PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CẮT HỒ QUANG, PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CHÙM ĐIỆN TỬ

_ Cắt Plasma – Plasma cutting là một quá trình trong đó để cắt thép và các kim loại khác ở các độ dày cắt khác nhau sử dụng mỏ cắt plasma.. Điện áp này được sử dụng để tạo ra một hồ quan

1.Cắt hồ quang là gì?

2 Lịch sử phát triển?

3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

của thiết bị gia cơng.

4 Ưu điểm và Khuyết điểm.

I PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CẮT

HỒ QUANG II PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CHÙM ĐIỆN TỬ.

1.Cắt hồ quang là gì?

_ Cắt Plasma – Plasma cutting là một quá trình trong đó để cắt thép và các kim loại khác ở các độ dày cắt khác nhau sử dụng mỏ cắt plasma Trong phương pháp này khí trơ ( hoặc không khí nén ) được thổi qua vòi phun với áp suất ccao, cung thời điểm dòng hồ quang điện cũng truyền qua dòng khí này từ vòi phun đến bề mặt vật cắt, chuyển một phần khí sang thành Plasma Plasma có nhiệt độ cao làm nóng chảy kim loại vật cắt, khí thổi với áp suất cao đủ để thổi kim loại nóng chảy ra khỏi mặt cắt

(Plasma dạng vật chất thứ tư)

thực thể thông dụng nhất trong tự nhiên là nước (H2O), tồn tại ở ba trạng thái là chất rắn (băng), nước và hơi nước.

_ Trạng thái thứ tư của vật chất được gọi là PLASMA Khí ion hóa với các đặc tính của nó

là cơ sở chủ yếu để các hệ thống plasma hoạt động

_ Định nghĩa: “Plasma là tập hợp các hạt tích điện bao gồm số lượng tương đương các ion dương và các điện tử và có vài đặc tính của khí nhưng khác với khí là có tính dẫn điện tốt”

Sự ion hóa khí tạo ra các điện tử tự do và các ion dương giữa các nguyên tử khí Khi điều này xảy ra, khí trở thành dẫn điện với khả năng mang dòng điện Như vậy, plasma hình thành - đó là hình thái phong phú nhất của vật chất trong vũ trụ

_ Một ví dụ của plasma được thấy trong tự nhiên là hiện tượng tia chớp thường hay xảy ra khi bầu trời có mưa giông Giống như tia plasma phát ra từ mỏ plasma, tia chớp phóng từ

vị trí này sang vị trí khác, giữa hai đám mây tích điện Trong không gian hình thành tia chớp, các loại khí trong không trung là khí ion hóa, trở nên dẫn điện

1.Cắt hồ quang là

gì?

2 Lịch sử phát triển:

Cắt plasma được phát triển vào năm 1960 và năm 1980 nổi lên như một phương pháp hữu hiệu cho cắt các tấm thép lá và thép tấm Nó tạo ít phôi vụn và bề mặt chế tạo chính xác hơn, sạch hơn, nên nó sớm được phát triển rộng rãi Với sự phát triển của máy công cụ ,công nghệ CNC được áp dụng vào cắt plasma trong nhưng năm sau 1980 đến năm 1990, mang lại sự linh hoạt và chính xác hơn trước

3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị gia cơng.

_Dòng plasma là một hỗn hợp khí của các electron tự do, các ion dương, nguyên tử và

phân tử

_ Các loại khí thường dùng để tạo plasma là nitrogen, Argon, Hidrogen hay hỗn hợp các khí này

_Dòng plasma được phát sinh giữa điện cực (Catod) bên trong vòi phun (thường là

tungsten) và chi tiết gia công (Anod) Có nhiệt độ từ 10.000 – 14.0000 C để cắt kim loại bằng cách làm cho nó nóng chảy cục bộ tại vị trí và vùng áp lực của dòng khí đẩy phần kim loại nóng chảy ra khỏi vị trí đó

_Quá trình cắc plasma được chia làm 2 phần :

+ Đầu tiên dòng khí nóng làm nóng chảy và xuyên thủng vật liệu.

+ Sau đó dòng plasma được dịch chuyển theo đường dẫn đã được vạch sẵn để cắt vât liệu.

-Dòng plasma đi qua dòng nước làm nguội ở đầu vòi phun và nó được thu hẹp lại thành tia để tác động trực tiếp vào vị trí yêu cầu Tia plasma đến chi tiết gia công có vận tốc cao và nhiệt độ cực nóng tại tâm của nó, nhiệt độ này đủ để cắt đứt miếng kim loại dày 155,4mm.

Hệ thống máy cắt plasma cơ bản gồm những gì?

_ Một hệ thống cắt plasma cơ bản bao gồm: một bộ nguồn cung cấp năng lượng, một mạch khởi động hồ quang và đầu cắt Các thành phần hệ thống cung cấp năng lượng điện, khả năng ion hóa và quy trình điều khiển là cần thiết để cho ra đường cắt chất lượng và năng suất cao trên nhiều loại kim loại khác nhau.

_ Bộ nguồn cung cấp năng lượng là một nguồn điện một chiều liên tục có điện

áp từ 240 đến 400 VDC Dòng điện ngõ ra của bộ nguồn xác định tốc độ và độ dày vật liệu cần cắt của hệ thống Chức năng chính của bộ nguồn là để cung cấp năng lượng chính xác để duy trì hồ quang plasma sau khi ion hóa.

_ Mạch khởi động hồ quang là một bộ phát tần số cao tạo ra một điện áp xoay chiều từ 5000 đến 10000 volt ở tần số 2 triệu Hz (2MHz) Điện áp này được sử dụng để tạo ra một hồ quang cường độ cao bên trong đầu cắt để ion hóa khí,

Máy cắt plasma bằng tay Máy cắt plasma CNC tự động.

Khí thường sử dụng trong cắt plasma là à gì???

_Các khí tạo plasma hay dùng là nitơ, argon, hydro, oxi, không khí nén

+ Khí trơ cho bề mặt cắt sạch nhất, thích hợp cho kim loại màu

+ Khí O2 nguyên tử có tác dụng cải thiện việc truyền năng lượng vào hồ quang cho vật cắt thông qua cơ chế phân ly - tái hợp

+ Khí chứa oxi có hiệu quả năng lượng cao khi cắt, tạo phản ứng tỏa nhiệt của oxi với vật liệu cắt, cho năng suất cao

+Khí được sử dụng nhiều nhất là không khí nén

+Có thể bổ sung nước vào mỏ cắt để cải thiện chất lượng bề mặt cắt thép và tăng tốc

độ cắt Cũng có thể bổ sung khí cháy để tăng tốc độ cắt đồng và hợp kim đồng và cải thiện chất lượng bề mặt cắt

Sử dụng miệng đầu phun thích hợp để làm

thắt lại luồng khí ion hóa có nhiệt độ rất

cao, sao cho có thể sử dụng để làm nóng

chảy và cắt đứt các kim loại dẫn điện

Khí dẫn điện (plasma) được sử dụng để chuyển năng lượng âm (-) cung cấp bởi một nguồn điện từ mỏ plasma đến vật liệu cắt Mỏ plasma đóng vai trò như là công cụ lắp các phụ tùng tiêu hao và có vai trò cung cấp chất làm mát (khí hoặc nước) cho các phụ tùng này Đầu phun và điện cực duy trì tia plasma

3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

của thiết bị gia công.

Một tín hiệu khởi động được gửi tới nguồn công suất DC Khi đó, đồng thời xuất hiện điện áp mạch hở (OCV) và khí phun ra mỏ

Sau khi có luồng khí ổn định, mạch tần số cao (HF) được kích hoạt HF phóng hồ quang giữa điện cực và đầu phun bên trong mỏ và hồ quang làm cho khí thổi qua đó bị ion hóa

3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị gia công.

Khí dẫn điện tạo nên dòng điện giữa điện cực và đầu phun và kết quả là hình thành hồ quang mồi (pilot arc)

Khi hồ quang mồi tiếp xúc với vật cắt, hồ quang plasma hình thành giữa điện cực và vật cắt Hồ quang plasma làm nóng chảy kim loại, và luồng khí tốc độ cao thổi đi kim loại nóng chảy

Mỏ Cắt plasma cấu tạo như thế nào? làm bằng vật liệu gì mà có thể chịu được nhiệt độ cao như vậy??

Tùy vào từng loại máy cắt plasma khác nhau mà có những loại mỏ cắt plasma tương ứng Tuy nhiên về cấu tạo cơ bản chúng giống nhau về thành phần chức năng Cấu tạo chung

mỏ cắt plasma bao gồm các phần: chụp khí bảo vệ vòi phun, chụp sứ, vòi phun, sứ chia khí, điện cực bép cắt, thân mỏ cắt

1 Shield: Chụp khí bảo vệ vòi phun Tác dụng chính của nó là tạo khoảng cách an toàn cho vòi phun khỏi tiếp xúc tấm cắt, kéo dài tuổi thọ vòi phun.

2 Retaining cap: Chụp sứ, cố định điện cực, tạo khoang kín khí quang điện cực.

3 Nozzle: Vòi phun có lỗ thoát khí là nơi thoát khí plasma từ mỏ cắt

4 Swirl ring: Sứ chia khí, giúp tạo ra dòng khí cuộn quanh điện cực.

5 Electrode: Điện cực bép cắt cùng với vòi phun chuyển dòng không khí thành dòng cắt plasma.

6 Torch body: Thân mỏ cắt cung cấp dòng điện, khí plasma, khí và nước bảo vệ.

_ Ưu điểm của phương pháp cắt Plasma

Cắt plasma hiện nay rất được ưa chuộng mang lại hiệu suất cao trong công việc và vết cắt đẹp

+ Ứng dụng cắt plasma bằng máy cắt tay

Các máy cắt này có kích thước tương đối nhỏ gọn, do đó dễ dàng di chuyển để cắt tại hiện trường

+ Ứng dụng cắt plasma bằng máy cắt CNC

Được gắn lên máy cắt CNC, mỏ cắt plasma thực hiện cắt các hình bất kỳ theo bản vẽ

AutoCAD Ứng dụng này được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp đóng tàu, chế tạo thiết

bị, chế tạo kết cấu thép…

+ Sử dụng mỏ cắt plasma trên máy đột dập

Kết hợp tính năng của máy đột dập với mỏ cắt plasma tạo nên thiết bị có tính năng kép Thông thường, mũi đột hoạt động tạo thành các lỗ chính xác, trong khi đó mỏ cắt plasma được dùng để cắt các lỗ kích thước lớn, các đường cắt đa hình và các đường bao của chi tiết

5 Ứng dụng và an toàn lao động.

+ Sử dụng mỏ cắt plasma với robot

Các robot là các tay máy đa trục có thể chuyển động theo 3 chiều không gian Một mỏ cắt plasma được gắn trên tay robot cho phép cắt các vật liệu có hình dạng bất kỳ Vì vậy, nó đảm bảo tính chính xác cao trong từng thao tác cắt.

dụng, cũng như các quy định an toàn của nhà sản xuất thiết bị.

_ Bạn phải bảo vệ mắt mình với các loại mũ có trang

bị kính lọc bảo vệ phù hợp với cắt plasma

_Thiết bị bảo hộ lao động cần có của thợ cắt plasma cũng tương tự như với thợ hàn, với áo có cổ cao, găng tay, túi, áo sơ mi chống cháy khi bị bắt tia lửa.

_ Khi vòi cắt bị biến dạng, lỗ cắt bị che lấp hoặc thay đổi bạn nên loại bỏ nó.

_Với các thao tác cắt lặp lại bạn nên xem xét việc sử dụng khuôn cắt để đảm bảo độ đồng đều của các sản phẩm thu được.

Vài hình ảnh cắt plasma

2 Lịch sử phát triển?

_ Từ lâu người ta đã sử dụng năng lượng của điện

tử truyền động với tốc độ cao vào đèn Rơngen, đèn

điện tử và kính hiển vi điện tử v.v trong các thiết bị

trên phần lớn năng lượng của điện tử bị tổn thất

chuyển hóa dưới dạng nhiệt năng.

_ Gia công tia điện tử (Electric Beam Machining -

EBM) là quá trình gia công nhiệt biến đổi động

năng của điện tử thành nhiệt năng với tỉ lệ cao hơn

và nhờ vậy bằng cách làm nóng cục bộ mà ta có thể

tiến hành nhiều phương pháp gia công nhiệt khác

nhau Sử dụng phương pháp này để gia công những

chi tiết khó gia công bằng các phương pháp truyền

thống Đặc biệt, công nghệ hàn bằng chùm tia điện

tử tỏ ra ưu việt khi gia công những vật liệu cứng,

chịu lửa và vật liệu gốm khác.

- Chỉ có thể sử dụng tia điện tử trong chân không và

người ta có thể tạo ra chân không nhờ có máy bơm

chân không công suất lớn và buồng chân không lớn.

3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị gia công.

Sơ đồ gia công bằng chùm tia điện tử

1) Cực âm 2) Hệ thống tập trung chùm tia 3) Buồngchân không

4) Chi tiết gia công 5) Hệ thống đánh nghiêng chùm tia 6) Thấu kính từ

7) Hệ thống quang học 8) Cực dương

8

_ Bản chất của phương pháp gia công bằng chùm tia điện tử như sau: chi tiết gia công 4 được đặt trong 1 buồng chân không 3, một chùm tia điện tử có tốc độ và vận tốc lớn được tập trung hướng vào bề mặt chi tiết gia công, nung nóng nó và làm bốc hơi vật liệu gia công Nguồn sinh ra điện tử tự do thông thường là một sợi dây với phram 1 (cực âm) Năng lượng cao của điện tử đạt được nhờ điện thế cao được tạo

ra từ cực dương 8 các điện tử chuyển động (tập trung thành chùm tia) hướng tới chi tiết gia công với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng

_ Đường kính chùm tia qua hệ thống tập trung 2 và thấu kính 6 có thể đạt tới phần trăm hoặc phần nghìn mm, còn mật độ công suất có thể đạt tới vài nghìn Kw trên 1 mm2 Năng lượng tác động được đo bằng các xung có thời gian 103- 104 giây Khi gặp bề mặt gia công, năng lượng của chùm tia điện tử chuyển thành nhiệt năng và nung nóng cục bộ bề mặt gia công Nếu ở vùng tiếp xúc trực tiếp của chùm tia với chi tiết gia công nhiệt độ lên đến 3000-40000C ở cách đó khoảng 1m nhiệt độ không vượt quá 3000C Cách truyền nhiệt như vậy cho phép gia công bất kì vật liệu nào mà không ảnh hưởng đến cấu trúc của vật liệu ở vùng ngoài vật liệu gia công Để quan sát quá trình gia công người ta lắp thêm hệ thống quang học 7 Hệ thống 5 có tác dụng đánh nghiêng chùm tia đi một góc mong muốn.

3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị gia công.

Các loại máy sử dụng tia điện tử chủ yếu là máy khoan, phay và cắt Trong thiết khoan và phay đường kính của tia điện tử thông thường nhỏ hơn 10 μm

_ Thiết bị khoan bằng chùm tia điện tử : Máy khoan tia điện tử dùng để khoan các

lỗ nhỏ (có đường kính khoảng 10 μm) ở những chỗ khó gia công như cánh turbin, buồng đốt của turbin máy bay trực thăng, đặc biệt những lỗ lệch với mặt phẳng (có thể lệch đến 20o), có biên dạng phức tạp và nhiều.

_ Phay bằng chùm tia điện tử : có thể phay rãnh rộng từ 10÷20 μm

_ Cắt đứt bằng chùm tia điện tử : các loại màng mỏng trong cơ khí chính xác, trong công nghệ vi điện tử Cắt đứt, cũng như khoan, phay các vật liệu rất cứng như thép, wolfram, platin, titan, molipden, silic, kim cương, thuỷ tinh v.v.

Những yêu cầu kỹ thuật đối với thiết bị gia công bằng tia điện tử là:

+ Mật độ công suất tập trung cao trên một diện tích nhỏ.

+ Việc cung cấp năng lượng liên tục chỉ kéo dài trong thời gian ngắn.

+ Phối hợp khoảng cách tác dụng của tia điện tử với điện áp làm gia tốc điện tử.

+ Bảo đảm điều khiển và dẫn tia điện tử theo yêu cầu gia công.

4 Ưu điểm và Khuyết điểm:

+ Có thể điều chỉnh tức thời cường độ và vị trí của tiađiện tử.

+ Bảo đảm sạch về mặt hoá học nhờ có buồng chânkhông.

- Nhược điểm :

+ Chỉ có thể gia công trong buồng chân không.

+ Giá thành gia công tương đối cao.

+ Có nguy hiểm về phóng xạ Rơnghen.

5 Ứng dụng và an toàn lao động:

_Phạm vi ứng dụng : Bằng tia điện tử, nói chung người ta có thể gia công các vật liệu có cấu trúc như thép, wolfram, platin, tantal, môlipden, silic, germani, grafit, kim cương, hồngngọc, oxit nhôm, sứ, thuỷ tinh, thạch anh và các hợp kim cứng khác do có phạm vi

sử dụng rất rộng rải và đa dạng trong lĩnh vực cơ khí chính xác và trong những lỉnh vực khác Người ta cũng thường sử dụng để gia công những profin phức tạp, phay rãnh, khoan lỗ tinh vi, và gia công những kích thước nhỏ, khắc hoặc nấu chảy Đặc biệt dùng rất hiệu quả để khoan và phay những lỗ rãnh có kích thước từ 0,01 đến 1 mm, kể cả trên hợp kim cứng Có thể gia công những lỗ trong phạm vi 5÷15 mm với công suất trung bình từ 1 đến 10 W Tỉ lệ giữa đường kính và chiều sâu là 1:10 đến 1:20 Ngoài kim loại, còn có thể gia công có hiệu quả trên những vật liệu dẫn điện kém, trên kính, gốm v.v… Trong quá trình gia công, giãn nở nhiệt rất lớn, do đó tránh được rạng nứt nên nung nóng trước vật gia công Và có thể ứng dụng vào việc gia công những vật liệu cần thiết cho chế tạo máy, đó là vật liệu khó hoặc hoàn toàn không gia công được (sứ, thuỷ tinh, kim loại rất cứng …) và vì lẽ đó cho phép chúng ta hy vọng công nghệ này sẽ được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp chế tạo máy.

_ An toàn lao động: Do có nguy hiểm về phóng xạ Rơnghen nên sẽ ảnh hưởng đến sức khẻo và tính mạng của công nhân nên cần phải được bảo hộ đầy đủ.

Một vài hình ảnh về phương pháp gia công bằng chùm tia điện tử

Xin tiếp nhận ý kiến từ thầy và các bạn??????