bài giảng công nghệ gia công phi truyền thống

Dụng cụ bi mòn nhanh Yêu cầu vật liệu phôi dễ cắt độ cứng, độ bền, độ dai không lớn Có thể cắt các vật liệu khó gia công: cứng gốm, HK cứng, đá,thủy tinh, dai HK titan, thép không gỉ;

Trang 1

BỘ MễN DUYỆT

Chủ nhiệm Bộ mụn

TS Trần Đức Tăng

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG

(Dựng cho 03 tiết giảng)

Học phần: CễNG NGHỆ GC PHI TRUYỀN THỐNG

Bộ mụn: Cụng nghệ thiết bị và HKVT

• Cỏc nhúm phương phỏp gia cụng phi truyền thống: Cơ, nhiệt, húa…

• Cỏc cơ sở để lựa chọn phương phỏp

- Hỡnh thức tổ chức dạy học: Lý thuyết, thảo luận, tự học, tự nghiờn cứu.

- Thời gian: Lý thuyết, thảo luận: 3t; Tự học, tự nghiờn cứu: 6t

- Địa điểm: Giảng đường do P2 phõn cụng

- Nội dung chớnh:

1 Khỏi niệm, phõn loại GCPTT (1 tiết)

Dụng cụ và chi tiết luôn luôn tiếp xúc,

chuyển đông tơng đối, tơng tác lực với

nhau -> biến dạng, ma sát và mòn dụng

cụ

Dụng cụ và phôi không có tiếp xúc trực tiếp, lực tác dụng không có hoặc nhỏ => ít hoặc không có biến dạng Dụng cụ

bi mòn nhanh

Yêu cầu vật liệu phôi dễ cắt (độ cứng, độ

bền, độ dai không lớn) Có thể cắt các vật liệu khó gia công: cứng (gốm, HK cứng, đá,thủy tinh), dai (HK titan, thép không gỉ); phi kim

(polyme,composite), hình dạng chi tiết phức tạp hoặc thay

đổi (vải, giấy),

Hình dạng chi tiết không phức tạp và tiêu

chuẩn (tròn xoay, hộp, răng, ren, ) Hình dạng có thể phức tạp hơn: rãnh hoặc lỗ nhỏ; rãnh hoặc lỗ sâu; các hình trang trí, nghệ thuật,

Trang 2

Thiết bị, dụng cụ đơn giản, đã đợc chuẩn

hóa cao độ, sử dụng phổ cập Thiết bị và dụng cụ đặc biệt, đắt; điều khiển quá trình công nghệ khó khăn, nên chi phí gia công thờng cao

Năng suất gia công cao, chất lợng gia

công chấp nhận đợc, chi phí gia công

2 Đặc trưng và ứng dụng của GCPTT (2 tiết)

- Yờu cầu SV chuẩn bị:

Đọc trước TL1 và TL2 chương 1 tổng quan về cỏc PPGC đặc biệt

Bài giảng 2: Cỏc phương phỏp gia cụng cơ học

Chương 1 Mục 1.1 + 1.2 +1.3 +1.4

Tiết thứ: 4-6 Tuần thứ: 2

- Mục đớch, yờu cầu:

Nắm được cỏc PP gia cụng cơ: Gia cụng dựng siờu õm, Gia cụng bằng tia

nước, Gia cụng cú rung động và Cắt cao tốc (Nguyờn lý, thiết bị, chế độ cụng nghệ, khả năng cụng nghệ)

- Hỡnh thức tổ chức dạy học: Lý thuyết, thảo luận, tự học, tự nghiờn cứu

Trang 3

- Thời gian: Lý thuyết, thảo luận: 3; Tự học, tự nghiên cứu: 6t

- Địa điểm: Giảng đường do P2 phân công

- Nội dung chính:

1.1 Gia công dùng siêu âm

Bản chất: Hạt mài trong dung dịch, đợc truyền dao động tần số cao (siêu âm)

bắn phá, bào mòn vật liệu phôi

Quá trình

- Dung dịch chứa hạt mài đợc bơm vào khe giữa dụng cụ và phôi (khoảng 0,02-0,1mm);

- Dụng cụ dao động vuông góc với bề mặt gia công, với tần số siêu âm,

khoảng 16-25kHz, biên đ? khoảng 20-75µm;

- Hạt mài nhận năng lợng dao động, chuyển động với vận tốc cao, bắn phá, làm vỡ, mòn bề mặt phôi

- Dụng cụ chuyển động tịnh tiến dọc trục, thực hiện ăn dao theo phương Z;

- Nếu phôi chuyển động đọc theo X, Y thì có thể gia công như phay

Trang 4

1.2 Gia công bằng tia nước

1.3 Gia công bằng tia hạt mài

Trang 5

• Hệ thống cấp khí nén: máy nén khí, van điều áp, lọc, sấy, Nếu dùng khí khác thì cấp thẳng);

• Hệ thống cấp hạt mài (thùng, phễu);

• Buồng trộn khí - hạt mài, gồm sàng rung (điện - từ);

• Van và ống dẫn hỗn hợp khí - hạt mài đến vòi phun;

• Hệ thống gia công: vòi phun, bàn máy, trong buồng kín;

• Hệ thống thu hồi khí - hạt mài

- Yêu cầu SV chuẩn bị: Đọc trước TL1, TL2, chương 2: Các PP gia công cơ

Bài giảng 3: Các phương pháp gia công hóa học

• Nắm được về phương pháp gia công điện hóa: Nguyên lý, thiết bị, các thông số công nghệ, đặc điểm công nghệ và ứng dụng

- Hình thức tổ chức dạy học: Lý thuyết, thảo luận, tự học, tự nghiên cứu

Trang 6

2.1 Gia công bằng hoá học

Khi kim loại tác dụng với axit hay kiềm mạnh sẽ tạo thành muối hòa tan trong dung dịch Vì vậy những vùng kim loại tiếp xúc với hóa chất sẽ bị mòn đi, chỗ nào cần để lại thì đợc phủ lớp bảo vệ Hiện tượng này được dùng để gia công (khắc) chi tiết bằng kim loại Còn được gọi là khắc hóa (Chemical Etching);Các ứng dụng

- Tạo các hốc, rãnh nông, rộng trên các tấm, đĩa, vật rèn, đc,

- Thường đợc sử dụng trong kỹ thuật điện tử: làm mạch in, lò xo phẳng, vạch trên encoder, chíp IC, mắt sàng, lọc trong kỹ thuật y tế, lò vi sóng,

2.2 Gia công bằng điện hoá

Kết hợp điện năng với các phản ứng hóa học để ăn mòn vật liệu, ngược với quá trình mạ điện

Trang 7

• Dựa vào hiện tượng ăn mòn anot trong dung dịch điện ly, đặt trong điện trường Phôi được nối với cực dương, dụng cụ với cực âm của nguồn điện 1 chiều;

• Phôi và dụng cụ được ngăn cách bởi một lớp dung dịch điện phân, do bơm cung cấp

• Chất điện phân thường là muối (ví dụ NaCl) Trong dung dịch nó bị phân ly thành Ion dương và Ion âm;

• Ion âm liên kết với Ion kim loại trong cực dương (chi tiết) tạo thành muối, hòa tan trong dung dịch;

• Do vật liệu dơng cực bị tan, nó bị ăn mòn, chép lại hình của âm cực (dụng cụ);

• Thể tích kim loại bị cắt: V=CIt,

I- cường độ dòng điện, t- thời gian gia công, C- hệ số tỷ lệ

• Dung dịch điện phân được bơm qua khe hở giữa phôi và dụng cụ để lu chuyển ion và chất tạo thành;

• Vật liệu dụng cụ thờng là đồng, thép không gỉ, có hình dạng ngược với dạng phôi (âm bản) Vùng không tham gia cắt được phủ;

• Khe hở thường khoảng 0.003 - 0.030 in (0,076-0,76mm);

• Chất điện phân thường dùng là muối ăn

- Yêu cầu SV chuẩn bị: Đọc trước TL1, TL2, chương 3,4 các PP gia công hóa

học và điện hóa

Trang 8

Bài giảng 4: Các phương pháp nhiệt

3.1 Gia công dùng tia lửa điện

• 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 đ? 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;

Trang 9

• 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=4×104 ×ITw-1,23 (mm3/ph);

– Tốc độ tiêu hao vật liệu dụng cụ: Wt=11×103 ×ITt-2,38 (mm3/ph);– Tỷ số tiêu hao phôi - dụng cụ: R=MRR/Wt dao đ?ng trong khoảng 1,0-100, tùy thuộc cặp đi vật liệu

3.2 Gia công cắt dây

• Điện cực dạng dây, chạy liên tục Vùng gia công đợc tới hoặc ngâm trong

dung dịch điện môi

• Đường kính dây khoảng 0,003-0,012 in (0,076-0,3mm);

• Vật liệu dây có thể là đồng, volfram, molipden;

• Dung dịch điện môi có thể là nước hoặc dầu

• Bàn máy mang chi tiết chuyển động theo trục X, Y, tạo thành khe cắt hẹp;

Trang 10

- Yêu cầu SV chuẩn bị: Đọc trước TL1, TL2, chương 5 phần A, B PP gia công

Trang 11

- Thời gian: Lý thuyết, bài tập, thảo luận: 3; Tự học, tự nghiên cứu: 6t

3.3 Gia công bằng tia laser

• Nhờ khả năng hội tụ cao của laser, quang năng được 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 tạo ra

• Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả gia công:

– Độ phản quang của gương;

– Tính chất nhiệt (độ dẫn, nhiệt dung) của vật liệu phôi;

– Nhiệt độ nóng chảy của vật liệu phôi

Trang 12

3.4 Gia công bằng tia điện tử

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

• Khi bay trong điện trường 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, độ 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 thước và khốilượng của các photon rất nhỏ so với điện tử);

3 5 Gia công bằng plasma

• Plasma là trạng thái đặc biệt (thứ 4) 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 thường là khí trơ: H2, N2, He,

• Để ion hóa (tách điện tử khỏi phân tử khí), cần năng lượng: nhiệt, điện, quang(tia UV, laser) Nếu năng lượng không đủ, điện tử và ion trong plasma kết hợplại với nhau thành khí trơ

• Dòng plasma có thể được tăng tốc, lái bằng điện trường hoặc từ trường Nhờ

đó có thể điều khiển Plasma theo ý muốn

Trang 13

- Yêu cầu SV chuẩn bị: Đọc trước TL1, TL2, chương 5 phần C, D và E PP gia

• Thiết bị dùng trong công nghệ tái tạo

• Lĩnh vực ứng dụng công nghệ tái tạo

4.1 Khái niệm, phân loại

Trang 14

Trình tự thực hiện

1 Số hóa bề mặt (quét, dò)

Chọn thiết bị, chuẩn bị chi tiết, quét đ? thu nhận dữ liệu số Kết quả là lới

điểm hoặc đm mây điểm (point cloud data).

2 Xử lý dữ liệu điểm

Lọc nhiễu, ghép mảng, sắp xếp, đ? tạo thành một bộ dữ liệu tổng thể, rõ

ràng, chặt chẽ của đ?i tợng Kết quả là lới đa giác (polygon mesh) biểu diễn bề

mặt

3 Xuất kết quả

Tùy theo mục đch sử dụng mà kết quả có thể đợc xuất dới các dạng khác nhau:

- Chơng trình cho máy CNC;

- Dạng STL cho tạo mẫu nhanh

- Dạng bề mặt (NURBS) đ? tạo mô hình trong CAD

4.2 Thiết bị dùng trong công nghệ tái tạo

- Yêu cầu SV chuẩn bị: Đọc trước TL3, TL5

Trang 15

Bài giảng 7: Công nghệ tái tạo (tiếp)

• Phương pháp lấy mẫu tiếp xúc, không tiếp xúc

• Phần mềm dùng trong công nghệ tái tạo: Geomagic, Rapidform

4.3 Phần mềm dùng trong công nghệ tái tạo

- Rapidform XOR

- Geomagic Studio, Geomagic Spark

Trang 16

4.4 Trao đổi dữ liệu với CAD/CAM/CAE

Chương 4 Mục 4.5

- Mục đích, yêu cầu:

• Làm quen với thiết bị quét 3D handyscan

• Thực hành quét một số sản phẩm thật, xử lý dữ liệu quét trên phần mềm Geomagic, chuyển dữ liệu sang dạng STL và IGS

- Hình thức tổ chức dạy học: Thực hành, thảo luận, tự học, tự nghiên cứu

- Thời gian: Thực hành, thảo luận: 3; Tự học, tự nghiên cứu: 6t

- Địa điểm: Phòng thí nghiệm CAD/CAM bộ môn CNTB và HKVT

Trang 17

4.5 Thực hành với máy quét 3D handyscan và phần mềm Geomagic.

Nghiên cứu cơ sở về nguyên lý quét:

• Nhiệm vụ của bước quét là đo tọa độ (x, y, z) của các điểm trên vật, tạo ralới hoặc đám mây điểm tương ứng Bước này còn được gọi là số hóa (Digitizing)

• Có nhiều phương pháp số hóa khác nhau:

– Dùng máy đo tọa độ (Coordinate Measuring Machine - CMM);– Các phương pháp dùng thị giác máy (Computer Vision)

• Trước khi xuất hiện máy đo tọa độ, kích thước và vị trí các bề mặt được

đo, ghi thủ công

Tiến hành thực hành quét:

- Các mẫu vật sinh viên tự chọn

- Tiến hành quét -> xử lý dữ liệu ->thiết kế lại -> đánh giá sai số thiết kế

• Làm quen với thiết bị quét 3D handyscan

• Thực hành quét một số sản phẩm thật, xử lý dữ liệu quét trên phần mềm Geomagic, chuyển dữ liệu sang dạng STL và IGS

- Hình thức tổ chức dạy học: Thực hành, thảo luận, tự học, tự nghiên cứu

- Thời gian: Thực hành, thảo luận: 3; Tự học, tự nghiên cứu: 6t

- Địa điểm: Phòng thí nghiệm CAD/CAM bộ môn CNTB và HKVT

4.5 Thực hành với máy quét 3D handyscan và phần mềm Geomagic.

Trang 18

Tiến hành thực hành quét:

- Các mẫu vật sinh viên tự chọn

- Tiến hành quét -> xử lý dữ liệu ->thiết kế lại -> đánh giá sai số thiết kế

Bài giảng 11: Công nghệ tạo mẫu nhanh

Chương 5 Mục 5.1 + 5.2

• Nắm được tổng quan về công nghệ tạo mẫu nhanh

• Các phương pháp công nghệ tạo mẫu nhanh

• Ứng dụng của công nghệ tạo mẫu nhanh

- Có thể tạo mẫu để thử nghiệm, quảng cáo Prototyping); khuôn, lõi Tooling); chi tiết dùng ngay (R-manufacturing)

(R "Nhanh" không chỉ nhằm ám chỉ thời gian mà chủ yếu là chỉ quá trình tự

động, trực tiếp tạo vật thể từ mô hình CAD (Direct Digital, Additive,

On-demand Manufacturing, Solid freeform fabrication (SFF).

Trang 19

 Ưu điểm:

- Nhanh, thời gian không phụ thuộc độ phức tạp mà chỉ phụ thuộc kích thước vật thể;

- Tạo mẫu phức tạp, bề mặt tự do;

- Tính tự động hóa cao,không đi hỏi can thiệp, giám sát;

- Dễ thực hiện;

- Giảm chi phí tạo mẫu (không phải làm khuôn, gia công)

 Nhược điểm

- Độ chính xác, chất lượng bề mặt không cao (cỡ 0,1mm), bậc thang;

- Vật liệu ròn, kém bền, kém chịu nhiệt, chịu ẩm (tùy trường hợp);

5.2Các phương pháp tạo mẫu nhanh thường gặp

Các phuơng pháp

1 Stereolithography (STL, SLA) –in nổi

2 Selective Laser Sintering (SLS) – thiêu kết laser

3 Fused Deposition Modeling (FDM) - phun vật liệu lỏng

4 Three-Dimensional Printing (3-DP) – in 3D

5 Laminated Object Manufacturing (LOM) – tạo hình tù tấm

6 Objet Modeling (OJM)

Vật liệu: chuyên dùng, thờng bán theo máy; có thể ở dạng lỏng, bột, rắn

Bài giảng 12: Công nghệ tạo mẫu nhanh (tiếp)

Chương 5 Mục 5.2

Trang 20

• Nắm được quy trình tạo mẫu nhanh.

• Nắm được phương pháp Stereolithography (STL) và Selective Laser Sintering (SLS) (Nguyên lý và thiết bị, vật liệu, quá trình, hậu xử lý, khả năng công nghệ)

5.2 Các phương pháp tạo mẫu nhanh thường gặp

- Quy trình tạo mẫu nhanh

Gồm 5 bước 3 bước đầu chung cho mọi phương pháp.

1 Tạo mô hình CAD-3D (trực tiếp từ CAD hoặc RE);

2 Chuyển dữ liệu CAD thành dạng STL (Standard Triangulation Language);

3 Cắt mô hình STL thành từng lớp chiều dày xác định, tạo các lớp (mặt) cắt;

4 Tạo hình (điền vật liệu) theo từng lớp tương ứng (về hình dạng, chiều dày) với các lớp trong mô hình;

5 Hậu xử lý: bỏ xương đỡ (nếu có), làm sạch, làm chắc (nếu cần)

- Phương pháp Stereolithography (STL) – In nổi

 Bể chứa chất lỏng (cao su, polymer cảm quang - Photosensitive UV-curable resin/polymer); một tấm đỡ được ngâm trong bể, cách mặt chất lỏng 1 lớp mỏng, tạo thành màng chất lỏng trên bề mặt tấm đỡ

 Nguồn laser (He-Cd hoặc Ar) chiếu chùm tia cực tím (bước sóng 320-370 nm), làm đông cứng vị trí chiếu vào;

Định dạng
Số trang	26
Dung lượng	2,67 MB