Công nghệ gia công tiên tiến

Sách dành cho sinh viên và học viên cao học khối ngành kĩ thuật cơ hí chế tạo máy. Gồm các phương pháp gia công Cơ, Điện, Nhiệt, Hóa gồm các phần Định nghĩa, cơ sở lí thuyết, nguyên lí gia công, thiết bị và dụng cụ, các thông ố công nghệ, đặc điểm và phạm vi ứng dụng

PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT Chương TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT Mục tiêu : Sau học nghiên cứu xong chương này, người nghiên cứu có khả sau - Hiểu nhu cầu phương pháp gia công đặc biệt - Phân loại phương pháp gia công - Biết đặc trưng phương pháp gia công đặc biệt - Hiểu biết tính ưu việt phương pháp gia công đặc biệt I Nhu cầu phương pháp gia công đặc biệt : - Các phương pháp gia công truyền thống, ví dụ : tiện, phay, bào, khoan, khoét doa, dùng dụng cụ cắt để tách phoi khỏi bề mặt gia công nhờ biến dạng phá hủy (lưỡi cắt dụng cụ cắt có hình dáng hình học xác đònh có hình dáng hình học không xác đònh) Ngoài phương pháp gia công truyền thống này, có họ phương pháp gia công sử dụng chế khác để tách phoi suốt qua trình gia công Thuật ngữ “Gia công đặc biệt” liên quan đến nhóm phương pháp gia công tách lượng dư kỹ thuật khác, sử dụng lượng cơ, điện, nhiệt, hóa, kết hợp dạng lượng Đặc biệt, phương pháp không sử dụng dao cắt gia công thông thường - Các phương pháp gia công đặc biệt sử dụng rộng rãi từ sau chiến thứ hai nhằm đáp ứng dạng gia công Trang -7- PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT đặc biệt mà phương pháp gia công truyền thống giải - Những nhu cầu tầm quan trọng mặt thương mại lẫn công nghệ phương pháp gia công đặc biệt bao gồm : + Nhu cầu gia công vật liệu kim loại hay phi kim loại phát triển Những vật liệu thường có tính chất đặc biệt sức bền, độ cứng độ dẻo cao, khó gia công phương pháp cắt gọt thông thường + Nhu cầu gia công chi tiết hình học phức tạp, bất bình thường, khó gia công phương pháp truyền thống + Nhu cầu tránh làm hỏng bề mặt chi tiết xuất ứng suất phát sinh gia công truyền thống - Trong thiết bò bay, người ta thường sử dụng vật liệu có độ bền cao Trong số đó, kể tới : hợp kim Titan, loại thép độ bền cao siêu bền, loại vật liệu phi kim loại (Composite, sợi thủy tinh, ) Các hợp kim Titan có độ bền với thép hợp kim dùng chế tạo máy khối lượng riêng nửa, đồng thời có tuổi thọ chống ăn mòn cao hầu hết môi trường khắc nghiệt Gia công cắt gọt chi tiết làm kim loại khó khăn số trường hợp Vì lý thiết kế máy mới, người ta sử dụng vật liệu có tính chất sử dụng chưa phải hoàn thiện mong muốn lại có tính chất công nghệ đạt yêu cầu Điều làm giảm đặc tính làm việc đặc trưng chất lượng máy Vì giới nay, tương ứng với vật liệu phát minh, người ta phải tích cực tìm kiếm phương pháp gia công để gia công vật liệu Trang -8- PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT Thép 45 Thép 2Cr13 Thép Cr18Ni9Ti Theùp EI 395 Theùp 4Cr12Ni8 Theùp EI 376 Thép EI 827 Hợp kim EI 867 Thép Jsi 6-Co a) b) Hình 1.1 : Mối quan hệ tương hỗ tính chất cơ-lý vật liệu bền nóng (a) có độ bền cao (b) với khả gia công cắt II Phân loại phương pháp gia công đặc biệt : Các phương pháp gia công đặc biệt phân loại dựa lượng chủ yếu đưa vào vùng gia công Do chia làm nhóm : CƠ - ĐIỆN - NHIỆT - HÓA Nhóm : Năng lượng có dạng khác với tác động dụng cụ cắt thông thường sử dụng phương pháp gia công truyền thống Sự mài mòn vật liệu chi tiết gia công dòng hạt mài hay dòng lưu chất (hoặc kết hợp hai) chuyển động với vận tốc cao dạng tác động điển hình phương pháp gia công Trang -9- PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT Nhóm điện : Những phương pháp thuộc nhóm sử dụng lượng điện hóa để tách bóc vật liệu, chế ngược lại với trình mạ điện Nhóm nhiệt : Phương pháp dùng lượng nhiệt tác dụng vào bề mặt làm việc với diện tích tiếp xúc nhỏ làm cho lớp vật liệu bò tách cách nóng chảy bay Nhóm hóa : Hầu hết vật liệu (đặc biệt kim loại) dễ bò tác động hóa học vài chất axít chất ăn mòn Trong gia công hóa, người ta sử dụng ăn mòn để bóc tách lớp vật liệu vùng nhỏ bề mặt chi tiết, bề mặt khác không gia công bảo vệ III Đặc trưng phương pháp gia công đặc biệt : - Bảng nêu lên số tóm tắt phương pháp gia công đặc biệt Khi khảo sát bảng ta cần nhắc lại thông số phương pháp tiện truyền thống : Độ nhám bề mặt đạt từ 0,81÷6,1 μm, tốc độ bóc vật liệu từ 2,73÷1,6 m3/s, tốc độ vòng từ 100÷1000 vòng/phút, độ xác đạt từ 0,05÷0,08 mm - Đặc trưng phương pháp gia công đặc biệt có suất bóc kim loại thấp so với gia công cắt gọt, có công suất riêng cao, đạt độ xác gia công cao tốc độ gia công thấp, thường làm hỏng bề mặt vật liệu so với phương pháp gia công truyền thống Trang - 10 - PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT Bảng 1.1 : Phương pháp gia công đặc biệt phương pháp Công Vận tốc gia Độ Năng suất Độ nhám suất công hay bóc kim riêng vận tốc Phương pháp bề mặt xác loại (:m) (HP/cm3 thâm nhập (mm) (dm /ph) ph) (mm/ph) Gia công dòng 0,025 ÷ 0,76÷7,6 Thấp Thấp 0,1524 hạt mài Gia công Phụ thuộc 0,4÷1,8 Rất thấp 0,0127 tia nước vật liệu Gia công tia 15÷2540 0,12 1,25÷1,9 1,6 103 nước có hạt mài Gia công 0,4÷1,6 0,8 103 12,2 0,5÷3,8 siêu âm Bảng 1.2 : Phương pháp gia công đặc biệt phương pháp điện hóa Công Vận tốc gia Độ suất công hay Năng suất nhám Độ Phương riêng vận tốc bóc kim loại bề mặt xác (mm) pháp (dm3/ph) (HP/cm3 thâm nhập (:m) ph) (mm/ph) 0,001 (W,Mo) Gia công 0,0026 (Cl) 0,0254 ÷ 0,4÷1,8 500 2,54÷12,7 điện hóa 0,1254 0,002(thép,Al) 0,01 (Cu) 0,00016 (Cl) Gia công 0,002 (Al) 0,0127 ÷ mài điện 0,2÷0,8 1,5÷3,05 0,1524 0,0042 (Cu) hóa 0,0021 (Fe,Ti) Làm 0,0254 hay bavia 0,4÷1,6 1,5÷3,05 5% đường điện hóa kính lỗ Trang - 11 - PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT Bảng 1.3 : Phương pháp gia công đặc biệt phương pháp nhiệt Phương pháp Gia công tia lửa điện Gia công cắt dây tia lửa điện Gia công chùm điện tử Gia công tia Laser Gia công dòng hồ quang Plasma Vận tốc gia Công Độ Năng suất công hay suất nhám bóc kim Độ vận tốc riêng bề mặt loại xác (mm) (HP/cm3 thâm nhập (:m) (dm /ph) ph) (mm/ph) 0,8÷2,6 2,5 12,7 0,004÷0,05 0,12 0,8÷1,6 (0,16÷0,5) 10-2 2,5 100÷254 0,0025 ÷ 0,005 0,8÷6,3 0,8.103 609 152 0,005 ÷ 0,025 0,8÷6,3 0,5.103 3658 2,54÷101 0,0127 ÷ 0,013 0,6÷12,5 0,16 1,25 2,54÷304 0,5÷3,4 Baûng 1.4 : Phương pháp gia công đặc biệt phương pháp hóa Độ Vận tốc gia Năng Công suất Độ bóng suất bóc Phương công hay vận xác riêng bề mặt kim loại tốc thâm nhập pháp (HP/cm ph) (mm) (:m) (dm3/ph) (mm/ph) Gia công 0,025 ÷ Năng lượng 1,6÷6,3 0,5 0,025÷0,05 hóa 0,15 hóa 537)2150 Gia công 1,6 ÷ 0,025 ÷ 0,5 0,01÷0,05 (A/m ) công quang hóa 6,35 0,05 suất chiều Trang - 12 - PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT IV Tính ưu việt phương pháp gia công đặc biệt : So với phương pháp cắt gọt thông thường, phương pháp gia công đặc biệt có đặc tính ưu việt sau : Có khả gia công tất loại vật liệu với tính chất lý chúng không ảnh hưởng nhiều đến suất chất lượng Đây điểm bật Không cần sử dụng dụng cụ chuyên dùng vật liệu mài (trừ phương pháp điện hóa) Tiết kiệm lớn nguyên vật liệu : gia công đá quý hồng ngọc, kim cương, thạch anh loại vật liệu đơn tinh thể dùng công nghệ chế tạo transitor Đạt độ xác gia công cao : gia công lỗ cực nhỏ lỗ đòi hỏi độ xác cao từ 2÷5 μm, gia công ống dẫn hệ thống thủy lực yêu cầu bavia vết xước khớp nối Có thể gia công chỗ chi tiết lớn Có khả hoàn toàn khí hóa tự động hóa, suất cao Điểm qua đặc tính ưu việt kể trên, ta thấy triển vọng phương pháp gia công đặc biệt to lớn Hiện nước công nghiệp tiên tiến chế tạo nhiều loại máy chuyên dùng cho phương pháp gia công sử dụng rộng rãi ngành chế tạo máy Trang - 13 - PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ A - PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BẰNG SIÊU ÂM : ( Ultralsonic Machining - USM ) Mục tiêu : Sau học nghiên cứu xong chương này, người nghiên cứu có khả sau - Hiểu khái niệm gia công siêu âm - Hiểu, biết nguyên lý gia công siêu âm - Tường minh sở lý thuyết gia công siêu âm - Biết tường tận thông số công nghệ - Tường minh số công nghệ gia công siêu âm I Khái niệm : - Gia công siêu âm truyền dao động vào vùng cắt tần số siêu âm Dao động va đập vào hạt mài, hạt mài va đập vào vùng cắt tạo nên bề mặt cần gia công - Siêu âm sóng đàn hồi có tần số từ 20 kHz ÷ GHz, dùng để gia công với tần số từ 15÷30 kHz Máy siêu âm dùng để gia công chi tiết chế tạo từ vật liệu cứng dòn thủy tinh, gốm sứ, đá, germani, hợp kim cứng, kim cương v.v II Nguyên lý gia công : - Gia công siêu âm vật thể rắn chủ yếu ứng dụng tán sắc siêu âm Trang - 14 - PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT - Gia công siêu âm vật thể rắn thực chất ứùng dụng cọ sát học môi trường hai pha để tạo nên tác dụng gia công - Giả thiết môi trường chất lỏng tồn chất rắn có sợi xốp Dưới tác dụng sóng siêu âm có tần số trung bình, phân tử chất lỏng chuyển động theo chuyển động âm trường, phân tử chất sợi đứng yên Sau tác dụng cọ sát chất lỏng, có phân tử nhỏ rơi rụng từ sợi vật thể rắn Người ta tăng cường tác dụng cách rắc thêm vào bột thạch anh mòn pha thứ ba Các bột thạch anh cứng, sắc cạnh, lơ lửng chuyển động theo âm trường, chất lỏng với mức độ chuyển động nhiều hay tương ứng với kích thước chúng Trong trình chuyển động, chúng gọt giũa vật thể rắn Hình 2.1 : Nguyên lý gia công - Nguyên lý gia công cách tổng quát : Dao động có tần số từ 18-30 kHz máy phát siêu âm (6) truyền đến biến từ (5) Tại dao động biến thành dao Trang - 15 - PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT động học, có tần số, biên độ dao động khoảng 5÷10 μm, để nhận biên độ dao động cần thiết cho việc gia công 30÷80 μm cần phải có truyền (4) đặt sau biến từ (5) Dụng cụ (3) có hình dạng theo yêu cầu gia công đïc lắp vào đầu truyền (4) Dung dòch hạt mài (7) đưa vào vùng gia công phía đầu dụng cụ Tổng hợp chuyển động (2) gá đặt bàn máy (1) bàn máy chuyển động theo hai phương thẳng đứng đầu máy thực Khi chi tiết gia công cố đònh gia công lỗ thông lỗ không thông, lỗ đònh hình cong, cắt rãnh, cắt đứt cung cấp cho phôi dung dòch thêm chuyển động phụ thực nguyên công phay, mài, tiện, cắt đứt, cắt riêng - Để gia công siêu âm, cần phải có máy phát siêu âm Siêu âm dẫn vào đầu biến từ để tạo nên dao động học có biên độ cần thiết Thiết bò làm việc sở thay đổi chiều dài số kim loại (hiện tượng “co ngắn nhiễm từ”) sắt, nikel, cobal hợp kim chúng, tác động điện trường từ trường Hiện tượng gọi từ giảo đầu biến từ thành phần yếu máy gia công siêu âm - Nguyên lý làm việc đầu biến từ trình bày hình 2.2 Dòng điện có tần số cao máy phát siêu âm đưa vào cuộn dây kích thích tạo nên từ trường thay đổi có tần số tác động vào lõi rung động Lõi chế tạo từ kim loại có tính từ giảo Để sử dụng đặc tính từ giảo tốt hơn, ta tạo thêm từ trường không đổi hai cuộn dây từ hóa lắp lõi từ Dao động dọc xuất từ giảo rung động có biên độ từ 5÷10 μm truyền qua truyền Thanh lắp hai vòng kẹp 5, Trang - 16 - PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT laser gama Nhưng thông dụng laser rắn (laser hồng ngọc) Hình 5.68 : Sơ đồ máy phát tia laser kiểu MLC – 1) Máy phát quang lượng tử 2) Màng ngăn 3) Ống ngắm 4) Vật kính kính hiển vi 5) Tấm kính bảo vệ 6) Chi tiết gia công 7) Bộ nguồn - Laser khí CO2 thích hợp việc gia công thuỷ tinh hấp thụ toàn phần bước sóng 10, 6μm Để cắt ống thuỷ tinh người ta gắn chúng lên giá đỡ xoay xung quanh trục ống Thời gian cắt phụ thuộc vào công suất tia laser, chiều dài ống thuỷ tinh xung thường không 1/10 giây Bề mặt mối cắt không bò rạng nứt, điều quan trọng hàn kín chi tiết thuỷ tinh với kim loại Phương pháp ứng dụng rộng rãi có hiệu kinh tế cao công nghiệp sản suất thiết bò chân không, đèn điện tử - Tập trung tia laser thông qua hệ thống lăng kín chiếu lên diện tích nhỏ khoan lỗ nhỏ vật liệu có nhiệt độ nóng chảy cao Về phương diện lý thuyết điểm chiếu lên bề mặt vật liệu, đường kính (d) chấm sáng cỡ chiều dài sóng Thực tế tạo chấm sáng có Trang - 228 - PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT đường kính 100-250 μm Cường độ ánh sáng tập trung lăng kính gấp 40 lần cường độ ánh sáng mặt trời - Có thể khoan lỗ có đường kính 2-5 μm hệ thống lăng kính hội tụ hệ thống điều chỉnh khí Gia công lỗ lớn vài mm, dùng lăng kính Kim loại lỗ gia công bốc thành kim loại, điều chỉnh độ sâu lỗ cách điều chỉnh thời gian số lần xung phóng tia laser - Hiện người ta cải tiến tạo máy gia công tia laser điều khiển số Đó máy CNC, loại máy nàycho phép ta gia công xác thuận lợi gia công hình dáng phức tạp Máy tia laser thường chế tạo theo dạng máy khoan, máy hàn, máy cắt đứt Các loại máy thường dụng ccông nghệ NC/CNC để điều khiển chuyển động bàn máy mang phôi theo toạ độ X,Y Khi cần thiết người ta chế tạo máy tia laze điều khiển CNC toạ độ với việc sử dụng nội suy đường thẳng đường cong - Hình 5.69 giới thiệu sơ đồ cấu trúc máy laze CNC SCM-1000 hãng FEHA GmbH (Đức).Máy dùng đầu laze dùng nguồn laze khí CO2 Tia laze dẫn qu a gương chắn dòng 2, gương dòng đến hệ lăng kính hội tụ để tác động vào bề mặt chi tiết gia công qua đầu cắt laze vật liệu bò bốc trình cắt thổi khí nén Khí nén đưa vào cắt qua ống Để tăng hiệu cắt trong số vật kiệu người ta sử dụng oxy thay không khí - Thông số kỹ thuật máy CNC-1000 gồm có : +Công suất max : kW + Bước sóng : 10,6 μm + Vận tốc cắt max : m/phút + Kích thước máy : 5,2x2,2x1,7 m - Hệ thống CNC điều khiển hai toạ độ bàn máy với độ xác dòch chuyển μm Trang - 229 - PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT Hình 5.69 : Sơ đồ máy tia Laser CNC V Các thông số công nghệ : - Khả gia công lỗbằng tia laser tuỳ thuộc vào khả hấp thụ vật liệu lượng ánh sáng nhiệt độ cần thiết để làm bốc vật liệu Độ cứng tính chất kim loại học ý nghóa Nhưng khả dẫn nhiệt vật liệu lại có ảnh hưởng lớn đến khả gia công, gia công cách dễ dàng lỗ sâu thép không rỉ, với đồng khó gia công, chí khoan với độ sâu đònh, không Đó đồng dẫn nhanh lượng nhiệt sinh từ lượng hấp thụ vào, đạt đến nhiệt độ bốc trước lượng lớn tia laser phân phối vào kim loại - Quá trình gia công tia laser tách làm pha : Trang - 230 - PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT + nh sáng laser bóc lớp bề mặt có khả phản chiếu lớn + Sau vật liệu màu gần đen hấp thụ lượng chùm tia laser - Trong giai đoạn sau trình phát nóng tăng lên mạnh nhiệt độ toả hướng từ lỗ khoan Từ thấy đường kính lỗ lớn đường kính tia laser, khác biệt lớn thời gian chiếu tia laser dài - Năng lượng cần thiết để bốc lớp bề mặt phụ thuộc vào loại vật liệu Vật liệu có khả phản chiếu tốt, nhiệt độ sôi cao, tỉ trọng lớn, tỉ nhiệt lớn, lớp bề mặt khó bò bốc Cần phải điều chỉnh xác lượng chùm tia laser để khoan lỗ có kích thước cho Tuỳ thuộc vào tốc độ cung cấp lượng, mà trình nung nóng, nóng chảy bốc diễn hay không Quá trình điều chỉnh thông thường diễn cách thay đỗi thời gian xung tia laser Hình 5.70 : Sơ đồ quan hệ lượng thời gian xung Trang - 231 - PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT - Biến thiên lượng thời gian xung biểu thò tập hợp đường cong phù hợp với đặc tính nhiệt vật liệu - Rất cần thiết phải nhấn mạnh ánh sáng laser phương thức để truyền dẫn lượng với mật độ lượng lớn Có thể xâm nhập vào chân không, gar, lên bề mặt chi tiết cấy vật liệu suốt nhờ có khả điều chỉnh tiêu cự tia sáng xác mà gia công xác, bề mặt bò bao bọc cầu suốt hàn kín - Năng lượng tích luỹ nguồn phát tối đa 6000W giây (joule) đỉnh cao công suất 5000 W Máy giây phát tia chớp, chứa đựng lượng 10 Wgiây(joule) Ở mặt bàn thao tác, chùm tia tiết diện tròn chữ nhật dài Có thể điều chỉnh đường kính điểm chấm sáng bề rộng rãnh từ 10÷1000 μm, chiều dài rãnh tối đa 15mm - Nhờ ưu điểm tập trung nhiệt độ cao điểm (8000oC) với bán kính điểm cần chiếu đạt tới 0,05 mm liên xô từ năm 1964 sản xuất hàng loạt thiết bò laser công nghiệp SU–1, K3 để hàn công tác linh kiện bán dẫn (transistor, diod, đầu cặp nhiệt điện) Nhất dùng thiết bò laser SU–1 để điều chỉnh trò số danh đònh điện trở công nghiệp sản xuất vi mạch làm tăng suất lao động lên đến 10-12 lần chất lượng sản phẩm nâng cao rõ rệt - Đối với thiết bò laser hồng ngọc K-3M, IL-2M, IL20M, cho lượng xạ đến 30 Joule, thời gian kéo dài xung điều chỉnh mức 1, 3, 5, ms Tần số xung 12 xung/ phút, thiết bò có suy giảm lượng ánh sáng lối từ 2, 10, 25 đến 50 lần Đường kính tia sáng hội tụ Trang - 232 - PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT tối thiểu 0,05 mm hàn chân vi mạch điện tử hàn kim loại khó nóng chảy có chiều dài 0,05mm - Ngoài bảng 5.10 cho ta biết số loại laser khác - Các yếu tố ảnh hưởng đến suất cắt chất lượng vết cắt công suất xạ laze, chiều dày vật cắt, vận tốc cắt thời gian tác dụng Chiều dày tối đa thép thường 6mm, thép gỉ :3mm, phi kim loại :10mm VI Ưu - Nhược điểm - Phạm vi ứng dụng - Phương pháp phát triển : 1) Ưu điểm : - Không cần dùng buồng chân không - Không có vấn đề điện tích môi trường - Không có phóng xạ rơnghen - Công suất xạ cao, trình cắt không phụ thuộc vào tính phôi liệu, nên khoan, hàn, cắt đứt vật kiệu có độ bền cao, phi kim loại, khó gia công phương pháp truyền thống - Thời gian nung nóng vật liệu ngắn, vùng chòu tác động hẹp, vết cắt nhỏ, biến dạng, nên đảm bảo độ xác chất lượng bề mặt gia công cao - Không dùng dụng cụ cắt, lực cắt - Cắt bề mặt phức tạp, vò trí khó tiếp cận - Chính ưu điểm mà phương pháp gia công tia laze quan tâm phát triển ngành chế tạo máy, mà ngành truyền thông, y học, đo lường 2) Nhược điểm : - Hiệu suất thấp (dưới 1%) - Với số loại tia laser, khó hoàn toàn khả điều chỉnh công suất Trang - 233 - Trang 1000 Xung bình thường 1,06 - 234 - CO2b Nd-YAGa 2.106 (giá trò cực đại) Xung bình thường 1,6 400 Xung bình thường Liên tục Xung lặp lại Cường xung 1,06 10,6 10,6 10,6 100 (giá trò trung bình) 75000 (giá trò cực đại) 1,5 (giá trò trung bình) 15000 3.105 (cực đại) 300 (giá trò TB) Xung lặp lại 1,06 2.105 (giá trò cực đại) Nd-Thủy tinh Xung bình thường 0,6943 20 (giá trò cực đại) 0,005 (giá trò TB) Hồng ngọc Xung lặp lại Năng lượng (W) 0,4880 Độ dài Phương thức sóng (μm) hoạt động Argon Loại laser 100 400 300 300 0,2 5-10 60 Ghi Nhỏ gọn kinh tế công suất thấp Cắt điện trở Hàn,tạo lỗ cắt 100μs lớn Cồng kềnh kinh tế Cồng kềnh kinh tế Cắt vật liệu hữu Rất cồng kềnh Cắt kim loại nhờ ôxy công suất cao Hàn điểm,khoan Cắt điện trở Nhỏ gọn kinh tế Chế tạo mạch điện tử Hàn Bóc vật liệu lớn Thường không kinh xung tế Bóc vật liệu với số lượng lớn Thường không kinh xung, khoan khuôn tế kim cương, hàn điểm Sao chép phim mỏng Năng lượng thấp ng dụng 50-200ns 0,5-7ms 50-250ns 50ns 0,5-10ms 0,2-7ms 50 μs Số Thời gian xung/s tồn PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT Bảng 5.10 : Một số loại laser thương mại PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT - Khả điều chỉnh độ lệch tia so với tia điện tử - Đường kính nhỏ điểm chất sáng phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng * Cân nhắc ưu điểm nhược điểm khẳng đònh gia công tia laser trở thành công nghệ quan trọng để gia công lỗ đặt biệt để cắt kim loại, nhờ có khả nâng cao tần số phát sung chùm tia laser với lượng 5–10 joule/xung khả nâng cao hiệu suất sử dụng tia laser 3) Phạm vi ứng dụng : - Trong công nghiệp laser sử dụng vào việc hàn, khoan, cắt… loại vật liệu có độ nóng chảy cao kể phi kim - Gia công chùm tia lade có hiệu lỗ nhỏ Đường kính lỗ nhỏ đạt 4:m sử dụng chùm tia lade gia công vật liệu khác kim loại, thạch anh, kim cương, rubi, v.v Chiều sâu lỗ gia công đạt 12,7 mm Khi gia công đường kính lỗ 0,1-0,2 mm độ xác đạt 2-5 :m - Laser dùng để kiễm tra chất lượng sản phẩm đúc, kiểm tra độ tinh khiết chất lỏng khí, sản phẩm điện tử - Trong y khoa laser ứng dụng việc giải phẩu, điều trò bệnh bong võng mạc mắt, khoan răng, châm cứu - Ngoài laser thâm nhập vào sống qua băng từ, máy in laser, máy photo laser nhiều ứng dụng khác 4) Phương pháp phát triển : - Công nghệ tia laser ứng dụng rộng rãi hơn, tăng lượng chùm tia laser kéo dài Trang - 235 - PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT thời gian xung, đến mức vận hành liên tục hoàn toàn - Cần nâng cao hiệu kinh tế, cần có thiết bò hoàn chỉnh Nhất thiết phải nâng cao hiệu suất Ở thiết bò nay, người ta dùng tụ để tích luỹ lượng, nguy hiểm đắt tiền Người ta thử nghiệm thiết bò tích luỹ lượng khác Nhất thiết phải chế tạo loại đèn chớp tuổi thọ cao, loại nguồn phát sáng khác - Chỉ đưa công nghệ tia laser vào ứng dụng công nghiệp, mở phát triển phạm vi sử dụng Nếu đạt thành tựu việc giải vấn đề nêu Trang - 236 - PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT E - PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CẮT HỒ QUANG (Plasma Arc Cutting - PAC) Mục tiêu : Sau học nghiên cứu xong chương này, người nghiên cứu có khả sau - Hiểu khái niệm gia công cắt hồ quang - Hiểu, biết nguyên lý gia công cắt hồ quang - Tường minh dụng cụ thiết bò - Biết tường tận thông số công nghệ - Tường minh phạm vi ứng dụng hướng phát triển I Khái niệm : - Về phương diện vật lý, Plasma chất khí phân hủy ion hóa mạnh, tức hỗn hợp phân tử, nguyên tử, ion điện tử theo tỉ lệ đònh - Một vật chất có trạng thái Plasma động trung bình (W) phần tử hạt lớn ion hóa (U) (bắt đầu) có phân hủy nguyên tử, điện tử tách từ hạt nguyên tử, ion cấu thành, nhỏ 106 eV Plasma trạng thái vật chất thứ tư, hỗn hợp có n thành phần (ion, điện tử phần tử trung tính) - Gia công tia Plasma công nghệ dùng tia Plasma sinh từ hồ quang cháy catod anod (vật gia công đầu phun) tia hồ quang Plasma II Nguyên lý gia công : - Là phương pháp gia công dùng dòng plasma có nhiệt độ từ 10.000 – 14.0000 C để cắt kim loại cách làm cho nóng chảy cục vò trí vùng áp lực dòng khí đẩy phần Trang - 237 - PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT kim loại nóng chảy khỏi vò trí Quá trình cắc plasma chia làm phần : + Đầu tiên dòng khí nóng làm nóng chảy xuyên thủng vật liệu + Sau dòng plasma dòch chuyển theo đường dẫn vạch sẵn để cắt vât liệu - Dòng plasma hỗn hợp khí electron tự do, ion dương, nguyên tử phân tử Các loại khí thường dùng để tạo plasma nitrogen, Argon, Hidrogen hay hỗn hợp khí Dòng plasma phát sinh điện cực (Catod) bên vòi phun (thường tungsten) chi tiết gia công (Anod) - Dòng plasma qua dòng nước làm nguội đầu vòi phun thu hẹp lại thành tia để tác động trực tiếp vào vò trí yêu cầu Tia plasma đến chi tiết gia công có vận tốc cao nhiệt độ cực nóng tâm nó, nhiệt độ đủ để cắt đứt miếng kim loại dày 155,4mm III Dụng cụ thiết bò gia công : - Hồ quang Plasma dùng nhiều thiết bò hàn, cắt, tiện: phần xin giới thiệu thiết bò tiên plasma - Quá trình xảy tiện plasma trình toả nhiệt, tức không nung nóng vật liệu cần lấy mà dùng tia plasma cực mạnh mật độ tập trung cao làm nóng chày bề mặt gia công, động đẩy kim loại nóng chảy - Tia Plasma cực mạnh mật độ tập trung cao làm nóng chảy bề mặt gia công, động đẩy lim loại kim loại nóng chảy Dùng chất khí mà động ( Wk = 2.m v ) lớn nhiệt độ đònh Hỗn hợp khí argon- Trang - 238 - PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT hidrogen thỏa mãn yêu cầu Quá trình động lực tiện tia Plasma giống tiện bàn tiện thông thường, có điều khác thay dùng dao tiện, dùng đầu phun Plasma - Để tiện nên dùng đầu phun có hồ quang trọng, trường hợp điện cực làm mát nước nối với cực âm nguồn phát điện chiều từ điện cực qua điện cực vòi phun vơí cực dương nguồn phát - Để cho trình ổn đònh phải góc nghiêng vòi phun plasma với mặt phẳng thẳng góc với mặt gia công khoảng 600 Hình 5.71 : Chuyển động tương đối đầu phun Plasma so với vật gia công Hình 5.72 : Vò trí tương đối đầu phun Plasma so với vật gia công Trang - 239 - PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT IV Các thông số công nghệ : - Các thông số công nghệ tiện tia Plasma : + Tốc độ (Vk) + Tốc độ tiến vòi phun (e) + Cường độ dòng điện (I) + Điện áp (V) + Tốc độ chảy gaz (Vg) + Góc đặt vòi phun - Việc điều chỉnh khoảng cách đầu phun chi tiết gia công quan trọng Kích thước điện cực dùng để gia công vật liệu có bề rộng hay bề dày băng cách điều chỉng thích hợp thông số mức lượng, loại khí, tốc độ phun khí, tốc độ di chuyển đầu phun góc cắt - Bằng thực nghiệm người ta tìm trò số tối ưu với nhiều vật liệu khác Bảng 5.11 cho ta trò số cụ thể - Để biến dạng vạch sẵn điều khiển vòi phun plasma tay , nhiên độ xác không cao Để cải thiện điều người ta cho gắn đầu phun plasma vào tay máy điều khiển chương trình số không tăng độ xác mà tốc độ cắt tăng lên Phương pháp gia công hồ quang plasma cắt kim loại dẫn điện nào, vật liệu thường cắt hồ quang plasma thép cacbon, thép không rỉ nhôm - Ưu điểm cắt hồ quang plasma điều khiển chương trình số tốc độ cao.Tốc độ cắt dọc theo đường dẫn lên đến 0,182 m/s cho miếng nhôm dày 6,35 mm; 0,085 m/s cho miếng thép dày 6,35 mm Tốc độ cắt giảm dần với vật liệu dày Ví dụ tốc độ tối đa cắt miếng nhôm dày 100 mm 0,0085 m/s - Khi sử dụng tia Plasma, biện pháp an toàn lao động công nhân cần thêm qui đònh nghiêm ngặt để đề phòng tai nạn Điện áp không tải nguồn 100Trang - 240 - PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT 400 V, điện áp làm việc 80-120 V, có nguy điện giật, cần ý nối đất cách điện tốt, đồng thời tăng cường biện pháp chống nóng chống xạ (tia rơngen, tia hồng ngoại, tia cực tím ) - Cần đặc biệt ý chống ngộ độc, chống nổ gaz Trong trình làm việc có chất nóng độc sinh ra, nên chỗ sản xuất cần ý lắp hệ thống thông mạnh Cũng cần lo việc chống tác dụng tiếng ồn Bảng 5.11 : Các thông số thực nghiệm tiện hồ quang plasma Vật liệu cần gia công Tính Cường Điện Tốc độ Tốc độ Lượng Công chất độ dòng áp hồ (m/ph) tiến vật liệu xuất gia điện (A) quang vòi lấy (mã công (V) phun lực) (mm/s) Inoel Tinh 300 100 12 65 145 Thoâ 170 90 23 1.25 11 250 Rone Tinh 325 95 16 80 130 Thoâ 240 90 32 32 250 Hasleney Tinh 200 100 2.5 56 110 Thoâ 140 130 18 1.25 11 250 Thép không rỉ đặc biệt cứng Tinh Thô 300 170 90 92 15 61 72 32 130 250 V Phạm vi ứng dụng : - Hầu hết ứng dụng gia công plasma gia công cắt kim loại - Đột lỗ hay gia công cắt dọc theo đường dẫn xác đònh Trang - 241 - PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT - Có thể gia công tay điều khiển CNC - Có thể gia công kim loại Như : thép cacbon, nhôm, thép không gỉ Trang - 242 - ... PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT Bảng 1.3 : Phương pháp gia công đặc biệt phương pháp nhiệt Phương pháp Gia công tia lửa điện Gia công cắt dây tia lửa điện Gia công chùm điện tử Gia công tia Laser Gia công. .. Hiểu, biết nguyên lý gia công siêu âm - Tường minh sở lý thuyết gia công siêu âm - Biết tường tận thông số công nghệ - Tường minh số công nghệ gia công siêu âm I Khái niệm : - Gia công siêu âm truyền... PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT đặc biệt mà phương pháp gia công truyền thống giải - Những nhu cầu tầm quan trọng mặt thương mại lẫn công nghệ phương pháp gia công đặc biệt bao gồm : + Nhu cầu gia công