BÁO cáo môn học các PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG đặc BIỆT các PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG hóa học (CHEMICAL PROCESSER)

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 Đặng Văn Hữu Nghĩa Mã SV:Lớp: 18DCKA3 Võ Hoàng Minh Mã SV:Lớp: 18DCKA3 LỜI CẢM ƠN ũ ffl ũ Sau q trình học mơn phương pháp gia cơng đặc biệt nhóm thầy Phạm Bá Khiển giao đề tài “ Tiểu luận phương pháp gia cơng hóa học(Chemical Processes)” làm tiểu luận báo cáo kết thúc mơn Các cơng việc chúng em hồn thành tiểu luận môn học phương pháp gia cơng hóa bao gồm mục : - BACKGROUND INTRODUCTION (Giới thiệu sơ lược) - METHODS OF CHEMICAL PROCESSING ( Các phương pháp gia cơng điện hóa) Nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy môn khuôn dập Thầy Th.s Phạm Bá Khiển góp ý đưa ý kiến tạo điều kiện thuận lợi để chúng em hồn thành tiểu luận mơn với chất lượng tốt thời gian thầy dạy lớp Mặc dù có nhiều cố gắng thời gian kiến thức có hạn chế nên tiểu luận khơng tránh khỏi sai xót, chúng em mong nhận góp ý thơng cảm q thầy cô Chúng em lắng nghe lấy nhừng lời nhận xét phê bình q thầy để chúng em làm tảng cho đồ án tốt nghiệp tới Em xin chân thành cảm ơn! Long an, Ngày tháng 01 năm 2021 Sinh viên thực hiện: Đặng Văn Hữu Nghĩa Võ Hoàng Minh Huỳnh Đăng Hoàn Thịnh MỤC LỤC CHƯƠNG 1: BACKGROUND INTRODUCTION (GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC) I CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC GVHD:Th.s Phạm Bá Khiển CHƯƠNG 1: BACKGROUND II INTRODUCTION (GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC) I.Machining principle (nguyên lý gia công): III Chemical machining is an non-traditional machining method, in which the material is separated when it reacting with a strong corrosive substance.This machining method was used for the first time after World War in aircraft manufacturing technology Many chemicals are used to separate material from a work piece by various methods IV Gia cơng hóa phương pháp gia cơng khơng truyền thống, vật tách tiếp xúc trực tiếp với chất khắc hóa mạnh Phương pháp gia công sử lần sau Chiến Tranh Thế Giới Thứ công nghệ sản xuất máy bay Nhiều hóa chất khác dung để tách vật liệu từ chi tiết gia công nhiều phương pháp khác V II Technology method and technology ability (Các phương pháp công nghệ khả công nghệ): VI The machining method includes many steps, depending on the application needs and the type of processing, the steps to be performed will be: VII Phương pháp gia cơng hóa gồm nhiều bước tùy theo nhu cầu ứng dụng dạng gia công mà bước thực là: NHÓM 15 LỚP: 18DCKA3 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC GVHD:Th.s Phạm Bá Khiển Clean the workpiece (Làm chi tiết gia công): VIII The first step is a part cleaning operation to ensure that material is evenly peeled from the work surface NHÓM 15 LỚP: 18DCKA3 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC IX GVHD:Th.s Phạm Bá Khiển Bước nguyên công làm chi tiết để đảm bảo cho vật liệu bóc đồng từ mặt gia cơng Create a layer of protection (Tạo lớp bảo vệ): X A protective coating is applied to certain surfaces of the part this protective layer is made of a material that is resistant to the corrosive effects of acid So it will be coated on surface that not need to be machined The material of the protective layer are Neoprene, Polvinil, Chloride and some kind of Polyme Layer protection can be done in many ways like: Cut and peel, Optical resistantce, Grid capacity resistantce XI Một lớp phủ bảo vệ đắp lên số bề mặt chi tiết Lớp bảo vệ làm vật liệu có khả chống lại tác dụng ăn mịn chất khắc axit Vì phủ lên bề mặt không cần gia công Những vật liệu lớp bảo vệ Neoprene, Polivinil, Choloride Polymer khác Lớp bảo vệ thực nhiều cách khác như: Cắt bóc, Kháng quang, Kháng dung lưới Peel the workpiece (bóc chi tiết gia cơng) XII This is the material removal step When the part is immersed in a corrosive liquid, parts of the workpiece that not have a protective layer will be chemically affected The commonly used corrosive method is turn the workpiece into a salt dissolved in the corrosive liquid, so that the material is removed from the surface After the desired amount of material is removed, the part is removed from the corrosive liquid and washed NHÓM 15 LỚP: 18DCKA3 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC XIII GVHD:Th.s Phạm Bá Khiển Đây bước bóc vật liệu Khi chi tiết nhúng chìm dung dịch khắc hóa, phần chi tiết khơng có lớp bảo vệ bị tác động hóa học phương pháp ăn mòn thường dung biến vật liệu gia cơng thành muối hịa tan dung dịch khắc hóa, vật liệu bóc khỏi bề mặt sau lượng vật liệu mong muốn bóc đi, chi tiết lấy khỏi dung dịch khắc hóa rửa XIV The choice of corrosive Chemicals depends on the material of the work piece, the desired depth and material removal rate, the surface roughness requirements XV Corrosive chemicals must also be matched to the type of protectant to ensure that the coating material is not chemically affected by the crossive substance XVI Sự lựa chọn chất khắc hóa phụ thuộc vào vật liệu chi tiết gia công, chiều sâu mong muốn tốc độ bóc vật liệu, yêu cầu độ nhám bề mặt Các chất khắc hóa phải phù hợp với loại chất bảo vệ để đảm bảo vật liệu lớp bảo vệ khơng tác động hóa học chất khắc hóa Remove theprotective layer (Loại lớp bảo vệ): XVII The protective layer is separated from the part surface XVIII Lớp bảo vệ tách khỏi bề mặt chi tiết XIX ❖ The two steps in chemical machining have a signiíicant iníluence on the material method, the machining parameters being the the protective layer (2) XX andpeel the workpiece (3) NHÓM 15 LỚP: 18DCKA3 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC XXI GVHD:Th.s Phạm Bá Khiển * Hai bước gia cơng hóa có ảnh hưởng đáng kể mặt phương pháp, vật liệu, thông số gia công bước tạo lớp bảo vệ (2) khắc hóa (3) XXII ❖ The material removal rate in Chemical machining is usually expressed as the penetration rate mm/min The rate at which Chemical action is applied to workpiece’s material, because the abrasive is directed directly at the surface Iníiltration rate is not affected by surface area The penetration rates listed in table 1.1 are typical values for the given workpiece and corrosive liquid XXIII.❖ Tốc độ bóc vật liệu gia cơng hóa thường biểu thị tốc độ thấm mm/phút Là tốc độ tác động hóa học vào vật liệu chi tiết gia cơng, chất khắc hướng thẳng vào bề mặt Tốc độ thấm khơng bị ảnh hưởng diện tích bề mặt Các tốc độ thấm liệt kê bảng 1.1 giá trị điển hình cho vật liệu gia công chất khắc cho XXIV material Processing XXIX Alu minum Aluminum alloy Copper and aluminum alloy XXX Magnesium and alloys XXXI Silicon Medium steel Titanium XLIX Titanium alloy XXV Corrossive acids XXXII / AC/ XXXIII NaO H XXXIV FeCỈ , XXXV ỈCS O XXXVI ỈỈ\:O ,.ỈỈF.ỈLO NHÓM 15 XXVI XXVIII Seepag Corrosion e coefficient rate XXXIX XLVII 0.02 1.75 XL 1.75 0.025 2.75 XLI 1.0 0.05 XLVIII XLII 2.2 0.038 2.0 XLIII 1.0 0.025 1.0 XLIV LỚP: 18DCKA3 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC L GVHD:Th.s Phạm Bá Khiển Table 1.1: corrosive substances corresponding to the work material in machining LI Vật liệu gia cảng XCI LV Nhôm LIX Hựp kĩ LXIII Đồng hỢp LXVII Magn LXXI hựp kĩ LXXV Silicon LXXIX Thép LXXXIII Tĩlan LXXXVII HỢp LII Chít khắc ã Kít LIII ô'c độ thấm T LIV Hệ khắc LVI FuC LVII LVIII LX NaO LXI.0 LXII LXIV FưCI LXV LXVI LXVIII LXIX LXX LXXII LXXIII.LXXIV LXXVI LXXVII LXXVIII LXXX LXXXI LXXXII LXXXIV LXXXV LXXXVI LXXXVIII LXXXIX XC XCII Bảng 1.1: chất khắc hóa tương ứng với vật liệu gia cơng gia cơng hóa XCIII.❖ Machining depth of cut can be up to 12.5mm for aircraft metal part plates However, in many cases of machining applications, the required depth is only a few thousandths of a mm or less Along with the seepage effect on the part, corrosion can also occur below the side of the protective layer This effect is called undercut and must be calculate when designing the protection layer so that the resulting cut has a deíinite size The ratio constant for material is called the corrosion coefficient and is determined as follow: NHÓM 15 LỚP: 18DCKA3 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC GVHD:Th.s Phạm Bá Khiển XCIV *t* Chiều sâu cắt gia cơng hóa đến 12.5mm cho chi tiết kim loại máy bay Tuy nhiên nhiều trường hợp ứng dụng gia cơng hóa, chiều sâu u cầu vài phần nghìn mm hay chí Cùng với tác động thấm vào chi tiết, trình khắc hóa xảy phía mặt bên lớp bảo vệ Hiệu ứng họi tượng cắt lẹmvà phải tính đến thiết kế lớp bảo vệ để phần cắt phát sinh có kích thước xác định Hằng số tỉ lệ vật liệu gọi hệ số khắc xác định sau: XCV Fe=U/d XCVI Fe: Corrosive coefficient (hệ số khắc) U: Lower cut length (mm) (độ dài cắt dưới) d: cutting depth (mm) (chiều sâu cắt) Protective layer XCVII Workpiece chi tiêt gia CÔM XCIX C Cạnh lớp bảo vệ Lớp vệ Figure Edge of the protective layer 1.1: cropping XCVIII phenomenon in machining Hình 1.1: Hiện tượng cắt lẹm gia cơng hóa CHƯƠNG 2: METHODS OF CHEMICAL PROCESSING (CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CƠNG HĨA HỌC) I Chemical Milling (Phay hóa) Introduction (Giới thiệu) NHÓM 15 LỚP: 18DCKA3 10 CCCXIV Mechanical polishing entails using abrasive particles adhered to the resilient wheels of wood, felt, leather, canvas, or fabric to produce smooth surfaces The process is used to impart a high-grade finish to a surface for the sake of good appearance However, mechanical polishing leaves a layer of disturbed structure since the surface does not have the same properties of the bulk metal The mechanically polished surface yields an abundance of scratches, strains, metal debris, and embedded abrasives, 70 Chapter Three Figure 3.13 Samples of PCM machined patterns (www greatlakesetching.com/) which reduce the mechanical strength Further íinishing by lapping or buffing, while decreasing the surface roughness, never completely removes the debris and the damaged layer caused bythe previous mechanical polishing The drawbacks of such a conventional polishing method can be overcome using the nonconventional electropolishing (EP) This process is basically the opposite of electroplating where the part to be íinished is the anode instead of the cathode EP dates back to 1935 when copper and zinc were successfully electropolished by the Germans CCCXV bánh Đánh bóng học địi hỏi phải sử dụng hạt mài mịn đính vào xe đàn hồi gỗ, nỉ, da, vải bạt, vải để gia cơng tạo bề mặt Q trình sử dụng để tạo lớp hoàn thiện cao cấp cho bề mặt mục đích làm đẹp ngoại hình Tuy nhiên, đánh bóng học tạo nên lớp cấu trúc bị xáo trộn bề mặt khơng có tính chất với kim loại rời Bề mặt đánh bóng học mang lại nhiều vết xước, biến dạng, mảnh vụn kim loại chất mài mòn nhúng, làm giảm độ bền học Hoàn thiện thêm cách mài đánh bóng, giảm độ nhám bề mặt, khơng hồn tồn loại bỏ mảnh vụn lớp bề mặt bị hư hỏng trước đánh bóng học Những hạn chế phương pháp đánh bóng thơng thường khắc phục cách sử dụng phương pháp đánh bóng điện khơng truyền thống (EP) Q trình ngược lại với trình mạ điện phần hồn thành cực dương thay cực âm Gia cơng đánh bóng điện hóa (EP) có từ năm 1935 đồng kẽm gia công thành công người Đức CCCXVI Electropolishing is a diffusion-controlled process, which takes place at the limiting current of the anodic dissolution of the metal Figure 2.13 shows the relationship between the current density and the anode potential Accordingly, a matt surface occurs between points A and B while polishing is achieved between B and C Along CD the polishing action is, normally, accompanied by surface pitting due to the rupture of the anodic layer by gas evolution (McGeough, 1974) Figure2.14 shows the main components of a typical polishing cell A direct current is accordingly introduced into the part, which is from the central electrode and is surrounded by cathodes that are negatively charged The electropolishing medium is a liquid mixture of several acids and insoluble salts CCCXVII Đánh bóng điện hóa q trình khuếch tán có kiểm sốt, diễn dịng giới hạn hịa tan a nốt kim loại Hình 2.13 cho thấy mối quan hệ mật độ dòng điện điên áp cực dương Theo đó, bề mặt mờ xuất hai điểm A B đánh bóng đạt B C Dọc theo CD, hành động đánh bóng thơng thường, kèm theo rỗ bề mặt vỡ lớp a nốt q trình tiến hóa khơng khí (McGeough, 1974) Hình 2.14 cho thấy thành phần tế bào đánh bóng điển hình Do dịng điện chiều đưa vào phận, treo từ điện cực trung tâm bao quanh cực âm sạc Mỗi trường đánh bóng điện hóa hỗn hợp chất lỏng số axit muối không tan CCCXVIII CCCXX CCCXXI CCCXIX Điện cực dương Figure 2.13: Current density and anode potential during the EP CCCXXII process CCCXXIII Hình 2.13: Mật độ dịng điện điện cực dương q trình CCCXXIV đánh bóng điện hóa (EP) Chi tiết gia cơng Nguồn điện chiều dc pơwer supply WorkpÍ0Ctì Giá đỡ Rack Máy khuấy Slirítìr CCCXXV CCCXXVI Chất điện giải CCCXXVII Ca tốt Elủctrũlyte ữalhoda CCCXXVIII Dây làm ỏg n n CCCXXIX Figure 2.14: Electropolishing schematic CCCXXX CCCXXXI Hình 2.14: Sơ đồ đánh bóng điện hóa Minimum at the peaks of the surface irregularities resulting in the highest rate of anodic dissolution process (Fig 2.15) CCCXXXII Mức độ tối thiểu dẫn đến bất thường bề mặt diễn tốc độ cao q trình hịa tan a nốt (Hình 2.15) ữãthũda Khu vực mật độ cao H»gh curretTt ứơHÊÍty aw Tấm phim a nốt ý.i i:i- I Chất điện giải ■■ ICỉ CCCXXXIII i Khu vực mật độ thấp Luw curranl densíty area Ca tốt CCCXXXIV Figure 2.15: Electropolishing process CCCXXXV Hình 2.15: Quy trình đánh bóng điện Process parameters (thơng số trình) CCCXXXVI EP is affected by many parameters that have a direct impact on the produced surface quality and process productivity These include the following: Workpiece material and condition Original surface roughness Current density Applied voltage Acid type, temperature, and agitation CCCXXXVII During EP it is recommended that you use a proper electrolyte, maintain its temperature and chemical composition, and supply a ripplefree DC power at the correct voltage Table 3.2 presents suitable electrolyte conditions and current densities for electropolishing of different metals and alloys CCCXXXVIII Q trình đánh bóng điện hóa (EP) bị ảnh hưởng nhiều tham số có tác động trực tiếp đến chất lượng bề mặt sản xuất suất trình Chúng bao gồm yếu tố sau đây: Vật liệu tình trạng phơi Độ nhám bề mặt ban đầu Mật độ Điện áp áp dụng Loại axit, nhiệt độ phản ứng CCCXXXIX Trong trình đánh bóng điện (EP), bạn nên sử dụng chất điện phân thích hợp, trì nhiệt độ thành phần hóa học nó, đồng thời cung cấp nguồn điệnmột chiều mức điện áp xác Bảng 2.1 trình bày điều kiện phù hợp điện phân mật độ dòng điện kim loại hợp kim khác CCCXL CCCXLI Kim loại CCCXLIV CCCXLV Melal CCCXLVIII CCCLVII C Thép carbon CCCXLIX Thép không gỉ arixm Steel CCCLVIII CCCXLII CCCXLVI Elect niỊyte CCCLXVI 1S2 mLIICLO,, S tBÌnlesB Steel 7B5 CCCLXVIII 60 niL IIjO CCCLXIX CCCL Đồng CCCLI Đồng thau CCCXC alpha CCCLIX opper CCCLX 00% IlaPO41 20% IẸSO4, C CCCLXX 20% CCCLXXI 37% lpha brass CCCLXI P Applications (Ứng dụng) !í |PO( 56% gỉycerine, CCCLXXII CCCLXXXII 1.8 3t SOL,C CCCLXXXIII 1.Ũ at 1241'0 CCCLXXXIV lip A mật độ CCCXLVII Currení denaily, CCCLXXXI 0.01-O.Otì CCCLXVII mLacetic Hnhydnde CCCXLIII chất điện giải 7% 0.04 CCCLXXXV 0.11—0.35 at 5110 CCCXCI The EP process finds many applications which have been reported by www.globalstainlesstech.com/ and Brown (1998): Preparing surfaces for electroplating, which creates an opportunity for the best possible adherence Producing the ultimate finish for clean-room tables, chairs, and waste containers Polishing light íixtures of electrical conduits; outlet boxes; and medical, surgical, and food Processing equipment Deburring and breaking sharp edges resulted from hand filing and honing and grinding of cutting tools Metallographic examination Removing scale or distortions caused by annealing, nitriding, carburizing, welding, or soldering Removing skin that remains on metals after casting or forging, which allows for subsequent machining operations with less effort, time, and tool wear Removing hardened and stressed surface layers, which improve the surface life of a part Improving adhesion for coatings such as paint and plasma spraying 10 Smoothing of the surface to increase reílectivity and thus creating a bright appearance 11 Removing burrs, occlusions, and other metalworking marks, which makes it easier to clean the surface and avoid microbiological contaminants 12 Micromachining of metals and alloys 13 Polishing a large number of parts simultaneously CCCXCII nhiều qua Các ứng dụng gia cơng đánh bóng điện hóa tìm thấy CCCXCIII (1998): báo cáo trang www.globalstainlesstech.com/andBrown Chuẩn bị bề mặt để mạ điện, tạo điều kiện gia cơng tốt Sản xuất lớp hoàn thiện để làm phịng, bàn, ghế thùng rác Đánh bóng máng đèn luồng dây điện; hộp đầu ra; thiết bị y tế; phẫu thuật chế biến thực phẩm Mài giũa dụng cụ cắt, cạnh sắc bị vỡ hay gãy Kiểm tra kim loại học Loại bỏ cặn biến dạng ủ, thấm nito, thấm cacbon, hàn Loại bỏ lớp vỏ thừa lại kim lại sau đúc rèn, cho phép hoạt động gia công với cơng sức thời gian Loại bỏ lớp bề mặt cứng dày, giúp cải thiện tuổi thọ bề mặt số phận Cải thiện độ bám dính cho lớp phủ sơn, phun plasma 10 Làm mịn bề mặt để tăng khả phản xạ tạo vẻ ngồi sáng bóng 11 Loại bỏ gờ, vết cắt dấu hiệu gia công kim loại khác, giúp dễ dàng làm bề mặt tránh chất bẩn vi sinh 12 Vi kim loại hợp kim 13 Đánh bóng số lượng lớn đồng thời phận Process limitations (Hạn chế quy trình) • The process cannot smear over and cover up defects such as seams and nonmetallic inclusions in the metal • Multiphase alloys in which one phase is relatively resistant to anodic dissolution are usually not amenable to electropolishing • Rough scratches are not removed even by a considerable amount of electropolishing • Metals containing a high percentage of Silicon, lead, and sulfur can be troublesome • Electropolishing is more suitable for removing small scratches and imperfections than for smoothing out any type of surface waviness • Coatings, in contrast to wrought metals, will not polish to a brightness or smoothness • The base metal condition affects the electropolishing • Nonmetallic inclusions, improper annealing, overpickling, heat scale, large grain size, directional roll marks, and improper cold reduction leads to poor electropolished surfaces • Quy trình khơng thể lấp che khuyết tật gia công đường nối tập chất phi kim kim loại • Hợp kim nhiều pha pha tương đối chống a nốt thường đáp ứng với số q trình đánh bóng điện • Các vết xước thô ráp không loại bỏ sử dụng lượng lớn điện • Có thể gặp rắc rối với kim loại có hàm lượng silic, chì lưu huỳnh cao • Đánh bóng điện phù hợp để loại bỏ vết xước nhỏ khơng hồn hảo để làm mịn bề mặt • Sơn phủ, trái ngược với kim loại rèn, khơng đánh bóng đến độ sáng mịn định • Tình trạng kim loại ảnh hưởng đến q trình đánh bóng điện • Bao gồm phi kim loại, ủ khơng cạch, lựa chọn q mức quy mơ nhiệt, kích thước hạt lớn, dấu cuộn hướng giảm lạnh không thích hợp dẫnđến bề mặt đánh bóng điện ... Sau trình học mơn phương pháp gia cơng đặc biệt nhóm thầy Phạm Bá Khiển giao đề tài “ Tiểu luận phương pháp gia cơng hóa học( Chemical Processes)” làm tiểu luận báo cáo kết thúc môn Các công việc... 18DCKA3 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC XXI GVHD:Th.s Phạm Bá Khiển * Hai bước gia công hóa có ảnh hưởng đáng kể mặt phương pháp, vật liệu, thông số gia công bước tạo lớp bảo vệ (2) khắc hóa (3)... 18DCKA3 13 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC CVIII GVHD:Th.s Phạm Bá Khiển Trong suốt thời gian phay hóa (hình 2.1), độ sâu việc khắc kiểm soát thời gian ngâm chi tiết gia công Để tránh gia công không