PHẦN II : NỘI DUNG
1.11 Hợp kim cứng và gia cụng hợp kim cứng
1.11.1 Khỏi niệm: Các HKC đ-ợc chế tạo bằng ph-ơng pháp luyện
kim bột (hợp kim bột) nghĩa là loại hợp kim không qua nấu chảy. Thành phần HKC gồm: Các loại bột cácbít kim loại (cácbít Volfram, cácbít titan, cácbít tantan,
cacbít Hafini (HfC)… và chất dính kết (thường là côban).
Các loại bột đ-ợc trộn theo tỷ lệ sau đó đ-ợc ép thành các dạng khác nhau rồi thiêu kết trong môi tr-ờng không có ôxy.
Hiện nay, hợp kim cứng đ-ợc dùng nhiều và phổ biến trong công nghiệp. So với các loại vật liệu dụng cụ thông dụng thì hợp kim cứng là loại vật liệu có độ cứng
cao nhất (80-90 HRA) và chịu nhiệt độ cao (80010000C).
Do đó, dụng cụ bằng hợp kim cứng có thể cắt với tốc độ cắt cao (Vc > 100m /ph).
1.11.2 Phƣơng phỏp chế tạo.
Các HKC đ-ợc chế tạo bằng ph-ơng pháp luyện kim bột. Các nguyên liệu ở dạng bột có kích th-ớc hạt nhỏ đ-ợc trộn đều rồi đem ép thành miếng có hình dáng đơn giản sau đó đem nung lên tới nhiệt độ thích hợp (thiêu kết) để các chất dính kết liên kết các hạt cácbít lại
với nhau thành khối vững chắc. Việc chế tạo HKC phải qua các b-ớc sau:
1. Tạo bột Volfram, Titan, Tantan nguyên chất bằng
cách hoàn nguyên trong dòng khí Hyđrô ở 700 90000 C.
2. Tạo cacbít t-ơng ứng từ các bột nguyên chất Ti, W,
Ta.
3. Trộn bột cacbít với bột Coban theo thành phần t-ơng ứng với các loại HKC trong nhiều giờ để làm đều thành phần.
4. ẫp hỗn hợp d-ới áp suất 100-140MN/ mm2 rồi nung
nóng sơ bộ ở 9000C trong khoảng 1 giờ.
5. Tạo hình theo các các dạng yêu cầu (cắt và gia công cơ trên các máy cắt kim loại: phay, tiện ...).
6. Thiêu kết lần cuối ở nhiệt độ 1400 150000 C từ 1
tới 3 giờ trong môi tr-ờng không có ôxy để tạo thành HKC, ở nhiệt độ cao coban nóng chảy tạo thành chất dính kết liên kết các hạt cacbít lại với nhau tạo thành HKC. Sau khi thiêu kết tạo cho hợp kim cứng có các tính chất đặc thù.
1.11.3 Phân loại hợp kim cứng.
Các n-ớc nổi tiếng trên thế giới về chế tạo dụng cụ cắt và dụng cụ công nghiệp đã tạo ra các mác HKC với các ký hiệu riêng và chia thành 3 nhóm.
-Nhóm một cácbit: Ký hiệu BK (Nga) thành phần gồm
các loại cácbit vonfram (WC) và côban (Co), chủ yếu dùng
để gia công các vật liệu giòn nh- gang, kim loại màu... -Nhóm hai cácbit: Ký hiệu TK (Nga) thành phần gồm
cácbit vonfram (WC), cácbít titan TiC) và côban (Co),
th -ờ ng hì nh th àn h phoi dây khi cắt và có nhiệt độ cắt cao ở mặt tr-ớc).
- Nhóm ba cácbit: Ký hiệu TTK (Nga) thành phần
gồm các loại cácbit vonfram (WC) cacbít titan ( TiC ),
cácbit tantan ( TaC ) và côban (Co). Loại này th-ờng
đ-ợc dùng để gia công các loại vật liệu cắt ra phoi dây và phoi xếp.
Theo ISO và một số n-ớc thống nhất ký hiệu HKC theo tính chất của chúng, chia hợp kim cứng thành 3 nhóm đ-ợc ký hiệu bắt đầu bởi chữ P, M, K. Hợp kim cứng nhóm P có độ cứng và độ chịu mài mòn cao hơn nhóm M và nhóm K.Ng-ợc lại HKC nhóm K có tính dẻo và sức bền cao hơn nhóm P.
- Nhóm P ( Nhóm hai cácbít t-ơng đ-ơng nhóm TK theo tiêu chuẩn Nga ):
Dùng để gia công các vật liệu dẻo, có phoi dây
(chủ yếu là thép kể cả thép đã qua tôi). Vật liệu nền của mảnh nhóm P đặc tr-ng bởi màu xanh. Thành phần mảnh hợp kim cứng nhóm P gồm cácbít vonfram, (WC), cácbít
Titan ( TiC ) và Coban. Cụ thể nh- bảng sau:
Kí hiệu Thành phần hoá học (%)
ISO Nga Mỹ WC TiC Co
P
P01 T30K4 C8 66 30 04
P10 T15K6 C70 79 15 06
P20 T14K8 C7 78 14 08
Nhóm M (Nhóm ba cácbít, nhóm TTK theo tiêu chuẩn Nga):
Là nhóm có khả năng sử dụng đa năng, nh-ng mục đích sử dụng chính vẫn là dùng để gia công các vật liệu khó gia công, sức bền cao ( nh- thép không gỉ,các hợp kim chịu nhiệt). Vật liệu nền của mảnh nhóm M đặc tr-ng bởi màu vàng. Thành phần gồm: Cácbít Vonfram ( WC),
cácbít tangtan (TaC), cácbít Titan ( TiC), và Ccban ( Co)
.cụ thể nh- bảng sau:
Nhóm K: ( Nhóm 1 cácbít, nhóm BK theo tiêu chuẩn Nga)
Dùng chủ yếu để gia công vật liệu giòn, có phoi vụn nh- gang đúc, kim loại màu, các hợp kim của nhôm. Vật liệu nền của mảnh nhóm K có màu đỏ. Thành phần gồm
cácbít vonfram (WC) và Coban (Co). cụ thể nh- bảng sau:
1.11.4 Gia cụng hợp kim cứng
Hợp kim cứng là loại vật liệu cú độ cứng, độ bền và độ chịu mũn cao hơn so với cỏc loại thộp dụng cụ và thộp giú thƣờng dựng làm dụng cụ cắt. Do đú hợp kim
Tiêu chuẩn Thành phần hoá học (%)
ISO Nga WC TiC+TaC Co
M
M10 TT8K6 84 10 06
M20 TT10K8 81 12 07
M30 BK10-OM 82 10 08
M40 TT7K12 79 06 15
Tiêu chuẩn Thành phần hoá học (%)
ISO Nga WC Co K K01 BK3 97 03 K05 BK6M 94 06 K20 BK6 94 06 K30 BK8 92 08
cứng thuộc loại vật liệu khú gia cụng. Trong đú vật liệu hợp kim cứng đƣợc sử dụng rộng rói làm dao cắt, khuụn kộo sợi, khuụn dập và chi tiết mỏy.
Ở cỏc nƣớc cụng nghiệp phỏt triển sử dụng rộng rói cỏc phƣơng phỏp điện vật lý để gia cụng hợp kim cứng nhƣ: Dựng tia lửa điện, điện húa, lade…
Giải quyết những khú khăn khi gia cụng hợp kim cứng đó thỳc đẩy việc sử dụng hợp kim cứng rộng rói mang lại hiệu quả to lớn.
Việc gia cụng vật liệu hợp kim cứng bằng cỏc phƣơng phỏp thụng thƣờng đũi hỏi chi phớ lớn, năng suất và chất lƣợng gia cụng khụng cao, nhƣng sử dụng phƣơng cắt dõy tia lửa điện thỡ rất hiệu quả.
KẾT LUẬN CHƢƠNG I
- Gia cụng tia lửa điện là sự tỏch vật liệu nhờ tia lửa điện, khi cỏc tia lửa điện đƣợc phúng ra, vật liệu mặt phụi sẽ bị hớt đi bởi một quỏ trỡnh điện - nhiệt thụng qua sự núng chảy và bốc hơi kim loại.
- Phƣơng phỏp này đó xuất hiện trờn thế giới trong nửa thế kỷ qua, nú ra đời đó đỏp ứng đƣợc những yờu cầu về sự phỏt triển của sản phẩm trong thời đại ngày nay. Khi nhu cầu về cỏc vật liệu cứng, lõu mũn và siờu cứng sử dụng cho cỏc tuabin mỏy điện, động cơ mỏy bay, dụng cụ, khuụn mẫu,...khụng ngừng tăng lờn mà việc gia cụng những vật liệu đú bằng cụng nghệ cắt gọt thụng thƣờng là vụ cựng khú, đụi khi là khụng thể thực hiện đƣợc.
- Cỏc yếu tố cụng nghệ sử dụng trong gia cụng tia lửa điện nhƣ dũng điện, điện ỏp, thời gian tỏc dụng của dũng điện, điện cực, chất điện mụi,...cú ảnh hƣởng rất lớn và phức tạp đến hiệu quả của quỏ trỡnh cắt. Vỡ vậy cần phải nghiờn cứu và thiết lập cỏc ảnh hƣởng đú đối với từng loại vật liệu, từng mỏy gia cụng gúp phần nõng cao hiệu quả khai thỏc và sử dụng cỏc thiết bị, đặc biệt làm nõng cao năng suất và chất lƣợng gia cụng.
- Gia cụng hợp kim cứng bằng phƣơng phỏp cắt dõy tia lửa điện là phƣơng phỏp gia cụng tiến tiến. Vỡ hợp kim cứng là vật liệu gia cụng cú độ cứng cao và khú gia cụng. Do vậy việc tiến hành nghiờn cứu “Nghiờn cứu ảnh hƣởng của cỏc thụng số cụng nghệ đến chất lƣợng bề mặt khi gia cụng hợp kim
cứng BK8 bằng phƣơng phỏp cắt dõy”. là rất cần thiết và cú khả năng ứng
Chƣơng 2
MÁY CẮT DÂY VÀ CÁC THễNG SỐ ĐIỀU CHỈNH
TRONG QUÁ TRèNH GIA CễNG 2.1. Sơ bộ về mỏy cắt dõy tia lửa điện
Mỏy cắt dõy tia lửa điện (EDM Wire Cutting) là một thiết bị gia cụng tia lửa
điện bằng cỏch sử dụng điện cực là một dõy mảnh cú đƣờng kớnh từ 0,1mm đến 0,3mm chạy liờn tục theo một contour cho trƣớc theo một chƣơng trỡnh lập sẵn. Sơ đồ một mỏy gia cụng tia lửa điện cú dạng nhƣ sau:
7 6 5 9 8 10 1 4 3 2 11 12
Hỡnh 2.1- Sơ đồ mỏy cắt dõy
Trong đú cỏc cụm thiết bị chớnh gồm: 1- Phần đầu mỏy 2- Phần thõn mỏy 3- Bộ phận tạo gúc nghiờng cắt 4- Dẫn hƣớng dõy trờn 5- Lụ quấn dõy 6- Bàn cụng tỏc 6- Dẫn hƣớng bàn cụng tỏc 7- Thựng chứa chất điện mụi 8- Bệ mỏy
9- Bảng điện 10- Tủ điều khiển 11-Bể làm việc
Do đặc điểm của thiết bị là dõy điện cực phải cú chuyển động dọc trục liờn tục giữa cỏc con lăn nờn cụng nghệ sử dụng phƣơng phỏp gia cụng cắt dõy tia lửa điện chủ yếu đƣợc dựng để gia cụng cỏc sản phẩm sau:
- Chế tạo cỏc điện cực chớnh xỏc cho gia cụng xung định hỡnh.
- Gia cụng cỏc rónh hẹp, gấp khỳc trong cỏc chi tiết của thiết bị điện tử.
- Mối ghộp căng của cỏc bộ phận chớnh của cỏc khuụn dập, khuụn đỳc ỏp lực và cỏc loại dƣỡng kiểm.
- Rónh xanga (chấu búp), bề mặt làm việc của cỏc dao định hỡnh, cỏc lỗ nhỏ trong cỏc chi tiết đặc biệt, ...
- Gia cụng cỏc chi tiết bằng vật liệu thộp đó nhiệt luyện, cỏc kim loại khú gia cụng, cỏc hợp kim quý hiếm cần hạn chế lƣợng dƣ gia cụng.
- Ngoài ra, ngày nay phƣơng phỏp gia cụng cắt dõy tia lửa điện cũn cú triển vọng ứng dụng trong việc sản xuất chế tạo cỏc đĩa ly hợp bằng hợp kim cứng, dƣỡng calip, dƣỡng cối, dƣỡng chày phức tạp, cỏc chày đột lỗ của lƣới cú độ chớnh xỏc cao, ...
2.1.2. Đặc điểm của phƣơng phỏp gia cụng cắt dõy tia lửa điện
2.1.2.1.Ƣu điểm
- Độ chớnh xỏc cao (cú thể tới 1m). - Kết cấu mỏy đơn giản.
- Cú khả năng tự động hoỏ quỏ trỡnh gia cụng, đơn giản, dễ vận hành.
2.1.2.2. Nhƣợc điểm
- Đối với vật gia cụng cú chiều dầy lớn (>100mm) hoặc trong trƣờng hợp chất điện mụi bị bẩn thỡ việc bơm chất điện mụi vào vựng gia cụng sẽ rất khú khăn. Do đú, chất điện mụi cần đƣợc bơm vào với ỏp suất cao, điều này gõy ra cỏc rung động cho điện cực và gõy ra độ mất chớnh xỏc cho chi tiết gia cụng.
- Trong điều kiện gia cụng bỡnh thƣờng khụng thể dựng điện cực nhiều lần, do khi đó sử dụng điện cực bị mũn dẫn đến sai số cho quỏ trỡnh cắt. để khắc phục tỡnh trạng này ngƣời ta cú thể sử dụng dõy cắt một lần để gia cụng cỏc chi tiết cần độ chớnh xỏc cao hoặc sử dụng dõy đó đƣợc phủ, mạ một lớp đặc biệt để cú thể sử dụng nhiều lần.
- Dõy điện cực cú kớch thƣớc nhỏ (từ 0,10,3mm), vật liệu dõy thƣờng cú độ bền kộo thấp nờn trong quỏ trỡnh gia cụng cắt (đặc biệt khi gia cụng cắt cỏc chi tiết cú chiều dày lớn) thỡ dõy điện cực sẽ bị uốn cong làm ảnh hƣởng tới độ chớnh xỏc gia cụng. Thậm chớ cú thể bị đứt dõy dẫn đến sai số gia cụng và giảm năng suất gia cụng.
Cỏc chỉ tiờu cụng nghệ của quỏ trỡnh này phụ thuộc vào thụng số xung điện, hằng số vật liệu, chiều dày chi tiết gia cụng, tớnh chất của chất lỏng điện mụi, vật liệu dõy điện cực, hƣớng và tốc độ cuốn dõy điện cực, ...
2.2. Độ chớnh xỏc khi gia cụng cắt dõy tia lửa điện
Độ chớnh xỏc trong gia cụng cắt dõy tia lửa điện trong khoảng từ 0,002 0,003mm. Ảnh hƣởng đến độ chớnh xỏc này là cỏc sai số ban đầu đặc biệt là cỏc sai số của thiết bị nhƣ sai số của thiết bị đo, độ khụng thẳng, độ khụng vuụng gúc của cỏc phƣơng chuyển động, sai số do rung, độ cứng vững của hệ thống cụng nghệ, của bàn kẹp,... ảnh hƣởng thực đến tổng cỏc sai số là sai số kiểm nghiệm của bản thõn quỏ trỡnh gia cụng bằng tia lửa điện. Thụng thƣờng cỏc giỏ trị sai số đú nằm trong cỏc khoảng giỏ trị sau:
- Sai số kiểm nghiệm đến 0,03mm, rung động ngoài đến 0,02mm, thiết bị đo đến 0,005mm, độ khụng cứng vững của hệ dẫn dõy đến 0,015mm.
- Sai số do biến dạng nhiệt của cỏc chi tiết và cỏc cụm của thiết bị là 0,035mm. - Sai số do biến dạng dón dài của chi tiết gia cụng và của bộ phận đo lƣờng bị núng do gia cụng lõu (đến 0,006mm khi kớch thƣớc chi tiết dày tới 50mm). Sai số dạng thứ nhất đƣợc giảm từng phần bằng cỏch khởi động thiết bị chạy khụng tải và thực tế sẽ giảm khi làm mỏt bằng quạt giú, đặc biệt là thiết bị làm việc trong điều kiện nhiệt độ ổn định.
Sai số dạng thứ hai và ba đƣợc giảm bằng cỏch chọn vật liệu chế tạo sao cho
hệ số biến dạng dài của thiết bị đo tƣơng tự nhƣ của cỏc chi tiết và cỏc cụm cũng nhƣ giảm sự chờnh lệch giữa nhiệt độ làm việc và nhiệt độ mụi trƣờng.
Ngoài ra, cũn một sai số khỏc là sai số gõy ra do rung của dõy điện cực. Cỏc nghiờn cứu cho thấy rằng với dõy điện cực wolfram cú = 0,15mm thỡ biờn độ rung cú thể đạt tới 0,004mm, với = 0,3mm thỡ biờn độ cú thể đạt tới 0,004
dao động cộng hƣởng cú biờn độ lớn dẫn đến làm giảm độ búng bề mặt chi tiết gia cụng.
Nhúm sai số đƣợc xỏc định bởi cỏc yếu tố cụng nghệ gồm cú:
- Sai lệch đƣờng kớnh điện cực so với đƣờng kớnh danh nghĩa. - Sai số khụng vuụng gúc giữa điện cực và bệ mặt chi tiết gia cụng. - Sai số do chất điện mụi bị bẩn.
- Sai số do rung điện cực.
- Sai số do thay đổi khe hở hoặc thay đổi độ dẫn điện của mụi trƣờng giữa cỏc điện cực (chất điện mụi).
Bề rộng của rónh cắt nhận đƣợc khi sử dụng dõy cú đƣờng kớnh dnp và cú khe hở một bờn là a đƣợc xỏc định bằng cụng thức:
b = dnp + 2a (2.1) [1]
Khi gia cụng cỏc chi tiết cú chiều dày lớn, cỏc rónh cắt ở phần giữa cú thể
lớn hơn so với hai đầu do biến dạng của dõy điện cực. Điều đú dẫn đến cỏc sai số hỡnh dạng gia cụng, sai số này đƣợc gọi là sai số “dạng cạnh bờn”. Sai số này làm giảm độ chớnh xỏc của chi tiết khi gia cụng chi tiết cú chiều dày lớn nhƣ cỏc rónh dẫn hƣớng. Khắc phục hiện tƣợng này bằng cỏch điều chỉnh đỳng bộ phận dẫn dõy cũng nhƣ tăng độ căng dõy điện cực.
Một trong cỏc nhƣợc điểm của phƣơng phỏp cắt dậy tia lửa điện khi gia cụng cỏc dƣỡng là xuất hiện cỏc vết cắt tại cỏc chỗ thoỏt dõy hoặc tại cỏc gúc trong của cỏc chi tiết đƣợc cắt theo dƣỡng. Nguyờn nhõn xuất hiện vết cắt này đƣợc chia làm 3 nhúm nguyờn nhõn nhƣ sau:
- Nguyờn nhõn ngẫu nhiờn phụ thuộc vào cỏc thao tỏc mỏy.
- Nguyờn nhõn do tỡnh trạng của thiết bị (nhƣ khe hở trong vớt me đai ốc, trong cỏc đƣờng dẫn hƣớng của cỏc ụ và giỏ đỡ, độ căng dõy thấp, độ rộng rónh khụng phự hợp với đƣờng kớnh dõy,...
- Dõy điện cực bị mũn,...
Nguyờn nhõn ở nhúm 1 cú thể đƣợc khắc phục bằng cỏc thao tỏc mỏy cho
phự hợp, trong nhúm 2 là sai số do thiết bị mỏy và nhúm 3 là do bản chất của quỏ trỡnh gia cụng nờn rất khú hoặc khụng khắc phục đƣợc.
Sự giảm kớch thƣớc tiết diện điện cực dụng cụ chủ yếu là do sự ăn mũn điện cực dõy theo mặt tiếp xỳc với chi tiết gia cụng (khi cắt thụ là mặt trƣớc và khi cắt tinh là 2 mặt bờn). Khi gia cụng cỏc chi tiết cú chiều dày lớn hoặc cỏc chi tiết cú chu vi lớn thỡ sẽ nhận thấy đƣờng kớnh của dõy điện cực thay đổi đỏng kể so với ban đầu. Việc giảm tiết diện ở 2 mặt bờn khụng ảnh hƣởng nhiều đến độ chớnh xỏc cũng nhƣ chất