4.4. Σα ςφγχρονα ςυςτιματα θλεκτροδιάβρωςθσ ςφρματοσ προςφζρουν πρακτικά μθδενικι φκορά εργαλείου, άρα και μεγάλθ διάρκεια ηωισ, με αποτζλεςμα να ζχουμε μεγάλθ εξοικονόμθςθ ςτθν καταςκευι τουσ και μείωςθ του ςυνολικοφ κόςτουσ τθσ κατεργαςίασ για μαηικότερθ παραγωγι. Επίςθσ εξαςφαλίηουν μικροφσ χρόνουσ κατεργαςίασ (οι ρυκμοί αφαιρζςεωσ υλικοφ μποροφν να φτάςουν ζωσ και 8500 mm³/min), μεγάλθ διαςταςιολογικι ακρίβεια (τθσ τάξεωσ 2 μm) και καλι επιφανειακι ποιότθτα (τραχφτθτα επιφάνειασ ωσ και 1 μm). Με μικρζσ τροποποιιςεισ το ίδιο βαςικό πρόγραμμα CNC μπορεί επίςθσ να εκτελζςει τόςο τθν κοπι μιτρασ όςο και τθν κοπι με εκβάκυνςθ μζςω κίνθςθσ με εμβολιςμοφσ. Σζτοια παραδείγματα εφαρμογισ τθσ μεκόδου παρουςιάηονται ςτο ςχιμα 4.5 και ςτο ςχιμα 4.6. Θ μείωςθ του κόςτουσ καταςκευισ του καλουπιοφ ςτισ περιπτϊςεισ αυτζσ, φτάνει και το 50% περίπου ςυγκριτικά με τισ ςυμβατικζσ μεκόδουσ. Ο μοναδικόσ ίςωσ άμεςοσ περιοριςμόσ ςτθ χριςθ τθσ μεκόδου, ζγκειται ςτο ότι χρθςιμοποιείται για τθν κοπι επιπζδων ςχθμάτων μζχρι ζνα μζγιςτο πάχοσ 100 mm. 47

48 χιμα 4.4 Παλμόσ τάςθσ και ζνταςθσ του ρεφματοσ ςε θλεκτροδιάβρωςθ ςφρματοσ Θ θλεκτροδιάβρωςθ ςφρματοσ χρθςιμοποιικθκε ςτισ αρχζσ του 1970 ωσ εναλλακτικι λφςθ ςτθ μθχανικι κοπι ςωλινων, κελυφϊν, κ.τ.λ.. ιμερα, με τθν πρόοδο τθσ τεχνολογίασ CNC και τθ χριςθ επικαλυμμζνων ςυρμάτων (coated wires), θ μζκοδοσ βρίςκει ευρφτατεσ εφαρμογζσ ςτθν καταςκευι μθτρϊν, εξαρτθμάτων και γενικά τριςδιάςτατων γεωμετριϊν με μικροκοπι ακριβείασ (precision micro-machining) ςτθν αεροναυπθγικι και ςε βιοτεχνολογικά εξαρτιματα. [6] χιμα 4.5 Κομμάτια από μιτρεσ κατεργαςμζνα ςε εργαλειομθχανι θλεκτροδιάβρωςθσ με ςφρμα 48

49 χιμα 4.6 Λειτουργία εργαλειομθχανισ θλεκτροδιαβρϊςεωσ με ςφρμα Ηλεκτροδιάβρωςθ Αποτφπωςθσ (sinker EDM) τθν θλεκτροδιάβρωςθ, όπωσ αναφζρκθκε και προθγουμζνωσ, γίνεται αφαίρεςθ υλικοφ από κάποιο κατεργαηόμενο αγϊγιμο τεμάχιο με τθ βοικεια ελεγχόμενων θλεκτρικϊν εκκενϊςεων. Θ τυπικι διάταξθ τθσ θλεκτροδιάβρωςθσ δίνεται ςτο ςχιμα 4.2 και όπωσ διακρίνουμε αποτελείται από τα ακόλουκα βαςικά μζρθ: 1) Σθν εργαλειομθχανι 2) Σθ γεννιτρια τροφοδότθςθσ ρεφματοσ 3) Σο ςφςτθμα παροχισ διθλεκτρικοφ Σο εργαλείο, που ςυνικωσ είναι το αρνθτικό θλεκτρόδιο του ςυςτιματοσ, πρζπει να μπορεί να κινείται για να πλθςιάηει ςυνεχϊσ και να κρατά ςτακερι μια μικρι απόςταςθ, το διάκενο κατεργαςίασ, από τθν επιφάνεια του κομματιοφ, από τθν οποία και αφαιρείται υλικό. Για το λόγο αυτό προςαρμόηεται ςε ειδικι υποδοχι του μθχανιςμοφ προϊςεωσ κατά τον άξονα Η τθσ εργαλειομθχανισ. Σο κομμάτι, που θλεκτρικά αποτελεί το κετικό θλεκτρόδιο, προςδζνεται πάνω ςτο τραπζηι τθσ εργαλειομθχανισ. Και τα δφο, κομμάτι και εργαλείο, (ςχιμα 4.7) είναι εμβαπτιςμζνα μζςα ςε δοχείο γεμάτο με μονωτικό διθλεκτρικό υγρό (παραφινζλαιο, ζλαιο μεταςχθματιςτϊν, ειδικά ορυκτζλαια) που ανακυκλοφορείται ςυνεχϊσ. 49

50 χιμα 4.7 Συπικι διάταξθ κατεργαςίασ θλεκτροδιάβρωςθσ με αποτφπωςθ Θ διάταξθ ανακυκλοφορίασ του διθλεκτρικοφ υγροφ, εκτόσ από τθν αντλία περιλαμβάνει φίλτρο κακαριςμοφ (ςχιμα 4.7) και ενδεχομζνωσ, εναλλάκτθ κερμότθτασ διθλεκτρικοφ, νεροφ- για τθν απαγωγι τθσ εκλυόμενθσ από τισ εκκενϊςεισ, κερμότθτασ. Κομμάτι και εργαλείο ςυνδζονται αντίςτοιχα ςε ειδικι θλεκτρικι τροφοδοτικι μονάδα (γεννιτρια), που παρζχει τθν αναγκαία τάςθ και ιςχφ και κακορίηει θλεκτρονικά τθν ζνταςθ του ρεφματοσ, κακϊσ και τθ διάρκεια και τθ ςυχνότθτα των εκκενϊςεων. Σο αυτόματο ςφςτθμα ελζγχου του μθχανιςμοφ προϊςεωσ του εργαλείου, εξαςφαλίηει ςυνεχϊσ κατά τθν διάρκεια τθ κατεργαςίασ ζνα ςτακερό διάκενο 25 ζωσ 50 μm μεταξφ των απζναντι επιφανειϊν εργαλείου - κομματιοφ. Θ θλεκτρικι εκκζνωςθ μεταξφ των δφο θλεκτροδίων εργαλείο-κομμάτι γίνεται μόνο, όταν θ εφαρμοηόμενθ από τθν τροφοδοτικι μονάδα τάςθ είναι ίςθ προσ τθν τάςθ διαςπάςεωσ του μεταξφ τουσ διακζνου. Αρχικά δεν υπάρχει ροι ρεφματοσ ανάμεςα ςτα θλεκτρόδια, γιατί ςτο διάκενο υπάρχει διθλεκτρικό το οποίο είναι μονωτισ.ωςτόςο, κακϊσ το διάκενο μειϊνεται, μειϊνεται και θ αντίςταςι του, με αποτζλεςμα μετά από ζνα ςυγκεκριμζνο διάκενο και κάτω να δθμιουργείται θλεκτρικι εκκζνωςθ και να ζχουμε ροι ρεφματοσ, θ οποία ςυντελεί ςτθν ανάπτυξθ κερμότθτασ. Θ τάςθ διαςπάςεωσ του διακζνου εξαρτάται τόςο από το ςχιμα και τθν απόςταςθ ςτθν οποία βρίςκονται μεταξφ τουσ τα δφο θλεκτρόδια, όςο και από τισ μονωτικζσ ιδιότθτεσ του χρθςιμοποιοφμενου διθλεκτρικοφ υγροφ, και είναι τθσ τάξεωσ των 15 ζωσ 25 Volt. τθν πραγματικότθτα μετά από κάκε εκκζνωςθ ζχουμε επιφανειακι τιξθ (ι ακόμα και εξάχνωςθ) από τθν παραγόμενθ κατά τθν διάςπαςθ του διακζνου κερμότθτα - και αφαίρεςθ υλικοφ και ςτα δφο θλεκτρόδια. τισ αντίςτοιχεσ κζςεισ των εκκενϊςεων δθμιουργοφνται πολφ μικροί αβακείσ κρατιρεσ. το τζλοσ κάκε εκκενϊςεωσ, το λιωμζνο υλικό ςε ςφαιροειδι μορφι παραςφρεται από το διθλεκτρικό υγρό που κυκλοφορεί, απομακρφνεται από τον κρατιρα και ςυγκρατείται μζςα ςτο φίλτρο (ςχιμα 4.7). 50

51 Όπωσ αναφζρκθκε, εκτόσ από το κατεργαηόμενο τεμάχιο, ζχουμε αφαίρεςθ υλικοφ και από το εργαλείο, γεγονόσ ανεπικφμθτο, κακϊσ μειϊνει τθ διάρκεια ηωισ του και ςυντελεί ςτθν αφξθςθ του κόςτουσ τθσ κατεργαςίασ. Σο ηιτθμα αυτό όμωσ λφνεται με τθ ςωςτι επιλογι διαφόρων παραμζτρων, όπωσ είναι το κατάλλθλο για τθν κατεργαςία υλικό εργαλείου, θ ςωςτι ρφκμιςθ τθσ γεννιτριασ τροφοδοτιςεωσ για τθν διάρκεια, τθν ζνταςθ και τθ ςυχνότθτα των εκκενϊςεων, και θ πολικότθτα των θλεκτροδίων. Με αυτόν τον τρόπο επιτυγχάνεται ςτθν πράξθ πολφ ςθμαντικι αςυμμετρία φκοράσ, θ οποία φτάνει ςτο επίπεδο 99,5% αφαίρεςθ υλικοφ από το θλεκτρόδιο κομμάτι και μόνο 0,5% αφαίρεςθ υλικοφ από το θλεκτρόδιο εργαλείο. Από τα αναφερκζντα είναι εφκολο να ςυναχκεί ότι επειδι θ διάςπαςθ του διακζνου, δθλαδι θ θλεκτρικι εκκζνωςθ, πραγματοποιείται μεταξφ των ςτοιχειωδϊν επιφανειϊν ελάχιςτθσ αποςτάςεωσ εργαλείου - κομματιοφ, δθμιουργείται βακμιαία, με ςυνεχι και ςτακερι πρόωςθ, κοιλότθτα ςτο κομμάτι ακριβϊσ αντίςτοιχθ τθσ μορφισ του εργαλείου. Εκείνο που ζχει μεγάλθ ςθμαςία είναι ότι, αντίκετα με τισ ςυμβατικζσ μεκόδουσ κοπισ, δε χρειάηεται ςτθ ςυγκεκριμζνθ περίπτωςθ καμιά απολφτωσ επιβολι μθχανικισ δυνάμεωσ από το εργαλείο προσ το τεμάχιο για τθν αφαίρεςθ του υλικοφ. Ζτςι, είναι δυνατό τα εργαλεία/θλεκτρόδια να καταςκευάηονται από ςχετικά μαλακά και ευκολοκατζργαςτα υλικά, όπωσ είναι ο χαλκόσ, ο ορείχαλκοσ, ο γραφίτθσ κ.α. [6] 4.4 Εργαλειομθχανι Ηλεκτροδιάβρωςθσ το ςχιμα 4.8 παρουςιάηονται ςυνοπτικά τα κφρια υποςυςτιματα μιασ εργαλειομθχανισ θλεκτροδιαβρϊςεωσ. χθμα 4.8 Σα μζρθ τθσ εργαλειομθχανισ θλεκτροδιάβρωςθσ αποτφπωςθσ Μια εργαλειομθχανι θλεκτροδιάβρωςθσ πρζπει οπωςδιποτε να μπορεί να ελζγχει και να ρυκμίηει το διάκενο τθσ κατεργαςίασ, ϊςτε αυτό να παραμζνει ςτακερό κακ' όλθ τθ διάρκειά τθσ. Γι' αυτό και είναι εξοπλιςμζνθ με μθχανιςμό ακριβείασ, για τθν αυτόματθ πρόωςθ τθσ κεφαλισ 51

52 προςδζςεωσ του εργαλείου θλεκτροδίου κατά τον άξονα Η. Ο ρόλοσ του είναι να ελζγχει το διάκενο, ζτςι ϊςτε να γίνεται ςωςτά θ αφαίρεςθ υλικοφ από το τεμάχιο και να προςτατεφεται το εργαλείο. Επίςθσ, μζςω του ελζγχου του διακζνου, ελζγχεται και θ τάςθ διάςπαςισ του, και ζτςι αποφεφγονται λανκαςμζνεσ εκκενϊςεισ και βραχυκυκλϊματα. Πολλζσ εργαλειομθχανζσ φζρουν κατάλλθλθ διάταξθ εργαλειοκικθσ και μθχανιςμό που κακιςτά δυνατι τθν αυτόματθ εναλλαγι των εργαλείων θλεκτροδίων, προκειμζνου να γίνονται ευκολότερα οι κατεργαςίεσ που απαιτοφν τθ χριςθ πάνω του ενόσ εργαλείων, αλλά και να μειϊνεται ο χρόνοσ για τθν περάτωςι τουσ. Οι περιςςότερεσ εργαλειομθχανζσ θλεκτροδιάβρωςθσ ςιμερα, είναι εξοπλιςμζνεσ με μονάδα CNC για τον προγραμματιςμό τθσ λειτουργίασ τουσ, κακϊσ θ χριςθ τουσ ζχει επεκτακεί ςε τομείσ που απαιτοφν ποςότθτα καιμεγάλθ ταχφτθτα για μαηικι παραγωγι, ακρίβεια ςτισ διαςτάςεισ και χαρακτθριςτικά υψθλισ ποιότθτασ από κάκε άποψθ. Σζτοιοι είναι ο τομζασ τθσ αεροναυπθγικισ, όπου θ EDM χρθςιμοποιείται για τθν κατεργαςία ςκλθρομετάλλων, για τθ διάνοιξθ οπϊν ακριβείασ κ.α., και ο τομζασ τθσ αυτοκινθτοβιομθχανίασ, όπου χρθςιμοποιείται ςτθν κατεργαςία μεγάλων καλουπιϊν διαμορφϊςεωσ μερϊν αυτοκινιτων. το ςχιμα 4.9 παρουςιάηεται μια τυπικι CNC εργαλειομθχανι θλεκτροδιαβρϊςεωσ αποτφπωςθσ. χιμα 4.9 Εργαλειομθχανι θλεκτροδιαβρϊςεωσ αποτφπωςθσ CNC Γεννιτρια Σροφοδότθςθσ Ρεφματοσ τθν κατεργαςία τθσ θλεκτροδιάβρωςθσ, κομμάτι και εργαλείο ςυνδζονται ςτθ γεννιτρια τροφοδότθςθσ, θ οποία αποτελεί ειδικι θλεκτρικι τροφοδοτικι μονάδα που παρζχει τθν αναγκαία τάςθ και ιςχφ και κακορίηει θλεκτρονικά τθν ζνταςθ του ρεφματοσ, κακϊσ και τθ διάρκεια και τθ ςυχνότθτα των εκκενϊςεων. Οι γεννιτριεσ τροφοδότθςθσ χωρίηονται ςε τρεισ κατθγορίεσ, ανάλογα με τον τρόπο με τον οποίο γίνεται θ παραγωγι των παλμϊν: 52

53 Περιςτρεφόμενεσ παλμογεννιτριεσ, οι οποίεσ ζχουν πολφ περιοριςμζνθ εφαρμογι. Γεννιτριεσ αποφόρτιςθσ ι αποκικευςθσ, με κυκλϊματα τροφοδοςίασ μζςω πυκνωτϊν, πθνίων ι ςυνδυαςμϊν τουσ. τατικζσ παλμογεννιτριεσ, όπου το ςφςτθμα τροφοδοςίασ τθσ τάςθσ ςυνδζεται μζςω ςυςτοιχίασ διακοπτϊν με τον αγωγό εκκζνωςθσ. Θ διάρκεια και θ ςειρά των εκκενϊςεων εξαρτάται κυρίωσ από τθν διαδοχι των φάςεων λειτουργίασ των διακοπτϊν. Ο κφριοσ παράγοντασ κακοριςμοφ τθσ μορφισ των παλμϊν τθσ τάςθσ και τθσ ζνταςθσ του ρεφματοσ, είναι το διάκενο μεταξφ του εργαλείου και του τεμαχίου. Είναι προφανζσ ότι κατά τθ διάρκεια τθσ κατεργαςίασ, οι ςυνκικεσ που επικρατοφν ςτο διάκενο μεταβάλλονται ςυνεχϊσ, λόγω τθσ αλλαγισ των ιδιοτιτων του διθλεκτρικοφ και ανάλογα με τισ ςυνκικεσ αποβολισ υλικοφ. Αυτό ζχει ςαν αποτζλεςμα να εμφανίηονται με μια ςτοχαςτικι ςειρά διάφορεσ μορφζσ παλμϊν. το ςχιμα 4.10 παρουςιάηονται οι διάφορεσ μορφζσ παλμϊν που παράγονται από μια ςτατικι παλμογεννιτρια. Για τουσ παλμοφσ ορίηονται τα παρακάτω μεγζκθ: Θ χρονικι διάρκεια του παλμοφ, t ti = td + te Θ χρονικι διάρκεια κατά τθν πρϊτθ φάςθ τθσ εκκζνωςθσ, td, δθμιουργία τθσ εκκζνωςθσ Θ χρονικι διάρκεια κατά τθν δεφτερθ φάςθ τθσ εκκζνωςθσ, te, διατιρθςθ τθσ εκκζνωςθσ Θ χρονικι απόςταςθ μεταξφ των παλμϊν, tp Ο λόγοσ χρονικισ επαφισ τ Θ ςυχνότθτα εκκζνωςθσ, fe, ωσ ο αρικμόσ των πραγματοποιοφμενων εκκενϊςεων ςτον αγωγό εκκζνωςθσ ςτθ μονάδα του χρόνου, Θ παλμικι ςυχνότθτα, fp, ωσ ο αρικμόσ των ταςικϊν παλμϊν ςτθ μονάδα του χρόνου Όπωσ αναφζρκθκε προθγουμζνωσ υπάρχουν τρεισ κατθγορίεσ για τισ γεννιτριεσ τροφοδότθςθσ όπου για τθν παραγωγι παλμϊν με περίοδο από 1 ζωσ 2000msec, θ μζγιςτθ τάςθ κυμαίνεται από 40 ζωσ 400V και το ρεφμα απαλλαγισ κυμαίνεται από 0,5 ζωσ 500Α. τθν πράξθ, για να επιτευχκεί ςχετικι ςυντόμευςθ ςτο χρόνο κατεργαςίασ, θ καταςκευι πολφπλοκων τεμαχίων ι θ ταυτόχρονθ κατεργαςία περιςςότερων τεμαχίων, χρθςιμοποιοφνται ςυχνά και πολλαπλοφ τφπου γεννιτριεσ, δθλαδι γεννιτριεσ που μπορεί να τροφοδοτοφν ςυγχρόνωσ περιςςότερα του ενόσ εργαλεία, είτε διαδοχικά, είτε και ταυτόχρονα. 53

54 χιμα 4.10 Παλμοί τάςθσ και ζνταςθσ του ρεφματοσ ςε μια ςτατικι παλμογεννιτρια (α) Παλμόσ εκκζνωςθσ (κανονικό διάκενο) (β) Παλμόσ εν κενϊ (πολφ μεγάλο διάκενο) (γ) Βραχυκφκλωμα (μθδενικό διάκενο) (δ) Εςφαλμζνθ εκκζνωςθ (πολφ μικρό διάκενο) χιμα 4.11 Μθχάνθμα Ηλεκτροδιάβρωςθσ αποτφπωςθσ-βφκιςθσ τθσ Exeron Διθλεκτρικό Τγρό Θ κατεργαςία τθσ θλεκτροδιάβρωςθσ γίνεται μζςα ςε ζνα μζςο κατεργαςίασ που ςυνικωσ είναι διθλεκτρικό υγρό. Ο κφριοσ ρόλοσ του διθλεκτρικοφ αυτοφ είναι: 54

55 Θ δθμιουργία διακζνου οριςμζνθσ διθλεκτρικισ ςτακεράσ, Θ απομάκρυνςθ από το διάκενο των αναιρουμζνων μεταλλικϊν τεμαχιδίων, Θ ψφξθ τθσ περιοχισ κατεργαςίασ για τθν απαγωγι τθσ αναπτυςςόμενθσ κερμότθτασ από τισ αλλεπάλλθλεσ διαςπάςεισ. Σο διθλεκτρικό υγρό που χρθςιμοποιείται, με τθν κίνθςθ τθσ αντλίασ φιλτράρετε για να κακαρίςει από τα υπολοίματα τθσ κοπισ και ςτθν ςυνζχεια επιςτρζφει ςτθν δεξαμενι. Σα κατάλλθλα διθλεκτρικά υγρά είναι, ςυνικωσ, ενϊςεισ υδρογονανκράκων (βενηίνθ, πετρζλαιο, ζλαια μεταςχθματιςτϊν, ειδικά ορυκτζλαια, κθροηίνθ κλπ). Σελευταία, για τθ μικροκατεργαςία και για τθν κοπι με θλεκτροδιάβρωςθ με κινοφμενο ςφρμα - θλεκτρόδιο, επιτυγχάνονται καλά αποτελζςματα και με απιονιςμζνο νερό ωσ μζςο κατεργαςίασ. 4.5 Πλεονεκτιματα-Μειονεκτιματα τθσ Κοπισ με Ηλεκτροδιάβρωςθ Πλεονεκτιματα από τθ χριςθ τθσ θλεκτροδιάβρωςθσ είναι: Πολφπλοκα ςχιματα που διαφορετικά κα ιταν δφςκολο να παραχκοφν με ςυμβατικά εργαλεία κοπισ. Εξαιρετικι κοπι ςε ςκλθρά υλικά με ελάχιςτεσ ανοχζσ για τθν επίτευξθ πολφπλοκων γεωμετριϊν. Κοπι για πολφ μικρά κομμάτια εργαςίασ όπου τα ςυμβατικά εργαλεία κοπισ κα καταςτρζψουν το κατεργαηόμενο κομμάτι από υπερπίεςθ του εργαλείου κοπισ. Δεν υπάρχει άμεςθ επαφι μεταξφ του εργαλείου και του ςθμείου εργαςίασ. Ωσ εκ τοφτου, λεπτά τμιματα και αδφναμα υλικά μποροφν να καταςκευαςτοφν χωρίσ καμία παραμόρφωςθ. Μπορεί να επιτευχκεί καλό φινίριςμα επιφάνειασ. Μποροφν να ανοιχτοφν εφκολα οπζσ. Μειονεκτιματα από τθ χριςθ τθσ θλεκτροδιάβρωςθσ είναι: Ο αργόσ ρυκμόσ αφαίρεςθσ υλικοφ. Ο πικανό κίνδυνοσ πυρκαγιάσ που ςυνδζονται με τθ χριςθ διθλεκτρικϊν με βάςθ το πετρζλαιο. Ο επιπλζον χρόνοσ και το κόςτοσ που προκφπτει για τθ δθμιουργία θλεκτροδίων ςτθν θλεκτροδιάβρωςθ αποτφπωςθσ. Θ φκορά του θλεκτροδίου όταν αναπαράγει ευκρινείσ γωνίεσ ςτο κατεργαηόμενο τεμάχιο. Θ ειδικι κατανάλωςθ ενζργειασ είναι πολφ υψθλι. Θ κατανάλωςθ ενζργειασ είναι υψθλι. Τπερβολικι φκορά του εργαλείου κατά τθ διάρκεια τθσ κατεργαςίασ. Σα μθ θλεκτρικά αγϊγιμα υλικά δεν μποροφν να κατεργαςτοφν. 55

56 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ο 5. Μζκοδοσ Κοπισ με Πλάςμα(Plasma) 5.1 Iςτορικά Θ διαδικαςία τθσ μεταλλοκοπισ με Plasma ξεπερνάει τα 50 χρόνια, και ξεκινάει από τον Β Παγκόςμιο πόλεμο. Οι πολεμικζσ ανάγκεσ ζκαναν απαραίτθτο να μποροφν να καταςκευάηονται τα αεροπλάνα πιο γριγορα, ζτςι δθμιουργικθκε θ κοπι Πλάςματοσ, με ζνα προςτατευτικό αζριο να περιβάλλει το τόξο κοπισ και ζτςι να ελαχιςτοποιεί τισ οξειδϊςεισ ςτθν επιφάνεια κοπισ. Κακϊσ περνοφςαν τα χρόνια, θ κοπι με Πλάςμα βελτιϊκθκε δραματικά, κακϊσ ςυνεχίςτθκαν τα πειράματα και οι βελτιϊςεισ. Ανακαλφφκθκε πωσ περιορίηοντασ τθν διάμετρο του ακροφυςίου, θ κερμοκραςία ςτο ςθμείο κοπισ μεγάλωνε ςθμαντικά. υγχρόνωσ, θ ταχφτθτα του εκτοξευόμενου αερίου αυξικθκε εντυπωςιακά, μειϊνοντασ τον χρόνο εξαζρωςθσ του υλικοφ που ζπρεπε να κοπεί. τα μζςα τθσ δεκαετίασ του 60 θ διαδικαςία κοπισ με Πλάςμα άρχιςε να ζχει βιομθχανικζσ εφαρμογζσ και, ςφντομα, εφαρμογζσ επίςθσ ςτθν κακθμερινότθτα, κακϊσ θ εφαρμογι τθσ γινόταν όλο και πιο εφκολθ, μ όλο που ζπρεπε να ξοδζψει κανείσ πολλά χριματα για να μπορζςει να τθν χρθςιμοποιιςει. Οι μεγάλεσ βιομθχανίεσ πραγματοποιοφςαν μεγάλα κζρδθ από τθν χριςθ τθσ μεκόδου και απόςβεςαν γριγορα τα μεγάλα ποςά που χρειάςτθκε να επενδφςουν, αφοφ ζκοβαν και πιο γριγορα και πιο αποτελεςματικά και με μεγαλφτερθ ακρίβεια. ιγά-ςιγά θ κοπι με Πλάςμα μπικε ςτα εργαςτιρια, ςτα μθχανουργεία, τα μικρομάγαηα, ακόμα και ςτα ςπίτια των εραςιτεχνϊν. Σο κόςτοσ τθσ αγοράσ και τθσ λειτουργίασ τζτοιων μθχανϊν λιγόςτευε ςυνεχϊσ. Ζτςι θ χριςθ των μθχανϊν μεταλλοκοπισ είναι πια πλατιά διαδεδομζνθ και για κάκε τςζπθ. Κάκε εργαςτιριο ςιμερα που κζλει ι πρζπει να κόψει μζταλλα μπορεί να ζχει το αντίςτοιχο κοπτικό μθχάνθμα. ιμερα τα μθχανιματα είναι διπλισ τάςθσ και υπάρχουν γεννιτριεσ από 100 μζχρι 400 Αμπζρ, αλλά υπάρχουν και μικρότερεσ για ελαφρφτερεσ δουλειζσ. Θ Σεχνολογία Τψθλισ Ευκρίνειασ μεγάλωςε τα πλεονεκτιμτα τθσ κοπισ με Πλάςμα, κάνοντασ δυνατι τθν κοπι μαλακοφ χάλυβα από 0,3mm μζχρι και 160mm. Ζτςι ιςχυρό και αποτελεςματικό που είναι το ςφςτθμα κοπισ με Πλάςμα, δεν υπάρχει αμφιβολία πωσ και ςτο προβλζψιμο μζλλον κα μασ είναι απαραίτθτο, και μόνο ςε μερικζσ ειδικζσ χριςεισ κα χρειαηόμαςτε τθν τεχνολογία με Laser. Θ όποια, όμωσ, εξζλιξθ τθσ τεχνολογίασ Laser δεν κα καταργιςει τθν κοπι με Πλάςμα, μόνο κα τθν βελτιϊςει ςτισ λεπτομζρειζσ τθσ. [7] 5.2 Ο Οριςμόσ-υνκικεσ Δθμιουργίασ του Πλάςματοσ Σόςο ςτθ Φυςικι όςο και ςτθ Χθμεία ονομάηουμε πλάςμα τθν κατάςταςθ τθσ φλθσ ςτθν οποία αυτι δεν λαμβάνει ςυγκεκριμζνο όγκο και ςχιμα που να οφείλεται ςτθν ίδια (όπωσ ςυμβαίνει ςτα αζρια), και επιπλζον βρίςκονται ελεφκερα και όχι ςε μοριακοφσ δεςμοφσ τα θλεκτρικά φορτιςμζνα ατομικά τθσ ςωματίδια (ιόντα και θλεκτρόνια). Τπάρχουν τρεισ τουλάχιςτον οριςμοί του πλάςματοσ: Πλάςμα είναι ιονιςμζνο αζριο ςε κερμοκραςία,περίπου, 10 9 βακμϊν Kelvin. Πλάςμα είναι ζνα μερικϊσ ιονιςμζνο αζριο. Δθλαδι ζνα αζριο ςτο οποίο κάποια (αλλά όχι όλα) από τα ςωματίδια από τα οποία αποτελείται είναι ιόντα και θλεκτρόνια. Σο μερικϊσ ιονιςμζνο πλάςμα μπορεί να ζχει πολφ χαμθλότερθ κερμοκραςία από το πλιρωσ 56

57 ιονιςμζνο πλάςμα, για παράδειγμα τθσ τάξθσ των 500 βακμϊν Κελςίου. Σα θλεκτρόνια ςε ζνα μερικϊσ ιονιςμζνο πλάςμα είναι πολφ πιο «κερμά» και δεν βρίςκονται ςε κερμικι ιςορροπία με τα υπόλοιπα ςωματίδια του αερίου. Ο βακμόσ ιονιςμοφ εξαρτάται από τθ κερμοκραςία (και αντίςτροφα). Πλάςμα είναι θ κατάςταςθ τθσ φλθσ θ οποία αποτελείται από ελεφκερα ιόντα και θλεκτρόνια. *8+ Ο ζνασ οριςμόσ κεωρεί το πλάςμα μορφι αερίου, ενϊ ο άλλοσ το κατατάςςει ωσ τθν τζταρτθ κατάςταςθ τθσ φλθσ (οι υπόλοιπεσ τρεισ είναι θ ςτερει, θ υγρι και θ αζρια). Σο πλάςμα διαφζρει από ζνα μθ-ιονιςμζνο αζριο. χθματίηεται όταν ζνα αζριο γίνει πολφ κερμό με αποτζλεςμα θλεκτρόνια να δραπετεφςουν από το άτομό τουσ και να γίνονται ελεφκερα (ελεφκερα θλεκτρόνια). Σο πλάςμα ςυνίςταται επομζνωσ από ελεφκερα θλεκτρόνια και ιόντα (άτομα ι μόρια που ζχουν χάςει ι αποκτιςει ζνα ι περιςςότερα θλεκτρόνια), και είναι υπεριονιςμζνθ κατάςταςθ τθσ φλθσ. Σο πλάςμα μπορεί να προκφψει από ζνα αζριο ςτο οποίο ζχει δοκεί αρκετι ενζργεια για να αποχωριςτοφν τα άτομα από τα θλεκτρόνιά τουσ (ιονιςμόσ) ϊςτε να παραχκεί ζνα νζφοσ από ιόντα και θλεκτρόνια. Σο πλάςμα εκδθλϊνει διαφορετικζσ κερμοδυναμικζσ ιδιότθτεσ από τισ αντίςτοιχεσ των αερίων. Θ κερμοκραςία, για παράδειγμα, ςτθν οποία τα ςωματίδια του πλάςματοσ αποκτοφν ςυγκεκριμζνθ κατανομι ταχυτιτων εξαρτάται από τον βακμό ιονιςμοφ (και κατ' επζκταςθ τθν ζνταςθ του εφαρμοηόμενου θλεκτρικοφ πεδίου που προκαλεί τον ιονιςμό, ι τθν ζνταςθ τθσ ακτινοβολίασ αν αυτι είναι θ αιτία του ιονιςμοφ). Θ παραγωγι πλάςματοσ με εφαρμογι θλεκτρικοφ πεδίου ζχει ςθμαντικζσ τεχνολογικζσ εφαρμογζσ, κακϊσ τεχνολογικζσ διεργαςίεσ που μζχρι τϊρα πραγματοποιοφνταν με χριςθ μθ-ιονιςμζνων-αερίων ςε πολφ υψθλζσ κερμοκραςίεσ μποροφν πλζον να γίνονται με χριςθ πλάςματοσ ςε χαμθλότερεσ κερμοκραςίεσ. Σο οικονομικό όφελοσ είναι προφανζσ, κακϊσ δαπανάται λιγότερθ ενζργεια. Επίςθσ, διεργαςίεσ ανζφικτεσ με χριςθ αερίων γίνονται τεχνικά δυνατζσ με χριςθ πλάςματοσ. 5.3 Δομι και λειτουργία μθχανισ Κοπισ με Πλάςμα (Plasma) χιμα 5.1 Σα επιμζρουσ εξαρτιματα μιασ εργαλειομθχανισ Πλάςματοσ 57

58 το χιμα 5.1 φαίνονται τα επιμζρουσ εξαρτιματα μιασ εργαλειομθχανισ πλάςματοσ, όπου παρατθρειται ο αεροςυμπιεςτισ, το τροφοδοτικό, ο πυρςόσ και θ γείωςθ. Ο Πυρςόσ πλάςματοσ (ςχιμα 5.2) χρθςιμοποιεί ζνα ακροφφςιο (beck) από κάποιο κράμα χαλκοφ για να περιορίςει το ρεφμα του ιονιςμζνου αερίου και να εςτιάηει τθν ενζργειά του ςε μία πολφ μικρι περιοχι.σο αζριο ςε κατάςταςθ πλάςματοσ που βγαίνει με ορμι από το ακροφφςιο μεταφζρει θλεκτρικό ρεφμα ςτθν προσ κοπι λαμαρίνα τθν οποία και τικει με ταυτόχρονθ απομάκρυνςθ του τθγμζνου μετάλλου από τθν ίδια τθ ροι του πλάςματοσ. χιμα 5.2 Πυρςόσ πλάςματοσ Εξζλιξθ ςτθν τεχνολογία των μθχανϊν κοπισ με πλάςμα είναι εξαγωγι από το ακροφφςιο ενόσ ευγενοφσ αερίου με περιδίνθςθ. Θ ειςαγωγι τθσ τεχνολογίασ περιδίνθςθσ του αερίου υποβοθκά τθν κοπι με πολλοφσ τρόπουσ. Πρϊτα-πρϊτα, θ περιδίνθςθ αυξάνει τθν ψφξθ. Σα μθ ιονιςμζνα άτομα του αερίου είναι βαρφτερα και μικρότερθσ κερμοκραςίασ από τα ιονιςμζνα, και κακϊσ αναγκάηονται ςε περιδίνθςθ κατανζμονται ςτο εξωτερικό τθσ περιδινοφμενθσ ςτιλθσ του αερίου. Αυτό το ψυχρότερο φράγμα προςτατεφει το χάλκινο ακροφφςιο (ςχιμα 5.3). Όςο αυξάνει θ ζνταςθ του θλεκτρικοφ ρεφματοσ, τόςο μεγαλϊνει το ποςοςτό ιονιςμζνων ατόμων, αλλάηοντασ τον "ιδανικό λόγο" 30%/70% (30% πλάςμα, 70% ψυχρό αζριο), και θ ψφξθ μειϊνεται, μικραίνοντασ τθ ηωι του ακροφφςιοu. Σα ακροφφςια ςχεδιάηονται για να λειτουργοφν ςε ςυγκεκριμζνο φάςμα ζνταςθσ ρεφματοσ. 58

59 χιμα 5.3 Σομι του άκρου του πυρςοφ πλάςματοσ με και χωρίσ αζριο περιδίνθςθσ (Swirl Gas) Α. Είςοδοσ ψυκτικοφ, Β. Ζξοδοσ ψυκτικοφ, C. Αζριο Πλάςματοσ, D. Αζριο περιδίνθςθσ *Swirl Gas], E. Κατεφκυνθ κοπισ και F. Επιφάνεια κοπισ Θ περιδίνθςθ του αερίου βελτιϊνει τθν κακετότθτα και τθν ποιότθτα κοπισ. Αν το αζριο του πλάςματοσ δεν ζμπαινε ςε περιςτροφι, το αποτζλεςμα κα ιταν κοπι "φρεηαριςτι", δθμιουργία δθλαδι κωνικότθτασ, και ςτισ δφο πλευρζσ του αυλακιοφ κοπισ (Βλζπε ςχιμα 5.4 Α περίπτωςθ). Αναγκάηοντασ το αζριο να περιδινείται, το τόξο κατανζμεται ομοιόμορφα ςτθν μία πλευρά τθσ "κολϊνασ", οπότε θ κοπι από εκεί είναι "κάκετθ" (Βλζπε ςχιμα 5.4 Β Περίπτωςθ). Εάν αλλάξει θ φορά τθσ περιδίνθςθσ (ανάποδα από τθ φορά περιςτροφισ των δεικτϊν του ρολογιοφ, αν πριν ιταν ςφμφωνθ με αυτιν), θ κάκετθ πλευρά κα αλλάξει αντιδιαμετρικά. Κακϊσ το ιονιςμζνο αζριο (το τόξο του πλάςματοσ) ςτριφογυρίηει, το θλεκτρικό τόξο προςβάλλει κάκετα και ςε όλο τθσ το πλάτοσ τθν πλευρά του φφλλου που κα κόψουμε. 'Οταν γίνεται αυτό θ ενζργεια κατανζμεται ομοιόμορφα ςε όλο το πάχοσ τθσ κοπισ του αντικειμζνου εργαςίασ. Αυτι θ ιςοκατανομι τθσ ενζργειασ ζχει αποτζλεςμα πιο "τετράγωνθ" κοπι, ενϊ από τθν αντίκετθ πλευρά θ επιφάνεια κοπισ ζχει μία γωνίασ κλίςθσ από 5 μζχρι 8 μοιρϊν. Θ ειςαγωγι αερίου προςταςίασ περιορίηει ακόμα περιςςότερο το τόξο και ψφχει το ακροφφςιο. Αυτό το αζριο ειςάγεται μετά τον ιονιςμό του αερίου του πλάςματοσ, ςτθν άκρθ του ακροφυςίου. 59

60 χιμα 5.4 Επίδραςθ τθσ περιδίνθςθσ ςτθν ποιότθτα κοπισ. χιμα 5.5 Σα κφρια εξαρτιματα του άκρου του πυρςοφ Τπάρχουν τρία κφρια εξαρτιματα ςτο άκρο του πυρςοφ: Α) Σο Θλεκτρόδιο Β)Ο Ελεγκτισ Περιδίνθςθσ Αερίου (Gas ι Swirl Baffle) Γ)Σο Ακροφφςιο (beck) Αυτά τα εξαρτιματα είναι αναλϊςιμα. Φκείρονται με τθ λειτουργία τθσ μθχανισ και πρζπει να αντικακίςτανται. το παραπάνω ςχιμα 5.5 φαίνονται τα αναλϊςιμα του πυρςοφ(τθ ςειρά: Θλεκτρόδιο,Ελεγκτισ Περιδίνθςθσ Αερίου, Aκροφφςιο).Οι πυρςοί άλλων καταςκευαςτϊν, όπωσ και άλλοι πυρςοί του ίδιου καταςκευαςτι, μπορεί να ζχουν κάπωσ διαφορετικι ςχεδίαςθ, αλλά όλοι απαραίτθτα ζχουν τα τρία εξαρτιματα που κάνουν τισ λειτουργίεσ που αναφζραμε. [9] Εκκίνθςθ Κοπισ με Πλάςμα Σο θλεκτρόδιο (ςχιμα 5.6) ςυνδζεται με τον αρνθτικό πόλο του ςυνεχοφσ ρεφματοσ που παράγει θ Γεννιτρια Λςχφοσ του Πλάςματοσ. Σο ακροφφςιο ςυνδζεται ςτον κετικό πόλο αλλά απομονϊνεται κατά τθν λειτουργία και είναι θλεκτρικά μονωμζνο μζςω ενόσ ανοιχτοφ θλεκτρονόμου (relay). 60