Gia công bằng tia hạt mài

Trờng ĐH SP Kỹ Thuật Hng Yên Gia công bằng tia hạt Khoa Cơ Khí _Lớp CTK2A Gia công bằng tia hạt I. Giới thiệu chung về phơng pháp. Các phơng pháp gia công truyền thống đều đặc trng bởi sự cọ sát trực tiếp của các lỡi cắt với bề mặt của chi tiết gia công trong suốt quá trình gia công. Khi đó quá trình gia công xảy ra cùng với các hiện tợng nhiệt tăng, lực cắt thay đổi, rung động của tất cả của tất cả các hệ thống công nghệ ( máy gá - dao chi tiết ) . Ví dụ: Khảo sát khi tiện lợng nhiệt sinh ra phụ thuộc vào: Vật liệu, dao cắt, chế độ cắt, yếu tố ảnh hởng của dao: cụ thể Q c : lợng nhiệt truyền vào chi tiết ( 4%). Q d : Lợng nhiệt truyền vào dao ( 15 ữ 20%) Q p : Lợng nhiệt truyền vào phôi ( 75 ữ 80%). Q kk : Lợng nhiệt truyền vào không khí ( 1%). QQQQ kkpdc Q +++= Để giảm các ảnh hởng kể trên ngời ta áp dụng các phơng háp gia công mới , đó là các phơng pháp gia công vật liệu bằng tia nớc và tia hạt mài áp lực cao với cơ chế sói mòn vật liệu. áp dụng trong khoan, cắt đứt, định hình, các vật liệu nói chung, kỹ thuật khai thác mỏ, đờng hầm, làm sạch các bề mặt: tẩy ba via, chất bẩn sau khi đúc u điểm chung của phơng pháp: - Không cần xích động học, dụng cụ cắt chỉ cần điều chỉnh áp suất. - Dao có lỡi thì mòn, còn tia nớc luôn luôn sắc. - Không cần hớng chính xác. - Nhiệt hầu nh không có, không có biến dạng nhiệt. SV : Nguyễn Văn Thắng 1 Trờng ĐH SP Kỹ Thuật Hng Yên Gia công bằng tia hạt Khoa Cơ Khí _Lớp CTK2A Gia công tia nớc áp lực cao đợc ứng dụng rất rộng rãi, nó có thể cắt đợc các vật liệu rất cứng, cũng có thể rất mềm. Tuy nhiên trong ngành chế tạo máy còn hạn chế do nhiều vấn đề lý thuyết và thực tế cha giả quyết đợc. Nhợc điểm chính của phơng pháp gia công tia nớc áp lực cao là khó kiểm soát đợc độ chính xác về kích thớc, giá thành chi tiết còn cao. Để nâng cao hiệu quả khi gia công cơ khí ngời ta bổ xung thêm vào tia nớc một phần tử hạt mài ( gia công tia hạt mài) hoặc cho một lợng hạt mài vào dòng khí áp suất cao ( gia công khô). Gia công tia hạt mài có 4 nhóm chính: - Gia công bằng tia nớc áp suất cao. - Gia công bằng tia nớc + hạt mài - Gia công khô : dòng khí + hạt mài +vận tốc cao + áp suất lớn - Dòng chảy hạt mài : Không cắt không khoan kim loại, chỉ làm sạch và đánh bóng bề mặt. II.Tình hình liên quan đến phơng pháp gia công: 1. Lịch sử của phơng pháp: Năm 1950, tiến sĩ Noran Franz đã thử dùng máy cắt tia nớc để cắt gỗ. Tuy nhiênkỹ thuật này đã không đợc phát triển cho tận đến những năm 1970 khi tiến sĩ Mohamed Hashish đã tạo ra một phơng pháp kỹ thuật đó là thêm vào dòng tia nớc có áp suất cao, tốc độ lớn các hạt mài để tăng khả năng cắt. Ngày nay việc cắt bằng tia nớc đã đợc ứng dụng ở nhiều lĩnh vực. Một số tia nớc hay dùng : tia nớc không có hạt mài, tia nớc có trộn hạt mài, tia nớc va đập. 2. Việt nam. Phơng pháp đợc sử dụng khá phổ biển, nhất là trong ngành đóng tàu, dùng làm sạch vỏ tàu, gọi là phơng pháp phun cát. SV : Nguyễn Văn Thắng 2 Trờng ĐH SP Kỹ Thuật Hng Yên Gia công bằng tia hạt Khoa Cơ Khí _Lớp CTK2A Trong công nghệ thực phẩm. Trong ngành cơ khí cũng hay dùng để làm sạch và đánh bóng thô các chi tiết nh lòng khuôn, vật đúc. Trong gơng kính hay dùng để gia công các hình , chữ trên kính tủ, gơng, III.Gia công khô. 1. Nguyên lý gia công. Hình 1: Nguyên lý gia công dòng hạt mài. Gia công dòng hạt mài là phơng pháp bóc vật liệu khi dòng khí khô mang hạt mài với vận tốc cao tác động lên chi tiết. Sự va đập của các phần tử hạt mài vào bề mặt chi tiết gia công tạo thành một áp lực tập trung đủ lớn, gây nên một vết nứt nhỏ, và dòng khí mang cả hạt mài và mẩu vật liệu nứt (mòn) đi ra khỏi chi tiết. Phơng pháp này rất thuận tiện để gia công các vật liệu giòn, dễ vỡ. Khí bao gồn nhiều loại nh không: khí, co 2 , nitơ, heli, Khí sử dụng có áp suất: 0,2 ữ 1,4MPa, dòng khí cao tốc + hạt mài có vận tốc ( )/(300150 smV ữ= và đợc điều khiển bởi một van. 2. Thiết bị và dụng cụ. a. Máy SV : Nguyễn Văn Thắng 3 Trờng ĐH SP Kỹ Thuật Hng Yên Gia công bằng tia hạt Khoa Cơ Khí _Lớp CTK2A Hình 2: Sơ đồ máy gia công dòng hạt mài. Khí từ bình chá sau khi lọc đợc đa đến bộ trộn. Trong bộ trộn có chứa sẵn hạt mài mịn. Bộ trộn đợc rung với tần số 50(c/s). Từ bộ trộn, dòng khí với các hạt mài có đờng kính d = 10 ữ 50( m à ) đợc dẫn tới vòi phun đi ra ngoài. Lợng khí tiêu thụ khoảng 0,6 ( m 3 /h). Đầu vòi phun cách chi tiết gia công một khoảng nhất định tuỳ thuộc vào mục đích gia công. Tốc độ hạt mài đợc điều khiển bởi biên độ dung của bộ trộn. Mối liên hệ chuyển động giữa vòi phun và chi tiết gia công nhận đợc nhờ cam chơng trình và máy vẽ truyền để điều khiển hình dáng và kích thớc cắt. Thiết bị dọn bụi đợc gắn để bảo vệ môi trờng. b.Vòi Phun Hình 3 : Hình dáng đầu phun. Vòi phun làm bằng vật liệu cứng để giảm mòn, thờng sử dụng WC ( cácbit Vonfram ) và Sapphire. Tuổi thọ của vòi phun bằng WC từ 12 ữ 30 giờ, còn vòi phun bằng Sapphire có tuổi thọ đến 300h. Lỗ vòi phun SV : Nguyễn Văn Thắng 4 Trờng ĐH SP Kỹ Thuật Hng Yên Gia công bằng tia hạt Khoa Cơ Khí _Lớp CTK2A có đờng kính từ :0,075 ữ 1(mm). Đầu phun có thể thẳng hoặc có góc vuông. c. Hạt mài. Hạt mài phải có hình dáng không đều, bao gồm những cạnh ngắn, sắc. Hạt mài thờng làm từ vật liệu sau : OAl 32 , SiC, thuỷ tinh. Cỡ hạt dùng trong gia công thô, đờng kính từ :10 ữ 50( m à ), tuy nhiên có hiệu quả nhất là hạt có đờng kính từ 15 ữ 20 ( m à ). Các hạt mài phải đồng bộ về kích thớc cho một lần sử dụng. Điều đó quan trọng trong việc sử dụng lại hạt mài, bởi vì những hạt mài sau khi sử dụng có thể bị gãy, mòn , h hỏng. Để quá trình gia công có hiệu quả thì hạt mài phải sắc cạnh, không nên sử dụng các hạt mài đã mòn các cạnh và kích thớc các hạt nhỏ hơn. Các hạt mài nhỏ có thể làm tắt vòi phun. Việc chọn loại hạt mài, cỡ hạt mài phụ thuộc vào từng nguyên công. 3. Các thông số công nghệ. Các thông số cơ bản của gia công dòng hạt mài là: - áp suất ra của dòng hạt mài. - Tốc độ ra của dòng hạt mài. - Cỡ hạt và loại hạt - Năng suất bóc vật liệu - Vật liệu của chi tiết gia công. Năng suất bóc vật liệu, hình dáng hình học, độ bóng bề mặt, tốc độ mòn vòi phun bị ảnh hởng bởi kích thớc và khoảng cách vòi phun, thành phần, độ bền kích thớc, hình dáng của dòng hạt mài, thành phần, áp suất, tốc độ của khí. Năng suất bóc vật liệu chủ yếu phụ thuộc vào tốc độ dòng hạt mài, kích thớc hạt mài. Hạt mài có dộ lớn sẽ bóc với tốc độ cao hơn. Tại một áp suất nhất định, năng suất bóc vật liệu tăng theo tốc độ dòng hạt mài, nhng sau khi đạt đến giá trị tối u thì năng suất bóc vật SV : Nguyễn Văn Thắng 5 Trờng ĐH SP Kỹ Thuật Hng Yên Gia công bằng tia hạt Khoa Cơ Khí _Lớp CTK2A liệu giảm nếu ta tiếp tục tăng tốc độ dòng hạt mài. Sở dĩ nh vậy là vì tốc độ dòng khí giảm khi tốc độ tăng tốc độ dòng hạt mài, tỷ số trộn tăng gây nên sự giảm năng suất bóc vật liệu bởi vì năng lợng để mài mòn lúc này giảm đi. Tốc độ lu lợng hạt mài phải xứng với áp xuất và lu lợng dòng khí. Lu lợng của hạt mài thờng từ 2 ữ 20(g/ph). áp suất dòng khí điển hình là:( 2,2 ữ 1)N/ mm 2 . Tốc độ của dòng hạt từ 150 ữ 300(m/s). Thành phần khí ảnh hởng dến mối quan hệ giữa áp suất và lu lọng khí. Năng suất bóc vật liệu tăng khi tăng khoảng cách từ miệng vòi đến chi tiết gia công đến một giá trị nhất định, sau đó nó giữ không thay đổi trong một khoảng cách nhất định rồi giảm dần. Phơng pháp gia công này có năng suất bóc vật liệu nhỏ. Khi khoảng cách từ miệng vòi phun đến chi tiết gia công càng lớn thì vết gia công càng rộng, cạnh cắt càng kém sắc. Khoảng cách từ miệng vòi phun và bề mặt gia công từ :0,25 ữ 75(mm). 4. Dung sai và chất lợng đạt đợc: Gia công bề mặt có thể đạt mức độ nhám từ 0,15 ữ 1,5( m à ) tuỳ theo kích thớc hạt mài. Dung sai của phơng pháp mà có thể đạt đợc từ ( 05,013,0 ữ ) mm. Ví dụ : Gia công thép không gỉ : Loại hạt mài Độ hạt( m à ) Độ nhẵn bề mặt ( m à ) Oxit nhôm 10 0,2 ữ 0,5 25 0,25 ữ 0,53 50 0,38 ữ 0,96 Thạch anh 50 0,30 ữ 0,96 Cacbit Silic SIC 20 0,3 ữ 0,5 50 0,43 ữ 0,86 SV : Nguyễn Văn Thắng 6 Trờng ĐH SP Kỹ Thuật Hng Yên Gia công bằng tia hạt Khoa Cơ Khí _Lớp CTK2A 5.ứng dụng. Quá trình gia công dòng hạt mài thờng đợc sử dụng để thực hiện các công việc sau: - Cắt những lỗ nhỏ, rãnh, những mô hình, hoa văn phức tạp trên vật liệu kim loại rất cứng, hoặc giòn hoặc vật liệu phi kim loại. - Tẩy ba via. - Cắt mép, tạo mặt vát. - Tạo lớp oxit và những màng mỏng tạp chất trên bề mặt. - Lám sạch chi tiết có bề mặt không đều. - Phơng pháp náy đợc sử dụng để gia công các loại vật liệu kim loại cứng và giòn, hợp kim, vật liệu phi kim loại nh: germanium, silicon, thuỷ tinh, ceramics, mica. Chi phí ban đầu thấp. * Nhợc điểm: - Năng suất bóc vật liệu thấp. Sự cắt tản mát có thể làm cho độ chính xác không cao, và không thể gia công đợc vật liệu mềm. - Gia công lỗ sâu hay bị côn. - Hạt mài găm vào vật liệu gia công. IV.Gia công tia nớc 1. Nguyên lý gia công. Cắt bằng tia nớc ( Water Jet Cutting WJC ) là quá trình sử dụng tia nớc ở áp suất cao để gia công vật liệu . Vết cắt hoặc rãnh có độ rộng xấp xỉ 1(mm). Đờng kính lỗ nhỏ nhất có thể cắt đợc là 1,5 mm. Phơng pháp này còn đợc gọi là phơng pháp thuỷ động học. SV : Nguyễn Văn Thắng 7 Trờng ĐH SP Kỹ Thuật Hng Yên Gia công bằng tia hạt Khoa Cơ Khí _Lớp CTK2A Đầu tiên nớc từ thing cấp nớc đi qua bộ lọc và hoà trộn. Sau đó nhờ ống dẫn chất lỏng đi qua bộ khuếch đại để tăng áp suất lên đầu phun. Tại đầu phun tia nớc đợc phun ra mạnh hay yếu là nhờ van tiết lu. Van này đợc điều khiển bởi một bộ điều khiển. Tia nớc sau khi ra khỏi đầu phun có áp suất lớn ( thờng từ 100 ữ 400MPa), tốc độ tia nớc từ 400 ữ 1000(m/s). Với áp suất này, khi tia nớc chạm vào bề mặt vật liệu gia công nó tạo nên áp lực lớn độ bền nén của vật liệu, bề mặt của vật liệu bi nát ra và tia nớc xuyên qua tạo thành vết cắt, cắt chi tiết gia công. 2. Các thông số công nghệ. Các thông số gia công quan trọng gia công bằng tia nớc bao gồm: Khoảng cách gia công, đờng kính lỗ vòi phun, áp suất nớc, tốc độ cắt. Khoảng cách gia công là khoảng cách giữa đầu vòi phun và bề mặt gia công. Thông thờng khoảng cách này nhỏ để tia nớc phân tán tới mức tối thiểu khi đập vào bề mặt, khoảng cách gia công điển hình là 3,2 (mm). Kích thớc của lỗ vòi phun ảnh hởng dến độ chính xác của quá trình cắt. Vòi phun đợc sử dụng trên nhũng vật liệu mỏng. Đối với những vật liệu dày thì cần có tia phun dày hơn, áp suất cao hơn. Tốc độ cắt thờng vào SV : Nguyễn Văn Thắng 8 Trờng ĐH SP Kỹ Thuật Hng Yên Gia công bằng tia hạt Khoa Cơ Khí _Lớp CTK2A khoảng 5 ữ 500(m/s) tuỳ theo độ dày của chi tiết gia công. Phơng pháp gia công tia nớc thờng đợc tự động hoá bằng hệ thống CNC hay ngời máy công nghiệp. Phạm vi gia công: từ 1,5 ữ 305mm, độ chính xác là 13,0 (mm). 3. u điểm. - Chất lợng vết cắt rất cao. - Vết cắt có thể bắt đàu ở bất kỳ chỗ nào mà không cần khoan mồi trớc và có thể cắt đợc các vật liệu cán mỏng. - Có khả năng tự đọng hoá và ngời máy hoá cao. - Chi phí thấp. - Không có chất hoá học nh cắt bằng hạt mài ( AWJC). - Thích ứng với hệ thống CAD/CAM. - Gia công đạt độ chính xác cao, bề mặt phẳng. - Không ảnh hởng nhiệt. - Có thể cắt bất kỳ vật liệu nào. - ít lãng phí chất thải sau gia công. - Môi trờng gia công trong sạch. - Tạo ra ít vết cắt trên vật liệu. - Khi cắt vào vật liệu không làm thay đổi cấu trúc bên trong, vốn có của vật liêu, không nóng vật liệu 4. Phạm vi ứng dụng. - Gia công cắt: Phơng pháp gia công bằng tia nớc đợc ứng dụng trong ngành hàng không, thực phẩm, nghệ thuật đồ hoạ, công nghệ ôtô, giày dép, cao su, nhựa, đồ chơi, gỗ, kuyện kim, giấy, chế tạo máy - Làm sạch bề mặt trong ngành chế tạo máy và xây dựng. - Một số vật liệu đợc cắt bằng tia nớc là: các tông, thảm, làm nút chai, giấy, plastic, sản phẩm gỗ, cao su, da, giấy, lá kim loại SV : Nguyễn Văn Thắng 9 Trờng ĐH SP Kỹ Thuật Hng Yên Gia công bằng tia hạt Khoa Cơ Khí _Lớp CTK2A mỏng, gạch, vật liệu composite, tuỳ loại vật liệu mà chiều dày cắt có thể lên đến 25mm và cao hơn. So với các phong pháp khác, cắt bằng tia nớc có năng suất cao, sạch, nên nó dùng trong công nghệ thực phẩm để cắt và thái mỏng sản phẩm. Khi đó ngời ta sử dụng dụng dịch là cồn, glyxêrin hoặc dầu ăn. V. Gia công bằng tia nớc có hạt mài. (Abrasive Water Jet Cutting- AWJC). 1. Nguyên lý gia công. Để tăng khả năng cắt bằng tia nớc nhằm cắt các vật liệu cứng nh thép, thuỷ tinh, bê tông, hay vật liệu composite, ngời ta thêm tia nớc những hạt mài.Vì thế phơng pháp này đợc gọi là phơng pháp gia công tia nớc có hạt mài. Nguyên lý của phơng pháp này cũng gia nh gia công tia nớc nhng khác ở chỗ là quá trình hình thành tia nớc áp suất cao thì cho thêm 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 nớc trong ống trộn. Việc cấp hạt mài trong quá trình gia công quyết định năng suát gia công. Hinh 2: Vòi phun của thiết bị gia công băng tia nớc. SV : Nguyễn Văn Thắng 10 [...]... gia công bằng tia hạt mài 0 * Góc phun = 90 Trong trờng hợp này bề mặt bề mặt đợc gia công bằng tia va đập SV : Nguyễn Văn Thắng 12 Trờng ĐH SP Kỹ Thuật Hng Yên Gia công bằng tia hạt Khoa Cơ Khí _Lớp CTK2A Hình 1: Gia công bằng tia va đập * Góc phun = 0 Trong trờng hợp này bề mặt gia công bằng tia trợt 0 * Góc phun = 0 ữ 90 Bề mặt đợc gia công bằng tia chéo Gia công bằng tia chéo + Khi gia công. .. Khí _Lớp CTK2A Gia công bằng tia hạt Hình 2 : Vòi phun của thiết bị gia công bằng tia nớc có hạt mài Đối với gia công tia nớc có hạt mài, khi thêm những hạt mài vào tia nớc sẽ làm phức tạp quá trình gia công vì phải bổ sung một một số thông số và những thông số này phải đợc điều khiển Những thông số thêm vào cho quá trình là loại hạt mài, cỡ hạt, tốc độ dòng chảy Các loại vật liệu hạt mài thờng đợc... chứa hạt mài Khoảng cách cho phép điển hình là 1 2 hay 1 4 trong gia công tia nớc Phơng pháp gia tia nớc hay tia hạt mài có thể sử SV : Nguyễn Văn Thắng 11 Trờng ĐH SP Kỹ Thuật Hng Yên Gia công bằng tia hạt Khoa Cơ Khí _Lớp CTK2A dụng thay thế cho các phơng pháp gia công tia Laze hay tia Plasama nếu yêu cầu không có ảnh hởng nhiệt tại đờng cắt vật liệu Hình 3:Hình dạng của máy gia công tia nớc hạt mài. .. Al2O3, SiO2, các cỡ hạt khoảng 60 đến 100 Lợng hạt mài thêm vào xấp xỉ khoảng 0,3( kg/phút), sau khi thoát ra vòi phun Đờng kính lỗ của vòi phun : 0,25 ữ0,63 mm Sở dĩ kích cỡ hơn một chút so với sự gia công bằng tia nớc là để có đợc tốc đọ dòng chảy cao hơn, năng lợng nhiều hơn vì bên trong nó chứa hạt mài áp suất nớc trong gia công bằng tia nớc có hạt mài giống nh gia công bằng tia nớc Khoảng cách... tăng - Giá thành rẻ hơn - Gia công đợc vật liệu dày hơn - Dòng tia tạo mài an toàn hơn, không có khói độc, không có lửa - Có tính môi trờng hơn - Bảo trì đơn giản hơn - Tia hạt mài có khả năng đạt dung sai tơng tự trong gia công chi tiết mỏng và đạt độ chính xác cao hơn trong gia công chi tiết dày * So sánh gia công tia lửa điện - Gia công nhanh hơn tia lửa điện - Khả năng gia công phạm vi vật liệu rộng... đặc tính quan trọng đối với gia công tia nớc SV : Nguyễn Văn Thắng 15 Trờng ĐH SP Kỹ Thuật Hng Yên Gia công bằng tia hạt Khoa Cơ Khí _Lớp CTK2A - Dòng hạt mài tạo lỗ cho chính nó - Không sinh nhiệt - Dòng tia nớc có khả năng bỏ qua những bất thờng của vật liệu mà có thể những bất thờng náy làm cho EDM mất tia lửa điện 6.Chất lợng bề mặ gia công bằng tia hạt maì Cũng nh gia công truyền thống chất lợng... phơng pháp gia công Chất lợng bề mặt ảnh hởng đến tính chống mòn, tính chống ăn mòn hoá học của bề mặt chi tiết, ảnh hởng đến hệ số truyền nhiệt, độ bền mỏi của chi tiết lắp ghép a Độ nhám bề mặt - Khi gia công bằng tia hạt mài độ nhám bề mặt nhỏ hơn nhiều so với độ nhám bề mặt khi gia công bằng phơng pháp cắt phôi hoặc phun hạt mài ở trạng thái khô khác nhau - Sau khi gia công bằng tia hạt mài có độ... phơng pháp tia va đập, còn gia công vật liệu dẻo nên dùng phơng ppháp tia trợt, tia chéo Dung dịch SV : Nguyễn Văn Thắng 13 Trờng ĐH SP Kỹ Thuật Hng Yên Gia công bằng tia hạt Khoa Cơ Khí _Lớp CTK2A khi va dập vào bề mặt gia công tạo ra lớp màng mà chiều dài của nó phụ thuộc vào thành phần dung dịch( tia hạt mài ) phá vỡ màng dung dịch này để đạt chất lợng theo yêu cầu Quãn đờng di của tia hạt mài qua... hoá học SV : Nguyễn Văn Thắng 16 Trờng ĐH SP Kỹ Thuật Hng Yên Gia công bằng tia hạt Khoa Cơ Khí _Lớp CTK2A - Tính chống ăn mòn của lớp bề mặt tăng lên 50 ữ100 % so với phơng pháp mài bằng đá hoặc mài nghiền, phơng pháp gia công khác - Tính chông ăn mòn hoá học là tính chất quan trọng với dụng cụ cắt, mà phơng pháp gia công bằng tia hạt mài có thể đảm bảo đợc SV : Nguyễn Văn Thắng 17 ... dày lớn với dung sai hợp lý, không sinh nhiệt, vùng gia công không chụi tác động nhiệt, đây là phơng pháp gia công cắt lạnh - Độ nhám bề mặt có thể tốt hơn phơng pháp gia công truyền thống - Lực cắt không đáng kể 5 So sánh vớ một số phơng pháp gia công khác * So sánh với phơng pháp gia công tia Laze - Tính chính xác có thể bằng hoặc hơn tia laze - Dòng tia nớc không tao nhiệt cắt Vì thế không có biến . thêm vào tia nớc một phần tử hạt mài ( gia công tia hạt mài) hoặc cho một lợng hạt mài vào dòng khí áp suất cao ( gia công khô). Gia công tia hạt mài có. - Gia công bằng tia nớc áp suất cao. - Gia công bằng tia nớc + hạt mài - Gia công khô : dòng khí + hạt mài +vận tốc cao + áp suất lớn - Dòng chảy hạt mài