ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG: CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG HIỆN ĐẠI

Chia sẻ: Trần Minh Hoàng | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:30

Thêm vào BST

Báo xấu

304
lượt xem 114
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Sự phát triển của các ngành công nghiệp gắn liền với quá trình tìm kiếm các loại vật liệu mới. Các vật liệu mới được đặc trưng bởi các tính năng sau: - Khả năng chống và chịu mài mòn cao. - Độ cứng và độ bền cao. - Làm việc ổn định trong các môi trường hóa chất. Có thể kể ra một số loại vật liệu mới đã và đang được sử dụng ngày càng phổ biến như: thép hợp kim Titan, thép không rỉ, hợp kim cứng, vật liệu gốm, kính, compsit, …. Với những tính năng nêu trên, việc gia công chúng bằng các...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG: CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG HIỆN ĐẠI

ÑEÀ CÖÔNG BAØI GIAÛNG MOÂN HOÏC: CAÙC PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG HIEÄN ÑAÏI LÔØI NOÙI ÑAÀU Söï phaùt trieån cuûa caùc ngaønh coâng nghieäp gaén lieàn vôùi quaù trình tìm kieám caùc loaïi vaät lieäu môùi. Caùc vaät lieäu môùi ñöôïc ñaëc tröng bôûi caùc tính naêng sau: - Khaû naêng choáng vaø chòu maøi moøn cao. - Ñoä cöùng vaø ñoä beàn cao. - Laøm vieäc oån ñònh trong caùc moâi tröôøng hoùa chaát. Coù theå keå ra moät soá loaïi vaät lieäu môùi ñaõ vaø ñang ñöôïc söû duïng ngaøy caøng phoå bieán nhö: theùp hôïp kim Titan, theùp khoâng ræ, hôïp kim cöùng, vaät lieäu goám, kính, compsit, …. Vôùi nhöõng tính naêng neâu treân, vieäc gia coâng chuùng baèng caùc coâng ngheä truyeàn thoáng thöôøng gaëp nhieàu khoù khaên, khoâng gia coâng ñöôïc hoaëc gia coâng khoâng ñaït yeâu caàu, moät loaït nhöõng phöông phaùp gia coâng môùi ñöôïc nghieân cöùu vaø ñang ñöôïc söû duïng roäng raõi nhö gia coâng sieâu aâm, gia coâng ñieän hoùa, gia coâng baèng chuøm tia lade, tia nöôùc, tia nöôùc coù haït maøi, tia haït maøi vaø nhaát laø gia coâng baèng tia löûa ñieän. Ñaëc ñieåm chung cuûa caùc phöông phaùp naøy laø: - Khoâng ñoøi hoûi duïng cuï caét phaûi coù ñoä cöùng cao hôn ñoä cöùng vaät lieäu gia coâng. - Khaû naêng gia coâng khoâng phuï thuoäc vaøo tính chaát cô lyù cuûa vaät lieäu gia coâng maø chuû yeáu phuï thuoäc vaøo caùc thoâng soá veà hoùa, nhieät, ñieän. - Ñaït ñöôïc ñoä chính xaùc kích thöôùc vaø ñoä nhaün beà maët cao so vôùi caùc phöông phaùp gia coâng truyeàn thoáng. - Coù khaû naêng gia coâng ñöôïc caùc vaät lieäu coù ñoä cöùng cao, thaäm chí raát cao (sau nhieät luyeän). 1
- Hieäu quaû kinh teá ñaït ñöôïc cao, nhaát laø khi gia coâng nhöõng saûn phaåm coù hình daïng phöùc taïp, kích thöôùc beù, …. Coù theå phaân chia caùc phöông phaùp gia coâng môùi thaønh moät soá nhoùm chuû yeáu nhö sau: - Gia coâng baèng aên moøn hoùa hoïc (CM). - Gia coâng baèng aên moøn ñieän hoùa (ECM). - Gia coâng baèng aên moøn ñieän (EDM): xung ñieän, caét baèng daây. - Gia coâng baèng sieâu aâm (USM). - Gia coâng baèng chuøm tia lade (LBM), ñieän töû (EBM). - Gia coâng baèng tia nöôùc (WJM), nöôùc vaø haït maøi (AWIM), haït maøi (AJM), …. Caùc phöông phaùp gia coâng khaùc nhau ôû choã: söû duïng nhöõng nguoàn naêng löôïng vaø caùch laáy vaät lieäu khaùc nhau. 2
Baøi 1: GIA COÂNG BAÈNG TIA HAÏT MAØI (Abrasive Jet Machining - AJM) Trong vieäc gia coâng baèng tia haït maøi, caùc phaàn töø vaät lieäu boùc ñi do söï va ñaäp cuûa caùc haït maøi coù kích thöôùc beù. Caùc phaàn töû haït maøi naøy ñöôïc dòch chuyeån vôùi toác ñoä cao nhôø doøng khoâng khí khoâ, khí Nitô hoaëc Ñioâxit caùcbon. Haït maøi thöôøng coù kích thöôùc khoaûng 0,025mm vaø doøng khí ñöôïc phun cuøng vôùi haït maøi döôùi aùp löïc 850kPa ñaït toác ñoä khoaûng 300m/s. 1.1 Cô cheá cuûa quaù trình gia coâng baèng tia haït maøi: Nhöõng phaàn töû haït maøi kích thöôùc beù va ñaäp vaøo beà maët vaät lieäu caàn gia coâng phaù vôõ hay laøm gioøn beà maët chi tieát. Vaät lieäu ñöôïc boùc ñi nhôø doøng khí cao toác. Hình döôùi ñaây moâ taû quaù trình gia coâng baèng tia haït maøi (hình 1.1): Nhö vaäy deã thaáy AJM thích hôïp ñeå gia coâng caùc vaät lieäu gioøn. Coù theå xaùc ñònh löôïng kim loaïi ñöôïc boùc ñi baèng coâng thöùc sau: 3/ 4  ρ  Q = XZd v 3 3/2   12 H   (1)  w  Trong ñoù: Z – Soá löôïng haït maøi va chaïm vaøo beà maët gia coâng trong moät ñôn vò thôøi gian; d – Ñöôøng kính cuûa haït maøi; 3
v – Toác ñoä cuûa haït maøi; ρ - Tyû troïng cuûa vaät lieäu haït maøi; Hw – Ñoä cöùng cuûa vaät lieäu gia coâng; X – Haèng soá. 1.2 Caùc thoâng soá laøm vieäc: 1.2.1 Vaät lieäu haït maøi: Hai loaïi vaät lieäu chuû yeáu thöôøng duøng laø AL 2O3 vaø SiC, trong thöïc teá AL2O3 ñöôïc duøng nhieàu hôn vì saéc hôn. Ñöôøng kính trung bình cuûa haït maøi vaøo khoaûng 10 – 50 µm. Tuy nhieân, haït maøi coù kích thöôùc d = 15 – 20 µm söû duïng coù hieäu quaû hôn. Khoâng neân söû duïng laïi haït maøi ñaõ duøng vì ñoä saéc cuûa chuùng giaûm ñi vaø deã gaây caûn trôû khi qua loã phun. Löôïng kim loaïi ñöôïc hôùt ñi phuï thuoäc vaøo aùp löïc vaø vaän toác khi phun cuûa doøng khí (hôi). 1.2.2 Khí (hôi): Quaù trình gia coâng baèng tia haït maøi thöôøng laøm vieäc ôû aùp suaát töø 0,2 – 1 N/mm 2. Thaønh phaàn cuûa khí (hôi) aûnh höôûng giaùn tieáp ñeán löôïng kim loaïi ñöôïc laáy ñi vì toác ñoä phun phuï thuoäc vaøo thaønh phaàn ñoù. Toác ñoä phun cao seõ naâng cao naêng suaát laøm vieäc ngay caû khi löôïng haït maøi giöõ nguyeân khoâng ñoåi. 1.2.3 Ñaàu phun: Ñaàu phun coù moät vai troø heát söùc quan troïng ñeå khoáng cheá kích thöôùc beà maët gia coâng. Vì ñaàu phun luoân luoân tieáp xuùc vôùi haït maøi bay ôû toác ñoä cao neân deã bò maøi moøn. Thöôøng coù hai loaïi vaät lieäu ñöôïc duøng laøm ñaàu phun: WC hoaëc hoàng ngoïc (Sa - phia). Kích thöôùc mieäng phun vaøo khoaûng 0,05 – 0,2 mm 2, daïng troøn hoaëc chöõ nhaät; tuoåi thoï cuûa ñaàu phun WC khoaûng 12 – 30 giôø, coøn ñaàu phun hoàng ngoïc xaáp xæ 300 giôø. Moät trong nhöõng thoâng soá heát söùc quan troïng caàn khoáng cheá trong gia coâng baèng tia haït maøi laø khoaûng caùch giöõa beà maët chi tieát gia coâng vaø mieäng phun (khoaûng caùch ñaàu phun). Thoâng soá naøy khoâng nhöõng 4
chæ aûnh höôûng ñeán khoái löôïng kim loaïi laáy ñi ñöôïc maø coøn aûnh höôûng ñeán kích thöôùc vaø hình daïng ñaùy loã. Hình veõ döôùi ñaây moâ taû aûnh höôûng cuûa khoaûng caùch ñaàu phun. Khi khoaûng caùch ñaàu phun baét ñaàu taêng leân, toác ñoä cuûa haït maøi va ñaäp vaøo beà maët gia coâng taêng do söï taêng toác cuûa chuùng sau khi rôøi mieäng phun, ñieàu ñoù laøm taêng khoaûng caùch ñaàu phun, toác ñoä haït maøi giaûm ñi do caûn trôû cuûa khoâng khí vaø daãn tôùi vieäc giaûm naêng suaát gia coâng. 1.3 Maùy gia coâng baèng tia haït maøi: Caùc maùy gia coâng baèng tia haït maøi ñöôïc cheá taïo vaø chaøo haøng bôûi nhaø saûn xuaát duy nhaát (SS. White Co., NewYork) vôùi teân “Air - brasive” (hình 1.2). * Toùm taét moät soá ñaëc ñieåm cuûa gia coâng baèng tia haït maøi: Cô cheá taïo phoi - Phaù huûy gioøn do va ñaäp cuûa haït maøi coù toác ñoä cao. Taùc nhaân trung - Khoâng khí, CO2. gian Haït maøi - AL2O3 vaø SiC, ñöôøng kính haït 0,025mm, 2 – 20 g/ph, khoâng söû duïng laïi. Toác ñoä - 150 – 300 m/s Aùp suaát - 2 – 10 at. Voøi phun - WC hoaëc hoàng ngoïc (Sa - phia). - Kích thöôùc mieäng phun vaøo khoaûng 0,05 – 0,2 mm2, tuoåi thoï 12 – 300 giôø. 5
- Khoaûng caùch mieäng phun 0,25 – 75 mm. Caùc thoâng soá - Löôïng haït maøi vaø toác ñoä, khoaûng hieäu chænh caùch ñaàu phun, kích thöôùc haït maøi vaø höôùng phun. Vaät lieäu gia coâng - Kim loaïi, hôïp kim cöùng vaø gioøn, vaät lieäu phi kim (Ailicon, kính, vaät lieäu söù, mica). - Ñaëc bieät thuaän lôïi cho caùc tieát dieän nhoû. Phöông phaùp gia - Khoan, caét, khaéc, laøm saïch. coâng haïn cheá - Haït maøi deã gioøn vaø beà maët gia coâng khi löôïng kim loaïi hôùt ñi chaäm (40 mg/ph, 15 mm3/ph). Baøi 2: GIA COÂNG BAÈNG SIEÂU AÂM (Ultrasonic Machining - USM) Vieäc söû duïng sieâu aâm trong gia coâng cô khí ñöôïc J.O. Farrer ñöa ra vaøo naêm 1945. Tuy nhieân maõi ñeán khoaûng 1951 – 1952, vieäc nghieân cöùu thieát bò vaø coâng ngheä sieâu aâm môùi baét ñaàu vaø ñeán naêm 1954 caùc maùy caét goït baèng sieâu aâm môùi ñöôïc thieát keá vaø cheá taïo. Ban ñaàu, USM chæ ñöôïc duøng ñeå gia coâng laàn cuoái nhaèm naâng cao ñoä nhaün beà maët nhöõng chi tieát ñaõ ñöôïc gia coâng baèng xung ñieän. Khi ngaønh ñieän töû phaùt trieån thì vieäc gia coâng nhöõng vaät lieäu baùn daãn hoaëc khoâng daãn ñieän trôû neân quan troïng. Vieäc gia coâng baèng sieâu aâm coù moät vò trí quan troïng vaø caùc maùy gia coâng baèng sieâu aâm (USM) ñoùng vai troø troïng yeáu. Cho ñeán nay vieäc gia coâng baèng sieâu aâm vaãn coøn ñöôïc tieáp tuïc nghieân cöùu ñeå hoaøn thieän. 2.1 Nguyeân lyù cuûa phöông phaùp gia coâng sieâu aâm: 6
Duïng cuï ñöôïc laøm töø vaät lieäu töø giaûo (vaät lieäu deûo vaø dai), ñaët noù vaøo töø tröôøng thì noù bò bieán daïng, chính bieán daïng naøy taïo ra moät dao ñoäng coù taàn soá lôùn (16 -25 kHz, taàn soá naøy naèm trong phaïm vi cuûa sieâu aâm) vaø bieân ñoä dao ñoäng beù (0,05 – 0,125 mm). Dao ñoäng naøy seõ truyeàn toác ñoä cao cho caùc haït maøi coù kích thöôùc beù naèm giöõa duïng cuï vaø beà maët gia coâng, haït maøi seõ chuyeån ñoäng vôùi taàn soá cuûa sieâu aâm taïo neân vaän toác lôùn, va ñaäp vaøo beà maët gia coâng, phaù huûy gioøn beà maët thaønh nhöõng phaàn töû phoi li ti vaø ñöôïc taûi ñi bôûi doøng chaát loûng. 2.2 Vaät lieäu töø giaûo: 2.2.1 Hieän töôïng töø giaûo: Hieän töôïng töø giaûo xuaát hieän khi ñaêët moät thanh vaät lieäu vaøo trong moät ñieän tröôøng, thanh vaät lieäu naøy seõ giaõn nôû daøi theâm moät ñoaïn ( ∆ l), vaät lieäu naøy goïi laø vaät lieäu töø giaûo. 2.2.2 Tính chaát: Vaät lieäu töø giaûo söû duïng trong gia coâng sieâu aâm coù caùc tính chaát sau: - Tính tuyeán tính: bieán daïng cuûa vaät lieäu theo phöông doïc truïc coù trò soá lôùn nhaát. - Tính theå tích: Vaät lieäu bieán daïng theo moïi höôùng, höôùng doïc truïc coù giaù trò lôùn nhaát. 7
- Tính thuaän nghòch: + Tính thuaän: Khi ñaët vaät lieäu töø giaûo vaøo töø tröôøng thì vaät lieäu seõ bieán daïng daøi moät ñoaïn ( ∆ l). + Tính nghòch: Khi ñaët vaät lieäu töø giaûo ñaõ bò bieán daïng moät ñoaïn (∆ l) vaøo trong moät cuoän daây ñieän tröôøng thì vaät lieäu quay trôû veà hình daïng ban ñaàu. + ÖÙng duïng tính thuaän taïo ra caùc maùy phaùt sieâu aâm, tính nghòch duøng cheá taïo ra caùc maùy thu sieâu aâm. - Vaät lieäu töø giaûo coù ñöôïc do moät cheá ñoä nhieät luyeän xaùc ñònh, töø ñoù cho ra vaät lieäu coù tính töø giaûo. Ví duï: Vaät lieäu Niken, sau khi caùn vaät lieäu coù kích thöôùc l; tieán haønh nhieät luyeän thanh Niken naøy: cho vaøo loø chaân khoâng ôû nhieät ñoä t 0bñ = 1000C vaø tieán haønh nung leân 7000C vôùi thôøi gian 3 giôø, giöõ nguyeân t 0 = 7000C trong 2 giôø, sau ñoù laøm nguoäi ñeán t0 = 5000C vôùi thôøi gian 3 giôø; sau ñoù laáy chi tieát ra ngoaøi khoâng khí. ∆l - Ñoä bieán daïng: = 10-6– 10-3. l - Keát caáu bieán töû coù nhieàu daïng: + Daïng thanh (duøng nhieàu mieáng gheùp laïi), maïch töø laø maïch töø hôû. Do ñoù, coâng suaát, naêng suaát cuûa noù giaûm. + Maïch töø kín haïn cheá giaûm coâng suaát. 2.2.3 Duïng cuï taäp trung naêng löôïng: D0 - Daïng coân: Heä soá khueách ñaïi bieân ñoä (0,3 -0,5) D 8
D0 - Daïng haøm soá muõ: D S0 - Daïng truï baäc: S D0 - Daïng Kamehoâng: 1,3 D Loaïi Kamehoâng coù heä soá khueách ñaïi khaù lôùn raát khoù cheá taïo cuøng daïng haøm soá muõ. 2.2.4 Moâi tröôøng truyeàn soùng – Haït maøi: 2.2.4.1 Moâi tröôøng truyeàn soùng: - Duøng moâi tröôøng raén: taïo ra soùng doïc, soùng ngang, soùng beà maët. - Duøng trong moâi tröôøng chaát loûng: chæ coù soùng doïc. 2.2.4.2 Haït maøi: - Coù raát nhieàu loaïi haït maøi ñöôïc söû duïng: Cacbit Bo (B4C), Cacbit Silic (SiC), Oxit nhoâm (Al 2O3) hoaëc kim cöông coù kích thöôùc raát nhoû. Nhöng söû duïng nhieàu nhaát laø Cacbit Bo (B4C). - Haït maøi vaø ñoä lôùn haït maøi phuï thuoäc vaøo chaát löôïng beà maët gia coâng vaø vaät lieäu gia coâng. - Maät ñoä haït maøi: 3.104 – 105 haït/cm2. 2..3 Thieát bò gia coâng sieâu aâm: Moät maùy gia coâng sieâu aâm goàm hai boä phaän chính: - Thaân maùy vaø caùc boä phaän ñieàu khieån. - Ñaàu rung sieâu aâm. Ñaàu rung sieâu aâm (hình 2.6) laø boä phaän quan troïng nhaát cuûa thieát bò gia coâng sieâu aâm. Chöùc naêng cuûa noù laø taïo ra dao ñoäng 9
coù taàn soá cao cuûa duïng cuï. Ñaàu rung sieâu aâm goàm caùc boä phaän sau: - Maùy phaùt ñeå taïo doøng ñieän coù taàn soá cao. - Thieát bò bieán naêng coù nhieäm vuï chuyeån ñoåi doøng ñieän cao taàn thaønh rung ñoäng cô hoïc coù taàn soá cao. - Ñaàu gom ñeå khueách ñaïi dao ñoäng cô hoïc khi chuyeån ñoäng naøy ñeán duïng cuï. - Duïng cuï thöôøng ñöôïc laøm baèng loaïi theùp deûo vaø beàn nhö theùp khoâng ræ hay theùp caùcbon thaáp. Caùc phoi taùch ra ñöôïc cuoán ñi baèng doøng boät nhaõo goàm haït maøi troän trong nöôùc hoaëc Benzen, daàu nhôøn hoaëc Glyxeârin. 2.4 Phaïm vi öùng duïng – Öu vaø nhöôïc ñieåm: 2.4.1 Phaïm vi öùng duïng: - Gia coâng kim loaïi coù ñoä cöùng cao. - Ñaëc bieät gia coâng caùc vaät lieäu coù ñoä cöùng nhöng maïng tinh theå keùm beàn vöõng (thuûy tinh), chuû yeáu duøng trong gia coâng haøng myõ ngheä. 2.4.2 Öu vaø nhöôïc ñieåm: 5.2.1 Öu ñieåm: - Öu ñieåm cuûa phöông phaùp gia coâng sieâu aâm laø löïc vaø nhieät raát beù, do ñoù vaät lieäu khoâng bò thay ñoåi caáu truùc pha. - Gia coâng ñöôïc caùc vaät lieäu cöùng, ñaëc bieät vôùi caùc vaät lieäu doøn. - Coù khaû naêng gia coâng caùc vaät lieäu phi kim loaïi. 5.2.2 Nhöôïc ñieåm: - Duïng cuï caét bò moøn raát nhanh, naêng suaát thaáp. - Maùy phaùt sieâu aâm phöùc taïp vaø ñaét tieàn. 10
* Toùm taét moät soá ñaëc tröng cuûa phöông phaùp gia coâng sieâu aâm: Cô cheá taùch vaät - Phaù huûy gioøn do va ñaäp cuûa haït maøi lieäu döôùi taùc duïng rung ñoäng vôùi taàn soá cao cuûa duïng cuï. Taùc nhaân trung - Boät nhaõo goàm haït maøi troän trong gian nöôùc hoaëc Benzen, daàu nhôøn hoaëc Glyxeârin. Haït maøi - B4C, AL2O3, SiC vaø kim cöông. Rung ñoäng - Taàn soá rung f = 16 – 25 kHz. - Bieân ñoä a = 25 – 100 µm. Duïng cuï - Theùp meàm. Löôïng vaät lieäu = 1,5 laàn ñoái vôùi chi tieát töø WC. ñöôïc caét = 100 laàn ñoái vôùi chi tieát baèng thuûy Löôïng aên moøn tinh. duïng cuï Caùc thoâng soá - Taàn soá, bieân ñoä, vaät lieäu duïng cuï, kích thöôùc haït maøi, maät ñoä haït maøi trong boät nhaõo, ñoä nhôùt cuûa boät nhaõo. Ñoái töôïng gia coâng - Kim loaïi vaø hôïp kim (ñaëc bieät vaät lieäu 11
cöùng vaø gioøn), chaát baùn daãn, vaät lieäu phi kim loaïi (thuûy tinh, saønh söù). Haïn cheá - Naêng suaát thaáp. - Duïng cuï moøn. - Chieàu saâu loã gia coâng haïn cheá. Baøi 3: GIA COÂNG BAÈNG TIA LÖÛA ÑIEÄN (Electric Discharge Machining - EDM) Caùch ñaây gaàn 200 naêm, nhaø nghieân cöùu töï nhieân ngöôøi Anh, Joseph Priestlay (1733 - 1809), trong caùc thí nghieäm cuûa mình ñaõ nhaän thaáy coù moät hieäu öùng aên moøn vaät lieäu gaây ra bôûi söï phoùng ñieän. Tuy nhieân ñeán 12
naêm 1943, hai vôï choàng Lazarenko ngöôøi Nga môùi söû duïng tia löûa ñieän ñeå caét kim loaïi maø khoâng phuï thuoäc vaøo ñoä cöùng cuûa kim loaïi. 3.1 Khaùi nieäm chung phoùng ñieän aên moøn: 3.1.1 Khaùi nieäm: - Hieän töôïng aên moøn ñöôïc hieåu nhö sau: Söï aên moøn cuûa töøng choã treân beà maët chi tieát. Söï phaù huûy naøy lan roäng vaø aên saâu theo thôøi gian. - Phoùng ñieän aên moøn: Chi tieát chòu söï taùc duïng cuûa hieän töôïng phoùng ñieän xaûy ra trong quaù trình aên moøn. - Coù 3 loaïi phoùng ñieän: + Tia löûa ñieän. + Hoà quang ñieän. Duøng trong gia coâng cô khí. + Phoùng ñieän laïnh Duøng trong kyõ thuaät chieáu saùng. 3.1.2 Cô sôû cuûa phöông phaùp phoùng ñieän aên moøn: Naêng löôïng ñieän chuyeån sang nhieät laøm noùng chaûy vaø boác hôi phaàn kim loaïi bò boùc ñi. Do ñoù, ñieän cöïc ñoùng vai troø duïng cuï caét coù ñoä cöùng thaáp hôn raát nhieàu laàn so vôùi ñoä cöùng cuûa phoâi, thöôøng laø ñoàng, graphit, coøn phoâi laø theùp ñaõ toâi hoaëc hôïp kim cöùng. Ñieàu kieän ôû ñaây laø vaät lieäu cuûa phoâi vaø duïng cuï caét ñeàu phaûi daãn ñieän. Ñeå ñaûm baûo yeâu caàu kyõ thuaät, khi gia coâng phaûi söû duïng moät dung dòch khoâng daãn ñieän ôû ñieàu kieän bình thöôøng. 3.1.3 Öu vaø khuyeát ñieåm cuûa phöông phaùp phoùng ñieän aên moøn: 3.1.3.1 Öu ñieåm: - Phöông phaùp phoùng ñieän aên moøn gia coâng ñöôïc kim loaïi sau nhieät luyeän vaø hôïp kim vì khaû naêng gia coâng khoâng phuï thuoäc vaøo tính chaát cô lyù cuûa vaät lieäu gia coâng. - Phöông phaùp phoùng ñieän aên moøn gia coâng ñöôïc caùc daïng beà maët phöùc taïp maø caùc phöông phaùp gia coâng truyeàn thoáng khoù thöïc hieän hoaëc khoâng thöïc hieän ñöôïc. 13
- Duïng cuï caét goït: cheá taïo raát deã (khoâng caàn ñoä cöùng, chæ caàn ñoä daãn ñieän, daãn nhieät), haàu nhö khoâng phaûi chòu löïc vaø vaät lieäu duøng ñeå cheá taïo thoâng duïng, deã tìm. - Ñoä chính xaùc gia coâng vaø chaát löôïng beà maët cao hôn so vôùi caùc phöông phaùp gia coâng truyeàn thoáng vaø coù theå ñieàu chænh ôû nhöõng giaù trò khaùc nhau khi thay ñoåi caùc thoâng soá cuûa phöông phaùp phoùng ñieän aên moøn. - Hieäu quaû kinh teá ñaït raát cao, nhaát laø khi gia coâng nhöõng saûn phaåm coù hình daùng phöùc taïp, kích thöôùc beù, …. 3.1.3.2 Khuyeát ñieåm: - Ñeå quaù trình gia coâng ñöôïc thuaän lôïi caàn phaûi taïo moâi tröôøng caùch ñieän (thoâng thöôøng söû duïng dung dòch caùch ñieän). Do ñoù deã xaûy ra quaù trình aên moøn kim loaïi treân chi tieát gia coâng. - Phuï thuoäc vaøo caùc thoâng soá veà hoùa, nhieät, ñieän. Thôøi gian gia coâng lôùn, naêng suaát thaáp, ñaëc bieät khi gia coâng caùc vaät lieäu meàm. 3.2 Gia coâng baèng tia löûa ñieän: 3.2.1 Nguyeân lyù gia coâng baèng tia löûa ñieän: Sô ñoà nguyeân lyù laøm vieäc cuûa EDM, cho treân hình 3.7. Chi tieát ñöôïc noái vôùi cöïc döông vaø ñoùng vai troø laø “+” cöïc, coøn duïng cuï ñöôïc noái vôùi cöïc aâm ñoùng vai troø “-” cöïc. Vôùi cuøng moät nguyeân taéc hoaït ñoäng laø döïa treân cô sôû “baén phaù döông cöïc (chi tieát) ñeå boùc taùch phaàn kim loaïi dö”, coù hai loaïi maùy toàn taïi vôùi caùc taùc duïng khaùc nhau: - Maùy EDM duøng ñieän cöïc thoûi (Rod) – maùy xung ñònh hình (hình 3.7a). - Maùy EDM duøng cöïc daây – Maùy caét daây ñeå taïo hình chi tieát heä loã coù prophin phöùc taïp (hình 3.7b). 14
Giöõa beà maët duïng cuï vaø chi tieát gia coâng toàn taïi moät khe hôû goïi laø khe hôû ñieän cöïc. Chaát loûng khoâng daãn ñieän laáp ñaày khe hôû ñieän cöïc. Khi cho moät doøng ñieän moät chieàu chaïy qua töø cöïc döông sang cöïc aâm, vôùi moät ñieän aùp thích hôïp giöõa cöïc “+” vaø cöïc “-” seõ laøm xuaát hieän tia löûa ñieän ôû nhöõng nôi maø hai beà maët ñieän cöïc gaàn nhau nhaát. Nhieät ñoä leân cao ñeán möùc laøm cho noù chaùy vaø boác hôi vaät lieäu. Khe hôû ñieän cöïc ñöôïc duy trì ôû möùc thích hôïp vaø ñöôïc ñieàu khieån töï ñoäng bôûi cô caáu ñieàu chænh cuûa maùy. Thöôøng thì hai ñieän cöïc ñeàu bò moøn, nhöng cöïc döông seõ bò moøn nhanh hôn raát nhieàu so vôùi cöïc aâm. Naêng löôïng ñöôïc truyeàn ñeán chi tieát gia coâng thoâng qua keânh daãn ñieän. Khi hai ñieän cöïc traùi daáu caùch nhau moät khe hôû δ trong moâi tröôøng chaát caùch ñieän seõ laøm xuaát hieän moät ñieän tröôøng vaø keânh daãn ñieän seõ ñöôïc moâ taû nhö hình 3.8: - Khi aùp moät hieäu ñieän theá U vaøo maïch ñieän seõ laøm xuaát hieän moät doøng ñieän tích. Neáu tieáp tuïc taêng hieäu ñieän theá U ñeán moät möùc naøo ñoù (U 15
moài) thì chaát caùch ñieän trong khe hôû δ trôû thaønh daãn ñieän goïi laø hieän töôïng ñaùnh thuûng ñieän. Luùc naøy, doøng ñieän trong khe hôû δ chính laø tia löûa ñieän. Tia löûa ñieän seõ maát haún khi hieäu ñieän theá khoâng ñöôïc cung caáp nöõa. Moät vaøi thoâng soá cuûa quaù trình EDM: - Taàn soá phoùng tia löûa ñieän: Z = 200.000 – 500.000 Hz - Khe hôû ñieän cöïc: δ = 0,025 – 0,05 mm - Ñieän theá: U = 30 – 250 V - Chaát caùch ñieän (môùi) hay duøng nhaát: Daàu hoûa - Vaät lieäu cuûa duïng cuï: ñoàng hay hôïp kim ñoàng - Naêng suaát cöïc ñaïi: 300 mm 3/ph vôùi naêng löôïng tieâu hao gaàn baèng 10 W/mm2ph. 3.2.2 Cô cheá boùc taùch kim loaïi cuûa EDM: Thöïc teá caùc beà maët treân cöïc khoâng hoaøn toaøn phaúng maø nhaáp nhoâ, coù nhöõng nôi khe hôû giöõa hai cöïc raát gaàn, coù nôi xa. Do ñoù, giaûi thích hieän töôïng boùc taùch kim loaïi theo nguyeân lyù nhieät – ñieän Zoâ-li-chính taïi caùc ñieän cöïc ñöôïc chia laøm 6 giai ñoaïn: - Giai ñoaïn 1: laø giai ñoaïn khi ñieän aùp ñuû lôùn taïo ra moät ñieän tröôøng thích hôïp giöõa duïng cuï caét (cöïc “-”) vaø chi tieát gia coâng (cöïc “+”) thì caùc electron phoùng ra khoûi aâm cöïc vaø ñi veà phía cöïc “+”. Nhö vaäy trong giai ñoaïn naøy, ñieän tröôøng seõ gia toác cho caùc i-on vaø ñònh höôùng doøng ñieän töû. - Giai ñoaïn 2: ÔÛ toác ñoä ñuû lôùn, caùc electron naøy va chaïm vaøo caùc phaân töû cuûa chaát caùch ñieän laøm cho dung moâi bò i-on hoùa taïo ra caùc i-on ñöôøng vaø caùc ñieän töû. Luùc naøy duïng cuï caét seõ xuaát hieän voøng quang ñieän töû, trong ñoù coù nhieàu boït khí mang i-on “+”. - Giai ñoaïn 3: Caùc electron naøy laïi phoùng nhanh veà phía cöïc “+”, treân ñöôøng ñi laïi tieáp tuïc baén phaù dung moâi ñeå taïo thaønh caùc electron vaø caùc i-on khaùc. Nghóa laø seõ coù 16
moät “coät raát maûnh” caùc phaàn töû töø dung moâi bò i-on hoùa ñaàu tieân (thu heïp doøng chaûy cuûa ñieän tích). - Giai ñoaïn 4: Neáu tieáp tuïc taäp trung doøng chaûy cuûa ñieän töû baèng caùch noái hai cöïc “-” vaø “+” vôùi nhau thì seõ hình thaønh moät doøng thaùc ñieän töû taäp trung veà höôùng cöïc “+”, gaây ra tia löûa ñieän. - Giai ñoaïn 5: Naêng löôïng taäp trung naøy taïo ra soùng xung kích vaø nhieät ñoä cuïc boä taïi caùc cöïc laø raát lôùn (≈ 10.000 – 20.0000C) laøm chuùng noùng chaûy vaø boác hôi. Vaät lieäu noùng chaûy bò soùng xung kích nay ñi vaø nhöõng veát loõm li ti xuaát hieän treân beà maët chi tieát vaø duïng cuï. Khi khe hôû ôû ñaây lôùn leân thì nôi khaùc khe hôû laïi trôû neân heïp nhaát vaø chu kyø laïi taùi dieãn. Hieän töôïng treân dieãn ra lieân tuïc laøm cho tia löûa chaïy khaép beà maët ñieän cöïc, do ñoù cuoái cuøng beà maët trôû neân ñeàu ñaën. Tuøy theo hình thuø cuûa cöïc aâm (duïng cuï) maø cöïc döông (chi tieát) cuõng coù hình daùng töông töï. Sau moät thôøi gian ngaén phoùng ñieän, thì khoaûng caùch giöõa hai ñieän cöïc lôùn leân. Ñeå giöõ khe hôû coá ñònh, duïng cuï phaûi “chaïy dao” do moät thieát bò ñieàu khieån töï ñoäng. - Giai ñoaïn 6: laø giai ñoaïn ngöøng cung caáp ñieän aùp, ñieän tröôøng giöõa hai cöïc “+” vaø “-” seõ khoâng xuaát hieän nöõa, tia löûa ñieän cuõng bieán maát. Luùc naøy, chi tieát ñaõ gia coâng xong, phaûi coù thôøi gian ñeå nguoäi tröôùc khi laáy chi tieát ra khoûi baøn maùy. Nhìn chung, cöïc aâm (duïng cuï) ít moøn hôn cöïc döông (chi tieát) vì nhöõng lyù do sau: - Ñoäng löôïng cuûa caùc i-on aâm lôùn hôn nhieàu so vôùi caùc i-on döông. - Do nhieät phaân cuûa dung moâi maø treân beà maët cöïc aâm coù moät lôùp maøng moûng caùcbon laøm giaûm moon. - Löïc neùn phaùt trieån treân beà maët aâm cöïc. 3.2.3 Maïch ñieän trong EDM: 17
Maïch ñieän trong EDM coù nhieäm vuï cung caáp moät doøng ñieän xung moät chieàu qua khe hôû ñieän cöïc. Hình 3.9 laø sô ñoà nguyeân taéc maïch ñieän cuûa EDM. Trong maïch naøy coù moät ñieän trôû R vaø moät tuï ñieän C neân goïi laø maïch phuïc hoài RC. Tuï ñieän C tích ñieän töø nguoàn ñieän moät chieàu U ñeå roài ñieän tích ñoù ñöôïc phoùng qua khe hôû ñieän cöïc. Ñieàu naøy laëp laïi theo chu kyø taïo ra doøng ñieän xung vaø phoùng tia löûa ñieän nhö treân. 3.2.4 Naêng suaát, ñoä nhaün beà maët vaø ñoä chính xaùc gia coâng: 3.2.4.1 Naêng suaát gia coâng Q: Löôïng kim loaïi laáy ñi khoûi beà maët chi tieát trong moät ñôn vò thôøi gian phuï thuoäc vaøo caùc ñieàu kieän sau: 1. Duøng dung dòch löu chuyeån döôùi moät aùp löïc nhaát ñònh nhôø moät bôm thuûy löïc seõ cho naêng suaát cao hôn khi duøng dung dòch tónh. 2. Ñieän töû taêng thì naêng suaát Q giaûm. Tuy nhieân khoâng theå giaûm R maõi ñöôïc, vì khi R ñaït giôùi haïn toái thieåu thì seõ phaùt sinh hoà quang giöõa hai ñieän cöïc. Naêng suaát khi gia coâng theùp coù theå ñöôïc tính theo coâng thöùc sau: Q ≈ 27,4W1,54 (mm3/ph) Trong ñoù: W – Coâng suaát tieâu thuï tính baèng kW. 3. Ñieän dung cuûa maïch (RC) taêng laøm q taêng vì giaù trò giôùi haïn cuûa R phuï thuoäc vaøo ñoä töø caûm L cuûa maïch phoùng ñieän RC vaø ñieän dung C theo bieåu thöùc: L Rmin = C 18
Töø ñoù deã thaáy khi taêng C laøm R giaûm neân laøm taêng naêng suaát. 4. Cöôøng ñoä doøng ñieän taêng cuõng laøm taêng naêng suaát gia coâng. 5. Khe hôû ñieän cöïc taêng laøm taêng Q, tuy nhieân khi δ taêng ñeán moät giôùi haïn naøo ñoù thì Q ñaït giaù trò cöïc ñaïi, sau ñoù neáu taêng khe hôû ñieän cöïc thì Q giaûm ñeán 0 Khe hôû öùng vôùi Qmax goïi laø khe hôû toái öu. 3.2.4.2 Ñoä nhaün beà maët: Noùi chung quaù trình gia coâng baèng tia löûa ñieän khoâng ñaït ñoä nhaün beà maët cao. Ñoä nhaáp nhoâ Ra phuï thuoäc vaøo ñieän dung C vaø ñieän theá nguoàn U. Hình 3.11 cho thaáy moái quan heä giöõa ñoä nhaün beà maët Ra vôùi ñieän dung C vaø ñieän theá nguoàn U. Khi gia coâng theùp, ñoä nhaün beà maët gia coâng vaø naêng suaát gia coâng coù theå ñöôïc bieåu dieãn baèng bieåu thöùc: Ra ≈ 1,11Q0,834 Trong ñoù: Ra – Ñoä nhaün beà maët (µm); Q – Naêng suaát gia coâng (mm3/ph). 19
3.2.4.3 Ñoä chính xaùc gia coâng: Ñoä chính xaùc gia coâng cuûa phöông phaùp gia coâng baèng tia löûa ñieän chuû yeáu theå hieän ôû: - Ñoä coân cuûa loã sau khi gia coâng; - Ñoä roäng cuûa loã do phoùng ñieän beà maët söôøn cuûa ñieän cöïc. - Sai soá ñieän cöïc bò moøn khieán cho kích thöôùc vaø hình daùng cuûa ñieän cöïc thay ñoåi, laøm thay ñoåi kích thöôùc loã tröôùc gia coâng. 3.2.4.4 Chaát löôïng beà maët. Do lôùp beà maët chòu nhieät ñoä cao neân caáu truùc lôùp kim loaïi maët ngoaøi seõ bò thay ñoåi vaø do bò nguoäi nhanh neân ñoä cöùng taêng leân. Chieàu daøy naøy khoaûng 2,5 – 150 µm (hình 3.13). 3.2.4.5 Ñieän cöïc vaø vaät lieäu laøm ñieän cöïc: a. Choïn ñieän cöïc: - Ñoái vôùi nhöõng ñieän cöïc duøng ñeå gia coâng caùc beà maët coù profin baát kyø thì ñieän cöïc ñoù ñöôïc cheá taïo töông öùng vôùi profin ñoù. - Ñoái vôùi ñieän cöïc (duïng cuï caét) gia coâng 20