các phương pháp gia công tiên tiến: gia công bằng tia plasma

40 3.6K 83
các phương pháp gia công tiên tiến: gia công bằng tia plasma

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BẰNG TIA PLASMA Sơ lược về nguyên nhân hình thành plasma và sự tồn tại của chúng Vật chất xung quanh chúng ta thật là muôn hình muôn vẻ phong phú đa dạng. Theo phân loại cơ bản thì vật chất tồn tại ở 3 dạng cơ bản là rắn , lỏng và khí .Nhưng ngoài 3 loại đó ra vật chất còn ở trạng thái nào khác nữa không? Ta hãy lấy nước làm ví dụ: đun nóng một cục băng đến mức độ nhất định nó (thể rắn) sẽ biến thành nước (thể lỏng) nhiệt độ tăng lên nữa nước sẽ bốc hơi (thể khí). Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ hơi nước lên cao hơn nữa thì sẽ được kết quả như thế nào? Khi nhiệt độ chất khí cao hơn vài ngàn độ thì các electron mang điện âm bắt đầu bứt khỏi nguyên tử và chuyển động tự do .Nguyên tử trở thành các ion mang điện dương. Nhiệt độ càng cao thì số electron bứt ra khỏi nguyên tử chất khí càng nhiều hiện tượng này được gọi là sự ion hoá của chất khí. Các nhà khoa học gọi thể khí bị ion hoá là trạng thái plasma. Ngoài nhiệt độ cao ra ,dùng các tia tử ngoại, tia X ,tia beta pozitron(phản hạt của electron là beta+) hay electron(beta) cực mạnh chiếu vào chất khí cũng có thể làm cho nó biến thành plasma. Có thể chúng ta cảm thấy plasma rất hiếm có. Nhưng thực ra đó lại là một trạng thái phổ biến trong vũ trụ.(98% vật chất)Trong lòng phần lớn những vì sao phát sáng trong vũ trụ đều có nhiệt độ và áp suất cực cao .Vật chất ở trong lòng các vì sao này đều ở trạng thái plasma. Chỉ có ở một số hành tinh tối và vật chất phân tán trong thiên hà mới có thể tìm thấy chất rắn chất lỏng và chất khí.

CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI BÀI BÁO CÁO MÔN HỌC : CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BẰNG TIA PLASMA * Sơ lược về nguyên nhân hình thành plasma và sự tồn tại của chúng - Vật chất xung quanh chúng ta thật là muôn hình muôn vẻ phong phú đa dạng. Theo phân loại cơ bản thì vật chất tồn tại ở 3 dạng cơ bản là rắn , lỏng và khí .Nhưng ngoài 3 loại đó ra vật chất còn ở trạng thái nào khác nữa không? Ta hãy lấy nước làm ví dụ: đun nóng một cục băng đến mức độ nhất định nó (thể rắn) sẽ biến thành nước (thể lỏng) nhiệt độ tăng lên nữa nước sẽ bốc hơi (thể khí). Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ hơi nước lên cao hơn nữa thì sẽ được kết quả như thế nào? * Khi nhiệt độ chất khí cao hơn vài ngàn độ thì các electron mang điện âm bắt đầu bứt khỏi nguyên tử và chuyển động tự do .Nguyên tử trở thành các ion mang điện dương. Nhiệt độ càng cao thì số electron bứt ra khỏi nguyên tử chất khí càng nhiều hiện tượng này được gọi là sự ion hoá của chất khí. Các nhà khoa học gọi thể khí bị ion hoá là "trạng thái plasma". * Ngoài nhiệt độ cao ra ,dùng các tia tử ngoại, tia X ,tia beta [ pozitron(phản hạt của electron là beta+) hay electron(beta-)] cực mạnh chiếu vào chất khí cũng có thể làm cho nó biến thành plasma. * Có thể chúng ta cảm thấy plasma rất hiếm có. Nhưng thực ra đó lại là một trạng thái phổ biến trong vũ trụ.(98% vật chất) Trong lòng phần lớn những vì sao phát sáng trong vũ trụ đều có nhiệt độ và áp suất cực cao .Vật chất ở trong lòng các vì sao này đều ở trạng thái plasma. Chỉ có ở một số hành tinh tối và vật chất phân tán trong thiên hà mới có thể tìm thấy chất GIÁO VIÊN : NGUYỄN QUỐC VĂN Page 1 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI rắn chất lỏng và chất khí. Ngay xung quanh chúng ta cũng thường gặp vật chất ở trạng thái plasma. Như ở trong ống đèn huỳnh quang, đèn neon, trong hồ quang điện sáng chói đều có thể tìm thấy dấu vết của nó. Hơn nữa trong tầng ion xung quanh trái đất ,trong hiện tượng cực quang, trong khí phóng điện sáng chói ở khí quyển và trong đuôi của các sao chổi ta đều có thể tìm thấy trạng thái plasma kỳ diệu này. Để hiểu rỏ hơn về ứng dụng của nó trong thực tế như thế nào chúng ta cùng nhau vào tìm hiểu. Sau đây là một số hình ảnh về sự phát triển của máy PLASMA : MÁY CẮT PLASMA CNC VÀO NHỮNG NĂM 1980 GIÁO VIÊN : NGUYỄN QUỐC VĂN Page 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI A. Khái niệm cơ bản - Plasma là một khái niệm vật lý về một trạng thái đặc biệt của khí được tìm ra vào năm 1923 . Trong trạng thái này các chất khí sẽ trở nên dẫn điện do kết quả của sự ion hoá của các nguyên tử khí do đó có thể coi nó là một trạng thái thứ tư của vật chất . Để đưa đến trạng thái ion hoá của chất khí cần phải có 1 nguốn năng luợng( thích hợp nhất là nhiệt độ của hồ quang điện ) - Sự ion hoá xảy ra khi các phân tử , nguyên tử khí va chạm với các điện tử , nguyên tử hoặc photon . Năng lượng được chuyển tới các phần tử ion hoá vượt qua giá trị ngưỡng tối thiểu và gọi là thế ion hoá - Quá trình ion hoá có thể phân cấp theo mức độ va chạm các nguyên tử và điện tử với các nguyên tử . Nếu chất khí được đốt nóng tới nhiệt độ cao thì tất cả quá trình ion hoá xảy ra đồng thời trong chất khí . Các chất ion hoá dẫn điện như vậy được gọi là plasma - Plasma chiếm khoảng không giữa các điện cực và là cái kênh để dòng điện hồ quang chạy qua khoảng không này gọi là cột hồ quang - Khi hồ quang cháy tự do , vùng plasma trong cột hồ quang rất nhỏ ,nhiệt độ trong bình cột hồ quang là 5000-6000 độ C (còn tuỳ thuộc vào thành phần chất khí ) Nếu khả năng hoạt động tự do của hồ quang bị hạn chế nhiệt độ cột hồ quang có thể lên tới 15000-20000 độ C . sự thất cột hồ quang tạo nên plasma cực mạnh và chuyển thành hồ quang plasma B. Đặc điểm và khả năng công nghệ GIÁO VIÊN : NGUYỄN QUỐC VĂN Page 3 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI 1/ Đặc điểm - Dòng Plasma là 1 hỗn hợp khí của các electron tự do, các ion dương, nguyên tử và phân tử. Các loại khí thường dùng để tạo plasma là Nito, Argon, hidro hay hỗn hợp các khí này - Nhiệt dộ của dòng plasma phụ thuộc vào khí đưa vào vùng trạng thái plasma . Môi trường khí trong plasma phải thực hiện các chức năng sau : + Bảo vệ khỏi tương tác hoá học và làm nguội điện cực + Biến đổi điện năng thành nhiệt năng +Tạo tia plasma ổn định với tốc độ và nhiệt độ yêu cầu + Đảm bảo các tính chất cần thiết của sản phẩm + Phải đơn giản và kinh tế + Điều kiện thao tác an toàn - Hiện nay người ta sử dụng các loại khí sau để tạo plasma + Nito đạt được nhiệt độ 7500độ K và dẫn trong điều kiện nhiệt độ cao tốt thuận tiện cho việc duy trì hồ quang + Hirro đạt được nhiệt độ 7500 độ K tính dẫn nhiệt tốt hơn so với một số khí khác . Khí hirro tương đối rẻ nhưng trong môi trường nhiệt độ cao nó thường có tác động phá hủy điện cực vì vậy nó thường sử dụng kết hợp với khí argon + Argon đạt được nhiệt độ 15000 dộ K có tính dẫn điện tốt nhưng loại này đắt tiền + Hêli đạt được nhiệt độ 20000 độ K có tính chất về điện tốt hơn so với argon nhưng giá thành cao nên ít dùng - Các khí bảo vệ dùng để bảo vệ kim loại lỏng khỏi tác động của không kgi1 tự do trong quá trình gia công và làm nguội . Tùy thuộc vào vật liệu gia công mà chọn các khí bảo vệ khác nhau . Các khí được sử dụng là argon , nito, cacbonic và các hỗn hợp của chúng như argon – hydro , argon – heli , argon - cacbonic , nito- hydro …. - Ngoài sự tăng nhiệt độ dọc theo trục khi cột hồ quang bị thắt còn xuất hiện sự dịch chuyển tự do của lớp hoạt tính trên mặt chi tiết tạo nên dòng nhiệt tập trung GIÁO VIÊN : NGUYỄN QUỐC VĂN Page 4 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI lưu trong chi tiết . Không giống như hồ quang tự do có dạng côn có tiết diện trải rộng phía chi tiết mà có dạng hình trụ . - Để tạo hồ quang plasma người ta dùng thiết bị tạo plasma ( plasmatron ) . Có ba kiểu plasmatron : +hồ quang trực tiếp : chi tiết là anot và chụp là trung tính làm nhiệm vụ ổn định và thắt cột hồ quang + hồ quang gián tiếp : chi tiết trung tính , chụp là anot + hồ quang kết hợp : có 2 anot riêng đó là chi tiết gia công và chụp tạo plasma GIÁO VIÊN : NGUYỄN QUỐC VĂN Page 5 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI - Hồ quang có thể bị thắt tới một giớn hạn nhất định . Ở giá trị nhất định của cường độ và đường kính chụp tạo plasma hồ quang kép sẽ xuất hiện , nó lần lượt cháy giữa điện cực và chụp tạo plasma ; giữa chụp tạo plasma và chi tiết - Có thể giải thích sự tạo thành hồ quang kép như sau :khi dòng điện tăng và đường kính chụp tạo plasma giãm thì điện áp trong cột hồ quang tăng . Song lớp khí gần chụp tạo plasma giãm dần và tăng tính dẫn điện của khí và tạo điều kiện cho dòng điện chính ngắt - Hồ quang kép là hiện tượng có hại GIÁO VIÊN : NGUYỄN QUỐC VĂN Page 6 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI * Cấu t ạo đầu vòi phun dòng plasma - Đầu vòi phun dòng Plasma được làm từ Vonfram (tungsten)(bên trong vòi) có thể kết hợp với các nguyên tố khác như Cacbon để tăng tính chịu nhiệt của nó, cùng một số biện pháp xử lý tăng khả năng chịu nhiêt, kết hợp với chế độ làm nguội bằng nước ở đầu vòi phun khi Plasma được sinh ra Như vậy Plasma được sinh ra trong khoảng cách giữa đầu voi phun và chi tiết gia công. Nó không hoàn toàn nằm trong vòi phun. GIÁO VIÊN : NGUYỄN QUỐC VĂN Page 7 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI - Dòng Plasma đi qua dòng nước làm nguội ở đầu vòi phun và nó được thu hẹp lại thành tia để tác động trực tiếp vào vị trí yêu cầu. Tia Plasma đến chi tiết gia công có vận tốc cao và nhiệt độ cực nóng tại tâm của nó, nhiệt độ này đủ để cắt đứt miếng kim loại dày 155,4 mm. - Chi tiết gia công đóng vai trò là anot, đầu vòi phun đóng vai trò là catot * Sơ đồ nguyên lý gia công GIÁO VIÊN : NGUYỄN QUỐC VĂN Page 8 Phôi Khí b o vả ệ Vòng k pẹ Khí plasma gas Điện cực tungsten Bộ tản nhiệt Kho ng cách giacông r ng chùm Độ ộ tia ng b o vố ả ệ ống kẹp Vòi phun plasma Tia plasma đ y kim lo i nóng ch y ẩ ạ ả _ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI 2/ Khả năng công nghệ GIÁO VIÊN : NGUYỄN QUỐC VĂN Page 9 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI - Ngày nay phương pháp cắt hàn bằng tia plasma đã được sử dụng rộng rải ứng dụng trong gia công tiện các vật tròn xoay , bào các rảnh hẹp trên bề mặt gia công . nhưng hiện nay chỉ sử dụng để hàn hay cắt đứt chi tiết gia công - Có thể gia công bất cứ kim loaị nào kể cả các vật liệu rất khó gia công với các phương pháp khác như thép không rỉ và hợp kim nhôm - Với nguồn năng lượng lớn phương pháp này có thể gia công hợp kim nhôm với chiều dày khoảng 15 cm , và 10cm đối với thép không rỉ - Ngoài ra phương pháp này có ưu điểm hơn so với các phương pháp truyền thống khác là : + tốc độ cắt lớn và các vết nứt trên bề mặt không lớn cho năng suất cao + có tính vạn năng : cắt được bất kỳ kim loại nào khi có thiết bị hổ trợ + dễ dàng kết hợp với các máy tự động khác + sử dụng nguyên liệu khí để cắt gọt - Ngoài những ưu điểm trên phương pháp gia công cắt gọt kim loại bằng tia plasma có những khuyết điểm sau : + khi cắt đứt kim loại thì chiều dày tối đa của chi tiết nhỏ hơn khi cắt bằng oxy + thiết bị đắt tiền + hệ số điều khiển phức tạp GIÁO VIÊN : NGUYỄN QUỐC VĂN Page 10 [...]... 27 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI • Các thông số thực nghiệm khi tiện bằng hồ quang plasma GIÁO VIÊN : NGUYỄN QUỐC VĂN Page 28 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI GIÁO VIÊN : NGUYỄN QUỐC VĂN Page 29 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI E Hàn kim loại bằng tia plasma 1/ Nguyên lý gia công GIÁO VIÊN : NGUYỄN QUỐC VĂN Page 30 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI - Khi hàn bằng tia plasma hồ quang plasma có thể tạo nên bằng phương. .. nho72co6ng nghệ cắt bằng tia plasma 1/ Khái niệm Phương pháp gia công dùng dòng Plasma có nhiệt độ từ 11000 – 28000 C để cắt kim loại bằng cách làm cho nó nóng chảy cục bộ tại vị trí gia công và dùng áp lực của dòng khí đẩy phần kim loại nóng chảy ra khỏi vị trí đó GIÁO VIÊN : NGUYỄN QUỐC VĂN Page 11 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI 2/ Nguyên lý gia công Quá trình cắt được chia làm 2 giai đoạn * Đầu tiên dòng khí... phun plasma Sơ đồ nguyên lý gia công : b a GIÁO VIÊN : NGUYỄN QUỐC VĂN Page 25 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI • Trong phương pháp gia công tiện plasma tia plasma cực mạnh có động năng lớn sẽ đẩy kim loại nóng chảy ra khỏi bề mặt gia công Có thể dùng khí có động năng ( W = 1/2mv2)lớn ở 1 nhiệt độ nhất định ( như hổn hợp khí argon – hidro )có thể thõa mản yêu cầu này Quá trình động lực trong tiện bằng tia. .. vật liệu * Sau đó dòng Plasma được dịch chuyển theo đường dẫn đã được vạch sẵn để cắt vật liệu GIÁO VIÊN : NGUYỄN QUỐC VĂN Page 12 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI GIÁO VIÊN : NGUYỄN QUỐC VĂN Page 13 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI - Cắt bằng hồ quang tia plasma không phụ thuộc vào phản ứng hóa học giữa khí và vật liệu gia công bởi vì nhiệt độ trạng thái plasma khá cao - Có thể gia công cho hầu hết kim loại...CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI C Cắt bằng tia plasma Các phương pháp cắt thông thường ( như cắt bằng oxy , cắt hồ quang điện ) chỉ cho phép cắt thép cacbon thấp và thép hợp kim thấp không thể cắt gang, thép hợp kim cao , nhôm , đồng và các hợp kim của chúng Các phương pháp cắt đặc biệt ( như cắt bằng oxy thuốc …) cũng không đạt chất lượng vết cao năng suất cao Các khó khăn khi cắt... PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI  • Máy cắt PLASMA bằng tay Khi cắt bằng tay thì rê mỏ cắt theo đường vạch sẵn nếu cắt vòng tròn thì dùng đồ gá như h5.154 • Khi cắt bằng máy để gá đầu vòi phun thẳng gốc thì dùng đồ gá như h5.155 GIÁO VIÊN : NGUYỄN QUỐC VĂN Page 21 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI 4/ Các thông số công nghệ và khả năng công nghệ GIÁO VIÊN : NGUYỄN QUỐC VĂN Page 22 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI a Điện... được ổn định thì góc nghiêng của vòi phun plasma với mặt phẳng thẳng góc với mặt gia công khoảng 60o GIÁO VIÊN : NGUYỄN QUỐC VĂN Page 26 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI a c 60o a.vòi phun plasma b chiều sâu ăn dao c vật gia công b 2/ Các thông số ảnh hưởng tới quá trình tiện bằng plasma +Tốc độ tiến của vòi phun + Tốc độ chảy của dòng khí + Góc đặt vòi phun • Tiện plasma có thể dùng để tiện thô tiện tinh... plasma + hướng hồ quang plasma tới vị trí hàn + đảm bảo vị trí chính xác của các điện cực - Mỏ hàn phải được làm mát bằng nước và cực catot phải được cách điện khỏi các bộ phận hàn 3/ Các thông số công nghệ và khả năng công nghệ GIÁO VIÊN : NGUYỄN QUỐC VĂN Page 35 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI Khi hàn các mối hàn vòng cần tăng cường độ hàn lúc mới bắt đầu và giảm lúc kết thúc Các mối hàn nhiều lớp được... - Trong hàn plasma chỉ khoảng 10-30% phần khí tham gia tạo trạng thái plasma còn lại vẫn tồn tại ở trạng thái ổn định Các khí tham , hỗn hợp khí tạo plasma và khí bảo vệ thường dùng cho hàn plasma Ar, Ar + H 2 hoặc Ar + He - Hàn plasma có thể hàn được các kim loại như thép không rỉ , thép chịu nhiệt và các loại thép khác , titan GIÁO VIÊN : NGUYỄN QUỐC VĂN Page 32 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI 2/... điều khiển plasma - Thiết bị tuần hoàn nước làm mát - Mỏ hàn GIÁO VIÊN : NGUYỄN QUỐC VĂN Page 33 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI GIÁO VIÊN : NGUYỄN QUỐC VĂN Page 34 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI - Phụ tùng mỏ hàn - Bộ phận quan trọng nhất của trang thiết bị hàn là mỏ hàn Mỏ hàn phải đảm bảo các nhiệm vụ sau : + dẫn điện cho điện cực + dẫn khí bảo vệ , dẫn khí tạo plasma + hình thành hồ quang plasma + hướng . cắt gang, thép hợp kim cao , nhôm , đồng và các hợp kim của chúng . Các phương pháp cắt đặc biệt ( như cắt bằng oxy thuốc …) cũng không đạt chất lượng vết cao năng suất cao . Các khó khăn khi. độ cao tốt thuận tiện cho việc duy trì hồ quang + Hirro đạt được nhiệt độ 7500 độ K tính dẫn nhiệt tốt hơn so với một số khí khác . Khí hirro tương đối rẻ nhưng trong môi trường nhiệt độ cao. sẽ bốc hơi (thể khí). Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ hơi nước lên cao hơn nữa thì sẽ được kết quả như thế nào? * Khi nhiệt độ chất khí cao hơn vài ngàn độ thì các electron mang điện âm bắt đầu bứt

Ngày đăng: 01/07/2014, 17:44

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan