Nasze serwisy używają informacji zapisanych w plikach cookies. Korzystając z serwisu wyrażasz zgodę na używanie plików cookies zgodnie z aktualnymi ustawieniami przeglądarki, które możesz zmienić w dowolnej chwili. Więcej informacji odnośnie plików cookies.

Obowiązek informacyjny wynikający z Ustawy z dnia 16 listopada 2012 r. o zmianie ustawy – Prawo telekomunikacyjne oraz niektórych innych ustaw.

Wyłącz komunikat

 
 
politechnika
9. Podsumowanie i wnioski
 
Podstawowym osiągniętym rezultatem, skutkiem realizacji projektu, jest uzyskanie dwóch kompletnych stanowisk badawczych z wykorzystaniem centrów obróbkowych CNC. Stanowiska te umożliwiają badania procesów obróbkowych wspomaganych drganiami ultradźwiękowymi narzędzia (stanowisko Ultrasonic 20 linear) oraz obrabianego przedmiotu (stanowisko Haas-Sinumerik). 5 osiowe centrum obróbkowe Ultrasonic 20 linear jest maszyną dostępną na rynku obrabiarkowym i po zakupie przez Politechnikę Rzeszowską stanowi zasób KTWiA. Budowa stanowiska badawczego polegała na wyposażeniu tej maszyny w niezbędne układy pomiarowe. W celu przeprowadzenia badań procesów obróbkowych wspomaganych drganiami ultradźwiękowymi obrabianego przedmiotu koniecznym była budowa od podstaw nowego stanowiska badawczego. Przyjęto założenie, że takie stanowisko również będzie zbudowane na bazie centrum obróbkowego CNC. Wybrano do tego celu centrum VF 2YT firmy Haas, ponieważ, dzięki uprzejmości firmy, możliwy był zakup tego centrum bez zespołów, które uniemożliwiały uzupełnienie maszyny, w oryginalnej konfiguracji,  o specjalnie projektowane i wykonane oprzyrządowanie realizujące wspomaganie obróbki drganiami ultradźwiękowymi obrabianego przedmiotu. Dzięki umiejętnemu połączeniu wybranych zespołów obrabiarki firmy Haas z elementami sterowania i napędów firmy Siemens oraz wykonanym specjalnym oprzyrządowaniem powstało unikatowe kompletne stanowisko badawcze CNC Haas-Sinumerik umożliwiające prowadzenie badań procesów obróbkowych wspomaganych drganiami ultradźwiękowymi obrabianego przedmiotu.
Materiałem badanym była ceramika korundowa i cyrkonowa w różnych stanach spieczenia. Ceramika ta stanowi podstawowe tworzywo do produkcji wyrobów ceramicznych w CEREL. Opracowane i przygotowane stanowiska badawcze mogą być wykorzystane do badania procesów obróbkowych, różnych innych materiałów trudno obrabialnych, wspomaganych drganiami ultradźwiękowymi narzędzia lub obrabianego przedmiotu.
W zakresie pomiarów wykonywanych poza obrabiarkami oraz w badanych procesach obróbkowych stosowano pomiary:
  • mikroskopowe,
  • z zastosowaniem czujnika wiroprądowego,
  • wibrometrem laserowym,
  • specjalnymi siłomierzami,
  • profilometrami.
Wszystkie uzyskane rezultaty dotyczą badań prowadzonych w przyjętych zakresach parametrów. Możliwe są modernizacje tych stanowisk badawczych mające na celu rozszerzenie zakresów stosowanych parametrów.

Z przeprowadzonych badań na stanowisku CNC Ultrasonic  20 linear  można  przytoczyć  następujące wnioski  (szczegółowo opisane w pracy doktorskiej Wdowik Roman, Analiza szlifowania ceramiki korundowej i cyrkonowej ze wspomaganiem ultradźwiękowym, Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa Politechniki Rzeszowskiej im. Ignacego Łukasiewicza, Praca doktorska, 30 marca 2015 r.):
  • W zakresie pomiarów chropowatości powierzchni po obróbce ceramiki cyrkonowej, w stanie po końcowym spieczeniu, otrzymano wyniki świadczące o większych wartościach parametrów chropowatości Ra, Rz, Rt, które mierzone były w kierunku posuwu podczas obróbki hybrydowej powierzchnią walcową ściernicy, w porównaniu z procesem konwencjonalnym. Wyniki pomiarów tych samych parametrów w kierunku prostopadłym do wektora prędkości posuwu nie dały jednoznacznej odpowiedzi, co do korzystnego wpływu wspomagania ultradźwiękowego. Zarówno dla procesu konwencjonalnego, jak i procesu hybrydowego istnieje różnica w wartościach parametrów mierzonych w kierunku prostopadłym i równoległym do kierunku posuwu. Uzyskiwano większe wartości parametrów mierzonych prostopadle do kierunku posuwu. Dodatkowo, zaobserwowano znaczącą zmianę struktury powierzchni po realizacji procesu szlifowania ceramiki cyrkonowej ze wspomaganiem ultradźwiękowym. Obserwowano wyraźne ślady ziaren ściernych o kształcie przypominającym przebieg funkcji sinus oraz nieznaczne „zanikanie“ kierunkowych śladów ziaren ściernych po realizowaniu procesu hybrydowego, w porównaniu z procesem konwencjonalnym.
  • Wyniki pomiarów siły szlifowania wykazały, że widoczne są różnice w wartościach składowych siły po obróbce ceramiki charakteryzującej się niewielką twardością. Dodatkowo, obserwowano nieznaczne stabilizowanie się wartości składowych siły szlifowania podczas realizacji procesu ze wspomaganiem ultradźwiękowym. W przypadku obróbki ceramiki o dużej twardości obserwowano bardzo niewielkie obniżenie wartości składowych siły szlifowania, po zastosowaniu procesu hybrydowego lub też nie obserwowano różnic w wartościach siły. Można stwierdzić, że na wielkość redukcji sił procesowych wpływa także wartość prędkości ns i nieduże średnice używanych narzędzi charakterystyczne dla tej maszyny.
  • W zakresie zużycia ściernic podczas realizacji procesu szlifowania ze wspomaganiem ultradźwiękowym obserwowano korzystny wpływ drgań na samooczyszczanie się ściernicy. Dotyczy to przede wszystkim obróbki na sucho ceramiki wstępnie spieczonej o niewielkiej twardości. Dodatkowo, stabilizowanie się wartości składowych siły szlifowania może świadczyć o zjawiskach wpływających korzystnie na efekt tzw. samoostrzenia się ściernicy. W tym zakresie należy jednak prowadzić dalsze prace badawcze. Największym wyzwaniem obróbki na sucho wydaje się ograniczenie zjawisk cieplnych występujących podczas braku chłodzenia oprawki w częstotliwościach około rezonansowych. Rozwiązaniem może być przerywana praca generatora lub zastosowanie chłodzenia oprawki sprężonym powietrzem.
  • Wyniki przeprowadzonych badań świadczą o niewielkim wpływie wspomagania ultradźwiękowego na rezultaty obróbki ceramiki cyrkonowej oraz korundowej o dużej twardości uzyskiwanej po tzw. końcowym spieczeniu. Można jednak zauważyć, że nawet dla niewielkich amplitud drgań ultradźwiękowych otrzymuje się korzystne wyniki realizacji procesu obróbki ceramiki wstępnie spieczonej. Świadczy to o możliwościach w zakresie zastosowania stanowiska badawczego do realizacji obróbki materiałów kruchych o niewielkiej twardości. Obniżenie wypadkowej siły szlifowania umożliwia zwiększenie wydajności prowadzenia procesu oraz ograniczenie powstawania wykruszeń obrabianego przedmiotu. W tym zakresie szczególnie istotne wydają się być przyszłe prace badawcze związane z procesem mikroobróbki materiałów kruchych ze wspomaganiem ultradźwiękowym.
  • Ciekawym obszarem przyszłych prac badawczych wydaje się być zastosowanie drgań eliptycznych (w dwóch kierunkach) obrabianego przedmiotu oraz jednoczesnych drgań ściernicy i przedmiotu. Prace mogą być prowadzone w odniesieniu do obróbki innych materiałów ceramicznych, a także trudno obrabialnych stopów metali stosowanych w przemyśle lotniczym. Ciekawym obszarem przyszłych prac badawczych jest także obróbka materiałów kompozytowych i „wyrobów hybrydowych“ (np. tytanowo – ceramicznych lub stalowo – ceramicznych).
Z badań przeprowadzonych na stanowisku badawczym Haas-Sinumerik wynikają podobne wnioski do poprzednich, a ponadto:
  • Stanowisko badawcze Haas-Sinumerik pozwala na przeprowadzenie badań hybrydowych procesów obróbki ubytkowej, których realizacja na maszynach dostępnych w produkcji seryjnej jest niemożliwa.
  • Proces obróbki ubytkowej wspomaganej drganiami ultradźwiękowymi może by realizowany na tym stanowisku w każdej możliwej odmianie kinematyki obróbki tj. drgania w kierunku osi narzędzia (jest to jedyna kinematyka dostępna w maszynach produkcyjnych), drgania w płaszczyźnie prostopadłej do narzędzia z oscylacją zgodną z kierunkiem posuwu, drgania w płaszczyźnie prostopadłej do narzędzia z oscylacją prostopadłą do kierunku posuwu.
  • Układ drgającego przedmiotu obrabianego wymaga przygotowania indywidualnego oprzyrządowania, którego konstrukcja jest procesem złożonym i pracochłonnym po doborze założeń konstrukcyjnych, należy przeprowadzić wielokrotnie analizę modalną w celu dostrojenia częstotliwości pracujących elementów a następnie po ich wykonaniu należy się upewnić iż częstotliwość rezonansowa całego falowodu jest możliwie bliska częstotliwości rezonansowej piezokryształów.
  • Opracowana w ramach projektu metodyka projektowania falowodu pozwoli na łatwiejsze wykonywanie nowych sonotrod koniecznych dla układu drgającego narzędzia.
  • Opracowana w ramach projektu metodyka projektowania sonotrod o pełnej długości fali pozwala na uproszczenie procesu projektowania sonotrody oraz na stosowanie dodatkowej podpory zwiększającej możliwości technologiczne procesu oraz pozwala na montaż większych próbek w łatwiejszy sposób dlatego zalecane jest dalsze stosowanie sonotrod tego typu.
  • Strojenie transducera czyli układu silnie nieliniowego jest dość skomplikowane, dlatego jasna procedura bardzo ułatwi strojenie osobom nie zaznajomionym z zagadnieniami rezonansu elektrycznego piezokryształów.
  • Opracowane zależności modelowe pozwalają na oszacowanie m.in. siły w zależności od parametrów wejściowych procesu UAG. Porównanie wyników otrzymanych z modelu i uzyskanych drogą eksperymentu wykazuje dużą zgodność tych wyników, co umożliwia zastosowanie przedstawionego modelu do symulacji procesów szlifowania wybranej ceramiki inżynierskiej ze wspomaganiem ultradźwiękowym obrabianego przedmiotu.

 

  Badania realizowane w ramach Projektu
"Technologia wysokowydajnej obróbki ze wspomaganiem ultradźwiękowym przedmiotów
ceramicznych o złożonej geometrii"  Nr PBS2/B6/17/2013 finansowanego przez Narodowe Centrum Badań

Katedra Technik Wytwarzania i Automatyzacji
ul. W. Pola 2, 35-959 Rzeszów,
budynek C