LI GII THIU V CC PHNG PHP GIA CễNG TIấN TIN Ngy nay, nõng cao cht lng sn phm, cụng nghip ngi ta s dng rt nhiu loi vt liu mi cú bn, cng, tớnh chu mi mũn cao nh: cỏc loi thộp chu nhit, thộp hp kim, thộp khụng g, hp kim cng.v.v Vic gia cụng cỏc loi vt liu ny bng cỏc phng phỏp ct gt thụng thng gp rt nhiu khú khn, nht l cỏc b mt cú biờn dng phc khc phc khú khn trờn, bờn cnh vic nghiờn cu ci tin, hon thin cỏc phng phỏp gia cụng ct gt truyn thng, ó v ang s dng cỏc phng phỏp gia cụng mi C s ca phng phỏp ny l da vo s tỏc dng nng lng ca cỏc hin tng vt lý lờn b mt vt rn hay cỏc hin tng hoỏ hc xut hin vựng ct Cỏc phỏt trin v cụng ngh ó ỏnh du s sỏng to cỏc vt liu mi khú gia cụng nh: ắ Composite nn kim loi ắ Gm nguyờn v gm composite ắ Aluminides - hp kim nhụm vi kim loi bn cao, chu nhit tt (NiAl) ắ Hp kim cng ắ Cỏc polyme bn cao - kh nng lm vic cao Nhng vt liu ny cú c im: ắ cng, bn v tớnh giũn cao ắ Tớnh chu nhit cao, dn nhit kộm ắ Phn ng húa hc vi dng c ct ắ Cu trỳc khụng ng nht Rt khú khn vic gia cụng bng cỏc phng phỏp truyn thng s dng cỏc loi dng c ct cú li Cn phi cú cỏc phng gia cụng mi, khụng truyn thng mi cú th gia cụng cú hiu qu cỏc vt liu ny c im ca cỏc phng phỏp gia cụng mi Cht lng v tớnh cht gia cụng khụng ph thuc vo tớnh cht c lý ca vt liu m ch ph thuc vo cỏc thụng s v nhit ca nú ắ Cú kh nng to hỡnh phc tp, kớch thc nh, chớnh xỏc gia cụng t c cao ắ Khụng cn dng c cú cng cao hn vt liu gia cụng ắ Tit kim vt liu, nõng cao h s s dng vt liu ắ Cụng ngh tng i n gin, d t ng hoỏ ắ Nng sut búc kim loi khụng cao, thit b khỏ t tin, giỏ thnh gia cụng cao * Cỏc phng phỏp gia cụng mi cú nhng c im sau: - Cht lng v tớnh cht gia cụng khụng ph thuc vo tớnh cht c lý ca vt liu m ch ph thuc vo cỏc thụng s v nhit ca nú - Cú kh nng to hỡnh phc tp, kớch thc nh, chớnh xỏc t c cao - Khụng cn dng c cú cng cao hn vt liu gia cụng - Tit kim nguyờn vt liu, nõng cao h s s dng vt liu - Cụng ngh tng i n gin, d t ng hoỏ - Nng sut búc kim loi khụng cao, thit b khỏ t tin, giỏ thnh gia cụng cao * Phõn loi cỏc phng phỏp gia cụng mi: da trờn ngun nng lng ch yu búc tỏch vt liu cú th chia cỏc phng phỏp gia cụng ny thnh nhúm phng phỏp c bn nh sau: 1/ Phng phỏp c khớ: bao gm cỏc phng phỏp nh gia cụng bng tia ht mi, gia cụng bng dũng chy ht mi, gia cụng bng tia nc, gia cụng bng tia nc + ht mi, gia cụng bng siờu õm Phng phỏp c khớ thng c ỏp dng vi cỏc vt liu gia cụng khú gia cụng bng cỏc k thut truyn thng vỡ cú cng, bn, tớnh giũn cao nh: cỏc loi gm, thy tinh, vt liu composite hay vt liu hu c Nhng loi vt liu ny c bit thớch hp cho phng phỏp gia cụng theo nguyờn lý c hc v chỳng phn ln l khụng dn in v vỡ chỳng b phỏ hu chỏy, hoỏ than hay nt góy gia cụng bng nhit 2/ Phng phỏp in húa: bao gm cỏc phng phỏp nh gia cụng in húa, mi in húa, mi xung in húa, khoan bng dũng cht in phõn, khoan bng mao dn, gia cụng in phõn ng hỡnh Cỏc phng phỏp gia cụng khụng truyn thng theo nguyờn lý in gii hn vic gia cụng cỏc vt liu dn in Cỏc vt liu khú gia cụng bng cỏc phng phỏp thụng thng chim t l ln ỏp dng phng phỏp ny Tuy nhiờn, cú mt s lng ln cỏc ng dng cú th la chn vỡ kh nng ca cỏc phng phỏp theo nguyờn lý in ớt b mũn dng c gia cụng cỏc chi tit phc mt ln chy dao 3/ Phng phỏp húa: bao gm cỏc phng phỏp nh gia cụng quang húa, phay húa c ng dng rng rói chi phớ ban u ca dng c thp, gia cụng bng phng phỏp hoỏ c s dng rng rói sn xut vi giỏ r cỏc sn phm lot ln nh lũ xo lỏ, lỏ mụt in v mt n ng hỡnh vụ tuyn Vỡ vt liu c búc tỏch bng phn ng hoỏ hc nờn khụng cú lc tỏc ng lờn chi tit iu ny cho phộp gia cụng chi tit m khụng gõy bin dng hay b phỏ hu Hn na, vỡ hot ng gia cụng tin hnh trờn tt c cỏc mt ca chi tit mt cỏch ng thi vỡ vy nng sut gia cụng cao 4/ Phng phỏp nhit in: bao gm cỏc phng phỏp nh gia cụng bng xung in, ct dõy xung in, mi xung in, gia cụng bng dũng in t, gia cụng bng tia laze, gia cụng bng quang Plasma Cỏc phng phỏp nhit núi chung l khụng b nh hng bi cỏc tớnh cht vt lý ca vt liu b gia cụng ú chỳng thng c ỏp dng gia cụng cỏc vt liu c bit cng hoc mm Vỡ c ch ly vt liu l c ch nhit, chi tit c dựng cú cỏc ng dng quan trng cn c gia cụng tip theo loi b phn b nh hng vỡ nhit * Tng lai ca cỏc phng gia cụng khụng truyn thng chc chn phỏt trin bn vng vỡ: - Kh nng gia cụng vt liu ca chỳng v cỏc kh nng ny ngy cng c ci tin nh nhng tỏc ng cú li ca iu khin bng mỏy tớnh, iu khin thớch nghi v lp trỡnh theo phng phỏp dy hc (nh cho rụbụt) - So sỏnh vi cỏc phng phỏp thụng thng, cỏc phng gia cụng khụng truyn thng cú hu ht cỏc kh nng gia cụng ngoi tr mt im l tc búc tỏch vt liu thp so vi cỏc phng phỏp thụng thng Tuy nhiờn nhiu ci tin tc gia cụng ca cỏc phng gia cụng khụng truyn thng ó c tin hnh nhng nm gn õy v cú nhiu lý tin rng xu hng ny cũn tip tc tng iu ny s tỏc ng bng sc cnh tranh ca phng gia cụng khụng truyn thng v phm vi ng dng ca chỳng Tuy nhiờn, vic s dng phng phỏp gia cụng khụng truyn thng c bit l nc ta cũn vp phi mt s nh: Giỏ thnh u t ln, hiu qu kinh t cng nh nhng hiu bit v cỏc phng phỏp gia cụng khụng truyn thng cũn nhiu hn ch v mi ch ỏp dng ph bin mt s phng phỏp Bng Kh nng to hỡnh Gia cụng l Phng phỏp L nh chớnh xỏc D0.025 mm mm Nhng hc thụng Ct qua L thụng thng L20D Chớnh xỏc Thụng thng Hp Sõu USM - - A C A A C - AJM - - B C C B A - ECM - - A A B A A A CHM B B - - C B A - EDM - - A B A A C - LBM A A B C C C A B PAM - - B - C C A A Chỳ thớch: A - Tt ; B - Khỏ tt ; C - Khụng tt Bng Vt liu ng dng Vt liu gia cụng Phng phỏp Nhụm Thộp USM C B Hp kim Titan c bit C B Plastic Ceramics Glass B A A AJM B B A B B A A ECM B A A B D D D CHM A A B B C C B EDM B A A A D D D EBM B B B B B A B LBM B B B B B A B PAM A A A B C D D Chỳ thớch: A - Tt ; B - Khỏ tt ; C - Khụng tt ; D Khụng ng dng Bng Kh nng gia cụng Tc búc tỏch vt liu Process Dung sai (àm) mm3/ph nhỏm b mt Ra (àm) Chiu sõu h hng Bỏn kớnh gúc ca b mt (mm) (àm) USM 300 7.5 0.2 ữ 0.5 25 0.025 AJM 0.8 50 0.5 ữ 1.2 2.5 0.1 ECM 0.015 50 0.1 ữ 2.5 5.0 0.025 CHM 15 50 0.4 ữ 2.5 50 0.125 EDM 800 15 0.2 ữ 1.25 125 0.025 EBM 1.6 25 0.4 ữ 2.5 250 2.5 LBM 0.1 25 0.4 ữ 1.25 125 2.5 PAM 75000 125 Thụ 500 - Phay 50000 50 0.4 ữ 0.5 25 0.05 Bng nh hng ca thit b v dng c Phng phỏp T s mũn ca dng c Mc ụ nhim An ton c hi USM 10 B A A AJM - B B A ECM C B A EDM 6.6 B B B EBM - B B A LBM - A B A PAM - A A A BI GING Các phơng pháp gia công tiên tiến Chng 1: GIA CÔNG BằNG CHùM TIA ĐIệN Tử 1.1 Giới thiệu Gia công chùm tia điện tử sử dụng lợng chùm tia điện tử tốc độ cao hội tụ bề mặt gia công làm nóng chẩy bay vật liệu Gia công chùm tia điện tử đợc biết đến từ lâu Nó đợc sử dụng từ cuối năm 30 để khoan lỗ kính kính hiển vi điện tử Vào năm 1950, Steigerwald đồng nghiệp Carl Zeiss A.G (Cộng hoà Liên bang Đức) phát triển máy phay tia điện tử [3] Năm 1960, E.B Bas sử dụng chùm tia điện tử để khoan lỗ đá rubi Gia công chùm tia điện tử dùng để gia công nhiều loại vật liệu khác Phơng pháp gia công không bị hạn chế tính chất vật liệu nh độ cứng, độ dẻo, độ dẫn điện, dẫn nhiệt điểm nóng chẩy Phơng pháp đặc biệt hiệu khoan xác lỗ nhỏ (0,1 đến mm) kim loại 1.2 Hệ thống gia công chùm tia điện tử Các phận hệ thống gia công chùm tia điện tử (Hình 6.1) đợc bố trí buồng chân không Các điện tử tự đợc tạo dây tóc vonfram cực âm (katốt) đợc nung nóng tới 2500 đến 30000 C [1] dòng điện chạy qua Dòng tia điện tử tốc độ cao đợc tạo súng điện tử mà gia tốc điện tử tự đến tốc độ lớn 60% tốc độ ánh sáng Một điện cao (thờng khoảng 120 kV [1]) katốt (dây tóc) anôt gia tốc điện tử tự hớng phía chi tiết gia công [2] Trên anốt có tạo lỗ dùng để hội tụ điện tử Tiếp chùm tia điện tử lại đợc hội tụ lần thấu kính điện từ hay thấu kính điện tử đợc tạo cuộn dây từ trờng (Hình 6.1) để đảm bảo điều khiển chùm tia tập trung vào chi tiết gia công Các điện tử trì vận tốc (228.103 km/s) đợc truyền điện áp gia tốc đến tận chúng bắn phá chi tiết gia công diện tích điều chỉnh với đờng kính thông dụng 2,5 mm [1] Hình 6.1: Sơ đồ hệ thống gia công chùm tia điện tử Động điện tử nhanh chóng chuyển thành nhiệt làm tăng nhiệt độ chi tiết gia công lên đến nhiệt độ điểm sôi tạo bóc tách vật liệu nhờ bay Với mật độ lợng chùm tia 1,55 MW/mm2, hầu hết vật liệu kỹ thuật gia công đợc phơng pháp [1] Cho đến nay, chế bắn phá chi tiết gia công chùm tia điện tử cha đợc hiểu rõ Tuy nhiên, ngời ta tin bề mặt chi tiết gia công đợc làm nóng chẩy nhờ kết hợp áp suất chùm tia điện tử sức căng bề mặt Dung dịch nóng chẩy nhanh chóng bị đẩy bay tạo bóc tách kim loại với tốc độ khoảng 10 mm3/mm [1] Một ống lới đặt katôt anôt hoạt động nh lới điều khiển số lợng điện tử bị gia tốc ống lới hoạt động nh ngắt mạch cho xung chùm tia Chùm tia thông thờng đợc điều chỉnh từ đến 80 mA công suất xung có khả lên tới 12 kW/ xung [2] 1.3 Các thông số trình gia công chùm tia điện tử Chiều sâu lỗ gia công chùm tia điện tử h xác định theo công thức sau: h = ne he (6.1) Trong đó: he-chiều sâu lỗ gia công đạt đợc sau xung (mm) ne-số lợng xung cần thiết để gia công; ne xác định theo công thức [31]: ne = K I e U e (6.2) Trong đó: Ie-cờng độ dòng điện chùm tia (A); Ue-điện áp gia tốc (V); K-hằng số Khi khoan chùm tia điện tử, tốc độ khoan vk xác định theo công thức sau: vk = h fp (6.3) ne Khi gia công rãnh có chiều sâu h chiều dài L (mm), thời gian gia công đợc xác định nh sau: t pr = ne L f p db (6.4) Trong công thức trên: fp-tần số xung (s-1); db-đờng kính chùm tia vị trí tiếp xúc với chi tiết gia công (chiều rộng rãnh gia công) Chiều sâu gia công chùm tia điện tử phụ thuộc vào nhiều thông số nh đờng kính chùm tia, công suất chùm tia, vật liệu gia công vv 1.4 u nhợc điểm trình gia công chùm tia điện tử Gia công chùm tia điện tử có số u điểm sau: -Có thể khoan lỗ với suất cao (tới 4000 lỗ/giây) -Có thể gia công lỗ nghiêng -Các tham số trình gia công điều khiển dễ dàng trình gia công -Không gây biến dạng chi tiết gia công -Độ xác gia công cao Bên cạnh u điểm trên, gia công chùm tia điện tử có số hạn chế nh sau: -Giá thành thiết bị gia công cao; -Bề mặt gia công tồn lớp đúc lại mỏng; -Cần phải dùng đến vật liệu phụ 1.5 ứng dụng gia công chùm tia điện tử -Gia công chùm tia điện tử đợc dùng hiệu khoan gia công rãnh nhỏ (từ 0,01 đến mm) loại vật liệu khác nh thép, thép không gỉ, grafit, gốm, hợp kim cứng, kim cơng vv Chiều sâu lỗ gia công đạt từ đến 15 lần đờng kính gia công -Phơng pháp gia công lỗ nghiêng 15o so với phơng thẳng đứng -Có thể gia công lỗ có prô-phin phức tạp -Thờng sử dụng để gia công màng mỏng lĩnh vực khí xác Chng 2: Gia công plasma 1.6 Giới thiệu Gia công plasma phơng pháp gia công dùng dòng plasma có nhiệt độ cao để cắt kim loại cách làm nóng chẩy cục kim loại vị trí cần cắt dùng áp lực dòng khí đẩy phần kim loại nóng chẩy khỏi vùng cắt Nhiệt độ dòng plasma dùng để gia công thờng từ 10.000 đến 30.000o C Gia công plasma năm đầu thập niên 50 với mục đích thay phơng pháp cắt lửa oxy - khí ga để cắt loại thép không gỉ, nhôm, kim loại không nhiễm từ vv[1] Vào khoảng thời gian đó, phơng pháp gia công nhiều hạn chế nh suất chất lợng cắt thấp, thiết bị đắt tiền Ngày nay, phơng pháp đợc sử dụng hiệu để gia công vật liệu dẫn không dẫn điện Đặc biệt, phơng pháp có u điểm gia công thép không gỉ nhanh thép bon 1.7 Hệ thống gia công plasma Trong gia công plasma, dòng khí đợc thổi với vận tốc cao qua vòi phun Đồng thời với dòng khí thổi qua, hồ quang điện đợc tạo thành biến dòng khí thành dòng plasma Dòng plasma hỗn hợp khí gồm điện tử tự do, ion dơng, nguyên tử phân tử Dòng plasma đợc tạo cách liên tục điện cực (thờng làm vonfram) chi tiết gia công Các loại khí thờng dùng để tạo plasma gồm có argon, hydrogen, nitrogen vv Dòng plasma đợc thu hẹp lại qua vòi phun để tạo thành tia tác dụng lên vùng cần gia công Với vận tốc nhiệt độ cao, tia plasma làm nóng chảy vật liệu thổi chúng khỏi vùng cắt Các hệ thống gia công plasma gồm có gia công hồ quang plasma, gia công tia plasma gia công plasma có bảo vệ nớc không khí 1.7.1 Gia công hồ quang plasma Hình 7.1: Sơ đồ hệ thống gia công hồ quang plasma Hình 7.1 mô tả hệ thống gia công hồ quang plasma Hồ quang đợc tạo điện cực chi tiết gia công có nhiệt độ lên tới 30.000oC [1] Hồ quang plasma không phụ thuộc vào phản ứng hoá học khí chi tiết gia công Hồ quang làm mòn điện cực chi tiết gia công Tốc độ truyền nhiệt loại gia công cao hầu hết tất nhiệt lợng anốt đợc truyền tới chi tiết gia công (catốt) Do vậy, loại gia công có hiệu suất cao thờng đợc dùng để gia công kim loại 1.7.2 Gia công tia plasma Trong gia công tia plasma (Hình 7.2), chi tiết gia công không đóng vai trò điện cực nh gia công hồ quang plasma Tia plasma đợc phun tạo nhiệt độ tới 16.000oC [1] Loại gia công thích hợp để gia công vật liệu không dẫn điện Tuy nhiên, lợng nhiệt lớn bị nớc làm mát, gia công tia plasma có hiệu suất thấp 1.7.3 Hình 7.2: Sơ đồ hệ thống gia công tia plasma Gia công plasma có bảo vệ Để nâng cao chất lợng gia công kim loại nh thép không gỉ, thép bon, nhôm vv ngời ta sử dụng khí nớc để bảo vệ Hình 7.3 mô tả hệ thống gia công plasma có nớc bảo vệ Nhờ lớp nớc phun bao quanh hồ quang plasma, chiều rộng vùng cắt giảm xuống chất lợng gia công tăng lên 1.8 Các thông số trình gia công plasma Quá trình gia công plasma chịu ảnh hởng nhiều thông số Các thông số gồm có: Đầu phun plasma, khí để tạo plasma, vòi phun, điện cực, vật liệu gia công, phơng pháp bảo vệ vv Đầu phun plasma gồm có điện cực (thờng làm vonfram) vòi phun (Hình 7.1 7.2) Đầu phun plasma có hai dạng nối với nguồn điện chiều dạng hồ quang dịch chuyển hồ quang không dịch chuyển Hình 7.3: Gia công plasma có nớc bảo vệ Với đầu phun dạng hồ quang dịch chuyển (Hình 7.1), catốt đợc nối thẳng với cực âm nguồn điện anốt (vòi phun) đợc nối với cực dơng nguồn thông qua điện trở thích hợp để khống chế dòng điện chạy qua vòi phun khoảng 50 am pe Chi tiết gia công (kim loại) đợc nối với cực dơng nguồn Khi bốc cháy, lửa plasma đợc tạo catốt vòi phun tạo nên đờng dẫn cho dòng điện cờng độ cao tạo hồ quang catốt chi tiết gia công Khi hồ quang xuất điện trở tạo hồ quang ngắt Phơng pháp sử dụng chi tiết gia công kim loại Với đầu phun dạng hồ quang không dịch chuyển (Hình 7.2), nguồn điện chiều đợc nối trực tiếp catốt vòi phun, catốt vòi phun có dùng dòng điện Với loại này, plasma có dạng lửa, hiệu cho gia công gốm vật liệu không dẫn điện Kích thớc kiểu đầu phun plasma khác đợc cho bảng 7.1 Bảng 7.1: Kích thớc điều kiện thao tác loại đầu phun plasma Kiểu đầu phun Đầu phun Đầu cắt Đầu hàn toé Đờng kính 8-12 10-20 3-6 Đầu hàn Đầu lớp micro 6-8 phun catốt (mm) Côn 30-60o Côn 75o Côn 75o Côn Đầu catốt 30o Côn 45o với đầu với đầu với đầu với đầu đầu sắc mm Đờng kính 4-10 mm cùn mm 3-5 3-4 3-4 0,5-2 3-5 25-100 2-5 1-4 1-3 1-3 1-3 vòi phun (mm) Chiều dài vòi 10-25 phun (mm) Khe hở điện 1-5 với - Do trình gia công sử dụng axit nên đòi hỏi thiết bị phải chịu đợc axit yêu cầu biện pháp cần thiết để bảo vệ môi trờng - Quá trình gia công tạo chất thải nguy hiểm cho môi trờng - Không thể gia công đợc titan nguyên chất kim loại chịu nhiệt 1.18 ứng dụng gia công điện phân qua ống hình Do gia công điện phân qua ống hình sử dụng chất điện phân axit nên phơng pháp giới hạn gia công thép không rỉ kim loại chống ăn mòn khác, gia công chi tiết động phản lực tuốc bin khí Một số ứng dụng cụ thể phơng pháp gia công điện phân qua ống hình gồm có: - Gia công lỗ làm mát cánh quạt tuốc bin, van tuốc bin - Gia công đờng dầu, lỗ vòi phun nhiên liệu - Gia công lỗ không cho phép gia công xung điện có tợng cháy xảy - Gia công lỗ mồi cho cắt dây tia lửa điện, đặc biệt lỗ chiều dài cắt vợt 100 mm - Gia công dãy lỗ làm kim loại chống ăn mòn có tính gia công thấp kim loại có độ bền cao 17 Chng 5: Phay hoá 1.19 Giới thiệu Phay hoá phơng pháp gia công tiên tiến vật liệu chi tiết gia công đợc bóc tách tiếp xúc trực tiếp với hoá chất mạnh Trong phay hoá sử dụng lớp phủ đặc biệt (lớp bảo vệ) để bảo vệ bề mặt vùng không cần gia công Phơng pháp gia công thờng dùng để gia công chi tiết dạng hốc, dạng đờng viền gia công loại vật liệu có độ bền cao 1.20 Quá trình phay hoá Hình 12.1: Sơ đồ nguyên lý phay hoá [1] Hình 12.1 mô tả sơ đồ nguyên lý trình phay hoá Quá trình phay hoá nói chung gồm bớc sau: -Làm bề mặt chi tiết trớc gia công: Việc làm cho phép phủ lớp bảo vệ với chất lợng tốt Bên cạnh đó, cho phép việc bóc tách kim loại đồng bề mặt gia công tăng chất lợng suất gia công hoá chất không bị nhiễm bẩn -Phủ lớp bảo vệ bề mặt không gia công: Lớp bảo vệ đợc làm vật liệu không bị ăn mòn hoá chất dùng cho trình gia công -Phay hoá: Chi tiết gia công đợc ngâm hoá chất trình bóc tách vật liệu diễn Nguyên tắc trình dùng hoá chất để biến kim loại gia công thành muối hoà tan Chiều sâu phay cần thiết đạt đợc cách giữ chi tiết hoá chất đủ thời gian cần thiết Quá trình gia công kết thúc bóc đủ lợng kim loại mong muốn chi tiết đợc lấy khỏi dung dịch hoá chất đợc làm 1.21 Các thông số trình phay hoá 18 Hình 12.2: Hiện tợng cắt lẹm phay hoá * Chất phủ Chất phủ phay hoá thờng dùng vật liệu tổng hợp cao su tổng hợp Các yêu cầu chất phủ bao gồm: Phải đủ độ bền, phải bám chặt lên bề mặt chi tiết gia công, không bị ảnh hởng nhiệt trình gia công, không tác dụng với hoá chất dễ loại bỏ sau gia công * Hoá chất Hoá chất dùng phay hoá dung dịch axit kiềm Hoá chất cần phải đảm bảo yêu cầu sau: -Có thể tạo bề mặt gia công với chất lợng tốt; -Có tốc độ bóc tách vật liệu không đổi; -Giá thành rẻ, dễ kiếm -Giá thành xử lý loại bỏ rẻ * Hiện tợng cắt lẹm hệ số khắc Do tác dụng hoá chất, phay hoá có tợng cắt lẹm (Hình 11.2) tợng tránh khỏi Do vậy, cần phải tính tính toán kể đến việc cắt lẹm thiết kế lớp phủ nhằm đảm bảo đạt kích thớc gia công Chiều rộng vùng cắt lẹm b phụ thuộc vào vật liệu gia công chiều sâu phay t quan hệ chúng đợc biểu diễn hệ số khắc ke: ke = b t (11.1) * Tốc độ khắc Tốc độ bóc tách vật liệu hay tốc độ khắc phay hoá tuỳ thuộc vào vật liệu gia công loại hoá chất sử dụng Tốc độ khắc cao gia công kim loại cứng thấp gia công kim loại mềm [2] 19 * Chất lợng bề mặt Tốc độ khắc ảnh hởng lớn đến độ nhám bề mặt gia công Tốc độ khắc cao độ nhám bề mặt lớn Bên cạnh đó, độ nhám bề mặt gia công ảnh hởng vật liệu gia công Hình 12.3 biểu diễn quan hệ độ nhám bề mặt tốc độ khắc vật liệu gia công Bảng 12.1: Chất phủ, hoá chất tốc độ khắc phay hoá [1] Vật liệu gia Hoá chất Chất phủ Hệ số khắc công Nhôm Tốc độ khắc FeCl3 Polyme NaOH Polyme 1,5-2 0,0130,025 0,0200,030 Magiê HNO3 Polyme 1,0 1,0-2,0 Đồng FeCl3 Polyme 2,5-3,0 2,0 CuCl3 Thép HCl: HNO3 1,2 Polyme 2,0 FeCl3 Titan HF 0,025 0,025 Polyme 1,0 0,025 HF:HNO3 Niken FeCl3 Polyethylen 1,0-3,0 0,0130,038 Silicon HNO3; Polyme Rất chậm HF:H2O Bảng 12.1 trình bầy cách chọn chất phủ, hoá chất, hệ số khắc tốc độ khắc cho vật liệu gia công khác 1.22 u nhợc điểm Phơng pháp phay hoá có u điểm sau: -Dễ dàng bóc vật liệu để giảm trọng lợng cho chi tiết lớn, phức tạp, làm vật liệu khó gia công -Quá trình gia công đồng thời bề mặt chi tiết nên suất gia công cao -Không tạo gờ, via sau gia công 20 Hình 12.3: Quan hệ độ nhám bề mặt tốc độ khắc với vật liệu gia công khác [25] -Không tạo ứng suất d bề mặt gia công -Chi phí đầu t gia công chi tiết lớn thấp -Không đòi hỏi trình độ tay nghề gia công cao -Có thể thay đổi thiết kế gia công cách dễ dàng Bên cạnh mặt mạnh trên, phơng pháp phay hoá tồn số nhợc điểm sau: -Chiều sâu gia công bị hạn chế (nhỏ 12,5 mm gia công tấm) -Việc sử dụng thải hoá chất sau gia công phức tạp -Khó gia công rãnh hẹp sâu -Khi gia công chi tiết có mối hàn tốc độ bóc tách không vật liệu chi tiết vật liệu hàn -Vật liệu gia công cần đồng để đạt chất lợng gia công cao 1.23 Phạm vi ứng dụng -Có thể gia công đợc loại kim loại thông thờng nh nhôm, đồng, thép, chì, niken vv Các vật liệu đặc biệt nh molip đen, zirconium nh vật liệu phi kim loại nh thuỷ tinh, gốm, nhựa gia công đợc phay hoá - Phay hoá ứng dụng rộng rãi để bóc kim loại nhằm giảm trọng lợng cho ngành công nghiệp chế tạo máy bay nh ngành khác -Dùng để giảm trọng lợng cho chi tiết lớn, phức tạp, chi tiết vật liệu khó gia công -Một số chi tiết gia công phơng pháp phay hoá đợc hình 12.4 12.5 21 Hình 12.5: Mẫu gia công phay hoá (hình Prodem company) 22 Chng 6: Gia công quang hoá 1.24 Giới thiệu Gia công quang hoá biến thể phơng pháp phay hoá lớp phủ chịu hoá chất đợc tạo kỹ thuật chụp ảnh Lớp phủ đợc tạo kỹ thuật gọi kháng quang Tơng tự nh phay hoá, gia công quang hoá sử dụng hoá chất để bóc tách vật liệu Một số bớc trình gia công giống nh gia công phay hoá Gia công quang hoá đợc sử dụng từ năm thập kỷ 50 để gia công nhiều sản phẩm xác nh mạch tích hợp, đầu từ máy ghi âm, loại sàng, đĩa ghi âm, đồ trang sức vv [2] Gia công quang hoá đợc sử dụng nhiều để gia công chi tiết có hình dáng phức tạp đợc tạo hình phơng pháp đúc hay dập Gia công quang hoá gia công đợc hầu hết sản phẩm dạng làm loại kim loại hợp kim thông thờng 1.25 Quá trình gia công quang hoá Hình 13.1 mô tả sơ đồ trình gia công quang hoá Các bớc trình gia công đợc biểu diễn Hình 13.2 Bớc trình tạo hình dạng yêu cầu sản phẩm dụng cụ - ảnh Dụng cụ ảnh phim ảnh kính Để tạo hình dạng sản phẩm cần sử dụng thiết kế với trợ giúp máy tính (CAD) Chi tiết gia công (thờng kim loại tấm) đợc làm hoá chất đợc phủ lớp cảm quang (vật liệu nhạy sáng) Lớp cảm quang đợc tạo thành cách ngâm dung dịch cách ép nóng lớp cảm quang lên chi tiết gia công Tiếp đó, ánh sáng chiếu qua âm chiếu lên lớp cảm quang để tạo nên vùng cần khắc Những vùng cần khắc đợc tạo thành cách bóc lớp phủ cảm quang đợc chiếu sáng qua âm kỹ thuật rửa ảnh Kết lớp bảo vệ phần bề mặt không gia công đợc tạo thành chi tiết 23 Hình 13.1: Sơ đồ trình gia công quang hoá Sau tạo đợc lớp bảo vệ kỹ thuật rửa ảnh, trình gia công xảy giống nh trình phay hoá Sau gia công, lớp kháng quang đợc loại bỏ phơng pháp làm hoá hay học kết cuối có đợc chi tiết hoàn thiện 1.26 u nhợc điểm Ngoài u nhợc điểm giống nh trình phay hoá, trình quang hoá có thêm u điểm sau: -Giá thành gia công thấp, đặc biệt sản xuất đơn loạt nhỏ chi phí cho dụng cụ gia công thấp -Tổng thời gian chi phi cho toàn trình gia công nhỏ -Do dụng cụ gia công đợc tạo kỹ thuật ảnh nên sử dụng lại thay đổi mẫu chi tiết gia công tiện lợi dễ dàng 24 Hình 13.2: Các bớc gia công quang hoá [33] 1.27 Phạm vi ứng dụng Gia công quang hoá dùng cho loại vật liệu khác nh nhôm, đồng, kẽm, môlip đen, chì, thép, thuỷ tinh, gốm, nhựa vv Đặc biệt, phơng pháp thích hợp với vật liệu giòn cứng không tạo nên gẫy vỡ hay tập trung ứng suất sau trình gia công Gia công quang hoá đợc ứng dụng rộng rãi để tạo sản phẩm nhỏ, sản phẩm trang trí mỹ thuật công nghiệp, lò xo lá, loại sàng, lọc vv Hình 13.3 cho thấy số sản phẩm gia công quang hoá Hình 13.3: Một số sản phẩm gia công quang hoá (ảnh Fotofabrication Ltd.) 25 Chng 7: ĐáNH BóNG ĐIệN hoá 1.28 Giới thiệu Đánh bóng điện hoá trình điện hoá mà nhờ bề mặt nhấp nhô kim loại đợc san phẳng nhờ tan rã anốt Đánh bóng điện hoá làm bề mặt kim loại trở nên nhẵn, bóng, đẹp có tính phản xạ tốt Đánh bóng điện hoá đợc sử dụng từ năm 1935 Đức để đánh bóng sản phẩm đồng, kẽm [1] Ngày nay, phơng pháp đợc sử dụng ngày rộng rãi công nghiệp để đánh bóng loại sản phẩm khác 1.29 Quá trình đánh bóng điện hoá Hình 14.1: Sơ đồ hệ thống đánh bóng điện hoá [1] Hệ thống đánh bóng điện hoá điển hình đợc mô tả hình 14.1 Các phận hệ thống gồm có: nguồn điện chiều, dung dịch điện ly, catốt, phận cấp nhiệt, đầu khuấy dung dịch, giá để gá chi tiết cần đánh bóng Trong trình đánh bóng, chi tiết cần đánh bóng (anốt) đợc treo trung tâm bể chứa dung dịch điện phân đợc nối với cực dơng nguồn điện Các catốt nối với cực âm nguồn điện đợc bố trí xung quanh anốt 26 Hình 14.2: Quá trình đánh bóng điện hoá [1] Hình 14.3: Quan hệ mật độ dòng điện điện áp anốt [34] Hình 14.2 biểu diễn trình đánh bóng điện hoá Trong trình này, mật độ cờng độ dòng điện (đo cờng độ dòng điện/cm2 diện tích bề mặt chi tiết cần đánh bóng) nhân tố quan trọng định đến chất lợng đánh bóng điện hoá Trên bề mặt chi tiết gia công, mật độ dòng điện đỉnh nhấp nhô cao lớn nhiều đỉnh thấp Tốc độ phản ứng điện hoá hay tốc độ bóc tách vật liệu tỉ lệ với mật độ dòng điện Do vậy, đỉnh cao bị san phẳng nhanh đỉnh thấp kết bề mặt chi tiết trở nên nhẵn bóng Kết thúc trình đánh bóng, chi tiết gia công phải đợc đợc tẩy rửa, làm hoá chất Hình 14.3 biểu diễn quan hệ mật độ dòng điện điện áp anốt Theo quan hệ này, từ điểm A đến B bề mặt gia công bị xỉn từ B đến C chất lợng bề mặt đánh bóng tốt Từ C đến D bề mặt đánh bóng có vết rỗ gián đoạn lớp anốt oxi hoá phát triển 1.30 Các thông số trình đánh bóng điện hoá Bảng 14.1 hớng dẫn cách chọn dung dịch điện phân mật độ dòng điện hợp lý cho loại vật liệu đánh bóng khác 1.31 u nhợc điểm Đánh bóng điện hoá ngày đợc sử dụng rộng rãi có u điểm sau: -Cho chất lợng bề mặt đánh bóng cao: không tạo vết xớc học nh đánh bóng khí; bề mặt nhẵn bóng, phản xạ tốt 27 -Không gây ứng suất d bề mặt -Tạo khả chống ăn mòn cho lớp bề mặt đợc tốt đánh bóng điện hoá không để lại chất khác (kim loại, hạt mài ) nh đánh bóng khí -Dễ dàng làm sau trình đánh bóng -Có thể đánh bóng đợc bề mặt có hình dáng mà phơng pháp khác khó không thực đợc Bảng 14.1: Dung dịch điện phân mật độ dòng điện đánh bóng [1] Kim loại Dung dịch điện phân Mật độ dòng điện (A/cm2) Thép bon 182 ml HCLO4 0,04-0,06 765 ml acetic anhydric 50 ml H2O Thép không gỉ 60% H3PO4, 20% H2SO4 1,8 80oC 20% H2O 37% H3PO4,56% glycerin 1,0 120oC 7% H2O Đồng đỏ H3PO4, 0,04 Đồng thau H3PO4Cr11, NảC2O2 0,14-0,35 50oC H2SO4, HF, Cr2H2, COOH Đồng phốt 33% HNO3 0,75-1,5 Đồng niken 75% H2SO4 0,25 Nhôm NClO3 0,04-0,08 Magiê 37% H2PO4, 63% C2H3OH 0,005 -Có thể đánh bóng đợc nhiều chi tiết đồng thời -Có thể làm cùn đợc góc, cạnh sắc Tuy nhiên, đánh bóng điện hoá có số hạn chế sau: -Đánh bóng điện hoá không loại bỏ đợc vết bẩn, tạp chất bề mặt chi tiết -Không xoá đợc vết xớc lớn bề mặt, kéo dài thời gian đánh bóng -Không đánh bóng đợc hợp kim nhiều pha có pha chịu ăn mòn -Việc xử lý hoá chất cần loại bỏ tốn ảnh hởng đến môi trờng 1.32 Phạm vi ứng dụng -Đánh bóng điện hoá đợc ứng dụng rộng rãi để đánh bóng chi tiết cho ngành 28 công nghiệp ô tô, máy bay, chế tạo máyvv -Đánh bóng chi tiết, thiết bị gia công thực phẩm, thiết bị cho ngành dợc phẩm, y tế vv -Đánh bóng mẫu để nghiên cứu cấu trúc kim loại -Đánh bóng ống dẫn, van dùng công nghiệp hoá dầu, hạt nhân, dợc vv -Làm bàn ghế, đồ dùng, thiết bị kim loại vv -Đánh ba via chi tiết có hình dạng phức tạp: cho phép đánh ba via hàng loạt, suất cao Hình 14.3: Một số sản phẩm đánh bóng điện hoá (ảnh Delstar, Inc.) 29 Tài liệu tham khảo [1] Hassan El-Hofy, Advanced Machining Processes, Mc Graw-Hill, 2005 [2] Joseph R Davis (Senior Editor), Metals Handbook, Volume 16 Machining, ASM International, 1995 [3] P.C Pandey, H.S Shan, Modern Machining Processes, Mc Graw-Hill, 1980 [4] Marcel Achtsnick, High performance micro abrasive blasting, PhD Thesis, Delft University of Technology, 2005 [5] D.A Summers, Waterjet Technology, Chapman & Hall, 1995 [6] W Christopher, Waterjet cutting: The other Non-traditional process, EDM Today, September/October 2003 [7] Flow International Cooperation website, http://www.flowcorp.com/about-flow.cfm [8] R.A Tikhomirov, V.F Babanin, E.N Petukhov, I.D Starikov, V.A Kovaleb, 1992, High-Pressure Jetcutting, ASME Press [9] A.M Hoogstrate, Towards high-definition abrasive waterjet cutting, Ph.D Thesis, Delft University of Technology, 2000 [10] T Susuzlu, A.M Hoogstrate, B Karpuschewski, Initial research on the ultra-high pressure waterjet up to 7000 MPa, Journal of Materials Processing Technology, 149 (2004), 30-36 [11] Christopher, Waterjet cutting: The other Non-traditional process, EDM Today, September/October 2003, http://www.omax.com/pdfs/WATERJETCUTTING.pdf [12] Barton Mines Company, 2008, Replacement parts for KMT Equipments, http://www.barton.com/replacement_parts_kmt.cfm [13] T Susuzlu, A.M Hoogstrate, B Karpuschewski, Waterjet cutting beyond 400 MPa, 2005 WJTA American Waterjet Conference, August 21-23, 2005, 1-16 [14] Trumph GmbH+Co 1997, Water Jet Cutting Technical information [15] A.W Momber, R Kovacevic, Principle of Abrasive Water Jet Machining, SpringerVerlag London 1998 [16] Vu Ngoc Pi, Performace Enhancement of Abrasive Waterjet Cutting, PhD Thesis, Delft University of Technology, 2008 [17] Vu Ngoc Pi, A.M Hoogstrate, Cost calculation for recycled abrasives and for abrasive selecting in Abrasive Waterjet Machining, Int Journal of Precision Technology, Vol.1, Issue 1, 2007, 40-50 [18] J Zeng, Mechanism of brittle material erosion associated with high pressure abrasive waterjet processing A modelling and application study, PhD thesis, University 30 of Rhode Island, 1992 [19] A.B.E Khairy, Assessment of some dynamic parameters for the ultrasonic machining process, Wear, 1990, 137, 187-190 [20] V.F Kazantsev, Improving the output and accuracy of ultrasonic machining, Machines and Tooling, 1966, 37(4), 33-39 [21] T.B Thoe, D.K Aspinwall, M.L.H Wise, Review of ultrasonic maching, Int Journal of Machines and Tools Manufacturing, Vol 38, No 4, 1998, 239-255 [22] I D Marinescu, Handbook of Advanced Ceramics Machining, CRC Press, 2007 [23] S Kalpakjian, Manufacturing Processes for Engineering Materials, 4th, Prentice Hall, 2002 [24] J.A McGeough, A De Silva, Advanced Methods of Machining, London, New York: Chapman and Hall, 1988 [25] H El-Hofy, Machinability Indices for Some Non-Conventional Machining Processes, Alexandria Engineering Journal (AEJ), 34(3), 1995, 231-245 [26] N.B Stavitskaia, B.L Stravinski, Fundamental Feature of Precision Spark Machining, Electr Obrab Master., No.4, 1997, 5-15 [27] M.R Delpreti, Physical and Chemical Characteristics of Super Facial Layers, Proc Of ISEM-5, 1997, 209-212 [28] Shichun D et al., A new Technology for Machining Spheres by Rotary, ISEM-11, 1995, 921-927 [29] C Yeo, S Jana, M Lau, A Technical review of Laser Drilling of Aerospace Materials, Journal of Materials Processing Technology, No 42, 1994, 15-49 [30] Hwaiyu Geng, Manufacturing Engineering Handbook, McGraw-hill, 2004 [31] J Kaczmarek, Principles of Machining by Cutting, Abrasion and Erosion, Stevenage, U.K.: Peter Pergnenious Ltd., 1976 [32] Nguyễn Văn Hùng, Nghiên cứu tối u thông số công nghệ trình mài điện hoá đá mài kim cơng gia công hợp kim cứng, Luận án Tiến sỹ Kỹ thuật, Đại học Bách khoa Hà nội, 2003 [33] G Tlusty, Manufacturing Processes and Equipment, Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 1999 [34] J.A McGeough, Principles of Electrochemical Machining, London, New York: Chapman and Hall, 1974 [35] G F Benedict, Nontraditional Manufacturing Processes, CRC, 1987 31 [...]... khi gia công thép không rỉ hoặc các kim loại chống ăn mòn khác, gia công các chi tiết của động cơ phản lực và tuốc bin khí Một số ứng dụng cụ thể của phơng pháp gia công điện phân qua ống hình gồm có: - Gia công các lỗ làm mát ở cánh quạt tuốc bin, van tuốc bin - Gia công các đờng dầu, các lỗ vòi phun nhiên liệu - Gia công các lỗ không cho phép gia công xung điện vì có hiện tợng cháy xảy ra - Gia công. .. trên bề mặt gia công -Chi phí đầu t khi gia công các chi tiết lớn khá thấp -Không đòi hỏi trình độ tay nghề gia công cao -Có thể thay đổi thiết kế khi gia công một cách dễ dàng Bên cạnh các mặt mạnh trên, phơng pháp phay hoá còn tồn tại một số nhợc điểm sau: -Chiều sâu gia công bị hạn chế (nhỏ hơn 12,5 mm khi gia công tấm) -Việc sử dụng và thải hoá chất sau khi gia công rất phức tạp -Khó gia công các... điểm Gia công plasma có một số u điểm sau: -Có thể gia công nhiều loại vật liệu với tốc độ cao -Không gây độc hại cho công nhân và môi trờng -Tiêu thụ năng lợng cho gia công ít Tuy nhiên, gia công plasma có một số nhợc điểm nh: -Cấu trúc lớp bề mặt chi tiết gia công bị phá huỷ -Chất lợng bề mặt không cao 1.9.2 Phạm vi ứng dụng Hình 7.6: Tiện plasma -Gia công plasma ứng dụng rộng rãi trong gia công. .. thuận với thời gian tác động từ 75 đến 250 miligiây 1.17 u nhợc điểm của gia công điện phân qua ống hình Gia công điện phân qua ống hình có một số u điểm sau: - Có thể gia công đợc các lỗ rất sâu (tỉ số chiều sâu / đờng kính gia công tới 300) - Có thể gia công rất nhiều lỗ đồng thời (tới 200 lỗ) - Có thể khoan các lỗ không song song cùng một lúc - Gia công đợc các lỗ không thông - Gia công đợc các... điểm sau: -Giá thành gia công thấp, đặc biệt khi sản xuất đơn chiếc và loạt nhỏ vì chi phí cho dụng cụ gia công thấp -Tổng thời gian chi phi cho toàn bộ quá trình gia công nhỏ -Do dụng cụ gia công đợc tạo bởi kỹ thuật ảnh nên có thể sử dụng lại hoặc thay đổi các mẫu chi tiết gia công rất tiện lợi và dễ dàng 24 Hình 13.2: Các bớc của gia công quang hoá [33] 1.27 Phạm vi ứng dụng Gia công quang hoá có thể... gia công các lỗ nghiêng khó - Có thể có trục trặc xảy ra nếu gia công lỗ thông 16 - Do quá trình gia công sử dụng axit nên đòi hỏi thiết bị phải chịu đợc axit và yêu cầu các biện pháp cần thiết để bảo vệ môi trờng - Quá trình gia công tạo các chất thải nguy hiểm cho môi trờng - Không thể gia công đợc titan nguyên chất và kim loại chịu nhiệt 1.18 ứng dụng của gia công điện phân qua ống hình Do gia công. .. tự nh phay hoá, gia công quang hoá sử dụng hoá chất để bóc tách vật liệu Một số bớc của quá trình gia công này cũng giống nh gia công phay hoá Gia công quang hoá đợc sử dụng từ những năm giữa thập kỷ 50 để gia công rất nhiều các sản phẩm chính xác nh các mạch tích hợp, đầu từ của máy ghi âm, các loại sàng, đĩa ghi âm, đồ trang sức vv [2] Gia công quang hoá đợc sử dụng nhiều để gia công các chi tiết... cứng, gia công hợp kim bột - Không làm cháy hay hỏng tổ chức tế vi lớp bề mặt - Có thể thực hiện quá trình gia công không cần có mặt ngời điều khiển - Có thể gia công (hạn chế) các lỗ có hình dạng bất kì, các lỗ không thẳng, các rãnh Bên cạnh các u điểm kể trên, gia công điện phân qua ống hình còn có những mặt hạn chế sau: - Hệ thống gia công và dụng cụ phức tạp - Năng suất gia công thấp khi gia công. .. 100 mm - Gia công các dãy lỗ làm bằng kim loại chống ăn mòn có tính gia công thấp hoặc bằng kim loại có độ bền cao 17 Chng 5: Phay hoá 1.19 Giới thiệu Phay hoá là phơng pháp gia công tiên tiến trong đó vật liệu chi tiết gia công đợc bóc tách khi tiếp xúc trực tiếp với hoá chất mạnh Trong phay hoá sử dụng một lớp phủ đặc biệt (lớp bảo vệ) để bảo vệ bề mặt vùng không cần gia công Phơng pháp gia công này... khó gia công 8 Chng 3: mi xung điện hoá 1.10 Giới thiệu Mài xung điện hoá là sự kết hợp của hai quá trình gia công tiên tiến là mài điện hoá và mài xung điện Trong mài xung điện hoá, vật liệu gia công đợc bóc tách nhờ phản ứng điện hoá nh trong mài điện hoá và sự đánh lửa nh trong gia công xung điện Mài xung điện hoá đợc sử dụng để gia công các vật liệu dẫn điện với độ cứng bất kỳ Phơng pháp gia công ... Các hệ thống gia công plasma gồm có gia công hồ quang plasma, gia công tia plasma gia công plasma có bảo vệ nớc không khí 1.7.1 Gia công hồ quang plasma Hình 7.1: Sơ đồ hệ thống gia công hồ quang... nh khả gia công phụ thuộc vào vật liệu gia công loại gia công, khí bảo vệ - nhân tố ảnh hởng đến tốc độ truyền nhiệt Hình 7.4 biểu diễn tốc độ gia công lớn - đợc coi khả gia công gia công vật... trên, gia công điện phân qua ống hình có mặt hạn chế sau: - Hệ thống gia công dụng cụ phức tạp - Năng suất gia công thấp gia công lỗ; gia công lỗ nghiêng khó - Có thể có trục trặc xảy gia công