ĐHCN phương pháp gia công đặc biệt đinh văn đệ, 243 trang

PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT LỜI NÓI ĐẦU PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT môn khoa học chuyên ngành khí chế tạo máy Phương pháp đời nhằm thay giải cho phương pháp gia công cổ điển : Tiện, Phay, Bào, Khoan, Khoét, Doa, Mài, Xọc, Chuốt, Vì gia công cổ điển gia công không gia công không đạt hiệu kinh tế – kỹ thuật vật liệu mới, vật liệu có đặc điểm : Độ cứng độ bền cao, Khả chịu chống mài mòn cao, chịu đựng tốt môi trường hoá chất, PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT có khả gia công tất vật liệu với tính nào, gia công hầu hầu hết chi tiết phức tạp, tiết kiệm nguyên vật liệu, đạt độ xác cao hoàn toàn khí hoá, tự động hoá PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT xây dựng tường minh sở lý thuyết, nguyên lý làm việc, khả công nghệ, đặc điểm kỹ thuật, khả ứng dụng, phương pháp gia công mới, tạo điều kiện thuận lợi cho đọc giả quy hoạch thực tiễn sản xuất Quyển sách PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT hoàn thành sau nhiều năm tham khảo, nghiên cứu giảng dạy Đại học Công Nghiệp TP.HCM Ngoài chức giáo khoa cho hệ Đại học, sách tài liệu nghiên cứu cho Kỹ sư, học viên Cao học cán kỹ thuật ngành chế tạo máy Trang -1- PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT Tác giả xin chân thành cảm ơn : Ban Giám Hiệu trường Đại học Công Nghiệp TP.HCM Ban chủ nhiệm Khoa Cơ Khí đồng nghiệp động viên, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho Tác giả hoàn thành nhiệm vụ Đặc biệt xin cảm ơn KS.Đoàn Bùi Minh Thế tham gia soạn thảo Dù cố gắng cẩn thận điều kiện khách quan chủ quan nên khó tránh khỏi sai sót Tác giả mong nhận ý kiến đóng góp xây dựng đồng nghiệp bạn đọc Mọi ý kiến xin gởi : Bộ môn Chế tạo máy – Khoa Cơ Khí – Trường Đại học Công Nghiệp TP.HCM 12 – Nguyễn Văn Bảo – Phường – Quận Gò Vấp –TP.HCM Số điện thoại : (08).9850875 Tác giả ĐINH VĂN ĐỆ Trang -2- PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT MỤ C LỤ C Chương : TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT I Nhu cầu phương pháp gia công đặc biệt 07 II Phân loại phương pháp gia công đặc biệt 09 III Đặc trưng phương pháp gia công đặc biệt 10 IV Tính ưu việt phương pháp gia công đặc biệt 13 Chương : CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ A Gia công siêu âm I Khái niệm 14 II Nguyên lý gia công 14 III Cơ sở lý thuyết gia công siêu âm 18 IV Thiết bị dụng cụ 26 V Các thông số công nghệ 30 VI Một số công nghệ gia công siêu âm 1) Khoan - Khoét - Doa siêu âm 37 2) Mài - Cắt - Xẻ rãnh siêu âm 42 VII Đặc đểm - phạm vi ứng dụng 46 B Gia công tia nước gia công tia nước có hạt mài I Khái niệm 50 II Nguyên lý gia coâng 51 III Cơ sở lý thuyết 53 IV Thiết bị dụng cụ 58 V Caùc thông số công nghệ 77 VI Ưu điểm phạm vi ứng dụng 95 Trang -3- PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT C Gia công dòng hạt mài I Khái niệm 100 II Nguyên lý gia công 100 III Một số thông số công nghệ 101 IV Phạm vi ứng dụng 101 Chương : CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG HÓA I Nguyên lý gia công 102 II Các phương pháp công nghệ khả công nghệ 102 III Các phương pháp gia công hóa 1) Phay hóa 106 2) Tạo phôi hoùa 107 3) Khắc hóa 109 4) Gia công quang hóa 109 Chương : CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐIỆN HÓA I Khái niệm 111 II Nguyên lý gia công 111 III Cơ sở lý thuyết 113 IV Máy dụng cụ gia công 114 V Các thông số công nghệ 116 VI Phạm vi ứng dụng 121 VII Các phương pháp gia công điện hóa 1) Mài điện hóa 122 2) Đánh bóng điện hoùa 128 3) Gia công lỗ điện hóa 134 4) Làm bavia điện hóa 136 Trang -4- PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT Chương : CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG NHIỆT A Phương pháp gia công tia lửa điện I Khái niệm 138 II Cơ sở lý thuyết 138 III Nguyên lý gia coâng 142 IV Dụng cụ thiết bị 144 V Các thông số công nghệ 167 VI Phòng cháy phòng hộ lao động gia công tia lửa điện 188 VII Các ứng dụng gia công tia lửa điện 188 VIII Đặc điểm phạm vi ứng dụng 195 B Phương pháp gia công cắt dây tia lửa điện I Khái niệm 199 II Nguyên lý gia công 199 III Duïng cuï thiết bị 201 IV Các thông số công nghệ 206 V Ưu - Nhược điểm phạm vi ứng dụng 206 C Phương pháp gia công chùm tia điện tử I Khái niệm 208 II Nguyên lý gia công 209 III Cơ sở lý thuyết 212 IV Duïng cuï thiết bị 213 V Các thông số công nghệ 216 VI Phạm vi ứng dụng hướng phát triển 218 VII Ưu - Nhược điểm 219 D Phương pháp gia công chùm tia laser I Khái nieäm 221 II Nguyên lý gia công 222 Trang -5- PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT III Cơ sở phương pháp gia công chùm tia laser 224 IV Dụng cụ thiết bị gia công 227 V Các thông số công nghệ 230 VI Ưu - Nhược điểm - Phạm vi ứng dụng phương pháp phát triển 233 E Phương pháp cắt hồ quang I Khái niệm 237 II Nguyên lý gia công 237 III Duïng cuï thiết bị gia công 238 IV Các thông số công nghệ 240 V Phạm vi ứng dụng 241 Trang -6- 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 định có hình dáng hình học không xác định) 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 bị 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 bị tách cách nóng chảy bay Nhóm hóa : Hầu hết vật liệu (đặc biệt kim loại) dễ bị 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 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 bị 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 dịch 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 định, 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 bị 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 thị 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 bị 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 bị laser công nghiệp SU–1, K3 để hàn công tác linh kiện bán dẫn (transistor, diod, đầu cặp nhiệt điện) Nhất dùng thiết bị laser SU–1 để điều chỉnh trị số danh định 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 bị 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 bị 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 chịu 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, vị 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 trị 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 trị trung bình) 75000 (giá trị cực đại) 1,5 (giá trị trung bình) 15000 3.105 (cực đại) 300 (giá trị TB) Xung lặp lại 1,06 2.105 (giá trị cực đại) Nd-Thủy tinh Xung bình thường 0,6943 20 (giá trị cực đại) 0,005 (giá trị 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 chuù 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 định 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 trị 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 bị hoàn chỉnh Nhất thiết phải nâng cao hiệu suất Ở thiết bị nay, người ta dùng tụ để tích luỹ lượng, nguy hiểm đắt tiền Người ta thử nghiệm thiết bị 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 bị - 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 định - 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 vị trí vùng áp lực dòng khí đẩy phần Trang - 237 - PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT kim loại nóng chảy khỏi vị trí Quá trình cắc plasma chia làm phần : + Đầu tiên dòng khí nóng làm nóng chảy xuyên thủng vật liệu + Sau dòng plasma dịch 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 vị 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 bị gia công : - Hồ quang Plasma dùng nhiều thiết bị hàn, cắt, tiện: phần xin giới thiệu thiết bị 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 định 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 định 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 : Vị 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 trị số tối ưu với nhiều vật liệu khác Bảng 5.11 cho ta trị 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 định 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 định 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 - PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Các phương pháp gia công _ PGS-TS Trương Ngọc Thục (1995) [2] Máy cắt kim loại _ GS-TS Nguyễn Ngọc Cẩn [3] Gia công tia lửa điện CNC _ TS Vũ Hoài n (2003) [4] Các phương pháp gia công _ TS Phạm Ngọc Tuấn (đồng tác giả) (2005) [5] Working metals by elctro-sparking _ Nosov A.V [6] Bevezetéz az elektró Káníaba _ Preisich M [7] Todmaking by park and electrochemical erosion the plastics Intitue Transaction and Journal (1963) [8] Fizicseszkife osznovi elecktroiszkrovoj obrabotki metallow _ Zolotih B.N [9] Chemical machining mass production _ Walk W.F (1963) [10] Obrabotka metallov impulszami elektricsean-kava toka _ Levinszon E.M [11] Spark erosion technology, Plastics (1963) _ Maillet M [12] Galvanotechnika _ Baùrtfai B Trang - 243 - ... 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. .. 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. .. 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