Cap rotativ de prelucrare prin electroeroziune asistată de ultrasunete

Invenţia se referă la un cap rotativ de prelucrare prin electroeroziune asistată de ultrasunete, care se poate monta pe capul de lucru al unei maşini de electroeroziune. Capul rotativ, conform invenției, are în componenţă un lanţ ultrasonic, ce are la capăt un electrod-sculă care, pe lângă o mișcare de oscilație cu frecvență ultrasonică, are şi o mişcare de rotaţie, alimentat electric de la generatorul de ultrasunete şi generatorul de electroeroziune, cu ajutorul a două perii, una din perii cu elemente de grafit sunt în contact cu un concentrator într-un punct nodal al acestuia, poziţia periei fiind reglată pe verticală în funcţie de poziţia punctului nodal al concentratorului, cu ajutorul a patru tije filetate la capete, şi asigurată cu nişte piuliţe şi o perie ale cărei elemente de grafit sunt în contact cu o bucşă asamblată pe o flanşă nodală interpusă între nişte discuri piezoceramice, nişte rulmenţi asamblaţi pe bucşă şi o carcasă, o roată dinţată, solidară şi pe acelaşi ax cu bucşa şi o roată dinţată asamblată pe axul de ieşire al unui motoreductor.

cap rotativ; electroeroziune; ultrasunete.

Domeniul tehnologiilor de prelucrare avansate sau neconvenționale are o dezvoltare accelerată datorită capacității de a concentra energia de diverse tipuri (mecanică, electrică, termică, chimică) pe spații foarte mici, răspunzând provocării tehnologice de ultra-miniaturizare impusă de Industria 4.0.
Problema tehnică pe care o rezolvă invenţia constă în creșterea stabilității procesului de prelucrare electroeroziv în condițiile rotației electrodului-sculă în jurul axei proprii simultan cu mișcarea de avans a acestuia, îmbunătățirea productivității prelucrării, creșterea calității suprafeței prelucrate, îmbunătățirea evacuării particulelor prelevate din interstiții de prelucrare foarte reduse ale căror dimensiuni se modifică foarte rapid datorită combinației mișcărilor electrodului-sculă, creșterea calității și preciziei suprafeței prelucrate la microprelucrări.
Capul rotativ de prelucrare prin electroeroziune asistată de ultrasunete, conform invenţiei rezolvă problema tehnică menţionată prin aceea că:
– electrodul-sculă vibrează cu frecvență ultrasonică normal pe suprafața prelucrată simultan cu mișcarea de avans și rotație în jurul axei proprii, producând cavitație ultrasonică în interstițiul de prelucrare și crescând periodic presiunea lichidului dielectric – efect de pompare a lichidului dielectric;
– crește capacitatea de evacuare a particulelor din interstițiul de prelucrare ca urmare a creșterii presiunii lichidului dielectric în interiorul acestuia și implicit, crește stabilitatea procesului de prelucrare prin electroeroziune, reducând fenomenele de scurt-circuit, în special în cazul interstițiilor de prelucrare foarte reduse, cazul microprelucrărilor;
– crește productivitatea prin creșterea stabilității prelucrării, respectiv prin reducerea numărului de retrageri ale capului de lucru în timpul procesului de prelucrare;
– crește productivitatea prin prelevarea materialului în stare solidă și lichidă, ca efect al presiunii ridicate generate de cavitația ultrasonică;
– crește calitatea suprafeței prelucrate prin reducerea numărului de fenomene de scurt-circuit între suprafața electrodului-sculă și a piesei prelucrate;
– scade rugozitatea suprafeței prelucrate prin prelevarea vârfurilor microgeometriei de către undele de șoc generate de cavitația ultrasonică, orientate în lungul interstițiului de prelucrare, paralel cu suprafața prelucrată.

Capul rotativ de prelucrare prin electroeroziune asistată de ultrasunete prezintă următoarele avantaje:
– se poate monta ușor pe capul de lucru al oricărei mașini de electroeroziune, folosind sistemul cu bucșă elastică, destinat prinderii electrozilor-sculă uzuali, cu coadă cilindrică;
– crește productivitatea prelucrării prin creșterea stabilității acesteia și a timpului efectiv de prelucrare;
– crește productivitatea prin prelevarea suplimentară a materialului cu ajutorul ultrasunetelor;
– crește calitatea suprafeței prelucrate prin evacuarea eficientă a particulelor prelevate și reducerea fenomenelor de scurt-circuit între electrodul-sculă și piesă;
– reduce rugozitatea suprafeței prelucrate ca urmare a prelevării vârfurilor microgeometriei suprafeței prelucrate;
– poate fi folosit la generarea cinematică a suprafețelor complexe, folosind electrozi-sculă de formă simplă, inclusiv la microprelucrări, în condițiile îmbunătățirii parametrilor tehnologici menționați mai sus.

În domeniul tehnologiilor de prelucrare există o preocupare majoră și continuă la nivel mondial, în contextul Industriei 4.0, pentru ultra-miniaturizare și obținerea suprafețelor de complexitate ridicată crescândă (microprelucrări) și calitate ridicată a suprafeței prelucrate (rugozitate și integritate a stratului superficial), electroeroziunea cu cinematică complexă (frezarea electroerozivă) răspunzând cerințelor prin asistarea cu ultrasunete, care îmbunătățește spectaculos performanțele tehnologice; în zona asiatică, există un interes deosebit pentru procedee cu energii concentrate (electroeroziune, electrochimie, laser, ultrasunete etc.) destinate obținerii suprafețelor de tipul specificat anterior; prin urmare, există o piață externă, dar și internă în creștere în acest domeniu, ceea ce constituie un determinant pentru transferul tehnologic al unor tehnologii de acest tip care vizează aceste piețe, aflate într-un ritm susținut de dezvoltare, unde se pot găsi surse de finanțare corespunzătoare; menționăm că realizarea și utilizarea echipamentului nu presupune investiții mari, utilizând mașini de electroeroziune existente.

Brevet acordat
Titlu: Cap rotativ de prelucrare prin electroeroziune asistată de ultrasunete Data de prioritate: 24.07.2015
Număr Brevet: RO130679 (B1) 2022-06-30

Stadiul de dezvoltare este sub forma de prototip (TRL3) cu ajutorul căruia s-au făcut probe preliminare, care au demonstrat o creștere a stabilității procesului, productivității cu cel puțin 100% și reducerea rugozității cu până la 50% față de prelucrarea fără asistare cu ultrasunete.
Valorificarea tehnologiei obtinute printr-un contract de licenta acordata unui partener economic interesat, cu posibilitatea continuarii unei colaborari pe baza de contract de cercetare, pentru creșterea nivelui TRL al tehnologiei de la nivelul din faza actuală de dezvoltare (TRL 3) la produs vandabil.

Serviciul Inovare și Transfer Tehnologic
Splaiul Independenței, nr.313, R408, București,Romania Tel: +4021 402 9584
Email: sitt@upb.ro, alexandru.marin@upb.ro