TIỂU LUẬN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

THEORY OF METAL MACHINING - LÝ THUYẾT VỀ GIA CÔNG KIM LOẠI 21 PROBLEMS CHIP FORMATION AND FORCES IN MACHINING – QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHÔI VÀ LỰC CẮT Fig 21.1 Mô hình cắt thẳng góc, φ Với thông số chiều dày phôi trước cắt t 0, chiều dày phôi sau cắt tc , góc trượt ,góc trước 21.1 In an orthogonal cutting operation, the tool has a rake angle = 15° The chip thickness before the cut t0 = 0.30 mm and the cut yields a deformed chip thickness t c= 0.65 mm Calculate (a) the shear plane angle and (b) the shear strain for the operation Solution: t r= tc (a) The chip thickness ratio can be determined from Eq: rcosα tanφ = φ 1-sinα This can be rearranged to determine as follows:  0.4615cos15  o φ = tan -1  ÷ = 26.85  1-0.4615sin15  γ = tan(φ -α) + cotφ (b) Finally, the shear strain is calculated from Eq: γ = tan(26.85-15) + cot26.85 = 2.185 Shear strain 21.1 Gia công cắt thẳng góc, dụng cụ cắt gọt có góc trước 15 Chiều dày phôi trước cắt t0 = 0.30mm chiều dày phôi sau cắt tc= 0.65 Tính (a) Góc trượt; (b) Hệ số trượt tương đối Giải: r= t0 tc (a) Hệ số cắt tính theo công thức: r= tan φ = φ Góc trượt 0.30 = 0.4615 0.65 rcosα 1-sinα tính theo công thức:  0.4615cos15  o φ = tan -1  ÷ = 26.85 1-0.4615sin15   γ = tan(φ − α ) + cot φ (b) Hệ số trượt tương đối tính theo công thức: γ = tan(26.85 − 15) + cot 26.85 = 2.185 21.2 In Problem 21.1, suppose the rake angle were changed to 0° Assuming that the friction angle remains the same, determine (a) the shear plane angle, (b) the chip thickness, and (c) the shear strain for the operation Solution: φ α (a) From Problem 21.1, = 15° and = 26.85° Using the Merchant Equation, Eq (21.16) φ = 45+ α β 2 β = 2.45 + α - 2φ rearranging β = 2.45 + 15 - 2.26.85=51.3° φ = 45 + 51.3 = 19.35° 2 Now, with α = and β remaining the same at 51.3°, t 0.30 tc = = = 0.854 mm tan φ tan19.35 (b) Chip thickness at α = 0: (c) Shear strain γ = cot 19.35 + tan (19.35 - 0) = 2.848 + 0.351 = 3.199 21.2 Trong câu hỏi 21.1, giả sử góc trước 00 Góc ma sát giữ nguyên, xác định: (a) Góc trượt (b) Chiều dày phôi (b) Hệ số trượt tương đối Giải: (a) Góc trượt: Từ câu hỏi 21.1 ta có thông số φ = 45 + α β 2 α φ = 15° and = 26.85° sử dụng công thức Merchant β = 2.45 + α − 2φ rearranging β = 2.45 + 15 - 2.26.85 = 51.3° φ = 45 + 51.3 − = 19.35° 2 Bây giờ, với α = and β = 51.3° ta có: t 0.30 tc = = = 0.854mm tan φ tan19.35 (b) Chiều dày phôi α = 0: (c) Hệ số trượt tương đối: γ = cot 19.35 + tan (19.35 - 0) = 2.848 + 0.351 = 3.199 POWER AND ENERGY IN MACHINING - CÔNG SUẤT VÀ NĂNG LƯỢNG GIA CÔNG 21.19 In a turning operation on stainless steel with hardness = 200 HB, the cutting speed v = 200 m/min, feed f = 0.25 mm/rev, and depth of cut d = 7.5 mm How much power will the lathe draw in performing this operation if its mechanical efficiency = 90% Use Table 21.2 to obtain the appropriate specific energy value Solution: - From Table 21.2 specific energy: U = 2.8 N-m/mm3 = 2.8 J/mm3 - Material removal rate RMR, mm3/s(in3/min) can be determined from Eq: RMR = v f d = (200 m / min).(103 mm / m).(0.25mm).(7.5mm) = 375000 mm3 / = 6250mm3 / s Cutting power: Pc = Fc v = RMR U Pc = (6250mm3 / s ).(2.8 J / mm3 ) = 17500 J / s = 17,5W = 17.5kW Accounting for mechanical efficiency: Pg = P 17.5 = c = 19.44kW 0.90 E 21.19 Tiện thép không gỉ có độ cứng 200 HB, vận tốc cắt v = 200m/ph, lượng ăn dao f = 0.25mm/vg, độ sâu cắt d = 7.5mm Công suất máy tiện trình gia công hiệu suất máy 90% Sử dụng bảng 21.2 để có giá trị lượng riêng thích hợp Giải: U = 2.8N-m/mm3 = 2.8J/mm3 Từ bảng 21.2 ta có lượng riêng: R MR = v.f.d - bóc tách vật liệu: Ta có tốc độ R MR = v.f.d = (200m/min)(103mm/m)(0.25mm)(7.5mm) = 375000mm /min = 6250mm /s Công suất cắt: Pc = Fc v = RMR U Pc = (6250mm3 /s)(2.8J/mm3 ) = 17500J/s = 175w = 17.5kW Công suất động cơ: Pg = Pc 17.5 = = 19.44kW E 0.90 21.20 In Problem 21.18, compute the lathe power requirements if feed = 0.50 mm/rev Solution: This is the same basic problem as the previous, except that a correction must be made for the “size effect.” Using Figure 21.14, for Feed f = 0.50 mm, correction factor = 0.85 From Table 21.2, Specific energy: U = 2.8 J/mm3 With the correction factor, U = 2.8(0.85) = 2.38 J/mm3 - Material removal rate: RMR = v.f.d RMR = v.f.d = (200 m/min)(103 mm/m)(0.50 mm)(7.5 mm) = 750000 mm3/min = 12500 mm3/s Pc = Fc v = RMR U - Cutting power: Pc = (12500mm3 /s)(2.8J/mm3 ) = 29750J/s = 29750w = 29.75kW Pg = Pc 29.75 = = 33.06kW E 0.90 - Accounting for mechanical efficiency: 21.20 Trong câu hỏi 21.18, tính toán công suất yêu cầu máy tiện lượng ăn dao f = 0.50mm/vg Giải: Đây vấn đề đề cập trước đó, ngoại trừ giá trị hiệu chỉnh tạo “size effect.” Sử biểu đồ (21.14) f = 0.5 ta có hệ số hiệu chỉnh = 0.85 Từ bảng 21.2, nhiệt lượng riêng U = 2.8 J/mm3 Với thông số hiệu chỉnh ta có U = 2.8(0.85) = 2.38 J/mm3 R MR = v.f.d Ta có tốc độ bóc tách vật liệu: RMR = v.f.d= (200 m/min)(103 mm/m)(0.50 mm)(7.5 mm) = 750000 mm3/ph = 12500 mm3/s Công suất cắt: Pc = (12500 mm3/s)(2.38 J/mm3) = 29750 J/s = 29750 W = 29.75 kW Công suất động cơ: Pg = Pc 29.75 = = 33.06kW E 0.90 21.21 In a turning operation on aluminum, cutting speed = 900 ft/min, feed = 0.020 in/rev, and depth of cut = 0.250 in What horsepower is required of the drive motor, if the lathe has a mechanical efficiency = 87%? Use Table 21.2 to obtain the appropriate unit horsepower value Solution: From Table 21.2, Unit horsepower HPu= 0.25 hp/(in3/min) for aluminum Since feed is greater than 0.010in/rev in the table, a correction factor must be applied from Figure 21.14 For f = 0.020 in/rev = to,correction factor = 0.9 - Material removal rate : RMR = v.f.d= 900 x 12(.020)(0.250) = 54 in3/min - Cutting horsepower: HPc = HPux RMR = 0.9(0.25)(54) = 12.2 hp - Gross horsepower: HPg = HPc/E = 12.2/0.87 = 14.0 hp 21.21 Tiện vật liệu nhôm, tốc độ cắt v = 900ft/ph, lượng ăn dao f = 0.020in/vg, độ sâu cắt d = 0.250in Mã lực động dẫn hiệu suất làm việc máy tiện E = 87% ? Sử dụng bảng 21.2 để có giá trị mã lực thích hợp Giải: Từ bảng 21.2 đơn vị mã lực nhôm HPu = 0.25hp(in3/min) Khi chiều dày phôi lớn 0.010in/vg bảng, hệ số hiệu chỉnh phải áp dụng theo biểu đồ 21.14 Khi f = 0.020 in/vg = to, hệ số hiệu chỉnh = 0.9 - Tốc độ loại bỏ vật liệu : RMR = v.f.d= 900 x 12(.020)(0.250) = 54 in3/ph - Mã lực cắt: HPc = HPux RMR = 0.9(0.25)(54) = 12.2 hp - Mã lực tổng: HPg = HPc/E = 12.2/0.87 = 14.0 hp 21.22 In a turning operation on plain carbon steel whose Brinell hardness = 275 HB, the cutting speed is set at 200 m/min and depth of cut d = 6.0 mm The lathe motor is rated at 25 kW, and its mechanical efficiency E = 90% Using the appropriate specific energy value from Table 21.2, determine the maximum feed that can be set for this operation Use of a spreadsheet calculator is recommended for the iterative calculations required in this problem Solution: From Table 21.2, Specific energy: U = 2.8 N-m/mm3 = 2.8 J/mm3 - Material removal rate: RMR = v.f.d RMR = (200 m/min)(103 mm/m)(6 mm)f = 1200(103)f mm3/min = 20(103)f mm3/s - Available power Pc = Pg E = 25(103)(0.90) = 22.5 (103) = 22,500W = 22,500 N-m/s - Required power Pc = (2.8 N-m/mm3)( 20 x 103) f = 56,000 f (units are N-m/s) If Setting available power = required power abide by: 22500 22500 = 56000.f => f = = 0.402mm/vg 56000 (this should be interpreted as mm/rev for a turning operation) However, for this feed, correction factor in Figure 21.14 = 0.9 Thus U = 2.8(0.90) = 2.52 N-m/mm3 and an iterative calculation procedure is required to match the unit power value with the feed, taking the correction factor into account Required Pc = (2.52)(20 x 103) f = 50,400 f Again setting available power = required power, 22,500 = 50,400 f f = 22,500/50,400 = 0.446 mm/rev One more iteration using the correction factor yields a value around f = 0.45 mm/rev The author’s spreadsheet calculations (using Excel) returned a value closer to f = 0.46 mm/rev However, whether a spreadsheet is used or not, the difficulty that remains is reading the values of the feed and the correction factor in Figure 21.14 21.22 Trong trình cắt hai chiều thép carbon có độ cứng Brinell 275HB, tốc độ cắt v = 200m/ph độ sâu cắt d = 6.0mm Công suất động P g = 2.5kW hiệu suất làm việc E = 90% Sử dụng giá trị lượng riêng theo bẳng 21.2, xác định lượng ăn dao lớn đạt Sử dụng công thức spreadsheet cho tính toán câu hỏi Giải: Từ bẳng 21.2 ta có lượng riêng: U = 2.8 N-m/mm3 = 2.8 J/mm3 RMR = v f d - Tốc độ bóc tách vật liệu: RMR = (200 m/ph)(103 ph/m)(6 mm)f = 1200(103)f mm3/min = 20(103)f mm3/s Pc = Pg E - Công suất khả dụng: - Công suất yêu cầu: Pc = (2.8 N-m/mm3)( 20 x 103) f = 56000f (N-m/s) Pc = 25 ( 103 ) ( 0.90 ) = 22.5 ( 103 ) = 22500W = 22500 N-m/s Nếu công suất khả dụng = công suất yêu cầu điều kiện là: 22500 22500 = 56000.f => f = = 0.402mm/vg 56000 (đơn vị tính mm/vg trình tiện) Tuy nhiên, đáp ứng lượng ăn dao này, hệ số hiệu chỉnh theo biểu đồ 21.14 0.9 Do lượng riêng U = 2.8(0.90) = 2.52N-m/mm3 lặp lại trình tự tính yêu cầu để tính giá trị công suất đơn vị cho lượng ăn dao, với hệ số hiệu chỉnh đưa vào việc tính toán Pc = 2.52 ( 103 ) ( 20.103 ) f = 50400.f => f = 22500 = 0.446mm/vg 50400 Yêu cầu: Một lần sử dụng lặp lại đường cong hệ số hiệu chỉnh có giá trị khoảng f = 0.45mm/rev Bảng giá trị tính toán ( sử dụng excel) tính lại có giá trị gần đạt tới f = 0.46mm/vg Tuy nhiên, Bảng giá trị có sử dụng hay không, điều khó khăn lại việc đọc giá trị lượng ăn dao hệ số hiệu chỉnh theo biểu đồ 21.14 CUTTING TEMPERATURE - NHIỆT CẮT 21.33 Orthogonal cutting is performed on a metal whose mass specific heat C = 1.0 J/g-C, density ρ= 2.9 g/cm3, and thermal diffusivity K = 0.8 cm2/s The cutting speed v is 4.5 m/s, uncut chip thickness is 0.25 mm, and width of cut is 2.2 mm The cutting force is measured at 1170 N Using Cook’s equation, determine the cutting temperature if the ambient temperature = 22 o C Solution: Basic data: Density ρ = 7.87 g/cm3 = 7.87(10-3) g/mm3 Mass specific heat C = 1.0 J/g-C C = (2.9 g/cm3)(1.0 J/g-°C) = 2.90 J/cm3-°C = (2.90x10-3) J/mm3-°C ρ Thermal diffusivity K = 0.8 cm2/s = 80 mm2/s U= F.c.v R MR Specific energy: U= 1170Nx1x(4.5m/s) = 2.127N-m/mm (4500mm/s)x(0.25mm)x(2.2mm) 0.333 T= 0.4U  vt  ρC  K ÷  Following Cook’s eq: 0.333 0.4U  vt  T = ambient temperature + ρC  K ÷  : Final temperature, taking ambient temperature in account 0.333 0.4x(2.127N-m/mm3 )  (4500mm/s)(0.25mm)(2.2mm)  T = 22 +  ÷ 2.90x10-3 J/mm3-o C  80mm /s  o o o = 22 + 293.4(2.41) = 22 + 707 = 729 C = 22 + (0.2934x103C)(14.06)0.333 21.33 Cắt thẳng góc thực kim loại có nhiệt dung riêng theo khối lượng C = 1.0 J/g-C, khối lượng riêng ρ = 2.9g/cm3, độ khuếch tán nhiệt K = 0.8 cm2/s tốc độ cắt v = 4.5m/s, chiều dày phôi trước cắt t0 = 0.25mm, bề rộng cắt 2.2mm Lực cắt tính 1170N Sử dụng công thức Cook, xác định nhiệt cắt nhiệt độ môi trường 22oC Giải: Khối lượng riêng: ρ = 7.87 g/cm3 = 7.87(10-3) g/mm3 Nhiệt dung riêng theo khối lượng: C = 1.0 J/g-C Ta có: ρC = (2.9 g/cm3)(1.0 J/g-°C) = 2.90 J/cm3-°C = (2.90x10-3) J/mm3-°C Độ khuếch tán nhiệt : K = 0.8 cm2/s = 80 mm2/s F.c.v U= R MR : Năng lượng riêng U= 1170Nx1x(4.5m/s) = 2.127N-m/mm (4500mm/s)x(0.25mm)x(2.2mm) 0.333 0.4U  vt  T= ρC  K ÷  the Cook’s eq: Following 0.333 0.4U  vt  T = ambient temperature + ρC  K ÷  Nhiệt cắt tổng bao gồm: 0.333 T = 22 + 0.4x(2.127N-m/mm3 )  (4500mm/s)(0.25mm)(2.2mm)  x ÷ 2.90x10-3 J/mm3-o C  80mm /s  = 22 + (0.2934x103C)(14.06) 0.333 = 22 + 293.4(2.41) = 22o + 707 o = 729o C 21.34 Consider a turning operation performed on steel whose hardness = 225 HB at a speed v = 3.0 m/s, feed f = 0.25 mm, and depth d = 4.0 mm Using values of thermal properties found in the tables and definitions of Section 4.1 and the appropriate specific energy value from Table 21.2, compute an estimate of cutting temperature using the Cook equation Assume ambient temperature = 20°C Solution: From Table 21.2, U = 2.2 N-m/mm3 = 2.2 J/mm3 From Table 4.1, Specific energy: ρ = 7.87 g/cm3 = 7.87(10-3) g/mm3 From Table 4.1, Specific heat: C = 0.11 Cal/g-°C From note “a” at the bottom of the table, 1cal = 4.186 J Thus, C = 0.11(4.186) = 0.460 J/ g-°C ρC = (7.87 g/cm3)(0.46 J/g-°C) = 3.62(10-3) J/mm3-°C From Table 4.2, thermal conductivity k = 0.046 J/s-mm-°C From Eq (4.3), thermal diffusivity K = k/ρC K = 0.046 J/s-mm-°C /[(7.87 x 10-3 g/mm3)(0.46 J/g-°C)] = 12.7 mm2/s Using Cook’s equation, to = f = 0.25 mm 0.333 T= : Following Cook’s eq 0.4U  vt  ρC  K ÷  24.15 Một dụng cụ thép gió sử dụng để tiện phôi thép có chiều dài 300mm đường kính 80mm Các hệ số phương trình Taylor n = 0.13 C = 75 m/phút với lượng ăn dao 0.4 mm/vòng Chi phí máy người vận hành = $30/giờ chi phí cạnh dao cắt = $4 Cần phút để gá phôi lấy chi tiết, 3.5 phút để đổi dụng cụ cắt Xác định (a) vận tốc cắt cho suất lớn nhất, (b) tuổi thọ dụng cụ (phút), (c) tổng thời gian chi phí để gia công chi tiết Giải: Trong trường hợp tối đa suất: a Theo công thức 24.7, ta có: vmax = vmax = C     n − 1÷Tt     75     0.13 -1÷.3.5    0.13 n =49.8m/min b Theo công thức 24.8, ta có: 1  Tmax =  − 1÷Tt n    Tmax =  − 1÷× 3.5 = 23.42  0.13  c Theo công thức 24.3, ta có: Thời gian nguyên công: Tc = Th + Tm + Với Th: thời gian gá đặt tháo dỡ phôi Tm: thời gian dụng cụ cắt sản phẩm Tm = Tm = Tt np π DL vf π × 80 × 300 = 3.787 0.4 × 49.8 × 103 Tt: thời gian thay dụng cụ Np: số sản phẩm làm dụng cụ cắt np = T 23.42 = = 6.184 Tm 3.787 Ta chọn np = 6: Tc = Th + Tm + Tt = 2.0 + 3.787 + 3.5 / = 6.37 np Ta có: Chi phí máy người vận hành Co = $30/hr = $0.50/min Vây: chi phí để gia công chi tiết Cc= 0.50(6.37) + 4.00/6 = $3.85/pc 24.16 Solve Problem 24.15 except that in part (a), determine cutting speed for minimum cost 24.16 Giải với điều kiện giá thành sản phẩm nhỏ Một dụng cụ thép gió sử dụng để tiện phôi thép có chiều dài 300mm đường kính 80mm Các hệ số phương trình Taylor n = 0.13 C = 75 m/phút với lượng ăn dao 0.4 mm/vòng Chi phí máy người vận hành = $30/giờ chi phí cạnh dao cắt = $4 Cần phút để gá phôi lấy chi tiết, 3.5 phút để đổi dụng cụ cắt Xác định (a) vận tốc cắt cho suất lớn nhất, (b) tuổi thọ dụng cụ (phút), (c) tổng thời gian chi phí để gia công chi tiết Giải: Trong trường hợp giá thành thấp nhất: a Theo công thức 24.7, ta có: n  n  C0 vmin = C  × ÷  - n CoTt + Ct  Với C = 75 m/phút; n = 0.13, C0 = $30/hr = $0.50/phút, thời gian thay đổi dụng cụ Tt = 3.5 phút, chi phí cho lưỡi cắt Ct = $4 Vậy: 0.13 0.5  0.13  vmin = 75  × ÷  1- 0.13 0.5× 3.5 +  = 42.6 m/ b Tuổi thọ dụng cụ cắt: Theo công thức 24.14:    C T + Ct  T =  − 1÷ t ÷  n   C0     0.5 × 3.5 +  T = − 1÷ ÷ = 76.96 0.5  0.13    c Theo công thức 24.3, ta có: Thời gian nguyên công: Tc = Th + Tm + Với Th: thời gian gá phôi tháo chi tiết Tm: thời gian dụng cụ cắt sản phẩm Tt np Tm = Tm = π DL vf π × 80 × 300 = 4.42 0.4 × 42.6 ×103 Tt: thời gian thay dụng cụ Np: số sản phẩm làm dụng cụ cắt np = T 76.96 = = 17.4 Tm 4.42 Ta chọn np = 17: Tc = Th + Tm + Tt = 2.0 + 4.42 + 3.5 / 17 = 6.63 np Vây: chi phí để gia công chi tiết Cc= 0.50(6.63) + 4.00/17 = $3.55/pc 24.17 A cemented carbide tool is used to turn a part with a length of 14.0 in and diameter = 4.0 in The parameters in the Taylor equation are: n = 0.25 and C = 1000 (ft/min) The rate for the operator and machine tool = $45.00/hr, and the tooling cost per cutting edge = $2.50 It takes 2.5 to load and unload the workpart and 1.50 to change tools The feed = 0.015 in/rev Determine (a) cutting speed for maximum production rate, (b) tool life in of cutting, and (c) cycle time and cost per unit of product 24.17 Một dụng cụ cemented carbide sử dụng để tiện phôi thép có chiều dài 14 in đường kính in Các hệ số phương trình Taylor n = 0.25 C = 1000 ft/phút với lượng ăn dao 0.015 in/vòng Chi phí máy người vận hành = $45/giờ chi phí cạnh dao cắt = $2.5 Cần 2.5 phút để gá phôi lấy chi tiết, 1.5 phút để đổi dụng cụ cắt Xác định (a) vận tốc cắt cho suất lớn nhất, (b) tuổi thọ dụng cụ (phút), (c) tổng thời gian chi phí để gia công chi tiết Giải: Trong trường hợp tối đa suất: a Theo công thức 24.7, ta có: vmax = C     n − 1÷Tt     n = 687 ft/min b Theo công thức 24.8, ta có: 1  Tmax =  − 1÷Tt = 4.5 n  c Theo công thức 24.3, ta có: Thời gian nguyên công: Tc = Th + Tm + Với Th: thời gian gá đặt tháo dỡ phôi Tm: thời gian dụng cụ cắt sản phẩm Tm = Tt np π DL = 1.42 vf Tt: thời gian thay dụng cụ Np: số sản phẩm làm dụng cụ cắt np = T = 3.17 Tm Ta chọn np = 3: Tc = Th + Tm + Tt = 2.5 + 1.42 + 1.5 / = 4.42 min/pc np Ta có: Chi phí máy người vận hành Co = $45/hr = $0.75/min Vây: chi phí để gia công chi tiết Cc = 0.75(4.42 ) + 2.5/3 = $4.15/pc 26 NONTRADITIONAL MACHINING AND THERMAL CUTTING PROCESSES – GIA CÔNG KHÔNG TRUYỀN THỐNG Problems APPLICATIONS PROBLEMS 26.1 For the following application, identify one or more nontraditional machining processes that might be used, and present arguments to support your selection Assume that either the part geometry or the work material (or both) preclude the use of conventional machining The application is a matrix of 0.1mm (0.004 in) diameter holes in a plate of 3.2 mm (0.125 in) thick hardened tool steel The matrix is rectangular, 75 by 125 mm (3.0 by 5.0 in) with the separation between holes in each direction = 1.6 mm ( 0.0625 in) Solution: Application: matrix of holes in 0.125 inch thick hardened steel, hole diameter = 0.004 in, separation between holes = 0.0625 in Possible processes: EBM and LBM can make holes of this size with depth-to-diameter ratios as large as 0.125/0.004 = 31.25 26.1 Với ứng dụng thực tế sau đây,xác định nhiều phương pháp gia công không truyền thống sử dụng trình bày lý cho lựa chọn Giả sử dạng hình học chi tiết vật liệu phôi (hoặc hai) không cho phép sử dụng phương thức gia công truyền thống Tạo ma trận lỗ có đường kính lỗ 0.1mm phẳng có độ dày 3.2mm nhiệt luyện để tăng độ cứng Ma trận lỗ nằm biên dạng hình chữ nhật có kích thước 75x125mm với khoảng cách lỗ 1.6mm Giải: Ta có hai phương pháp Electron Beam Machining Laser Beam Machining: gia công theo yêu cầu đề Tỉ lệ chiều sâu lỗ đường kính lỗ 3.2/0.1=32:1 EBM: Electron Beam Machining Electron Beam Machining sử dụng dòng electron vận tốc cao tập trung lên bề mặt phôi để làm nóng chảy bố chơi vật liệu Dòng electron liên tục gia tốc xấp xỉ 75% tốc độ ánh sáng, xuyên qua thấu kính điện từ tập trung lên bề mặt phôi Thấu kính có khả giảm đường kính chum tia electron xuống 0.025mm Trên bề mặt ảnh hưởng phôi, lượng động học electron chuyển hoá thành lượng nhiệt để làm nóng chảy bốc vật liệu vùng cục Phương pháp thường sử dụng để cắt xác cao loại vật liệu biết đến Nó khoan lỗ có đường kính cực nhỏ cỡ 0.05mm với tỉ lệ chiều sâu đường kính lỗ lên đến 100:1 cắt khe hở có chiều rộng cỡ 0.025mm Vật liệu sau cắt có độ dung sai cao mà lực cắt hay mòn dụng cụ Phương pháp lý tưởng để gia công cấp độ micro để cắt chi tiết có chiều dày khoảng 0.25-6.3mm EBM thực buồng chân không để loại bỏ xung đột dòng electron phân tử khí Một giới hạn cần nguồn lượng chi phí thiết bị cao LBM: Laser Beam Machining Laser Beam Machining sử dụng nguồn lượng ánh sang laser để làm bốc vật liệu Loại laser dùng phương pháp dạng thể khí thể rắn CO Trong LBM, nguồn lượng liên tục chum tia sang tập trung từ thấu kính mà từ phát xung LBM thường ứng dụng để khoan, khắc, đánh dấu.Đường kính lỗ khoan xuống đến 0.025mm Với đường kính lỗ lớn 0.5mm, chum tia laser điều khiển để cắt biên dạng lỗ.Phương pháp không xem gia công hàng loạt mà thường sử dụng để gia công dạng đơn Đa số loại vật liệu gia công phương pháp Đặc tính vật liệu yêu cầu khả hấp thụ quang năng, phản xạ ánh sang kém, dẫn nhiệt tốt, đặc tính nhiệt thấp, nhiệt độ nóng chảy bay thấp Thường kim loại với độ cứng cao, kim loại màu, gốm, kính, saosu, vải, gỗ 26.2 For the following application, identify one or more nontraditional machining processes that might be used, and present arguments to support your selection Assume that either the part geometry or the work material (or both) preclude the use of conventional machining The application is an engraved aluminum printing plate to be used in an offset printing press to make 275 by 350 mm (11 by 14 in) posters of Lincoln's Gettysburg address Solution: Application: engraved aluminum printing press plate for 11 in by 14 in posters Possible process: photochemical engraving; making a negative of the speech and transferring this to either a silk screen or directly to the photoresist would seem to be the most straightforward methods 26.2 Xác định nhiều phương pháp gia công không truyền thống sử dụng trình bày lý cho lựa chọn Giả sử dạng hình học chi tiết vật liệu phôi (hoặc hai) không cho phép sử dụng phương thức gia công truyền thống.Làm để tạo nhôm khắc chữ thường dùng ngành in ấn offset để tạo áp phích có kích thước 275x350mm viết diễn thuyết Gettysburg Abraham Lincoln Giải:Ta có hai phương pháp Chemical Engraving gia công theo yêu cầu đề bài.Dùng hiệu ứng cản quang lụa cản quang để tạo âm diễn thuyết Chemical Engraving Chemical engraving phương pháp gia công hoá để tạo panel hay bảng tên có chữ hình vẽ mặt (có thể chữ lồi lõm) Âm tạo hiệu ứng cản quang cản Quá trình giống với trình gia công hoá khác (Cleaning – Masking – Etching – Demasking )ngoài trừ bước Filling thêm sau bước Etching Mục đích để sơn phủ lên bề lõm tạo từ bước Etching – khắc Sau panel ngâm vào dung dịch hoà tan phần cản quang/màn cản không ảnh hưởng đến vùng phủ ELECTROCHEMICAL MACHINING – GIA CÔNG ĐIỆN HÓA 26.7 The frontal working area of the electrode in an ECM operation is A = 2000 mm The applied current I =1800 amps and the voltage E = 12 volts The material being cut is nickel (valence = 2), whose specific removal rate is given in Table 26.1 (a) If the process is 90% efficient, determine the rate of metal removal in mm 3/min (b) If the resistivity of the electrolyte r = 140 ohm-mm, determine the working gap Solution: (a) From Table 26.1, Specific removal rate for nickel, C = 3.42 x 10-2 mm3/A-s From Eq (26.6):  CI  R MR = f r A =  ÷.A = CI = (3.42x10-2 mm3/A-s).(1800A) = 6156x10-2 mm3 /s = 61.56mm3 /s  A = 3693.6mm /min At an efficiency of 90% , the material removal rate: RMR = 0.9(3693.6 mm3/min) = 3324.2 mm3/min EA EA I= => g = gr Ir (c) Given resistivity r = 140 Ω -mm, the curent: Working gap : 12V 2000mm g= = 0.095mm 1800 A.140Ω − mm 26.7 Bề mặt làm việc điện cực A = 2000mm Cường độ dòng điện I = 1800amps điện áp E = 12 vol vật liệu cắt Nickel ( hóa trị = 2),Hệ số khả gia công điện hóa nhôm dựa vào bảng 26.1 (a) Hiệu suất dòng 90%, xác định lượng vật bị lấy mm3/phút (b) Nếu điện trở suất dung dịch điện phân = 140 Ω.mm tính khe hở hai điện cực Giải: (a) Từ bảng 26.1 ta có hệ số gia công điện hóa cho nickel là: C = 3.42 x 10-2 mm3/A-s Từ công thức 26.6 tốc độ bóc vật liệu gia công điện hóa xác định theo công thức:  CI  R MR = f r A =  ÷.A = CI = (3.42x10-2 mm /A-s).(1800A) = 6156x10-2 mm3 /s = 61.56mm3 /s  A = 3693.6mm /min R MR = 0.9(3693.6mm /ph) = 3324.2mm /ph Với hiệu suất 90% lượng vật liệu lấy là: I= EA EA => g = gr Ir (b) Nếu điện trở suất r = 140 Ω -mm, cường độ độ dòng điện: Khe hở hai điện cực : 12V 2000mm g= = 0.095mm 1800 A.140Ω − mm 26.8 In an electrochemical machining operation, the frontal working area of the electrode is 2.5 in2 The applied current = 1500 amps, and the voltage = 12 volts The material being cut is pure aluminum, whose specific removal rate is given in Table 26.1 (a) If the ECM process is 90 percent efficient,determine the rate of metal removal in in3/hr (b) If the resistivity of the electrolyte = 6.2 ohm-in, determine the working gap Solution: I = EA/gr; Rearranging, g = EA/Ir= 12(2.5)/(1500 x 6.2) = 0.0032 in (a) From Table 26.1, Specific removal rate , C = 0.000126 in3/A-min From Eq (26.6):  CI  R MR = f r A =  ÷.A = CI = 0.000126(1500) =0.189in /min at 100% efficiency  A R MR = 0.189(0.90) = 0.170 in /min = 10.206 in /hr At an efficiency of 90% , the material removal rate: I= EA EA => g = gr Ir (d) Given resistivity r = 6.2 Ω -in, the curent: Working gap : 12V(2.5in ) g= = 0.0032in 1500A(6.2Ω-in) 28.8 Gia công điện hóa, bề mặt làm việc điện cực A = 2.5 in Cường độ dòng điện I = 1500A, điện áp E = 12vol Hệ số khả gia công điện hóa nhôm dựa vào bảng 26.1 (a) Nếu hiệu suất trình gia công 90%, xác định lượng vật liệu loại bỏ in 3/hr (b) Nếu điện trở suất dung dịch điện phân = 6.2 Ω.in, xác định ke hở hai điện cực Giải: (a) Từ bảng 26.1 ta có hệ số gia công điện hóa cho nhôm là: C = 3.42 x 10-2 mm3/A-s Từ công thức 26.6 tốc độ bóc vật liệu gia công điện hóa xác định theo công thức:  CI  R MR = f r A =  ÷.A = CI = 0.000126(1500) =0.189in /min at 100% efficiency  A R MR = 0.189(0.90) = 0.170 in /min = 10.206 in /hr Với hiệu suất 90% lượng vật liệu lấy là: I= EA EA => g = gr Ir (e) Nếu điện trở suất r = 6.2Ω -in, cường độ độ dòng điện: Khe hở hai điện cực: 12V(2.5in ) g= = 0.0032in 1500A(6.2Ω-in) ELECTRIC DISCHARGE MACHINING – GIA CÔNG NHIỆT 26.11 An electric discharge machining operation is being performed on two work materials: tungsten and tin Determine the amount of metal removed in the operation after one hour at a discharge current of 20 amps for each of these metals Use metric units and express the answers in mm 3/hr From Table 4.1, the melting temperatures of tungsten and tin are 3410°C and 232°C, respectively Solution: RMR = KI Tm1.23 For tungsten, using Eq (26.7), the amount of metal removed : 664(20) 13280 R MR = = = 0.5997mm /s = 2159mm /hr 34101.23 22146 RMR = KI Tm1.23 For tin, the amount of metal removed : 664(20) 13280 R MR = = = 16.355mm /s = 58.878mm /hr 2321.23 812 26.11 Quá trình gia công hóa thực hai loại vật liệu: tungsten tin Xác định suất bóc vật liệu trình gia công sau với cường độ dòng điện I = 20A cho trường hợp Sử dụng đơn vị tính Metric trình bày kết tính cho mm 3/hr Từ bảng 4.1, nhiệt độ chảy chi tiết gia công tungsten tin 3410°C 232°C Giải: KI RMR = 1.23 Tm Đối với vật liệu tungsten, sử dụng công thức (26.7), suất bóc vật liệu: 5.08(20) 101.6 R MR = = = 0.5997mm /s 1.23 6170 45925 RMR = KI Tm1.23 Vật liệu tin, suất bóc vật liệu: 664(20) 13.280 R MR = = = 16.355mm /s = 58.878mm3 /hr 1.23 232 812 26.12 An electric discharge machining operation is being performed on two work materials: tungsten and zinc Determine the amount of metal removed in the operation after one hour at a discharge amperage = 20 amps for each of these metals Use U.S Customary units and express the answer in in3/hr From Table 4.1, the melting temperatures of tungsten and zinc are 6170°F and 420°F, respectively Solution: KI RMR = 1.23 Tm For tungsten, using Eq (26.7), the amount of metal removed : 5.08(20) 101.6 R MR = = = 0.00221 in /s = 0.1327in /hr 1.23 6170 45925 RMR = KI Tm1.23 For tin, the amount of metal removed : 5.08(20) 101.6 R MR = = = 0.0603 in /s = 3.62 in /hr 4201.23 1685 26.12 Gia công hóa thực hai loại vật liệu tungsten Zinc Xác định suất bóc vật liệu sau cường độ dòng điện I = 20A cho trường hợp Sử dụng đơn vị U.S Customary cho mm3/hr Từ bảng 4.1, nhiệt độ chảy tungsten zinc 6170°F 420°F, KI RMR = 1.23 Tm Đối với vật liệu tungsten, sử dụng công thức (26.7), suất bóc vật liệu : 5.08(20) 101.6 R MR = = = 0.00221 in /s = 0.1327in /hr 1.23 6170 45925 RMR = KI Tm1.23 Vật liệu Zinc, suất bóc vật liệu: 5.08(20) 101.6 R MR = = = 0.0603 in /s = 3.62 in /hr 4201.23 1685 26.13 Suppose the hole in Problem 26.10 were to be cut using EDM rather than ECM Using a discharge current = 20 amps (which would be typical for EDM), how long would it take to cut the hole? From Table 4.1, the melting temperature of iron is 2802°F Solution: KI RMR = 1.23 Tm Using Eq (26.7), the amount of metal removed : 0.58(20) 101.6 R MR = = = 0.00584 in /hr 1.23 2802 17393 Cross-sectional area of tool from previous problem A = 2.553 in2 R 0.00584 f r = MR = = 0.002293in/min A 2.553 Feed rate is: 2.0 Tm = = 874.3min =14.75hr 0.002293 Time to machine the 2.0 inch thickness: 26.13 Giả sử gia công lỗ câu 26.10 phương pháp gia công điện ưu tiên gia công điện hóa Cường độ dòng điện I = 20A (dành cho gia công EDM), Thời gian cắt lỗ bao lâu? Từ bảng 4.1 nhiệt nóng chảy sắt là: 2802°F Solution: RMR = KI Tm1.23 Sử dụng công thức (26.7), suất bóc vật liệu : 0.58(20) 101.6 R MR = = = 0.00584 in /hr 28021.23 17393 Bề mặt làm việc điện cực câu trước (26.10) A = 2.553 in2 R 0.00584 f r = MR = = 0.002293in/min A 2.553 Feed rate is: 2.0 Tm = = 874.3min =14.75hr 0.002293 Thời gian để gia công bề dày in CHEMICAL MACHINING – PHAY HÓA 26.18 Chemical milling is used in an aircraft plant to create pockets in wing sections made of an aluminum alloy The starting thickness of one workpart of interest is 20 mm A series of rectangular shaped pockets 12 mm deep are to be etched with dimensions 200 mm by 400 mm The corners of each rectangle are radiused to 15 mm The part is an aluminum alloy and the etchant is NaOH The penetration rate for this combination is 0.024 mm/min and the etch factor is 1.75 Determine: (a) metal removal rate in mm3/min, (b) time required to etch to the specified depth (c) Required dimensions of the opening in the cut and peel maskant to achieve the desired pocket size on the part 26.18 Phay hóa sử dụng chế tạo máy bay để tạo cánh cửa phận cánh máy bay vật liệu nhôm đúc Bề dày ban đầu chi tiết gia công 20 mm bề mặt A cửa hình chữ nhật có chiều sâu 12mm khắc hóa với kích thước từ 200 mm đến 400mm Trung tâm nhật bo lượng 15mm Phần nhôm khắc hóa nhúng dung dịch NAOH Mức độ ăn mòn trường hợp 0.024 mm/phút hệ số ăn mòn 1.75 Xác định: (a) lượng vật liệu loại bỏ theo mm3/ph (b) thời gian yêu cầu theo độ đâu cho (c)kích thước Giải: a Bỏ qua thực tế kích thước ban đầu bề mặt tiếp xúc với hóa chất nhỏ kích thước mong muốn (thể qua hệ số ăn mòn) lượng vật liệu bi lấy (R MR) tăng lên theo thời gian diện tích bề mặt bị ăn mòn tăng Ta tính toán R MRtheo thông số yêu cầu cho không thay đổi theo thời gian: Diện tích bề mặt: A = 200 x 400 – (30 x 30 - π(15)2) = 80,000 – 193 = 79,807 mm2 RMR = (0.024 mm/min)(79,807 mm2) = 1915.4 mm3/min b Thời gian để gia công (ăn mòn): Tm = 12/0.024 = 500 = 8.33 hr c Ta có hệ sô ăn mòn: Fe = d/u = 1.75, suy u = d/Fe = 12/1.75 = 6.86 mm Chiều dài phần tiếp xúc dung dịch: L – 2u = 400 – 2(6.86) = 386.28 mm Chiều rộng phần tiếp xúc dung dịch: W – 2u = 200 – 2(6.86) = 186.28 mm Bán kính góc lượn: R – u = 15 – 6.86 = 8.14 mm 26.19 In a chemical milling operation on a flat mild steel plate, it is desired to cut an ellipse-shaped pocket to a depth of 0.4 in The semiaxes of the ellipse are a = 9.0 in and b = 6.0 in A solution of hydrochloric and nitric acids will be used as the etchant Determine: (a) Metal removal rate in in3/hr, (b) Time required to etch to depth (c) Required dimensions of the opening in the cut and peel maskant required to achieve the desired pocket size on the part 26.19 Phay hóa gia công thép phẳng.Kích thước yêu cầu hốc hình elip độ sâu 0.4 in Các kích thước elip a = in, b = Axit HCl HNO sử dụng để ăn mòn Xác định (a) lượng vật liệu lấy theo in3/phút, (b) thời gian yêu cầu để đạt chiều sâu hốc, (c) kích thước yêu cầu lớp bảo vệ để đạt kích thước hốc xác Giải: a Bỏ qua thực tế kích thước ban đầu bề mặt tiếp xúc với hóa chất nhỏ kích thước mong muốn (thể qua hệ số ăn mòn) lượng vật liệu bi lấy (R MR) tăng lên theo thời gian diện tích bề mặt bị ăn mòn tăng Ta tính toán RMRtheo thông số yêu cầu cuối cho không thay đổi theo thời gian: Diện tích bề mặt: A = πab = π(9.0)(6.0) = 54π = 169.65 in2 RMR = (0.001 in/min)(169.65 in2) = 0.16965 in3/min = 10.18 in3/hr Với cường độ ăn mòn tra theo bảng 26.2 b Thời gian để gia công (ăn mòn): Tm = 0.4/0.001 = 400 = 6.67 hr c Ta có hệ sô ăn mòn: Fe = d/u = tra theo bảng 26.2, suy u = d/Fe = 0.4/2 = 0.2 in Các kích thước phần tiếp xúc dung dịch ban đầu: a’ = a – 2u = 9.0 – 2(0.2) = 8.6 in b’ = b – 2u = 6.0 – 2(0.2) = 5.6 in ... cho nguyên công tiện tinh thép chưa b) Loại phù hợp cho nguyên công phay thô nhôm c) Loại phù hợp cho nguyên công tiện tinh đồng d) Loại phù hợp cho gia công thép đúc Trả lời: a) Nguyên công tiện... Pg E - Công suất khả dụng: - Công suất yêu cầu: Pc = (2.8 N-m/mm3)( 20 x 103) f = 56000f (N-m/s) Pc = 25 ( 103 ) ( 0.90 ) = 22.5 ( 103 ) = 22500W = 22500 N-m/s Nếu công suất khả dụng = công suất... vận tốc cắt v = 200m/ph, lượng ăn dao f = 0.25mm/vg, độ sâu cắt d = 7.5mm Công suất máy tiện trình gia công hiệu suất máy 90% Sử dụng bảng 21.2 để có giá trị lượng riêng thích hợp Giải: U = 2.8N-m/mm3