Các phương pháp gia công đặc biệt bài giảng dành cho sinh viên Đại học và cao đẳng

121 149 0
  • Loading ...
Loading...
1/121 trang
Tải xuống

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 02/05/2017, 22:37

Các phương pháp gia công đặc biệt bài giảng dành cho sinh viên Đại học và cao đẳng là bộ tài liệu hay và rất hữu ích cho các bạn sinh viên và quý bạn đọc quan tâm. Đây là tài liệu hay trong Bộ tài liệu sưu tập gồm nhiều Bài tập THCS, THPT, luyện thi THPT Quốc gia, Giáo án, Luận văn, Khoá luận, Tiểu luận…và nhiều Giáo trình Đại học, cao đẳng của nhiều lĩnh vực: Toán, Lý, Hoá, Sinh…. Đây là nguồn tài liệu quý giá đầy đủ và rất cần thiết đối với các bạn sinh viên, học sinh, quý phụ huynh, quý đồng nghiệp và các giáo sinh tham khảo học tập. Xuất phát từ quá trình tìm tòi, trao đổi tài liệu, chúng tôi nhận thấy rằng để có được tài liệu mình cần và đủ là một điều không dễ, tốn nhiều thời gian, vì vậy, với mong muốn giúp bạn, giúp mình tôi tổng hợp và chuyển tải lên để quý vị tham khảo. Qua đây cũng gởi lời cảm ơn đến tác giả các bài viết liên quan đã tạo điều kiện cho chúng tôi có bộ sưu tập này. Trên tinh thần tôn trọng tác giả, chúng tôi vẫn giữ nguyên bản gốc.Trân trọng.ĐỊA CHỈ DANH MỤC TẠI LIỆU CẦN THAM KHẢOhttp:123doc.vntrangcanhan348169nguyenductrung.htmhoặc Đường dẫn: google > 123doc > Nguyễn Đức Trung > Tất cả (chọn mục Thành viên) TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG KHOA KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ *** BÀI GIẢNG CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT (Bậc Đại học ngành Công nghệ kỹ thuật khí) Biên soạn: Nguyễn Vĩnh Phối Nguyễn Hoàng Lĩnh Quảng Ngãi, 2016 MỤC LỤC Lời nói đầu Chƣơng PHƢƠNG PHÁP GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN Trang 1.1 Giới thiệu 1.2 Gia công dùng điện cực thỏi 1.3 Gia công tia lửa điện dây cắt 17 1.4 Ưu, nhược điểm phạm vi ứng dụng 26 Chƣơng PHƢƠNG PHÁP GIA CÔNG SIÊU ÂM 28 2.1 Cơ sở lý thuyết 28 2.2 Thiết bị dụng cụ 32 2.3 Các thông số công nghệ 35 2.4 Một số công nghệ gia công siêu âm 38 2.5 Ưu, nhược điểm, phạm vi ứng dụng 41 Chƣơng PHƢƠNG PHÁP GIA CÔNG LASER 43 3.1 Khái niệm 43 3.2 Gia công tia laser 43 3.3 Ưu, nhược điểm ứng dụng 55 Chƣơng PHƢƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐIỆN HÓA 58 4.1 Tổng quan 58 4.2 Phương pháp gia công điện hóa 60 4.3 Ưu, nhược điểm ứng dụng 73 Chƣơng PHƢƠNG PHÁP GIA CÔNG TIA NƢỚC 78 5.1 Gia công tia nước 78 5.1.1 Nguyên lý gia công 78 5.1.2 Thiết bị dụng cụ 78 5.1.3 Các thông số công nghệ 83 5.1.4 Đặc điểm phạm vi ứng ụng 84 5.2 Gia công tia nước có hạt mài 86 5.2.1 Nguyên lý gia công 86 5.2.2 Các thông số thiết bị 87 5.2.3 Các thông số công nghệ khả công nghệ 96 5.2.4 Ưu điểm so sánh với phương pháp khác Chƣơng PHƢƠNG PHÁP GIA CÔNG PLASMA 98 102 6.1 Khái niệm 102 6.2 Cắt tia plasma 104 6.3 Tiện tia plasma 111 6.4 Hàn kim loại tia plasma 113 Tài liệu tham khảo LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, ngành công nghệ vật liệu phát triển, cho đời vật liệu có tính chất đặc biệt sức bền, độ cứng độ dẻo cao, nhu cầu đòi hỏi sản phẩm khí có hình dáng hình học phức tạp, bất thường không bị hỏng bề mặt ứng suất phát sinh chúng khó gia công phương pháp gia công thông thường Để giải vấn đề này, giới nghiên cứu đưa họ phương pháp gia công tách vật liệu dư lượng nhiệt, cơ, điện, hóa kết hợp phương pháp này, phương pháp không sử dụng dao cắt gia công thông thường gọi Các phương pháp gia công không truyền thống hay gọi Các phương pháp gia công đặc biệt Các phương pháp gia công đặc biệt phát triển từ sau chiến thứ hai, hiệu cao nước tiên tiến giới áp dụng rộng rãi, chúng Việt Nam Trong hoàn cảnh nước ta bước cố phát triển để hoà nhập với giới nên việc vận dụng triển khai công nghệ vào giảng dạy cho sinh viên bậc đại học ngành Công nghệ kỹ thuật khí hợp lý cần thiết Trong giảng tác giả đưa nguyên lý gia công, thông số công nghệ, đặc điểm, phạm vi ứng dụng giới thiệu số hình ảnh thiết bị dụng cụ phương pháp gia công đặc biệt tóm lược chương, có thời lượng 30 tiết Tuy cố gắng hoàn chỉnh biên soạn thời gian trình độ hạn chế nên tránh khỏi thiếu sót Nhóm tác giả mong nhận ý kiến đóng góp đồng nghiệp bạn đọc để lần sau giảng hoàn chỉnh Chúng xin chân thành cảm ơn Quảng Ngãi, ngày 02 tháng 12 năm 2016 Nhóm tác giả BG: Các phương pháp gia công đặc biệt -1- Chương Chương PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN (Electric Discharge Machining – EDM) 1.1 Giới thiệu Gia công tia lửa điện phát triển vào năm 1943 Liên Xô hai vợ chồng người Nga trường đại học Moscow Giáo sư, Tiến sĩ Boris Lazarenko Tiến sĩ Natalya Lazarenko Phương pháp gia công tia lửa điện phương pháp phóng tia lửa điện lên bề mặt vật liệu gia công, làm cho lớp vật liệu cần hớt bị nóng chảy bốc trình điện nhiệt 1.1.1 Phân loại: Theo loại máy: Có hai loại máy với dụng cụ khác nhau: - Máy EDM dùng điện cực thỏi (hay gọi máy xung định hình) Điện cực máy có dạng thỏi chế tạo cho biên dạng giống với bề mặt cần gia công Thuật ngữ tiếng Anh phương pháp EDM Die Sinking RamEDM - Máy EDM dùng điện cực dây (hay gọi máy cắt dây) Điện cực máy dây mảnh liên tục chạy theo contour cho trước Thuật ngữ tiếng Anh phương pháp Wire-cut EDM Wire EDM Theo phương pháp gia công: Hình 1.1 Sơ đồ gia công - Gia công tia lửa điện dùng điện cực định hình, gọi tắt phương pháp xung định hình Theo đó, điện cực hình không gian mà in hình lên phôi tạo thành lòng khuôn BG: Các phương pháp gia công đặc biệt -2- Chương - Gia công tia lửa điện cắt dây Ở điện cực dây mảnh (d = 0,1  0,3mm) liên tục chạy theo đường viền cho trước, cắt phôi theo đường viền Ở máy xung định hình, nhờ có hệ thống điều khiển CNC nên không cần phải dùng người đứng máy có kinh nghiệm mà đạt hiệu chất lượng gia công cao Trong trường hợp, hầu hết máy có mức độ tự động hoá cho phép làm việc lâu người đứng máy, luôn điều kiện tối ưu 1.1.2 Mục đích: - Gia công vật liệu dẫn điện khó gia công thép tôi, thép hợp kim khó gia công, hợp kim cứng - Tạo hình chi tiết hệ lỗ có hình dáng phức tạp ứng dụng khác 1.2 Gia công tia lửa điện dùng điện cực thỏi 1.2.1 Nguyên lý gia công tia lửa điện Gia công tia lửa điện hay ăn mòn điện ăn mòn kim loại tia lửa điện Trong trình gia công, dụng cụ chi tiết hai điện cực, dụng cụ catốt, chi tiết anốt nguồn điện chiều có tần số 50  500kHz, điện áp 50  300V cường độ dòng điện 0,1  500A Hai điện cực đặt dung dịch cách điện gọi chất điện môi Khi cho hai điện cực tiến lại gần chúng có điện trường Khi điện áp tăng lên từ bề mặt cực âm có điện tử phóng ra, tiếp tục tăng điện áp chất điện môi hai điện cực bị ion hóa làm cho chúng trở nên dẫn điện, làm xuất tia lửa điện hai điện cực Nhiệt độ vùng có tia lửa điện lên cao, đạt đến 12.0000C, làm nóng chảy, đốt cháy phần kim loại cực dương Trong trình phóng điện, xuất ion hóa cực mạnh tạo nên áp lực va đập lớn, đẩy phoi khỏi vùng gia công Toàn bô trình xảy thời gian ngắn từ 10-4  10-7s Sau mạch trở lại trạng thái ban đầu điện áp tụ nâng lên đến mức đủ để phóng điện trình lại diễn điểm có khoảng cách gần Phoi trình gia công giọt kim loại bị tách khỏi điện cực đông đặc lại thành hạt nhỏ hình cầu Khi hạt bị đẩy khỏi vùng gia BG: Các phương pháp gia công đặc biệt -3- Chương công, khe hở hai điện cực lớn lên, phóng điện không Để trình gia công liên tục, người ta điều khiển điện cực dụng cụ xuống cho khe hở hai điện cực không đổi ứng với điện áp nạp vào tụ C Nguyên lý gia công thể hình sau: Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện 1.2.2 Thiết bị a) Truyền thống b) ZNC c) CNC Hình 1.3 Hình dạng máy EDM điện cực thỏi Máy EDM điện cực thỏi có loại sau: - Máy truyền thống: Đây chủng loại máy dùng điện cực thỏi điều khiển tay Loại kết cấu đơn giản khả công nghê độ xác - Máy EDM điện cực thỏi ZNC: Đây chủng loại máy EDM điện cực thỏi điều khiển chương trình số (NC) Trên máy có trục Z tự động hoàn tòan, chuyển động theo trục X, Y phải thực tay - Máy EDM điện cực thỏi CNC: Trên máy EDM điện cực thỏi CNC, BG: Các phương pháp gia công đặc biệt -4- Chương chuyển động theo phương X, Y, Z tự động hoàn toàn Loại máy có khả công nghệ cao, đạt độ xác gia công cao Tuy đắt tiền, hiệu cao mà mang lại nên loại máy sử dụng phổ biến Hình 1.4 Sơ đồ khối hệ thống máy gia công điện cực thỏi ZNC 1.2.3 Điện cực dụng cụ 1.2.3.1 Yêu cầu vật liệu điện cực Việc lựa chọn hợp lý vật liệu điện cực yếu tố quan trọng Vì ảnh hưởng đến độ xác gia công tính kinh tế thông qua suất độ hao mòn điện cực trung bình Giá điện cực chiếm 80% chi phí gia công Những yêu cầu vật liệu điện cực là: - Có tính dẫn điện tốt - Có tính dẫn nhiệt cao, nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sôi cao - Có độ bền học cao, hệ số giãn nở nhiệt nhỏ - Có độ bền ăn mòn cao - Có khối lượng riêng nhỏ để chế tạo điên cực lớn không nặng làm ảnh hưởng đến khả chịu tải máy - Dễ gia công, giá thành rẻ BG: Các phương pháp gia công đặc biệt -5- Chương 1.2.3.2 Các loại vật liệu điện cực Khi gia công thô, phổ biến dùng điện cực đồng thau zamak, với chi tiết có tiết diện nhỏ dùng đồng vonfram, nhà máy lớn dùng dura Khi gia công tinh dùng điện cực đồng, có trường hợp dùng điện cực thép (đặc biệt dùng làm dao cắt) Khi gia công hợp kim cứng dùng điện cực đồng, đồng thau, đồng vonfram Ở số nước dùng điện cực đồng ép với bột cacbít silic Có nhóm vật liệu điện cực sau: - Vật liệu kim loại: đồng đỏ, đồng–vonfram, bạc–vonfram, đồng thau, vonfram, nhôm, môlipđen, hợp kim cứng, thép… Trong đồng đỏ đồng–vonfram thường dùng Các loại vật liệu vonfram, nhôm, molypden, hợp kim cứng, thép… sử dụng số trường hợp đặc biệt Bảng 1.1 Tính chất vật lý số vật liệu làm điện cực Tính chất Đồng đỏ Graphit Vonfram Thép Điểm nóng chảy, 0C 1.080 - 3.395 1.535 Điểm sôi,0C 2.580 > 4.000 5.930 2.800 12.740 20.000 22.680 16.900 Tính dẫn nhiệt, Ag = 100 94,3 30,0 29,6 16,2 Tính dẫn điện, Ag = 100 95,6 0,1 48,1 16,2 Độ giãn nhiệt, 0C.10-6 16,0 4,5 4,6 15,0 Độ bền, MPa 241 34 4.137 276 Môđun dàn hồi, Mpa.103 124 5,9 352 186 Nhiệt lượng để hóa 1cm3 từ nhiệt độ phòng, cal/cm3 - Vật liệu phi kim loại: Trong nhóm có graphit vật liệu sử dụng phổ biến điện cực Đây cácbon tinh khiết với 0,1% tro Khối lượng riêng từ 1,6  1,85g/cm 3, điện trở riêng  15mm2/m, độ bền gẫy từ 200  700 kg/cm2 - Vật liệu composite: Trong nhóm phổ biến đồng–graphit Đây graphit thẩm thấu với đồng Khối lượng riêng từ 2,4  3,2g/cm3, điện trở riêng  5mm2/m, độ bền gẫy từ 700  900 kg/cm2 Loại có tính chất tốt graphit đồng Tính dẫn điện cao graphit độ mòn góc không tốt graphit nguyên chất BG: Các phương pháp gia công đặc biệt -6- Chương Gang Dura Graphit Kim loại bột thép Hợp kim bột Thép + + + Hợp kim cứng Bán Thép + + tinh Hợp kim cứng Tinh Thép Hợp kim cứng Chú thích: ký hiệu bảng 1.2 Thép Thô Đồng Vật liệu chi tiết gia công Zamak Dạng gia công Đồng thau Bảng 1.2 Lựa chọn vật liệu điện cực + - 0 + - + + + + + + + + + + + - 0 + + + + + + + + - - + + + : Nên dùng - : Không nên dùng 0: Chỉ nên dùng trường hợp đặc biệt 1.2.3.3 Kích thước điện cực Hình 1.5 Tính kích thước điện cực hình trụ Đường kính d điện cực phụ thuộc vào yếu tố sau: - Đường kính D lòng khuôn - Khe hở FS lòng khuôn điện cực - Chiều cao nhấp nhô lớn Rmax Khi gia công thô đường kính d tính theo công thức sau: BG: Các phương pháp gia công đặc biệt -7- Chương nhiệm vụ ổn định thắt cột hồ quang Trong plasmatron hồ quang gián tiếp, chụp tạo plasma anot, chi tiết trung tính Trong plasmatron hồ quang kết hợp có anot riêng catot chung (điện cực) Các anốt chi tiết chụp tạo plasma a.Hồ quang trực tiếp; b Hồ quang gián tiếp; c Hồ quang kết hợp Hình 6.2 Các kiểu hồ quang Gia công tia plasma công nghệ dùng hồ quang plasma sinh catốt anốt để tiện, hàn cắt kim loại 6.2 Cắt tia plasma 6.2.1 Nguyên lý gia công Các phương pháp cắt thông thường (như cắt oxy, cắt hồ quang điện) cho phép cắt thép cacbon thấp thép hợp kim thấp, cắt gang, thép hợp kim cao, nhôm, đồng hợp kim chúng Các phương pháp cắt đặc biệt (như cắt oxy thuốc…) không đạt chất lượng vết cao suất cao Cắt tia plasma phương pháp gia công dùng dòng plasma có nhiệt độ từ 10.000  14.000oC để cắt kim loại cách làm cho nóng chảy cục vị trí cắt dùng áp lực dòng khí đẩy phần kim loại nóng chảy khỏi vị trí Quá trình cắt plasma chia làm phần: - Đầu tiên dòng khí nóng làm nóng chảy xuyên thủng vật liệu - Dòng plasma dịch chuyển theo đường dẫn vạch sẵn để cắt vật liệu Dòng plasma hỗn hợp khí electron tự do, ion dương, nguyên tử phân tử Dòng plasma qua vòi nước làm nguội đầu vòi phun thu hẹp lại thành tia để tác động trực tiếp vào vị trí yêu cầu Tia plasma đến chi tiết gia công có BG: Các phương pháp gia công đặc biệt -104- Chương vận tốc cao nhiệt độ cực nóng tâm nó, nhiệt độ đủ để cắt đứt miếng kim loại dày 155,4 mm Tia plasma; Vòi phun; Catốt; Chi tiết gia công; Nguồn điện Hình 6.3 Nguyên lý cắt tia plasma Cắt hồ quang tia plasma sử dụng cho hầu hết kim loại, kể vật liệu mà cắt axetylen Tia hồ quang cực phôi tia hồ quang phát từ cực miệng vòi phun Hồ quang có tần số cao xuyên qua khí trơ khí khác bị ion hóa, dòng khí ion hóa hồ quang đưa đến miệng vòi Vòi có miệng tương đối nhỏ, thu gọn hồ quang, làm tăng mật độ dòng hồ quang nhiệt độ tăng lên Dòng hồ quang có cường độ nhiệt độ lớn tập trung vào vùng gia công làm cho vật liệu bị nóng chảy lúc cắt Chất khí bị nung nóng hồ quang dãn nỡ miệng vòi khống chế Nó nhập lại với hồ quang tạo thành tia siêu âm Kim loại gia công tiếp tục nóng chảy hồ quang nhiệt cường độ cao lấy dòng khí phát từ lỗ vòi để tạo vật cắt tạo mặt cắt nhẵn bóng Sự kết hợp nhiệt lực tia hồ quang tạo mặt cắt chất lượng cao 6.2.2 Dụng cụ thiết bị gia công Việc cắt kim loại hồ quang plasma thiết bị cắt điều khiển tay cắt tự động Trang thiết bị cắt plasma bao gồm thiết bị dụng cụ sau: - Một nguồn điện tạo dòng chiều với điện áp không tải khoảng 300  400V - Bộ điều khiển dòng điện có tần số cao, điều khiển lưu lượng khí, nước… - Mỏ cắt - Nguồn cung cấp khí tạo plasma BG: Các phương pháp gia công đặc biệt -105- Chương Hầu hết đầu cắt hồ quang plasma có thiết kế tạo xoáy miệng vòi dòng khí qua lỗ nghiêng miệng vòi Dòng xoáy giúp trình truyền lượng hồ quang đến vết cắt tốt Nếu dòng khí xoáy theo chiều kim đồng hồ phía bên phải vết cắt mặt đối diện với hướng chuyển động tương đối vuông vắn mặt bên trái bị xiên Do chọn hướng di chuyển cho phần vật liệu bỏ phôi cắt nằm phía bên trái Hình 6.4 Hình dạng bên mỏ cắt tay (a) mỏ cắt máy (b) Hình 6.5 Kết cấu bên cắt plasma Mỏ cắt plasma vận hành tay máy Mỏ cắt gồm phận giữ điện cực hướng cho đầu điện cực tập trung vào miệng vòi Đầu điện cực bố trí vòi, miệng vòi nằm vùng hồ quang bị thu nhỏ, khí plasma bơm vào vòi qua khe hở điện cực vòi sau miệng vòi Điện cực làm mát bên Điện cực vòi làm mát nước khí để tăng tuổi thọ, vòi có BG: Các phương pháp gia công đặc biệt -106- Chương nhiều miệng với đường kính khác Miệng vòi có đường kính lớn cần dòng điện lớn Cắt hồ quang plasma sử dụng miệng vòi lỗ hay nhiều lỗ Loại miệng có nhiều lỗ có chất lượng bề mặt gia công phôi tốt loại lỗ Hình 6.6 Hình 6.7 Hình 6.8 Máy cắt plasma tay Hình 6.9 Máy cắt plasma CNC Khi cắt dùng hỗn hợp khí argon hydrô sử dụng điện cực vonfram nguyên chất Khi cắt dùng hỗn hợp nitơ hydrô nitơ tinh phải dùng điện cực vonfram với  % tori có khả tạo ion hóa mạnh 6.2.3 Các thông số công nghệ khả công nghệ 6.2.3.1 Điện áp hồ quang Điện áp hồ quang trình gia công thấp điện áp nguồn điện chạy không tải, phụ thuộc vào chiều gia công Thông thường điện áp cắt BG: Các phương pháp gia công đặc biệt -107- Chương mỏng từ 120  200V 400V dày Khi cắt đứt kim loại hiệu điện không tải lên đến 500 V, đồng thời kim loại dùng để cắt đứt dày đến 200 mm Bảng 6.1 Điện áp độ dày cực đại (mm) kim loại cắt gọt Điện áp gia công (V) 70  80 90  110 120  140 Nhôm hợp kim nhôm 40 80 100 Thép không rỉ Thép cacbon Đồng Đồng thau 40 70 90 30 70 90 15 50 80 30 70 90 6.2.3.2 Cường độ dòng điện nguồn Bảng 6.2 Mối quan hệ cường độ dòng điện, đường kính catốt miệng vòi phun Cường độ dòng điện (A) Đường kính (mm) Cường độ Đường kính (mm) Catốt Miệng dòng điện (A) Catốt Miệng vòi vòi phun phun 1,8 3,5 150  200 1,5  400  500 3,5  4,5 200  250  2,5 500  600 4,5  2,5 4,5 250  300 2,5  600  700  5,5 300  400  3,5 700 800 5,5  (Chú ý: Cường độ dòng điện chọn bảng cường độ mạch điện, cường độ dòng điện điện cực đến 30  50 A) Cường độ dòng điện nguồn định hiệu kinh tế trình gia công chọn cường độ dòng điện ta giảm hao phí làm điện cực (giảm đường kính âm cực) Do chọn cường độ dòng điện ta phải dựa vào kính thước sơ cực âm hay đường kính miệng vòi phun đầu phát tia plasma 6.2.3.3 Tốc độ cắt - Tốc độ gia công tùy thuộc vào chiều dày gia công hay bề dày lớp cắt - Nếu bề dày lớp cắt nhỏ tốc độ cắt tăng lên ngược lại Khi tốc độ cắt giảm, lớp kim loại cắt tăng lên, đặc điểm quan trọng trình cắt gọt hồ quang plasma - Tốc độ cắt dọc theo đường dẫn lên đến 0,128 m/s cho miếng nhôm dày 6,35 mm, 0,085 m/s cho miếng thép dày 6,35 mm Tốc độ cắt giảm dần với vật liệu dày BG: Các phương pháp gia công đặc biệt -108- Chương Khả cắt kim loại biểu diễn quan hệ sau: v.  0,24 I U   b.S (6-1) Trong đó: v - tốc độ cắt kim loại  - độ dày kim loại U,I - điện áp dòng điện hồ quang S - entanpy kim loại nóng chảy B - bề rộng vết cắt  - hiệu suất nhiệt  - khối lượng riêng kim loại cắt Quá trình cắt cần phải tính toán để phối hợp tốt công suất tốc độ cắt Điều thực chọn dòng điện, điện áp, dạng khí tạo plasma kết cấu plasmatron Để cắt chiều dày cắt lớn phải tăng công suất giảm tốc độ cắt 6.2.3.4 Khoảng cách từ đầu phun đến chi tiết gia công Việc điều chỉnh khoảng cách đầu phun chi tiết gia công quan trọng Khoảng cách từ  5mm hỗn hợp khí lớn không khí Khoảng cách lớn làm giảm chất lượng cắt tăng lượng khí sử dụng 6.2.3.5.Vùng ảnh hưởng nhiệt chất lượng vết cắt Cấu trúc kim loại mép cắt thay đổi tùy theo kim loại chiều dày cắt Khi cắt cacbon thấp vùng ảnh hưởng nhiệt rộng từ 0,2  0,3mm Tại vùng ảnh hưởng nhiệt có cấu trúc peclit bainit, nhiều làm tăng độ cứng so với kim loại Khi cắt thép chứa 13%Cr vùng ảnh hưởng nhiệt rộng  3mm, có cấu trúc mactenxit-trostit có độ cứng cao Khi cắt nhôm vùng ảnh hưởng không thay đổi cấu trúc ranh giới hạt xuất rỗ chảy với chiều sâu tới 0,3mm Chất lượng vết cắt phụ thuộc vào cường dộ dòng điện, khí sử dụng, tốc độ cắt khoảng cách plasmatron đến chi tiết gia công Nếu dòng lớn mép cắt bị cháy bắn tóe, chiều rộng vết cắt vùng ảnh hưởng nhiệt tăng 6.2.4 Ưu, nhược điểm phạm vi ứng dụng 6.2.4.1 Ưu điểm BG: Các phương pháp gia công đặc biệt -109- Chương - Có tính vạn năng: cắt kim loại sử dụng thiết bị giống - Tốc độ cắt lớn vết nứt bề mặt không lớn, cho suất cao - Dễ dàng kết hợp với máy tự động - Sử dụng nguyên liệu khí để cắt gọt - Cắt thép cacbon nhanh gấp 10 lần kiểu cắt hỗn hợp khí oxy nên kinh tế - Để lại đường rãnh cắt nhỏ - Cắt plasma làm mềm vật liệu gia công phương pháp khác - Đầu cắt plasma cho nhiệt độ hồ quang lớn với nhiều nguồn khí có sẵn thực tế, lượng không hạn chế phương pháp 6.2.4.2 Nhược điểm - Bề mặt bị nhám - Cấu trúc bề mặt bị phá hủy - Khi cắt đứt kim loại chiều dày tối đa chi tiết nhỏ cắt oxy hay oxy thuốc - Thiết bị phức tạp đắt tiền - Hệ điều khiển số phức tạp 6.2.4.3 Phạm vi ứng dụng - Plasma ứng dụng việc cắt vật liệu dẫn điện cứng, kim loại đặc biệt với tốc độ cao - Ứng dụng rộng rãi plasma cắt thép không rỉ nhôm Ngoài cắt thép, hợp kim thép, titan, đồng hầu hết kim loại với tốc độ nhanh - Cắt gọt hồ quang plasma dùng để cắt lớp, cắt xiên, cắt hình đục lỗ - Khi thêm trang thiết bị đặc biệt, cắt plasma nước - Công nghệ plasma sử dụng nhiều lĩnh vực tàu biển, hoá học, hạt nhân, tàu ngầm… - Dùng việc phá bỏ, cắt vật liệu nước tàu ngầm - Cắt kim loại chịu nhiệt cao theo kích thước yêu cầu BG: Các phương pháp gia công đặc biệt -110- Chương - Cắt đường biên đầu plasma gắn cấu tự động máy CNC hay máy tự động - Chế tạo máy ngành ô tô, đường sắt 6.3 Tiện tia plasma 6.3.1 Nguyên lý gia công Quá trình xảy sau tiện plasma trình tỏa nhiệt, tức không nung nóng vật liệu cần lấy mà dùng tia plasma cực mạnh mật độ cao làm nóng chảy vật liệu gia công, động đẩy kim loại nóng chảy khỏi chi tiết Thường người ta sử dụng hỗn hợp khí argon-hydrô để tạo tia plasma Quá trình động lực học tiện plasma giống tiện truyền thống, khác thay dùng dao tiện người ta dùng đầu phun plasma b a a Chi tiết gia công; b Đầu phun plasma Hình 6.10 Nguyên lý tiện plasma Để tiện nên dùng đầu phun có hồ quang trong, trường hợp điện cực làm mát nước nối với cực âm nguồn phát điện chiều từ điện cực nối qua điện cực vòi phun với cực dương nguồn phát Để cho trình ổn định phải giữ góc nghiêng vòi phun plasma với phẳng thẳng góc với mặt gia công khoảng 60o a c 60 o a Vòi phun plasma b Chiều sâu ăn dao c Chi tiết gia công b Hình 6.11 Vị trí tương đối vòi phun plasma chi tiết gia công BG: Các phương pháp gia công đặc biệt -111- Chương 6.3.2 Thiết bị Hình 6.12 Máy tiện-hàn plasma Hình 6.13 Máy tiện PLASMA 852 6.3.3 Các thông số công nghệ: gồm - Tốc độ (V) Tốc độ tiến vòi phun (e) - Cường độ dòng điện (I) Điện áp (V) - Tốc độ chảy gas Góc đặt vòi phun Bảng 6.3 Các thông số thực nghiệm tiện hồ quang plasma Vật liệu cần gia công Inconel Rone 41 Hasleney Thép không rỉ đặc biệt cứng Tính chất gia công Thô Tinh Thô Tinh Thô Tinh Thô Tinh Cường độ dòng điện (A) 300 170 325 240 200 140 300 170 Điệp áp hồ quang (V) 100 90 95 90 100 130 90 92 Tốc độ (m/ph ) 12 23 16 32 18 Tốc độ tiện vòi phun (mm/s) 1,25 2,5 1,25 Lượng vật liệu lấy (cm3/ph) 65 11 80 32 56 11 72 32 Công suất (mã lực) 145 250 130 250 110 250 130 250 Trường hợp tiện hợp kim Ni thép chịu nhiệt, suất cao gấp 10 lần tiện truyền thống Lớp bề mặt thép chịu nhiệt tiện tia plasma bị hóa mềm (từ 35HRC xuống 23HRC) Quá trình thuận lợi tiện tinh cách truyền thống Thép không rỉ đặc biệt cứng cho kết tương tự thép chịu nhiệt Với thép cácbon, nhôm, đồng tiện tia plasma không cho kết khả quan Tiện plasma dùng để tiện thô, tiện tinh dùng tiện thông thường BG: Các phương pháp gia công đặc biệt -112- Chương 6.4 Hàn kim loại tia plasma 6.4.1 Nguyên lý gia công Khi hàn tia plasma, hồ quang plasma tạo nên phương pháp trực tiếp gián tiếp Hồ quang gián tiếp thường dùng cho vật liệu chi tiết hàn không dẫn điện cho kết cấu hàn có chiều dày mỏng Hình 6.14 Nguyên lý hàn TIG (a) hàn hồ quang plasma (b) Nhờ công suất lửa cao thiết bị plasmatron tác động lửa plasma thực việc hàn kim loại có bề dày khác mà không cần đưa chất phụ khác vào mối hàn Ngọn lửa plasma hàn chi tiết cong, thực mối hàn đẹp mép thực việc hàn kim loại dày chiều dài liên tục Khác với hàn TIG, hàn plasma người ta sử dụng mỏ hàn với điện cực (catốt) có đường kính lỗ nhỏ, hồ quang plasma hẹp lượng nhiệt tập trung diện tích bề mặt hàn tương đối nhỏ Điều đảm bảo độ ngấu mối hàn mối hàn hẹp, vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ Hình 6.15 So sánh dạng hồ quang hàn TIG (trái) với hàn plasma (phải) Trong hàn plasma, khoảng 10  30% phần khí tham gia tạo trạng thái plasma, BG: Các phương pháp gia công đặc biệt -113- Chương lại tồn trạng thái ổn định Các khí hỗn hợp khí tạo plasma khí bảo vệ thường dùng cho hàn plasma Ar, Ar + H2 Ar + He Hàn plasma hàn kim loại như: thép không rỉ, thép chịu nhiệt loại thép khác; titan; inconel; kovar, zircalloy; tantali, đồng, đồng thau, bạc vàng 6.4.2 Dụng cụ thiết bị Một hệ thống thiết bị hàn plasma bao gồm phận sau: - Nguồn cung cấp chuyển đổi điện - Bộ điều khiển plasma - Thiết bị tuần hòan nước làm mát - Mỏ hàn - Phụ tùng mỏ hàn Hình 6.16 Thiết bị hàn plasma Bộ phận quan trọng trang thiết bị hàn plasma mỏ hàn Mỏ hàn phải đảm bảo nhiệm vụ sau: - Dẫn điện cho điện cực - Dẫn khí bảo vệ, khí tạo plasma - Hình thành hồ quang plasma - Hướng hồ quang plasma đến vị trí hàn - Đảm bảo vị trí xác điện cực BG: Các phương pháp gia công đặc biệt -114- Chương Hình 6.17 Máy hàn hệ thống làm mát mỏ hàn hãng ABICOR BINZEL (Đức) Mỏ hàn phải làm mát nước cực catốt phải cách điện khỏi phận mỏ hàn a) b) Hình 6.18 Một số mỏ hàn plasma 6.4.3 Các thông số công nghệ khả công nghệ Hình 6.19 Mối quan hệ dòng điện điện áp hàn plasma BG: Các phương pháp gia công đặc biệt -115- Chương Khi hàn mối hàn vòng cần tăng cường độ hàn lúc bắt đầu giảm lúc kết thúc Các mối hàn nhiều lớp thực hàn hồ quang bình thường Lớp cần ngấu suốt, lớp hàn không ngấu suốt cách dùng vật liệu bổ xung Vì khả xuyên sâu hàn lớn nên không cần vát mép vật hàn dày hàn argon thông thường Trên hình 6.20 so sánh vùng ảnh hưởng nhiệt hàn chùm tia điện tử (vùng 1), hàn tia plasma (vùng 2) hàn TIG (vùng 3) Hình 6.20 Vùng ảnh hưởng nhiệt 6.4.4 Ưu, nhược điểm phạm vi ứng dụng 6.4.4.1 Ưu điểm - Sự tập trung lượng cao - Tính ổn định hồ quang tốt - Lượng nhiệt cao - Tốc độ plasma lớn - Ít nhạy biến thiên chiều dài hồ quang - Không làm nhiễm bẩn điện cực volfram - Không đòi hỏi thợ tay nghề cao - Không cần dùng lót vật liệu hàn 6.4.4.2 Nhược điểm - Thiết bị có giá thành cao - Đầu phun có tuổi thọ ngắn - Thợ hàn phải biết sâu trình hàn plasma - Tiêu thụ khí trơ tương đối cao 6.4.4.3 Phạm vi sử dụng hàn hồ quang plasma Hàn hồ quang plasma dùng cho kim loại hợp kim thường hàn qui trình TIG, phương pháp có tính linh hoạt cao hơn, chất lượng BG: Các phương pháp gia công đặc biệt -116- Chương ổn định cao Tiết kiệm lượng chi phí Đây qui trình sử dụng nhiều đóng tàu, kỹ thuật hạt nhân, điện tử, không gian nhiều lãnh vực công nghiệp khác Hàn hồ quang plasma khí hoá có suất cao, chất lượng cao, cho phép ứng dụng lĩnh vực: - Ống thép không rỉ ống titan (đường hàn dọc) - Hệ thống ống chịu nhiệt chịu áp lực cao - Các phận động tuabin - Dàn ống làm việc nhiệt độ thấp chịu áp lực cao Hàn hồ quang plasma tay với kỹ thuật nóng chảy thường dùng cho tiết diện kim loại mỏng Hàn hồ quang vi plasma dùng với cường độ thấp: - Các lọc dây mảnh - Hàn giáp mối dây nhỏ - Vỏ hộp rơle - Thùng áp lực thành mỏng - Các phận ống chân không - Các kết nối cặp nhiệt điện CÂU HỎI ÔN TẬP Câu 1: Khái niệm, nguyên lý gia công, phạm vi ứng dụng cắt hồ quang? Câu 2: Bản chất, sơ đồ nguyên lý gia công chùm tia Plasma? Câu 3: Nêu ngắn gọn thông số công nghệ gia công hồ quang Plasma? Câu 4: Bộ phận coi quan trọng hàn Plasma, nêu nhiệm vụ phận đó? BG: Các phương pháp gia công đặc biệt -117- TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS-TS Trương Ngọc Thục, Các phương pháp gia công , Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM, 1995 TS Vũ Hoài An, Gia công tia lửa điện CNC, nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2003 TS Phạm Ngọc Tuấn, Các phương pháp gia công đặc biệt, nhà xuất đại học quốc gia Tp.HCM, 2005 ... pháp này, phương pháp không sử dụng dao cắt gia công thông thường gọi Các phương pháp gia công không truyền thống hay gọi Các phương pháp gia công đặc biệt Các phương pháp gia công đặc biệt phát... điện? Cho ví dụ? BG: Các phương pháp gia công đặc biệt -27- Chương Chương PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG SIÊU ÂM (Ultrasonic Machining - USM) 2.1 Cơ sở lý thuyết 2.1.1 Khái niệm gia công siêu âm Gia công. .. hoàn tự nhiên chi tiết gia công nhấn chìm chất điện môi Trong phương pháp phun chất điện môi đưa vào khe hở gia công nhờ BG: Các phương pháp gia công đặc biệt -22- Chương áp cao (15  20bar) Dòng
- Xem thêm -

Xem thêm: Các phương pháp gia công đặc biệt bài giảng dành cho sinh viên Đại học và cao đẳng, Các phương pháp gia công đặc biệt bài giảng dành cho sinh viên Đại học và cao đẳng, Các phương pháp gia công đặc biệt bài giảng dành cho sinh viên Đại học và cao đẳng

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn

Nhận lời giải ngay chưa đến 10 phút Đăng bài tập ngay
Nạp tiền Tải lên
Đăng ký
Đăng nhập