Celem dzia\u0142a\u0144 innowacyjnych w odniesieniu do konwencjonalnej AFM jest intensyfikacja usuwania zb\u0119dnego materia\u0142u w procesie wyg\u0142adzania obrabianych powierzchni i uzyskanie wi\u0119kszej produktywno\u015bci tej obr\u00f3bki. Dzia\u0142ania te maj\u0105 jednocze\u015bnie spe\u0142nia\u0107 warunki techniczne stawiane warstwie wierzchniej. Celu tego nie mo\u017cna osi\u0105gn\u0105\u0107 przez podwy\u017cszanie ci\u015bnienia i zwi\u0119kszanie wymuszonej ci\u015bnieniem pr\u0119dko\u015bci przet\u0142aczania, ze wzgl\u0119du na rosn\u0105c\u0105 temperatur\u0119 pasty \u015bciernej i niekorzystn\u0105 zmian\u0119 jej lepko\u015bci<\/strong><\/p>\n

\nPierwsz\u0105 zmodyfikowan\u0105 odmian\u0119 konwencjonalnej AFM stanowi konstrukcja uk\u0142adu obr\u00f3bkowego z ruchem obrotowym przedmiotu, dzi\u0119ki kt\u00f3rej jest mo\u017cliwa efektywna obr\u00f3bka wyko\u0144czeniowa powierzchni zewn\u0119trznych o przestrzennym reliefie. Powierzchnie te wymagaj\u0105 r\u00f3\u017cnokierunkowego przep\u0142ywu pasty \u015bciernej dla skutecznej penetracji wg\u0142\u0119bie\u0144 i wypuk\u0142o\u015bci profilu. Realizacj\u0119 takich zada\u0144 technicznych umo\u017cliwia AFM orbitalna, kt\u00f3rej zasad\u0119 przedstawia rys. 13. Jest to uk\u0142ad obr\u00f3bkowy pracuj\u0105cy w systemie dwukierunkowego przet\u0142aczania pasty \u015bciernej przez szczelin\u0119 o ci\u0105gle zmieniaj\u0105cych si\u0119 lokalnie grubo\u015bciach. Ruch wzgl\u0119dny obrabianej powierzchni i pasty \u015bciernej jest wypadkow\u0105 ruchu obrotowego przedmiotu i pr\u0119dko\u015bci przep\u0142ywu pasty \u015bciernej.<\/p>\n

\nRYS. 13.<\/strong> AFM orbitalna, z dwukierunkowym przet\u0142aczaniem pasty \u015bciernej pod przedmiotem obrabianym, wprawianym w ruch obrotowy [2]<\/em><\/p>\n

\nTen dodatkowy ruch przedmiotu powoduje, \u017ce czas obr\u00f3bki niezb\u0119dny do zmiany chropowato\u015bci z Ra<\/em> = 0,5 ?m do Ra<\/em> = 0,01 ?m, ustalany dla fragmentu powierzchni wok\u00f3\u0142 osi obrotu, wynosi 7 do 10 min. Uzyskiwana jednorodno\u015b\u0107 struktury geometrycznej powierzchni oraz znaczne skr\u00f3cenie czasu obr\u00f3bki wzgl\u0119dem konwencjonalnego wielostopniowego polerowania mechanicznego, uzasadnia stosowanie orbitalnej AFM do przedmiot\u00f3w takich jak matryce do t\u0142oczenia monet, a tak\u017ce formy do produkcji element\u00f3w z tworzyw sztucznych (rys. 14). <\/p>\n

\nRYS. 14.<\/strong> Wygl\u0105d powierzchni cz\u0119\u015bci formy po AFM do produkcji butelek z tworzyw sztucznych<\/em><\/p>\n

\nDrug\u0105 mo\u017cliwo\u015b\u0107 intensyfikacji procesu mikroskrawania daje odmiana obr\u00f3bki magnetyczno ? \u015bciernej (MAFM) [5]. Polimerowa pasta \u015bcierna zawiera w tym przypadku ziarna ferromagnetyczne ceramiczno ? w\u0119glikowe. Uk\u0142ad obr\u00f3bkowy jest wyposa\u017cony w generator pola magnetycznego w obszarze obr\u00f3bki (rys. 15). Wytworzone pole powoduje zwi\u0119kszenie si\u0142 promieniowych oddzia\u0142uj\u0105cych na poszczeg\u00f3lne ziarna, proporcjonalnych do ich masy. Skutkuje to zwi\u0119kszeniem koncentracji ziaren w rejonie obr\u00f3bki, a tak\u017ce sprawniejszym procesem mikroskrawania, dzi\u0119ki korzystnemu ustawianiu si\u0119 ziaren d\u0142u\u017cszymi osiami prostopadle do powierzchni obrabianej [6]. Daje to nawet 2-krotne zwi\u0119kszenie ubytku materia\u0142u z obrabianej warstwy wierzchniej, przy \u015brednich pr\u0119dko\u015bciach przep\u0142ywu pasty \u015bciernej, w szczeg\u00f3lno\u015bci przy wysokim nat\u0119\u017ceniu pola magnetycznego. Mankamentem tego rozwi\u0105zania jest wprowadzony dodatkowy zesp\u00f3\u0142 konstrukcyjny dostosowywany indywidualnie do danego typu cz\u0119\u015bci oraz pozostaj\u0105cy resztkowy magnetyzm w obrabianych elementach wykonanych z materia\u0142\u00f3w ferromagnetycznych.<\/p>\n

\n<\/p>\n

\nRYS. 15.<\/strong> Schemat obr\u00f3bki przet\u0142oczono-\u015bciernej w polu elektromagnetycznym<\/em><\/p>\n

\nNajnowsz\u0105 propozycj\u0105 innowacyjn\u0105 w zakresie AFM jest zastosowanie elektrolitu polimerowego jako no\u015bnika ziaren \u015bciernych. Uk\u0142ad obr\u00f3bkowy wyposa\u017cony jest w \u017ar\u00f3d\u0142o pr\u0105du sta\u0142ego i pomocnicz\u0105 katod\u0119, co umo\u017cliwia realizacj\u0119 hybrydowego procesu elektrochemiczno ? \u015bciernego przedmiotu ? anody (rys. 16). Synergizm skutk\u00f3w obr\u00f3bki \u015bciernej i roztwarzania anodowego (ECAFM) intensyfikuje usuwanie metalu z obrabianego przedmiotu [7].<\/p>\n

\n\u00a0<\/p>\n

\n\u00a0RYS. 16.<\/strong> Zasada obr\u00f3bki przet\u0142oczono-\u015bciernej wspomaganej procesem roztwarzania anodowego: ??? katoda, ?+? przedmiot obrabiany (anoda)<\/em><\/p>\n

\nW komorze obr\u00f3bkowej znajduje si\u0119 oprzyrz\u0105dowanie pomocnicze spe\u0142niaj\u0105ce rol\u0119 katody, kt\u00f3rej zaprojektowany kszta\u0142t i usytuowanie wyznaczaj\u0105 w\u0142a\u015bciw\u0105 grubo\u015b\u0107 szczeliny mi\u0119dzyelektrodowej. Jest to jeden z g\u0142\u00f3wnych problem\u00f3w dotycz\u0105cych procesu ECAFM, zwi\u0105zany z przewidywaniem zr\u00f3\u017cnicowania skutk\u00f3w obr\u00f3bki w zale\u017cno\u015bci od geometrii elementu jak r\u00f3wnie\u017c nastawianych parametr\u00f3w. Rozwi\u0105zanie tego problemu umo\u017cliwia symulacja komputerowa osiowo-symetrycznego tr\u00f3jwymiarowego przep\u0142ywu cieczy nienewtonowskiej przez szczeliny o okre\u015blonej geometrii. Uzyskane z oblicze\u0144 numerycznych pr\u0119dko\u015bci przep\u0142ywu medium i wielko\u015bci wewn\u0119trznych napr\u0119\u017ce\u0144 stycznych s\u0105 podstaw\u0105 przewidywania skutk\u00f3w obr\u00f3bki [8]. Rys. 17 przedstawia rozk\u0142ad pr\u0119dko\u015bci przep\u0142ywu medium w komorze roboczej. Najwi\u0119ksza pr\u0119dko\u015b\u0107, tj. 0,275 m\/s, wyst\u0119puje w szczelinie b\u0119d\u0105cej stref\u0105 obr\u00f3bki.\u00a0<\/p>\n

\n<\/p>\n

\nRYS. 17.<\/strong> Wektory pr\u0119dko\u015bci przep\u0142ywu lepko spr\u0119\u017cystego medium przez szczelin\u0119 w modelowej komorze roboczej obrabiarki<\/em><\/p>\n

\nWa\u017cnymi czynnikami maj\u0105cymi wp\u0142yw na efektywno\u015b\u0107 ECAFM s\u0105 w\u0142a\u015bciwo\u015bci elektrolitu polimerowego, do kt\u00f3rych zalicza si\u0119: plastyczno\u015b\u0107 umo\u017cliwiaj\u0105c\u0105 przet\u0142aczanie elektrolitu pod wysokim ci\u015bnieniem, stabiln\u0105 g\u0119sto\u015b\u0107 podczas tego procesu i w czasie przechowywania, zdolno\u015b\u0107 do utrzymania ziaren \u015bciernych, wysoka przewodno\u015b\u0107 jonowa (a niska przewodno\u015b\u0107 elektronowa), liczby przenoszenia kation\u00f3w r\u00f3wne jedno\u015bci a anion\u00f3w r\u00f3wne zero, wysoki potencja\u0142 rozk\u0142adowy, ograniczon\u0105 adhezj\u0119 do materia\u0142u obrabianego i prost\u0105 syntez\u0119, a tak\u017ce… nisk\u0105 cen\u0119. Niekt\u00f3re z tych cech maj\u0105 elektrolity sta\u0142e, do jakich zalicza si\u0119 przewodniki superjonowe. S\u0105 to cia\u0142a o przewodno\u015bci wi\u0119kszej od umownej warto\u015bci 10^{-10<\/sup> S\/cm w temperaturze pokojowej, zdolne do przewodzenia pr\u0105du jonowego. W og\u00f3lny spos\u00f3b podzieli\u0107 je mo\u017cna na nieorganiczne oraz organiczne. Brak wymaganej cechy plastyczno\u015bci, dyskwalifikuje elektrolity nieorganiczne.<\/p>\n}

\nElektrolitami organicznymi s\u0105 polimerowe \u017cele i polimerowe kompleksy. \u017bele to uk\u0142ady trzech sk\u0142adnik\u00f3w: s\u00f3l, rozpuszczalnik o du\u017cej sta\u0142ej dielektrycznej i polimer, kt\u00f3ry pe\u0142ni rol\u0119 oboj\u0119tnej matrycy z wewn\u0119trzn\u0105 faz\u0105 ciek\u0142\u0105 odpowiedzialn\u0105 za transport jon\u00f3w, niezwi\u0105zanych w og\u00f3le z polimerem. Kompleksy to zwi\u0105zki soli, gdzie ligandami s\u0105 makromoleku\u0142y, w kt\u00f3rych polimer dzia\u0142a na s\u00f3l jak rozpuszczalnik. W innowacyjnych elektrolitach polimerowych podstawowym sk\u0142adnikiem \u017celi jest polimer organiczny w postaci poliglukozy w ilo\u015bci 10 do 20%. Sk\u0142ad uzupe\u0142nia ziarno \u015bcierne o numerze 80 w ilo\u015bci 30 do 55%, oleina w ilo\u015bci 4 do 8% i nasycony roztw\u00f3r NaCl w ilo\u015bci 27 do 40%, a tak\u017ce wype\u0142niacz SiO_{2<\/sub>. Przewodno\u015b\u0107 w\u0142a\u015bciwa opracowanych elektrolit\u00f3w w postaci past \u017celowych, oznaczonych symbolami od AI do JI w tabeli 1, mie\u015bci si\u0119 w przedziale 1 ? 6?10^{-2<\/sup> [S\/cm]. Polimerowe kompleksy oznaczone jako KP i KS zawieraj\u0105 sk\u0142adnik podstawowy poliglikol etylenowy z dodatkiem KSCN, po 40% ziarna \u015bciernego SiC o numerze 150 i po 20% SiO2<\/sub>. Ponadto zawieraj\u0105 odpowiednio poliglikol propylenowy PPG425 <\/sub>(KP) oraz CH3<\/sub>CN i siloksan (KS). Przewodno\u015b\u0107 w\u0142a\u015bciwa tych kompleks\u00f3w mie\u015bci si\u0119 w przedziale 1,3 ? 3,7?10-4<\/sup> [S\/cm]. Badania testowe innowacyjnej obr\u00f3bki przet\u0142oczno-\u015bciernej, przeprowadzono na stanowisku z rys. 18.<\/p>\n}}

\nRYS. 18.<\/strong> Widok stanowiska badawczego ECAFM z zasilaczem pr\u0105dowym, si\u0142ownik\u00f3w hydraulicznych i uk\u0142adem sterowania [7]<\/em><\/p>\n

\nStanowisko badawcze do obr\u00f3bki ECAFM sk\u0142ada si\u0119 z zasilacza niskonapi\u0119ciowego pr\u0105du sta\u0142ego, zasilacza hydraulicznego i uk\u0142adu sterowania. W tabeli 1 zestawiono por\u00f3wnawczo rezultaty wydajno\u015bciowe AFM i ECAFM dla opracowanych wariant\u00f3w elektrolit\u00f3w polimerowych oznaczonych symbolami od A do I oraz firmowej pasty \u015bciernej MV150. Zastosowano nast\u0119puj\u0105ce parametry obr\u00f3bki: pr\u0105dowe – 13 V i 10 A, ci\u015bnienie p<\/em>_{E<\/sub> = 7 MPa, liczb\u0119 cykli przet\u0142ocze\u0144 N<\/em> = 20, \u015bredni\u0105 pr\u0119dko\u015b\u0107 przep\u0142ywu pasty v = 0,33 m\/s. Liczb\u0119 przet\u0142ocze\u0144 wybrano wed\u0142ug kryterium malej\u0105cej efektywno\u015bci rejestrowanej po 20 cyklach konwencjonalnej AFM.<\/p>\n}

\nRezultat wydajno\u015bciowy dla elektrolitu A (tablica 1) okre\u015blony dla anody (przedmiotu) jest prawie 8-krotnie wi\u0119kszy w stosunku do AFM zainstalowanej katody o tej samej powierzchni obrabianej. Na rys. 19a znajduje si\u0119 przyk\u0142adowa powierzchnia po ECAFM z udzia\u0142em elektrolitu polimerowego, na kt\u00f3rej wida\u0107 skutki wydajnej obr\u00f3bki przy udziale roztwarzania elektrochemicznego usuwaj\u0105cej nier\u00f3wno\u015bci pocz\u0105tkowe ju\u017c po 10 cyklach przet\u0142ocze\u0144. Popraw\u0119 wygl\u0105du powierzchni umo\u017cliwia od\u0142\u0105czenie pr\u0105du od elektrod w okresie ostatnich 3 do 5 cykli przet\u0142ocze\u0144 (rys. 19b). Wyniki bada\u0144 wytypowanych elektrolit\u00f3w w postaci polimerowych \u017celi zestawione w tabeli 1 wskazuj\u0105, \u017ce pasta E stosowana w ko\u0144cowej fazie obr\u00f3bki bez udzia\u0142u pr\u0105du ma lepsze w\u0142a\u015bciwo\u015bci wydajno\u015bciowe ni\u017c pasta MV150 firmy Extrude Hone. Jej wysoka efektywno\u015b\u0107 \u015bcierna powoduje, \u017ce w wariancie ECAFM (ze wspomaganiem elektrochemicznym) przewy\u017csza tylko 2-krotnie rezultat wydajno\u015bciowy AFM konwencjonalnej uzyskany w por\u00f3wnywalnych warunkach \u015bciernych.<\/p>\n

\n\u00a0\u00a0<\/p>\n

\nRYS. 19.<\/strong> Wygl\u0105d powierzchni po ECAFM na pa\u015bcie polimerowej z dodatkiem siloksanu (a) i po AFM w ostatnich 5 cyklach w zabiegu 20-cyklowym (b)<\/em><\/p>\n

\nObr\u00f3bka ECAFM zmniejsza tak\u017ce chropowato\u015b\u0107 pocz\u0105tkow\u0105 Ra<\/em> =2 ? 5 ?m, ale chropowato\u015b\u0107 powierzchni Ra<\/em> = 0.2 ? 0.5 ?m nie ulega poprawie. W celu zmniejszenia tej chropowato\u015bci nale\u017cy ko\u0144cow\u0105 faz\u0119 operacji realizowa\u0107 w wariancie AFM, co r\u00f3wnie\u017c poprawia refleksyjno\u015b\u0107 powierzchni. Elektrolity polimerowe zastosowane w obr\u00f3bce przet\u0142oczno-\u015bciernej s\u0105 przedmiotem dalszych prac nad popraw\u0105 ich w\u0142a\u015bciwo\u015bci u\u017cytkowych.<\/p>\n

\n^{LITERATURA<\/strong><\/sup><\/em><\/p>\n}

\n^{[1] Stackhouse J., Abrasive ? flow machining deburrs difficult channels, [w:] Tooling and Production magazine. July, 1990.<\/sup><\/em><\/p>\n}

\n^{[2] Extrude Hone Corporation: AFM process. Irwin, PA 15642, USA.<\/sup><\/em><\/p>\n}

\n^{[3] V.K. Gorana, V.K. Jain, G.K. Lal, Experimental investigation into cutting forces and active grain density during abrasive flow machining, [w:] International Journal of Machine Tools & Manufacture, 44 (2004).<\/sup><\/em><\/p>\n}

\n^{[4] Rajeshwar G., Kozak J., Rajurkar K. P., Modeling and computer simulation of media flow in abrasive flow machining process. ASME, PED, Vol. 68-2, Manufacturing Science and Engineering, USA.<\/sup><\/em><\/p>\n}

\n^{[5] Sehijpal Singh, H.S. Shan, Development of magneto abrasive flow machining process, [w:] International Journal of Machine Tools & Manufacture, 42 (2002), USA.<\/sup><\/em><\/p>\n}

\n^{[6] Wantuch E. T., Podstawy technologii magneto\u015bciernej. WNT, Warszawa, 2000 r.<\/sup><\/em><\/p>\n}

\n^{[7] D\u0105browski L., Marciniak M., Spos\u00f3b obr\u00f3bki elektrochemiczno-\u015bciernej i urz\u0105dzenie do obr\u00f3bki elektrochemiczno-\u015bciernej. Patent PL 190666, B1, Int.Cl., B 23H 5\/06, 2005 r.<\/sup><\/em><\/p>\n}

\n^{[8] Program komputerowy FLUENT.<\/sup><\/em><\/p>\n}

\n^{[9] D\u0105browski L., Marciniak M., Pakie\u0142a P., Szewczyk T., Nowa koncepcja obr\u00f3bki przet\u0142oczno-\u015bciernej ze wspomaganiem elektrochemicznym, [w:] Prace XXIX Naukowej Szko\u0142y Obr\u00f3bki \u015aciernej. Wydawnictwo Akademii Morskiej, Gdynia, 2006 r.<\/sup><\/em><\/p>\n}

Autor: TEKST I ILUSTRACJE: LUCJAN D\u0104BROWSKI, MIECZYS\u0141AW MARCINIAK<\/i><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Celem dzia\u0142a\u0144 innowacyjnych w odniesieniu do konwencjonalnej AFM jest intensyfikacja usuwania zb\u0119dnego materia\u0142u w procesie wyg\u0142adzania obrabianych powierzchni i uzyskanie wi\u0119kszej produktywno\u015bci tej obr\u00f3bki. Dzia\u0142ania te maj\u0105 jednocze\u015bnie spe\u0142nia\u0107 warunki techniczne stawiane warstwie wierzchniej. Celu tego nie mo\u017cna osi\u0105gn\u0105\u0107 przez podwy\u017cszanie ci\u015bnienia i zwi\u0119kszanie wymuszonej ci\u015bnieniem pr\u0119dko\u015bci przet\u0142aczania, ze wzgl\u0119du na rosn\u0105c\u0105 temperatur\u0119 pasty \u015bciernej i niekorzystn\u0105 zmian\u0119 jej lepko\u015bci<\/p>\n","protected":false},"author":3,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_mi_skip_tracking":false,"_monsterinsights_sitenote_active":false,"_monsterinsights_sitenote_note":"","_monsterinsights_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[],"tags":[157],"class_list":["post-3418","post","type-post","status-publish","format-standard","tag-igus"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.designnews.pl\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3418","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.designnews.pl\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.designnews.pl\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.designnews.pl\/wp-json\/wp\/v2\/users\/3"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.designnews.pl\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=3418"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.designnews.pl\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3418\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.designnews.pl\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=3418"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.designnews.pl\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=3418"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.designnews.pl\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=3418"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}