Các phương pháp gia công tinh bằng biến dạng dẻo

Chương 1 Các phương pháp gia công tinh bằng biến dạng dẻoĐối với một số chi tiết máy cần phải nâng cao chất lượng chế tạo, trước hết là độ chính xác và độ bền lâu của chúng, nhất là ở các nguyên công gia công tinh. Các nguyên công này ngày càng được phát triển trong công nghệ chế tạo chi tiết máy nhằm nâng cao chất lượng và năng suất lao động của quá trình công nghệ. Trong những năm gần đây , ngày càng ứng dụng rộng rãi phương pháp gia công không cắt gọt mà dựa vào nguyên lý làm biến dạng dẻo bề mặt kim loại ở trạng thái nguội. Phương pháp này thể hiện nhiều ưu điểm so với phương pháp gia công cắt gọt ở những nguyên công đặc biệt. Nó có thể đạt được độ nhẵn bóng bề mặt cao và đảm bảo làm chắc bề mặt gia công mà các phương pháp gia công tinh bằng cắt gọt không đạt được, như: nâng cao

Chương 1 Các phương pháp gia công tinh bằng biến dạng dẻo

Đối với một số chi tiết máy cần phải nâng cao chất lượng chế tạo, trước hết là độ chính xác và độ bền lâu của chúng, nhất là ở các nguyên công gia công tinh Các nguyên công này ngày càng được phát triển trong công nghệ chế tạo chi tiết máy nhằm nâng cao chất lượng và năng suất lao động của quá trình công nghệ Trong những năm gần đây , ngày càng ứng dụng rộng r:i phương pháp gia công không cắt gọt mà dựa vào nguyên lý làm biến dạng dẻo bề mặt kim loại ở trạng thái nguội Phương pháp này thể hiện nhiều ưu điểm so với phương pháp gia công cắt gọt ở những nguyên công đặc biệt

Nó có thể đạt được độ nhẵn bóng bề mặt cao và đảm bảo làm chắc bề mặt gia công mà các phương pháp gia công tinh bằng cắt gọt không đạt được, như: nâng cao độ cứng bề mặt, tính chống mòn lớp bề mặt, nâng cao giới hạn chảy và đặc biệt là giới hạn mỏi của chi tiết Vì vậy phương pháp gia công tinh bề mặt bằng biến dạng dẻo mang lại hiệu quả kinh tế cao

1 Bản chất của phương pháp gia công tinh bằng biến dạng dẻo

Dựa trên cơ sở làm biến dạng dẻo kim loại ở trạng thái nguội; dưới áp lực của các dụng cụ (như: con lăn, chày vv) có độ cứng cao hơn chi tiết gia công, các nhấp nhô trên

bề mặt bị biến dạng dẻo ép xuống, do đó các nhấp nhô giảm và tạo thành các vết nhăn tế

vi mới Phương pháp gia công tinh bề mặt bằng biến dạng dẻo có thể đạt tới: Độ nhẵn bóng bề mặt 10ữ11 (nếu phôi đ: có độ nhẵn bóng 7ữ8) và 12 nếu phôi đ: có độ nhẵn bóng 9; đạt được độ chính xác cấp 2, đôi khi cấp 1

Phương pháp gia công tinh bằng biến dạng dẻo:

- Không có khả năng làm thay đổi kích thước chi tiết

- Không có khả năng làm thay đổi hình dáng hình học chi tiết khi gia công trên nền mềm, và có thể làm thay đổi hình dáng hình học của chi tiết trong phạm vi dung sai khi gia công trên nền cứng (dụng cụ gia công được đặt trên nền cứng)

đổi tính chất cơ lý của chất lượng bề mặt, độ nhám, độ sóng (tăng độ bóng, tăng độ cứng bề mặt)

Gia công tinh bằng biến dạng dẻo hiện nay có thể phân làm bốn dạng theo sơ đồ của chúng:

- Lăn ép bằng con lăn hoặc bi với chuyển động quay cưỡng bức của phôi

- Lăn ép giữa các con lăn với chuyển động quay cưỡng bức của con lăn

- Chà xát bằng mũi kim cương hoặc hợp kim cứng với chuyển động quay cưỡng bức của phôi

- Nong lỗ bằng bi hoặc chày nong

Hai loại đầu làm việc có ma sát lăn giữa bề mặt gia công và dụng cụ, hai loại sau có ma sát trượt

Dụng cụ gia công biến dạng dẻo

Rbđ - chiều cao nhấp nhô ban đầu

R - chiều cao nhấp nhô sau khi lăn ép

Kim loại của các đỉnh nhấp nhô cao di chuyển theo cả hai phương ở chỗ tiếp xúc Chiều cao nhấp nhô ban đầu Rbđ giảm xuống còn R tạo nên các vết nhăn tế vi mới Hình dáng, kích thướcvà sự phân bố nhấp nhô của chúng phụ thuộc vào hình dáng và kích thước của bộ phận lăn ép của dụng cụ và chế độ lăn ép

Phương pháp gia công đang được sử dụng rộng r:i và có hiệu quả là phương pháp lăn ép bằng con lăn hoặc bi (dùng cho cả mặt trong, mặt ngoài, mặt phẳng, mặt

định hình) Tuy vậy phương pháp này phải sử dụng dụng cụ phức tạp; khi thiết kế

chúng cần có sự hiểu biết về tính chất biến dạng của kim loại ở vùng tiếp xúc giữa bộ phận làm biến dạng và bề mặt gia công, cũng như sự phân bố và hướng tác động của lực trong vùng đó

Các yếu tố ảnh hưởng đến mọi chỉ tiêu cơ bản của chất lượng gia công là: ứng suất pháp

và ứng suất cắt lớn nhất ở vùng biến dạng và tỷ lệ giữa hai ứng suất đó; tỷ lệ này quyết

định hướng biến dạng và dịch chuyển của kim loại ở vùng tiếp xúc Để đạt được độ nhám thấp, lực tác động ở bộ phận làm biến dạng phải đủ để làm biến dạng dẻo các

đỉnh nhấp nhô ban đầu của bề mặt, đồng thời lực đó phải nhỏ nhất

Nếu thoả m:n hai điều kiện đó thì quá trình san phẳng các nhấp nhô xảy ra không phải

là nhờ vào hiện tượng “xô trượt” của kim loại theo hướng tiến dao dưới tác dụng của thành phần lực hướng trục Pt gây ra sóng ở phía trước dụng cụ mà là nhờ vào hiện tượng

“dát rộng” của bộ phận làm biến dạng của dụng cụ (con lăn, bi) dưới tác dụng của thành phần lực hướng kính Pk làm cho các đỉnh nhỏ tế vi bị dát rộng cả về hai phía từ chỗ tiết xúc sang cả chỗ lõm bên cạnh

Tính chất biến dạng như vậy quyết định bởi tỷ số kích thước các nhấp nhô ban đầu với

bộ phận làm biến dạng bởi góc tiếp xúc α và hướng của thành phần lực hướng kính Pk gần với hướng của lực hợp thành P

Nếu góc tiếp xúc α nhỏ thì tỷ lệ

Pk

Pt

cũng bé Trong trường hợp giới hạn, nếu góc ϕ (giữa Pk và P) tiến tới không , ta có

Pt = 0, đó là trường hợp lăn ép không có tiến dao dọc (lăn ép r:nh hình cầu, phần định hình) Điều kiện biến dạng dẻo trong trường hợp này tốt nhất, có thể đạt được độ nhẵn bóng cao

Nếu lăn ép với đường kính bi lớn, bước tiến dao nhỏ có chạy dao dọc ta sẽ được

Pk

Pt

→ min Trong trường hợp này ta có thể đạt được độ nhám bề mặt

- Lăn ép bằng con lăn hoặc bi: Khi con lăn hoặc bi tiếp xúc với bề mặt gia công

có cơ cấu đàn hồi thì quỹ đạo chuyển động của chúng hoàn toàn quyết định bởi hình hình dáng của phôi Trường hợp tiếp xúc đàn hồi như vậy thì hình dáng phôi không đổi (không sửa được sai số hình dáng), sau khi lăn ép các kích thước nhỏ lại đều nhau trên

Rx độ nhấp nhô bề mặt sau khi lăn ép

k hệ số phụ thuộc tính chất dẻo của vật liệu gia công

Công thức trên có thể dùng để tính lượng dư khi gia công tinh bằng biến dạng dẻo Tuy nhiên khi lăn ép với lượng dư lớn sẽ xảy ra biến dạng trượt đáng kể theo hướng tiến dao, vì thế lúc đó ∆d cũng như lượng dư tương ứng chỉ có thể xác định bằng thực nghiệm

- Lăn ép bằng con lăn hoặc bi cứng (không dàn hồi) thuộc loại định kích thước, vì nó sửa được sai số hình dáng (hướng kính và hướng trục), biến dạng dẻo không đều nhau ở các vùng tiếp xúc Việc sửa sai số hình dáng phôi chỉ có thể nằm trong giới hạn biến dạng dư được xác định theo công thức trên

Do đó khả năng sửa sai số hình dáng hình học của phôi ( theo hướng kính cũng như hướng trục) phải thoả m:n điều kiện:

∆d ≥ ( δ - δ′) hoặc ( δ- δ′) ≤ k( Rbđ - Rx ) Trong đó δ : dung sai của phôi trước khi lăn ép

δ′: dung sai của chi tiết gia công ( sau khi lăn ép)

Điều kiện này khá chính xác với trường hợp lăn ép các lỗ nhỏ (d<10mm), sai lệch trong phạm vi 0.003 ữ 0.001mm, còn đối với các lỗ lớn thì kém chính xác hơn

b) Độ sóng

So với cắt gọt thì gia công bằng biến dạng dẻo tỏ ra có ưu điểm hơn về mặt khắc phục độ sóng, vì nó không tồn tại các yếu tố như: Sự xuất hiện lẹo dao theo chu kỳ, độ mòn của các hạt mài, gia công ngắt qu:ng vì nhiều lưỡi là những yếu tố dẫn đến độ sóng trong gia công cắt gọt

Quá trình gia công bằng biến dạng dẻo đồng đều và ổn định hơn cắt gọt vì sự tiếp xúc liên tục của phần làm việc của dụng cụ, độ nhám phần làm việc thấp Ra = 0.16 ữ 0.04 , tính chất bề mặt của nó giữ được lâu (15 ữ 20 gìơ công tác) Khi gia công bằng dụng cụ

đàn hồi thì độ sóng của nguyên công trước để lại không thay đổi (cũng như sai số hình dáng không sửa được)

Khi gia công bằng dụng cụ cứng và áp lực lớn có thể làm giảm độ sóng ban đầu cũng như sai số hình dáng, hơn nữa áp lực ở các vùng tiếp xúc khác nhau sinh ra biến dạng khác

nhau (đỉnh sóng biến dạng nhiều, chân sóng biến dạng ít) Nhưng cũng có thể lại sinh ra sóng mới Nguyên nhân sinh ra sóng mới khi dùng các dụng cụ cứng chủ yếu là do: Độ đảo của con lăn theo hướng kính, vật liệu gia công không đồng đều, cũng có thể do hệ thống dao

động chịu tải lớn, bước tiến dọc không đều, độ đảo hướng trục của con lăn đĩa làm cho bước tiến thực tế và bước tiến danh nghĩa sai nhau một lượng ∆S

S thực tế = S ữ ∆S

Do đó gây ra độ sóng, chỉ trừ trường hợp đường kính phôi và đường kính con lăn

là bội số của nhau, bước tiến không đổi mặc dù con lăn có độ đảo Để giảm độ sóng khi thiết kế dụng cụ con lăn đĩa phải giảm độ đảo hướng trục cũng như chọn đường kính con lăn và phôi thành bội số của nhau

Biến dạng dẻo không đều trong quá trình lăn ép cũng sinh ra độ sóng, cần phải giảm hiện tượng này bằng cách giảm mức độ biến dạng

c) Độ nhám bề mặt

Cũng như gia công cắt gọt độ nhẵn bóng bề mặt hướng ngang cao hơn hướng dọc Chủ yếu là biến dạng dẻo làm phẳng các nhấp nhô ban đầu của phôi, còn rung

động ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt ít hơn, do đó có thể đạt được độ nhám thấp trên một máy đ: mòn, kém cứng vững Một đặc trưng nữa là bước của các nhâp nhô khi gia công bằng phương pháp này so với chiều cao dài hơn khi gia công bằng phương pháp cắt gọt Độ dài của bước nhấp nhô phụ thuộc vào kết cấu dụng cụ lăn ép, dạng của phần làm việc của dụng cụ vì chúng quyết định diện tích tiếp xúc với mặt gia công theo hướng chạy dao dọc

d) Hình dạng của nhấp nhô tế vi

Đó là một đặc trưng quan trọng của bề mặt, trong nhiều trường hợp nó ảnh hưởng tới tính chất sử dụng của chi tiết máy hơn cả chiều cao nhấp nhô Chính hình dạng của nhấp nhô tế vi quyết định tính chống mòn, khả năng duy trì màng dầu bôi trơn bề mặt, bề dày màng dầu, tính chất phản sạ ánh sáng, dao động điện từ và siêu âm Gia công bằng biến dạng dẻo tạo được bán kính đỉnh r lớn và góc dốc β bé, tỷ lệ r

Giáo trình Các phương pháp gia công đặc biệt 7

Trị số r và β có quan hệ với kính thước phần làm việc của dụng cụ, đường kính

bi, bán kính cầu của con lăn đĩa, bán kính lượn của con lăn hình côn Khi lăn ép rung

có thể điều chỉnh số hành trình kép của bi trong đầu rung và biên độ dao động để thay

đổi hình dạng nhấp nhô tế vi trên bề mặt gia công

e) Chiều của vết gia công

Chiều của vết gia công chỉ quyết định bởi sơ đồ chuyển động của quá trình gia công, cho nên ở đây không có sự khác biệt giữa gia công biến dạng dẻo và gia công cắt gọt Trừ trường hợp lăn ép rung có thể thay đổi được hướng gia công dễ dàng hơn vì chuyển động của nó điều chỉnh được trong một phạm vi rộng

f) Tính chất cơ lý bề mặt

Gia công bằng biến dạng dẻo nâng cao rất nhiều tính chất cơ lý lớp bề mặt (cấu trúc kim loại, độ cứng tế vi, biến cứng, ứng suất bề mặt) Tuy nhiên nếu các thông số lực nâng cao quá mức, vượt quá giới hạn cho phép sẽ dẫn tới biến cứng quá độ và làm xấu tính chất sử dụng của kim loại Do đó cần chọn chế độ làm việc tối ưu, nhất là các thông số lực cho quá trình gia công Thiết kế dụng cụ có khả năng điều chỉnh lực nhạy, nhỏ, chọn kết cấu và kích thước phần làm việc của dụng cụ hợp lý, có khả năng thay

đổi, điều chỉnh được

Độ nhấp nhô

bề mặt sau gia công R(àm)

Mức độ biến cứng (kG mm 2 )

Chiều sâu biến cứng

h(àm)

Độ sóng

H(àm)

Kích thước thay đổi

3 Chà sát bằng mũi kim cương hay hợp kim

Dụng cụ tương đối đơn giản, có

khả năng dùng trong các điều kiện sản

xuất khác nhau, khi vì những lý do nào

đó các phương pháp gia công biến

dạng dẻo khác không thực hiện được

Hình bên là sơ đồ một dụng cụ chà sát

bằng mũi kim cương có tác dụng đàn

hồi để gia công mặt trụ ngoài, lực gia

công có thể điều chỉnh được

4 Nong lỗ bằng bi hoặc chày nong

Khi gia công lỗ thông, chọn bi tiêu

chuẩn đúng kích thước cần gia công dùng cơ

cấu tay hoặc máy để ép bi qua lỗ (hình bên)

Phương pháp này cho độ thẳng của tâm lỗ

kém hơn so với phương pháp dùng chày đẩy

có phần dẫn hướng Vì thế chỉ dùng để gia

công lỗ ngắn, vật liệu là kim loại mầu, độ chính xác đạt được cấp 2 Độ chính xác kích thước và hình dáng của bi phải cao

Smm/vgnvg/ph

Chi tiết gia công

Dụng cụ

Hình bên là nong lỗ bằng chày nong một nấc, có

thể đẩy hoặc kéo chày Chủ yếu để gia công lỗ nhỏ, đạt

cấp chính xác 2 ữ 3, độ nhám bề mặt Ra = 0.32 ữ 0.16

Chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của phương pháp gia

công này phụ thuộc chủ yếu vào việc chọn kết cấu chày

thích hợp, chọn lượng dư và chế độ ép hợp lý

Hình dạng hình học của bộ phận làm việc của

chày thường nằm trong phạm vi:

Góc côn vào: α = 30 ữ 50

Góc côn ra: α1 = 40 ữ 60

Bề rộng làm việc b = 0.5 ữ 1.2mm (tuỳ theo đường kính của chày)

Vật liệu làm chày có thể dùng Y10A và Y12A hoặc thép crôm XBΓ, шX15, P18 tôi đến độ cứng HRC 62 ữ 65 Để nâng cao tính chống mòn phần làm việc có thể phủ một lớp crôm dày khoảng 0.005 ữ 0.012mm, hoặc thấm nitơ với chiều sâu khoảng chừng 0.5 ữ 0.7mm Làm như vậy tuổi bền tăng khoảng 2 ữ 4 lần Người ta còn làm chày nong với phần làm việc bằng hợp kim cứng BK8, BK15 có tuổi bền rất cao Phần hợp kim cứng này có thể làm rời thành một vòng rồi kẹp chặt bằng cơ khí hoặc hàn với chuôi dụng cụ, khe hở giữa chuôi dụng cụ và hợp kim cứng để hàn độ 0.02 ữ 0.03mm Vòng này để một lượng dư khoảng 0.02 ữ 0.05mm cho đường kính ngoài và đường kính trong để nghiền lần cuối Mỗi chày ép như vậy có thể gia công đến 500 nghìn vòng bằng thép 20 có vạch dày 5mm Thường mỗi loại chày nong một nấc dùng để nong lỗ nhỏ được làm thành một bộ từ 3 đến 4 chiếc Trong một bộ, phần đường kính làm việc của từng chày khác nhau và được xác định theo thực nghiệm

a) Lượng dư gia công: Xác định lượng dư gia công của phương pháp này bằng phân tích là vấn đề khó Một số các đề tài nghiên cứu đăng rải trên các báo đ: đề cập

đến những phương pháp khác nhau: giải tích, thực nghiệm, đồ thị có thể tham khảo

α1

α

b

P

Lượng dư cần phải đảm bảo đủ để sau khi lăn ép không để lại một dấu vết nào trên bề mặt trước khi gia công Lượng dư sẽ tăng theo đường kính và chiều dài lỗ gia công và giảm khi độ nhẵn bề mặt trước đó cao Tuỳ theo các yếu tố đó lượng dư cần lựa chọn thích hợp Đường kính lỗ 5ữ30, dài 5ữ40mm (cấp chính xác 2ữ3), lượng dư đường kính khoảng 0.05ữ0.2mm Đường kính dưới 5mm, tỷ lệ

d

l

= 2ữ8, cấp chính xác 2, thì lượng dư đường kính khoảng 0.03 ữ0.1mm

b) Chế độ gia công:

Độ dôi khi lăn ép sẽ quyết định lực kéo (hoặc đẩy) lớn hay nhỏ, mức độ và chiều sâu biến cứng, độ nhám bề mặt ép Chất lượng gia công bằng phương pháp này ít phụ thuộc vào tốc độ ép, tốc độ chủ yếu ảnh hưởng đến năng suất Gia công lỗ có đường kính khoảng 30mm, vật liệu thép hoặc gang, thì độ dôi đường kính khoảng 0.12mm Với lỗ đường kính dưới 5mm,

Tổng số vòng phụ thuộc vào lượng dư gia công Lượng dư lỗ quyết định bởi hiệu

số giữa kích thước lớn nhất sau khi gia công lần cuối và kích thước bé nhất sau khi gia công lầ đầu (sơ bộ) cộng với lượng dôi Lượng dôi bằng hiệu số giữa kích thước lớn

Kích thước lớn nhất sau gia công lần cuối

Kích thước bé nhất sau gia công lần cuối

Các vòng kết thúc

Các vòng sửa chỉnh

nhất của vòng nong và kích thước lớn nhất của vòng lỗ Lượng dôi dùng để bù cho biến dạng dư (đàn hồi) sau khi gia công làm lỗ co nhỏ lại, giá trị của nó phụ thuộc vào

đường kính lỗ và tính chất vật liệu như bảng:

Vật liệu chi tiết

Đồng thau (bạc ép) Chưa tôi Đ: tôi 10ữ20

21ữ30

31ữ45

4660

0.030ữ0.035 0.034ữ0.040 0.04ữ0.60

-

0.035ữ 0.045 0.045ữ 0.060 0.060ữ 0.075 0.075ữ 0.080

0.025ữ 0.040 0.040ữ 0.050 0.050 ữ0.060

-

0 ữ0.01 0.005ữ 0.015 0.01ữ 0.02

- Lượng dư gia công:

Lượng dư này phụ thuộc vào đường kính chiều dài và vật liệu lỗ: Đường kính từ

L là chiều dài lỗ gia công

Để giảm chiều dài tổng cộng của chày nong, nâng cao năng suất lao động nên

cố gắng giảm ngắn bước vòng, nhưng như vậy phụ tải lớn và phát nhiệt nhiều vì thế việc giảm ngắn bước vòng bị hạn chế Bảng dưới chỉ rõ bước vòng và số vòng làm việc

đồng thời của chày nong phụ thuộc vào chiều dài lỗ

Bước vòng của chày đẩy hoặc kéo Chiều dài lỗ 10ữ13 11ữ22 23ữ36 37ữ52 53ữ75 76ữ110 111ữ160 ≥161

Hình dạng vòng nong: Vòng nong của chày kéo

và đẩy có hai dạng như hình, các thông số thiết kế có

thể tham khảo ở bảng dưới

Góc lượn r

(mm)

Bề rộng phần Làm viêc b(mm)

Độ cao h (mm)

Bán kính lõm r (mm)

Góc côn vào

γ 0.15ữ0.25 0.15ữ0.10 0.15ữ0.25 0.10 10ữ50

Vật liệu chày nong nhiều nấc làm bằng thép dụng cụ hoặc thép hợp kim Loại chày nong ghép vòng nong có thể làm bằng hợp kim cứng nên có tuổi thọ rất cao

Các loại chày nong kéo nhiều nấc:

Dụng cụ nong kéo có hình dạng phần làm việc giống như dụng cụ nong đẩy, chỉ không giống ở chỗ chày nong kéo không chịu lực uốn như chày nong đẩy về cơ bản chỉ chịu lực kéo do đó nếu cùng tiết diện loại này có thể dài gấp 2 – 3 lần chày nong đẩy Trong các điều kiện làm việc như nhau thì một chày nong kéo tạo nên một chỉ số biến dạng dẻo lớn hơn chày nong đẩy

Chày nong kéo cũng có 3 loại: Tổ hợp lưỡi và vòng nong; làm thành một khối và loại lắp ghép (loại này có thể điều chỉnh kích thước bằng cách thay đổi vòng nong)

Trong quá trình nong ép cần có dung dịch bôi chơn và làm nguội tưới vào vùng làm việc Phải căn cứ vào tính chất kim loại gia công để cho thành phần chất bôi trơn Gia công thép có thể dùng dầu máy Gia công gang đúc dùng dầu ma rút, dàu hoả, gia công hợp kim nhóm cứng dùng nước xà phòng

Dụng cụ gia công biến dạng dẻo có nhiều chủng loại có thể tham khảo ở các sách trình bày riêng về vấn đề này Bốn dạng gia công cơ bản trình bày ở trên có thể dùng gia công mặt ngoài, mặt lỗ, mặt phẳng và mặt định hình Thuộc loại gia công biến dạng dẻo còn có thể kể đến các phương pháp phun bi, phun cát với mục đích chủ

γ

R

yếu làm chắc và nâng cao các tính chất cơ lý lớp bề mặt Các phương pháp này không trình bày ở đây, vì không phải là các phương pháp mang lại độ chính xác cao

Chương 2 Vật liệu dụng cụ và ứng dụng

1 Phân loại

Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, và yêu cầu của nền kinh tế thị trường là sản xuất ra sản phẩm chất lượng cao và giá thành rẻ làm nền tảng thúc đẩy nền sản xuất phát triển Những năm gần đây các nghành sản xuất đặc biệt là nghành cơ khí có những phát triển tột bậc.Trong sản xuất cơ khí gia công cắt gọt là một phương pháp được áp dụng rộng r:i nhất Các máy móc trong sản xuất cơ khí ngày càng trở nên

đắt tiền vì vậy cần phải áp dụng những thành tựu khoa học mới nhất để đem lại hiệu suất cao nhất Một trong các vấn đề này là vật liệu dao cắt

Công nghệ chế tạo dụng cụ cắt được phát triển mạnh mẽ.Việc tìm ra các vật liệu dụng

cụ cắt mới đ: làm thay đổi hẳn khả năng cắt khi gia công

Tuy nhiên trước hết chúng ta quan tâm đến các vật liệu làm dao cắt truyền thống

Thép dụng cụ:

nhóm thép này bao gồm điển hình là Y18A, Y7A và thép các bon thông thường đây là nhóm thép làm dụng cụ truyền thống có độ cứng và độ bền không cao dùng để làm dụng cụ cắt cho các vật liệu thông thường chúng có ưu điểm là giá thành rẻ công nghệ chế tạo ổn định đ: định hình từ rất lâu

Nhóm thép Hợp kim như 9XC, XBCT chúng là thép hợp kim mà thành phần hợp kim chủ yếu là Crôm nhóm này có độ cứng và độ bền cao hơn tuy nhiên giá thành lại cao Nhóm thép gió : thông thường là P18, P9

Nhóm thép gió mới : trên cơ sở đảm bảo một số tính năng của thép gió cũ và giảm giá thành bằng cách đưa vào một số các nguyên tố khác

Một vài mác thép gió thông dụng P18, P18K5Φ2, P18Φ2K8M,P12Φ8,P12Φ4K5,P10Φ5K5, P9K10,P9M4K8,P8M8,P6M6K5…

đặc điểm chính trong thành phần của nhóm thép gió này là hàm lượng C: 0,7-1,5%, Cr

từ 3,5 -4,5 % , W 5-17% ngoài ra còn có các nguyên tố khác như Mo V Co, Trong đó thành phần chính để tạo nên độ cứng và độ bền của thép là Cr và W tuy nhiên Cr có giá thành rất cao nên người ta có xu hướng thay Cr bằng W để giảm giá thành tuy nhiên hàm lượng W cần phải giữ ở tỉ lệ nhất định nếu không sẽ làm xấu đi cơ tính của vật liệu.Các thành phần khác Mo V Co cũng được đưa vào thép dụng cụ để có thêm những tính năng mới cho vật liệu dụng cụ

Thép gió bột: Trên cơ sở là luyện kim bột với các thành phần giống thép gió nhưng

được chế tạo dưới dạng bột kim loại và đem thiêu kết

Hợp kim cứng: là nhóm BK và TK

nói đến hợp kim cứng đây là thành quả của công nghệ luyện kim bột

Luyện kim bột bao gồm ba khâu chính: chế tạo bột, ép định hình sản phẩm và thiêu kết Luyện kim bột là một loại hình công nghệ sẽ được phát triển rất mạnh trong thế kỷ 21 vì :

- Phương pháp này cho hệ số sử dụng vật liệu rất cao 0,9 dây chuyền công nghệ tương đối đơn giản và rẻ tiền, tiêu thụ năng lượng và nhiên liệu thấp

- Cho phép chế tạo hợp kim có thành phần phức tạp và phương pháp nấu luyện truyền thống không thực hiện được

- Chế tạo được sản phẩm hình dáng phức tạp và độ chính xác cao

Công nghệ tạo bột: chia ra làm ba loại

a) các phương pháp hoá học

Hoàn nguyên các ôxit và muối

chế tạo các kim loại bột từ các hợp chất hoá học bằng cách lấy đi các thành phần phi kim loại của chúng nhờ một chất là chất khử hoặc chất hoàn nguyên Mọi quá trình hoàn nguyên là đông thời với quá trình ô xy hoá

ngoài ra còn có- Hoàn nguyên hoá học

- Phương pháp phân huỷ nha khí

- Phương pháp điện phân

- Phương pháp chế tạo các hợp chất trung gian

b) Các phương pháp vật lý

- Ngưng kết kim loại từ thể hơi

- Phun kim loại thành hạt: dùng khí nén sục vào kim loại nóng chảy làm bắn ra các hạt kim loại lỏng, hạt này được làm nguội trong các môi trường khác

số nghiên cứu và ứng dụng

*) hợp kim cứng họ volfram

-hợp kim cứng cơ sở WC và Co

a.Tính chất Hợp kim cứng cơ sở WC nằm ở một trong 3 nhóm vật liệu làm dụng cụ cắt gọt được sản xuất bằng phương pháp luyện kim bột Hợp kim cứng là một loại vật liệu tổ hợp những thành phần có nhiệt độ nóng chảy cao (WC, TiC, TaC ) với các kim loại dễ

Hợp kim cứng có độ cứng cao (86 - 92HRA) cộng với khả năng chống mài mòn tốt, modul đàn hồi cao 500 - 700GPa và giới hạn bền nén lớn 6000MPa Độ bền uốn và độ dai va đập không cao độ bền uốn thường là 1000 – 2500MPa Khả năng dẫn điện, dẫn nhiệt tương đương với sắt và thép hợp kim Hợp kim cứng trơ với axít và bền oxy hoá trong không khí tới 600 - 8000C

- Lĩnh vực ứng dụng

Hợp kim cứng cơ sở WC - Co dùng trong các loại dụng cụ khác nhau như các mũi dao gia công kim loại và phi kim, mũi khoan hầm mỏ, dụng cụ gia công kéo chuốt kim loại, gia công áp lực, cán dập Sản lượng hợp kim cứng dùng trong các loại dụng cụ được phân bố như sau: cắt gọt 65 - 68%; khoan mỏ 2 - 27%; gia công không phoi 8 - 16%

Các mác hợp kim cứng này có hàm lượng WC từ 35 - 85%, TiC 4 - 40%, Co 5 - 15% Tính chất của chúng phụ thuộc vào hàm lượng TiC và Co Khi tăng hàm lượng TiC (giữ nguyên Co) sẽ tăng khả năng chống mài mòn của hợp kim và làm giảm độ bền, còn khi tăng hàm lượng Co (giữ nguyên TiC) sẽ làm giảm độ cứng và khả năng chống mài mòn nhưng làm tăng độ bền của hợp kim

-Hợp kim nhóm WC - TiC - TaC(NbC) - Co (TTK)

Hợp kim hệ này có thành phần 5 - 15%TiC, 2 - 10%TaC(NbC), 3 - 15%Co còn lại là WC Cacbit niobi NbC có tác dụng nâng cao độ bền nhưng hầu hết các mác hợp kim cứng TTK dùng để gia công kim loại chỉ chứa TaC do cần có độ cứng cao, khả năng chịu mài mòn và khả năng bền nhiệt lớn Hợp kim nhóm này cũng được sử dụng giống như hợp kim TK nhưng có ưu điểm hơn nhờ có độ bền uốn cao hơn, khả năng chịu mài mòn và độ dai va đập lớn hơn và làm việc trong điều kiện khắc nghiệt hơn

a) Khái quát về cacbit tantan TaC:

Cacbit tantan là một hợp chất hoá học có công thức là TaC (hàm lượng cacbon theo lý thuyết là 6,23%) được tổng hợp ở nhiệt độ cao (1500 -

1600 o C) thành dạng bột Bột TaC kỹ thuật chứa 5,9 - 6,1% cacbon, có tỷ trọng 14,3 g/cm 3 , nhiệt độ nóng chảy 3880 o C, nhiệt độ sôi 5500 o C, độ cứng tế vi với tải trọng 50g là 1800kg/mm 2 Cacbit tantan TaC được dùng trong hợp kim cứng để nâng cao độ cứng, độ bền, khả năng chịu mài mòn

b) ảnh huởng của TaC tới tính chất của hợp kim TTK:Sự có mặt của TaC cải thiện cơ

lý tính và hiệu quả sử dụng của hợp kim, biểu hiện qua sư tăng độ bền uốn ở 20oC và 600

- 800oC, cacbit tantan TaC cũng là một nhân tố làm ức chế quá trình phát triển hạt khi thiêu kết giúp cho hợp kim giữ được cấu trúc hạt mịn và do vậy giữ được độ cứng, độ bền cao

Các hợp kim có chứa TaC có độ cứng cao ở 600-800oC, TaC trong hợp kim làm giảm sự r:o do nâng cao giới hạn mỏi khi chịu tải chu kỳ và nâng cao độ bền nhiệt chống oxy hoá trong không khí, kéo dài tuổi thọ cho dao cụ

Khi tăng hàm lượng TaC trong hợp kim sẽ làm tăng độ bền của hợp kim khi cắt gọt, nhờ đó khả năng hình thành vết lõm và phá huỷ dưới tác dụng của tải trọng mỏi và nhiệt tuần hoàn sẽ thấp hơn

Hợp kim chứa TaC chủ yếu dùng cho các điều kiện cắt gọt khắc nghiệt với tiết diện cắt lớn, khi lưỡi dao cụ chịu tác dụng đáng kể của lực và nhiệt độ, tải trọng động, va đập, cũng như khi cắt gọt gián đoạn của quá trình phay

c) Các mác hợp kim TTK thông dụng và lĩnh vực sử dụng:

Bảng 1: Các mác hợp kim TTK dùng để cắt gọt kim loại theo ГОСТ 3882 - 74

Các hợp kim TTK dùng để tiện, phay, bào thép cacbon, thép hợp kim, thép không gỉ, thép bền nhiệt, hợp kim đồng, hợp kim nhôm, kim loại màu, gang xám, gang dẻo trong các

điều kiện bình thường và không thuận lợi (độ sâu cắt gọt thay đổi, ăn dao gián đoạn, có

va đập, chấn động, có vỏ đúcvà các tạp chất mài mòn trong vật liệu gia công).Hợp kim TT10K8 có thể được sử dụng thay thế được các hợp kim TT20K9, TT8K6 trong một sốtrường hợp Lĩnh vực sử dụng chủ yếu của hợp kim này là tiện, phay, bào thép cacbon, thép h gang xám, gang dẻo phù hợp với các điều kiện gia công vũ khí Công nghệ chế tạo hợp kim cứng (nhóm TTK (WC -TiC - TaC - Co)và sơ đồ công nghệ chế tạo hợp kim cứng ) phương pháp luyện kim

g/cm3

Độ cứng, HRA

TT20K9 67 9,4 14,1 9,5 1470 12,0 - 13,0 91,0

Co WC TaC Cån

NghiÒn, trén trong m¸y nghiÒn bi (M¸y hµnh tinh ly t©m)

TÈm keo (cao su hoµ tan trong x¨ng)

SÊy

T¹o h¹t

Ðp nguéi t¹o h×nh

Thiªu kÕt trong lß èng graphit

(1420 ÷ 14600C)

B¸n thµnh phÈm

Gia c«ng c¬ khÝ (W,Ti)C

S¶n phÈm

2 Chế tạo các loại bột cacbit

a) Chế tạo bột cacbitvonfram WC:

Chế tạo bột W kim loại:

Bột W được chế tạo bằng phương pháp hoàn nguyên WO3 bằng khí H2 trong lò ống thép không gỉ ở nhiệt độ 700 - 900oC

Quá trình hoàn nguyên WO3 trải qua 4 giai đoạn:

Các phản ứng xảy ra khi cácbit hoá W trong môi trường H2:

2C + H2 = C2H2

2W + C2H2 = 2WC + H2

b) Chế tạo bột cacbit titan TiC:

Bột TiO2 được nghiền trộn với muội than rồi đem cacbit hoá trong lò Taman ở nhiệt

độ 1800 - 20000C trong môi trưòng khí H2 từ 1 - 2h Sản phẩm thu được chứa 18,5% C liên kết và 0,3% C tự do (theo lý thuyết lượng C liên kết là 20%)

c) Chế tạo cacbit phức WC - TiC:

Do nhiệt độ cacbit hoá của TiC cao nên người ta cũng thường tạo cácbit phức TiC từ hỗn hợp W, TiO2 và C để hạ thấp bớt nhiệt độ cacbit hóa Cacbit phức có ưu

WC-điểm trong chế tạo hợp kim cứng do nâng cao khả năng hòa tan của WC trong TiC Quá trình cacbit hoá được tiến hành ở nhiệt độ 18000C trong thời gian từ 1 - 2h trong môi trường khí H2

d) Chế tạo bột cacbit tantan TaC:

Phương pháp phổ biến nhất là hoàn nguyên cacbit hoá đồng thời Ta2O5 với C Hỗn hợp Ta2O5 và muội than được nghiền trộn rồi đem cacbit hoá trong lò Taman ở nhiệt độ

1500 - 16000C trong dòng khí H2 sạch, thời gian cacbit hoá từ 1 - 2h Sản phẩm thu

được có thể đạt hàm lượng C liên kết gần với lý thuyết là 5,9 - 6,1%

Phản ứng tổng quát của quá trình hoàn nguyên cacbit hóa:

Ta2O5 + 7C = 2TaC + 5CO

+ Chuẩn bị hỗn hợp liệu

Các loại bột cacbit và Co được trộn phối liệu theo tỷ lệ thành phần rồi đem nghiền trộn trong máy nghiền bi (72h) hoặc máy nghiền ly tâm hành tinh (10h) Sau khi nghiền cỡ hạt đạt được từ 1- 3àm, sau đó hỗn hợp bột được sấy cho bay hơi cồn rồi đem tẩm keo (thường dùng cao su hoà tan trong xăng) và sấy khô rồi được tạo hạt qua rây Tẩm keo và tạo hạt nhằm làm giảm ma sát giữa bột và thành khuôn

và làm cho bột dễ kết khối thành phôi trước khi thiêu kết

Bán thành phẩm sau khi thiêu kết được gia công cơ khi chính xác thành các sản phẩm hữu dụng

Hợp kim cứng ở việt nam đ: được chế tạo ở nhiều nơi đặc biệt là các nhà máy quốc phòng tuy nhiên phạm vi ứng dụng của nó là rất lớn do vậy mà nhu câu đòi hỏi rất cao, nên chúng ta còn phải cần mở rộng và tăng thêm năng lực sản xuất

Vật liệu gốm: có nhiều ưu điểm là độ cứng đặc biệt cao, chịu mài mòn, trơ về hoá học, tuy nhiên độ dai va đập thấp

các loại vật liệu gốm và phạm vi ứng dụng:

-keramic( ôxit nhôm tinh khiết 99,7 %) : tiện gang có độ cứng < 300HB

- keramic +cacbit kim loại: tiện các loại thép tốt có độ bền >1500N/mm2 và thép

có đ: nhiệt luyện độ cứng <65HRC

Vật liệu siêu cứng gồm kim cương nhân tạo có cấu trúc là tinh thể các bon được tạo

ra bằng con đường tổng hợp ở nhiệt độ và áp suất cao và Cubic Borinit Có ý nghĩa trước hết là dùng để sửa đá mài và chế tạo vật và gia công tinh vật liệu siêu chính xác

phạm vi sử dụng: Cubic Bonirit(CBN) để gia công tinh các loại thép đ: nhiệt luyện

độ cứng HRC= 45-65

Điamant tinh thể ( kim cương nhân tạo) là vật liệu có độ cứng lớn nhất mà con người chế tạo được dùng để tiện tinh , phay tinh, vật liệu kim loại , keramik , đá ,chất dẻo, …

Chương 3 phương pháp phóng điện ăn mòn

LờI NóI ĐầU

Ngày nay trong công nghệ chế tạo máy người ta dùng nhiều phương pháp chế tạo khác nhau để tạo ra các sản phẩm theo yêu cầu Tuy nhiên, ngày nay với việc sử dụng rỗng r:i các loại thép nóng chảy ở nhiệt độ cao, thép có độ bền nóng, thép hợp kim, thép không gỉ, thép hợp kim cứng…thì việc gia công các loại thép đó bằng các phương pháp cắt gọt thông thường có thể không thực hiện được hoặc có thực hiện được thì cũng gặp rất nhiều khó khăn Đặc biệt là để tạo ra các chi tiết có hình dáng hình học phức tạp, kích thước nhỏ nếu ta dùng các phương pháp cơ khí thông thường thì chúng ta sẽ mất rất nhiều thời gian, nguyên công, chi phí cho sản phẩm lớn…Vì vậy, bên cạnh sự phát triển các phương pháp gia công cổ điển để tạo ra các chi tiết đó trong công nghệ chế tạo người

ta đưa ra các phương pháp gia công đặc biệt

Dựa vào các đặc tính cơ lý hoá của vật liệu, bản chất của các quá trình chúng ta

có rất nhiều các phương pháp gia công đặc biệt, gia công kim loại bằng các phương pháp

điện vật lý và điện hoá học dựa trên các tính chất chung của vật liệu và tính chất lý hoá học của nó Một trong các phương pháp đó là phương pháp gia công bằng phóng điện ăn mòn Trong bài tiểu luận môn học này tôi tập trung tìm hiểu nghiên cứu phương pháp gia công kim loại bằng phương pháp phóng điện ăn mòn

NHữNG ĐặC ĐIểM CHUNG CủA PHƯƠNG PHáP GIA CÔNG BằNG PHóNG ĐIệN ĂN MòN

Gia công bằng phương pháp phóng điện ăn mòn dựa trên cơ sở tác dụng của xung điện được phóng lên chi tiết gia công Tại vị trí tác dụng, năng lượng của xung điện tạo thành nhiệt nung nóng kim loại làm chảy rồi bốc hơi rồi đưa ra khỏi vùng gia công tạo nên hình dạng kích thước cần thiết hoặc thay đổi tính chất

và tổ chức của lớp bề mặt

Gia công bằng những xung điện tuần hoàn các yếu tố cơ bản có ảnh hưởng lớn đến bản chất quá trình gia công là: Độ rỗng q; thời gian tồn tại của xung điện t; biên độ và tần số của nó

q = ≥ 1

x

t

T Trong đó:

tx : Thời gian tồn tại của xung điện, thường thay đổi trong khoảng

10-7 ữ10-1s

T: Chu kỳ lặp lại của xung điện

Nói chung giá trị q thay đổi trong khoảng 1ữ25, có khi tới 30 Sử dụng q khác nhau sẽ ứng với các phương pháp gia công khác nhau

- Đối với phương pháp tia lửa điện:

x

qt T

Nếu tx càng nhỏ, q càng lớn thì độ tập trung xung điện càng tốt Tuy vậy

ta phải chọn tx sao cho hợp lý tức là phải chọn để đảm bảo năng suất cao nhất và thoả m:n yêu cầu về chính xác và chất lượng bề mặt gia công Thông thường sử dụng tần số f trong khoảng 0,5.102 ữ 2.106 xung/s

Trong các phương pháp gia công bằng phóng điện ăn mòn, dòng điện sử dụng từ vài phần mười ampe còn diện thế từ vài chục vôn đến vài trăm vôn

Mật độ năng lượng của xung điện cần thiết phải đạt được một giá trị nhất

định để có thể phá hỏng kim loại và tạo nên kích thước hình dạng theo yêu cầu Năng lượng của xung điện truyền đến vị trí cần tác dụng trên chi tiết gia công có thể được thể hiện bằng cách sau đây:

- Truyền năng lượng qua vùng tiếp xúc trên các đỉnh nhấp nhô của các điện cực (là dụng cụ hoặc phôi)

- Truyền năng lượng qua r:nh điện cực

- Truyền năng lượng bằng cách phối hợp cả hai phương pháp trên

Tuỳ theo cách truyền năng lượng và đặc tính của xung điện mà gia công bằng phóng điện ăn mòn có các phương pháp sau: phương pháp điện tiếp xúc, phương pháp tia lửa điện và phương pháp xung điện

Với phương pháp gia công chi tiết bằng phương pháp phóng điện ăn mòn ta thấy chúng có các ưu nhược điểm sau:

Ưu điểm của các phương pháp này là:

- Có khả năng gia công mọi kim loại và hợp kim có cơ tính bất kì

- Có khả năng gia công những mặt phức tạp mà các phương pháp khác hoặc rất khó hoặc không thể gia công được

- Cho phép sử dụng chế độ làm việc trong phạm vi rộng nên có thể tạo được các bề mặt có chất lượng khác nhau tuỳ theo yêu cầu cần thiết

- Để chế tạo dụng cụ hoặc vật liệu làm dụng cụ không cần độ cứng, độ bền cao hơn vật liệu gia công

- Khi gia công dụng cụ không chịu lực

- Tiết kiệm được vật liệu gia công

Nhược điểm của phương pháp này là:

- Cần thực hiện quá trình gia công trong môi trường chất lỏng

- Độ chính xác, độ nhám bề mặt gia công phụ thuộc vào nhiều yếu tố Trong một số trường hợp có những yếu tố rất khó xác định mức

độ và quy luật ảnh hưởng của chúng

- Năng suất thấp, đặc biệt là trong gia công kim loại có độ cứng thấp

Đó là các ưu khuyết điểm chung của phương pháp gia công bằng phóng

điện ăn mòn Trong phương pháp phóng điện ăn mòn lại có các phương pháp khác nhau, mỗi phương pháp đó lại có các ưu nhược điểm khác nhau

Sau đây ta sẽ tìm hiểu một số các phương pháp gia công chi tiết bằng phóng điện ăn mòn trên các nội dung chính sau:

- Bản chất của phương pháp là gì?

- Sơ đồ nguyên lý, sơ đồ phương pháp gia công?

- Các thông số chủ yếu của phương pháp gia công?

- Ưu nhược điểm và ứng dụng của phương pháp đó

1I Gia công kim loại bằng phương pháp tiếp xúc

1.1 Bản chất của phương pháp gia công bằng điện tiếp xúc Gia công bằng phương pháp điện tiếp xúc là một dạng của phương pháp gia công bằng phóng điện ăn mòn, thực hiện bằng cách truyền năng lượng qua vị trí tiếp xúc hoặc truyền năng lượng qua vị trí tiếp xúc và r:nh phóng điện Năng suất tách kim loại ra khỏi chi tiết gia công nhờ tác dụng nhiệt của sự phóng điện

đó khá lớn

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý khi gia công vật tròn xoay bằng điện tiếp xúc

1-Chi tiết gia công ; 2,3- Cơ cấu tiếp xúc; 4-Điện cực dụng cụ

Trong sơ đồ trên, chi tiết được gia công 1 và điện cực dụng cụ 4 có thể quay quanh trục của chúng và được nối với nhau bằng một mạch điện có nguồn

điện (Đ) một chiều hoặc xoay chiều Dòng điện được truyền tới chi tiết gia công

và điện cực dụng cụ qua những cơ cấu tiếp xúc 2 và 3 Vônkế (V), Ampe kế (A), cho biết các thông số về điện thế và dòng điện làm việc trong mạch

Năng lượng của nguồn điện cung cấp truyền đến mặt gia công phụ thuộc vào các thông số điện được sử dụng (U,I), tính chất của môi trường trong đó thực hiện việc gia công (chất lỏng, chất khí…) và một số các nguyên tố khác Để điều chỉnh các thông số điện trong mạch có thể dùng điện trở để điều chỉnh là R4

Khi điện thế U=10ữ22V, lượng kim loại tách ra là do kết quả của quá trình tác dụng điện cơ tiếp xúc và hồ quang điện ăn mòn Lúc đó áp lực của điện cực dụng cụ lên chi tiết gia công là rất nhỏ, nếu ta đưa điện thế cao hơn thì quá trình tác dụng lúc đó về cơ bản là do hồ quang ăn mòn và áp lực hoàn toàn mất

1.3 Các thông số chủ yếu của phương pháp

A

V

Đ Rđ

3

2

1

4

Trong gia công bằng phương pháp điện tiếp xúc các thông số chủ yếu sau

đây là các thông số đặc trưng và có tác dụng chủ yếu đến năng suất, chất lượng gia công

- Cường độ dòng điện I, hiệu điện thế U Các thông số này ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bề mặt gia công Nó ảnh hưởng đến chiều sâu lớp bề mặt khác với lớp kim loại bản chất nếu giảm dòng điện

I thì chiều sâu lớp này giảm đi; ảnh hưởng đến chiều cao nhấp nhô của

bề mặt chi tiết gia công Rz , Rz và cường độ dòng điện I có quan hệ theo công thức: Rz= nIm

Trong đó m, n là những hằng số phụ thuộc vào những

điều kiện gia công cụ thể, thông thường m < 1

- Công suất gia công N Năng suất gia công và công suất gia công có quan hệ tuyến tính bậc nhất

- Tính chất nhiệt của vật liệu gia công Nó ảnh hưởng đến mức năng lượng tiêu tốn để bóc được 1kg kim loại ra khỏi chi tiết

- Chất lượng bề mặt chi tiết gia công thấp

- Làm thay đổi tổ chức bề mặt lớp kim loại

- ứng dụng trong tiện bằng cách kết hợp giữa gia công tiện thông thường với phương pháp điện tiếp xúc Nó có thể gia công được các vật liệu hợp kim cứng nhờ tác dụng của điện tiếp xúc

- ứng dụng trong khoan, xọc để tạo lỗ hình trục hoặc hình dáng bất kỳ

- Là phẳng bề mặt chi tiết

2 Gia công kim loại bằng phương pháp tia lửa điện

2.1 Bản chất của phương pháp gia công

Gia công kim loại bằng phương pháp tia lửa điện là một dạng gia công bằng phóng điện ăn mòn Về bản chất nó cũng dựa trên nguyên tắc từ năng lượng điện thực hiện được khi truyền năng lượng qua r:nh dẫn điện, tạo thành nhiệt lượng cao làm nung nóng chảy, đốt cháy, bốc hơi chi tiết gia công tạo ra hình dạng kích thước của chi tiết ta cần gia công

2.2 Sơ đồ nguyên lý của phương pháp

Sơ đồ nguyên lý của phương pháp được thể hện như hình vẽ sau:

Hình 2.1: Sơ đồnguyên lý của phương pháp gia công kim loại bằng tia lửa điện

1-Nguồn điện; 2- Điện trở thay đổi; 3-Tụ điện;

4-Điện cực dụng cụ; 5-Chi tiết gia công Trong sơ đồ trên người ta dùng dòng điện một chiều có điện thế 100ữ250 (V)

được phát ra từ nguồn 1 qua điện trở 2 và nạp vào tụ 3 Điện thế trong tụ 3 lớn dần đến mức cần thiết, lúc đó nếu hai điện cực 3 và 5 tiến gần lại gần nhau tạo thành một khe hở

đủ bé (khe hở này phụ thuộc vào điện thế ở hai điện cực) thì ở những điểm gần nhất trên các đỉnh nhấp nhô bắt đầu phát ra tia lửa điện dưới dạng r:nh dẫn điện khá nhỏ và chọc

thủng khoảng cách giữa hai điện cực Nhiệt độ ở r:nh lên tới hàng ngàn độ và có khi lên tới hàng chục ngàn độ đủ khả năng làm chảy lỏng hoặc đốt cháy kim loại ở bề mặt điện cực cần gia công và tạo nên vết gia công Sau sự phóng điện đó mạch trở lại trạng thái ban đầu

Lần phóng điện tiếp theo, quá trình sảy ra ở điểm có khoảng cách giữa hai điện cực là gần nhất vào thời điểm này Hiện tượng trên cứ tiếp tục sảy ra ở mọi điểm cho đến khi khoảng cách giữa hai điện cực đủ lớn mà với điện thế đó không có khả năng phóng

điện nữa thì quá trình trên dừng lại Khi đó cần phải cho hai điện cực tiến gần lại nhau để

có thể tiếp tục phóng điện

Về điện thế dùng trong gia công kim loại bằng tia lửa điện không cao hơn 250

V, do đó khoảng cách giữa hai điện cực không lớn lắm Sau đây là đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa khoảng cách giữa hai điện cực và điện thế để có thể làm sảy ra sự phóng

điện

Chiều sâu của lớp kim loại trên chi tiết gia công chịu ảnh hưởng nhiệt và tính chất của sự phá hỏng kim loại phụ thuộc vào thời gian tồn tại của xung điện Khi thời gian phát ra tia lửa điện ngắn (khoảng 10-4 ữ10-8 s) khối lượng kim loại bị chảy lỏng và bốc cháy sẽ ít đi và chỉ giới hạn trong vùng bị tác dụng Khi thời gian đó lớn hơn khoảng

10-2s, nhất là khi phát hồ quang thì thì kim loại bị nung nóng nhiều hơn và vượt ra ngoài cả vùng gia công

Nếu một trong hai điện cực (thường là điện cực dụng cụ) có kích thước nhỏ hơn

điện cực kia và dưới tác dụng của nhiều lần phóng điện liên tiếp, vùng kim loại bị phá hỏng của điện cực thứ hai (điện cực to) sẽ có hình dạng giống như hình dạng của điện cực nhỏ là điện cực dụng cụ

- Dung dịch làm nguội

- Nhiệt độ nóng chảy, bốc hơi của vật liệu gia công

- Độ dẫn điện, độ dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng của vật liệu gia công

- Tính chất của vật liệu làm điện cực dụng cụ

2.4 Ưu nhược điểm và ứng dụng của phương pháp

Ưu điểm:

- Có thể gia công được các vật liệu khó gia công

- Gia công được các bề mặt phức tạp, gia công lỗ nhỏ và sâu

- Nâng cao tính bền của dụng cụ cắt

Nhược điểm:

- Năng suất gia công thấp, trong điều kiện bình thường thì phương pháp này chỉ

đạt khoảng 500ữ600mm3/phút

- Do ảnh hưởng của nhiệt trong quá trình gia công nên chiều sâu của lớp bề mặt

và cơ tính của nó có thay đổi Sự thay đổi này phụ thuộc vào chế độ gia công, vật liệu gia công và vật liệu làm điện cực dụng cụ

III GIA CÔNG BằNG PHƯƠNG PHáP XUNG ĐIệN

3.1 Bản chất của phương pháp

Gia công bằng phương pháp xung điện là một dạng của phương pháp gia công bằng phóng điện ăn mòn Bản chất của nó cũng là dưới tác dụng của những xung điện hồ quang với thời gian tồn tại của nó khoảng 10-4ữ10-1s năng lượng E của xung điện lớn, độ rông q <5 tạo ra nhiệt độ cao làm nóng chảy, đốt cháy và bốc hơi chi tiết cần gia công

3.2 Sơ đồ nguyên lý của phương pháp

Sơ đồ nguyên lý của phương pháp này được thể hiện trong hình vẽ sau:

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý của phương pháp gia công bằng xung điện 1-Động cơ; 2-Máy phát xung; 3-Điện trở thay đổi; 4-Cơ cấu điều khiển;

5-Điện cực dụng cụ; 6-Dung dịch làm lạnh; 7-Chi tiết gia công

hướng đi xuống Điện cực và phôi được ngâm hoàn toàn trong chất lỏng cách điện 6 Năng lượng được sử dụng truyền đến vị trí gia công qua r:nh phóng điện, điện cực dụng

cụ là điện cực dương còn điện cực âm là chi tiết đem gia công Nhờ năng lượng của tia lửa hồ quang điện làm nóng chảy chi tiết mang gia công có hình dạng kích thước theo biên dạng của dụng cụ

3.3 Các thông số chủ yếu của phương pháp

Trong gia công bằng phương pháp xung điện các thông số chủ yếu là:

- Điện thế của nguồn điện cung cấp U Trong phương pháp này điện thế U thường là thấp (25 ữ 30 V)

- Cường độ dòng điện I của nguồn cung cấp Dòng điện trong phương pháp này khá cao, có thể lên đến 500A

- Năng lượng E của xung điện Năng lượng E của xung điện trong phương pháp gia công này khá lớn (khoảng vài chục jun)

3.4 Ưu nhược điểm và ứng dụng của phương pháp

Ưu điểm:

- Có thể gia công các lỗ sâu một cách ổn định bằng cách dùng một dòng chất lỏng chạy qua điện cực dụng cụ và phun vào vùng gia công

- Gia công các bề mặt có hình thù phức tạp

Nhược điểm:

- Chất lượng bề mặt của phương pháp gia công này thấp hơn so với phương pháp gia công bằng tia lửa điện Khi gia công thép thì chỉ có thể đạt được dộ nhẵn bóng ∇4

đến ∇5; còn gia công hợp kim cứng thì có thể đạt tới ∇6 ∇7

- Độ chính xác của kích thước nằm trong khoảng 0,040,02mm

- Nhược điểm lớn nhất của phương pháp này đó là tồn tại độ ăn mòn của điện cực dụng cụ khá lớn, 60100% trọng lượng kim loại được phá hỏng và hất ra khỏi vùng gia công Khắc phục một phần nhược điểm này ta dùng màng than grafit để bảo vệ điện cực dụng cụ

- Gia công lưới có hệ thống lỗ nhỏ 0,9 và số lỗ nhiều

- Gia công lỗ nhỏ r:nh hẹp và sâu với chiều rộng 0,4 0,8mm

- Phục hồi dụng cụ cắt bị hư hỏng…

KếT LUậN

Qua thời gian học tập nghiên cứu môn học các phương pháp gia công đặc biệt và tìm hiểu sâu hơn về phương pháp gia công bằng phóng điện ăn mòn cho tôi có những kiến thức mới về một số phương pháp gia công ngoài các phương pháp gia công cổ điển Thấy rằng, ứng dụng các phương pháp này vào trong thực tế là một nhu cầu cần thiết trong ngành công nghệ chế tạo máy và trong các ngành sản xuất khác Đây là các phương pháp gia công cho ta các sản phẩm gần như theo ý muốn của con người Tuy nhiên ứng dụng nó vào trong thực tế là một nhiệm vụ rất khó khăn cả về mặt con người, công nghệ Hiện nay ở Việt Nam các phương pháp gia công đặc biệt đ: được nghiên cứu rất nhiều nhưng ứng dụng vào trong thực tế sản xuất đang còn hạn chế Vì vậy việc ứng dụng phát triển các công nghệ này là nhiệm vụ của chúng ta-những người hoạt động trong ngành công nghệ cơ khí chế tạo máy

Chương 4 phương pháp phóng điện ăn mòn

Trong thời gian gần đây người ta sử dụng rất rộng r:i các loại thép nóng chảy ở nhiệt độ cao, thép có độ bền nóng, thép hợp kim, thép không gỉ, hợp kim cứng…Việc gia công những vật liệu đó gặp rất nhiều khó khăn nhất là khi tạo ra các hình thù phức tạp hoặc kích thước nhỏ Bởi vậy bên cạnh các phương pháp gia công thông thường còn sử dụng các phương pháp gia công mới dựa trên cơ sở các hiện tượng vật lý của sự tác dụng năng lượng lên vật rắn hoặc các hiện tượng hoá học xuất hiện trong khu vực cắt để tạo ra hình dạng kích thước cần thiết Những phương pháp này ngoài khả năng tạo ra những hình thù phức tạp kích thước nhỏ mà còn áp dụng vào hàn hoặc nhiệt luyện một bộ phận rất nhỏ của bề mặt nào đó

Đặc điểm chung của phương pháp này:

1- Chất lượng và tính chất gia công không phụ thuộc vào tính chất cơ lý của vật liệu gia công mà chỉ phụ thuộc vào thông số nhiệt của nó

2- Đạt được độ chính xác cao ngay cả những trường hợp thực hiện bằng phương pháp gia công cắt gọt thông thường

3- Không cần dùng dụng cụ có độ cứng cao hơn chi tiết

4- Tiết kiệm được nguyên vật liệu làm cho hệ số sử dụng vật liệu nâng cao 5- Công nghệ tương đối đơn giản nên rất có lợi khi gia công một số nguyên công không thực hiện được bằng phương pháp cắt gọt khác

6- Có khả năng gia công các bộ phận nhỏ của một chi tiết lớn mà không cần máy lớn

7- Có thể hoàn toàn cơ khí hoá và tự động hoá

8- Nói chung năng suất thấp nhưng đối với một số trường hợp có thể đạt năng suất cao, hiệu quả kinh tế cao giảm phế phẩm và khối lượng lao động 9- Có khả năng cải thiện điều kiện lao động cho công nhân

Trong điều kiện sản xuất hiện nay khả năng sử dụng các phương pháp gia công này chưa nhiều nhưng trong tương lai chúng sẽ chiếm vai trò quan trọng Gia công kim loại bằng phương pháp điện vật lý và điện hoá học để đạt được hình dạng và kích thước cơ bản có thể chia ra làm các loại sau:

+ Điện hoá hạt mài

1 Gia công kim loại bằng phương pháp phóng điện ăn mòn

1.1 Bản chất

Gia công kim loại và hợp kim bằng phương pháp phóng điện ăn mòn dựa trên cơ sở tác dụng nhiệt của xung điện được phóng lên chi tiết gia công Tại vị trí tác dụng, năng lượng của xung điện tạo thành nhiệt nung nóng kim loại lên

đến hàng nghìn độ, làm nó nóng chảy và bốc cháy rồi đưa ra khỏi vùng gia công tạo nên hình dạng và kích thước cần thiết hoặc làm thay đổi tổ chức và tính chất của lớp bề mặt

Kªnh dÉn ®iÖn Trùc tiÕp

TruyÒn ®iÖn cã hai ph−¬ng ph¸p:

IIe

UiUe

T

TT

ToTx

Tr

Trong đó:

T: Chu kỳ lặp lại của xung điện

Tt: Thời gian trễ

Tx : Thời gian tồn tại của xung điện (10-7 ữ 10-1 s)

To : Thời gian tồn tại giữa hai xung liên tiếp

Ui : Điện áp máy phát

Ie, Ue : Điện áp và cường độ dòng điện

Các thông số To; Tx; Tt đều có thể lựa chọn được

Tt Tx

Lẫn phoi

- Khi có dòng điện dần dần tạo ra kênh dẫn điện → lớn dần lên Cứ tiếp tục lớn lên → đậm đặc → chập mạch

- Khi cắt điện giữa hai điện cực thì khối kênh dẫn và phoi được đẩy sạch đi và

đưa vào môi trường mới và quá trình lại tiếp tục

Đẩy sạch và đi

đua môi truờng mới vào

To

- Đối với phương pháp tia lửa điện :

Trong các phương pháp gia công bằng phóng điện ăn mòn dòng điện sử dụng từ một vài phần mười Ampe đến hàng chục Ampe, còn điện thế từ vài chục vôn đến vài trăm vôn

Mật độ xung điện cần thiết phải đạt được giá trị nhất định để có thể phá huỷ kim loại và tạo nên bề mặt, hình dáng kích thước theo yêu cầu

Năng lượng của xung điện truyền đến vị trí cần tác dụng trên chi tiết gia công có thể thực hiện bằng các cách sau đây:

- Truyền năng lượng qua vùng tiếp xúc trên các đỉnh nhấp nhô của các điện cực (dụng cụ và phôi)

- Truyền năng lượng qua r:nh dẫn điện

- Truyền năng lượng bằng cách phối hợp cả hai biện pháp trên

Tuỳ theo sự sử dụng cách truyền năng lượng và đặc tính xung điện mà gia công