Phương pháp gia công siêu âm

Hiểu khái niệm gia công bằng siêu âm. Hiểu nguyên lý gia công bằng siêu âm. Hiểu cơ sở lý thuyết của gia công bằng siêu âm Nắm chắc các thông số công nghệ. Biết một số công nghệ gia công bằng siêu âm.

Trang 1

GIẢNG DẠY: GV THS PHẠM THANH CƯỜNG

Mobile: 0968 315 333 Email: phamcuongtnut@gmail.com

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

BM CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

Click to buy NOW!

w tr

ack er-softw ar e.

c

Trang 2

CÔNG NGHỆ GIA CÔNG TIÊN TIẾN

Chương 1: Tổng quan về các PPGC tiên tiến Chương 2: Các phương pháp gia công cơ

Chương 3: Các phương pháp gia công hóa Chương 4: Các phương pháp gia công điện hóa Chương 5: Các phương pháp gia công nhiệt

w tr

c

Trang 3

Biên soạn: Thạc sỹ Phạm Thanh Cường – Khoa Sư Phạm kỹ thuật - TNUT

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ

A PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BẰNG SIÊU ÂM

B PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG TIA NƯỚC

w tr

c

Trang 4

A PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BẰNG SIÊU ÂM

Ultralsonic Machining - USM

Mục tiêu:

- Hiểu khái niệm gia công bằng siêu âm.

- Hiểu nguyên lý gia công bằng siêu âm.

- Hiểu cơ sở lý thuyết của gia công bằng siêu âm

- Nắm chắc các thông số công nghệ.

- Biết một số công nghệ gia công bằng siêu âm.

w tr

c

Trang 5

6 Một số công nghệ gia công bằng siêu âm

NỘI DUNG CHÍNH

1 Khái niệm

2 Nguyên lí gia công

3 Cơ sở lí thuyết

4 Thiết bị và dụng cụ

5 Các thông số công nghệ

w tr

c

Trang 6

1 KHÁI NIỆM PPGC BẰNG SIÊU ÂM

Siêu âm là gì?

Siêu âm là âm thanh (sóng âm) có tần số cao hơn tần số tối đa của âm thanh mà tai người nghe thấy.

- Âm thanh nghe được: 20hz – 16Khz

- Siêu âm: 16Khz – 1GHz

- Tần số siêu âm gia công: 20khz – 30Khz

- Sóng siêu âm là sóng đàn hồi

w tr

c

Trang 7

Thế nào là sóng đàn hồi?

Sĩng đàn hồi là sĩng lan truyền trong mơi trường vật chất đàn hồi (rắn, lỏng, khí).

Sĩng đàn hồi sinh ra khi vật rắn, khối chất lỏng, chất khí bị tác động của các lực gây dao động.

w tr

c

Trang 8

THẾ NÀO LÀ GIA CÔNG BẰNG SIÊU ÂM?

w tr

c

Trang 9

w tr

c

Trang 10

- Gia công bằng siêu âm là quá trình bóc tách vật liệu bằng cách sử dụng dụng cụ dung động siêu âm.

- Để gia công bằng siêu âm người ta truyền dao động vào dụng cụ dung động siêu âm với tần số 20- 30Khz.

- Dung động của dụng cụ va đập vào hạt mài (có trong bột mài nhão), hạt mài va đập vào vùng cắt tạo nên qúa trình bóc tách vật liệâu gia công.

Gia công bằng siêu âm:

w tr

c

Trang 11

- Dụng cụ dung động được làm bằng hợp kim.

- Các hạt mài thường là SiC, B 4 C, A 2 O 3

- Dùng để gia công vật liệu cứng và dòn như thủy tinh, gốm sứ, đá, germani, hợp kim cứng, kim cương, thạch anh v.v.

w tr

c

Trang 12

Máy gia công siêu âm

w tr

c

Trang 13

Duïng cuï gai coâng sieâu aâm

w tr

c

Trang 14

2 Nguyên lí gia công

Dựa trên sự tác động của dung động siêu âm từ đóù tạo ra sự chuyển động, cọ sát, cào xước tế vi cơ học của hạt mài dẫn đến sự bóc tách vật liệu gia công.

w tr

c

Trang 15

Tán sắc siêu âm

Là hiện tượng xảy ra khi chùm tia siêu âm gặp các cấu trúc rất nhỏ hoặc với bề mặt không đồng đều, khi đó tia siêu âm bị tán sắc theo mọi hướng.

w tr

c

Trang 16

a Sơ đồ nguyên lí gia công

1 Bàn gia công

2 Chi tiết gia công

3 Dụng cụ gia công

4 Thanh truyền

5 Bộ biến từ

6 Máy phát siêu âm

7 Dung dịch hại mài

w tr

c

Trang 17

Sơ đồ nguyên lí gia công (tham khảo)

w tr

c

Trang 18

b Nguyên lí bóc tách lượng dư

- Môi trường gia công là môi

trường chất lỏng có thể pha

thêm hạt mài, bột thạch anh,

boat B4C hoặc SiC.

- Dưới tác dụng của dung động

siêu âm, các phần tử của chất

lỏng (cả hạt mài, thạch anh)

chuyển động với tần số cao.

w tr

c

Trang 19

- Sự va đập cục bộ trực tiếp cưỡng bức của hạt mài

- Sự cào xuớc tế vi bởi sự va chạm tự do của các hạt mài

- Sựï ăn mòn bề mặt bởi bọt khí (5%).

w tr

c

Trang 20

- Sự chuyển động của các phần tử với tần số rất cao tạo ra sự va đập, cọ sát, làm rơi rụng các phân tử nhỏ của chi tiết

- Quá trình này lặp đi lặp lại tạo ra sự gọt dũa,ï bóc tách lượng dư của chi tiết gia công.

w tr

c

Trang 21

- Hạt mài thường dùng là carbid bo (B 4 C), carbid

silic (SiC), Corun, nhôm oxit (A 2 O 3 ), kim cương (C) có cỡ loại từ 280÷400.

- Chất lỏng mang hạt mài có dạng huyền phù (bột

nhão) có thể là nước, dầu lửa, dầu công nghiệp Dung dịch mài được đưa vào vùng gia công dưới dạng tưới.

w tr

c

Trang 22

Nếu gia công lỗ sâu hơn 5mm, phải dùng áp suất tưới dung dịch qua lỗ được hình thành bên trong dụng cụ hoặc chi tiết gia công.

w tr

c

Trang 23

Vật liệu dụng cụ thường dùng là thép 45, 40Cr, Y8A, Y10A v.v.

Độ nhám 0,16<Ra<0,32mm, Độ chính xác gia công 0,02÷0,04 mm.

w tr

c

Trang 24

Nguyên lý chung để tạo ra sóng siêu âm là làm cho một vật rắn, một

màng căng hay một dây căng dao động

đàn hồi với tần số trên 20KHz.

Vật rắn thường dùng là tinh thể thạch

anh, tinh thể Niken, coban, sắt từ

Có hai cách phát siêu âm:

+ Dựa vào hiệu ứng áp điện.

+ Dựa vào hiện tượng từ giảo.

c Nguyên lí máy phát siêu âm

w tr

c

Trang 25

* Phát siêu âm dựa vào hiệu ứng điện áp

Hai tấm thạch anh được đặt song song trong trục lục giác.

Mạ hai mặt của bản thạch anh để tạo thành một tụ điện

hoặc kẹp nó vào giữa hai bản

của một tụ điện phẳng.

Hiệu ứng điên áp

w tr

c

Trang 26

Phát siêu âm dựa vào hiệu ứng điện áp

Dùøng nguồn xoay chiều có tần số lớn thì bản thạch anh sẽ liên tục bị biến dạng theo tần số của dòng điện và phát ra sóng siêu âm khi tần số trên 20 KHz.

Hiệu ứng điên áp

Nối hai bản điện cực với nguồn điện một chiều, bản thạch anh bị

biến dạng cong về một bên.

Đổi chiều dòng điện thì bản thạch anh bị cong ngược lại.

w tr

c

Trang 27

* Phát siêu âm dựa vào hiện tượng từ giảo

Đặt một thanh sắt từ vào trong lòng một cuộn dây đã nối với một nguồn điện một chiều -> độ dài của thanh sắt từ có ngắn hoặc dãn dài đi một ít -> hiện tượng từ giảo

- Khi nối cuộn dây với nguồn điện xoay chiều có tần số cao Từ trường trong lòng cuộn dây biến thiên -> thanh sắt từ dao động với tần số rất lớn và phát ra siêu âm (với tần số > 20 KHz).

w tr

c

Trang 28

Phát siêu âm dựa vào hiện tượng từ giảo

Nghiên cứu cho thấy: siêu âm phát ra có cường độ mạnh nhất khi dao động của dòng điện phù hợp với dao động riêng của thanh sắt từ.

Nguồn phát siêu âm loại này có thể

w tr

c

Trang 29

d Nguyên lí hoạt động của đầâu biến từ

Dòng điện có tần số cao từ máy phát siêu âm

được đưa vào cuộn dây

w tr

c

Trang 30

Đầu biến từ – đầu từ giảo

w tr

c

Trang 31

Lõi 1 được chế tạo từ các tấm kim loại ferit (sắt

từ) có tính từ giảo.

Hai cuộn dây từ hóa 4 lắp trên lõi từ 3 tạo từ

trường không đổi đảm

bảo đặc tính từ giảo tốt

w tr

c

Trang 32

Từ giảo trong bộ rung động (biên độ từ 5÷10

μm) làm xuất hiện dao

động dọc và được truyền

qua thanh truyền 6.

Thanh truyền 6 được lắp giữa hai vòng kẹp 5,

giúp khuếch đại biên độ

dao động (30÷80 μm) và

truyền đến dụng cụ 7.

w tr

c

Trang 33

Bộ chuyển đổi từ giảo

Thực tế độ dãn

dài của lõi từ

giảo chỉ từ

0,001- 0,1 mm.

Giá trị này

quá nhỏ đểâ gia

công -> cầàn bộ

khuyếch đại âm

w tr

c

Trang 34

Bộ khuyếch đại 2 bước trong gia công siêu âm

Bộ khuyếch đại tạo ra dao động có biên độ 40 -

w tr

c

Trang 35

Hình dạng của đầu âm học ảnh hưởng đến biên độ.

Có 5 loại đầu âm học: Loại trụ, loại bậc, loại số mũ, loại cosin hypecbol và loại côn.

Loại bậc và loại mũ được dùng phổ biến hơn Bộ khuyếch đại thường được làm bằng nhôm hoặc đồn thau, titan

(khoảng 55%), làm nóng thiết bị và phải làm nguội

w tr

c

Trang 36

3 Cơ sở lí thuyết gia công siêu âm

a Các khái niệm

b Hiện tượng từ giảo

c Sự ăn mòn xâm thực

d Tác dụng cơ học m

w tr

c

Trang 37

a Các khái niệm

- Nguồn âm: Nguồn âm là một môi trường đàn hồi có

thể tạo ra và truyền dao động vào môi trường tiếp xúc với no.ù

- Âm lượng: là công suất âm tính trên đơn vị diện tích

bề mặt (erg/s.cm 2 = 10 -7 W/cm 2 ).

- Aùp suất âm là áp suất âm sinh ra trong môi trường

do sự dao động âm (dyne/cm 2 = bar).

- Erg(éc): đơn vị đo công cơ học

- Dyne: đơn vị xác định lực (1dyne = 10−5 Newton)

w tr

c

Trang 38

- Cường độ âm là một thông số vật lý do âm lượng

và áp suất xác định (đơn vị: phôn)

- Âm nghe được có tần số từ 20 Hz đến 15 kHz.

Âm có tần số dưới 20 Hz là âm hồng ngoại.

Âm có tần số trên 16 kHz là siêu âm.

Âm có cường độ trên 130 phôn là siêu cao âm.

w tr

c

Trang 39

b Hiện tượng từ giảo

Là hiện tượng mà một thanh hoặc một

ống bằng vật liệu từ

đặt trong từ trường

song song với trục

dọc của nó, thì chiều

dài của nó bị biến

đổi (có rút hoặïc dãn

dài)

Sơ đồ nguyên lý của hiện tượng từ giảo.

w tr

c

Trang 40

Sự biến đổi kích thước của vật liệu

từ dao động bằng

tần số của dòng

điện Sự biếân đỏi đó

tạo ra siêu âm.

Sơ đồ nguyên lý của hiện tượng từ giảo.

w tr

c

Trang 41

Đặc điểm của độ biến đổi kích thước

- Không phụ thuộc hướng của từ trường

- Phụ thuộc cường độ của từ trường, nhiệt độ trạng

thái từ hoá và chất lượng của vật liệu.

- Sự biến đổi kích thước rất nhỏ từ 10 -6 – 10 -5 chỉ có

thể ghi lại sự thay đổi đó bằêng PP quang học.

- Sựï phụ thuộc vào cường độ của từ trường được

biểu diễn ở biểu đồ sau:

w tr

c

Trang 42

Biểu đồ biến đổi kích thước với cường độ từ trường

Trị số âm: co rút Trị số dương: dãn dài

w tr

c

Trang 43

Qua nghiên cứu cho thấy: Biến đổi chiều dài của sắt từ sẽ là lớn nhất khi tần số dao động do sự biến

đổi của cường độ từ trường gây ra bằng với tần số dao động riêng của thanh sắt từ (cộng hưởng).

w tr

c

Trang 44

c Sự ăn mòn xâm thực

Siêu âm được phóng qua chất lỏng, phát sinh áp lực cục bộ Tạo nên sự biến đổi áp lực làm phát sinh nội ứng suất lớn đến mức làm mất đi sự liên kết giữa các phân tử của chất lỏng và làm cho chất lỏng

bị phá hủy Đó là sự ăn mòn xâm thực

Ứng dụng hiện tượng này để làm sạch các chi tiết, đánh rỉ, hỗ trợ các quá trình hóa học.

w tr

c

Trang 45

d Tác dụng cơ học và sự tán sắc

Dưới tác dụng của dao động siêu âm, các phân tử nhỏ trong môi trường chuyển độâng cọ xát làm nảy sinh ra tác dụng cọ xát đặc trưng bằng siêu âm Đó là tác dụng cơ học.

Sự cọ xát tạo ra nhiều hiện tượng khác nhau, hệ quả là tạo ra sự hóa động, sựï chuyển thể và sự phân tán (sự tán sắc) do tác dụng của siêu âm.

w tr

c

Trang 46

1 Bàn gia công

2 Chi tiết gia công

3 Dụng cụ gia công

4 Thanh truyền

5 Bộ biến từ

6 Máy phát siêu âm

7 Bồn chứa và phụ kiên khác

Cấu tạo máy gia công bằng siêu âm

4 Thiết bị và dụng cụ

w tr

c

Trang 47

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

5) Vỏ máy 6) Máy phát siêu âm 7) Bàn máy và phụ kiên khác

w tr

c

Trang 48

Máy siêu âm vạn năng 4770

- Đặc tính kỹ thuật:

+ Đường kính lỗ gia công: Ø 0,5÷10 mm

+ Chiều sâu lỗ gia công: (2÷5)d

+ Lượng di động dọc của bàn máy: 80 mm

+ Lượng di động của đầu biến tư: 110 mm

+ Tần số làm việc: (18÷19) kHz

+ Công suất máy phát: N = 0,25 kW

w tr

c

Trang 49

DụÏng cụ gia công

- Thường được tạo hình khác nhau theo chi tiết

- Thường được làm bằng thép khong gỉ inox 304 hoặc nhôm, đồng thau.

w tr

c

Trang 50

w tr

c

Trang 51

Đầu nối

Nối thanh truyền sóng và dụng cụ, đầu nối được chế tạo đặc biệt sao cho có thể lắp được các dụng cụ vào thanh truyền sóng

w tr

c

Trang 52

Chất mài nhão

- Chất lỏng thường dùng là nước, benzene

- Hạt mài thường dùng: Nhôm oxit: Al 2 O 3 , cacbit Silic: SiC và cacbit bo: B 4 C.

- Gồm 50% chất lỏng, 50% hạt mài.

- Đượïc bơm qua một đầu phun đặt gần vùng tiếp xúc phôi - dụng cụ với lưu luợng khoảng 25 l/ph

w tr

c

Định dạng
Số trang	107
Dung lượng	4,02 MB