Gia công không truyền thống trong gia công cơ khí

NỘI DUNG6.1 CÁC QUÁ TRÌNH GIA CÔNG CƠ NĂNG6.2 CÁC QUÁ TRÌNH GIA CÔNG CẮT GỌT ĐIỆN HÓA6.3 CÁC QUÁ TRÌNH GIA CÔNG NHIỆT NĂNG6.4 GIA CÔNG CẮT GỌT HÓA HỌC6.5 NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN CHÚ Ý TRONG CÁC ỨNG DỤNGCác quá trình gia công cắt gọt thông thƣờng (nghĩa là tiện, khoan,phay) sử dụng một dao cắt sắc để hình thành phoi từ vật gia công bằngsự biến dạng cắt.Ngoài những phƣơng pháp thông thƣờng này ra, có một nhóm cácquá trình sử dụng các cơ chế khác để cắt gọt vật liệu gọi là gia công cắtgọt không truyền thống (nontraditional machining, trong nhóm cácquá trình này sẽ cắt gọt vật liệu dƣ gia công bằng những kỹ thuật khácnhau liên quan đến cơ năng, nhiệt năng, điện năng hoặc hóa năng (hoặccác dạng kết hợp của các loại năng lƣợng này). Về bản chất chúng khôngsử dụng một dao cắt sắc nhƣ thông thƣờng.

CÁC PHƢƠNG PHÁP GIA CÔNG CẮT GỌT KHÔNG TRUYỀN THỐNG NỘI DUNG 6.1 CÁC QUÁ TRÌNH GIA CÔNG CƠ NĂNG 6.2 CÁC QUÁ TRÌNH GIA CÔNG CẮT GỌT ĐIỆN HÓA 6.3 CÁC QUÁ TRÌNH GIA CÔNG NHIỆT NĂNG 6.4 GIA CÔNG CẮT GỌT HÓA HỌC 6.5 NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN CHÚ Ý TRONG CÁC ỨNG DỤNG Các trình gia công cắt gọt thông thƣờng (nghĩa tiện, khoan, phay) sử dụng dao cắt sắc để hình thành phoi từ vật gia công biến dạng cắt Ngoài phƣơng pháp thông thƣờng ra, có nhóm trình sử dụng chế khác để cắt gọt vật liệu gọi gia công cắt gọt không truyền thống (nontraditional machining, nhóm trình cắt gọt vật liệu dƣ gia công kỹ thuật khác liên quan đến năng, nhiệt năng, điện hóa (hoặc dạng kết hợp loại lƣợng này) Về chất chúng không sử dụng dao cắt sắc nhƣ thông thƣờng Các trình không truyền thống đƣợc phát triển mạnh từ chiến tranh giới lần thứ II tƣơng ứng với yêu cầu gia công cắt gọt không thƣờng thấy thực đƣợc phƣơng pháp truyền thống Các yêu cầu tầm quan trọng thƣơng mại, công nghệ trình không truyền thống bao gồm:  Nhu cầu gia công vật liệu kim loại phi kim loại đƣợc phát triển Những vật liệu thƣờng có tính chất đặc biệt (ví dụ, độ bền cao, độ cứng cao độ bền cao) làm cho chúng khó gia công cắt gọt phƣơng pháp thông thƣờng  Nhu cầu dùng cho hình dáng hình học không bình thƣờng và/hoặc phức tạp chi tiết mà thực đƣợc dễ dàng đạt đƣợc gia công cắt gọt thông thƣờng  Nhu cầu để tránh hƣ hại bề mặt thƣờng kèm theo ứng suất đƣợc tạo phƣơng pháp gia công cắt gọt thông thƣờng Nhiều yêu cầu liên quan tới ngành công nghiệp hàng không điện tử tăng trƣờng đáng kể thập kỷ gần Các trình không truyền thống thƣờng đƣợc phân loại tƣơng ứng với dạng lƣợng đƣợc sử dụng có tác dụng cắt gọt vật liệu phân loại này, có bốn loại: Cơ (mechanical): số dạng khác với hành động dao cắt thông thƣờng đƣợc sử dụng trình không truyền thống Sự bào mòn vật liệu gia công dòng bột mài dung dịch có vận tốc cao (hoặc hai) dạng điển hình tác động học trình Điện (electrical): Các trình không truyền thống sử dụng lƣợng điện hóa để cắt gọt vật liệu; chế ngƣợc lại với mạ điện Nhiệt (thermal): trình sử dụng nhiệt để cắt tạo hình chi tiết gia công Nhiệt nói chung đƣợc áp dụng cho phần nhỏ bề mặt gia công, làm cho phần bị cắt gọt nóng chảy và/hoặc bốc vật liệu Nhiệt đƣợc tạo chuyển đổi điện Hóa (chemical): đa số vật liệu (đặc biệt kim loại) nhạy cảm với công hóa học số a xít chất tẩm thực định Trong gia công cắt gọt hóa học, hóa chất cắt gọt có lựa chọn vật liệu khỏi phần định chi tiết gia công, phần khác bề mặt đƣợc bảo vệ che đậy 6.1 CÁC QUÁ TRÌNH GIA CÔNG CƠ NĂNG Trong phần này, xem xét nhiều trình gia công không truyền thống: (1) gia công cắt gọt siêu âm, (2) cắt tia nƣớc, (3) cắt tia nƣớc bột mài, (4) gia công cắt gọt tia bột mài 6.1.1 Gia công cắt gọt siêu âm Gia công cắt gọt siêu âm (Ultrasonic machining) (USM) trình gia công cắt gọt không truyền thống hạt bột mài có dung dịch hỗn hợp vật liệu mài đƣợc điều khiển vận tốc cao so với vật gia công loại dao rung động biên độ thấp – khoảng 0,075 mm (0,003 in) tần số cao – khoảng 20.000 Hz Dao rung động theo hƣớng vuông góc với bề mặt vật gia công, đƣợc chạy chậm vào vật gia công, cho hình dáng dao đƣợc hình thành chi tiết nhờ tác động bột mài, bắn phá vào bề mặt gia công, hình thành nên động tác cắt Sự bố trí tổng quát trình USM đƣợc minh hoạt hình 26.1 Hình 26.1 Gia công cắt gọt siêu âm Các vật liệu dao thông dụng đƣợc sử dụng USM bao gồm thép mềm thép không gỉ Các vật liệu mài USM bao gồm bo nitrit, bo carbide, nhôm ôxít, silic cảbide, kim cƣơng Kích thƣớc hạt (phần 16.1.1) có phạm vi từ 100 đến 200 Biên độ rung đƣợc thiết lập xấp xỉ với kích thƣớc hạt, kích thƣớc khe hở đƣợc trì gấp hai lần kích thƣớc hạt Với mức độ đáng kể, kích thƣớc hạt xác định độ bóng bề mặt bề mặt gia công Ngoài độ bóng bề mặt ra, tốc độ cắt gọt vật liệu biến số chất lƣợng quan trọng gia công cắt gọt siêu âm Đối với vật liệu gia công định, tốc độ cắt gọt vật liệu USM tăng với việc tăng tần số biên độ rung, nhƣ đƣợc trình bày hình 26.2 Hỗn hợp vật liệu USM gồm hỗn hợp nƣớc với hạt bột mài Nồng độ bột mài nƣớc có phạm vi từ 20% đến 60% Hỗn hợp vật liệu phải đƣợc chuyển động tuần hoàn để mang hạt vào hoạt động khe hở dao vật gia công Nó rửa phoi bào mòn hạt đƣợc tạo trình cắt Hình 26.2 Ảnh hưởng tần số dao động biên độ lên tốc độ cắt gọt vật liệu USM 6.1.2 Các trình gia công sử dụng tia nƣớc tia bột mài Các trình đƣợc mô tả phần cắt gọt vật liệu tia nƣớc, bột mài kết hợp hai với vận tốc áp lực cao Cắt tia nước: cắt tia nước water jet cutting – WJC) sử dụng tia nƣớc mảnh, áp lực cao vận tốc lớn trực tiếp vào bề mặt gia công để gây cắt vật gia công, nhƣ đƣợc minh họa hình 26.3 Tên gọi gia công cắt gọt thủy lực động (hydrodynamic machining) đƣợc sử dụng cho trình này, nhƣng cắt tia nƣớc dƣờng nhƣ thuật ngữ đƣợc sử dụng thông dụng ngành công nghiệp Để có đƣợc tia nƣớc mảnh, cần sử dụng vòi phun nhỏ có độ mở đƣờng kính từ 0,1 đến 0,4 mm (0,004 đến 0,016 in) Để đƣa tia nƣớc có lƣợng vừa đủ dùng để cắt, cần có áp lực lên tới 400 MPa (60,000 lb/in2), tia có vận tốc lên tới 900 m/s (3000 ft/sec) Dung dịch đƣợc điều áp tới mức mong muốn máy bơm thủy lực Khối vòi phun gồm kẹp đƣợc chế tạo thép không gỉ vòi phun đƣợc chế tạo đá quí saphia, hồng ngọc kim cƣơng Kim cƣơng có tuổi thọ dài nhƣng giá thành lại đắt Các hệ thống lọc phải đƣợc sử dụng WJC để tách biệt mạt kim loại đƣợc tạo lúc cắt Các tham số quan trọng trình bao gồm khoảng cách làm việc, đƣờng kính độ mở vòi phun, áp lực nƣớc tốc độ chạy dao cắt Nhƣ hình 26.3, khoảng cách làm việc (standoff distance) cách biệt lỗ mở vòi phun bề mặt gia công Nói chung ngƣời ta muốn dùng khoảng cách nhỏ để tối thiểu hóa phân tán luồng dung dịch trƣớc bắn phá bề mặt Một khoảng cách làm việc điển hình 3,2 mm (0,125 in) Kích thước lỗ mở vòi phun ảnh hƣởng đến độ cắt xác; lỗ mở nhỏ đƣợc sử dụng cắt mịn vật liệu mỏng Để cắt nguyên liệu dày hơn, cần có tia dày áp lực lớn Tốc độ chạy dao cắt vận tốc mà vòi phun WJC cắt ngang đƣờng cắt Các tốc độ chạy dao điển hình có phạm vi từ mm/s (12 in/min) đến 500 mm/s (1200 in/min), phụ thuộc vào vật liệu gia công độ dày Quá trình WJC thƣờng đƣợc tự động hóa sử dụng điều khiển số máy tính rô bốt công nghiệp để thao tác khối vòi phun dọc theo quĩ đạo mong muốn Cắt tia nƣớc đƣợc sử dụng hiệu để cắt đƣờng cắt hẹp nguyên liệu phẳng chẳng hạn nhƣ chất dẻo, hàng dệt, compozit, gạch lát, thảm, da bìa cứng Các trạm ngƣời máy đƣợc lắp đặt vòi phun WJC nhƣ công cụ rô bốt tuân theo mẫu cắt không phân bố theo ba chiều, chẳng hạn nhƣ cắt hoàn thiện bảng điều khiển ô tô trƣớc lắp ráp Trong ứng dụng này, ƣu điểm WJC bao gồm (1) vỡ nát đốt cháy bề mặt gia công nhƣ thƣờng có trình gia công học nhiệt khác, (2) Tối thiểu hóa tổn thất vật liệu khe hở cắt hẹp, (3) không gây ô nhiễm môi trƣờng (4) dễ dàng tự động hóa trình sử dụng điều khiển số rô bốt công nghiệp Hạn chế WJC trình không phù hợp để cắt vật liệu giòn (ví dụ thủy tinh) dễ bị nứt vỡ trong trình cắt Cắt tia nước bột mài: WJC đƣợc sử dụng dựa chi tiết gia công kim loại, hạt mài thƣờng phải đƣợc bổ sung thêm cho luồng phun để cắt cách dễ dàng Quá trình đƣợc gọi cắt tia nước bột mài (abrasive warter jet cutting – AWJC) Việc đƣa hạt mài vào luồng làm phức tạp trình bổ sung thêm số lƣợng tham số loại bột mài, kích thƣớc hạt tốc độ luồng phun Nhôm ôxít, silic điôxít garnet (khoáng chất silicat) vật liệu mài điển hình đƣợc sử dụng, kích thƣớc hạt có phạm vi từ 60 đến 120 Các hạt mài đƣợc bổ sung vào tia nƣớc với tốc độ xấp xỉ 0,25 kg/phút (0,5 lb/min) sau khỏi vòi phun WJC Các tham số trình lại bao gồm tham số thông thƣờng với WJC: đƣờng kính lỗ mở vòi phun, áp lực nƣớc khoảng cách làm việc Các đƣờng kính lỗ mở vòi phun từ 0,25 – 0,63 mm (0,010 – 0,025 in) – lớn chút so với cắt tia nƣớc phép tốc độ luồng cao nhiều lƣợng đƣợc chứa luồng trƣớc phun bột mài Các áp lực nƣớc gần giống nhƣ WJC Các khoảng cách làm việc chút để tối thiểu hóa ảnh hƣởng phân tán dung dịch cắt chứa hạt bột mài Các khoảng cách làm việc điển hình nằm ¼ đến ½ so với khoảng cách WJC Gia công cắt gọt tia bột mài: Không nên nhầm lẫn AWJC với trình đƣợc gọi gia công cắt gọt tia bột mài Gia công cắt gọt tia bột mài (abrasive jet machining – AJM) trình cắt gọt vật liệu nhờ tác động luồng khí vận tốc cao chứa hạt bột mài nhỏ, trình bày hình 26.4 Khí khô áp lực từ 0,2 đến 1,4 MPa (25 – 200 lb/in2) sử dụng để đẩy đẩy tới khí qua lỗ mở vòi phun có đường kính 0,075 – 1,0 mm (0,003 0,040 in) vận tốc 2,5 – 5,0 m/s (500-1000 ft/min) Các chất bao gồm không khí khô, ni tơ, bon ôxít li Quá trình thƣờng đƣợc thực ngƣời thợ vận hành điều khiển vòi phun vào vật gia công Các khoảng cách điển hình đầu vòi phun bề mặt gia công có phạm vi từ mm đến 75 mm (0,125 in đến in) Trạm làm việc phải đƣợc thiết lập để cung cấp thông khí thích hợp cho ngƣời thợ vận hành AJM thƣờng đƣợc sử dụng nhƣ trình đánh bóng trình cắt sản xuất Các ứng dụng bao gồm mài nhẵn (vạt ba via), cắt tỉa làm nguội, làm đánh bóng Cắt đƣợc thực thành công vật liệu cứng, giòn (ví dụ thủy tinh, silic, mi ca, loại gốm) dạng nguyên liệu phẳng, mỏng Các bột mài điển hình đƣợc sử dụng AJM bao gồm nhôm ôxít (dùng cho nhôm đồng thau), silic carbide (dùng cho thép không gỉ loại gốm) bi thủy tinh (dùng để đánh bóng) Kích thƣớc hạt nhỏ, đƣờng kính 15-40 µm (0,0006 – 0,0016 in) phải đồng dạng kích thƣớc với ứng dụng cho Điều quan trọng tái chế lại bột mài hạt đƣợc sử dụng bị gãy (do có kích thƣớc nhỏ hơn), bị mòn bị nhiễm bẩn Hình 26.4 gia công cắt gọt tia bột mài (AJM) 6.2 CÁC QUÁ TRÌNH GIA CÔNG CẮT GỌT ĐIỆN HÓA Một nhóm trình không truyền thống quan trọng sử dụng điện để cắt gọt vật liệu Nhóm có tên gọi trình điện hóa (electrochemical processe), điện đƣợc sử dụng kết hợp với phản ứng hóa học để thực cắt gọt vật liệu Thực tế, trình ngƣợc với trình mạ điện (phần 29.1.1) Vật liệu gia công phải vật dẫn điện trình gia công cắt gọt điện hóa 6.2.1 Gia công cắt gọt điện hóa Quá trình nhóm gia công cắt gọt điện hóa (ECM) Gia công cắt gọt điện hóa (electrochemical machining) cắt gọt kim loại khỏi chi tiết gia công dẫn điện phương pháp hòa tan anốt, hình dáng chi tiết gia công thu công cụ tạo hình thành điện cực ECM trình tan mòn Nhƣ đƣợc minh họa hình 26.5, chi tiết gia công cực anốt, công cụ cực catốt Nguyên lý trình vật liệu đƣợc tan mòn khỏi điện cực anốt (cực điện dƣơng) kết tủa bám cực catốt (cực điện âm) bể điện phân (phần 4.5) Sự khác ECM bể điện phân dòng dung dịch điện ly chảy nhanh hai điện cực để vận chuyển lƣơng vật liệu tan mòn cho không bị phủ lên công cụ Hình 26.5 gia công cắt gọt điện hóa (ECM) Công cụ điện cực thƣờng đƣợc chế tạo đồng, đồng thau thép không gỉ, đƣợc thiết kế để gần giống nhƣ âm hình dáng cuối mong muốn chi tiết Dung sai kích thƣớc công cụ phải đƣa đƣợc khe hở công cụ vật gia công Để hoàn thành việc cắt gọt kim loại, điện cực đƣợc chạy vào vật gia công tốc độ với tốc độ cắt gọt kim loại từ vật gia công Tốc độ cắt gọt kim loại đƣợc xác định theo Định luật thứ Pha-ra-đây (Faraday), xác định độ lớn biến đổi hóa học đƣợc tạo dòng điện (nghĩa số lƣợng kim loại hòa tan) tỷ lệ với điện lƣợng qua (dòng điện x thời gian): V = C.i.t (26.1) 3 Trong V = thể tích kim loại bị cắt gọt, mm (in ); C = số đƣợc gọi tốc độ cắt gọt riêng phụ thuộc vào trọng lƣợng nguyên tử, hóa trị, khối lƣợng riêng vật liệu gia công, mm3/A-s (in3-min); I = dòng điện, A (ampe); t = thời gian, s (phút, min) Dựa định luật Ôm, dòng điện I = E/R, E = điện áp R = điện trở Dƣới điều kiện trình ECM, điện trở đƣợc cho bởi: (26.2) Trong g – khe hở điện cực vật gia công, mm (in); r = điện trở suất chất điện phân, Ω-m (Ω-in); A = diện tích bề mặt vật gia công công cụ khe hở diện gia công, mm2 (in2) Thay biểu thức cho R định luật Ôm, có (26.3) Và thay phƣơng trình trở lại vào phƣơng trình định nghĩa định luật Faraday, (26.4) Sẽ thuận tiện để chuyển đổi phƣơng trình thành biểu thức dùng cho tốc độ chuyển động mà điện cực (công cụ) tiến trƣớc vào vật gia công Sự chuyển đổi đƣợc thực theo hai bƣớc Thứ nhất, chia phƣơng trình (26.4) cho At (diện tích x thời gian) để chuyển đổi thể tích kim loại đƣợc cắt gọt thành tốc độ dịch chuyển tuyến tính: (26.5) Trong fr = tốc độ chuyển động chạy công cụ, mm/s (in/min) Thứ hai, thay I/A vào E/(gr), nhƣ đƣợc đƣa phƣơng trình (26.3) Do vậy, tốc độ chuyển động ECM là: (26.6) 2 Trong A = diện tích mặt trƣớc điện cực, mm (in ) Đây diện tích nhô công cụ theo hƣớng tiến vào vật gia công Các giá trị tốc độ cắt gọt riêng C đƣợc đƣa bảng 26.1 dùng cho vật liệu gia công khác Chúng ta cần ý phƣơng trình giả sử hiệu suất cắt gọt kim loại 100% Hiệu suất thực tế có giá trị khoảng từ 90 – 100% phụ thuộc vào hình dáng công cụ, điện áp cƣờng độ dòng điện, yếu tố khác Gia công cắt gọt điện hóa nói chung đƣợc sử dụng ứng dụng mà kim loại gia công cứng khó thực gia công cắt gọt học, nơi mà hình dáng hình học chi tiết gia công khó khăn (hoặc không thể) để thực phương pháp gia công cắt gọt truyền thống Các ứng dụng: điển hình ECM gồm (1) gia công mặt cong khuôn (die sinking), liên quan tới gia công cắt gọt hình dạng không đƣờng viền bao rèn khuôn, khuôn dẻo, công cụ tạo hình khác; (2) Khoan nhiều lỗ, nhiều lỗ đƣợc khoan đồng thời với ECM theo phƣơng pháp khoang thông thƣờng cần phải khoan lỗ nhau; (3) Các lỗ hình tròn, ECM không sử dụng mũi khoan quay tròn; (4) mài nhẵn Những ưu điểm ECM bao gồm (1) hƣ hại bề mặt chi tiết gia công, (2) không làm cháy nhƣ gia công cắt gọt thông thƣờng, (3) mòn dao thấp (chỉ mòn công cụ từ chất điện phân chảy), (4) tốc Một súng bắn tia điện tử tạo luồng điện tử liên tục mà tăng tốc lên tới gần 75% tốc độ ánh sáng đƣợc hội tụ ua ống kính điện từ lên bề mặt gia công Ống kính có khả làm giảm diện tích tia điện tử đến đƣờng kính nhỏ 0,025 mm (0,001 in) Dựa bắn phá bề mặt, động điện tử đƣợc chuyển đổi thành nhiệt có mật độ cực cao làm nóng chảy bốc vật liệu diện tích hẹp Gia công cắt gọt tia điện tử đƣợc sử dụng cho hàng loạt ứng dụng cắt có độ xác cao vật liệu biết Các ứng dụng bao gồm khoan lỗ có đƣờng kính cực nhỏ, xuống 0,05 mm (0,002 in), khoan lỗ với tỷ số độ sâu-với-đƣờng kính cực cao – 100:1 cắt khe có độ rộng khoảng 0,001 in (0,025 mm) Các công việc cắt đƣợc thực với dung sai nhỏ mà không cần có lực cắt mài mòn dao Quá trình lý tƣởng cho gia công cắt gọt vi mô thƣờng bị hạn chế cho trình cắt chi tiết mỏng (dày khoảng từ 0,25 – 6,3 mm (0,010 – 0,250 in)) EBM phải đƣợc thực phòng chân không để loại trừ va chạm điện tử với phân tử khí Các hạn chế khác bao gồm cần có lƣợng lớn thiết bị đắt tiền 6.3.3 Gia công cắt gọt chùm tia laze Các chùm tia laze đƣợc sử dụng cho hàng loạt ứng dụng công nghiệp, bao gồm xử lý nhiệt, hàn, đo lƣờng, nhƣ vạch dấu, cắt khoan Thuật ngữ laser chữ viết tắt light amplification by stimulated emission of radiation (khuếch đại ánh sáng phát xạ kích thích) Một máy phát laze chuyển đổi quang để chuyển đổi điện thành chùm ánh sáng kết hợp mật độ cao Chùm ánh sáng laze có nhiều tính chất khác biệt với dạng ánh sáng khác Nó dạng đơn sắc (theo lý thuyết, ánh sáng có bƣớc sóng nhất) chuẩn trực cao (các tia ánh sáng chùm hầu nhƣ song song với cách hoàn chỉnh) Các tính chất cho phép ánh sáng đƣợc tạo máy phát laze đƣợc hội tụ (bằng cách sử dụng thấu kính quang học thông thƣờng) lên điểm nhỏ với mật độ lƣợng cao Tùy thuộc vào độ lớn lƣợng có chùm ánh sáng mức độ tập trung vào điểm, trình chiếu sáng laze khác đƣợc đƣợc thực Gia công cắt gọt chùm tia laze (laser beam machining – LBM) sử dụng lƣợng ánh sáng từ chùm tia laze để cắt gọt vật liệu tƣợng bốc khắc mòn Thiết lập dùng LBM đƣợc minh họa hình 26.14 Các loại laze đƣợc sử dụng LBM chùm tia laze khí bon điôxít chùm tia laze trạng thái rắn (trong số nhiều loại) Trong gia công cắt gọt chùm tia laze, lƣợng chùm ánh sáng kết hợp đƣợc tập trung không quang mà mặt thời gian Chùm ánh sáng đƣợc dao động xung cho lƣợng phát dẫn đến xung lƣợng chống lại bề mặt gia công tạo kết hợp bốc nóng chảy, với vật liệu nóng chảy khỏi bề mặt có vận tốc cao Hình 26.14 gia công cắt gọt chùm tia laze (LBM) LBM đƣợc sử dụng để thực loại khác trình khoan, xẻ rãnh, tạo khe, vạch dấu đánh dấu Khoan lỗ có đƣờng kính nhỏ - đƣờng kính nhỏ khoảng 0,025 mm (0,001 in) Đối với lỗ có đƣờng kính lớn hơn, 0,50 mm (0,020 in), chùm tia laze đƣợc điều khiển để cắt đƣờng viền lỗ LBM không đƣợc xem nhƣ trình sản xuất lớn, nói chung đƣợc sử dụng nguyên liệu mỏng Phạm vi vật liệu gia công đƣợc gia công cắt gọt LBM gần nhƣ không bị giới hạn Các tính chất lý tƣởng vật liệu LBM gồm hấp thụ lƣợng ánh sáng cao, phản xạ kém, dẫn nhiệt tốt, nhiệt dung riêng thấp, nhiệt nóng chảy thấp nhiệt bay thấp Tất nhiên, vật liệu có kết hợp tính chất lý tƣởng nhƣ Danh mục vật liệu gia công thực tế đƣợc gia công LBM gồm kim loại có độ cứng độ bền cao, kim loại mềm, loại gốm, thủy tinh nhựa thủy tinh epoxy, chất dẻo, cao su, vải dệt gỗ 6.3.4 Các trình gia công cắt hồ quang điện Nguồn nhiệt lớn từ tia hồ quang điện đƣợc sử dụng để làm nóng chảy gần nhƣ kim loại dùng cho mục đích hàn cắt Đa số trình cắt hồ quang điện sử dụng nhiệt đƣợc sinh hồ quang điện điện cực chi tiết gia công kim loại (thƣờng đĩa phẳng) để làm nóng chảy khe rãnh nhỏ phân cách phần Đa số trình cắt hồ quang điện (1) cắt hồ quang plasma (2) cắt hồ quang bon khí Cắt hồ quang plasma (plasma arc cutting): plasma đƣợc định nghĩa nhƣ chất khí nhiệt đƣợc iôn hóa Cắt băng hồ quang plasma (plasma arc cutting – PAC) sử dụng dòng plasma hoạt động nhiệt độ phạm vi từ 10.000oC đến 14.000oC (18.000oF – 25.000oF) để cắt kim loại kỹ thuật nóng chảy, nhƣ đƣợc trình bày hình 26.15 Hành động cắt hoạt động cách điều khiển trực tiếp luồng plasma vận tốc cao vào vật gia công, làm nóng chảy thổi kim loại nóng chảy qua khe rãnh Hồ quang plasma đƣợc sinh điện cực bên mỏ hàn chi tiết gia công anốt Plasma chuyển động qua vòi phun đƣợc làm mắt nƣớc, vòi phun thu hẹp điều khiển trực tiếp luồng plasma đến vị trí mong muốn vật gia công Do tia plasma dòng nhiệt có tốc độ cao, chuẩn trực với tâm luồng, đủ nóng để cắt qua kim loại số trƣờng hợp dày lên tới 150 mm (6 in) Hình 26.15 Cắt tia hồ quang plasma (PAC) Các chất khí đƣợc sử dụng để tạo plasma PAC gồm ni tơ, argon, hydro, hỗn hợp chất khí Những chất khí đƣợc dẫn chiếu đến nhƣ chất khí sơ cấp trình Những chất khí thứ cấp nƣớc thƣờng đƣợc điều khiển trực tiếp đến xung quanh tia plasma để hỗ trợ hạn chế hồ quang làm khe rãnh kim loại nóng chảy hình thành Ƣu điểm PAC NC ứng dụng hiệu suất cao Các tốc độ chuyển động dọc theo đƣờng dẫn cắt cao tới 200 mm/s (450 om/min) đĩa nhôm dày mm (0,25 in) vận tốc 85 mm/s (200 in/min) đĩa thép dày mm (0,25 in) [7] Các tốc độ chuyển động phải đƣợc giảm nguyên liệu dày Ví dụ, tốc độ chuyển động cực cắt nguyên liệu nhôm dày 100 mm (4 in) khoảng mm/s (20 in/min) Những nhƣợc điểm PAC (1) bề mặt cắt thô, (2) hƣ hại luyện kim bề mặt hầu nhƣ nghiêm trọng số trình gia công kim loại không truyền thống Cắt hồ quang bon không khí (air carbon arc cutting): trình này, hồ quang đƣợc sinh điện cực carbon vật gia công kim loại, tia không khí vận tốc cao đƣợc sử dụng để thổi phần kim loại nóng chảy Qui trình đƣợc sử dụng để hình thành khe rãnh dùng để trợ giúp chi tiết để tạo hốc chi tiết Tạo khe đƣợc sử dụng để chuẩn bị rìa cạnh đĩa dùng để hàn, ví dụ để tạo đƣờng rãnh chữ U mối ghép nối Cắt hồ quang bon không khí đƣợc sử dụng nhiều loại kim loại, gồm gang, thép bon, hợp kim thấp loại thép không gỉ, hợp kim màu khác Tia lửa kim loại nóng chảy mối nguy hiểm nhƣợc điểm trình Các trình cắt hồ quang khác: nhiều trình hồ quang điện khác đƣợc sử dụng cho ứng dụng cắt, không rộng rãi nhƣ cắt hồ quang plasma cắt hồ quang bon không khí Những trình khác gồm (1) cắt hồ quang kim loại khí, (2) cắt hồ quang kim loại đƣợc che chắn, (3) cắt hồ quang vonfram khí, (4) cắt hồ quang bon Các công nghệ giống nhƣ công nghệ đƣợc sử dụng hàn hồ quang, trừ việc nhiệt hồ quang điện đƣợc sử dụng để cắt 6.3.5 Các trình gia công cắt khí nhiên liệu ô xy Một họ trình cắt nhiệt đƣợc sử dụng rộng rãi, phổ cập đƣợc biết nhƣ cắt đèn xì (flame cutting), sử dụng nhiệt đốt cháy chất khí nhiên liệu đƣợc kết hợp với phản ứng tỏa nhiệt kim loại với ô xy Mỏ hàn cắt đƣợc sử dụng trình đƣợc thiết kế để phân phối hỗn hợp khí nhiên liệu ô xy theo độ lớn thích hợp điều khiển trực tiếp luồng khí ô xy tới vùng cắt Cơ chế loại bỏ vật liệu cắt khí nhiên liệu ô xy (OFC – oxyfuel cutting) phản ứng hóa học ô xy với kim loại Mục đích đốt cháy nhiên liệu ô xy để tăng nhiệt độ vùng cắt nhằm hỗ trợ cho phản ứng Các trình đƣợc sử dụng thông dụng cho cắt đĩa kim loại đen, ô xy hóa nhanh chóng sắt xảy tƣơng ứng với phản ứng sau [10]: Fe + O → FeO + nhiệt (26.8a) 3Fe + 2O2 → Fe3O4 + nhiệt (26.8b) 2Fe + 1,5O2 → Fe2O3 + nhiệt (26.8c) Phản ứng thứ hai số phản ứng này, phƣơng trình (26.8b) phản ứng đáng kể dạng sinh nhiệt Cơ chế cắt dùng cho kim loại màu khác chút Các kim loại đặc trƣng tổng quát nhiệt độ nóng chảy thấp so với kim loại đen, chúng chống lại ô xy hóa nhiều Trong trƣờng hợp này, nhiệt đốt cháy hỗn hợp khí ô xy nhiên liệu đóng vai trò quan trọng việc tạo khe rãnh Cũng vậy, để thúc đẩy phản ứng ô xy hóa kim loại, dung dịch hóa học bột kim loại thƣờng đƣợc bổ sung thêm vào luồng khí ô xy Các nhiên liệu đƣợc sử dụng OFC gồm axetylen (C2H2) MAPP (methylacetylene – propandiene – C3H4), propylene (C3H6) propane (C3H8) Nhiệt độ lửa cháy nhiệt đốt cháy dùng cho nhiên liệu đƣợc liệt kê tỏng bảng 31.2 chƣơng 31 Axetylen cháy nhiệt độ lửa cháy cao nhiên liệu đƣợc sử dụng rộng rãi để hàn cắt Tuy nhiên, có mối nguy hiểm định với việc lƣu giữ xử lý axetylen cần đƣợc xem xét lƣu ý (phần 31.3.1) Các trình OFC đƣợc thực tay máy Các mỏ hàn hoạt động cầm tay đƣợc sử dụng để sửa vật gia công, cắt kim loại phế liệu, cắt xén cổ hạt từ vật đúc cát, trình tƣơng tự thƣờng yêu cầu độ xác nhỏ Đối với hoạt động sản xuất, cắt máy đèn xì cho phép tốc độ cắt nhanh xác lớn Thiết bị thƣờng đƣợc điều khiển kỹ thuật số cho phép cắt hình dáng tạo hình 6.4 GIA CÔNG CẮT GỌT HÓA HỌC Gia công cắt gọt hóa học (chemical machining – CHM) trình không truyền thống cắt gọt vật liệu xảy thông qua tiếp xúc với chất ăn mòn hóa học mạnh Các ứng dụng đƣợc bắt đầu sau Chiến tranh giới thứ II ngành công nghiệp hàng không Sử dụng hóa chất để loại bỏ vật liệu không mong muốn khỏi chi tiết gia công đƣợc áp dụng theo nhiều cách, đƣợc phát triển để phân biệt ứng dụng bao gồm phay hóa học, cắt phôi, khắc hình hóa học gia công cắt gọt quang hóa (photochemical machining – PCM) 6.4.1 Lý thuyết học hóa học gia công cắt gọt hóa học Quá trình gia công cắt gọt hóa học gồm nhiều bƣớc Những khác ứng dụng cách bƣớc đƣợc thực dành cho dạng khác CHM Các bƣớc là: Làm (cleaning): bƣớc trình làm để đảm bảo vật liệu đƣợc cắt got đặn khỏi bề mặt đƣợc khắc ăn mòn Tạo mặt nạ (masking): lớp phủ bảo vệ đƣợc gọi mặt nạ đƣợc áp dụng cho số phần định bề mặt chi tiết Mặt nạ đƣợc chế tạo vật liệu chống lại đƣợc chất khắc ăn mòn (thuật ngữ chống lại hay chống ăn mòn [resist] đƣợc sử dụng cho vật liệu làm mặt nạ này) Do đƣợc áp dụng cho phần bề mặt gia công không cần khắc ăn mòn Khắc ăn mòn (etching): bƣớc cắt gọt vật liệu Chi tiết đƣợc nhúng chìm chất khắc ăn mòn công hóa học phần bề mặt chi tiết không đƣợc phủ mặt nạ Phƣơng pháp công thƣờng dùng chuyển đổi vật liệu gia công (ví dụ, kim loại) thành loại muối hòa tan chất khắc ăn mòn nhờ mà bị loại bỏ khỏi bề mặt Khi độ lớn vật liệu mong muốn bị loại bỏ, chi tiết đƣợc rút khỏi chất khắc ăn mòn đƣợc rửa sách để dừng trình lại Loại bỏ mặt nạ (demasking): mặt nạ đƣợc tháo bỏ khỏi chi tiết Hai bƣớc gia công cắt gọt hóa học liên quan đến biến đổi đáng kể phƣơng pháp, vật liệu tham số trình tạo mặt nạ khắc ăn mòn – bƣớc bƣớc Các vật liệu làm mặt nạ bao gồm cao su neoprene, polyvinylchloride, polyethylene pôlyme khác Tạo mặt nạ đƣợc thực phƣơng pháp số phƣơng pháp sau: (1) cắt gọt vỏ, (2) phủ bảo vệ cảm quang (3) phủ bảo vệ chắn 6.4.2 Các trình CHM Trong phần này, mô tả trình gia công cắt gọt hóa học bản: (1) phay hóa học, (2) cắt phôi hóa học, (3) khắc hóa học, (4) gia công cắt gọt quang hóa Phay hóa học (chemical milling): phay hóa học trình CMH đƣợc thƣơng mại hóa Trong chiến tranh giới thứ II, công ty chế tạo máy bay Mỹ bắt đầu sử dụng phay hóa học để cắt gọt kim loại từ cấu kiện máy bay Họ dẫn chiếu đến trình họ nhƣ trình “phay hóa học – chem-mill” Ngày nay, phay hóa học đƣợc sử dụng nhiều ngành công nghiệp máy bay, để cắt gọt kim loại từ cánh máy bay bảng khung thân máy bay để làm giảm trọng lƣợng Nó có khả áp dụng cho chi tiết lớn mà khối lƣợng kim loại đáng kể đƣợc cắt gọt trình Phƣơng pháp mặt nạ cắt bóc vỏ đƣợc sử dụng Một khuôn mẫu thƣờng đƣợc sử dụng có tính đến độ lớn cắt rãnh xuất ăn mòn Dãy bƣớc xử lý đƣợc minh họa hình 26.17 Hình 26.16 Cắt rãnh trong gia công cắt gọt hóa học Hình 26.17 Dãy bước xử lý phay hóa học: (1) làm chi tiết thô, (2) áp dụng mặt nạ, (3) vạch dấu, cắt bóc vỏ mạt nạ khỏi vùng cần ăn mòn, (4) ăn mòn (5) loại bỏ mặt nạ làm để đưa chi tiết cuối Phay hóa học tạo độ bóng bề mặt biến đổi với vật liệu khác Bảng 26.3 đƣa mẫu giá trị Độ bóng bề mặt phụ thuộc vào độ sâu thâm nhập Khi độ sâu tăng lên, độ bóng trở nên hơn, tiếp cận với giới hạn phạm vi đƣợc cho bảng Hƣ hại luyện kim từ phay hóa học nhỏ, có lẽ khoảng 0,005 mm (0,0002 in) vào bề mặt vật gia công Cắt phôi hóa học (chemical blanking): cắt phôi hóa học sử dụng ăn mòn hóa học để cắt chi tiết kim loại mỏng – xuống độ dày 0,025 mm (0,001 in) và/hoặc dùng cho mẫu cắt phức tạp Trong hai trƣờng hợp, phƣơng pháp đột-và-dập thông thƣờng không làm việc lực dập làm hỏng kim loại tấm, chi phí công cụ không cho phép hai Cắt phôi hóa học tạo chi tiết không bị ba via, ƣu điểm so với trình cắt thông thƣờng Các phƣơng pháp đƣợc sử dụng để áp dụng phƣơng pháp mặt nạ cắt phôi hóa học phƣơng pháp phủ bảo vệ cảm quang Đối với mẫu cắt nhỏ và/hoặc phức tạp có dung sai nhỏ, phƣơng pháp phủ cảm quang đƣợc sử dụng, lại phƣơng pháp phủ bảo vệ chắn đƣợc sử dụng Kích thƣớc vật gia công nhỏ cắt phôi hóa học loại trừ phƣơng pháp cắt bóc vỏ mặt nạ Sử dụng phƣơng pháp phủ bảo vệ chắn để minh họa, bƣớc cắt phôi hóa học đƣợc trình bày hình 26.18 Khi ăn mòn hóa học xảy hai bên chi tiết cắt phôi hóa học, điều quan trọng qui trình tạo mặt nạ đƣa chấp nhận xác hai bên Còn không, ăn mòn vào chi tiết từ hƣớng đối diện không thẳng hàng Điều đặc biệt quan trọng sống với kích thƣớc chi tiết nhỏ mẫu phức tạp Bảng 26.3 Các độ bóng bề mặt kỳ vọng phay hóa học Vật liệu gia công Phạm vi độ bóng bề mặt µm µ-in Nhôm hợp kim 1,8 – 4,1 70 – 160 Ma giê 0,8 – 1,8 30 – 70 Thép thường 0,8 – 6,4 30 – 250 Ti tan hợp kim 0,4 – 2,5 15 - 100 Đƣợc thu thập từ [7] [16] Hình 26.18 Dãy bước xử lý cắt phôi hóa học: (1) làm chi tiết thô, (2) áp dụng chất phủ bảo vệ (mặt nạ) sơn phủ qua chắn, (3) ăn mòn (hoàn thành phần), (4) ăn mòn (hoàn toàn), (5) loại bỏ lớp phủ bảo vệ làm để đưa thành phẩm Ứng dụng cắt phôi hóa học thƣờng bị hạn chế cho vật liệu mỏng và/hoặc mẫu phức tạp lý nêu Độ dày cực đại nguyên liệu khoảng 0,75 mm (0,030 in) Cũng vậy, vật liệu cứng giòn đƣợc xử lý cắt phôi hóa học mà phƣơng pháp học làm vỡ nứt nghiêm trọng vật gia công Hình 26.19 đƣa mẫu chi tiết đƣợc tạo trình cắt phôi hóa học Các nguyên liệu có độ dày 0,025 mm (0,001 in) đạt đƣợc dung sai nhỏ ±0,0025 mm (±0,0001 in) phƣơng pháp mặt nạ phủ bảo vệ cảm quang đƣợc sử dụng Khi độ dày nguyên liệu tăng lên, cần cho phép có dung sai lớn Các phƣơng pháp mặt nạ phủ bảo vệ chắn (lƣới tơ) gần nhƣ không xác nhƣ phƣơng pháp phủ bảo vệ cảm quang Tƣơng ứng, cần chi tiết có dung sai nhỏ, phƣơng pháp phủ bảo vệ cảm quang đƣợc sử dụng để thực bƣớc tạo mặt nạ Hình 26.19 Các chi tiết tạo cắt phôi hóa học (ảnh Buckbee-Mears St Paul.) Khắc hóa học (chemical engraving): khắc hóa học trình gia công cắt gọt hóa học dùng để tạo biển ghi tên phẳng có ghi chữ và/hoặc trang trí nghệ thuật bên Các biển phẳng mặt khác đƣợc chế tạo cách sử dụng máy khắc thông thƣờng trình tƣơng tự Khắc hóa học đƣợc sử dụng để chế tạo phẳng với ghi chữ chìm ghi chữ nổi, đơn giản cách đảo chiều phần phẳng đƣợc ăn mòn Tạo mặt nạ đƣợc thực phƣơng pháp phủ bảo vệ cảm quang phủ bảo vệ chắn Trình tự khắc hóa học tƣơng tự với trình CHM khác, trừ việc có trình đắp đầy theo sau trình ăn mòn Mục đích trình đắp đầy để áp sơn phủ lớp phủ khác vào vùng chìm đƣợc tạo trình ăn mòn Sau đó, phẳng đƣợc nhúng chìm dung dịch mà làm hòa tan lớp phủ bảo vệ nhƣng không công vào vật liệu phủ Do vậy, chất phủ bảo vệ đƣợc loại bỏ đi, lớp phủ lại vùng bị ăn mòn nhƣng không vùng mà đƣợc đắp mặt nạ Ảnh hƣởng để làm bật mẫu lên Gia công cắt gọt quang hóa (photochemical machining): gia công cắt gọt quang hóa (PCM) trình gia công cắt gọt hóa học phƣơng pháp tạo mặt nạ phủ bảo vệ cảm quang đƣợc sử dụng Do thuật ngữ đƣợc áp dụng cho cắt phôi hóa học khắc hóa học phƣơng pháp sử dụng phƣơng pháp phủ bảo vệ cảm quang PCM đƣợc dùng gia công kim loại cần có mẫu có dung sai nhỏ và/hoặc phức tạp Các trình quang hóa đƣợc sử dụng nhiều ngành công nghiệp điện tử để tạo thiết kế mạch phức tạp miếng bán dẫn (phần 35.3.1) Hình 26.20 trình bày trình tự bƣớc gia công cắt gọt quang hóa đƣợc áp dụng cho cắt phôi hóa học Có nhiều cách khác để lộ sáng cảm quang hình ảnh mong muốn lên chất phủ bảo vệ Hình âm tiếp xúc với bề mặt chất phủ bảo vệ lúc lộ sáng Đây in tiếp xúc (contact printing), nhƣng phƣơng pháp in cảm quang khác dùng mà làm lộ sáng âm qua hệ thống thấu kính để mở rộgn giảm kích thƣớc mẫu đƣợc in bề mặt phủ bảo vệ Các vật liệu cảm quang đƣợc sử dụng nhạy với ánh sáng tia cực tím nhƣng không nhạy với ánh sáng có bƣớc sóng khác Do đó, với ánh sáng thích hợp nhà máy, không cần thiết phải thực bƣớc xử lý môi trƣờng buồng tối Mỗi trình tạo mặt nạ đƣợc thực hiện, bƣớc lại qui trình tƣơng tự với phƣơng pháp gia công cắt gọt hóa học khác Hình 26.20 Trình tự bước xử lý gia công cắt gọt quang hóa, (1) làm chi tiết thô, (2) áp chất phủ bảo vệ (mặt nạ) cách nhúng chìm, phun tia sơn phủ, (3) đặt âm lên chất phủ bảo vệ, (4) phơi (lộ) ánh sáng tia cực tím, (5) ảnh để loại bỏ chất phủ bảo vệ khỏi vùng cần ăn mòn, (6) ăn mòn (được ăn mòn phần), (7) ăn mòn (hoàn toàn), (8) loại bỏ chất phủ bảo vệ, làm để có thành phẩm Trong gia công cắt gọt quang hóa, thuật ngữ tƣơng ứng với hệ số ăn mòn tính không đẳng hướng (anistropy), đƣợc định nghĩa nhƣ độ sâu cắt d chia cho độ cắt rãnh u (xem hình 26.18) Đây định nghĩa giống nhƣ phƣơng trình (26.9) 6.5 NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN CHÚ Ý TRONG CÁC ỨNG DỤNG Các ứng dụng điển hình trình không truyền thống bao gồm hình dáng hình học đặc biệt chi tiết vật liệu gia công mà đƣợc gia công dễ dàng kỹ thuật thông thƣờng Trong phần xem xét vấn đề Chúng ta tóm tắt đặc tính chất lƣợng tổng quát trình không truyền thống Hình dáng hình học chi tiết gia công vật liệu gia công: số hình dáng đặc biệt chi tiết gia công mà trình không truyền thống phù hợp tốt đƣợc liệt kê bảng 26.4 với trình không truyền thống đƣợc coi thích hợp Bảng 26.4 Các đặc tính hình học chi tiết gia công trình không truyền thống thích hợp Đặc tính hình học Quá trình thích hợp Các lỗ nhỏ: đường kính nhỏ 0,125 mm (0,005 in), số trường hợp giảm xuống 0,025 mm (0,001 in), nói chung thường nhỏ phạm vi đường kính mũi khoan thông thường EBM, LBM Các lỗ với tỷ số độ sâu-với-đường kính lớn: ví dụ d/D > 20 Trừ khoan súng, lỗ gia công trình khoan thông thường ECM, EDM Các lỗ hình tròn: Các lỗ không tròn khoan với mũi khoan quay tròn EDM, ECM Các khe hẹp: rộng nhiều vật liệu khác Các khe không cần thẳng Trong số trường hợp, khe có hình dáng phức tạp EBM, LBM, WJC, EDM dây, AWJC Gia công vi mô (micromachining): cắt lỗ nhỏ khe rãnh hẹp ra, có ứng dụng cắt gọt vật liệu khác chi tiết gia công và/hoặc vùng cắt nhỏ PCM, LBM, EBM Các hõm nông chi tiết bề mặt phần chi CHM tiết phẳng: Có phạm vi đáng kể kích thước chi tiết thuộc loại này, từ vi mạch cực nhỏ đến bảng khung thân máy bay Các hình dáng đường viền đặc biệt dùng cho ứng dụng đúc khuôn dập: ứng dụng dẫn chiếu đến gia công mặt cong khuôn EDM, ECM Bảng 26.5 Khả áp dụng số trình gia công cắt gọt không truyền thống cho vật liệu gia công khác Để so sánh, trình phay mài thông thường gộp vào Các trình không truyền thống Vật liệu gia công Nhôm Cơ học US M C Điện học Nhiệt học WJ ECM EDM EB C M C B B B Hóa học Các trình thông thường LB M PA C CH M Phay Mài B A A A A Thép B D A A B B A A A A Các hợp kim cao cấp C D A A B B A B B B Gốm A D D D A A D C D C Thủy tinh A D D D B B D B D C D D B B D B D B B B D C B C Silica Chất dẻo B B D D Bìa tôngb D A D D D D D D Vải dệtc D A D D D D D D Đƣợc thu thập từ [16] nguồn khác Chú thích: A = áp dụng tốt, B = áp dụng khá, C = áp dụng kém, D = áp dụng, ô trống số liệu trình thu thập a Dẫn chiếu đến silic đƣợc sử dụng chế tạo vi mạch b Bao gồm sản phẩm giấy khác c Bao gồm vải bạt, da vật liệu tƣơng tự Chất lượng trình không truyền thống: Các trình không truyền thống thƣờng đƣợc đặc trƣng tốc độ cắt gọt vật liệu thấp lƣợng riêng cao so với trình gia công cắt gọt truyền thống Các lực để điều khiển kích thƣớc độ bóng bề mặt trình không truyền thống biến đổi rộng, với số trình cung cấp độ xác cao độ bóng tốt, trình khác đƣa độ xác độ bóng Hƣ hại bề mặt vấn đề xem xét Một số trình tạo hƣ hại luyện kim dƣới bề mặt gia công, lúc trình khác (hầu nhƣ trình dựa nhiệt năng) lại tạo hƣ hại đáng kể đến bề mặt Bảng 26.6 so sánh tính phƣơng pháp không truyền thống lên, sử dụng phay thông thƣờng mài bề mặt để so sánh Việc điều tra số liệu cho thấy khác nhiều đặc tính gia công cắt gọt Khi so sánh đặc tính gia công cắt gọt truyền thống không truyền thống, cần nhớ trình không truyền thống thƣờng đƣợc sử dụng nơi mà phƣơng pháp thông thƣờng không thực tế không kinh tế Bảng 26.6 Các đặc tính gia công cắt gọt trình gia công cắt gọt không truyền thống Vật liệu gia Các trình không truyền thống Các công Cơ học USM WJC Điện học ECM EDM Nhiệt học EBM trình thông thƣờng Hóa học LBM PAC CHM Phay a Mài Tốc độ cắt gọt vật liệu C C B C D D A B-D A B Điều khiển kích thước A B B A-Db A A D A-Bb B A Độ bóng bề mặt A A B B-Db B B D B B-Cb A Hư hại bề mặt c B B A D D D D A B B-Cb Đƣợc thu thập từ [16] Chú thích: A = hoàn hảo; B = tốt; C = khá; D = a Phân hạng phụ thuộc vào kích thƣớc vật gia công phƣơng pháp tạo mặt nạ b Phân hạng phụ thuộc vào chế độ cắt c Khi bề mặt bị hƣ hại, phân hạng tốt nghĩa hƣ hại bề mặt nhỏ phân hạng nghĩa thâm nhập hƣ hại bề mặt sâu; trình nhiệt gây hƣ hại lên tới 0,020 in (0,50 mm) dƣới bề mặt gia công [...]... tiết và các vật liệu gia công mà không thể đƣợc gia công dễ dàng bằng các kỹ thuật thông thƣờng Trong phần này chúng ta sẽ xem xét các vấn đề này Chúng ta cũng tóm tắt những đặc tính chất lƣợng tổng quát của các quá trình không truyền thống Hình dáng hình học của chi tiết gia công và vật liệu gia công: một số các hình dáng đặc biệt của chi tiết gia công mà các quá trình không truyền thống có thể phù hợp... phƣơng pháp không truyền thống mới nổi lên, sử dụng phay thông thƣờng và mài bề mặt để so sánh Việc điều tra số liệu cho thấy những khác nhau nhiều về các đặc tính gia công cắt gọt Khi so sánh các đặc tính của gia công cắt gọt truyền thống và không truyền thống, cần nhớ rằng các quá trình không truyền thống thƣờng đƣợc sử dụng ở những nơi mà phƣơng pháp thông thƣờng không thực tế hoặc không kinh tế... và khuôn dập: các ứng dụng này đôi khi được dẫn chiếu đến như là gia công mặt cong khuôn EDM, ECM Bảng 26.5 Khả năng áp dụng một số quá trình gia công cắt gọt không truyền thống cho những vật liệu gia công khác nhau Để so sánh, các quá trình phay và mài thông thường được gộp vào Các quá trình không truyền thống Vật liệu gia công Nhôm Cơ học US M C Điện học Nhiệt học WJ ECM EDM EB C M C B B B Hóa học... dây Gia công cắt gọt bằng phóng điện (Electric Discharge Machining -EDM): gia công cắt gọt cắt gọt bằng phóng điện là một trong những quá trình không truyền thống đƣợc sử dụng rộng rãi nhất Một thiết lập EDM đƣợc minh họa trong hình 26.8 Hình dáng của bề mặt vật gia công cuối cùng đƣợc tạo ra bởi một công cụ tạo hình bằng điện cực Các tia lửa điện xuất hiện qua một khe nhỏ giữa công cụ và bề mặt gia công. .. PAC là (1) bề mặt cắt là thô, và (2) hƣ hại luyện kim ở bề mặt là hầu nhƣ nghiêm trọng trong số các quá trình gia công kim loại không truyền thống Cắt bằng hồ quang các bon không khí (air carbon arc cutting): trong quá trình này, hồ quang đƣợc sinh ra giữa một điện cực carbon và vật gia công bằng kim loại, tia không khí vận tốc cao đƣợc sử dụng để thổi đi phần kim loại đã nóng chảy Qui trình này có thể... không truyền thống thƣờng đƣợc sử dụng ở những nơi mà phƣơng pháp thông thƣờng không thực tế hoặc không kinh tế Bảng 26.6 Các đặc tính gia công cắt gọt của các quá trình gia công cắt gọt không truyền thống Vật liệu gia Các quá trình không truyền thống Các quá công Cơ học USM WJC Điện học ECM EDM Nhiệt học EBM trình thông thƣờng Hóa học LBM PAC CHM Phay a Mài Tốc độ cắt gọt vật liệu C C B C D D A B-D... với mài mòn dao thƣờng là lớn với các công cụ làm bằng graphit Độ cứng và độ bền của vật liệu gia công không phải là những yếu tố trong EDM, vì quá trình không phải là một cuộc đua về độ cứng giữa công cụ và vật gia công Điểm nóng chảy của vật liệu gia công là một tính chất quan trọng, và tốc độ cắt gọt kim loại có thể liên quan tới điểm nóng chảy phần nào bởi công thức bằng thực nghiệm sau đây, dựa... kim loại trong vùng phụ cận của vùng phóng điện ngay lập tức Hai quá trình chính trong loại này là (1) gia công cắt gọt bằng tia lửa điện và (2) gia công cắt gọt dây bằng tia lửa điện Các quá trình này chỉ có thể đƣợc sử dụng dựa trên các vật liệu gia công dẫn điện Vi-đê-ô clip về gia công cắt gọt bằng phóng điện minh họa các loại khác nhau của EDM VI-ĐÊ-Ô CLIP Electric Discharge Machining (gia công cắt... phóng nhỏ Khi công cụ đóng vai trò điện cực đi vào vật gia công, sự cắt quá mức xảy ra Cắt quá mức (overcut) trong EDM là khoảng cách mà bởi nó, hốc gia công bằng máy trong chi tiết gia công bị vƣợt quá kích thƣớc công cụ trên mỗi cạnh của công cụ, nhƣ đƣợc minh họa trong hình 26.8(a) Điều này đƣợc tạo ra bởi những lần phóng điện xảy ra ở các bên của công cụ cũng nhƣ ở vùng chính diện của nó Cắt quá mức... trình gia công cắt gọt truyền thống Các năng lực để điều khiển kích thƣớc và độ bóng bề mặt của các quá trình không truyền thống biến đổi rộng, với một số quá trình cung cấp độ chính xác cao và độ bóng tốt, và những quá trình khác đƣa ra độ chính xác và độ bóng kém Hƣ hại bề mặt cũng là một vấn đề xem xét Một trong số những quá trình này tạo ra hƣ hại luyện kim rất ít tại và ngay dƣới bề mặt gia công, trong ... nhiều trình gia công không truyền thống: (1) gia công cắt gọt siêu âm, (2) cắt tia nƣớc, (3) cắt tia nƣớc bột mài, (4) gia công cắt gọt tia bột mài 6.1.1 Gia công cắt gọt siêu âm Gia công cắt gọt... trình không truyền thống Hình dáng hình học chi tiết gia công vật liệu gia công: số hình dáng đặc biệt chi tiết gia công mà trình không truyền thống phù hợp tốt đƣợc liệt kê bảng 26.4 với trình không. .. thống không truyền thống, cần nhớ trình không truyền thống thƣờng đƣợc sử dụng nơi mà phƣơng pháp thông thƣờng không thực tế không kinh tế Bảng 26.6 Các đặc tính gia công cắt gọt trình gia công