PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT Trang - 9 - II. Phân loại các phương pháp gia công đặc biệt : Các phương pháp gia công đặc biệt được phân loại dựa trên năng lượng chủ yếu đưa vào vùng gia công. Do đó được chia làm 4 nhóm chính : CƠ - ĐIỆN - NHIỆT - HÓA. 1. Nhóm cơ : Năng lượng cơ ở đây có dạng khác với tác động của một dụng cụ cắt thông thường được sử dụng trong các phương pháp gia công truyền thống. Sự mài mòn vật liệu của chi tiết gia công bằng dòng hạt mài hay dòng lưu chất (hoặc kết hợp cả hai) chuyển động với vận tốc cao là một dạng tác động cơ điển hình của phương pháp gia công này. 1. Thép 45 2. Thép 2Cr13 3. Thép Cr18Ni9Ti 4. Thép EI 395 5. Thép 4Cr12Ni8 6. Thép EI 376 7. Thép EI 827 8. Hợp kim EI 867 9. Thép Jsi 6-Co Hình 1.1 : Mối quan hệ tương hỗ giữa các tính chất cơ-lý của vật liệu bền nóng (a) và có độ bền cao (b) với khả năng gia công bằng cắt a) b) PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT Trang - 10 - 2. Nhóm điện : Những phương pháp thuộc nhóm này sử dụng năng lượng điện hóa để tách bóc vật liệu, cơ chế ngược lại với quá trình mạ điện. 3. Nhóm nhiệt : Phương pháp này dùng năng lượng nhiệt tác dụng vào những bề mặt làm việc với diện tích tiếp xúc nhỏ làm cho lớp vật liệu này bò tách ra bằng cách nóng chảy hoặc bay hơi. 4. Nhóm hóa : Hầu hết các vật liệu (đặc biệt là kim loại) đều dễ bò tác động hóa học bởi một vài chất axít hoặc chất ăn mòn nào đó. Trong gia công hóa, người ta sử dụng sự ăn mòn đó để bóc tách lớp vật liệu ở một vùng nhỏ trên bề mặt chi tiết, trong khi những bề mặt khác không gia công thì được bảo vệ. III. Đặc trưng của các phương pháp gia công đặc biệt : - Bảng dưới đây nêu lên một số tóm tắt của các phương pháp gia công đặc biệt. Khi khảo sát những bảng này ta cần nhắc lại thông số của phương pháp tiện truyền thống : Độ nhám bề mặt đạt từ 0,81÷6,1 μm, tốc độ bóc vật liệu từ 2,73÷1,6 m 3 /s, tốc độ vòng từ 100÷1000 vòng/phút, độ chính xác có thể đạt được từ 0,05÷0,08 mm. - Đặc trưng của phương pháp gia công đặc biệt là có năng suất bóc kim loại thấp so với gia công cắt gọt, có công suất riêng rất cao, đạt độ chính xác gia công cao ở những tốc độ gia công thấp, và thường thì ít làm hỏng bề mặt vật liệu hơn so với phương pháp gia công truyền thống. PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT Trang - 11 - Bảng 1.1 : Phương pháp gia công đặc biệt bằng phương pháp cơ. Phương pháp Độ nhám bề mặt (:m) Năng suất bóc kim loại (dm 3 /ph) Công suất riêng (HP/cm 3 . ph) Vận tốc gia công hay vận tốc thâm nhập (mm/ph) Độ chính xác (mm) Gia công dòng hạt mài 0,76÷7,6 Thấp Thấp 0,025 ÷ 0,1524 Gia công bằng tia nước 0,4÷1,8 Rất thấp Phụ thuộc vật liệu 0,0127 Gia công tia nước có hạt mài 1,25÷1,9 1,6 . 10 3 15÷2540 0,12 Gia công bằng siêu âm 0,4÷1,6 0,8 . 10 3 12,2 0,5÷3,8 Bảng 1.2 : Phương pháp gia công đặc biệt bằng phương pháp điện hóa. Phương pháp Độ nhám bề mặt (:m) Năng suất bóc kim loại (dm 3 /ph) Công suất riêng (HP/cm 3 . ph) Vận tốc gia công hay vận tốc thâm nhập (mm/ph) Độ chính xác (mm) Gia công điện hóa 0,4÷1,8 0,001 (W,Mo) 0,0026 (Cl) 0,002(thép,Al) 0,01 (Cu) 500 2,54÷12,7 0,0254 ÷ 0,1254 Gia công mài điện hóa 0,2÷0,8 0,00016 (Cl) 0,002 (Al) 0,0042 (Cu) 0,0021 (Fe,Ti) 1,5÷3,05 0,0127 ÷ 0,1524 Làm sạch bavia bằng điện hóa 0,4÷1,6 1,5÷3,05 0,0254 hay 5% đường kính lỗ PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT Trang - 12 - Bảng 1.3 : Phương pháp gia công đặc biệt bằng phương pháp nhiệt. Phương pháp Độ nhám bề mặt (:m) Năng suất bóc kim loại (dm 3 /ph) Công suất riêng (HP/cm 3 . ph) Vận tốc gia công hay vận tốc thâm nhập (mm/ph) Độ chính xác (mm) Gia công bằng tia lửa điện 0,8÷2,6 2,5 12,7 0,004÷0,05 0,12 Gia công cắt dây tia lửa điện 0,8÷1,6 (0,16÷0,5) 10 -2 2,5 100÷254 0,0025 ÷ 0,005 Gia công bằng chùm điện tử 0,8÷6,3 0,8.10 3 609 152 0,005 ÷ 0,025 Gia công bằng tia Laser 0,8÷6,3 0,5.10 3 3658 2,54÷101 0,0127 ÷ 0,013 Gia công bằng dòng hồ quang Plasma 0,6÷12,5 0,16 1,25 2,54÷304 0,5÷3,4 Bảng 1.4 : Phương pháp gia công đặc biệt bằng phương pháp hóa. Phương pháp Độ bóng bề mặt (:m) Năng suất bóc kim loại (dm 3 /ph) Công suất riêng (HP/cm 3 .ph) Vận tốc gia công hay vận tốc thâm nhập (mm/ph) Độ chính xác (mm) Gia công hóa 1,6÷6,3 0,5 0,025÷0,05 0,025 ÷ 0,15 Gia công quang hóa 1,6 ÷ 6,35 0,5 0,01÷0,05 0,025 ÷ 0,05 Năng lượng hóa 537)2150 (A/m 2 ) công suất 1 chiều PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT Trang - 13 - IV. Tính ưu việt của các phương pháp gia công đặc biệt : So với những phương pháp cắt gọt thông thường, các phương pháp gia công đặc biệt có những đặc tính ưu việt sau đây : 1. Có khả năng gia công tất cả các loại vật liệu với bất kỳ tính chất cơ lý nào vì chúng không ảnh hưởng nhiều đến năng suất và chất lượng. Đây là điểm nổi bật nhất. 2. Không cần sử dụng các dụng cụ chuyên dùng hoặc các vật liệu mài (trừ phương pháp cơ điện hóa). 3. Tiết kiệm rất lớn nguyên vật liệu : nhất là khi gia công đá quý như hồng ngọc, kim cương, thạch anh và các loại vật liệu đơn tinh thể dùng trong công nghệ chế tạo transitor. 4. Đạt độ chính xác gia công cao : có thể gia công các lỗ cực nhỏ hoặc các lỗ đòi hỏi độ chính xác cao từ 2÷5 μm, gia công các ống dẫn của hệ thống thủy lực yêu cầu không có bavia hoặc vết xước ở các khớp nối. 5. Có thể gia công từng chỗ trên một chi tiết rất lớn 6. Có khả năng hoàn toàn cơ khí hóa và tự động hóa, năng suất cao. Điểm qua các đặc tính ưu việt kể trên, ta thấy triển vọng của các phương pháp gia công đặc biệt rất to lớn. Hiện nay ở các nước công nghiệp tiên tiến đã chế tạo nhiều loại máy chuyên dùng cho từng phương pháp gia công và đã sử dụng rộng rãi trong ngành chế tạo máy. PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT Trang - 14 - Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ A - PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BẰNG SIÊU ÂM : ( Ultralsonic Machining - USM ) Mục tiêu : Sau khi học nghiên cứu xong chương này, người nghiên cứu có khả năng sau - Hiểu khái niệm gia công bằng siêu âm. - Hiểu, biết nguyên lý gia công bằng siêu âm. - Tường minh về cơ sở lý thuyết gia công bằng siêu âm. - Biết tường tận các thông số công nghệ. - Tường minh một số công nghệ gia công bằng siêu âm. I. Khái niệm : - Gia công bằng siêu âm là truyền dao động vào vùng cắt dưới tần số siêu âm. Dao động này va đập vào hạt mài, hạt mài va đập vào vùng cắt tạo nên bề mặt cần gia công. - Siêu âm là sóng đàn hồi có tần số từ 20 kHz ÷ 1 GHz, nhưng dùng để gia công chỉ với tần số từ 15÷30 kHz. Máy siêu âm dùng để gia công các chi tiết chế tạo từ vật liệu cứng và dòn như thủy tinh, gốm sứ, đá, germani, hợp kim cứng, kim cương .v.v. II. Nguyên lý gia công : - Gia công bằng siêu âm các vật thể rắn chủ yếu là ứng dụng tán sắc của siêu âm. PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT Trang - 15 - - Gia công bằng siêu âm các vật thể rắn thực chất là ứùng dụng sự cọ sát cơ học của môi trường hai pha để tạo nên tác dụng gia công. - Giả thiết trong một môi trường chất lỏng tồn tại chất rắn có sợi xốp. Dưới tác dụng của sóng siêu âm có tần số trung bình, các phân tử của chất lỏng chuyển động theo đúng chuyển động của âm trường, còn phân tử chất sợi thì đứng yên. Sau đó do tác dụng cọ sát của chất lỏng, có những phân tử nhỏ rơi rụng từ các sợi vật thể rắn. Người ta có thể tăng cường tác dụng đó bằng cách rắc thêm vào bột thạch anh mòn như là một pha thứ ba. Các bột thạch anh cứng, sắc cạnh, lơ lửng sẽ chuyển động theo âm trường, và chất lỏng với mức độ chuyển động nhiều hay ít tương ứng với kích thước của chúng. Trong quá trình chuyển động, chúng gọt giũa vật thể rắn. - Nguyên lý gia công một cách tổng quát : . Dao động có tần số từ 18-30 kHz được máy phát siêu âm (6) truyền đến bộ biến từ (5). Tại đây dao động biến thành dao Hình 2.1 : Nguyên lý gia công PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT Trang - 16 - động cơ học, có cùng tần số, còn biên độ dao động trong khoảng 5÷10 μm, để có thể nhận được biên độ dao động cần thiết cho việc gia công 30÷80 μm cần phải có thanh truyền (4) đặt sau bộ biến từ (5). . Dụng cụ (3) có hình dạng theo yêu cầu gia công đïc lắp vào đầu của thanh truyền (4). Dung dòch hạt mài (7) được đưa vào vùng gia công ở phía đầu dụng cụ. Tổng hợp chuyển động (2) được gá đặt trên bàn máy (1) bàn máy có thể chuyển động theo hai phương thẳng đứng do đầu máy thực hiện. . Khi chi tiết gia công cố đònh thì có thể gia công được lỗ thông hoặc lỗ không thông, lỗ đònh hình hoặc cong, cắt rãnh, cắt đứt . . . nếu cung cấp cho phôi hoặc dung dòch thêm một chuyển động phụ thì có thể thực hiện được các nguyên công phay, mài, tiện, cắt đứt, cắt riêng. - Để gia công bằng siêu âm, cần phải có máy phát siêu âm. Siêu âm được dẫn vào đầu biến từ để tạo nên các dao động cơ học có biên độ cần thiết. Thiết bò này làm việc trên cơ sở sự thay đổi chiều dài của một số kim loại (hiện tượng “co ngắn nhiễm từ”) như sắt, nikel, cobal và các hợp kim của chúng, dưới tác động của điện trường hoặc từ trường. Hiện tượng này được gọi là từ giảo và đầu biến từ là thành phần chính yếu trong máy gia công bằng siêu âm. - Nguyên lý làm việc của đầu biến từ được trình bày như hình 2.2. Dòng điện có tần số cao của máy phát siêu âm được đưa vào cuộn dây kích thích 2 tạo nên từ trường thay đổi có cùng tần số tác động vào lõi 1 của bộ rung động. Lõi 1 được chế tạo từ các tấm kim loại có tính từ giảo. Để sử dụng đặc tính từ giảo tốt hơn, ta tạo thêm một từ trường không đổi bằng hai cuộn dây từ hóa 4 lắp trên lõi từ 3. Dao động dọc xuất hiện do từ giảo trong bộ rung động có biên độ từ 5÷10 μm được truyền qua thanh truyền 6. Thanh này được lắp giữa hai vòng kẹp 5, . liệu 0,0 127 Gia công tia nước có hạt mài 1 ,25 ÷1,9 1,6 . 10 3 15 25 40 0, 12 Gia công bằng siêu âm 0,4÷1,6 0,8 . 10 3 12, 2 0,5÷3,8 Bảng 1 .2 : Phương pháp gia công đặc biệt bằng phương pháp. 0,8÷1,6 (0,16÷0,5) 10 -2 2, 5 100 25 4 0,0 025 ÷ 0,005 Gia công bằng chùm điện tử 0,8÷6,3 0,8.10 3 609 1 52 0,005 ÷ 0, 025 Gia công bằng tia Laser 0,8÷6,3 0,5.10 3 3658 2, 54÷101 0,0 127 ÷ 0,013 Gia công. (W,Mo) 0,0 026 (Cl) 0,0 02( thép,Al) 0,01 (Cu) 500 2, 54÷ 12, 7 0, 025 4 ÷ 0, 125 4 Gia công mài điện hóa 0 ,2 0,8 0,00016 (Cl) 0,0 02 (Al) 0,00 42 (Cu) 0,0 021 (Fe,Ti) 1,5÷3,05 0,0 127 ÷ 0,1 524 Làm