CHƯƠNG III.1 GIA CÔNG ĐIỆN HÓA

KHOA CƠ KHÍ TIỂU LUẬN: GIA CƠNG ĐIỆN HĨA (ECM – Electrochemical Machining) Giới thiệu  Gia công điện hố (ECM): loại bỏ kim loại có điều khiển hồ tan anơt hệ thống điện phân phơi anơt dụng cụ katôt Chất điện phân bơm qua khe dụng cụ phơi, dòng điện chiều qua hệ thống với điện áp thấp để hoà tan kim loại phôi  Mặc dù gia cơng điện hố đơi áp dụng cho sản xuất loạt nhỏ, phương pháp tốt dùng sản xuất loạt lớn chi phí dụng cụ, lắp đặt chi phí thiết bị cao Một máy cơng cụ 15000 Ampe để gia công kim loại với tốc độ 25x103mm3/ph có giá 400.000 ÷ 700.000 USD (không bao gồm thiết bị phụ vấn đề phụ trợ khác)  VD: Nếu sử dụng dung dịch chất điện phân muối ăn NaCl, vật liệu gia cơng sắt ngun chất (Fe) q trình gia cơng điện hố xảy tượng sau  Trong dung dịch chất điện phân có ion Cl -, ion OH- chuyển động Anôt (phôi) ion H +, Na+ chuyển động Katôt (dụng cụ)  Tại Anốt: Fe điện tử trở thành ion Fe ++, ion Fe++ có phản ứng: • Fe+++ 2(OH-) = Fe(OH)2 ↓ • Fe+++ 2Cl- = FeCl2  Tại Katốt: • H+ + e = H • H + H = H2 • Na+ + H2O = NaOH + H2 TOOL Cathode (-) 2H ++2 e = H Gas (H2) h Electrolytic Solution Fe(OH)2 Fe+2(OH) = Fe(OH)2 Anode (+) WORKPIECE Hình 12.5 Sơ đồ nguyên lý - ECM TOOL WORKPIECE TOOL WORKPIECE Hình 12.5 Sơ đồ nguyên lý - ECM Sơ đồ hệ thống ECM Điều khiển trình  Tốc độ tách bỏ vật liệu ECM điều khiển định luật Pharaday Các biến tác động đến mật độ dòng điện tốc độ tách bỏ vật liệu là:  Điện áp  Tốc độ tiến dao  Tính dẫn điện chất điện phân  Lưu lượng chất điện phân  Thành phần chất điện phân  Vật liệu phôi  Điện áp: khe hở gia cơng ảnh hưởng đến dòng điện tốc độ cắt bỏ vật liệu, điều khiển phần lớn hoạt động ECM, gia cơng điện hố U ≈ ÷ 20V Tuy nhiên với điện áp khơng đổi, dòng điện phụ thuộc vào trở kháng khe hở gia công Trở kháng khó điều khiển nhiều phụ thuộc vào tính dẫn điện chất điện phân chiều rộng khe hở  Tốc độ tiến dao : Ở điện áp không đổi khoảng hở mặt bên mặt trước tỷ lệ nghịch với tốc độ ăn dao, ảnh hưởng tác động lên khoảng hở mặt bên khoảng 60% Khe hở mặt trước hàm tốc độ tiến dao katốt tiến gần anốt với tốc độ cao hơn, khe hẹp dẫn đến trở kháng giảm Khi trở kháng giảm, dòng điện tăng tốc độ gia cơng tăng đến cân thiết lập Tốc độ tiến dao giảm, tốc độ gia công giảm khe hở tăng katốt khơng gần bề mặt phơi Khi khe hở tăng, trở kháng tăng dòng giảm Thiết kế dụng cụ: thường tạo hình giống hình ảnh tương phản vùng gia cơng chi tiết hình thành Chức dụng cụ cung cấp đường xác định trước cho dòng điện ECM Nhà thiết kế phải xác định chất phạm vi độ lệch yêu cầu khe hở cho phép từ cấu trúc hình ảnh ngược (khe hở trước thường vào khoảng 0,1 ÷ 0,8mm khe hở bên 0,5 ÷ 1,3mm), cho phép lưu tốc dòng chảy chất điện phân hiệu khe gia cơng để có tốc độ tách bỏ vật liệu chấp nhận  Kiểu dụng cụ Kiểu chung thiết kế dụng cụ thay đổi theo ứng dụng ECM khác nhau.Các thiết kế thơng dụng dụng cụ kiểu dòng chảy hở, chất điện phân vào khe thông qua kênh tâm dụng cụ phía xung quanh phía ngồi dụng cụ Các dụng cụ dùng gia cơng mặt ngồi loại chảy ngang chất điện phân vào khe từ phía phơi phía bên CÁC LOẠI DỤNG CỤ DÙNG TRONG ECM CÁC LOẠI DỤNG CỤ DÙNG TRONG ECM  Một số ý:  Các bề mặt dụng cụ phải nhẵn mịn Bất khuyết tật dụng cụ ảnh hưởng đến việc gia cơng điện hố để lại vết bề mặt gia cơng Khía, vết xước, lỗ nhỏ, bavia đường gây khuyết tật gia công sản phẩm Bất vết nứt dụng cụ cản trở dòng chảy chất điện phân gây đường chẩy hay kiểu chảy ảnh hưởng đến sản phẩm  Cách điện: vấn đề quan trọng việc điều khiển dòng điện Dụng cụ cách điện theo số cách tuỳ thuộc vào hình dạng  Phơi: phần lớn vật liệu dẫn điện gia cơng điện hố  Cấu trúc tế vi:  Cỡ hạt lớn có chất lượng bề mặt thô sơ với hạt nhỏ  Các hạt không tan (VD: grafit gang đúc) làm bề mặt thô gây ảnh hưởng xấu đến gia công  Sự thay đổi thành phần thép hố cứng, bề mặt gây khác gia công  Sự tập trung hợp chất kim loại biên giới hạt vùng nhạy nhiệt vài loại thép khơng gỉ, gây xâm hại hạt nghiêm trọng  Độ cứng:  ECM dùng để cắt thép tơi Mặc dù tốc độ tách bỏ kim loại không liên quan trực tiếp đến độ cứng kim loại, bị ảnh hưởng xử lý nhiệt biện pháp tăng cứng khác thay đổi cấu trúc tế vi vật liệu Vì phụ thuộc tốc độ tách bỏ vật liệu vào cấu trúc tế vi, điện áp không đổi tốc độ tiến dụng cụ gia công đảm bảo cho dung sai khắt khe chất lượng bề mặt cao, vật liệu phôi đồng yếu tố quan trọng CLBM dung sai thay đổi theo độ cứng vật liệu  Làm sạch: Làm phôi gần việc cần thiết sau gia cơng điện hố Thép gang đúc thường xử lý dung dịch kiềm (với nước rửa hay khơng có nước rửa) hay hỗn hợp tách nước, lại để lại lớp bảo vệ phôi Dung dịch đặc HCl thường sử dụng trước dùng nước rửa Trong số ứng dụng phun hạt thuỷ tinh tăng cứng bề mặt hay phun  Hiện tượng giảm tính dẻo dai hydro bề mặt sản phẩm xảy gia cơng điện hố, hydro sinh dụng cụ phôi Tuy nhiên xâm nhập hydro xảy phơi dung dịch axit mà khơng có dòng điện Phơi nhạy cảm với hydro khơng nên nhúng chất điện phân axit mà khơng có dòng điện chạy qua sau gia cơng điện hố, cần tiến hành xúc rửa cẩn thận Các chất điện phân trung tính dung dịch muối, khơng có xu hướng gây tượng giảm tính dẻo dai  Chất lượng bề mặt: Chất lượng bề mặt chi tiết gia cơng điện hố thường t 0,03 ữ 1,9 àm ct theo mt trc khoảng µm hay lớn cạnh bên Các biến quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt mật độ dòng điện, tốc độ tiến dụng cụ gia cơng, kích thước khe hở gia cơng, thành phần chất điện phân, độ nhớt, nhiệt độ, dòng chảy (lưu lượng) cấu trúc tế vi phôi  Độ xác: Dung sai kích thước thơng thường ECM ± 0,13 mm khe gia công trước ± 0,25 mm khe hở bên Tuy nhiên, có khả điều khiển để đạt ± 0,025 mm Khó gia cơng bán kính nhỏ 0,8 mm, bán kính ngồi 0,5 mm hay lớn Cắt quá, côn bán kính góc phụ thuộc vào cấu trúc katốt, mức cắt q 0,5 mm bán kính góc 2,5 mm Đường biên bán kính gia cơng xấp xỉ cách thêm khe hở cạnh vào bán kính katốt Các ứng dụng ECM a - đường biên đáy lỗ sâu b - đuôi máy bay gia công trực tiếp đĩa nén c – gia công tinh lỗ côn đầu phun nhiên liệu d) Gia công thành mỏng vật đúc có vấu lồi e) Gia cơng theo đường biên bề mặt cánh tuốc bin f) Cắt lỗ đĩa van g) Cắt rãnh xoắn ốc đĩa ma sát h) Cắt nhiều hốc nhỏ inconel 718 Các ứng dụng ECM ... dòng điện tốc độ tách bỏ vật liệu là:  Điện áp  Tốc độ tiến dao  Tính dẫn điện chất điện phân  Lưu lượng chất điện phân  Thành phần chất điện phân  Vật liệu phôi  Điện áp: khe hở gia công. .. bề mặt gia công Tốc độ tiến dao gia công Inconel 718 (hợp kim NiCrFe độ bền cao) sau:  Tính dẫn điện chất điện phân: ảnh hưởng đến trở kháng khe hở gia công Việc tăng mức đậm đặc chất điện phân... sốt ảnh hưởng trực tiếp đến công suất yêu cầu tốc độ tiến dụng cụ gia công Độ dẫn điện cao, tốc độ tiến dụng cụ gia công cao  Lưu tốc: chất điện phân quan trọng chất điện phân phải giảm nhiệt