3/31/2013 o Vn Hip, Hc vin KTQS 1 Các phơng pháp nhiệt (Thermal Processes) GS. TS. Đào Văn Hiệp Khoa Hàng không vũ trụ, Học viện KTQS 1. Cắt bằng tia lửa điện (Electro-Discharge Machining) 2. Cắt dây (Wire Electro-Discharge Machining) 3. Cắt bằng tia laser (Laser Beam Machining) 4. Cắt bằng tia điện tử (Electron Beam Machining) 5. Cắt bằng plasma (Plasma Arc Machining) 3/31/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 2 1. Gia c«ng tia löa ®iÖn (Electro-Discharge machining) PGS. TS. §µo V¨n HiÖp Khoa Hµng kh«ng vò trô, Häc viÖn KTQS 3/31/2013 o Vn Hip, Hc vin KTQS 3 1.1. EDM - Nguyên lý Nung chảy hoặc làm bay hơi vật liệu dn in (kim loại) do nhiệt năng của tia lửa điện (8000-12000 o C). Tia lửa điện phóng từ dụng cụ (cực âm) qua dung dịch điện môi sang phôi (cực dơng). Chỗ phóng điện hình thành "hố bom" (Crater); Dung dịch đợc bơm qua khe hở giữa dụng cụ và phôi, có 3 tác dụng: Khi điện áp thấp, cách điện. Khi điện áp đủ cao, bị ion hóa, cho tia lửa điện phóng qua; Tải phế liệu khỏi vùng gia công; Tải nhiệt, làm nguội vùng gia công. Hình dạng của phôi đợc chép từ hình dạng dụng cụ nhng kích thớc lớn hơn (phải có khe hở); Tiết diện phôi (và lỗ) có thể phức tạp; Vật liệu phôi phải dẫn điện; 3/31/2013 o Vn Hip, Hc vin KTQS 4 1.2. EDM - Thiết bị Các bộ phận chính Tạo xung tia lửa điện; Bơm dung dịch điện môi; Di chụyển điện cực; Phụ trợ: lọc tạp chất, điều khiển áp suất, 3/31/2013 o Vn Hip, Hc vin KTQS 5 Điện áp V s : 80-100 V DC, xung khoảng 5kHZ. Quá trình nh sau: Đầu tiên tụ tích điện, chất điện môi cha dẫn điện nên cha có dòng điện giữa 2 cực; Khi đạt đến điện áp nhất định, chất điện môi bị đánh thủng (điện áp phóng V b ), dòng điên xuất hiện. Điện tử phóng từ cực âm sang cực dơng, trên đờng đi va vào các phân tử chất điện môi (dầu, nớc), ion hóa chúng. Số lợng điện tử phóng sang cực dơng, ion d- ơng sang cực âm tăng, dòng in tăng lên; Động năng của các hạt biến thành nhiệt năng, nung chảy hoặc làm bốc hơi vật liệu các điện cực. Ngay sau khi phóng, điện áp giảm nhanh, tia lửa bị tắt, Quá trình tiếp diễn, khiến dòng điện có dạng xung. Bán kính tia lửa rất nhỏ (0,1-0,2mm) nhng năng l- ợng tập trung rất cao, khiến vật liệu phôi bị nung chảy hoặc bốc hơi, tạo thành hố (Crater); Số tia lửa phóng lớn, tần số cao (đến hàng nghìn xung/giây), khiến quá trình cắt xảy ra nhanh. V s - điện áp cung cấp; V b - điện áp phóng; V i - điện áp tức thời 3/31/2013 o Vn Hip, Hc vin KTQS 6 Các thông số công nghệ quan trọng: Dòng điện phóng (I); Tần số phóng tia lửa điện (hàng trăm đến hàng ngàn lần trong 1 giây). Năng suất gia công phụ thuộc dòng điện và nhiệt độ móng chảy của vật liệu phôi: MRR=410 4 IT w -1,23 (mm 3 /ph); Tốc độ tiêu hao vật liệu dụng cụ: W t =1110 3 IT t -2,38 (mm 3 /ph); Tỷ số tiêu hao phôi - dụng cụ: R=MRR/W t dao động trong khoảng 1,0-100, tùy thuộc cặp đôi vật liệu. Mô hình khác: Kích thớc của hố là hàm số của năng lợng xung: Thể tích của hố: Năng suất gia công: trong đó, f- tần số xung; - hiệu suất. 1.3. EDM - Đặc điểm công nghệ 22 c 3 V h( D h ) 64 2 2 3n c 1 2 1 3 V K ( K K )W 64 c MRR V f nn 12 h K W ; D K W 3/31/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 7 1.3. EDM - §Æc ®iÓm c«ng nghÖ 3/31/2013 o Vn Hip, Hc vin KTQS 8 1.3. EDM - Đặc điểm công nghệ Khả năng công nghệ: MRR trong khoảng 2-400mm 3 /ph. Năng suất cao đi kèm với cấu trúc thô và cơ tính thấp; Độ chính xác kích thớc phụ thuộc vật liệu phôi: 0,005-0,125mm; Độ nhám bề mặt phụ thuộc mật độ dòng điện và vật liệu phôi: Ra=0,05-12,5m công nghệ mới, dùng dụng cụ dao động cho độ bóng cao hơn. Vật liệu dụng cụ thờng là graphit, đồng, đồng - volfram, bạc - volfram, Ưu đểm Lực cắt nhỏ, không gây biến dạng, phá hỏng chi tiết, dụng cụ và lực kẹp nhỏ; Chính xác cao (có thể đạt 0,0001" hay 0,0025mm); Cho phép gia công bề mặt phức tạp; Mòn dụng cụ không ảnh hởng (luôn luôn đợc cấp và bù); Không khó khăn khi gia công vật liệu cứng; Dễ dàng cắt chi tiết rất dày, lỗ sâu, rãnh hẹp. Nhợc điểm: Tạo ra bề mặt cứng, cấu trúc thô; lớp dới bề mặt có thể bị mềm; lỗ bị côn. 3/31/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 9 1.4. C¸c d¹ng gia c«ng EDM 3/31/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 10 1.4. VÝ dô øng dông [...]... phức tạp; Gia công các vật liệu cứng hoặc khó gia công; Nhợc điểm Sinh vùng ảnh hởng nhiệt trên bề mặt: oxy hóa, ứng suất d, kết tinh lại, Không thuận lợi khi gia công các vật liệu dễ cháy: vải, giấy, cao su, chất dẻo, (cần dùng khí trơ bảo vệ); Khả năng cắt trên tấm vật liệu dày thay đổi do khả năng hội tụ của tia laser ứng dụng Gia công các vật liệu cứng hoặc khó gia công; Gia công các lỗ,... đến hiệu quả gia công: Độ phản quang của gơng; Tính chất nhiệt (độ dẫn, nhiệt dung) của vật liệu phôi; Nhiệt độ nóng chảy của vật liệu phôi 3/31/2013 o Vn Hip, Hc vin KTQS 20 3.2 Khả năng công nghệ và ứng dụng Khả năng công nghệ Tốc độ cắt có thể đến 4m/ph; năng suất thờng đạt 5mm3/ph; Độ chính xác: 0,015-0,125; Độ nhám bề mặt Ra khoảng 0,4-6,3m Ưu điểm Khoan lỗ sâu hoặc lỗ trên các tấm mỏng;... mặt gia công: lỗ sâu, đờng cong trên tấm phẳng, rãnh hẹp; Độ chính xác và chất lợng bề mặt gia công tốt hơn LBM Thiết bị đắt tiền 3/31/2013 o Vn Hip, Hc vin KTQS 25 5 Cắt Plasma (Plasma arc machining) GS TS Đào Văn Hiệp Khoa Hàng không vũ trụ, Học viện KTQS 3/31/2013 o Vn Hip, Hc vin KTQS 26 5.1 Plasma Plasma là trạng thái đặc biệt (thứ 4) của vật chất: chất khí bị ion hóa, chứa các điện tử và các. .. trờng giữa cathode và anode, các điện tử tăng tốc (tới khoảng 3/4C) và qua van Qua thấu kính từ (Magnetic Len), tia hội tụ trên bề mặt phôi, năng lợng tập trung mật độ cao, đủ nung chảy và làm bốc hơi vật liệu Vùng gia công phải đặt trong chân không để tránh các điện tử khỏi bị cản trở và va đập bởi các phân tử không khí (tia laser không cần vì kích thớc và khối lợng của các photon rất nhỏ so với điện... Vn Hip, Hc vin KTQS 17 3 gia công bằng tia laser (Laser Beam machining) GS TS Đào Văn Hiệp Khoa Hàng không vũ trụ, Học viện KTQS 3/31/2013 o Vn Hip, Hc vin KTQS 18 3.1 Nguyên lý Cấp năng lợng từ đèn Flash, điện tử nhảy từ mức năng lợng cơ bản lên mức năng lợng cao Khi nhảy về, phát ra các photon (laser); 2 gơng phản chiếu, khiến các photon chạy đi chạy lại, kích hoạt thêm các điện tử khác; 1 gơng... điện tử); 3/31/2013 o Vn Hip, Hc vin KTQS 24 4.2 Đặc điểm công nghệ và ứng dụng Cơ chế bóc vật liệu: nung chảy, bốc hơi; Cần môi trờng chân không; Dụng cụ cắt: tia điện tử vận tốc cao; Năng suất lớn nhất: MRR=10mm3/ph; Suất tiêu thụ năng lợng cao: 450W/mm3/ph; Các thông số công nghệ quan trọng: điện thế tăng tốc, đờng kính tia, tốc độ ăn dao, nhiệt độ nóng chảy; Vật liệu: gần nh mọi vật liệu... hội tụ vào vùng gia công 3/31/2013 o Vn Hip, Hc vin KTQS 19 3.1 Nguyên lý Nhờ khả năng hội tụ cao của laser, quang năng đợc tập trung rất cao, sinh nhiệt, làm bốc hơi, ăn mòn vật liệu phôi; Lọai laser: Khí (CO2); Rắn: hồng ngọc tổng hợp, YAG (Ytri - Nhôm Granat), Bán dẫn: Ge, Si, Ga, Luồng khí áp suất cao đợc dùng để tăng hiệu quả cho quá trình: thổi nguội và các hạt xỉ tạo ra Các yếu tố ảnh... trên tấm vật liệu dày thay đổi do khả năng hội tụ của tia laser ứng dụng Gia công các vật liệu cứng hoặc khó gia công; Gia công các lỗ, rãnh có tiết diện đặc biệt; Cắt đứt, pha, vạch dấu, đánh dấu vật liệu 3/31/2013 o Vn Hip, Hc vin KTQS 21 4 gia công bằng tia điện tử (Electron beam machining) GS TS Đào Văn Hiệp Khoa Hàng không vũ trụ, Học viện KTQS 3/31/2013 o Vn Hip, Hc vin KTQS 22 4.1 Nguyên lý... dụng cụ Dụng cụ đợc thay bằng hệ thống thay dao tự động, nh máy CNC Vị trí và chiều sâu lỗ đợc điều khiển bằng hệ CNC; - Khoan EDM có nhiều điểm tơng tự nh khoan thông thờng, nhng kết hợp đợc các u điểm của EDM: gia công vật liệu cứng, lỗ sâu, không có ba via, - Có thể khoan lỗ đờng kính nhỏ đến 0,02-mm, sâu đến 500mm, độ chính xác 0,002 3/31/2013 o Vn Hip, Hc vin KTQS 12 2 Cắt dây tia lửa điện (Wire... trong đèn phát (torch) và cực dơng (chi tiết) Giữa đờng, cột hồ quang bị thắt lại, có nhiệt độ cực cao (15.000-20.000oC), gọi là hồ quang plasma - Plasma Arc Chất khí ion hóa (Primary Gas) là tác nhân tạo plasma Một luồng khí (Secondary Gas) thổi vào chi tiết, làm nóng chảy vật liệu và thổi vật liệu lỏng khỏi vùng gia công Có thể chọc thủng tấm kim loại dày 150mm Chất khí dùng Đèn Plasma 3/31/2013 Primay . côn. 3/31/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 9 1 .4. C¸c d¹ng gia c«ng EDM 3/31/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 10 1 .4. VÝ dô øng dông 3/31/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 11 1 .4. VÝ dô øng dông Khu«n Y tª Hµng. giây). Năng suất gia công phụ thuộc dòng điện và nhiệt độ móng chảy của vật liệu phôi: MRR =41 0 4 IT w -1,23 (mm 3 /ph); Tốc độ tiêu hao vật liệu dụng cụ: W t =1110 3 IT t -2,38 (mm 3 /ph); . f- tần số xung; - hiệu suất. 1.3. EDM - Đặc điểm công nghệ 22 c 3 V h( D h ) 64 2 2 3n c 1 2 1 3 V K ( K K )W 64 c MRR V f nn 12 h K W ; D K W 3/31/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 7 1.3.