Các phương pháp gia công đặc biệt

1.3 Cơ sở lí thuyết của gia cơng bằng siêu âm Sóng âm là sóng cơ học lan truyền được trong môi trường rắn, lỏng, khí nhờ các phần tử vật chất làm nhiệm vụ truyền sóng •Nguồn âm là một mô

Trang 1

GV: TRƯƠNG QUỐC THANH

BÀI GIẢNG

CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT

Trang 2

CHƯƠNG 2:

CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA

CÔNG CƠ

Trang 3

I Gia công siêu âm

II Gia công tia nước

III Gia công dòng hạt mài

IV Gia công sử dụng kim cương và vật liệu siêu cứng

tổng hợp

IV Gia công cắt có dao động

VI Gia công cắt sử dụng các chất lỏng trơn nguội, môi trường khí và chất bôi trơn rắn

Trang 4

1 Khái niệm

• -Gia công bằng siêu âm là truyền dao động vào vùng cắt

• dưới tần số siêu âm Dao động này va đập vào hạt mài, hạt

• mài va đập vào vùng cắt tạo nên bề mặt cần gia công.

• - Siêu âm là sóng đàn hồi có tần số từ 20 kHz ÷ 1 GHz,

• nhưng dùng để gia công chỉ với tần số từ 15÷30 kHz

• -Máy siêu âm dùng để gia công các chi tiết chế tạo từ vật liệu cứng và dòn như thủy tinh, gốm sứ, đá, germani, hợp kim cứng, kim cương v.v.

I GIA CƠNG SIÊU ÂM

Trang 5

1.2 Nguyên lí gia cơng 1- Bàn máy2- Dụng cụ

3- Dao động siêu âm 4- Bộ chuyển đổi 5- Nguồn tần số cao 6- Thanh truyền sóng 7- Bộ phận làm mát 8- Bơm

9- Dung dịch hạt mài 10- Chi tiết gia công 11- Thùng chứa

Trang 6

1.3 Cơ sở lí thuyết của gia cơng bằng

siêu âm

Sóng âm là sóng cơ học lan truyền được trong môi trường rắn, lỏng, khí nhờ các phần tử vật chất làm nhiệm vụ truyền sóng

•Nguồn âm là một môi trường đàn hồi có thể tạo ra và truyền dao động vào môi trường tiếp xúc với nó Một số đại lượng vật lý của nguồn âm như: âm l ng, áp suất âm, ượng, áp suất âm,

Trang 7

Theo tần số f, sóng âm được chia thành các loại: Hạ âm, Âm có thể nghe

được, Siêu âm, Cực siêu âm, siêu cao âm

Trang 8

• Các yêu cầu đối với nguồn âm:

• - Có khả năng hòa trộn

• - Âm lượng có thể biến đổi

• - Chất lượng ổn định (ít bị nhiễu)

• - Khả năng phát sóng tốt

• - Có tần số thích hợp

• - Công suất lớn

Có nhiều phương pháp để tạo sóng siêu âm, nhưng thường

dùng ba cách: cơ học, điện thế và từ giảo Các thiết bị GC sử

dụng trong công nghệ chế tạo máy chủ yếu hoạt động với

Trang 9

1.4 Thiết bị và dụng cụ

a) Thiết bị:

Gồm hai bộ phận chính sau:

• 1 Máy dùng cho GC siêu âm

• 2 Đầu rung siêu âm

Trang 10

1- Phôi; 2- Dụng cụ; 3- Thanh truyền sóng; 4- Bộ chuyển đổi

5- Trục; 6- Trụ; 7- Bơm; 8- Thùng chứa

Trang 11

Hình 2.8 Hình dáng bên ngoài máy mài siêu âm CNC của hãng Bullen

Trang 12

I GIA CÔNG SIÊU ÂM

Trang 13

Hình 2.9 Sơ đồ cấu tạo đầu siêu âm

1- Dụng cụ 2- Đầu nối 3- Thanh truyền sóng 4- Đầu từ giảo

5- Vỏ máy

Trang 14

b) Dụng cụ

Thường dụng cụ có nhiều hình dạng và kích thước khác nhau tùy theo yêu cầu Sử dụng nhiều nhất vẫn là dụng cụ có biên dạng giống như biên dạng của chi tiết GC, kích thước của nó bị chi phối bởi kích thước của hạt mài được sử dụng Ï

Vật liệu làm dụng cụ cần có tính bền và dẻo thường là thép 45, thép dụng cụ Y8A, Y10A, thép hợp kim 40X, 60,

Trang 15

c) Đầu nối

Giao tiếp giữa thanh truyền sóng và dụng cụ có một bộ phận gọi là đầu nối Đầu nối được chế tạo đặc biệt sao cho có thể lắp được các dụng cụ vào thanh truyền sóng.

d) Thanh truyền sóng

Thanh truyền sóng là bộ phận truyền dao động từ đầu từ giảo cho dụng cụ Thanh truyền sóng có nhiều kiểu hình dáng bên ngoài khác nhau, phổ biến là dạng đường cong hoặc trục bậc mà đầu nhỏ của nó ở phía đầu lắp dụng cụ

Trang 16

Trang 17

e) Bộ chuyển đổi

Bộ chuyển đổi dùng để biến đổi năng lượng điện thành các dao động siêu âm Hiện nay có hai loại được sử dụng rộng rãi là bộ chuyển đổi áp điện và bộ chuyển đổi từ giảo.

f) Hỗn hợp dung dịch hạt mài

Hỗn hợp dung dịch hạt mài bao gồm các hạt mài mịn, sắc trộn trong

chất lỏng là nước hoặc benzen, dầu nhờn, glyxerin

Trang 18

1.5 Các thông số công nghệ

a) Năng suất bóc vật liệu MRR (Material Removal Rate)

Năng suất bóc vật liệu khi GC siêu âm là thể tích vật liệu (phoi) được lấy đi trong một đơn vị thời gian (mm3/phút)

b) Dung dịch và hạt mài

Trong điều kiện như nhau nếu dùng hạt mài là B4C thì năng suất đạt cao nhất

Ngoài ra chất lỏng dạng huyền phù cũng rất quan trọng Có thể dùng chất lỏng là nước, dầu mazut, dầu hỏa, cồn, dầu máy, dầu gai, glyxerin Trong đó dùng nước đạt

Trang 19

c) Chất lượng bề mặt gia công

Độ nhám bề mặt GC có thế đạt Ra = 12,50,2m

Độ nhám bề mặt phụ thuộc vào:

- Số lượng và kích thước hạt mài.

- Tính chất cơ lý của vật liệu GC.

- Biên độ dao động của dụng cụ.

- Độ nhám dụng cụ.

- Chất lỏng chứa bột mài.

Lưu ý rằng trong trường hợp GC cần đạt độ bóng cao thì không nên thay nước bằng dầu

Trang 20

• Hình 2.25 là bề mặt lỗ GC bằng siêu âm

• (a) so sánh với GC bằng tia laser

• (b) ở mức phóng đại 100 lần

• (c) là bề mặt lỗ được GC bằng siêu âm,

• (d) GC bằng tia laser ở mức phóng đại 500 lần.

Trang 21

d) Độ chính xác gia công

Phụ thuộc vào nhiều yếu tố, có thể chia làm hai nhóm như sau:

- Những yếu tố phụ thuộc vào thiết bị và độ chính xác điều chỉnh máy

- Các yếu tố phụ thuộc vào đặc tính công nghệ

Trang 22

Độ chính xác và chất lượng bề mặt khi GC bằng siêu âm

được trình bày trong bảng 2.3.

công, mm

Độ côn của lỗ sau

từ 12  15

mm

Độ nhám bề mặt Ra, m

Trị số hiệu chỉnh dụng

Trang 23

GV: TRÖÔNG QUOÁC THANH

1.6 Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng

Trang 24

• -Có thể GC chính xác các lỗ tròn hoặc không tròn trên các vật liệu rất cứng, rắn, dòn, nhất là vật liệu ceramic, thủy tinh, đá

• -Ít để lại ứng suất dư vì đặc trưng GC không nhiệt của nó

• -Cho phép GC được những vật liệu vô cùng cứng, rắn, dòn.

• -Cho phép GC được những vật liệu phi kim loại.

• -Không gây ra hiện tượng nứt tế vi bề mặt.

• -Không gây ra tai nạn lao động.

Trang 25

b) Nhược điểm

1 Dụng cụ mòn nhanh.

2 Năng suất thấp khi GC vật liệu từ hợp kim cứng và thép đã tôi, bằng 1/201/50 năng suất khi GC thủy tinh, thạch anh, ,dụng cụ mòn nhiều hơn.

3 Diện tích GC bị hạn chế Có thể tăng tiết diện GC bằng cách nâng cao công suất ra của đầu từ giảo và diện tích phát sóng của nó

4 Chỉ có thể GC lỗ và hốc không sâu lắm, giới hạn hợp lý là 2540mm

Tăng độ sâu thì giảm nhiều năng suất, do làm tăng vai trò của quá trình mài gọt phụ, và làm xấu đi nhiều việc đưa bột mài vào vùng làm việc cũng như việc lấy đi sản phẩm mài mòn của dụng cụ.

Trang 26

c) Phạm vi ứng dụng

1 Gia công siêu âm phối hợp với GC khác: Khoan, Phay.Xoi lỗ,

Mài, mài tinh, mài bằng đĩa, Mài bóng bằng ma sát.

2 Gia công không cắt gọt: Hàn, Làm sạch kim loại, Lắp ghép

bằng ép, Hóa đông, Gia tăng sự khuếch tán.

Trang 27

Hình 2.27 Nguyên lý khoan bằng siêu âm

b

c

g f

e e

a

a- Đầu từ giảo dao động b- Cầu nối

c- Dụng cụ d- Bộ làm mát e- Chất lỏng làm mát f- Chi tiết gia công g- Dung dịch hạt mài

Các ứng dụng khác

Khoan

Trang 28

Trang 29

1- Chi tiết gia công; 2- Dụng cụ Hình 2.29 Sơ đồ mài mặt phẳng bằng siêu âm

Mài

Trang 30

1- Đe; 2- Các bộ phận được hàn; 3- Cực âm thanh; 4- Dao động siêu âm

Hình 2.31 Nguyên lý hàn bằng siêu âm

Hàn

Trang 31

Hình 2.32 Nguyên lý hàn kim loại bằng siêu âm

Trang 32

Trang 33

Hình 2.34 Hàn dây điện vào đầu nối bằng siêu âm

Hình 2.35 Hàn dây dẫn đồng với đầu tráng men bằng siêu âm

Hàn

Trang 34

Trang 35

Ứng dụng trong việc lắp ráp chi tiết:

Để lắp ráp các chi tiết đã tôi cần có lực lớn Dao động siêu âm, tạo nên gia tốc và sự biến thiên kích thước có chu kỳ đối với vật cần ép,

làm cho việc lắp ráp dễ dàng hơn Sự lắp ráp được thực hiện bằng dao động của một hoặc cả hai vật vì thế lực ép giảm nhiều.

Trang 36

Hình 2.36 Một số mẫu được gia công bằng siêu âm.

Trang 37

Videos

Trang 39

II GIA CÔNG TIA NƯỚC

2.1 CẮT BẰNG TIA NƯỚC

Trang 40

2.1.1 Khái niệm

• Là phương pháp gia công mới, dùng tia nứơc công nghiệp tác động vào vùng chi tiết cần gia công, quá trình cứ tiến hành liên tục và dần dần tạo thành chi tiết gia công.

Trang 41

2.1.2 Nguyên lý gia công

Cắt bằng tia nước là một quá trình sử dụng tia nước

ở áp suất cao để GC vật liệu Vết cắt hoặc rãnh có

độ rộng xấp xỉ 1mm Đường kính lỗ nhỏ nhất có thể cắt được là 1,5mm Phương pháp này còn được gọi

là GC bằng thuỷ động lực học

Trang 42

Hình 2.37 Sơ đồ nguyên lý gia công bằng tia nước.

Trang 43

Trang 44

2.1.3 Cơ sở lí thuyết

Xem cơ sở lí thuyết cắt bằng tia nước có hạt mài

Trang 45

2.4 Thiết bị và dụng cụ

•Hai thành phần thiết yếu:

•1 Bàn XYZ có thể di chuyển đầu cắt trên vật liệu và một máy bơm áp

suất cao 400MPa Ở áp suất này, tia nước có thể cắt nhựa, gỗ, vật liệu lót

sàn đàn hồi, cao su và các chất tương tự khác;

•2 Đầu cắt u c t ắt là một vòi có kích thước miệng vòi là 6,35mm bằng tinh thể

sapphire.

Trang 46

Hình 2.38 Các hệ máy tiêu biểu BENGAI và WOMA

Trang 47

Hình 2.39 Sơ đồ cấu trúc các phần tử của hệ thống máy gia công bằng tia nước

Trang 48

Dụng cụ

Vòi phun có đường kính

0,10,4 mm Để có tia

nước có đủ năng lượng cho

quá trình cắt cần cung cấp

một áp suất lên đến

400MPa và vận tốc phun ra

lên đến 900m/s

Trang 49

Hình 2.45 Cấu tạo đầu cắt

Hình 2.46 Hình dạng tia nước ra khỏi vòi phun

Trang 50

2.5 Các thông số công nghệ

Bao gồm: khoảng cách GC, đường kính lỗ vòi phun, áp suất nước và

tốc độ cắt

- Khoảng cách GC là khoảng cách giữa đầu vòi phun và bề mặt GC

(Khoảng cách GC điển hình là 3,2mm)

-Vòi phun nhỏ được sử dụng trên những vật liệu mỏng, với những vật liệu

dày hơn thì cần có những tia phun dày hơn và áp suất cao hơn

-Tốc độ cắt thường vào khoảng từ 5500mm/s

Trang 51

Bảng 2.6 Chiều dày cắt và tốc độ ăn dao khi cắt bằng tia nước.

Vật liệu Chiều dày cắt,

Trang 52

2.6 u điểm và phạm vi ứng dụng Ưu điểm và phạm vi ứng dụng

• a) Ưu điểm:

• - Chất lượng vết cắt rất cao.

• - Vết cắt có thể bắt đầu ở bất kỳ chỗ nào mà không cần khoan mồi trước và có thể cắt được các vật liệu cán mỏng.

• - Có khả năng tự động hóa và người máy hóa rất cao.

• - Chi phí thấp ;- Không có chất hóa học như cắt bằng hạt mài (AWJC).

• - Thích ứng với hệ thống CAD/CAM ;- Gia công đạt độ chính xác cao, bề mặt phẳng ; - Không ảnh hưởng nhiệt ;- Có thể cắt bất cứ vật liệu nào ;-

Trang 53

1 - Gia công cắt: PPGC bằng tia nước được ứng dụng trong các ngành hàng không, thực phẩm, nghệ thuật đồ họa, công nghiệp ôtô, giày dép, cao su, nhựa, đồ chơi, gỗ, luyện kim, giấy, chế tạo máy

2 - Làm sạch bề mặt trong ngành xây dựng và chế tạo máy

3 Một số vật liệu được cắt bằng tia nước là: các tông, thảm, lie (làm nút chai), giấy, plastic, sản phẩm gỗ, cao su, da, giấy, lá kim loại mỏng, gạch, vật liệu composite

• b)Phạm vi ứng dụng:

Trang 54

Trang 55

2.2 Gia công tia nước có hạt mài

• Phương pháp này dùng tia nước được thêm vào các phần tử hạt mài để cho quá trình gia công mạnh hơn, có hiệu quả hơn, nhằm tạo khả năng cắt các vật liệu cứng hơn như : thép, thủy tinh, bêtông hay vật liệu composite Dòng tia nước gia

công này sẽ không gây ra những hậu quả do áp suất hoặc

nhiệt lên các vật mà chúng ta đang gia công

2.2.1 Khái niệm

Trang 56

2.2.2 Nguyên lí gia công

Nguyên lý của phương pháp này cũng như GC tia nước, nhưng khác ở chỗ trong quá trình hình thành tia nước áp suất cao thì cho thêm vào dòng hạt mài Vận tốc rất cao của

dòng tia khi đi qua lỗ phun sẽ tạo chân không để hút các hạt mài từ ống chứa hạt mài, sau đó, hạt mài sẽ trộn với nước trong ống trộn Việc cấp hạt mài trong quá trình GC quyết

Trang 57

2.2.3 Cơ sở lí thuyết

Quá trình đưa phần tử hạt mài vào trong nước :

• -Hạt mài được đưa vào sau giai đoạn hình thành tia nước áp suất cao

• - Hạt mài được đưa vào trước quá trình hình thành tia nước (trường hợp không phổ biến)

Trang 58

Trang 59

Trang 60

2.2.4 Thiết bị và dụng cụ

• Các bộ phận chính của một thiết bị GC tia nước có hạt mài cũng giống như GC tia nước, bao gồm các bộ phận chính sau:

• - Bộ lọc: làm sạch nước để tăng tuổi thọ hệ thống ;- Bộ tăng áp: tăng áp lực của nước ; - Bộ phận phân phối nước: đường ống, khớp nối và các bộ phận phân phối nước tăng áp; - Đầu trộn: trộn nước áp lực cao và hạt mài ; - Đầu cắt: dẫn hướng tia nước ; - Dàn máy NC: định vị đầu cắt ; -

Bộ phận thu gom nước đã phun

Trang 61

Hình 2.48 Thiết bị gia công tia nước có hạt màiWJC a) Hình dáng bên ngoài; b) Sơ đồ hoạt động

Trang 62

Trang 63

Hình 2.59 Một số thiết bị, phụ tùng kèm theo máy của hãng OMAX

a) Đầu cắt nghiêng; b) Đầu khoan;

c) Thiết bị điều khiển trục Z; d) Hệ thống dọn sạch vật rắn

Trang 64

2.2.5 Các thông số công nghệ

• Các thông số công nghệ cơ bản của quá trình cắt là:

• - Áp suất tia nước.

• - Đường kính tia nước.

• - Tốc độ của dòng tia lên đến 285 fps (1950 m/ph), khoảng 2,5 lần tốc

độ âm thanh.

• - Độ xa.

• - Tốc độ nạp hạt mài.

• - Tốc độ cắt từ 25  130mm/ph Tốc độ cắt càng lớn thì chất lượng bề

mặt càng tốt

• - Tốc độ nạp vật liệu (lượng chạy dao)

Trang 65

2.2.6 ưu điểm và phạm vi ứng dụng

• a) Ưu diểm

• -Vật liệu phụ trợ như titan, inconel, hợp kim đặc biệt, rẻ hơn các PPGC khác ; - Cắt được hầu như mọi vật liệu: thép tôi cứng, thép mềm, thép không gỉ, tạo được mọi loại hình dạng với chỉ một dụng cụ cắt ; - Cắt với một phạm vi bề dầy lớn với dung sai hợp lý, không sinh nhiệt, vùng GC không chịu tác động nhiệt, đây là PPGC cắt lạnh ; - Độ nhám bề mặt có thể tốt như các PPGC truyền thống ; - Lực cắt không đáng kể, vì thế có rất

ít hoặc không có ; - Chi phí thấp

Trang 66

Hình 2.67 Một số chi tiết gia công bằng tia nước hạt mài

a) Chi tiết nhôm dày 76mm; b) Con rồng bằng kính chống đạn

Trang 67

• -Cắt đứt hoặc cắt định hình các bề mặt kim loại hoặc phi kim loại.

-Khoan lỗ bằng tia nước áp lực cao.

• -Ứng dụng tia nước trong công nghiệp làm sạch bề mặt.

• -Ứng dụng tia nước trong kỹ thuật đào đường hầm.

• -Gia công bằng tia nước có thể được sử dụng có hiệu quả

• với những đường cắt hẹp cho các loại chi tiết có dạng tấm

• mỏng làm bằng vật liệu nhựa, vải, composite, gạch lát sàn, da, thảm và cát tông…

• -người ta còn sử dụng tia nước để làm sạch bề mặt kim loại, các bề mặt khác.

• b)Phạm vi ứng dụng

Trang 68

Videos

Trang 69

Trang 70

• Gia công dòng hạt mài là phương pháp bóc vật liệu khi

dòng khí mang hạt mài với vận tốc cao tác động lên chi tiết

3.1 Khái niệm

III GIA CÔNG DÒNG HẠT MÀI

Trang 71

3.2 Nguyên lý gia công

Hình 2.68 Nguyên lý gia công dòng hạt mài

Trang 72

• Sự va đập của các phần tử hạt mài vào bề mặt chi tiết gia công tạo thành một lực tập trung đủ lớn, gây nên một vết nứt nhỏ, và dòng khí mang cả hạt mài và mẫu vật liệu nứt (mòn) đi ra xa

• Khí sử dụng gồm nhiều loại như không khí, CO2, nitơ,

heli,

• Không được nhầm lẫn PPGC tia nước có hạt mài là gia công

Định dạng
Số trang	321
Dung lượng	12,06 MB