các phương pháp gia công đặc biệt phương pháp nhiệt

Tia lửa điện phóng từ dụng cụ cực âm qua dung dịch điện môi sang phôi cực dơng.. Chỗ phóng điện hình thành "hố bom" Crater; • Dung dịch đợc bơm qua khe hở giữa dụng cụ và phôi, có 3 tác

3/31/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 1

C¸c ph¬ng ph¸p nhiÖt

(Thermal Processes)

GS TS §µo V¨n HiÖp Khoa Hµng kh«ng vò trô, Häc viÖn KTQS

1 C¾t b»ng tia löa ®iÖn (Electro-Discharge Machining)

2 C¾t d©y (Wire Electro-Discharge Machining)

3 C¾t b»ng tia laser (Laser Beam Machining)

4 C¾t b»ng tia ®iÖn tö (Electron Beam Machining)

5 C¾t b»ng plasma (Plasma Arc Machining)

1 Gia c«ng tia löa ®iÖn

(Electro-Discharge machining)

PGS TS §µo V¨n HiÖp Khoa Hµng kh«ng vò trô, Häc viÖn KTQS

3/31/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 3

1.1 EDM - Nguyên lý

• Nung chảy hoặc làm bay hơi vật liệu dẫn

điện (kim loại) do nhiệt năng của tia lửa điện

(8000-12000oC) Tia lửa điện phóng từ dụng

cụ (cực âm) qua dung dịch điện môi sang

phôi (cực dơng) Chỗ phóng điện hình thành

"hố bom" (Crater);

• Dung dịch đợc bơm qua khe hở giữa dụng

cụ và phôi, có 3 tác dụng:

– Khi điện áp thấp, cách điện Khi điện áp

đủ cao, bị ion hóa, cho tia lửa điện

phóng qua;

– Tải phế liệu khỏi vùng gia công;

– Tải nhiệt, làm nguội vùng gia công

• Hình dạng của phôi đợc chép từ hình dạng

dụng cụ nhng kích thớc lớn hơn (phải có

khe hở); Tiết diện phôi (và lỗ) có thể phức

tạp;

• Vật liệu phôi phải dẫn điện;

1.2 EDM - ThiÕt bÞ

C¸c bé phËn chÝnh

• T¹o xung tia löa ®iÖn;

• B¬m dung dÞch ®iÖn m«i;

• Di chôyÓn ®iÖn cùc;

• Phô trî: läc t¹p chÊt, ®iÒu khiÓn ¸p suÊt,

3/31/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 5

• Điện áp Vs: 80-100 V DC, xung khoảng 5kHZ Quá

trình nh sau:

– Đầu tiên tụ tích điện, chất điện môi cha dẫn điện nên

cha có dòng điện giữa 2 cực;

– Khi đạt đến điện áp nhất định, chất điện môi bị đánh

thủng (điện áp phóng Vb), dòng điên xuất hiện.

– Điện tử phóng từ cực âm sang cực dơng, trên đờng đi

va vào các phân tử chất điện môi (dầu, nớc), ion hóa

chúng Số lợng điện tử phóng sang cực dơng, ion

d-ơng sang cực âm tăng, dòng điện tăng lên;

– Động năng của các hạt biến thành nhiệt năng, nung

chảy hoặc làm bốc hơi vật liệu các điện cực.

– Ngay sau khi phóng, điện áp giảm nhanh, tia lửa bị

tắt,

– Quá trình tiếp diễn, khiến dòng điện có dạng xung.

• Bán kính tia lửa rất nhỏ (0,1-0,2mm) nhng năng

l-ợng tập trung rất cao, khiến vật liệu phôi bị nung

chảy hoặc bốc hơi, tạo thành hố (Crater);

• Số tia lửa phóng lớn, tần số cao (đến hàng nghìn

xung/giây), khiến quá trình cắt xảy ra nhanh

Vs - điện áp cung cấp; Vb - điện áp phóng; Vi - điện áp tức thời

• Các thông số công nghệ quan trọng:

– Dòng điện phóng (I);

– Tần số phóng tia lửa điện (hàng trăm đến hàng ngàn lần trong 1 giây).

– Năng suất gia công phụ thuộc dòng điện và nhiệt độ móng chảy của vật liệu phôi:

MRR=4  10 4  ITw-1,23 (mm 3 /ph);

– Tốc độ tiêu hao vật liệu dụng cụ: Wt=11  10 3  ITt-2,38 (mm 3 /ph);

– Tỷ số tiêu hao phôi - dụng cụ: R=MRR/Wt dao động trong khoảng 1,0-100, tùy thuộc cặp đôi vật liệu.

3/31/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 7

1.3 EDM - §Æc ®iÓm c«ng nghÖ

1.3 EDM - Đặc điểm công nghệ

• Khả năng công nghệ:

– MRR trong khoảng 2-400mm3/ph Năng suất cao đi kèm với cấu trúc thô và cơ tính thấp;

– Độ chính xác kích thớc phụ thuộc vật liệu phôi: 0,005-0,125mm;

– Độ nhám bề mặt phụ thuộc mật độ dòng điện và vật liệu phôi: Ra=0,05-12,5mcông nghệ mới, dùng dụng cụ dao động cho độ bóng cao hơn

• Vật liệu dụng cụ thờng là graphit, đồng, đồng - volfram, bạc - volfram,

• Ưu đểm

– Lực cắt nhỏ, không gây biến dạng, phá hỏng chi tiết, dụng cụ và lực kẹp nhỏ;– Chính xác cao (có thể đạt 0,0001" hay 0,0025mm);

– Cho phép gia công bề mặt phức tạp;

– Mòn dụng cụ không ảnh hởng (luôn luôn đợc cấp và bù);

– Không khó khăn khi gia công vật liệu cứng;

– Dễ dàng cắt chi tiết rất dày, lỗ sâu, rãnh hẹp

• Nhợc điểm:

Tạo ra bề mặt cứng, cấu trúc thô; lớp dới bề mặt có thể bị mềm; lỗ bị côn

3/31/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 9

1.4 C¸c d¹ng gia c«ng EDM

1.4 VÝ dô øng dông

3/31/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 11

1.4 Khoan EDM lỗ nhỏ

Khoan lỗ sâu, đờng kính nhỏ

- Dụng cụ quay giống nh khoan thông thờng,

đồng thời đợc cấp xung điện áp tạo tia lửa điện;

- Dung dịch điện môi đợc bơm qua lõi dụng cụ,

ăn mòn phôi thành hàng triệu hốc nhỏ, tạo

thành lỗ;

- Kích thớc lỗ đợc điều khiển thông qua đờng

kính của dụng cụ Dụng cụ đợc thay bằng hệ

thống thay dao tự động, nh máy CNC Vị trí và

chiều sâu lỗ đợc điều khiển bằng hệ CNC;

- Khoan EDM có nhiều điểm tơng tự nh khoan

thông thờng, nhng kết hợp đợc các u điểm của

EDM: gia công vật liệu cứng, lỗ sâu, không có

ba via,

- Có thể khoan lỗ đờng kính nhỏ đến 0,02-mm,

sâu đến 500mm, độ chính xác 0,002

3/31/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 13

2 C¾t d©y tia löa ®iÖn

(Wire Electro-Discharge machining)

GS TS §µo V¨n HiÖp Khoa Hµng kh«ng vò trô, Häc viÖn KTQS

2.1 Nguyªn lý c¾t

3/31/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 15

• Điện cực dạng dây, chạy liên

tục Vùng gia công đợc tới hoặc

ngâm trong dung dịch điện môi

• Đờng kính dây khoảng

• Bàn máy mang chi tiết chuyển

động theo trục X, Y, tạo thành

khe cắt hẹp;

2.1 Nguyên lý cắt

2.1 Nguyªn lý ®iÒu khiÓn

3/31/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 17

2.2 S¶n phÈm cña WEDM

3 gia c«ng b»ng tia laser

(Laser Beam machining)

GS TS §µo V¨n HiÖp Khoa Hµng kh«ng vò trô, Häc viÖn KTQS

3/31/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 19

3.1 Nguyên lý

• Cấp năng lợng từ đèn Flash, điện tử nhảy từ mức năng lợng cơ bản lên mức năng lợng cao Khi nhảy về, phát ra các photon (laser);

• 2 gơng phản chiếu, khiến các photon chạy

đi chạy lại, kích hoạt thêm các điện tử khác;

• 1 gơng chỉ phản chiếu 1 phần, cho một số photon lọt qua, hội tụ vào vùng gia công.

• Nhờ khả năng hội tụ cao của laser, quang

năng đợc tập trung rất cao, sinh nhiệt, làm

bốc hơi, ăn mòn vật liệu phôi;

• Lọai laser:

– Khí (CO2);

– Rắn: hồng ngọc tổng hợp, YAG (Ytri Nhôm

-Granat),

– Bán dẫn: Ge, Si, Ga,

• Luồng khí áp suất cao đợc dùng để tăng hiệu

quả cho quá trình: thổi nguội và các hạt xỉ

3/31/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 21

– Sinh vùng ảnh hởng nhiệt trên bề mặt: oxy hóa, ứng suất d, kết tinh lại,

– Không thuận lợi khi gia công các vật liệu dễ cháy: vải, giấy, cao su, chất

dẻo, (cần dùng khí trơ bảo vệ);

– Khả năng cắt trên tấm vật liệu dày thay đổi do khả năng hội tụ của tia laser

• ứng dụng

– Gia công các vật liệu cứng hoặc khó gia công;

– Gia công các lỗ, rãnh có tiết diện đặc biệt;

– Cắt đứt, pha, vạch dấu, đánh dấu vật liệu

3.2 Khả năng công nghệ và ứng dụng

4 gia c«ng b»ng tia ®iÖn tö

(Electron beam machining)

GS TS §µo V¨n HiÖp Khoa Hµng kh«ng vò trô, Häc viÖn KTQS

3/31/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 23

4.1 Nguyªn lý

• Tia điện tử sinh ra nhờ hiệu điện áp giữa cathode và lới, hội tụ do lới có

dạng cầu lõm;

• Khi bay trong điện trờng giữa cathode và anode, các điện tử tăng tốc (tới

khoảng 3/4C) và qua van

• Qua thấu kính từ (Magnetic Len), tia hội tụ trên bề mặt phôi, năng lợng tập trung mật độ cao, đủ nung chảy và làm bốc hơi vật liệu

• Vùng gia công phải đặt trong chân không để tránh các điện tử khỏi bị cản

trở và va đập bởi các phân tử không khí (tia laser không cần vì kích thớc và khối lợng của các photon rất nhỏ so với điện tử);

4.1 Nguyên lý

3/31/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 25

• Cơ chế bóc vật liệu: nung chảy, bốc hơi;

• Cần môi trờng chân không;

• Dụng cụ cắt: tia điện tử vận tốc cao;

• Năng suất lớn nhất: MRR=10mm3/ph;

• Suất tiêu thụ năng lợng cao: 450W/mm3/ph;

• Các thông số công nghệ quan trọng: điện thế tăng tốc, đờng kính tia, tốc độ ăn dao, nhiệt độ nóng chảy;

• Vật liệu: gần nh mọi vật liệu (không sợ cháy nh laser vì cắt trong chân không);

• Dạng bề mặt gia công: lỗ sâu, đờng cong trên tấm phẳng, rãnh hẹp;

• Độ chính xác và chất lợng bề mặt gia công tốt hơn LBM.

• Thiết bị đắt tiền.

4.2 Đặc điểm công nghệ và ứng dụng

5 C¾t Plasma (Plasma arc machining)

GS TS §µo V¨n HiÖp Khoa Hµng kh«ng vò trô, Häc viÖn KTQS

3/31/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 27

5.1 Plasma

của vật chất: chất khí bị ion hóa, chứa các điện tử và các ion dơng chuyển động tự do.

• Chất khí để tạo plasma thờng là khí trơ: H2, N2, He,

• Để ion hóa (tách điện tử khỏi phân

tử khí), cần năng lợng: nhiệt, điện, quang (tia UV, laser) Nếu năng lợng không đủ, điện tử và ion trong

plasma kết hợp lại với nhau thành khí trơ.

• Dòng plasma có thể đợc tăng tốc, lái bằng điện trờng hoặc từ trờng

Nhờ đó có thể điều khiển Plasma theo ý muốn.

• Plasma sinh ra dới dạng cột hồ quang giữa điện cực âm volfram trong đèn phát (torch) và cực dơng (chi tiết) Giữa đờng, cột hồ quang bị thắt lại, có nhiệt độ cực cao (15.000-20.000oC), gọi là hồ quang plasma - Plasma Arc Chất khí ion hóa (Primary Gas) là tác nhân tạo plasma.

• Một luồng khí (Secondary Gas) thổi vào chi tiết, làm nóng chảy vật liệu và thổi vật liệu lỏng khỏi vùng gia công Có thể chọc thủng tấm kim loại dày 150mm

3/31/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 29

– Dùng plasma không chỉ cắt mà có thể hàn, phủ kim loại;

– Chủ yếu dùng pha, cắt vật liệu tấm;

– Khoét lỗ, cắt các đờng cong;

– Có thể dùng đầu cắt cầm tay hoặc điều khiển CNC

5.2 đặc điểm và ứng dụng