BÁO CÁO MÔN HỌC CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG HÓA HỌC (CHEMICAL PROCESSER)

BÁO CÁO MÔN HỌC CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG HÓA HỌC (CHEMICAL PROCESSER) Ngành: Kỹ thuật cơ khí Lớp: 18DCKA3 Giảng viên hướng dẫn: Th.S Phạm Bá Khiển SV thực hiện: Huỳnh Đăng Hoàn Thịnh Mã SV:1811041246 Lớp: 18DCKA3 3.2. METHODS OF CHEMICAL PROCESSING (CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG HÓA HỌC) I. Chemical Milling (Phay hóa) 1. Introduction (Giới thiệu) Chemical milling (CHM) is the controlled chemical dissolution (CD) of the workpiece material by contact with a strong reagent. Special coatings called maskants protect areas from which the metal is not to be removed. The process is used to produce pockets and contours and to remove materials from parts having a high strength-to-weight ratio. CHM consists of the following steps: Phay hóa là quá tình hòa tan hóa học có kiểm soát của vật liệu phôi khi tiếp xúc với chất hóa học phản ứng mạnh. Các lớp phủ đặc biệt gọi là lớp bảo vệ các khu vực mà mà kim loại không bị loại bỏ. Quy trình này được sử dụng để tạo nên các rãnh, đường và loại bỏ những phần cần gia công trên phôi được làm từ những vật liệu có cấu tạo bền vững. Phay hóa (CHM) bao gồm các bước sau: a. Preparing and precleaning the workpiece surface. This provides good adhesion of the masking material and assures the absence of contaminants that might interfere with the machining process. Chuẩn bị và làm sạch trước bề mặt phôi. Điều này cung cấp độ bám dính của lớp vật liệu lớp bảo vệ và đảm bảo không có tạp chất có thể gây trở ngại cho quá trình gia công b. Masking using readily strippable mask, which is chemically impregnable and adherent enough to stand chemical abrasion during etching. Dùng lớp bảo vệ có thể tách rời, nhưng không để bị thấm hóa chất ăn mòn và đủ dính để chịu mài mòn hóa học trong quá trình khắc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO MƠN HỌC CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CƠNG HĨA HỌC (CHEMICAL PROCESSER) Ngành: Kỹ thuật khí Lớp: 18DCKA3 Giảng viên hướng dẫn: Th.S Phạm Bá Khiển SV thực hiện: Huỳnh Đăng Hoàn Thịnh Mã SV:1811041246 Lớp: 18DCKA3 3.2 METHODS OF CHEMICAL PROCESSING (CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CƠNG HĨA HỌC) I Chemical Milling (Phay hóa) Introduction (Giới thiệu) Chemical milling (CHM) is the controlled chemical dissolution (CD) of the workpiece material by contact with a strong reagent Special coatings called maskants protect areas from which the metal is not to be removed The process is used to produce pockets and contours and to remove materials from parts having a high strength-to-weight ratio CHM consists of the following steps: Phay hóa q tình hịa tan hóa học có kiểm sốt vật liệu phơi tiếp xúc với chất hóa học phản ứng mạnh Các lớp phủ đặc biệt gọi lớp bảo vệ khu vực mà mà kim loại không bị loại bỏ Quy trình sử dụng để tạo nên rãnh, đường loại bỏ phần cần gia công phơi làm từ vật liệu có cấu tạo bền vững Phay hóa (CHM) bao gồm bước sau: a Preparing and precleaning the workpiece surface This provides good adhesion of the masking material and assures the absence of contaminants that might interfere with the machining process Chuẩn bị làm trước bề mặt phôi Điều cung cấp độ bám dính lớp vật liệu lớp bảo vệ đảm bảo khơng có tạp chất gây trở ngại cho q trình gia cơng b Masking using readily strippable mask, which is chemically impregnable and adherent enough to stand chemical abrasion during etching Dùng lớp bảo vệ tách rời, khơng để bị thấm hóa chất ăn mịn đủ dính để chịu mài mịn hóa học q trình khắc c Scribing of the mask, which is guided by templates to expose the areas that receive CHM The type of mask selected depends on the size of the workpiece, the number of parts to be made, and the desired resolution of details Silk-screen masks are preferred for shallow cuts requiring close dimensional tolerances Đánh dấu lên lớp bảo vệ để biểu diễn phần cần gia cơng phay hóa (CHM) Loại lớp bảo chọn phụ thuộc vào kích thước phơi, số lượng phận chế tạo độ ăn mòn mong muốn chi tiết Lớp bảo vệ chọn ưu tiên cho vết cắt yêu cầu dung sai kích thước gần d The workpiece is then etched and rinsed, and the mask is removed before the part is finished Phôi khắc rửa lớp bảo vệ loại bỏ trước hồn thành gia cơng During CHM (Fig 3.1), the depth of the etch is controlled by the time of immersion In order to avoid uneven machining, the chemicals that impinge on the surface being machined should be fresh The chemicals used are very corrosive and, therefore, must be handled with adequate safety precautions Both the vapors and the effluents must be suitably controlled for environmental protection Agitation of the workpiece and fluid is usual; however, excessive solution flow may result in channeling, grooves, or ridges Trong suốt thời gian phay hóa (hình 2.1), độ sâu việc khắc kiểm sốt thời gian ngâm chi tiết gia cơng Để tránh gia cơng khơng đồng đều, hóa chất bề mặt gia cơng phải Các chất hóa học sử dụng dễ ăn mòn đó, phải xử lý đầy đủ biện pháp phịng ngừa an tồn Cả nước thải phải kiểm sốt phù hợp để bảo vệ mơi trường Sự kích động phơi chất lỏng bình thường; nhiên dịng dung dịch q nhiều dẫn đến việc tạo rãnh gờ Figure 1: CHM setup Hình 1: lắp đặt cho trình phay hóa  Workpiece: chi tiết gia cơng  Mask: Mặt nạ (lớp bảo vệ)  Hanger: Móc treo (giữ chi tiết tiết gia công)  Undercut: Phần cắt xén  Stirrter: Máy khuấy  Heating: Dây làm nóng  Cooling: Dây làm mát  Chemical reagent: Dung dịch hóa học When the mask is used, the machining action proceeds both inwardly from the mask opening and laterally beneath the mask thus creating the etch factor shown in Fig 3.2 The etch factor is the ratio of the undercut d to the depth of etch T Ngay lớp mặt nạ bảo vệ phủ, ăn mòn q trình gia cơng xảy mặt bên phần cần gia công, tạo hệ số ăn mịn thể Hình 2.2 Yếu tố ăn mịn tỷ lệ độ cắt xén d đến độ sâu khắc T Góc dao Trước ăn mịn Lượng cắt Chiều sâu mòn T Sau ăn mòn Figure 2: Etch factor after CHM Hình 2: Hệ số ăn mịn sau Phay Hóa CHM will not eliminate surface irregularities, dents, scratches, or waviness Successive steps of mask removal and immersion as shown in Fig 3.3 can achieve stepped cuts Q trình gia cơng phay hóa (CHM) không loại bỏ bất thường bề mặt, vết lõm, vết xước đường vân song Các bước việc loại bỏ ngâm phần mặt nạ bảo vệ hình minh họa Hình 2.3 Đánh dấu mặt nạ bảo vệ Khắc lần đầu Đánh dấu mặt nạ bảo vệ nhắc lại Khắc lần đầu lần Khắc lần Figure 3: Contour cuts by CHM Hình 3: đường cắt rãnh tạo phay hóa Tooling for CHM (Cơng cụ cho phay hóa) Tooling for CHM is relatively inexpensive and simple to modify Four different types of tools are required: maskants, etchants, scribing templates, and accessories Công cụ cho phay hóa (CHM) tương đối rẻ dễ thay sửa đổi Cần có loại cơng cụ chính: lớp phủ bảo vệ (mặt nạ bảo vệ), Vật liệu khắc, Mẫu vẽ phụ kiện  Maskants.(Mặt nạ) Maskants are generally used to protect parts of the workpiece where CD action is not needed Synthetic or rubber base materials are frequently used Table 3.1 shows the different maskants and etchants for several materials together with the etch rate and etch factor Maskants should, however, possess the following properties: Be tough enough to withstand handling Adhere well to the workpiece surface Scribe easily Be inert to the chemical reagent used Be able to withstand the heat generated by etching Be removed easily and inexpensively after etching Lớp mặt nạ thường sử dụng để bảo vệ phận phôi không cần tác dụng gia cơng phay hóa Đế tổng hợp cao su vật liệu sử dụng thường xuyên Bảng 2.1 cho thấy loại mặt nạ khác phù hợp với số vật liệu với tỷ lệ ăn mòn hệ số ăn mòn Tuy nhiên Mặt nạ nên có đặc tính sau đây: Đủ cứng rắn, bền vững để chịu việc xử lý Kết dính tốt với bề mặt phơi Viết, đánh dấu cách dễ dang Trơ với chất hóa học ăn mịn sử dụng Có thể chịu nhiệt sinh ăn mòn Được loại bỏ dễ dàng sau khắc Chi tiết gia công Chất ăn mòn Mặt nạ tỷ lệ ăn mònhệ số ăn mịn Nhơm Magnesium Đồng Thép Titan Nikel Silicon Table 1: Markants and Etchants for Different Workpiece Materials Bảng 1: Các loại lớp bảo vệ chất ăn mòn với vật liệu khác  Etchants (Chất ăn mòn) Etchants (see Table 3.1) are acid or alkaline solutions maintained within a controlled range of chemical composition and temperature Their main technical goals are to achieve the following: Chất ăn mòn (xem Bảng 3.1) dung dịch axit kiềm trì phạm vi thành phần hóa học kiểm sốt nhiệt độ Các mục tiêu kỹ thuật chúng phải đạt điều sau: Good surface finish Uniformity of metal removal Control of selective and intergranular attack Control of hydrogen absorption in the case of titanium alloys Maintenance of personal safety Best price and reliability for the materials to be used in the construction of the process tank Maintainance of air quality and avoidance of possible environmental problems Low cost per unit weight dissolved Ability to regenerate the etchant solution and/or readily neutralize and dispose of its waste products Hoàn thiện bề mặt tốt Có tính chất đồng việc loại bỏ kim loại Kiểm soát tốt việc phản ứng có chọn lọc hạt Kiểm sốt hấp thu Hydro trường hợp dùng với hợp kim titan Bảo đảm an toàn sử dụng Giá thành độ tin cậy tốt cho vật liệu sử dụng việc xây dựng bể xử lý Duy trì chất lượng khơng khí tránh vấn đề mơi trường xảy q trình phản ứng hóa học Chi phí thấp cho đơn vị trọng lượng hòa tan Khả tái tạo chất hòa tan và/hoặc sẵn cho việc trung hòa xử lý chất thải  Sribing templates (Mẫu vẽ/kẻ): Scribing templates are used to define the areas for exposure to the chemical machining action The most common workpiece scribing method is to cut the mask with a sharp knife followed by careful peeling of the mask from the selected areas Layout lines or simple templates of metal or fiberglass guide the scribing process Figure 3.5 shows numerical control (NC) laser scribing of masks for CHM of a large surface area Các mẫu vẽ/kẻ sử dụng để xác định khu vực tiếp xúc với hoạt động gia cơng hóa học Phổ biến phương pháp ghi chép lên phôi cắt lớp mặt nạ bảo vệ dao sắc bén sau cách lột lớp bảo vệ cẩn thận từ khu vực chọn Hình 2.4 cho thấy ghi chép laser điều khiển số (NC) mặt nạ cho gia cơng phay hóa (CHM) có diện tích bề mặt lớn  Accessories (Phụ kiện): Accessories include tanks, hooks, brackets, racks, and fixtures These are used for single- or-multiple-piece handling into and out of the etchants and rinses Phụ kiện bao gồm bể chứa, móc, giá đỡ, vật dụng khác Chúng sử dụng để xử lý nhiều mảnh chi tiết sau mang bể chứa chất ăn mòn đem rửa Laser (Vị trí đầu dị điện dung) Bề mặt phủ mặt nạ Nguồn lượng laser Thấu kính Laser CO2 Lớp mặt nạ Khí (làm mát) Thấu kính hội tụ Nhơm Figure 4: Laser cutting of mask for CHM of large surfaces Hình 4: Cắt lớp mặt nạ laser cho quy trình gia cơng chi tiết có bề mặt rộng Process parameter (Các thơng số q trình) CHM process parameters include the reagent solution type, concentration, properties, mixing, operating temperature, and circulation The process is also affected by the maskant and its application These parameters will have direct impacts on the workpiece regarding the following: Etch factor (d/T ) Etching and machining rate Production tolerance Surface finish To machine high-quality and low-cost parts using CHM, we must consider the heat treatment state of the workpiece, the grain size and range of the workpiece material, the size and finish control prior to CHM, the direction of rolling and weld joints, and the degree of cold work Các thông số q trình phay hóa (CHM) bao gồm dung dịch thuốc thử, nồng độ, đặc tính, cách trộn, nhiệt độ vận hành tuần hồn Các q trình bị ảnh hưởng bới lớp mặt nạ ứng dụng Các thơng số có tác động trực tiếp đến phôi liên quan đến điều sau: Hệ số ăn mòn (d/T) Tốc độ khắc gia công Dung sai sản xuất Mức độ hồn thiện bề mặt Để gia cơng chi tiết chất lượng cao chi phí thấp dùng phương pháp phay hóa (CHM), phải xem xét trạng thái nhiệt luyện phơi, kích thước hạt phạm vi vật liệu phơi, kích thước kiểm độ hồn thiện trước phay hóa (CHM), hướng cán hàn mối nối, mức độ gia công nguội Material removal rate (Tỷ lệ loại bỏ vật liệu) The material removal or etch rate depends upon the chemical and metallurgical uniformity of the workpiece and the uniformity of the solution temperature As shown in Figs 3.6 and 3.7, castings, having the largest grain size, show the roughest surface together with the lowest machining rate Rolled metal sheets have the highest machining rate accompanied by the best surface quality Etching rates were high for hard metals and were low for softer ones (Metals Handbook, 1989) Generally, the high etch rate is accompanied by a low surface roughness and, hence, narrow machining tolerances Tốc độ loại bỏ khắc vật liệu phụ thuộc vào tính đồng hóa học luyện kim phơi tính đồng nhiệt dộ dung dịch Như thể Hình 2.5 2.6, đúc có kích thước lớn nhất, hiển thị bề mặt thô ráp với tốc độ gia cơng thấp Tấm kim loại cuộn có tốc độ gia công cao kèm với chất lượng bề mặt tốt Tỷ lệ khai thác cao kim loại cứng thấp kim loại mềm (Sổ Tay Kim Loại năm 1989) Nói chung tỷ lệ khắc cao kèm với độ nhám bề mặt thấp đó, dung sai gia cơng hẹp Figure 5: CHM average roughness of some alloys after removing 0.25 to 0.4mm Hình 5: Độ nhám trung bình gia cơng phay hóa số hợp kim sau loại bỏ từ 0.25 đến 0.4mm Figure 6: Surface roughness and etch rate of some alloys after removing 0.25 to 0.4mm Hình 6: Độ nhám bề mặt tỷ lệ khắc số hợp kim sau loại bỏ 0.25 đến 0.4mm  Material type: Loại vật liệu  Aluminum alloy: Hợp kim nhôm  Molybdenum: Mơ líp đen  Colubium: Kim loại kiềm  Steels: Thép  Nickel alloys: Hộp kim niken  Titanium: Titan  Tantalium: Tantalium  Surface roughness: Bề mặt nhám  Etch rate: Tốc độ ăn mòn  Casting: Rèn  Forging: Đúc  Sheet: Dập Advantages (Các ưu điểm) The process has the following advantages:  Weight reduction is possible on complex contours that are difficult to machine using conventional methods  Simultaneous material removal, from all surfaces, improves productivity and reduces wrapping  No burrs are formed  No stress is introduced to the workpiece, which minimizes the part distortion and makes machining of delicate parts possible  A continuous taper on contoured sections is achievable  The capital cost of equipment, used for machining large components, is relatively low  Design changes can be implemented quickly  A less skilled operator is needed  Tooling costs are minor  The good surface quality in addition to the absence of burrs eliminates the need for finishing operations  Multiple parts having fine details can be machined by the gang method  Decorative finishes and extensive thin-web areas are possible  There are low scrap rates (3 percent) Q trình có ưu điểm sau:  Có thể giảm trọng lượng đường viền phức tạp mà máy sử dụng phương pháp thơng thường khó làm  Đồng thời loại bỏ vật liệu khỏi tất bề mặt, cải thiện suất giảm hao phí  Khơng có gờ hình thành  Khơng có ứng suất đưa vào phơi, giúp giảm thiểu biến dạng chi tiết gia công chi tiết tinh vi  Có thể đạt độ côn liên tục đoạn đường viền  Giá vốn thiết bị sử dụng để gia công tương đối thấp  Các thay đổi thiết kế thực nhanh chóng  Dễ dàng để vận hành  Chi phí dụng cụ nhỏ  Chất lượng bề mặt tốt với việc khơng có gờ giúp loại bỏ nhu cầu hoạt động hồn thiện  Nhiều phận có chi tiết nhỏ gia cơng phương pháp gang  Có thể hồn thiện khu vực mỏng, rộng  Tỷ lệ phế phẩm thấp (3%) Limitation (Hạn chế) CHM does have limitations and areas of disadvantage:  Only shallow cuts are practical: up to 12.27 mm for sheets and plates, 3.83 mm on extrusions, and 6.39 mm on forgings  Handling and disposal of chemicals can be troublesome  Hand masking, scribing, and stripping can be time-consuming, repetitive, and tedious  Surface imperfections are reproduced in the machined parts  Metallurgical homogeneous surfaces are required for best results  Deep narrow cuts are difficult to produce  Fillet radii are fixed by the depth of cut  Porous castings yield uneven etched surfaces  Welded areas frequently etch at rates that differ from the base metal  Material removal from one side of residually stressed material can result in a considerable distortion  The absence of residual stresses on the chemically machined surfaces can produce unfavorable fatigue strength compared with the processes that induce compressive residual stresses  Hydrogen pickup and intergranular attack are a problem with some materials  The straightness of the walls is subject to fillet and undercutting limitations  Scribing accuracy is limited and complex designs become expensive  Steep tapers are not practical Gia cơng phay hóa (CHM) có hạn chế bất lợi sau:  Chỉ có vết cắt với độ nông hiệu quả: khoảng từ 12.27mm mỏng dày, 3.83mm phôi dạng hộp, ống 6.39 phôi dập  Việc xử lý tiêu hủy hóa chất gây rắc rối  Vẽ đánh dấu tay khuôn, tháo khn tốn nhiều thời gian, q trình lặp lặp lại khiến gặp trở ngại  Các bề mặt phải đồng luyện kim để đạt kết tốt  Khó tạo vết cắt sâu hẹp  Bán kính bo trịn cố định theo chiều sâu vết cắt  Các vật đúc xốp mang lại bề mặt khắc không đồng  Các khu vực hàn có tỷ lệ khắc khác với chỗ nguyên  Loại bỏ vật liệu khỏi mặt vật liệu ứng suất dư dẫn đến biến dạng đáng kể  Không có ứng suất dư bề mặt gia cơng hóa học tạo độ bền mỏi bất lợi so với trình tạo ứng suất dư nén  Hấp thụ hydro phản ứng mạnh phân tử vấn đề lớn với số vật liệu  Độ thẳng chi tiết phải chịu giới hạn đường cắt đường bo  Độ xác nét vẽ cho trước bị hạn chế thiết kế phức tạp việc gia công trở nên đắt đỏ  Gia công vịi khơng khả thi Applications (Ứng dụng) All the common metals including aluminum, copper, zinc, steel, lead, and nickel can be chemically machined Many exotic metals such as titanium, molybdenum, and zirconium, as well as nonmetallic materials including glass, ceramics, and some plastics, can also be used with the process CHM applications range from large aluminum airplane wing parts to minute integrated circuit chips CHM is used to thin out walls, webs, and ribs of parts that have been produced by forging, casting, or sheet metal forming, as shown in Fig 3.8 Further process applications related to improving surface characteristics include the following: Elimination of alpha case from titanium forgings and superplasticformed parts Elimination of the decarburized layer from low alloy steel forgings Elimination of the recast layer from parts machined by EDM Removal of sharp burrs from conventionally machined parts of complex shapes Removal of a thin surface from forgings and castings prior to penetration inspection below the surface (required for the detection of hidden defects) Tất kim loại thông thường bao gồm nhơm, đồng, kẽm, thép, chì niken gia cơng hóa học Nhiều kim loại đặc biệt titan, molypden zirconium, vật liệu phi kim bao gồm thủy tinh, gốm sứ số chất dẻo, sử dụng trình Các ứng dụng gia cơng phay hóa (CHM) bao gồm từ phận cánh máy bay đến loại chíp bán dẫn Phay hóa (CHM) sử dụng để làm mỏng vị trí thành, mạng, sườn phận sản xuất cách rèn, đúc tạo hình kim loại hiển thị Hình 2.7 Các ứng dụng quy trình khác liên quan đến việc cải thiện đặc tính bề mặt bao gồm: Loại bỏ trường hợp alpha khỏi trình rèn titan phận siêu dẻo Loại bỏ lớp khử cặn từ hợp kim thép thấp Loại bỏ lớp đúc lại từ phận gia công phương pháp EDM Loại bỏ gờ sắc từ phận gia công theo phương pháp thông thường có hình dạng phức tạp Loại bỏ bề mặt mỏng khỏi trình rèn đúc trước kiểm tra thâm nhập sâu vào bên bề mặt (cần thiết để phát khuyết tật ẩn) Các phận rèn Hình thành biên dạng Khu vực quan trọng Hồn thành gia cơng phay hóa Bề mặt gia công Figure 7: Thinning of parts by CHM Hình 7: Làm mỏng phận phay hóa (CHM) Trả lời câu hỏi đánh giá cá nhân: Mỗi nhóm có 27 triệu (3 người), 18 triệu (2 người), bạn Giám đốc bạn chia mứt lương cho thành viên Công ty nào? Là người giữ chức vụ giám đốc, gần người mang trách nhiệm lớn cơng ty Cho nên lương cao cao hẳn nhân viên cịn lại, tình hình dịch covid làm cho công ty kinh doanh khó khăn, có nhân viên mẫn cán trung thành anh Minh Nghĩa lại đồng hành suốt mùa dịch để trì cơng ty Nên tơi bớt phần thu nhập lại chia cho Mỗi người hưởng triệu đồng tiền lương! Tôi nghĩ xứng đáng với đóng góp họ