(NONTRADITIONAL PROCESSES)
7.1 KHÁI NIỆM
Các quá trình gia cơng truyền thống (như là tiện, khoan, phay,…) dùng dụng cụ sắc để hình thành chi tiết bằng biến dạng trượt dẻo. Để bổ sung cho các phương pháp truyền thống này, người ta cịn dùng các phương pháp khác sử dụng năng lượng khác nhau để tách kim loại. Thuật ngữ gia cơng khơng truyền thống muốn nĩi tới một nhĩm các phương pháp khác để bĩc tách kim loại dư thừa bằng những kỹ thuật khác nhau bằng những dạng năng lượng khác nhau như cơ học, nhiệt, điện, hĩa (hoặc là tổ hợp của những dạng năng lượng này). Những phương pháp này khơng sử dụng dụng cụ sắc như các phương pháp gia cơng truyền thống.
Những quá trình gia cơng khơng truyền thống đã được phát triển từ thế chiến thứ II chủ yếu đáp ứng yêu cầu gia cơng các vật liệu đặc biệt mà các phương pháp gia cơng truyền thống khơng thỏa mãn. Những vật liệu và những yêu cầu kỹ thuật mà các phương pháp gia cơng truyền thống khơng thỏa mãn, đĩ là:
- Sự cần thiết gia cơng những vật liệu kim loại và phi kim loại mới cĩ những tính chất đặc biệt (độ bền, độ cứng, độ chịu va đập cao) mà gia cơng chúng khĩ khăn
hoặc khơng thể thực hiện được bằng các phương pháp truyền thống. Những chi tiết này thường thấy trong lĩnh vực hàng khơng, cơng nghiệp điện tử
- Sự cần thiết cho những chi tiết cĩ hình dạng phức tạp mà khơng dễ dàng thực hiện được hoặc khơng thực hiện được bằng các phương pháp gia cơng truyền thống - Sự cần thiết tránh hư hỏng bề mặt thường xẩy ra khi xuất hiện ứng suất khi gia
cơng cơ.
Hiện nay cĩ rất nhiều cơng trình nghiên cứu về các phương pháp gia cơng khơng truyền thống và đã được trình bày trong các tài liệu tham khảo đặc biệt như [1], [2].
Các phương pháp gia cơng khơng truyền thống thường được phân loại dựa trên dạng năng lượng được dùng để tách vật liệu gia cơng. Theo phân loại này, cĩ 4 dạng sau:
1. Phương pháp cơ - năng lượng cơ ở một vài dạng khác với năng lượng cơ dùng dụng cụ sắc trong phương pháp gia cơng truyền thống. Ở đây xẩy ra quá trình mài mịn của các hạt mài hoặc chất lỏng (hoặc cả hai) là dạng điển hình của tác động cơ học của các quá trình này.
2. Phương pháp điện - hĩa. Quá trình gia cơng khơng truyền thống này dùng năng lượng điện hĩa để tách vật liệu. Cơ chế của nĩ là ngược với phương pháp mạ điện 3. Phương pháp dùng năng lượng nhiệt - quá trình này dùng năng lượng nhiệt để cắt và tạo hình bề mặt gia cơng. Năng lượng nhiệt thường tác dụng lên một diện tích rất nhỏ của bề mặt chi tiết và kim loại tại đây sẽ được đốt cháy hoặc bốc hơi. Năng lượng nhiệt được sinh ra bởi sự chuyển đổi của năng lượng điện
4. Phương pháp hĩa học - Phần lớn vật liệu (đặc biệt kim loại) dễ bị tác động hĩa học của một số a xít nhất định hoặc một số chất ăn mịn khác, ứng dụng nguyên lý này để bĩc tách vật liệu.
7.2 QUÁ TRÌNH GIA CƠNG BẰNG NĂNG LƯỢNG CƠ
Trong phần này, chúng ta khảo sát một vài quá trình gia cơng dùng năng lượng cơ khơng truyền thống như (1) gia cơng bằng siêu âm, (2) gia cơng bằng tia nước hoặc tia nước kết hợp hạt mài.
7.2.1 Gia cơng bằng siêu âm
Gia cơng bằng siêu âm (Ultrasonic machining - USM) là phương pháp gia cơng
khơng truyền thống trong đĩ các hạt mài ở dạng sệt và được chuyển động ở vận tốc cao so với chi tiết gia cơng bằng dao động của một dụng cụ ở biên độ thấp, xung quanh 0,075mm (0,003 in) và với tần số cao, khoảng 20.000 Hz. Dụng cụ dao động theo hướng vuơng gĩc với bề mặt chi tiết và chuyển động chậm (s) vào chi tiết, từ đĩ hình dạng của bề mặt gia cơng được hình thành trên chi tiết. Tất nhiên dưới va đập của hạt mài lên bề mặt chi tiết. Quá trình cắt được thực hiện. Hình ảnh tổng quát của phương pháp gia cơng bằng siêu âm được minh họa trên Hình 7.1.
Hình 7.1 Gia cơng bằng siêu âm
Dụng cụ phổ biến được dùng trong siêu âm bao gồm thép mềm và thép Inox
Vật liệu hạt mài trong gia cơng siêu âm thường là ơxit nhơm, cácbit silic and kim cương. Kích thước hạt trong phạm vi khoảng 100 đến 2000. Biên độ dao động nên lấy xấp
xỉ bằng kích thước hạt và kích thước khe hở nên giữ khoảng hai lần kích thước hạt. Độ nhám bề mặt khi gia cơng bằng siêu âm phụ thuộc nhiều yếu tố như kích thước hạt mài, tần số, biên độ và khe hở giữa dụng cụ và bề mặt gia cơng. Ngồi ra cịn phụ thuộc vào năng suất gia cơng. Đối với vật liệu đã cho trước, năng suất khi gia cơng sẽ tăng khi tăng tần số và biên độ của dao động. Quan hệ này được thể hiện trên Hình 7.2.
Hình 7.2 Ảnh hưởng của tần số và biên độ dao động đến năng suất gia cơng
Tác động cắt gọt trong phương pháp siêu âm xẩy ra trên chi tiết cũng như trên dụng cụ. Khi các hạt mài mài mịn bề mặt chi tiết cũng mài mịn dụng cụ do đĩ ảnh hưởng đến hình dạng của nĩ và khi gia cơng,chúng ta phải biết tỉ lệ này. Trong thực tế, tỉ lệ này phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau:
Phụ thuộc vào vật liệu chi tiết gia cơng ví dụ khi gia cơng thủy tinh tỉ lệ này là 100/1 và khi gia cơng thép 1/1.
Hỗn hợp bột mài trong nước giao động từ 20% đến 60% [1]. Hỗn hợp này cần được cung cấp liên tục theo chu kỳ để cung cấp những hạt mài mới vào vùng gia cơng đồng thời nhờ dịng chảy liên tục sẽ mang phoi và các hạt mài bị mịn ra khỏi vùng gia cơng. Sự phát triển của máy gia cơng bằng siêu âm được thúc đẩy bởi sự cần thiết sử dụng các vật liệu cứng, giịn như là ceramic, thủy tinh và cácbít, thép Inox, thép hợp kim titan. Khi gia cơng bằng siêu âm hình dạng của lỗ thường khơng trịn, bị cong dọc theo trục của lỗ và cơn mà nguyên nhân chính do dụng cụ bị mịn.
7.2.2 Gia cơng bằng tia nước hoặc tia nước hạt mài
Quá trình tách vật liệu được trình bày dưới đây là những quá trình dùng những tia nước với vận tốc và áp suất cao hoặc kết hợp tia nước với các hạt mài.