Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIÊP KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU PHỤ LỤC CÁC QUÁ TRÌNH GIA CÔNG PHẦN VẬT LIỆU PHI KIM DÙNG TRONG CƠ KHÍ PHẦN CÔNG NGHỆ LẮP RÁP PHẦN CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT Thái nguyên, tháng năm 2011 Trần Anh Đức – môn: Công nghệ vật liệu – khoa Cơ Khí Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên PHẦN VẬT LIỆU PHI KIM DÙNG TRONG CƠ KHÍ GỖ 1.1 Cấu tạo gỗ 1.1.1 Thành phần gỗ Gỗ hợp chất hữu gồm 43 - 45% xenlulo (C6H12O5) gọi tế bào thực vật, 19 - 29% licnin (C18H30O15) gọi mộc chất, lại hydrat cacbon phân tử thấp (còn gọi chất đạm) nguyên tố khác 1.2 Tính chất gỗ 1.2.1 Tính chất vật lý + Độ ẩm Độ ẩm lượng nước chứa gỗ, biểu diến phần trăm Độ ẩm xác định công thức: Trong đó: W = m − m0 100% m0 m- khối lượng mẫu có độ ẩm cần đo (g) m0- khối lượng mẫu trạng thái khô tuyệt đối (sấy 100±5oC) (g) Lượng nước chứa gỗ có dạng: Nước tự (nước mao dẫn) chứa lỗ rỗng; nước liên kết (hút ẩm) nằm vỏ tế bào Như độ ẩm gỗ gồm có độ ẩm liên kết độ ẩm tự Khi sấy, độ ẩm tự sau độ ẩm liên kết Trạng thái gỗ độ ẩm liên kết gọi điểm bão hòa gỗ Đối với loại gỗ khác độ ẩm liên kết tối đa dao động từ 23 đến 30% Gỗ khai thác có lượng ẩm từ 50-100%, để lâu không khí lượng ẩm 10~20% Ở xứ lạnh khô để lâu nhà lượng ẩm đạt đến 7~10% Gỗ khô tuyệt đối có độ ẩm 0% Độ ẩm tiêu chuẩn để thử tính số thông số khác 15% Độ ẩm sản xuất cần phải thấp độ ẩm sử dụng 2% (hay nói khác gia công gỗ để chế tạo sản phẩm sản phẩm gia dụng phải sấy) Kích thước hình dáng gỗ thay đổi phụ thuộc độ ẩm Khi sấy, độ ẩm tự do, lúc kích thước gỗ không thay đổi mà thay đổi khối lượng Khi sấy tiếp tục từ điểm bão hòa gỗ, sợi gỗ nước liên kết kích thước nhỏ lại Khi gỗ co theo chiều tiếp tuyến nhiều theo chiều dọc thớ + Độ co Hệ số co K độ co trung bình thay đổi độ ẩm 1% xác định theo công thức: K= C W Trần Anh Đức – môn: Công nghệ vật liệu – khoa Cơ Khí Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên Trong đó: C - độ co ; W - độ ẩm Ở mức độ khác nhau, độ co toàn phần theo hướng kính Ck = ~ 5%, độ co theo hướng tiếp tuyến CT = 8~10% Hệ số co hướng kính gỗ dao động khoảng KK = 0,09~0,31%, hệ số co tiếp tuyến KT = 0,17~0,43%, hệ số co thể tích KV=0,32~0,7% Độ co theo chiều dọc thớ khoảng 0,1~0,35% thường không tính 1.2.2 Cơ tính gỗ Gỗ polyme dị hướng, tính chất gỗ phụ thuộc độ ẩm yếu tố khác Cơ tính gỗ xác định có độ ẩm từ đến 20%, lấy độ ẩm tiêu chuẩn 15% ký hiệu σ15, xác định theo công thức: σ15 = σw[1+α(W-15)] Trong đó: σw- độ bền đo có độ ẩm W thời điểm đo W- độ ẩm lúc đo α- hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc độ ẩm α = 0,01~0,05 Việt Nam nước có nhiều loại gỗ (hơn 1000 loại khác nhau) có độ bền nén dọc từ 2,0 đến 10,0 KG/cm2, độ bền kéo dọc từ đến 29 KG/mm2 Cường độ (độ bền) theo thớ ngang thấp so với thớ dọc 6~30 lần Độ bền uốn theo hướng dọc 1,5~2 lần độ bền nén Mođun đàn hồi kéo nén gần theo hướng dọc gấp 10~30 lần lớn theo hướng ngang Theo hướng dọc E = (1,17~1,58).103 KG/mm2 1.3 Phân loại gỗ 1.3.1 Phân loại theo mật độ gỗ Theo TCVN 1072-71 gỗ chia thành nhóm: Nhóm có mật độ lớn 0,86 g/cm3 Nhóm thuộc loại gỗ tốt gỗ quý mun (1,39), nghiến (1,12), sến (1,08), giẻ xám (0,97), lim (0,95), muồng đen (0,94), táu (0,93) Nhóm có mật độ từ 0,85 đến 0,73 g/cm3 Nhóm có mật độ từ 0,72 đến 0,62 g/cm3 Nhóm có mật độ từ 0,61 đến 0,55 g/cm3 Nhóm có mật độ từ 0,54 đến 0,55 g/cm3 Nhóm có mật độ ≤ 0,49 g/cm3 1.3.2 Phân loại theo tính Theo TCVN 1072-71 nhóm gỗ có cường độ kéo dọc lớn 1600 KG/cm2 gọi gỗ quý hay gỗ đặc biệt Nhóm gỗ chủ yếu dùng làm đồ mỹ nghệ đồ gia dụng Loại có mật độ cao, thớ mịn, vân đẹp, màu sắc đẹp không cần sơn phủ bên ngoài, không bị mối mọt Nhóm gỗ quý Việt Nam đặc biệt phong phú Trần Anh Đức – môn: Công nghệ vật liệu – khoa Cơ Khí Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên nhiều nước khác Theo phân loại TCVN rừng Việt Nam có khoảng gần 30 loại gỗ quý lát, gụ, dáng hương, cẩm lai, trắc, mun, gõ mật, thông tre, pơ mu Còn lại gỗ chia thành nhóm: Nhóm có cường độ từ 1600 đến 1395 KG/cm3 Nhóm có cường độ từ 1394 đến 1165 KG/cm3 Nhóm có cường độ từ 1164 đến 970 KG/cm3 Nhóm có cường độ từ 969 đến 810 KG/cm3 Nhóm có cường độ từ 809 đến 675 KG/cm3 Nhóm có cường độ ≤ 674 KG/cm3 Tuy nhiên, sản xuất người ta thường dùng tên gọi theo sử dụng có nhóm gỗ theo tính sau (so với cách phân loại TCVN): Tên gọi theo sử dụng Tên gọi theo TCVN Nhóm Nhóm gỗ quý Nhóm Nhóm Nhóm Nhóm Nhóm Nhóm Nhóm Nhóm Nhóm Nhóm Nhóm Nhóm Nhóm Nhóm Trong bảng phụ lục cuối chương dẫn tên gọi, tên latinh, phân nhóm (theo tên sử dụng) độ bền gỗ xác định đại đa số loại gỗ rừng Việt Nam 1.3.3 Phân loại theo phương pháp chế biến Gồm có: - Gỗ súc (gỗ tròn): Gỗ nguyên - Gỗ xẻ, gỗ lạng: bán thành phẩm qua qua cưa xẻ dạng tấm, - Gỗ dán, ván ép hay gọi gỗ nhân tạo: Gỗ qua công nghệ chế biến dán, ép thành có chiều dày 3mm, 4mm, 5mm, 7mm gồm nhiều lớp xếp thớ lệch góc - Gỗ tẩm thuốc: tẩm thuốc chống mục, chống mọt để làm cột điện, tà vẹt, đóng tàu - Gỗ bột giấy 1.4 Sử dụng gỗ Gỗ sử dụng nhiều lĩnh vực khác nhau: 1.4.1 Gỗ gia dụng Trần Anh Đức – môn: Công nghệ vật liệu – khoa Cơ Khí Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên Gỗ gia dụng gỗ dùng để chế tạo đồ dùng nhà giường, tủ, bàn, ghế, hay gọi đồ mộc Để chế tạo bàn, ghế, giường, tủ thông thường dùng loại gỗ nhóm 6,7, bàn ghế nơi đặc biệt dùng gỗ nhóm 4, dạng gỗ xẻ Ngoài xưởng mộc sản xuất lớn thường dùng loại gỗ ép, ván dăm, ván sợi để chế tạo bàn ghế mang tính kinh tế lớn 1.4.2 Gỗ xây dựng Gỗ dùng xây dựng dân dụng công nghiệp gọi gỗ xây dựng, sử dụng dạng loại gỗ xẻ, chế biến từ gỗ nhóm đến nhóm Gỗ làm cốp pha thường gỗ nhóm 7, Gỗ xây dựng cho công trình cố định dùng nhóm 4, 5, Đối với công trình đặc biệt sử dụng gỗ nhóm 2, dùng nhóm 1.4.3 Gỗ đóng tầu thuyền Gỗ làm tàu thuyền loại gỗ chịu nước Tùy thuộc tính chất chịu lực chịu nước phận tàu thuyền người ta sử dụng loại gỗ khác nhau: + Gỗ làm vỏ tàu Nhóm 2: Lim xanh, táu mật, kiền kiền, sến mật, sến đắng, xoay Nhóm 3: Săng lẻ, chò chỉ, huỳnh, trường mật, chua khét, trường chua, cà ổi xanh Nhóm 4: Re hương, re rừng, gội nếp, re mít, re vàng, gội , sâng, kháo mật Nhóm 5: Trâm tía, trâm xanh, trâm sung, sồi đá, kẹn gia, dãi, vải thiều, lim xẹt, hoàng linh đá Nhóm 6: Sú tía, cồng tía, cồng chìm, gội tẻ, vàng kiêng, lõi thọ, re xanh, giẻ đỏ, giẻ đề xi, chẹo tía, sâng, nhội, sồi vàng mép, ba, chanh, phay sừng, chò nếp, ràng ràng mật, ràng ràng đá, sau sau + Gỗ làm khung: Dùng gỗ nhóm 2,3 + Các phận khác ván sàn, cabin, canh dùng gỗ nhóm 6, số gỗ nhóm 1.4.4 Gỗ làm bột giấy Để làm bột giấy Việt Nam chủ yếu dùng họ tre giang, nứa, vầu, dùng Ngoài để cung cấp lượng bột giấy lớn, chất lượng cao nhà nước quy định dùng gỗ bồ đề, bạch đàn Trần Anh Đức – môn: Công nghệ vật liệu – khoa Cơ Khí Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên Polyme 2.1 Khái niệm vật liệu polyme Polyme (hay gọi cao phân tử) vật thể mà đại phân tử gồm nhiều mắt xích có tổ chức giống liên kết với theo kiểu lặp lặp lại nhiều lần Đại phân tử polyme mạch gồm mắt xích riêng biệt liên kết với bó Mặt cắt ngang mạch vài anstron (Å) chiều dài tới vài nghìn (Å) Do polyme có đặc tính tính dẻo (có thể uốn tuỳ ý) Tính dẻo đặc tính bật polyme Mỗi mắt xích gọi đơn phân hay monome Vì khối lượng phân tử polyme lớn nên phân tử gọi đại phân tử vật liệu polyme gọi vật liệu cao phân tử Khối lượng đại phân tử polyme từ 5000 đến triệu Với kích thước đại phân tử nên tính chất polyme xác định thành phần hoá học chúng mà phân bố tương đối mắt xích cấu tạo chúng mắt xích Các đại phân tử polyme có thành phần hoá học giống thường có kích thước khác Hiện tượng làm phân tán đặc tính lý vật liệu gọi đa tán Đại phân tử tạo thành từ đơn phân (monome) giống khác thành phần hoá học Khi gồm đơn phân giống gọi homopolyme Trong trường hợp gồm đơn phân khác gọi copolyme Khi mạch polyme cấu tạo nguyên tử loại gọi polyme đồng mạch, nguyên tử khác loại gọi polyme dị mạch Polyme dạng lập thể (mạng không gian) có giá trị lớn tất mắt xích (monome) chất thay phân bố không gian theo trật tự định tạo cho polyme có tính chất lý cao Polyme có khả thay đổi phân bố theo không gian gọi polyme điều chỉnh (khác với số loại không điều chỉnh được) 2.2 Phân loại polyme Có nhiều cách phân loại polyme: 2.2.1 Phân loại theo nguồn gốc có: - Polyme thiên nhiên cao su thiên nhiên, xenlulô, mica, graphit thiên nhiên Trần Anh Đức – môn: Công nghệ vật liệu – khoa Cơ Khí Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên - Polyme nhân tạo hay gọi polyme tổng hợp chất dẻo, cao su nhân tạo, thuỷ tinh 2.2.2 Phân loại theo thành phần: + Polyme hữu Là polyme có mạch hydrocacbon Nếu mạch phân tử gồm nguyên tử cácbon gọi polyme mạch cácbon Trong nguyên tử C nối với nguyên tử H gốc hữu khác Thí dụ: H C C C C R = gốc hữu (radical) R Trong polyme dị mạch, mạch gồm nguyên tử C nguyên tử khác làm thay đổi lứon tính chất polyme Thí dụ: C O C O C N C Khi nối với nguyên tử C mạch, nguyên tử H làm tăng tính uốn mạch, làm tăng tính dẻo polyme (như sợi màng chất dẻo), nguyên tử P Cl làm tăng tính chịu nóng, nguyên tử S làm tăng tính chống thấm (thí dụ cao su), F làm tăng tính bền hoá học Một số polyme mạch cácbon dị mạch có hệ thống liên kết hợp như: CH-CH=CH-CH=CH-CH=CH- Năng lượng mạch liên hợp lớn loại đồng mạch Thí dụ: lượng liên kết C-C 80 Kcal/mol Trong lúc lượng liên kết mạch liên hợp đến 100~110 Kcal/mol, làm tăng tính ổn định nung nóng Polyme hữu có gồm loại chất dẻo cao su + Polyme vô Là polyme mà mạch chúng hydrocacbon Thí dụ thuỷ tinh silicat, gốm, mica, amian Thành phần polyme vô loại oxit silic, oxit nhôm, oxit magiê, oxit canxi Trong silicat có loại liên kết: nguyên tử mắt xích nối với liên kết đồng hoá trị (Si-O), liên kết mắt xích liên kết ion Do Trần Anh Đức – môn: Công nghệ vật liệu – khoa Cơ Khí Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên tính chất chất thay đổi phạm vi rộng; từ sợi thuỷ tinh (có tính dòn) đến màng đàn hồi Polyme vô có mật độ cao, bền nhiệt, thuỷ tinh gốm dòn, không chịu tải trọng động Graphit thuộc liạu polyme vô có mạch cacbon + Polyme hữu phần tử Là polyme mà mạch chứa nguyên tử vô Si, Ti, Al Các nguyên tử nối với gốc hữu metyl (-CH3), fenyl (-C6H5), etyl (C2H5) Các gốc hữu cho vật liệu tính bền dẻo, nguyên tử vô có cho tính chịu nhiệt cao Trong thiên nhiên loại vật liệu mà tạo cách tổng hợp nhân tạo Thí dụ: đại diện cho nhóm hợp chất silic hữu có cấu trúc: R R Si O Si R' R' Giữa nguyên tử Si O có liên kết hoá học bền, liên kết siloxan Si-O có lượng 89,3 Kcal/mol Từ tính bền nhiệt nhựa silíc hữu cao su siloxan cao tính đàn hồi tính dẻo so với nhựa hữu cao su thiên nhiên Polyme chứa mạch nguyên tử Ti, O gọi polytitanoxan, mạch chứa Ti, O, Si gọi polytitansiloxan hữu 2.2.3 Phân loại theo hình dáng đại phân tử Hình dáng đại phân tử gọi mạch Theo cấu tạo mạch polyme chia ra: Hình – Hình dáng đại phân tử Polyme Trần Anh Đức – môn: Công nghệ vật liệu – khoa Cơ Khí Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên + Polyme mạch thẳng Có đại phân tử chuỗi mắt xích nối theo đường dic dắc hay hình xoắn ốc (hinh – 1a) Đại phân tử uốn cong (hình bó) có độ bền cao dọc theo mắt xích độ bền thấp phân tử Do đó, làm cho vật liệu có tính đàn hồi bị biến mềm nung nóng nguội cứng lại Nhiều polyme loại hoà tan dung môi Khi mật độ "bó" phân tử đơn vị thể tích tăng độ bền nhiệt độ biến mềm tăng khả hoà tan dung môi giảm Thí dụ thuộc loại có polyetylen (PE), polyamid (PA) + Polyme mạch nhánh (polyme phân nhánh) Cũng polyme mạch thẳng đại phân tử có thêm nhánh (hình 1-1b) Sự phân nhanh làm cản trở xích lại gần phân tử, làm giảm liên kết phân tử làm giảm "mật độ bó" Loại có độ bền thấp, dễ nóng chảy dễ hoà tan Thí dụ: polyizobutylen (PIB) + Polyme hình thang Gồm có hai mạch nối với liên kết hoá học Khi cắt đứt đại phân tử polyme hình thang thường phải phá huỷ mạch liên kết chỗ theo quy luật ngẫu nhiên Do đó, chúng bền loại mạch thẳng (một mạch) Loại không hoà tan dung môi hữu tiêu chuẩn, có tính ổn định nhiệt cao cứng Thí dụ polyme silic hữu (hình 1-1c) + Polyme mạng lưới Các mạch cạnh polyme nối với liên kết đồng hóa trị số vị trí hình 1-1d Cấu trúc mạng lưới hình thành trình tổng hợp phản ứng không thuận nghịch tiến hành sau nhiệt độ cao có xúc tác Thông thường trình tạo mạng lưới thực cách cho thêm nguyên tử phân tử tạo liên kết đồng hoá trị với mạch Đa số loại vật liệu cao su có cấu trúc mạng lưới trình lưu hoá + Polyme không gian Các monome có ba nhóm hoạt động tạo nên polyme không gian ba chiều hình 1-1e Các polyme có tính chất lý nhiệt đặc biết 2.3.4 Phân loại theo trạng thái pha Theo trạng thái pha polyme chia làm hai loại: polyme vô định hình (hay polyme pha) polyme tinh thể (hay polyme pha) Theo phân tích Rơnghen kính hiển vi điện tử, thực đại phân tử polyme không phân bố hỗn loạn mà có trật tự, liên quan với Tổ chức tạo thành xếp khác phân tử gọi siêu phân tử Sự trật tự hoá tổ Trần Anh Đức – môn: Công nghệ vật liệu – khoa Cơ Khí Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên chức xác định tính uốn đại phân tử mạch thẳng mạch nhánh làm thay đổi hình dáng xếp xen kẽ theo phần Polyme vô định hình loại có pha, tạo nên từ phân tử mạch, xếp thành bó Mỗi bó gồm nhiều dãy đại phân tử phân bố nối tiếp Các bó có khả dịch chuyển tương phân tử nằm cạnh Polyme vô định hình tạo nên từ mạch thành cuộn tròn gọi "quả cầu" Tổ chức cầu polyme có tính không cao Khi tăng nhiệt độ cầu duỗi thành dạng thẳng, làm tăng có tính polyme Hình 1-2: Quá trình tinh thể hoá polyme Polyme tinh thể tạo thành đại phân tử chúng đủ cong điều chỉnh Ở điều kiện tương ứng, chuyển biến pha xảy bó tạo thành mạng tinh thể không gian Sự tạo thành tinh thể biểu diễn theo sơ đồ hình 1-2 Các bó (1) xếp thành dãy (2) cách xoay bó nhiều lần theo góc 180o Sau dãy liên kết với theo mặt bên để tạo thành (3) Các xếp thành lớp tạo thành tinh thể Trong trường hợp tạo thành tinh thể khối từ phân tử cấu trúc nhỏ gặp khó khăn, hình cầu tạo thành Polyme có cấu trúc hình cầu phổ biến Kích thước chúng từ vài chục micromet đến vài milimet Thí dụ, loại chất dẻo polyetylen, polypropylen, polyamid chất dẻo tinh thể 2.3.5 Phân loại theo mức độ phân cực Được chia polyme phân cực (hay polyme có cực) polyme không phân cực (hay polyme không cực) Ở phân tử polyme không phân cực, đám mây điện tử có tác dụng cố định nguyên tử, phân bố phân tử mức độ giống Ở phân tử trung tâm kéo hạt tích điện khác dấu trùng với Trần Anh Đức – môn: Công nghệ vật liệu – khoa Cơ Khí 10 Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên PHẦN CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT Khái niệm Sự phát triển ngành công nghiệp gắn liền với trình tìm kiếm loại vật liệu Các loại vật liệu đặc trưng tính sau: - Khả chống chịu mài mòn cao - Độ cứng độ bền cao, chịu nhiệt cao - Làm việc ổn định môi trường hóa chất Ví dụ: thép hợp kim titan, thép không gỉ, hợp kim cứng, vật liệu gốm, kính, composit … Với tính trên, việc gia công chúng công nghệ truyền thống gặp nhiều khó khăn, không gia công gia công không đạt yêu cầu, loạt phương pháp gia công nghiên cứu sử dụng rộng rãi như: gia công siêu âm, gia công điện hóa, gia công chùm tia laze, tia nước, tia nước có hạt mài, tia hạt mài, gia công tia lửa điện … Đặc điểm chung phương pháp gia công là: - Không đòi hỏi dụng cụ phải có độ cứng cao độ cứng vật liệu gia công - Khả gia công không phụ thuộc vào tính chất lý vật liệu gia công mà chủ yếu phụ thuộc vào thông số hóa, nhiệt, điện vật liệu gia công - Đạt độ xác kích thước độ nhẵn bề mặt cao so với phương pháp gia công truyền thống - Có khả gia công vật liệu có độ cứng cao, chí cao (sau nhiệt luyện) - Hiệu kinh tế đạt cao, gia công sản phẩm có hình dạng phức tạp, kích thước bé … Có thể phân chia phương pháp gia công thành số nhóm chủ yếu sau: - Gia công ăn mòn hóa học (CM) - Gia công ăn mòn điện hóa (ECM) - Gia công ăn mòn điện (EDM): xung điện, cắt dây - Gia công siêu âm (USM) - Gia công chùm tia lase (LBM), chùm tia điện tử (EBM) - Gia công tia nước (wJM), nước hạt mài (AwJM), hạt mài (AJM) … Mục tiêu trình gia công lấy lớp kim loại cần thiết phôi (lượng dư) để đạt hình dáng, kích thước, độ xác, độ nhẵn bóng cần thiết chi tiết gia công Gia công kim loại tia lửa điện Thực chất: Dùng hai điện cực kim loại đặt mạch điện, xây dựng sở tượng ăn mòn tác dụng tia lửa điện Dưới tác dụng Trần Anh Đức – môn: Công nghệ vật liệu – khoa Cơ Khí 44 Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên điện trường, điện tử tách từ âm cực phóng dương cực (chi tiết) để tách phần tử kim loại với vận tốc lớn phá hủy cực dương tách kim loại tạo thành bề mặt gia công Sơ đồ nguyên lý: Nguyên lý gia công tia lửa điện Một số sơ đồ gia công Đặc điểm gia công tia lửa điện - Điện cực (đóng vai trò dụng cụ) có độ cứng thấp nhiều so với độ cứng vật gia công (chi tiết), điện cực thường sử dụng đồng, grafit Có hai dạng điện cực dạng thỏi (dùng cho máy xung định hình) điện cực dây (tạo hình chi tiết hệ lỗ có profin phức tạp) Giữa bề mặt dụng cụ chi tiết gia công tồn khe hở gọi khe hở điện cực chất lỏng không dẫn điện lấp đầy khe hở điện cực có dòng điện chiều chạy qua từ cực dương sang cực âm, với điện áp thích hợp hai cực xuất tia lửa điện nơi mà hai điện cực gần Nhiệt độ lên cao đến mức làm cháy bốc vật liệu Khe hở điện cực trì mức thích hợp điều khiển tự động cấu điều chỉnh máy Thường hai điện cực bị mòn, cực dương mòn nhanh nhiều so với cực âm Sơ đồ nguyên lý làm việc máy xung EDM Máy dùng điện cực định hình điện cực dây (fdây= 0,1 ÷ 0,3) Hình12.5 Trần Anh Đức – môn: Công nghệ vật liệu – khoa Cơ Khí 45 Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên - Vật liệu dụng cụ chi tiết phải dẫn điện - Chất lỏng làm dung môi phải không dẫn điện Khả công nghệ phương pháp gia công: - Đạt độ xác gia công cao, sai lệch 0,015 ÷ 0,02 mm, gia công thô 0,5 ÷ 0,6 mm - Độ bóng bề mặt đạt cấp ÷ (Rz = 40 ÷ 20), gia công tinh dạt cấp Sai số xảy gia công EDM: Lỗ bị côn sau gia công Độ rộng lỗ phóng điện bề mặt sườn điện cực Sai số điện cực bị mòn khiến cho kích thước hình dáng điện cực thay đổi, làm thay đổi làm thay đổi kích thước lỗ trước gia công, Hình 10 -12 Phạm vi ứng dụng phương pháp: Dùng gia công lỗ sâu, chế tạo khuôn, chày, cối dập, làm bề bề mặt dụng cụ, mài, cắt, gia công hợp kim cứng … Nhược điểm phương pháp: hiệu suất phương pháp thấp, chi phí cao hao mòn dụng cụ nhanh, tiêu hao lượng lớn (gấp 50 lần so với phương pháp gia công điện), không gia công vật liệu không dẫn điện Gia công kim loại - điện - hoá (ECMM) Khi gia công điện hóa dựa nguyên lý điện phân với mục đích lấy di kim loại khỏi bề mặt chi tiết gia công chi tiết nối với dương cực dụng cụ nối với âm cực (ngược lại với phương pháp mạ kim loại), khe hở bề mặt chi tiết dụng cụ chứa đầy dụng dịch điện giải thích hợp phản ứng hóa học xảy gia công tạo nên lớp lớp màng thụ động (dẫn điện kém) bám bề mặt chi tiết gia công (dương cực) ngăn cản phản ứng, để phá vỡ lớp màng trình ăn mòn tiếp tục có phương pháp: - Thủy điện hóa (ECHM): dùng áp lực cao chất điện giải (hàn chục atm) làm trực tiếp thành dòng chảy qua khe hở điện cực âm dương để phá lớp màng thụ động trình gia công Trần Anh Đức – môn: Công nghệ vật liệu – khoa Cơ Khí 46 Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên - Cơ điện hóa (ECMM): phá vỡ lớp màng thụ động dương cực tác dụng lực học phản ứng tiếp tục a Nguyên lý gia công: Về chất gia công điện hóa dựa nguyên lý hòa tan dương cực, sản phẩm phản ứng hình thành tạo thành chất kết tủa dạng màng mỏng (màng thụ động) bám bề mặt chi tiết gia công (dương cực), màng có độ dẫn điện gây cản trở cho trình phản ứng điện hóa dương cực Muốn cho phản ứng tiếp tục màng thụ động cần phải phá hủy tác dụng lực học Sơ đồ nguyên lý: hình 12 – 26 cho nguyên tắc trình ECMM Do tác dụng học chuyển động quay dụng cụ (1) lên màng dương cực nên màng bị phá vỡ trình điện hóa tiếp tục b Khả công nghệ: Gia công a nốt: + Khi gia công thô: Với I = 15 ÷ 25 A/cm2 ; Năng suất Q = 2000 ÷ 3000 mm3/ph; Nhẵn bề mặt: Ra ≈ cấp 3, cấp + Khi gia công tinh: với I ≈ ÷ A/cm2 ; Độ nhẵn bề mặt đạt cấp 10 ÷ 12; Không có khuyết tật bề mặt; Năng suất thấp Dung dịch điện giải thường dùng silicat Natri + nước (NaSiO3 + H2O) có tỷ trọng 1,15 ÷ 1,30 c Phạm vi ứng dụng: Chỉ áp dụng với vật liệu dẫn điện (dụng cụ, chi tiết); Môi trường trung gian: dung dịch điện giải dẫn điện Thông số sử dụng: U = ÷ 30V; Mật độ dòng d = 0,2 ÷ A/cm2 Áp lực gia công: P= ÷ 30 N/cm2 Độ nhẵn đạt được: Ra > 0,1 ÷ 0,08 μm d Quy trình gia công: - Mài điện hóa đá dẫn điện - Mài điện hóa đá mài trung tính - Mài khôn điện hóa - Đánh bóng điện hóa - Cắt HKC phương pháp điện hóa Trần Anh Đức – môn: Công nghệ vật liệu – khoa Cơ Khí Sơ đồ nguyên lý Mài điện hóa 47 Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên Phương pháp tạo mẫu nhanh 3.1 Thực chất Nội dung phương pháp chế tạo chi tiết mẫu công nghệ thiết bị chuyên dụng, sau từ mẫu đúc chi tiết máy để đưa vào sử dụng thử Mẫu chế tạo trực tiếp từ kim loại vật liệu polyme đem dùng công nghệ phức tạp nhiều Lĩnh vực sử dụng công nghệ trường hợp nghiên cứu chế tạo thử, thiết kế mẫu kiểu dáng công nghiệp cho sản phẩm đòi hỏi phải nhanh chóng chiếm lĩnh thị trường, thí dụ: chế tạo kiểu dáng đồ chơi cho trẻ em 3.2 Đặc điểm, phân loại, phạm vi ứng dụng a ưu nhược điểm công nghệ tạo mẫu nhanh Tạo mẫu nhanh có ưu điểm sau đay: - Tăng khả quan sát trình thiết kế - Tạo mẫu có độ phức tạp cao - Giảm chi phí thời gian thiết kế chế tạo - Cho phép giảm chu kỳ phát triển sản phẩm để đưa sản phẩm thị trường nhanh phương pháp khác Nhược điểm phương pháp tạo mẫu mhanh: - Độ bền mẫu phụ thuộc vào vật liệu công nghệ sử dụng - Độ xác sản phẩm không cao nguyên tắc gia công đắp vật liệu vào mẫu theo lớp - Giá thành mẫu cao chi phí đầu tư bảo trì thiết bị lớn b Phân loại phương pháp tạo mẫu nhanh Theo vật liệu để gia công có phương pháp sau: - Dựa sở chất lỏng: Trọng hệ thống tạo mẫu nhanh dạng vật liệu tạo mẫy ban đầu trạng thái lỏng, suốt trình tạo mẫu vật liệu lưu hóa chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn có phương pháp: SLA, SGC, SCS, v.v… - Dựa sở dạng cứng (solid): Vật liệu gia công mỏng cuộn lại thành cuộn trải ru lô (con lăn) Phần thuộc chi tiết cắt lại, gia nhiệt cán dính vào lớp trước đó, phần vật liệu lại bị cắt nhỏ loại bỏ - Dựa sở dạng bột : - Dựa sở nguồn nhiệt sấy khô: có sử dụng laze không sử dụng nguồn laze c Phạm vi ứng dụng Trần Anh Đức – môn: Công nghệ vật liệu – khoa Cơ Khí 48 Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên Công nghệ tạo mẫu nhanh áp dụng nhiều lĩnh vực khác ô tô, sản phẩm tiêu dùng, máy móc, y học, hàng không, quân sự, quốc phòng, khảo cổ, kiến trúc, mỹ nghệ, v.v… mức độ ứng dụng lĩnh vực khác Hiện nay, công nghệ tạo mẫu nhanh xem công cụ để rút ngắn thời gian thiết kế phát triển sản phẩm, đặc biệt sản phẩm có hình dạng phức tạp Tuy nhiên, công nghệ tạo mẫu nhanh không thay hoàn toàn công cụ truyền thống NC, CNC, phay cao tốc, v.v… chi phí phụ thuộc vào độ phức tạp sản phẩm Ở việt nam: Trong lĩnh vực y học: chế tạo xương Trong lĩnh vực công nghiệp: chế tạo khuôn mẫu cho sản phẩm gia dụng, khuôn mẫu sản phẩm nhựa, phụ tùng xe máy (chóa đèn, mặt nạ xe …) 3.3 Quy trình công nghệ tạo mẫu nhanh a Các bước chủ yếu công nghệ: - Thiết kế chi tiết vẽ nhờ phần mềm chuyên dụng, thí dụ CAD SOLIDWORKS vẽ lại chi tiết thật máy có đầu dò (trong trường hợp hồi phục lại chi tiết theo nguyên bản) Các phần mềm vừa vẽ vừa “cắt lớp” chi tiết, phục vụ cho gia công - Chế tạo mẫu ngững công nghệ đặc biệt: máy gia công dựa theo hình dáng vả đường bao “lớp” phần thiết kế vạch để tạo nên mẫu b Những phương pháp chế tạo mẫu nhanh - Phương pháp dùng hạt dạng cầu (Hình 11.1) Để tạo mẫu, dùng thiết bị phun áp điện để bắn giọt chất dẻo lên bàn di động theo “lớp” mà CAD vạch từ trước, giọt nhựa rắn lại va đập với chi tiết hình thành Phương pháp có hiệu kinh tế sử dụng cho nhiều loại vật liệu khác - Phương pháp lắng đọng nóng chảy (hình 11.2) Chất dẻo nhiệt (parafin chí kim loại) phun thành tia nhờ đầu phun dao động theo hai chiều Các tia lắng động lại theo lớp (chiều dày khoảng 0,1 mm) mà CAD vạch Các lớp liên kết lại với nhờ nhiệt nóng chảy Phương pháp không đòi hỏi phần mẫu hình thành phải đông rắn lại khoảng thời gian ngắn Vật liệu dùng chủ yếu nylon Trần Anh Đức – môn: Công nghệ vật liệu – khoa Cơ Khí 49 Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên Hình 11.1 Phương pháp hạt cầu Hình 11.2 Phương pháp lắng động nóng chảy - Thiêu kết laze (hình 11.4) Chi tiết chất dẻo rắn tạo thành niều lớp mặt cắt ngang Mỗi mặt cắt ngang hình thành nhờ chùm tia laze dẫn hướng gương chuyển động Chùn tia laze làm đông rắn lớp mỏng chất nhựa dẻo nhạy cảm với ánh sáng Khi lớp mỏng hình thành, chi tiết hạ chình xuống bể nhựa lỏng khoảng cách 0,1 mm Như vậy, mẫu hình thành lớp từ đáy tới đỉnh Sau phải đưa mẫu sấy tiếp để đóng rắn hoàn toàn Hình 11.3 Phương pháp in hình Hình 11.4 Thiêu kết laze Hình 11.5 Phương pháp lớp giấy - Phương pháp in hình (hình 11.3) Phương pháp hoạt động dựa nguyên tắc giống in ba chiều lại sử dụng loại bột mịn dễ nấu chảy (chất nhiệt dẻo parafin) Bột nóng chảy hòa lẫn nhờ tia laze theo lớp hình thành nên sản phẩm Gần người ta sử dụng bột kim loại bột gốm - Phương pháp lớp giấy (hình 11.5) Mẫu hình thành từ lớp giấy đặt xen kẽ với lớp polyme nhạy cảm nhiệt Những lớp giấy sau cắt từ cuộn giấy nhờ tia laze xếp chồng lên liên kết lại với nhờ lăn nung nóng Tia laze chạy đường bao “lớp” chi tiết CAD vẽ từ trước c Quy trình công nghệ số phương pháp công nghệ nhất: Trần Anh Đức – môn: Công nghệ vật liệu – khoa Cơ Khí 50 Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên Phương pháp SLA (hình 1.1) Đây phương pháp công nghệ tạo mẫu nhanh giới Trong số phương pháp tạo mẫu nhanh SLA sử dụng nhiều nhất, chiếm 30% thị phần tạo mẫu nhanh giới Các máy tạo mẫu nhanh loại này: SLA190, SLA250, SLA350, SLA500, SLA700, SLA3500, SLA5000, SLA7000, Viper Si2 v.v… Bản chất phương pháp: Dưới tác dụng chùm tia laser, vật liệu nhựa quang hóa đông cứng lại (vật liệu nhựa quang hóa SL5170, SL5190) Hệ thống gồm có thùng (Vat) chứa dung dịch quang hóa (Liquid Photopolymer) suốt, đế (Platform) nhúng bể có khả nâng lên hạ xuống nhờ thiết bị điều khiển (Elevator) hệ thống cung cấp nguồn laser (HeCd Laser), với hệ thấu kính (Lenses) gương phản xạ (Mirror), dùng làm đông cứng nhựa lỏng gương để kiểm tra mức nhựa thùng, hệ thống dao gạt (Sweeper) dùng gạt nhựa để tạo lớp nhựa đồng Sơ đồ nguyên lý (hình 1.1): Quá trình tạo mẫu xảy sau: - Dưới tác dụng chùm tia laser chiếu từ hệ thống thấu kính gương phản xạ (được điều khiển từ máy tính), lớp nhựa lỏng đầu tiệ bị đông cứng lại - Khi tạo xong lớp đầu tiên, đế hạ xuống nấc cho nhựa lỏng tràn lên lớp trước với chiều dầy 0,1 ÷ 0,5 mm tùy theo yêu cầu - Tiếp theo chùm tia laser sec quét lên bề mặt lớp nhựa lỏng (theo tiết diện lớp cắt mô hình 3D) để làm đông cứng dính kết với lớp trước Quá trình tiếp tục lặp lại tạo xong lớp cuối mẫu Ưu điểm phương pháp: - Tự động hóa cao: hệ thống tự động hóa hoàn toàn mà không đòi hỏi tham gia suốt trình vận hành - Độ xác cao - Thể rõ ràng: Công nghệ SLA hỗ trợ trình thiết kế dễ dàng Trần Anh Đức – môn: Công nghệ vật liệu – khoa Cơ Khí 51 Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên - Độ bóng bề mặt cao: Chi tiết có bề mặt trơn láng Nhược điểm: - Dễ hư hỏng: Mẫu bị mềm nhiệt độ cao - Vật liệu bị hạn chế: phương pháp sử dụng vật liệu nhựa quang hóa - Các gân hỗ trợ: Các gân hỗ trợ cần thiết trình tạo mẫu Phương pháp SLS Sơ đồ nguyên lý hình 1.2 Hệ thống bao gồm xy lanh tạo mẫu hai xy lanh cấp bột hai bên Đầu tiên vật liệu từ xy lanh cấp bột nâng lên cao khỏi mặt bàn lănn gạt bột sang xy lanh tạo mẫu với bề dầy khoảng 0,05 ÷ 0,38 mm Ở vật liệu nung nóng thiêu kết chùm tia laser CO2 qua hệ thấu kính gương phản xạ Bước xy lanh tạo mẫu hạ xuống lớp với bề mặt dày tương ứng với bề dày lớp bột thiêu kết Chu kỳ trình thực lại tương tự Tại bàn tạo mẫu lớp vật liệu thứ hai nung nóng, thiêu kết dính vào lớp thứ Quá trình tiếpd tục tạo mẫu hoàn chỉnh Vật liệu bột sử dụng nhựa dẻo, ABS, PVC, nylon, sáp, gốm bột kim loại Ưu điểm: - Phương pháp SLS có khả tạo mẫu từ nhiều loại vật liệu khác từ vật liệu tổ hợp nói - Không cần hậu lưu hóa cho mẫu SLS hình thành từ bột - Không cần gân hỗ trợ tạo mẫu Nhược điểm: - Mật độ mẫu không đồng - Độ bóng bề mặt thấp - Cài đặt máy phức tạp - Giá thành thiết bị bảo trì cao Trần Anh Đức – môn: Công nghệ vật liệu – khoa Cơ Khí 52 Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên Phương pháp LOM Cấu tạo máy gồm phần cứng phần mềm máy tính, nguồn laser, hệ thống quang học, thiết bị điều chỉnh theo trục XY, đáy cấu nâng hạ theo phương đứng, hệ thống dát mỏng, thệ thống cứng cấp vật liệu vật liệu Cụ thể máy gồm rulô rulô cấp vật liệu, rulô lại vật liệu Mẫu hình thành bàn máy (tấm đế) Đầu tiên vật liệu lăn gia nhiệt cán dính vào đế Chùm tia laser điều khiển máy tính cắt lớp vật liệu theo profile cần thiết mặt cắt Phần vật liệu lại cắt thành hình vuông nhỏ, trình hình thành mẫu chúng có tác dụng đỡ (sau mẫu hình thành cần phải loại bỏ chúng đi) Tiếp theo ru lô vật liệu theo bước định Quá trình lặp lặp lại mẫu hình thành Công nghệ sử dụng vật liệu khác giấy, gỗ, chất dẻo, lim loại, v.v… dạng Sơ đồ nguyên lý máy hình 1.3: Ưu điểm: - Sử dụng nhiều loại vật liệu khác - Thiết bị rẻ tiền - Không cần hậu lưu hóa - Chi phí vật liệu thấp Nhược điểm: - Chất lượng mẫu không cao vật liệu giấy, gỗ nhạy cảm với môi trường ẩm ướt - Độ bền mẫu không cao - Độ phức tạp hình học không cao - Hậu xử lý khó khăn để làm loại bỏ phần vật liệu thừa Trần Anh Đức – môn: Công nghệ vật liệu – khoa Cơ Khí 53 Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên Phương pháp Z – PRINTER Nguyên lý làm việc máy ứng dụng kỹ thuật in phun cho kích thước 3D: Pit tông cấp bột thực chuẩn bị (fill bed) sau nhận liệu in từ phần mềm, pit tông cấp bột nâng lên lớp để gạt bột từ ngăn cấp bột sang ngăn in, đồng thời pít tông in hạ xuống lớp đầu in thực phun mực theo tọa độ 2D Sau hoàn thành lớp, pittoong in hạ xuống theo phương Z trình tạo mẫu lớp lặp lại đến hoàn thành chi tiết Sơ đồ nguyên lý máy: Hình 1.4 Luyện kim bột 4.1 Khái niện luyện kim bột Khác với phương pháp luyện kim loại thông thường, luyện kim bột trình chế tạo chi tiết từ bột kim loại bột hợp chất kim loại Nguyên lý làm để tạo liên kết bền hạt mà chất chúng hoàn toàn khác biệt Quy trình công nghệ sản xuất chi tiết phương pháp luyện kim bột bao gồm công đoạn sau: - Sản xuất bột kim loại, hợp kim bột gốm - Trộn bột với chất dính chất phụ gia - Tạo hình sản phẩm: tạo sản phẩm có hình dáng theo yêu cầu chưa có liên kết bền hạt bột vật liệu - Thiêu kết (gia công nhiệt): tạo liên kết hạt vật liệu độ bền cần thiết cho chi tiết - Gia công tinh: tinh chỉnh kích thước, ép lại, nhiệt luyện v.v… Ứng dụng: Vật liệu kim loại bột thường sử dụng lĩnh vực sau: - Dùng làm vật liệu kết cấu: chi tiết bột đồng, bột sắt, đồng thanh, đồng thau v.v… - Tạo hợp kim đặc biệt: ví dụ vật liều từ cứng AlNiCo; từ mềm Fe – Ni; F – Si; Tiếp điểm W-Ag; Vật liệu chịu nhiệt Ta – C; Al – Ni; vật liệu siêu dẫn Nb3Sn Trần Anh Đức – môn: Công nghệ vật liệu – khoa Cơ Khí 54 Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên - Compozit kim loại: loại hợpkim cứng mà thành phần cacbit kim loại WC, TiC, TaC với chất dính coban kim loại Một họ compozit kim loại mà kimm loại nhôm, sắt v.v… pha tăng cường vật liệu phi kim loại kim loại khác - Vật liệu chịu nhiệt cao: Các cấu tử thường Mo2C, SiC, ZrB2 , Si3N4 - Vật liệu xốp có độ xốp khoảng 25% ví dụ như: ổ trượt tự bôi trơn, lọc, màng lọc xốp (độ xôpx khoảng 35 ÷ 40%), xương nhân tạo v.v… 4.2 Các phương pháp sản xuất kịm loại bột a Phương pháp học - Nghiền: áp dụng cho vật liệu dòn phoi kim loại, loại o xýt, bít … Thiết bị nghiền máy nghiền bi - Tạo bột từ kim loại lỏng: + Cho kim loại lỏng rơi lên đĩa quay ly tâm bụi kim loại văng vào nước tạo thành bột + Phun nước khí (khí trơ) có áp lực cao vào dòng kim loại xé vụn kim loại tạo thành bột + Phương pháp “ hiệu ứng hút” b Phương pháp hóa lý - Hoàn nguyên o xýt: dùng loại khí than để hoàn nguyên o xýt kim loại sau nghiền, tạo bột kim loại - Hoàn nguyên loại muối kim loại - Điện phân: Quá trình ngược với mạ, tạo lớp mạ xốp bám dính vào âm cực - Nhiệt phân hay gọi phương pháp bonyl: phun khí CO có áp suất 200 atm vào dây Fe Ni nung đến 150 ÷ 250oC sản phẩm thu đem nung lên bị nhiệt phân tạo thành bột kim loại có đường kính ÷ 50μm - Phương pháp bay hơi: Cho kim loại bay khí trơ chân không cho ngưng tụ đĩa quay tẩm silicon tạo bột kim loại siêu mịn hạt 0,01 ÷ μm 4.3 Tạo hình - Tạo hình trạng thái nguội: + Ép bột (hình 5.1): nén bột kim loại khuôn có bôi trơn (stearat kẽm), lực ép lớn (máy ép đạt 400 ÷ 600 MPa) Trần Anh Đức – môn: Công nghệ vật liệu – khoa Cơ Khí 55 Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên + Ép đẳng tĩnh (hình 5.2): Bột kim loại gốm ép khuôn cao su dẻo, khuôn chịu tác dụng lực ép thủy tĩnh với áp suất khoảng 50 ÷ 300 Mpa chất lỏng thủy lực khí trơ gây bình áp lực (có thể kết hợp rung, nung nóng đồng thời) Phương pháp chế tạo chi tiết có mật độ gần với mật độ lý thuyết, đồng tính tính sử dụng vật liệu cao + Cán bột kim loại (hình5.3): bột kim loại cấp từ phễu, qua hệ thống băng tải bột vào hai trục cán bột liên kết thành dải băng, sản phẩm tiếp tục qua lò thiêu kết Sau đem cán lại để tạo hình tính chất theo yêu cầu Phương pháp thường áp dụng để chế tạo cácd chi tiết dạng dải, băng (bạc lót bimital, băng kim loại đồng, đồng thau, đồng thanh, niken …) + Rèn bột (hình 5.4): Bột kim loại sau tạo hình sơ (nén thiêu kết) nung đến nhiệt độ thích hợp đưa vào khuôn rèn xác Phương pháp chế tạo chi tiết có hình dạng phức tạp hơn, cải thiện cách rõ rệt thuộc tính kim loại Có thể không cần gia công khí Tiết kiệm kim loại Các phương pháp tạo hình khác áp lực tác động lên bột kim loại tăng dần phương pháp tăng đột ngột lên khối bột lèn chặt hoàn toàn khối bột nên mật độ ép đạt 100% + Đúc rót đổ (hình 5.5): chế tạo huyền phù bột kim loại gốm nước pha chất không tạo bọt (anginat amon) chuẩn độ pH cho huyền phù có độ nhớt nhỏ nhất, sau rót vào khuôn xốp thạch cao Huyền phù phải có độ nhớt tốt để điền đầy khuôn tốt Khuôn hấp thụ nước huyền phù hình thành lớp vỏ cứng bề mặt khuôn Khi chiều dày chi tiết đạt yêu cầu, phần huyền phù lại rót đổ Tháo khuôn đêm chi tiết thiêu kết> Phương pháp ày có nhược điểm hàm lượng nước huyền phù lớn tiết bị co ngót thiêu kết Trần Anh Đức – môn: Công nghệ vật liệu – khoa Cơ Khí 56 Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên - Tạo hình trạng thái nóng: + Ép nóng (hình 5.6): phương pháp kết hợp ép thiêu kết vào nguyên công Bột kim loại đổ vào khuôn gốm grafit ép nhiệt độ thiêu kết để hạt liên kết lại với tăng tốc độ thiêu kết Ép nóng đạt chất lượng sản phẩm đạt độ bền mật độ cao ép nguội thiêu kết thời gian kéo dài Rấ khó đảm bảo áp suất đồng phận sản phẩm Phương pháp sử dụng chủ yếu cho sản phẩm có kích thước lớn ép nguội thiêu kết + Ép đùn nóng (hình 5.7): Có ba phương pháp Phương pháp thứ nhất: Đổ bột kim loại vào buồng ép nóng, ép trực tiếp qua lỗ khuôn Phương pháp hai: trộn bột với tỷ lệ nhựa nhiệt dẻo định ròi đem ép trạng thái nóng khuôn kín để tạo hình Sau phôi nung đến nhiệt độ cao chân không để thoát nhựa Tiếp theo thiêu kết để đạt lý tính cuối Phương pháp thứ ba: ép sơ bộ, sau dùng kim loại mỏng bọc bên khối bột đem ép đùn Đây phương pháp thông dụng bọc Trần Anh Đức – môn: Công nghệ vật liệu – khoa Cơ Khí 57 Trường Đại học kỹ thuật công nghiêp Thái Nguyên vỏ cho vật liệu phóng xạ, vạt liệu dễ phát hỏa nhiễm bẩn không khí Sau ép, dùng phương pháp tẩm thực để loại bỏ lớp vỏ bọc 4.4 Thiêu kết - Tác dụng: sau nguyên công ép tạo hình tiến hành thiêu kết làm cho cscs hạt bột kim loại liên kết thành khối liên tục có lỗ xốp, tạo nên tính chất ưu việt cho vật liệu - Các phương pháp thiêu kết + Thiêu kết thông thường: Sau ép tạo hình chi tiết thiêu kết lò có nhiệt độ môi trường thích hợp Sau thiêu kết cần tiến hành ép chỉnh hình ép lại để đảm bảo tính cho chi tiết Nhiệt độ thiêu kết 2/3 ÷ ¾ nhiệt độ nóng chảy kim loại (tính theo nhiệt độ kelvin), thời gian 15 ÷ 120 phút Môi trường thiêu kết khí hoàn nguyên như: H2, CO, NH3 ; Khí trung tính N2, He, Ar chân không Do đặc điểm bột tính chất vật liệu xảy tượng co ngót thiêu kết Thể tích co khoảng ÷ 25% + Thiêu kết áp lực: Ép nóng nhiệt độ cao tới 1500 ÷ 2500oC, khuôn grafit, áp lực ép 30 Mpa, thường dùng cho hợp kim cứng cacbit, borit, nitrit Ép nóng nhiệt độ trung bình 800 ÷ 1100oC khuôn kim loại chịu nhiệt, áp lực ép 200Mpa, môi trường bảo vệ chân không + Thiêu kết áp lực phóng điện (hình 5.8): Để bột chi tiết ép sơ vào khuôn grafit nằm hai chày ép, hai chày ép hai điện cực.Khi ép tia lửa loại bỏ chất bẩn bề mặt hạt kim loại, tiếp tục trì dòng điện khoảng 10 giây để tạo lượng thiêu kết hạt, sau đem sản phẩm đo ép thủy lực để nâng cao mật độ tính chất chi tiết Trần Anh Đức – môn: Công nghệ vật liệu – khoa Cơ Khí 58 [...]... nghiờp Thỏi Nguyờn PHN 2 CễNG NGH LP RP Công nghệ lắp ráp các sản phẩm cơ khí 1 Khái niệm về sản phẩm cơ khí và các mối lắp ghép a Khái niệm Sản phẩm cơ khí là tổ hợp của nhiều chi tiết Quá trình gia công cơ khí là giai đoạn chủ yếu của quá trình sản xuất nhằm chế tạo đợc các chi tiết thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật đã đặt ra Lắp ráp là giai đoạn cuối cùng của quá trình sản xuất nhằm tổ hợp các chi tiết... lợng của các chi tiết còn phụ thuộc rất nhiều vào chất lợng lắp ráp Chính vì vậy việc nghiên cứu công nghệ lắp ráp hợp lý phải đợc đặt ra từ giai đoạn thiết kế sản phẩm và giai đoạn gia công cơ khí để chế tạo đợc những sản phẩm có chất lợng cao, giá thành hạ b Nhiệm vụ của công nghệ lắp ráp Nhiệm vụ của công nghệ lắp ráp là căn cứ vào những điều kiệnkyx thuật của bản vẽ lắp sản phẩm để thiets kế ra... trình công nghệ lắp - Xác định nội dung công việc cho từng nguyên công và bớc lắp ráp - Xác định điều kiện kỹ thuật cho các mối lắp, bộ phận hay cụm lắp - Chọn dụng cụ, đồ gá, trang bị cho nguyên công lắp ráp hay kiểm tra - Xác định chỉ tiêu kỹ thuật, thời gian cho từng nguyên công Tính toán, so sánh phơng án lắp về mặt kinh tế - Xác định thiết bị vận chuyển và hình thức vận chuyển qua các nguyên công. .. trình công nghệ lắp ráp hợp lý nhằm đảm báo lắp đợc sản phẩm thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật đã đặt ra Muốn vậy ngời thơ lắp ráp phải có kiến thức tổng hợp về công nghệ lắp ráp và có tay nghề để thực hiện những nội dung cơ bản của nhiệm vụ lắp - Phải thực hiện quy trình công nghệ lắp theo một trình tự hợp lý nhằm đảm bảo lắp đợc sản phẩm đạt yêu cầu kỹ thuật với thời gian nhỏ nhất - Cần nắm vững công. .. ữ15%, trong sản xuất hàng loạt 20ữ35% và trong sản xuất đơn chiếc khoảng 30ữ45% khối lợng gia công cơ Quá trình thiết kế sản phẩm và chế tạo các chi tiết ảnh hởng trực tiếp đến khối lợng lao động và thời gian lắp ráp Nếu kết cấu sản phẩm hợp lý, độ chính xác của các chi tiết cao thì khối lợng lao động và thời gian lắp ráp sẽ giảm, giá thành sản phẩm hạ Chất lợng của quá trình lắp ráp có ảnh hởng rất... nhất Quy trình công nghệ lắp ráp sản phẩm cũng đợc chia ra thành các nguyên công, bớc và động tác Nguyên công lắp ráp là một phần của quá trình lắp đợc hoàn thành đối với một bộ phận hay toàn bộ sản phẩm, tại một chỗ làm việc nhất định, do một hay một nhóm công nhân thực hiện một cách liên tục Ví dụ: lắp bánh răng, bánh đà lên trục hay lắp ráp máy bay Bớc lắp ráp là một phần của nguyên công, đợc quy... c Trình tự thiết kế quy trình công nghệ lắp ráp Trn Anh c b mụn: Cụng ngh vt liu khoa C Khớ 27 Trng i hc k thut cụng nghiờp Thỏi Nguyờn Thiết kế quy trình công nghệ lắp ráp cần thực hiện các công việc theo trình tự sau: - Nghiên cứu bản vẽ lắp chung sản phẩm, kiểm tra tính công nghệ trong lắp ráp Nếu cần phải giải chuỗi kích thớc lắp ráp, sửa đổi kết cấu để đạt tính công nghệ lắp cao - Chọn phơng... Ch to cỏc dng c ct gt 5.2 Quỏ trỡnh ch to chi tit bng vt liu gm Bt k mt chi tit gm no cng c ch to theo mt quỏ trỡnh gm 3 giai on: giai on to bt, giai on ộp thnh chi tit v giai on thiờu kt Trn Anh c b mụn: Cụng ngh vt liu khoa C Khớ 17 Trng i hc k thut cụng nghiờp Thỏi Nguyờn 5.2.1 Giai on to bt Vt liu gm thuc nhúm oxit cú th ch to t t sột, cao lanh Nhng t sột, cao lanh thiờn nhiờn cha nhiu tp cht,... trục của xe đạp u điểm của phơng pháp này là đơn giản, năng suất lắp cao, không đòi hỏi trình độ công nhân cao, dễ xây dựng định mức kỹ thuật, có khả năng cơ khí hóa và tự động hóa, thuận tiện cho việc sửa chữa hoặc thay thế trong quá trình sử dụng Nhợc điểm của phơng pháp này là yêu cầu độ chính xác gia công cao, số khâu trong chuỗi kích thớc lắp ít - Phơng pháp lắp chọn Bản chất của phơng pháp lắp... các bớc: - Cạo sửa và lắp then lên trục - Lắp bánh đai - Lắp vít hãm Động tác là thao tác của công nhân để thực hiện công việc lắp ráp Ví dụ: lấy chi tiết lắp, đặt vào vị trí lắp, tiến hành lắp, kiểm tra chất lợng mối lắp v.v b Những tài liệu ban đầu để thiết kế quy trình công nghệ lắp ráp Để thiết kế quy trình công nghệ lắp , cần có các tài liệu chính sau: - Bản vẽ lắp chung toàn sản phẩm hay một phận ... cứu công nghệ lắp ráp hợp lý phải đợc đặt từ giai đoạn thiết kế sản phẩm giai đoạn gia công khí để chế tạo đợc sản phẩm có chất lợng cao, giá thành hạ b Nhiệm vụ công nghệ lắp ráp Nhiệm vụ công. .. gia cụng mi thnh mt s nhúm ch yu nh sau: - Gia cụng bng n mũn húa hc (CM) - Gia cụng bng n mũn in húa (ECM) - Gia cụng bng n mũn in (EDM): xung in, ct bng dõy - Gia cụng bng siờu õm (USM) - Gia. .. phỏp gia cụng: - t chớnh xỏc gia cụng cao, sai lch 0,015 ữ 0,02 mm, gia cụng thụ 0,5 ữ 0,6 mm - búng b mt t cp ữ (Rz = 40 ữ 20), gia cụng tinh dt cp Sai s xy gia cụng EDM: L b cụn sau gia cụng