Primerjava toplotnega in mehanskega raziglanja

(1)

UNIVERZA V LJUBLJANI Fakulteta za strojništvo

Primerjava toplotnega in mehanskega raziglanja

Diplomsko delo visokošolskega študijskega programa I. stopnje Strojništvo

Filip Pivk

Ljubljana, junij 2021

(2)

(3)

(4)

(5)

UNIVERZA V LJUBLJANI Fakulteta za strojništvo

Primerjava toplotnega in mehanskega raziglanja

Diplomsko delo visokošolskega študijskega programa I. stopnje Strojništvo

Filip Pivk

Mentor: izr. prof. dr. Franci Pušavec

Ljubljana, junij 2021

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

vi

(11)

Izvleček

UDK 621.9.04:621.924.8(043.2) Tek. štev.: VS I/900

Primerjava toplotnega in mehanskega raziglanja Filip Pivk

Ključne besede: raziglanje igle

toplotno raziglanje krtače

ročno raziglanje

elektrokemično raziglanje

V diplomski nalogi je opisana igla kot produkt odrezovalnih postopkov, kot način odstranitve igle pa so predstavljeni toplotno, ročno, raziglanje s krtačami in tudi elektrokemično raziglanje. V praktičnem delu je izvedena primerjava toplotnega in mehanskega raziglanja, v kateri nas zanima, kateri postopek je najprimernejši za odstranjevanje igle pri opazovanem ohišju hidravličnega ventila. Pri primerjavi nas zanimata cena in kakovost obdelave, v ugotovitvah pa se odločimo kateri postopek bomo uporabili in zakaj smo se tako odločili.

(12)

viii

(13)

Abstract

UDC 621.9.04:621.924.8(043.2) No.: VS I/900

Comparison of thermal and mechanical deburrin Filip Pivk

Key words: deburring burr

thermal deburring brushes

manual deburring

electrochemical deburring

This diploma thesis describes burr as a product of cutting proces. Presented ways for removing this burr are thermal and manual deburring, brushing and also electrochemical deburring. In second part, a comparison of thermal and mechanical deburring is performed in which our goal is, to determine which is the most suitable proces for removing the burr at the observed hydraulic valve housing. In this part, we were interested in the price and quality of manufactured pieces. In findings, we decide which procetude will we use and why we decided to do so.

(14)

x

(15)

Kazalo

Kazalo slik ... xiii

Kazalo preglednic ... xv

Seznam uporabljenih simbolov ... xvii

Seznam uporabljenih okrajšav ...xix

1 Uvod ... 1

1.1 Ozadje problema ...1

1.1.1 Izbira artikla...1

1.2 Cilji ...2

2 Opis nastanka in odprave igle ... 3

2.1 Nastanek igle ...3

2.1.1 Vrste igel ...6

2.1.2 Preprečevanje nastanka igle ...7

2.2 Raziglanje ...8

2.2.1 Toplotno raziglanje – TEM ...8

2.2.1.1 Opis postopka ...9

2.2.1.2 Oprema... 10

2.2.1.3 Parametri TEM-a ... 11

2.2.1.4 Varnost in okolje ... 13

2.2.2 Raziglanje s krtačami ... 13

2.2.2.1 Oblike krtač ... 13

2.2.2.2 Materiali ... 14

2.2.2.3 Posebne izvedbe ... 15

2.2.2.4 Obdelovanje ... 17

2.2.3 Ročno raziglanje ... 18

2.2.3.1 Orodje ... 19

2.2.3.2 Varnost ... 21

2.2.4 Elektrokemično raziglanje ... 21

2.2.4.1 Opis postopka ... 21

2.2.4.2 Oprema... 22

3 Izdelava ohišja po različnih postopkih ... 25

3.1 Podatki obdelovanca ... 25

3.1.1 Uporaba ohišja ... 26

3.2 Postopek obdelave ... 27

(16)

xii

3.2.1 Postopek s TEM ... 27

3.2.2 Postopek z mehanskim raziglanjem ... 29

3.3 Časi obdelave ... 32

4 Primerjava toplotnega in mehanskega raziglanja ... 35

4.1 Primerjava časov obdelave ... 35

4.2 Primerjava stroškov ... 36

4.3 Primerjava kakovosti obdelave ... 37

4.4 Vpliv velikosti serije ... 41

5 Zaključki ... 43

6 Literatura ... 45

(17)

Kazalo slik

Slika 1.1: Opazovani artikel z gabariti 98,7 x 51,4 x 38 mm ...2

Slika 2.1: Poimenovanje igel glede na lokacijo [2] ...3

Slika 2.2: Faze 1–5 nastajanja igle [2] ...4

Slika 2.3: Faze 6–8 nastajanja igle [2] ...5

Slika 2.4: Vrste igel ...6

Slika 2.5: Tipične igle pri vrtanju [6] ...7

Slika 2.6: Potovanje orodja z namenom zmanjšanja igle [7]...7

Slika 2.7: Stroj TEM s poimenovanimi komponentami [12] ... 10

Slika 2.8: Sodoben stroj TEM [11…... 12

Slika 2.9: Obdelovanci med obdelavo [11] ... 11

Slika 2.10: Rezultati preskusov z različnimi parametri [13] ... 12

Slika 2.11: Glavni tipi krtač [4] ... 14

Slika 2.12: Različne krtače [15]... 15

Slika 2.13: Krtača za površine [16]… ... 17

Slika 2.14: Obdelava s krtačo [16]….. ... 16

Slika 2.15: Krtača s kroglicami in cilindrična krtača ... 16

Slika 2.16: Primeri obdelave s krožno krtačo [4] ... 17

Slika 2.17: Posnemalnik robov [21] ... 19

Slika 2.18: Premi brusilnik… ... 20

Slika 2.19: Brusni čepi………... 19

Slika 2.20: Trikotno strgalo ... 20

Slika 2.21: Nož z zakrivljenim rezilom z nastavki ... 20

Slika 2.22: Shema delovanja ECD [4] ... 22

Slika 2.23: Stroj ECD... 23

Slika 2.24: Kos med obdelavo ... 23

Slika 3.1: Ulitki pred obdelavo ... 26

Slika 3.2: Primer zavornih hidravličnih ventilov ... 26

Slika 3.3: Prvo vpetje ... 27

Slika 3.4: Kosi v pripravi v drugem vpetju ... 28

Slika 3.5: Priprava za TEM ... 28

Slika 3.6: Stroj TEM P350 ... 29

Slika 3.7: Prerez obdelovanca z označenimi kritičnimi mesti ... 29

Slika 3.8: Ostri navoji ... 30

Slika 3.9: Vijačenje plastičnih čepov…. ... 31

Slika 3.10: Poškodovani čep………….. ... 30

Slika 3.11: Poškodbe na čepu ... 31

Slika 3.12: Poškodbe na čepu ... 31

Slika 3.13: Ročno krtačenje navojnih izvrtin ... 32

(18)

xiv

Slika 3.14: Igla kot produkt križanja izvrtin ... 33

Slika 4.1: Graf primerjave časov obdelave... 36

Slika 4.2: Graf primerjave stroškov ... 37

Slika 4.3: Neraziglan – prvo ovitje ... 38

Slika 4.4: Neraziglan – drugo ovitje ... 38

Slika 4.5: TEM – prvo ovitje ... 39

Slika 4.6: TEM – drugo ovitje ... 39

Slika 4.7: Krtačen – prvo ovitje ... 40

Slika 4.8: Krtačen – drugo ovitje ... 40

(19)

Kazalo preglednic

Tabela 1.1: Parametri in razmere TEM-a [13]………13

Tabela 1.2: Priporočljive moči za različne premere krtače širine 25 mm [18]………..19

Tabela 1.3: Lastnosti obdelovanca……….………26

Tabela 1.4: Primerjava časov obdelave ………...…..36

(20)

xvi

(21)

Seznam uporabljenih simbolov

Oznaka Enota Pomen

n / število krtačenih izvrtin

Vf mm/min podajalna hitrost

t s čas

L mm globina krtačenja

Indeksi

K krtačenje

O M obstoječe – stroj

D dodatno

O H obstoječe – operater

N raziglanje z nožem

SR M strojno ročno – stroj

SR H strojno ročno – operater

TEM M toplotno raziglanje – stroj

TEM H toplotno raziglanje – operater

R M ročno – stroj

R H ročno – operater

(22)

xviii

(23)

Seznam uporabljenih okrajšav

Okrajšava Pomen

TEM Toplotno raziglanje (angl. Thermal Energy Method)

ECD Elektrokemično raziglanje (angl. Electrochemical Deburring) CNC Računalniško numerično krmiljenje (angl. Computer Numerically

Controlled)

(24)

xx

(25)

1 Uvod

1.1 Ozadje problema

Tema diplomske naloge je odstranjevanje igle (v nadaljevanju raziglanje) po različnih postopkih ter primerjava med njimi. Raziskava je potekala na ohišju hidravličnega zavornega ventila podjetja Poclain Hydraulics d.o.o, v katerem sem kot štipendist opravljal veliko študentskega dela in praktično usposabljanje.

Industrija je usmerjena k stalnemu napredku, s katerim želi izdelati boljši izdelek ali pa enako dober izdelek z nižjimi stroški izdelave. Raziglanje je eden od postopkov obdelave, ki je potreben za izdelavo opazovanega artikla, kar pa obenem pomeni, da predstavlja tudi dodaten strošek za izdelavo. V diplomski nalogi se bomo tako posvetili raziglanju, primerjali čase izdelave in stroške ter seveda kakovost izdelave med različnimi postopki odstranjevanja igle.

1.1.1 Izbira artikla

Ohišje, ki ga bomo opazovali v nalogi, je bilo izbrano, ker pri izdelavi ne prihaja do težko dostopnih igel na več mestih in smo z znanjem, ki smo ga imeli pred začetkom izdelave dela, ocenili, da bi se ga dalo izdelati tudi brez toplotnega raziglanja. Kot surovec je ulitek, po obdelavi pa ima gabarite 98,7 x 51,4 x 38 mm. Vgrajen je v zavorne hidravlične ventile, kjer kot ohišje zagotavlja tesnjenje in je nosilni ter vodilni del za komponente v ventilu, ki omogočajo delovanje. Več o izbranem artiklu je predstavljeno na sliki 1.1 in v poglavju 3.1.

(26)

Uvod____________________________________________________________________

2

Slika 1.1: Opazovani artikel z gabariti 98,7 x 51,4 x 38 mm

1.2 Cilji

Naloga je sestavljena iz teoretičnega dela, dela z opisi različnih postopkov raziglanja, rezultatov s primerjavami teh postopkov ter iz zaključka.

V teoretičnem delu smo si prizadevali podrobno razložiti nastanek igle in načine odstranjevanja. Ker o tej temi ne obstaja veliko literature v slovenskem jeziku, je bil to eden od ciljev tega dela. V naslednjih poglavjih smo imeli cilj določiti najprimernejše raziglanje za opazovani izdelek in opisane postopke približati bralcu, da mu bo prebrano gradivo koristilo pri izbiri raziglanja za poljuben izdelek. Vedeti moramo namreč, da bo končna izbira postopka najprimernejša le za opazovano ohišje, ne pa tudi za druge izdelke. Cilj pri raziglanju kosa je, da je raziglan dovolj, kar pa je širok pojem in pri tem postopku težko določen ali izmerjen. Na splošnem v hidravliki velja, da igla ne sme odpasti v hidravlično sredstvo, kar lahko povzroči odpoved delovanja, in da ne sme poškodovati občutljivih sestavnih delov, kot so tesnila in robovi batov. Pri končni izbiri postopka ima tako velik vpliv kakovost raziglanja. Ker pa ne moremo biti 100 % prepričani, kaj je dovolj dobro, si moramo pri izbiri pustiti nekaj varnosti.

(27)

2 Opis nastanka in odprave igle

V teoretičnem delu bomo pogledali nastanek ter odpravo igle. Zanimalo nas bo, kako nastane igla pri različnih postopkih obdelave, ki jih bomo tudi podrobno opisali. Pogledali si bomo, kakšne igle nastanejo in kje se nahajajo ter kako se pri postopkih odrezovanja osredotočiti na nastanek minimalne igle, da je raziglanje olajšano ali celo nepotrebno. Pri odpravi igle bomo spoznali postopek toplotnega in mehanskega raziglanja, pri katerem bomo preučili raziglanje s krtačami ter ročno odpravljanje igle. Opisali bomo tudi elektrokemično raziglanje. Pri teh treh postopkih si bomo pogledali opremo in orodje, načine obdelave, pa tudi varnost in vpliv na okolje.

2.1 Nastanek igle

Pri frezanju, vrtanju in drugih obdelovalnih postopkih je eden večjih problemov nastanek igle, ki ostane po obdelavi. Na splošno je obdelava roba precej kritična, zato si bomo pogledali, kako igla nastane.

Iglo ali angleško burr je Schäfer [1] opisal kot del obdelovanca, ki se ustvari med obdelovalnim postopkom na robu ali površini in leži zunaj želene geometrije. Igla lahko tako nastane na vseh obdelanih površinah, predvsem pa na vseh na novo nastalih robovih. Možne lokacije igle na robovih pri frezanju so prikazane na sliki 2.1.

Slika 2.1: Poimenovanje igel glede na lokacijo [2]

(28)

Opis nastanka in odprave igle_________________________________________________

4

Najbolj osnoven postopek, pri katerem lahko preučimo nastajanje igle, je pravokotni rez, zato bomo proces preučili pri tem postopku. Tako bomo najlažje razumeli osnove, ki veljajo tudi za druge postopke obdelave. Nastajanje igle, kot sta ga popisala Dolinšek in Dornfeld [3], se začne z vstopom orodja v obdelovanec. S potovanjem orodja potuje tudi odrezek, ki raste vse do točke, ko rezilni rob orodja zapusti površino obdelovanca. Upoštevajoč razmere pri odrezovanju, geometrije orodja in mehaničnih lastnosti oblikovanega materiala lahko nastanek igle razdelimo na 8 faz.

Med prvo fazo opazujemo neprekinjeno rezanje po konturi. Tukaj se igla še ne formira, sile in deformacije v obdelovancu pa so poznane. Sledi druga faza, kjer rezilno orodje pride v bližino roba in s tem izstopom iz površine obdelovanca, kar se pozna tudi na silah in deformacijah v orodju in obdelovancu. V tretji fazi se rob obdelovanca začne plastično deformirati, te deformacije pa se v četrti fazi še povečujejo. V tej fazi nastane točka vrtenja ali pivotna točka, okrog katere se formira in po lomu odrezka tudi nastane igla. Sledi prelomna peta faza. Tu igla s premikanjem orodja raste, deformacije v negativnem strižnem območju pa se precej povečajo. Na sliki 2.2 je prikazanih prvih pet faz, ki ponazarjajo cone elastičnih in plastičnih deformacij ter strižna območja.

Slika 2.2: Faze 1–5 nastajanja igle [2]

(29)

_________________________________________________Opis nastanka in odprave igle Teh prvih pet faz opisuje nastanek igle le z vidika deformacij brez nastajanja razpoke, kar pomeni, da fizično igla še ni nastajala. Začetek fizičnega nastajanja do končnega nastanka popisujejo faze 6, 7 in 8. Te so odvisne od lastnosti materiala obdelovanca in se razlikujejo glede na to, ali je material duktilen ali krhek. Najprej bomo opisali omenjene faze za duktilne materiale.

V šesti fazi se na zarezno črto, ki nastane v fazi 5 in je označena na sliki 2.2, pojavi razpoka, pri obremenitvi v negativnem strižnem območju pa so napetosti manjše od kritičnih napetosti v materialu. Nastala razpoka v sedmi fazi raste in tako deformira površino obdelovanca, orodje pa pride do konca njegove geometrije. V zadnji, osmi fazi razpoka loči odrezek od obdelovanca v liniji zarezne črte, vendar igla pozitivne geometrije ostane na materialu.

Kot smo že omenili, se zadnje faze pri krhkih materialih razlikujejo. Razpoka, ki nastane v šesti fazi, tako ne nastane po zarezni črti, temveč po negativnem strižnem območju. Sedma faza se praktično ne razlikuje, le razpoka raste po drugačni liniji. Površina se prav tako rahlo deformira. Tudi osma faza je podobna. Odrezek in obdelovanec se ločita in orodje zapusti površino obdelovanca. Glavna razlika je, da se pri krhkih materialih z odrezkom od materiala loči tudi del obdelovanca in zato nastane igla negativne geometrije. Na sliki 2.3 so prikazane zadnje tri faze. Skice so označene s številko faze ter vrsto materiala. Duktilni materiali imajo oznako n-I, krhki pa n-II.

Slika 2.3: Faze 6–8 nastajanja igle [2]

(30)

6

2.1.1 Vrste igel

Pri različnih postopkih nastanejo drugačne igle, princip nastanka pa je pri vseh postopkih podoben temu, ki smo ga opisali v prejšnjemu poglavju. Vrste igel, kot jih je popisal Gillespie [4], se v glavnem ločijo na štiri oblike, ki so prikazane na sliki 2.4: Poissonova, valjasta, igla, ki odstopi in odtrgana igla. Te oblike sta Gillespie n Blotter [5] tudi opisala.

Slika 2.4: Vrste igel

Poissonova igla je posledica deformacije v materialu, ki se po trajni deformaciji izboči na koncih. Ime Poissonova igla izhaja iz Poissonovega razmerja, ki upošteva bočno deformacijo materialov.

Valjasta igla je praktično odrezek, ki se zavije okrog roba, namesto da bi se odtrgal. Značilno zanjo je, da nastane na koncu reza, kjer orodje izstopi iz materiala in se nahaja po celotni dolžini obdelane ploskve. Nastaja predvsem pri duktilnih in žilavih materialih.

Odstopljena igla je posledica tega, da material odstopi od obdelovanca, namesto da bi se odtrgal.

Odtrgana igla je rezultat ločevanja delčka materiala od ostalega, preden je odrezovanje končano. Če taka igla pade nazaj na obdelovanec, jo lahko opazimo kot odrezek. Taka igla pogosto nastane pri rezanju z žago.

Kot smo že omenili, pri različnih postopkih obdelave nastanejo različne igle, ki se v glavnem razdelijo v opisane štiri vrste, tudi če ne izgledajo natanko tako, kot so prikazane na shematičnih slikah. Na sliki 2.5 tako vidimo tipične igle kot produkt vrtanja. Pod številko 1 vidimo manjšo iglo enakomerno po obodu, pod številko 2 večjo enakomerno iglo, s številko 3 je označena enakomerna igla s pokrovom svedra, na 4 je kronska igla, pod številko 5 pa prehodna igla.

(31)

_________________________________________________Opis nastanka in odprave igle

Slika 2.5: Tipične igle pri vrtanju [6]

2.1.2 Preprečevanje nastanka igle

Glavni razlog, zakaj preprečujemo nastanek igle, je jasen. Gillespie [4] je razložil zelo enostavno – če igla ne nastane, je ni treba odstraniti. Dodal je, da se naj pri odrezovanju držimo treh priporočil. Prvo je preprečevanje igle, drugo zmanjševanje velikosti igle in tretje, da poskusimo igle izdelati na mestih, kjer jih lahko odstranimo in s tem preprečimo igle na težje dostopnih mestih.

Dolinšek in Dornfeld [3] sta opisala, da ima geometrija orodja in relativna pozicija orodja pri odrezovanju velik vpliv na nastajanje igle. Predvsem moramo biti pozorni na obrabo orodja med procesom. Pri obrabljenem orodju pride namreč do precej slabših rezultatov obdelave, se pravi do večjih in debelejših igel.

David A. Dornfeld [7] je s svojo skupino ugotovil, da je ena najučinkovitejših metod za zmanjševanje nastajanja igel preprečitev, da pri končanem prehodu ali pri spremembi smeri orodje prekine stik z obdelovancem. Oblikovali so način potovanja orodja po površini, tako da sta obdelovanec in orodje konstantno v stiku. Primerjava rezultatov je pokazala, da se kakovost robov znatno izboljša. Na sliki 2.6 je shematično prikazan eden od načinov, kjer so zmanjšali velikost in presek igle.

Slika 2.6: Potovanje orodja z namenom zmanjšanja igle [7]

(32)

8

Poleg omenjenih poskusov sta David A. Dornfeld in Sangkee Min [8] s sodelavci v svojih raziskavah poskusila zmanjšati igle na več načinov z osnovo planiranja procesa obdelave.

Tako so z namenom izogibanja izstopa orodja iz obdelovanca prilagajali širino reza. S tem so dosegli tudi manjšo obrabo orodij in prav tako zmanjšali igle v robovih. Poskušali so, kaj se zgodi, če zamenjamo vrstni red operacije. Rezultati so bili tudi v tem primeru doseženi, a pri tem načinu je problem, da ga ne moremo večkrat realizirati. Če lahko vrstni red operacije obrnemo, to storimo tako, da je zadnja operacija tista, ki je najčistejša oziroma je po njej najmanj sledi obdelave. Med predloge za preprečevanje nastajanja igel pri frezanju in vrtanju s planiranjem procesa štejemo še uporabo rezervnega materiala, prilagajanje rezalnih parametrov, posnetek na koncu obdelovanca in izbira oblike rezalnega orodja.

Tudi z razvojem orodja so dobili pozitivne rezultate. Načrtovali so nastavek, ki je postopoma dovajal sveder med vrtanjem izvrtine, da bi dobili optimalne odrezke in tako dosegli višjo kakovost obdelane površine in s tem manjše igle.

V omenjeni literaturi in drugih virih poleg opisanih nasvetov in poskusov najdemo še mnoge druge. Pri vpeljavi novih praks v obdelovalne postopke moramo le paziti, da je preprečevanje nastajanja igle še smiselno. Vedeti moramo, kakšno kakovost roba potrebujemo, da ne zahajamo v dodatne stroške po nepotrebnem, seveda pa se moramo odločiti, ali bomo zahtevane vrednosti lažje dosegli z raziglanjem, ki si ga bomo podrobneje pogledali v nadaljevanju.

2.2 Raziglanje

Raziglanje je obdelovalni postopek, pri katerem odstranimo iglo, ki nastane pri odrezovalnih postopkih. Iglo odstranjujmo iz več razlogov. Glavni razlog je funkcionalnost izdelka, polizdelka ali sestavnega dela. V primeru velikih igel na sestavnih delih nam te lahko onemogočajo ali otežujejo montažo. Zunanje robove raziglamo tudi zaradi estetskega izgleda in seveda zato, da se delavci med izdelavo izdelkov ali pa uporabnik pri uporabi oz.

namestitvi izdelka ne poškodujejo. Sploh pri hidravlični industriji je pomembno, da so sestavni deli dobro raziglani. V nasprotnem primeru se lahko igle ali pritrjeni odrezki med obratovanjem odlepijo in postanejo nečistoče, ki plavajo v hidravličnem sredstvu. Te ovirajo potovanje sredstva, zaradi česar lahko pride do odpovedi elementa.

2.2.1 Toplotno raziglanje – TEM

TEM (Thermal Energy Method) oziroma toplotno raziglanje je bilo razvito v Ameriki v šestdesetih letih prejšnjega stoletja v podjetju SurfTran.[9]. Le dve leti po prodaji prvega stroja v Ameriki so v nemškem podjetju Bosch prepoznali potencial tovrstnega postopka in začeli proizvajati stroje za evropsko tržišče. Postopek se je hitro razvil, uporabljati pa so ga začeli v kovinski industriji. Razvoj je potekal v smeri obdelave večjih materialov z uporabo tega postopka in tako so kmalu začeli uporabljati toplotno raziglanje tudi za plastične materiale.

(33)

_________________________________________________Opis nastanka in odprave igle 2.2.1.1 Opis postopka

Pri postopku, ki ga je opisal Gillespie [4], odrezovanje poteka zaradi termalnega šoka, ki ga doživi obdelovanec. Do šoka pride zaradi zgorevanja mešanice plina kisika, ki sam ne gori, temveč omogoča in spodbuja gorenje gorljivega plina. Ta je navadno zemeljski plin, v uporabi pa sta tudi metan in vodik. Razmerje plinov je od 2.5:1 do 9:1 [10]. Da zagotovimo dovolj energije, je mešanica plinov pred prihodom v zgorevalno komoro pod določenim tlakom. Tako pri vstopu mešanica v komori zasede celoten razpoložljiv prostor, vključno z izvrtinami in težko dostopnimi predeli v in okoli obdelovanca. Večji kot je tlak plina pred vstopom in v sami komori, več materiala odnesemo v procesu. Komora, v kateri je obdelovanec, mora seveda zagotavljati tesnjenje pri uporabljenih tlakih.

Sledi vžiganje plina, ki ga zaneti iskra jakosti 30.000 V, za katerim v komori temperatura naraste od 2500 °C do 3500 °C. V času 2–3 milisekund mešanica plina pogori in ogenj ugasni. V tem času igle in manjši ostanki obdelav kot so odrezki in livarski pesek začenjajo zaradi visokih temperatur goreti in izpuhtevati, dokler plamen ne doseže površine obdelovanca in ugasne. Razlog, da igle zagorijo, obdelovanec pa ne, je, da imajo igle veliko večjo površino glede na svojo maso kot obdelovanec in se tako veliko hitreje segrejejo. Tudi obdelovanec se med procesom segreje, a ne do te točke, da bi zagorel. Zgorevanje pri postopku Gillespie [4] primerja z gorenjem sveče, pri kateri vosek kljub gorenju sveče ne začne goreti.

Pomemben podatek pri opisu postopka je tudi, do katere temperature se med postopkom segreje obdelovanec. Vrednosti so izmerili v podjetju Anlagentechnik Luhden [11]. Pri jeklenih materialih naj bi temperatura narasla od 150 °C do 180°C, pri aluminijastih obdelovancih pa nekje od 60 °C do 90 °C.

V primeru, da je obdelovanec iz kovine, postanejo igle po gorenju oksid materiala, iz katerega sestojijo. Jeklo tako na primer postane železov oksid. Te okside kasneje na obdelovancu vidimo kot ostanke v prahu na površinah raziglanega kosa, ki mu tako spremenijo barvo, a obdelovanec sam pri postopku ne oksidira. Če kasnejši postopki zahtevajo odstranitev teh ostankov, lahko to storimo s primernim čiščenjem.

V zaključku svojega opisa postopka je Gillespie [4] dodal tudi tri glavna priporočila za čim bolj učinkovito toplotno raziglanje.

1. Igle naj bodo obdane z mešanico dovedenega plina. Če olje ali voda prekrijeta iglo, ali pa je v kakšni izvrtini ujet zračni mehurček, raziglanje ni učinkovito. Predvsem zaradi tega je priporočljivo pred TEM-om obdelovance oprati.

2. Da ohranimo obdelovanec nepoškodovan, naj bodo najtanjše stene vsaj 10-krat debelejše od igel, ki jih želimo odstraniti. Tanjše stene moramo zato pri konstrukciji odebeliti, ali pa dodamo pred njih rebra za vpijanje toplote in jih tako ohranimo nepoškodovane.

3. Vžig v komori ali okoli nje sproži razpihovanje manjših delcev, ki ležijo v bližini, zato moramo paziti, da nam ti delci ne povzročijo prask in odrgnin na obdelovancih, ki so že raziglani ali pa čakajo na obdelavo.

(34)

10

2.2.1.2 Oprema

Klasični stroji za toplotno raziglanje so zgrajeni iz C okvirja. Predel, kjer se zapira komora in kjer poteka zgorevanje, mora biti posebno tog [4]. Najopaznejša razlika med stroji so velikosti zgorevalne komore. Od velikosti komore bo seveda odvisno, kako velike obdelovance bomo lahko razigljali v stroju. V katalogih proizvajalcev [14] dobimo podatke za velikost komore in maksimalno velikost obdelovanca, če je ta po prerezu okrogel ali kvadraten. Podatki, ki jih moramo dobiti od proizvajalca, so še zahtevana moč stroja in linijska napetost, krmilni sistem stroja z načinom upravljanja, poleg tega pa tudi podatki o opremi za delovanje, se pravi potreben plin, varovalna oprema, maksimalen tlak vbrizganega plina in čas cikla. Pri času cikla ločimo delovanje z enim ali delovanje z dvema sežigoma, katerega ne omogočajo vsi stroji. Drugo sežiganje je namenjeno sežigu še večjega dela igel in nečistoč ter mineralizaciji oksidov na površini [11]. Tipično poteka prvi sežig pri višji vsebnosti gorljivega plina in manjšem tlaku, drugi sežig pa pri stehiometrični mešanici, kar pomeni, da je prilagojena in izračunana glede na produkt in višji tlak [4]. Na sliki 2.7 vidimo skico, ki prikazuje prerez stroja TEM ter njegove komponente.

Slika 2.7: Stroj TEM s poimenovanimi komponentami [12]

(35)

_________________________________________________Opis nastanka in odprave igle Na sliki 2.8 je sodoben stroj TEM z vrtljivim delovnim območjem, na katerem je razporejenih 5 zapiralnih plošč zgorevalne komore oziroma podlog za obdelovance. V položaju na sliki sta vidni dve plošči. Za pritrditev obdelovancev med obdelavo se uporablja različne načine.

Večji in težji kosi so navadno položeni direktno na zapiralno ploščo. Manjše obdelovance, ki jih je možno naložiti na ploščo, lahko več naenkrat obdelamo v neurejenem stanju v namenskih košarah, ki so pozicionirane na zapiralno ploščo. Tak primer vidimo na sliki 2.9.

Obdelovance je treba tudi fiksirati. Po obdelavi je treba paziti na še vedno povišane temperature obdelovancev, kar lahko privede do poškodb in odrgnin. Še posebej moramo paziti na bolj izpostavljena mesta, ki morajo ostati nepoškodovana, kot so na primer zunanji navoji, zato lahko obdelovance po obdelavi pustimo dlje časa na zapiralni plošči ali pa jih prestavimo na prej pripravljen prostor z ustrezno podlago, da se ohladijo.

Slika 2.8: Sodoben stroj TEM [11] Slika 2.9: Obdelovanci med obdelavo [11]

2.2.1.3 Parametri TEM-a

Študijo o parametrih so izvedli Prathap R., B. V. Raghavendra in Pradeep. B. Shetty [13].

Ker so obdelovanec do študije raziglali mehansko, je prihajalo do raz in odrgnin. Zaradi tega so se odločili, da bodo za raziglanje uporabili TEM, a določiti so morali parametre stroja.

Izvedli so poskuse, tako da so mogoče parametre na stroju menjali za različne velikosti igel.

Za vžigalni plin so vzeli vodik in kot prvi parameter, ki je v tabeli 2.1 označen z A, določili mešanico plina. Drugi parameter, označen z B, je dovajalni tlak mešanice plina, parameter C pa višina vžigalne komore, ki so jo lahko nastavljali.

(36)

12

Tabela 2.1: Parametri in razmere TEM-a [13]

1 2 3

A Mešalno razmerje plina O2+H 50 + 50 40 + 60 (O2 + H)

30 + 70 (O2 + H)

B Dovajalni tlak plina [bar] 20 24 28

C Višina komore [mm] 100 150 200

D Velikost igle Majhna igla Srednja igla Velika igla

Začeli so izvajati meritve, tako da so za 9 različnih kombinacij parametrov in razmer raziglali 300 obdelovancev. Vsako od teh 9 serij so dvakrat ponovili ter sortirali dobre in slabe kose.

Za vsako od ponovitev so popisali sprejemljive kose in izvedli izračune, iz katerih so lahko rezultate vnesli v graf, ki je prikazan na sliki 2.10. Jasno je, da je največ sprejemljivih kosov pri najmanjši igli, se pravi D1. Druge ugotovitve kažejo, da so najboljše razmere za raziglanje pri parametrih A3, B2 in C2. To pomeni mešalno razmerje 30 % kisika in 70 % vodika, dovajalni tlak vžigalnega plina 24 bar in višina komore 150 mm, se pravi srednja višina. Za nastavitev TEM stroja bi seveda morali izvesti podoben preskus s svojimi podatki, ki nam jih omogoča stroj, a vseeno je za občutek dobro videti, kaj lahko pričakujemo od stroja.

Slika 2.10: Rezultati preskusov z različnimi parametri [13]

(37)

2.2.1.4 Varnost in okolje

TEM stroji so v uporabi že vrsto let in ne spadajo med nevarnejše stroje, kar zadeva uporabnika. Nevarnosti, ki je opisal Gillespie [4], so predvsem v povezavi s hidravličnim zapiranjem komore in same komore pod tlakom, vročino obdelovanca po obdelavi, glasnostjo stroja in najnevarnejše težave v povezavi gorljivih plinov pod tlakom, pod katere spadajo preproste težave s puščanjem in največjo nevarnostjo, eksplozijo. Take nevarnosti odpravimo z rednim vzdrževanjem stroja in pravilnim upravljanjem. Z rednim vzdrževanjem dosežemo zadostno tesnjenje komore, da mešanica plinov ostane v zgorevalni komori in tesnjenje vseh drugih spojev in ventilov. Pod pravilno upravljanje spada izobrazba operaterja in njegovo delo s strojem ter njegovo okolico. Ohranjati je treba red in čistočo delovnega mesta, kar pripomore k izogibanju nezgodam na praktično vsakem delovnem mestu. Pri starejših strojih, ki niso tako akustično zaščiteni, se priporoča, da delavca zaščitimo tudi z ušesnimi čepi. Klasičen stroj obratuje namreč z glasnostjo do 87 decibelov, kar Gillespie primerja z .22 kalibrskim strelom, povprečno ohišje pa glasnost zmanjša na 65–77 decibelov.

Na vseh strojih so potrebne temperaturno odporne rokavice, priporočljiva pa je tudi delovna obleka ali tudi predpasnik, čevlji z zaščitno kapico in zaščitna očala.

Sesalni sistem ščiti operaterja pred vročimi plini, oksidi, nezgorelim plinom in paro. Nekateri materiali lahko vsebujejo nevarne snovi, kot je na primer potencialno rakotvorni nikelj. Pri obdelavi takih materialov (tudi nerjaveče jeklo) je treba biti pozoren in se pravilno zaščititi.

Gledano v celoti Gillespie [4] ocenjuje, da je volumen produktov zgorevanja in izpustov relativno majhen.

2.2.2 Raziglanje s krtačami

Krtače so pogosto uporabljeno orodje v strojni industriji, ne uporablja pa se jih le za raziglanje, temveč tudi za čiščenje in odstranjevanje nečistoč, poliranje in podobne operacije. Uporaba krtač v industriji je zelo enostavna, poceni (ena krtača lahko stane tudi le par centov), neškodljiva za okolje, kot že omenjeno, pa jih lahko uporabljamo za različne postopke, s tem pa ne porabimo veliko energije.

2.2.2.1 Oblike krtač

Poznamo različne krtače, ki jih je Gillespie [4] razdelil v pet glavnih tipov, katerih skice vidimo na sliki 2.11. Krtače lahko glede na obliko delimo na:

 krožne krtače,

 koničaste krtače,

 čopičaste krtače,

 široke-krožne krtače,

 cilindrične krtače.

(38)

14

Slika 2.11: Glavni tipi krtač [4]

Krožne krtače se uporabljajo predvsem za lahko dostopne zunanje robove ter tudi manjše površine in so navadno orodje pri fiksnih delovnih strojih. Manjše krtače lahko uporabimo tudi kot orodje na ročnih vrtalnih strojih, a hitro postaneta problem teža in moč vrtalke.

Lončaste krtače uporabljamo na odprtih površinah, ki imajo večje število težje dostopnih robov. Dosežejo tudi globlje poglobitve kontur, a glavna naloga je raziglanje problematičnih robov blizu površine.

Čopičaste krtače so namenjene raziglanju manjših globljih žepov in lukenj in odstranjevanju nečistoč iz njih.

90 % širokih krožnih krtač je po mnenju Gillespieja narejenih po meri oziroma za točno določeno nalogo in so najrazličnejših velikosti. Običajni premeri se gibljejo med 50 in 750 mm, dolžine pa so lahko tudi daljše od 7 m. Večje krtače, ki obratujejo pri visokih hitrostih, kot je 500 obratov v minuti, je treba pred uporabo tudi balansirati. Uporabljajo se predvsem pri izdelkih z večjimi ravnimi površinami.

Cilindrične krtače so skoraj izključno uporabljene v izvrtinah in za raziglanje vhodnih in prečnih robov v njih. Premeri krtač so lahko manjši od 1 mm pa vse do večjih od 150 mm.

Navadno so sestavljene iz žičnega nosilca, ki je zavit v spiralo, vanjo pa so uvite ščetine krtače.

2.2.2.2 Materiali

Krtače lahko razdelimo tudi glede na material ščetin. Lahko so izdelane iz različnih vrst jekla, ki je lahko kaljeno ali nekaljeno, iz raznih neželeznih kovin, kot so medenina, nikelj ali srebro, pa tudi iz bakrovih zlitin. Sintetični materiali, iz katerih so ščetine, so na primer najlon, polipropilen in stiren. Materiali, ki se uporabljajo za krtače, so tudi prašičje ščetine in konjska dlaka ali dlaka drugih živali, ampak ščetk iz teh materialov ne uporabljamo za odrezovanje, pač pa bolj za čiščenje raznih površin [4].

V internem navodilu za raziglanje podjetja [14] je zapisano, da se za namen raziglanja uporabljajo predvsem najlonske in žične ščetke.

(39)

_________________________________________________Opis nastanka in odprave igle Najlonske krtače so pogosteje cilindrične oblike, kar pomeni, da so sestavljene iz žičnega nosilca, v katerega so pritrjene najlonske ščetine z vdelanim abrazivom. Najlonska krtača z najbolj grobim abrazivom ima oznako K 46, fina najlonska krtača pa K 1000 in tudi več.

Žične krtače so vseh poznanih oblik, pogosteje pa so krožne, lončaste in čopičaste oblike, tako da so sestavljene iz vpenjalnega nosilnega dela, v katerega so pritrjene žične ščetine.

Vpete žice so lahko izdelane iz vseh zgoraj naštetih materialov, so pa praviloma trše in agresivnejše od najlonskih krtač, zato moramo biti pri uporabi pazljivi. Hitro lahko namreč poškodujemo obdelano površino, zato moramo paziti pri izberi materiala žične krtače.

Na sliki 2.12 so vidne žične krtače različnih oblik in materialov. Vidne so tri različne oblike z različnim načinom vpenjanja, razlika v materialu ščetin pa je opazna v različnih barvah obdelovalnega dela krtač. V zgornji vrsti so običajne krtače z valovitimi ščetinami, v spodnji vrsti pa so zavozlane krtače, ki jih bomo opisali v nadaljevanju.

Slika 2.12: Različne krtače [15]

2.2.2.3 Posebne izvedbe

Iz osnovnih krtač so se za različne namene razvile krtače s podobnimi lastnostmi, a z določenimi izboljšavami, zaradi katerih pa se nekatere lastnosti krtač tudi poslabšajo. Prvi tak primer so zavozlane krtače. Izvedbe teh krtač za različne oblike vidimo na sliki 2.12.

Izboljšana lastnost takih ščetk je visoka togost in agresivnost, pri čemer izgubimo nekaj fleksibilnosti. Namenjene so odstranjevanju velikih in trdovratnih igel, čiščenju obdelovanca po varjenju in odstranjevanju neželenih plasti iz površin. Izdelane so tako, da so ravne ščetine enakih dolžin zavite v kable s kotom ovijanja okrog 45° [4]. Standardna krtača ima ščetke zavozlane do dveh tretjin dolžine, nato pa se razcepijo in tako dosežejo večjo površino pri obdelavi. Za še večji učinek obstajajo tudi krtače z zavozlanimi ščetinami po celotni dolžini.

Razširjena krtača, ki je izpeljana iz osnovnih, je tudi krtača za raziglanje robov ali na površini. Take krtače se uporablja predvsem na CNC obdelovalnih strojih. Taka uporaba je vidna na sliki 2.14. Z njo obdelamo ravne površine po obdelavi in tako odstranimo ostre robove in igle po obodu površine in na izvrtinah, sedežih in podobnih poglobitvah na površini. Sestavljajo jo ravne, običajno najlonske ščetine z abrazivom, ki so združene v snope. Ti snopi so najpogosteje okrogle oblike ali oblike turbine, kot jo vidimo na sliki 2.13.

Je pa uporaba takih izvedb krtač že nekaj časa v uporabi, saj jih naj bi uporabljali vsaj od leta 1988 [4].

(40)

16

Slika 2.13: Krtača za površine [16] Slika 2.14: Obdelava s krtačo [16]

Krtača s kroglicami, ki ji pravimo tudi novoflex ščetka, je izpeljana iz cilindrične krtače.

Nosilni del je identičen kot pri cilindrični, ščetine, ki so pri tej krtači najlonske, pa imajo na koncih kroglico iz finega abraziva. V principu sta si z navadno cilindrično najlonsko ščetko precej podobni, ima pa krtača s kroglicami sposobnost obdelave površin višje kakovosti, zaradi česar je posebej priljubljena v avtomobilski industriji pri izdelavi raznih cilindričnih izvrtin [14]. Opazno razliko teh dveh krtač vidimo na sliki 2.15.

Slika 2.15: Krtača s kroglicami in cilindrična krtača

(41)

_________________________________________________Opis nastanka in odprave igle 2.2.2.4 Obdelovanje

Na obdelavo roba ali površine s krtačo vpliva več dejavnikov. Premer, dolžina in material ščetke, oblika in gibanje krtače ter način kontakta ščetke z obdelovancem so najvplivnejši med njimi.

Za začetek je pomembna izbira krtače. Vedeti moramo, kakšno obdelavo površine si želimo in kakšno količino igel in roba želimo s krtačo očistiti. Na podlagi tega si izberemo material ščetin, ki se ločijo glede na fleksibilnost oziroma togost. Najmehkejši so naravni in sintetični materiali, ki jih lahko ojačamo z obdelavo in dodanim abrazivom. Agresivnejše so žične krtače, pri katerih je razlika že v samem materialu. Nerjaveče jeklo je na primer agresivnejše od neželeznih materialov, kot je aluminij. Glede na obdelovanec in dele, ki jih želimo obdelovati, izberemo obliko. Mehkobo spreminjamo tudi z lastnostmi ščetke. Trše so krtače, ki imajo velike premere, ščetine pa so kratke in tesno skupaj. Agresivnost krtače lahko povečamo tudi s hitrostjo vrtenja.

Krtače se z uporabo seveda obrabijo, lastnosti ščetke pa se s tem spremenijo. [17] Z obrabo se krtači premer zmanjša, krtača pa tako postane bolj toga in s tem agresivnejša. A to ne pomeni, da je ščetka obrabljena in jo moramo vreči stran. Tako krtačo lahko uporabimo za manjše premere, poskusi pa so pokazali, da je obrabljena krača idealno orodje za super fino obdelavo. Najlonska krtača je tako iz prvotnega premera ščetine 0.36 mm postala ščetka s premerom ščetine 152 µm. Pri uporabi obrabljenih krtač pa je Przyklenk [17] poudaril povečano pozornost na točko vpetja cilindričnih krtač, saj se lahko nosilec tam zaradi večje obremenitve med obdelavo odlomi.

Konice ščetin so deli krtač, ki med obdelavo opravljajo največje delo, kar moramo vedeti pred nastavo in izbiro krtače. Če izberemo napačno krtačo ali nastavimo obdelavo, nepravilno poškodujemo krtačo, kar pa je predvsem zaradi enostavnosti in cene krtače manjši problem kot slabše obdelan obdelovanec. Zaradi tega poskušamo obdelovati na način, ki je viden na sliki 2.16.

Slika 2.16: Primeri obdelave s krožno krtačo [4]

(42)

18

Faktorji, ki vplivajo na moč, ki je potrebna za kakovostno obdelavo s krtačenjem, so:

 potreben pritisk ščetke, da opravi delo;

 odpornost, ki se ustvari med obdelovancem in ščetko;

 hitrost ščetke.

Ti faktorji se med seboj povezujejo. Če povečamo hitrost, se zmanjša odpornost, kar tudi želimo, a paziti moramo, da obdelujemo pri tako veliki hitrosti, da bo orodje še izdelalo rob ali površino tako kakovostno, kot si želimo. Okvirne moči za pogon krtače za obdelavo z različnimi premeri pri krtači širine 25 mm je predpisal Bateman [18] in so zapisane v tabeli 2.. Če nam stroj, v katerega vpnemo naše orodje, to omogoča, je dobra praksa pri uporabi krtač tudi ta, da pri raziglanju rob obdelamo z različnima smerema vrtenja. Tako odstranimo maksimalno količino igel.

Tabela 2.2: Priporočljive moči za različne premere krtače širine 25 mm [18]

Premer krtače [mm]

Priporočena moč pogona

[kW]

100 0,2

150 0,4

200 0,6

250 0,75

300 0,75

380 1,1

2.2.3 Ročno raziglanje

Pod ročno raziglanje štejemo vse postopke obdelave, pri katerih odstranjujemo igle z ročnim orodjem in s tem izboljšujemo stanje roba. Obstaja ogromno število orodij, s katerimi lahko ročno raziglamo, Gillespie [4] pa je to številko ocenil na 10.000. Je zelo razširjen postopek in ga opravljajo delavci, izobraženi za to delo, še pogosteje pa so to operaterji strojev, sestavljavci, kontrolorji in podobni delavci.

Razlogi in glavne prednosti, zaradi katerih se odločimo za ročno raziglanje, so:

 fleksibilnost;

 izjemno majhne investicije in cena postopka;

 enostavnost;

 primernost za majhne in velike serije (bolj za majhne);

 brez omejitev z velikostjo, težo in materialom obdelovanca;

 hitrost pri manjših serijah.

Ročno raziglanje pa ima tudi slabosti in omejitve:

 ponovljivost in stabilnost izdelkov;

 težje in nedostopni skriti robovi;

 zamudnost pri večjih serijah in skritih robovih;

 napake delavca.

(43)

_________________________________________________Opis nastanka in odprave igle 2.2.3.1 Orodje

Kot smo že napisali, je orodij za ročno raziglanje ogromno in jih lahko ocenimo na 10.000.

Orodje je praktično vse, s čimer lahko odstranimo iglo in oster rob iz obdelovanca. V tem poglavju bomo opisali najpogostejša orodja, ki se uporabljajo v industriji in jih je v internem navodilu za ročno raziglanje omenil Filipič [14].

Pila ima lahko nasekane ali frezane zobe. Nasekani zobje imajo negativen cepilni kot, zato lahko rečemo, da strgajo, medtem ko imajo frezani zobje pozitiven cepilni kot in zato režejo.

Ločimo jih še po obliki, kjer so najpogostejše ploščate, kvadratne, trikotne, okrogle pile ter po grobosti, kjer so za raziglanje najprimernejše fine pile.

Posnemalnik robov ali tudi rezkar za robove je orodje za posnemanje zunanjih robov.

Večina strojev ima nastavljivo globino posnemanja in nastavljiv kot. Vidimo ga na sliki 2.17 in je priročna, enostavna in razmeroma poceni rešitev za posnemanje robov predvsem pri večjih serijah.

Slika 2.17: Posnemalnik robov [21]

Premi brusilnik, ki ga vidimo na sliki 2.18, je uporabno robustno orodje, ki ga lahko uporabljamo v več namenov. Pogovorno ga zaradi proizvajalca imenujemo tudi biax. Pri raziglanju ga uporabljamo v kombinaciji s trdokovinskimi orodji ali brusnimi čepi, z njimi pa raziglamo tako zunanje kot tudi lažje dostopne notranje robove.

Slika 2.18: Premi brusilnik Slika 2.19: Brusni čepi

(44)

20

Trdo kovinski rezkarji imajo zaradi različnih oblik, ozobij in visokih rezalnih hitrosti premega brusilnika visoko vzdržljivost in so primerni za posnemanje robov vseh vrst materialov. Brusni čepi so krhkejši in manj vzdržljivi in so uporabni za bolj fino obdelavo.

Vidimo jih na sliki 2.19. Vizualno se trdo kovinski rezkarji razlikujejo le v materialu, kar pove že ime, ter rezilih, razporejenih po površini.

Brusni papir je zelo pogosto uporabljen pripomoček oziroma orodje. Poznamo več izvedb, najpogosteje pa ga ločimo po zrnatosti, ki jo merimo s številom zrnc na površino. Manjša kot je oznaka, manj je zrn, kar pomeni, da so večja in da je papir bolj grob ali agresiven.

Zrna so iz različnih materialov, kot so silicijev karbid, volframov karbid, peščeni papir, granat in smirek ter so nanesena na papir ali platno.

Trikotno strgalo ali trikoten nož je lahko konveksne ali konkavne oblike. Z nožem konveksne oblike težje odstranimo iglo, a se nož konkavne oblike hitreje skrha. Pomembno je, da so robovi ostri, da lahko z njim odrežemo nepotreben material. Kot je vidno na sliki 2.20, je sestavljen iz rezila, nosilnega dela in držala.

Slika 2.20: Trikotno strgalo

Nož z zakrivljenim rezilom na sliki 2.21 je namenjen predvsem raziglanju robov izvrtin, pri katerih nož enostavno zavrtimo po robu in ga s tem odstranimo. Seveda je uporaben tudi za različne druge robove na obdelovancih. Prav tako je sestavljen iz rezila nosilnega dela in držala. Poznamo izvedbe, pri katerih je rezilo zakrivljeno v različnih krivuljah.

Slika 2.21: Nož z zakrivljenim rezilom z nastavki

Pod orodja štejemo tudi krtače, za katere velja vse, kar smo že napisali v tem delu, grezila, svedre, povrtala in podobna orodja, ki jih lahko na primer vpnemo v baterijski vrtalnik ali podobne naprave, s katerimi odstranjujemo igle in ostre robove.

(45)

_________________________________________________Opis nastanka in odprave igle 2.2.3.2 Varnost

Varnost pri ročnem raziglanju je odvisna od spretnosti delavca. Najpogostejša poškodba so ureznine z noži in robovi svedrov. Nevarnost je na primer še obdelava materialov, ki lahko škodujejo zdravju človeka in so rakotvorni, na primer nerjaveče jeklo, materiali z vsebnostjo niklja in tudi nekatere plastike. Pri obdelavi takih materialov je potrebno odsesavanje. V kolikor uporabljamo zaščitno obleko in se držimo priporočil, ne bi smelo prihajati do večjih nevarnostih. [4]

Večji problem so ergonomske težave delavca. Uporaba istega seta orodja z enakimi delovnimi gibi lahko po več letih dela privede do resnih težav predvsem v sklepih. Ker pri ročnem raziglanju ni omejitve z velikostjo obdelovanca, se tako običajno kosi, ki so preveliki za druge postopke, raziglajo ročno, pri tem pa pride do težave z dvigovanjem in obračanjem obdelovancev. Pri tem so najpogostejše težave z hrbtom. [4]

2.2.4 Elektrokemično raziglanje

V industriji najdemo poleg opisanih postopkov – toplotnega, ročnega in raziglanja s krtačami – tudi druge načine odstranjevanja igle. Postopek, ki se v industriji pojavlja vse pogosteje, je elektrokemično raziglanje. Zato ga bomo tudi opisali v teoretičnem delu naloge. V angleškem jeziku se postopek imenuje electrochemical deburring, zato mu z okrajšavo pravimo tudi ECD.

2.2.4.1 Opis postopka

Elektrokemično raziglanje spada med nekonvencionalne postopke obdelave, saj orodje nima neposrednega stika z obdelovancem [4]. Obdelava poteka tako, da je med obdelovancem in orodjem majhna odprtina. Skozi to odprtino se s pomočjo črpalke dovaja elektrolit.

Obdelovanec in orodja sta priključena na napajanje, obdelovanec kot anoda in orodje kot katoda. Med prehajanjem električnega toka se igla v elektrolitu raztopi. Shemo delovanja vidimo na sliki 2.22. Ko elektrolit opravi svojo nalogo v reži med obdelovancem in orodjem, se steče v korito z zbiralnikom, kjer se umiri, delci v njem pa se usedejo na dno. Pot elektrolita se nadaljuje skozi filter v rezervoar, iz katerega se ga ponovno prečrpa v delovno območje.

Ker orodje in obdelovanec nimata neposrednega stika, obdelovanec med postopkom ni pod nobeno mehanično ali toplotno napetostjo, kar vodi do tega, da obdelani material ne doživi nobene fizikalne ali kemijske spremembe. ECD je tako primeren postopek za raziglanje artiklov, kjer ne sme prihajati do nikakršnih prask ali poškodb na obdelovancu. Uporablja se za obdelavo izvrtin, navojev in njihovih križanj, predvsem pri obdelovancih iz kovin z visoko trdoto. Obdeluje pa se lahko tudi aluminij in njegove zlitine ter praktično vse materiale, ki prevajajo električni tok. Pomembno je, da so obdelovanci pred obdelavo očiščeni, brez odrezkov in večjih igel, ki bi ovirale proces. Med razloge, zakaj bi se odločili za ta proces, lahko na primer štejemo hitrost obdelave glede na druge postopke raziglanja in zanesljivost. Prostor med orodjem in obdelovancem je za optimalno delovanje širok od 0,3 do 1 mm. Določena reža lahko pri nekaterih artiklih predstavlja tudi zoženje predpisane tolerance.

(46)

22

Slika 2.22: Shema delovanja ECD [4]

2.2.4.2 Oprema

Naprave so sestavljene po principu, ki je prikazan na sliki 2.22, na sliki 2.23 pa je stroj za elektrokemično raziglanje. Upravljanje je lahko ročno ali avtomatsko. Pri ročnem upravljanju orodje držimo in ga vstavimo v izvrtino oziroma lokacijo obdelave, kot je to prikazano na sliki 2.24, pri avtomatskem pa to opravi stroj. [4] Pomemben del naprave je orodje ali elektroda. Obstajajo standardna orodja, s katerimi precej prihranimo, a so redko primerna za želeno raziglanje. Običajno je zaradi majhnega razmaka med elektrodo in obdelovancem treba izdelati namensko orodje. Orodja so najpogosteje izdelana iz bakra, na koncu pa je dodana platinasta konica. Pomembo je, da je material elektrode dobro električno prevoden.

Uporabljena elektrolita sta natrijev nitrat (NaNO3) in natrijev klorid (NaCl, navadna sol), zmešana z vodo. Natrijev nitrat v razmerju 0,15–0,24 kg/L in natrijev klorid 0,06–0,09 kg/L.

Glede primerne temperature elektrolita si strokovnjaki niso enotni. Nekateri predpisujejo 13

℃ za jeklo in 24 ℃ za aluminij, drugi 35–38 ℃ za vse materiale.

Obdelovanec in orodje sta priključena na napajanje z enosmernim električnim tokom.

Obstajajo tudi zanimive naprave, ki kombinirajo raziglanje s krtačami z elektrokemičnim raziglanjem. V prevodu je postopek poimenovan electrochemical brush deburring. Princip delovanja naprave je enak klasičnemu ECD-ju, le da je namesto elektrode tu uporabljena prevodna krtača. Z njo lahko raziglamo in čistimo tako robove kot tudi površine. [4]

(47)

Slika 2.23: Stroj ECD

Slika 2.24: Kos med obdelavo

(48)

24

(49)

3 Izdelava ohišja po različnih postopkih

V eksperimentalnem delu diplomske naloge bomo primerjali dva različna načina raziglanja, ki smo ju opisali v teoretičnem delu. Primerjavo bomo izvedli na ohišju hidravličnega ventila. Postopek bo potekal tako, da bomo izdelali postopek, v katerega ne bomo vključili TEM-a. To pomeni, da bo nov postopek drugačen kot postopek, po katerem se ohišja izdelujejo zdaj. Kose bomo tako izdelali po obeh postopkih in jih primerjali. Zanimali nas bodo kakovost izdelave, velikost morebitnih igel in ostankov obdelave, čistost kosov ter seveda funkcionalnost izdelkov. Izračunali ali pomerili bomo tudi čase izdelave ter stroške.

V poglavju bomo najprej še opisali, kakšen obdelovanec opazujemo in za kaj se uporablja.

3.1 Podatki obdelovanca

Obdelovanec je ohišje zavornega hidravličnega ventila. Izdeluje se iz ulitega surovca iz sive litine z oznako 0.6025 oziroma EN-GJL-250. Siva litina je eden izmed najpogostejših konstrukcijskih materialov. [20] Razlogi za to so cena ter uporabne tehnološke in mehanske lastnosti. V našem primeru mora ohišje zagotavljati tesnjenje hidravličnega medija pri 100

℃ in tlaku do 450 bar. Ker se ohišje uporablja za različne izvedbe zavornega ventila, je tudi ohišje v večjih izvedbah. V tabeli 3.1 so prikazane nekatere lastnosti opazovane verzije obdelovanca, na sliki 3.1 pa je ohišje po obdelavi.

Tabela 3.1: Lastnosti obdelovanca

Trdota – HB 180–220

Masa surovca – ms [kg] 0,827

Masa ohišja – mo [kg] 0,51

Natezna trdnost – Rm [N/mm²] 250–350

Gostota – ρ [g/cm²] 7,15

(50)

Izdelava ohišja po različnih postopkih___________________________________________

26

Slika 3.1: Ulitki pred obdelavo

3.1.1 Uporaba ohišja

Izdelano ohišje se v montaži montira za več vrst zavornih hidravličnih ventilov. Primer zavornega ventila, pripravljenega za vgradnjo, je na sliki 3.2. Ti so sestavni deli hidravličnih sistemov predvsem v kmetijski mehanizaciji. Med obratovanjem ventilov z opazovanim ohišjem je maksimalni dovodni tlak 250 bar, delovni tlak pa 100 bar. Prednosti hidravličnih zavornih ventilov so [21]:

 ni potrebe po dodatnem viru napajanja (zračnem kompresorju);

 ventili se napajajo iz hidravličnega vira na traktorju;

 hidravlični akumulatorji so manjši od zračnih;

 hitrejši odzivni časi zaradi zaloge energije v akumulatorjih;

 manjše tveganje, da se sistem kontaminira in ni potrebe po dodatnih filtrih;

 udoben in progresiven občutek.

Slika 3.2: Primer zavornih hidravličnih ventilov

(51)

__________________________________________Izdelava ohišja po različnih postopkih

3.2 Postopek obdelave

Da smo se primerjave sploh lahko lotili, je bilo treba določiti dva različna postopka obdelave ohišja. Za postopek s TEM-om ni bilo treba storiti veliko, saj so se ohišja že izdelovala z vključeno operacijo toplotnega raziglanja in se je lahko za primerjavo uporabilo kose, izdelane z obstoječim postopkom. Za postopek z mehanskim razizlanjem je bilo treba iz obstoječega postopka izpustiti TEM in dodati raziglanje na mestih, ki jih je raziglal TEM.

Oba postopka sta opisana v naslednjih poglavjih.

Že v začetku se je pri obstoječem postopku zamenjalo raziglanje zunanjih robov, ki se jih je obdelovalo s premim brusilnikom. V program smo dodali prehode čelnih ploskev s krtačo za površine, ki je opisana v poglavju Posebne izvedbe krtač. Tako smo odpravili nekaj ročnega raziglanja, ki ga lahko opravlja stroj enako dobro ali boljše.

3.2.1 Postopek s TEM

Pri obstoječem postopku se ulitki najprej obdelajo na obdelovalnem centru Daewoo VC400.

Izdelani so v dveh vpetjih. Za vsako vpetje je izdelana vpenjalna priprava, na kateri se izdeluje šest kosov naenkrat. Pripravi za prvo in drugo vpetje z vpetimi kosi vidimo na slikah 3.3 in 3.4. Operater na obdelovalnem centru vpenja kose in ročno razigla, kar je potrebno.

Tako se z najlonsko ščetko krtači skoznjo izvrtino, kateri je zaradi zelo ozke dimenzijske tolerance, zahtev hrapavosti in geometrične tolerance treba posvetiti največ pozornosti med celotnim procesom izdelave. Na tej izvrtini ostane med obdelavo na obdelovalnem centru dodatek za honanje.

V operaciji ročnega raziglanja se opazovana ohišja le pregledajo, da ni morebitnih odrezkov in večjih nečistoč.

Slika 3.3: Prvo vpetje

(52)

28

Slika 3.4: Kosi v pripravi v drugem vpetju

Kosi se nato prepeljejo na pranje, z namenom da se iz njih odstranijo sledovi emulzije, olj in kakšnih drugih nečistoč, ki ne smejo biti prisotne med postopkom toplotnega raziglanja.

Na stroju TEM P350, ki je na sliki 3.6, operater očiščene kose zloži na priprave na vrtljivi delovni mizi, kjer se ti v napravi raziglajo. Priprava z vpetimi tremi kosi je na sliki 3.53.6.

Ko pridejo iz stroja, jih operater zloži v transportne zaboje, kjer se ohladijo.

Po TEM-u se kosi ponovno perejo, in sicer na liniji za odstranjevanje oksidov. Linija Fisa je namenjena razmaščevanju, odstranjevanju oksidov in zaščiti izdelkov. Procesi na liniji si sledijo, kot so našteti, zaščita pa je sestavljena iz izpiranja, postopka pasivacije in sušenja.

Sledi honanje na stroju proizvajalca Kadia. Tu se obdela skoznja izvrtina z visokimi kakovostnimi zahtevami. Obdelovanci so v stroju vpeti v namenske priprave, kjer se honajo z grobim in finim trnom ter po vsakem honanju krtačijo z najlonsko ščetko.

Za konec se vsi kosi še zadnjič temeljito operejo, ohišja so izdelana ter pripravljena na montažo ventila, pred tem pa morajo opraviti še test čistosti.

Slika 3.5: Priprava za TEM

(53)

Slika 3.6: Stroj TEM P350

3.2.2 Postopek z mehanskim raziglanjem

Kot zapisano, je bilo treba najprej določiti postopek, ki ne bo vseboval toplotnega raziglanja.

Za ta namen smo si najprej pogledali obstoječi postopek, predvsem obdelavo na obdelovalnem centru, ter toplotno raziglane obdelovance. Tako smo z opazovanjem določili kritična mesta po obdelavi, kjer bi lahko prihajalo do težav. Opazovati je bilo tako treba skoznjo izvrtino, ki se križa s prečnimi ter vse navoje, predvsem njihove začetke, kjer je prihajalo do večjih igel. Da bi se v ohišju na določenih mestih nahajali opilki, nismo opazili, saj so izvrtine dokaj splošne in nezahtevnih oblik. Paziti je bilo treba le na križanje izvrtin v notranjosti kosa. Ta mesta in navoji so označeni na sliki 3.7, na sliki 3.8 pa so označene igle na navojih.

Slika 3.7: Prerez obdelovanca z označenimi kritičnimi mesti

(54)

30

Slika 3.8: Ostri navoji

Nastal je problem, saj je bilo težko določiti mejno vrednost velikosti igle, ki jo je težko že pomeriti. Kot kriterij za velikost igle na navojih, ki so bili praktično edino mesto dileme, smo tako vzeli uničenost plastičnih čepov, ki se zaradi barvanja ventilov v izvrtine vijačijo po montaži. Vzeli smo 18 ohišij po obdelavi na obdelovalnem centru in v izvrtino M12 ter v tri M14 z baterijskim vijačnikom privili in odvili čepe. Kot vidimo na sliki 3.9, smo pri testu z namenom preizkusa vseh možnosti uporabili različne čepe. Že pri pregledu s prostim očesom je bilo vidno, da so nekateri čepi uničeni, kar je pomenilo, da bo treba navoje mehansko raziglati. Eden od čepov je na sliki 3.103.103.10, na katerem se vidi, da so bili poškodovani predvsem začetki navojev oziroma prvo ovitje. Navoje, ki so bili na pogled nekoliko pojedeni, kot je razvidno s slike 3.11, smo si pogledali s 50-kratno povečavo, z zrcalno refleksnim mikroskopom. Na sliki 3.12 je lepo viden delec na čepu, ki bi lahko odpadel in predstavljal smet v ventilu, kar je nesprejemljivo.

Slika 3.9: Vijačenje plastičnih čepov Slika 3.10: Poškodovani čep

(55)

Slika 3.11: Poškodbe na čepu

Slika 3.12: Poškodbe na čepu

V zgoraj zapisani obstoječi postopek smo tako za namene testiranja namesto toplotnega raziglanja in potrebnega predpranja dodali ročno krtačenje navojev z baterijskim vrtalnikom.

Krtačenje skoznje izvrtine je bilo v postopku že prej. V načrtu je bilo dodati krtačenje navojev v program stroja, krtačenje skoznje izvrtine pa je moralo ostati ročno, saj so se igle naredile tudi v drugem vpetju, kjer pa dostop do izvrtine ni mogoč. Navoje smo krtačili s ščetko s kroglicami, opisano v poglavju Posebne izvedbe krtač, primernega premera, kar vidimo na sliki 3.13. Na ročno raziglanje smo dodali tudi odstranjevanje igle s trikotnim nožem na delu, kjer se sekata dve izvrtini in prihaja do opaznih igel, kot je vidno na sliki 3.14.

(56)

32

Slika 3.13: Ročno krtačenje navojnih izvrtin

3.3 Časi obdelave

Treba je bilo zbrati čase obdelave za kasnejšo primerjavo. Pridobivanje časov raziglanja s TEM-om ni terjalo veliko dela. Odčitali smo čas, ki je v sistemu predpisan za to operacijo.

Prišteti je bilo treba tudi čas predpranja, saj je ta operacija vključena izključno zaradi toplotnega raziglanja. V enačbi (3.1) smo tako sešteli časa stroja na predpranju in toplotnem raziglanju, v enačbi (3.2) pa časa operaterja na predpranju in toplotnem raziglanju.

𝑡_{𝑇𝐸𝑀 𝑀} = 𝑡_{𝑇𝐸𝑀 𝑀} + 𝑡_{𝑃𝑃 𝑀} (3.1)

𝑡_{𝑇𝐸𝑀 𝑀} = 0,67 + 0,16 = 0,83 𝑚𝑖𝑛

𝑡_{𝑇𝐸𝑀 𝐻} = 𝑡_{𝑇𝐸𝑀 𝐻}+ 𝑡_{𝑃𝑃 𝐻} (3.2)

𝑡_{𝑇𝐸𝑀 𝐻} = 0,67 + 0,08 = 0,75 𝑚𝑖𝑛

Čas obdelave z mehanskim raziglanjem smo razdelili na čas strojno ročnega raziglanja in čas ročnega raziglanja. Pri strojno ročnem času krtačenje opravi stroj, operater pa s trikotnim nožem odstrani iglo, ki nastane pri križanju izvrtin v notranjosti ohišja. Igla je vidna na sliki 3.14. Pri času ročnega raziglanja opravi operater odstranjevanje igle s trikotnim nožem in tudi krtačenje izvrtin s krtačo, vpeto v baterijski vrtalnik.

Ker je čas strojnega raziglanja neposredno povezan s časom obdelave na obdelovalnem centru, ročno raziglanje pa bo opravljal operater na CNC stroju, smo časa združili in tako

(57)

__________________________________________Izdelava ohišja po različnih postopkih dobili čas strojne in ročne obdelave strojav enačbi (3.3) in operaterja v enačbi (3.4). V enačbi (3.2) je izračunan čas obdelave krtač.

𝐿 = 16,2 𝑚𝑚 𝑉_𝑓 = 450 𝑚𝑚/𝑚𝑖𝑛 𝑛 = 4

𝑡_{𝑂 𝑀} = 7,98 𝑚𝑖𝑛 𝑡_𝐷 = 10,5 𝑠 𝑡_{𝑂 𝐻} = 2,8 𝑚𝑖𝑛 𝑡_𝑁 = 21 𝑠

𝑡_𝐾= ^𝐿

𝑉_𝑓∙ 𝑛 = ^16,2

450∙ 4 = 0,144 𝑚𝑖𝑛 (3.2)

𝑡_{𝑆𝑅 𝑀} = 𝑡_{𝑂 𝑀}+ 𝑡_𝐾+ 𝑡_𝐷 = 7,98 + 0,144 +^10,5

60 = 8,3 𝑚𝑖𝑛 (3.3)

𝑡_{𝑆𝑅 𝐻} = 𝑡_{𝑂 𝐻}+ 𝑡_𝑁 = 2,8 +²¹

60= 3,15 𝑚𝑖𝑛 (3.4)

Slika 3.14: Igla kot produkt križanja izvrtin

V enačbi (3.4) uporabljeni čas raziglanja z nožem je bilo treba štopati. Prav tako je štopan celoten čas operaterja pri ročnem raziglanju (zapis spodaj), medtem ko se čas obdelave na stroju ne podaljša. Tako smo izračunali, pridobili in izmerili vse potrebne čase za primerjavo, ki bo izvedena v naslednjem poglavju.

𝑡_{𝑅 𝑀}= 7,98 𝑚𝑖𝑛

𝑡_{𝑅 𝐻} = 41,5 𝑠 = 0,69 𝑚𝑖𝑛

(58)

34

(59)

4 Primerjava toplotnega in mehanskega raziglanja

V tem poglavju bomo zapisali rezultate, o njih diskutirali in jih poskušali razumeti. Poglavje bomo razdelili na štiri dele, in sicer primerjavo časov obdelave, primerjavo stroškov, primerjavo kakovosti obdelave ter vpliv velikosti serije.

4.1 Primerjava časov obdelave

Kot prva primerjava med postopki je primerjava časov obdelave. Vsi pridobljeni časi so opisani v poglavju Časi obdelave. Ker pri času strojnega raziglanja ne moremo ločiti časa obdelave s časom raziglanja, so vsi primerjani časi seštevek časa obdelave na CNC stroju in časa raziglanja. Primerjavo vidimo v tabeli 4.1.

Tabela 4.1: Primerjava časov obdelave

Čas stroja [min]

Čas operaterja [min]

TEM 8.81 3.55

Strojno + ročno 8.30 3.15

Ročno 7.98 3.49

Na sliki 4.1 je graf izdelan iz podatkov v tabeli 4.1. Na njem se jasno vidi, da je najdaljši čas obdelave pri postopku s toplotnim raziglanjem. Sledi mu postopek, kjer se kosi raziglajo3.13 strojno in ročno, najkrajši čas stroja pa je pri ročnem raziglanju. Ti rezultati so pričakovani, saj sta pri postopku s TEM dve operaciji več kot pri ostalih dveh postopkih. Vseeno razlika ni precejšnja. Zanimiv podatek je, da je seštevek časov operaterja krajši pri ročnem raziglanju kot pri postopku s TEM. Ta rezultat prav tako pripisujemo večjemu številu operacij, kar pomeni tudi večkratno prelaganje obdelovancev. Primerjava med strojno- ročnim in ročnim raziglanjem je pričakovana in logična.