Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng sản phẩm khi cắt thép không rỉ bằng tia plasma

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:94

Thêm vào BST

Báo xấu

27
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận văn nhằm nghiên cứu chế độ cắt plasma khi cắt thép không rỉ có bề dày h = 8 mm và ảnh hưởng của nó đến vùng ảnh hưởng nhiệt phân phối bên trong thép. Từ đó có những khuyến cáo khi sử dụng công nghệ cắt thép không rỉ bằng plasma với các tấm thép có chiều dày khác nhau. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng sản phẩm khi cắt thép không rỉ bằng tia plasma

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP LÊ ĐÌNH SEN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM KHI CẮT THÉP KHÔNG RỈ BẰNG TIA PLASMA LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Đồng Nai, 2016
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP LÊ ĐÌNH SEN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM KHI CẮT THÉP KHÔNG RỈ BẰNG TIA PLASMA CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: .................. LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS.TS. LÊ CHÍ CƯƠNG Đồng Nai, 2016
i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Bà Rịa-Vũng Tàu, ngày … tháng … năm 2016 Học viên (Ký tên và ghi rõ họ tên) Lê Đình Sen
ii LỜI CẢM ƠN Với sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc, Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới PGS TS. Lê Chí Cương- người Thầy đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Tiếp theo Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam, Khoa đào tạo sau đại học, Khoa Cơ khí và bộ môn Chế tạo máy đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện bản luận văn này. Sau hết Tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua. Xin trân trọng cảm ơn! Kính chúc Quý thầy, cô dồi dào sức khỏe. Học Viên Thực Hiện Lê Đình Sen
iii MỤC LỤC TT NỘI DUNG TRANG MỞ ĐẦU 1 Lý do chọn đề tài 1 2 Mục đích nghiên cứu 2 3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2 4 Phương pháp nghiên cứu 3 5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4 Các quy trình cắt kim loại bằng nhiệt 4 1.1 1.1.1 Cắt bằng ô-xy: 4 1.1.2. Cắt hồ quang ô-xy: 4 1.1.3 Cắt hồ quang, kim loại bằng tay: 5 1.1.4 Cắt bằng điện cực Các bon khí nén: 6 1.1.5 Cắt bằng hồ quang Plasma: 6 1.1.6 Cắt bằng ăn mòn tia lửa: 7 1.1.7 Cắt bằng chùm tia điện tử: 9 1.1.8 Cắt bằng laser: 10 1.2 Gia công bằng hồ quang Plasma 11 1.2.1 Khái niệm 11 1.2.2 Đặc điểm 12 1.2.3 Nguyên lý gia công b ằng hồ quang plasma 13 1.3 Lịch sử phát triển công nghệ cắt Plasma 16 1.3.1 Thuyết qui ước về hồ quang cắt plasma (1957): 17 1.3.2 Dòng hồ quang plasma kép (1962): 18 1.3.3 Cắt plasma bằng không khí (1963): 19
iv 1.3.4 Cắt plasma với vách chắn nước (1965): 20 1.3.5 Công nghệ phun nước khi cắt (1968): 21 1.3.6. Cắt dưới nước (1977): 22 1.3.7 Cắt plasma không khí với cường độ thấp (1980) 23 1.3.8. Cắt plasma với ôxy (1983) 23 1.3.9 Cắt plasma với sự phun khí ôxy (1985) 24 1.3.10 Cắt plasma cường độ cao (1990) 25 1.4. Tổng quan về cắt Plasma thép không rỉ 26 2.4.1 Vật liệu 26 2.4.1.1 Đặc điểm chủ yếu của thép không gỉ 26 2.4.1.2 Phân loại, ký hiệu và ứng dụng 27 2.4.2 Quá trình cắt cắt plasma thép không rỉ 27 2.4.2.1 Lựa chọn phương pháp cắt plasma 27 Công nghệ cắt plasma ở nước ta hiện nay 2.4.2.2 28 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng quá trình cắt 2.4.2.3 plasma thép không rỉ 30 MỤC TIÊU, NỘI DUNG, ĐỐI TƯỢNG VÀ CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 32 2.2 Nội dung nghiên cứu 32 2.2.1 Nghiên cứu lý thuyết: 32 2.2.2 Nghiên cứu thực nghiệm: 32 2.3 Đối tượng nghiên cứu 33 2.3.1 Thiết bị thí nghiệm 35 2.3.2 Vật liệu thí nghiệm 35 2.4 Phương pháp nghiên cứu 35 2.4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 36
v 2.4.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 37 CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT 36 3.1 Nghiên cứu chế độ cắt 36 3.1.1 Cường độ dòng điện khi cắt 36 3.1.2 Vận tốc cắt 38 3.1.3 Áp suất khí thổi khi cắt 38 Năng lượng nguồn nhiệt sinh ra khi cắt bằng 3.2 Plasma 39 Năng lượng phản ứng oxy hóa trong quá trình cắt 3.3 40 Năng lượng cần thiết để làm tan chảy kim loại kim loại trong quá trình cắt 3.4 42 Cân bằng năng lượng khi cắt bằng tia Plasma 3.5 44 Nghiên cứu sự thay đổi nhiệt độ khi cắt thép tấm 3.6 bằng Plasma 46 Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn nhiệt khi cắt 3.6.1 plasma thép không rỉ 46 3.6.2 Phân bố nhiệt độ với nhữ ng phương trình cơ bản 47 CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 52 Chiều rộng trung bình của rãnh cắt khi cắt bằng 4.1 Plasma 52 4.2 Phân phối nhiệt độ theo lý thuyết 54 Khảo sát thực nghiệm bề rộng rãnh cắt và vùng ảnh hưởng nhiệt khi cắt thép không rỉ bằng tia 4.3 Plasma 58 4.3.1 Mục đích thực nghiệm 58 4.3.2 Dụng cụ đo 59 4.3.2.1 Dụng cụ đo nhiệt 59 4.3.2.2 Thước lá 59
vi 4.3.3 Bố trí thực nghiệm 63 Thực nghiệm đo bề rộng rãnh cắt 4.3.3.1 60 4.3.3.2 Thực nghiệm đo nhiệt độ vùng (AHN) 63 CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 71 4.1 Kết luận 68 4.2 Đề xuất 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC
vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT a Hệ số khuếch tán nhiệt [m2.s-1] c Nhiệt dung riêng [J.kg-1.K-1] Enc Năng lượng cần thiết làm tan chảy kim loại/mét cắt (J.m-1) e Cơ số hàm logarit e h Chiều dày tấm thép (mm) I Cường độ dòng điện (A) Lf Ẩn nhiệt nóng chảy của thép ( kJ.kg-1) lb Bề rộng rãnh cắt mặt dưới (mm) lh Bề rộng rãnh cắt mặt trên (mm) Ml Khối lượng kim loại tan chảy/mét (g.m-1) Mt Khối lượng kim loại tan chảy/giây (g.s-1) ltb Bề rộng trung bình rãnh cắt (mm) P Áp suất (at) q2 Mật độ dòng nhiệt (J.m-2.s-1): Q Năng lượng điện đầu vào (W) Qc Năng lượng điện cần thiết cho quá trình cắt (W) Qe Năng lượng cần thiết cho quá trình cắt Qôxy (W) (W) Qnc Năng lượng cần thiết làm tan chảy thép (W) Qtt1 Năng lượng tổn thất giữa mỏ cắt và bề mặt phôi (W) Qtt2 Năng lượng tổn thất xuyên qua rãnh cắt (W) T Nhiệt độ (0K) T0 Nhiệt độ môi trường (0K) Tnc Nhiệt độ nóng chảy của thép (0K) t Thời gian (s) U Hiệu điện thế (V) v Tốc độ cắt (m.s-1) λ Hệ số dẫn nhiệt (J.m-1.s-1.K-1) ρ Khối lượng riêng vật liệu (kg.m-3) HAZ Vùng ảnh hưởng nhiệt
viii DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng Tên bảng Trang 1.1 Độ rộng vết cắt và độ sâu vùng AHN khi cắt các bon thấp 31 (bằng các phương pháp khác nhau) 2.1 Các thông số kỹ thuật của máy cắt plasma D12000 OTC 34 DAIHEN 3.1 Lưu lượng ôxy hóa tương ứng ở các áp suất 43 3.2 Năng lượng sinh ra do quá trình ôxy hóa t ương ứng ở các 44 áp suất 3.3 Năng lượng cần thiết làm tan chảy thép khi cắt bằng 46 plasma 3.4 Cân bằng năng lượng điện khi cắt bằng tia plasma P = 5at 47 4.1 Chiều rộng trung bình rãnh cắt khi cắt bằng tia plasma 56 4.2 Kết quả tính phân bố nhiệt độ theo h ướng ngang 58 4.3 Kết quả đo bề rộng rãnh cắt 64 4.4 Kết quả đo bề rộng trung bình của rãnh cắt 65 4.5 Kết quả đo nhiệt độ theo trục y khi cắt với v=1(m/min) 67 4.6 Kết quả đo nhiệt độ theo trục y khi cắt với v=1.2(m/min) 68
ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình Tên hình Trang 1.1 Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện 8 1.2 Nguyên lý cắt lazer 10 1.3 Các trạng thái vật chất trong tự nhi ên 12 1.4 Sơ đồ nguyên lý cắt plasma 14 1.5 Cắt bằng dòng hồ quang kép 19 1.6 Cắt plasma bằng không khí 20 1.7 Cắt plasma với quá tr ình phun khí ôxy 24 1.8 Cắt plasma cường độ cao 25 2.1 Máy cắt plasma D12000 OTC DAIHEN 34 2.2 Phụ kiện của máy cắt Plasma 35 2.3 Đồ gá cắt tự động 36 3.1 Sơ đồ cắt plasma – rãnh cắt, góc cắt 38 3.2 Các dạng năng lượng trong trong qu á trình cắt 41 3.3 Khu vự phản ứng ôxy hóa khi cắt plasma 44 3.4 Chiều rộng rãnh cắt 45 3.5 Ảnh hưởng của nguồn nhiệt đến thép không rỉ 304 49 3.6 Vị trí mỏ cắt 51 4.1 Quan hệ dòng điện , vận tốc cắt với bề rộng rãnh cắt 57 4.2 Thay đổi nhiệt độ trên đường vuông góc rãnh cắt khi v = 59 0,8m/min 4.3 Thay đổi nhiệt độ trên đường vuông góc rãnh cắt khi v = 59 1m/min 4.4 Thay đổi nhiệt độ trên đường vuông góc rãnh cắt khi v = 60 1,2m/min
x 4.5 Thay đổi nhiệt độ trên đường vuông góc rãnh cắt khi v = 61 1,4m/min 4.6 Máy đo nhiệt độ bằng hồng ngoại: TFI 650 M 63 4.7 Thước lá 63 4.8 Chuẩn bị mẫu cắt thử 63 4.9 Mẫu cắt đo bề rộng trung bình 64 4.10 Kết quả đo quan hệ vận tốc cắt , dòng điện đến bề rộng 66 rãnh cắt 4.11 Thay đổi bề rộng rãnh cắt tính theo lý thuyết và kết quả 66 đo được 4.12 Kết quả đo nhiệt độ theo trục y khi cắt với v=1(m/min) 68 4.13 Kết quả tính nhiệt độ và kết quả đo được khi V=1 m/min 69 4.14 Kết quả tính nhiệt độ khi V=1.2 m/min 69 4.15 Kết quả tính nhiệt độ và kết quả đo được khi V=1.2 m/min 70
1 ` MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Trong nhưng năm gần đây, với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật đã thúc đẩy các ngành công nghiệp phát triển. Trong lĩnh vực cơ khí chế tạo máy các sản phẩm cơ khí cũng yêu cầu chất lượng ngày càng cao. Để nâng cao chất lượng sản phẩm một mặt người ta sử dụng ngày càng nhiều các loại vật liệu có cơ tính tốt, thép không gỉ hoặc thép chậm gỉ là một trong những loại vật liệu đó. Với thành phần các bon và hợp kim chủ yếu: 0.1- 0.4 %C , >13%Cr, thì đây là loại thép rất dẻo, dễ uốn, dễ hàn, bền, chống ăn mòn tốt trong khoảng nhiệt độ rộng. Nên loại vật liệu này được sử dụng khá rộng rãi và rất thích hợp trong các ngành hoá chất, dụng cụ mổ trong ngành y học, khuôn mẫu, đồ trang sức, các loại ốc vít không gỉ, ổ bi chống ăn mòn, đồ gia dụng, bình chứa, ống công nghiệp, tàu thuyền công nghiệp, vỏ ngoài các công trình xây dựng... Mặt khác bên cạnh chọn vật liệu tốt người ta phải nâng cao độ chính xác và chất lượng bề mặt khi gia công để nâng cao chất lượng của sản phẩm. Đối với thép tấm không rỉ, để hoàn thiện một sản phẩm cần qua nhiều công đoạn .Trong đó công đoạn cắt là khá quan trọng để tạo nên một sản phẩm chất lượng. Phương pháp cắt bằng hồ quang plasma chủ yếu được sử dụng để gia công vật liệu này. Cắt plasma là công nghệ khá phức tạp đòi hỏi người thực hiện phải có kiến thức lý thuyết về vật lý, hóa học, cơ khí, luyện kim, điện, điện tử, tự động hóa…, đồng thời cũng yêu cầu cao về tính sáng tạo và kỹ năng nghề nghiệp. Hiện nay, công nghệ cắt plasma đã được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau làm cho năng suất và chất lượng sản phẩm tăng lên rất nhiều.. Tuy nhiên, việc lựa chọn chế độ cắt cho phù hợp nhằm nâng cao năng su ất và đảm bảo chất lượng sản phẩm còn gặp nhiều bất cập vì chưa được
2 ` nghiên cứu kỹ lưỡng; Mối quan hệ giữa chế độ cắt với chất lượng sản phẩm cắt chưa được đánh giá đầy đủ; việc chọn chế độ cắt hiện nay vẫn dựa vào kinh nghiệm thể hiện trong các bảng tra…Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cắt đến chất lượng sản phẩm khi cắt thép không rỉ bằng tia plasma” là rất cần thiết; nó tạo tiền đề cho việc nghiên cứu hoàn thiện tiếp theo nhằm mục đích xác định chế độ cắt hợp lý và tiến tới tối ưu hoá chế độ cắt khi cắt thép không rỉ bằng hồ quang plasma góp phần nâng cao hiệu quả khai thác, sử dụng máy cắt bằng plasma trong sản xuất cơ khí và là cơ sở để nghiên cứu cho các vật liệu khác, trên cơ sở nghiên cứu bằng lý thuyết và thực nghiệm tạo ra một chế độ cắt cụ thể ứng với bề dày vật cắt khi cắt thép không rỉ. 2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu chế độ cắt plasma khi cắt thép không rỉ có bề dày h = 8 mm và ảnh hưởng của nó đến vùng ảnh hưởng nhiệt phân phối bên trong thép. Từ đó có những khuyến cáo khi sử dụng công nghệ cắt thép không rỉ bằng plasma với các tấm thép có chiều dày khác nhau. Đồng thời đề xuất một chế độ cắt phù hợp với thép không rỉ khi áp dụng phương pháp cắt bằng plasma. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Trong phạm vi và thời gian thực hiện đề tài này, thép không rỉ có bề dày 8mm được lựa chọn để nghiên cứu chế độ cắt plasma không khí với qui trình cắt tự động. Phạm vi ứng dụng khi cắt các thép không rỉ được mở rộng đến các chiều dày khác nhau (6 - 12) mm sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Các đối tượng được quan tâm đến gồm: - Các dạng năng lượng tham gia vào quá trình cắt. - Bề rộng mạch cắt và vùng ảnh hưởng nhiệt. 4. Phƣơng pháp nghiên c ứu đề tài - Nghiên cứu lý thuyết để có được kết quả phân tích, tính toán dựa vào lý
3 ` thuyết truyền nhiệt - Nghiên cứu thực nghiệm đo nhiệt độ và xác định vùng ảnh hưởng nhiệt. - Thực nghiệm đo bề rộng rãnh cắt - So sánh kết quả đo và kết quả tính để khẳng định độ tin cậy của kết quả tính theo lý thuyết truyền nhiệt. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Xác định được ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng sản phẩm khi cắt thép không gỉ bằng plasma - Xác định được bề rộng và kích thước vùng ảnh hưởng nhiệt của thép sau khi cắt. - Cho phép hạn chế công đoạn cắt thử nhiều lần trong thực tiễn làm tăng chi phí gia công. - Cung cấp các khuyến cáo, hướng dẫn khi sử dụng công nghệ cắt bằng plasma để đạt hiệu quả cao trong thực tiễn sản xuất, chế tạo.
4 ` Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Các quy trình cắt kim loại bằng nhiệt khí 1.1.1 Cắt bằng ô-xy Quá trình cắt bắt đầu bằng sự đốt nóng kim loại đến nhiệt độ cháy (ô-xy hóa mạnh liệt) nhờ ngọn lửa hàn sau đó cho dòng ô-xy thổi qua, để đốt nóng kim loại đến nhiệt độ cháy, khi đã đạt được đến nhiệt độ cháy. Cho dòng ô-xy kỹ thuật nguyên chất (98 ÷ 99,7% O2) vào rãnh giữa của mỏ cắt và nó trực tiếp ô-xy hóa kim loại thành ô xít sắt và thổi xỉ lỏng khỏi rãnh cắt. Sự tạo thành nhiệt do quá trình kim loại cháy trong ô-xy đã làm cho quá trình cắt được liên tục cho đến khi kết thúc đường cắt. Cắt bằng ô-xy được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp luyện kim và gia công kim loại, đặc biệt là trong ngành luyện kim đen, đóng tàu, chế tạo lò hơi, chế tạo đầu máy toa xe, xây dựng …Việt Nam. Hiện nay cắt bằng phương pháp thủ công vẫn được ứng dụng rộng rãi để cắt thép tấm, mặt tròn và các chi tiết đơn giản hay phức tạp khác. Cắt bằng máy cắt ngày càng phát triển và có năng xuất cao, độ chính xác lớn, mép cắt phẳng nhất là cắt ô-xy, a- xê-ty-len thực hiện trên máy cát CNC. 1.1.2. Cắt hồ quang ô-xy Phương pháp này dùng để cắt, khoét rãnh hoặc cắt lỗ kim loại bằng điện cực dạng que hàn, có sử dụng ô-xy. Điện cực có vỏ bọc bằng thuốc trợ dung, với chức năng ổn định hồ quang và làm sản phẩm cháy trong quá trình cát trở nên lỏng hơn. Lõi của điện cực là lõi rỗng dạng ống qua đó ô-xy được đưa trực tiếp vào vùng hồ quang nơi kim loại được cắt. Kìm cắt được thiết kế đặc biệt để có khả năng dẫn điện đến điện cực và ô-xy đến hồ quang.
5 ` Với phương pháp này, hồ quang được đun nóng sơ bộ trước, sự cắt kim loại thực tế được thực hiện bằng dòng ô-xy và thuốc trợ dung, nhờ phối hợp nung chảy, ô-xy hóa, hòa tan, tạo xỉ và phun cơ học. Trong trường hợp vật liệu có tính chống ô-xy hóa cao, chẳng hạn như thép không rỉ, nhôm và hợp kim nhôm,…. Quá trình cắt chủ yếu do sự nóng chảy. Trong tường hợp này, lớp vỏ bọc điện cực sẽ đẩy kim loại nóng chảy ra xa đường cắt tương tự tác dụng của kim loại bột hoặc chất trợ dung trong quy trình cắt thép không rỉ bằng ô-xy, a-xê-ty-len. 1.1.3. Cắt hồ quang, kim loại bằng tay Đây là phương pháp cắt thô sử dụng điện hàn cực thông dụng hoặc điện cực được thiết kế đặc biệt có đường kính từ 4mm đến 6mm với cường độ dòng điện cao hơn so với hàn hồ quang tay 30-50% so với dòng điện hồ quang tương ứng. Mặc dù có thể dùng dòng điện xoay chiều, nhưng dòng một chiều cực thuận được ưu tiên sử dụng. Đôi khi có thể làm ẩm điện cực, nước trong lớp bọc điện cực làm giảm sự quá nhiệt điện cực và phân hủy trong hồ quang để xuyên thấu sâu hơn. Các tấm dày không quá 10mm có thể cắt dễ dàng bằng cách dịch chuyển điện cực dọc theo đường cắt. Đối với kim loại tấm dày hơn, cần cắt từ phía dưới tấm kim loại và xỉ nóng chảy có thể dễ dàng thoát xuống dưới. Đường cắt có thể bắt đầu từ mép tấm, hoặc cắt từ lõi công nghệ xuyên qua tấm. Để tạo điều kiện cho kim loại và xỉ nóng thoát ra ngoài, chiều dài hồ quang cần ngắn, trong lúc đồng thời đẩy que hàn vào vũng kim loại nóng chảy và chuyển động que hàn lên xuống theo hình lưỡi liềm. Chuyển động lên trên cần nhanh, trong lúc chuyển động xuống dưới cần tạo ra được tác dụng đẩy kim loại và xỉ nóng ra ngoài rãnh cắt. Khi không có phương pháp nào tốt hơn, phương pháp này được sử dụng để khoét lỗ trong các ống, tấm, để hàn các phần nối thêm sau đó.
6 ` 1.1.4. Cắt bằng điện cực các bon khí nén Phương pháp này dùng trong không khí nén để loại bỏ không khí nóng chảy do hồ quang tạo nên. Nó cho phép vát rãnh vật liệu kim loại. Dòng khí nén tốc độ cao có hướng song song với điện cực Các bon và vị trí hồ quang, có tác dụng thổi kim loại nóng chảy ra khỏi vùng đó. Các ứng dụng chủ yếu của phương pháp này là cắt kim loại, khoét bỏ những đường hàn hoặc vùng hàn bị khuyết tật và vát rãnh để chuẩn bị mép hàn. Khác với cắt kim loại bằng nguyên liệu khí ô-xy dựa trên sự ô-xy hóa và loại bỏ xỉ nóng chảy thấp, cắt bằng hồ quang không khí chỉ làm nóng chảy mà không ô xy hóa. Quy trình này về cơ bản có tính vật lý, do đó có thể được dùng cho mọi vật liệu kim loại kể cả loại có màng ô xít khó nóng chảy. 1.1.5. Cắt bằng hồ quang Plasma Plasma là khí dẫn nhiệu bao gồm các điện tử, ion, phân tử trung hòa. Plasma cắt kim loại có nhiệt độ từ 50÷30.000K, hình thành khi thổi dòng khí tạo Plasma mà có thể là chất lỏng hoặc hỗn hợp khí và chất lỏng qua hồ quang điện trong mỏ cắt. Thiết bị cắt Plasma bao gồm nguồn điện, bộ điều khiển, một hoặc nhiều loại khí để có khí phun(qua lỗ) và khí bảo vệ, và mỏ cắt, thiết bị có thể vận hành bằng tay hoặc cơ khí hóa. Nguồn điện một chiều với điện áp hở mạch trong khoảng 120-140V và dòng điện 70-1000A. Để cá thép có chiều dày 75mm và nhôm có chiều dày 90mm cần điện áp hở mạch 400V và dòng điện đến 500A. Thiết bị cắt bằng tay đảm bảo an toàn cho người sử dụng có điện áp hở mạch 120-200V, dòng điện 70-100A, tốc độ cắt tương đối thấp, chiều dày cắt được so với thép Các bon 12.5mm đối với hợp kim không chứa sắt đến 25mm.
7 ` Bộ điều khiển có các van để điều khiển các khí và nước làm nguội theo yêu cầu, có thể điều khiển lưu lượng khí cắt thông qua các lưu lượng kế, có công tắc lưu lượng nước để dừng hoạt động thiết bị khi không đủ nước làm nguội các máy cắt tự động công suất cao có thế có tính năng điều khiển độ dốc của dòng điện và lưu lượng khí cắt. Các mỏ cắt có nhiều kiểu và đối với mỗi kiểu có nhiều đầu phun với đường kính lỗ phun khác nhau. Dòng điện càng cao, lỗ phun phải có đường kính càng lớn. Đầu phun được tiết kế theo hệ thống cắt Plasma được sử dụng và vật liệu được cắt. Để đạt chất liệu cao, các đầu phun nhiều cổng được sử dụng, có cổng phụ sắp xếp vòng tròn bao quang lỗ chính. Trong thiết bị cơ khí hóa, các mỏ cắt bằng hồ quang plasma được lắp lên trên máy cắt định hình tương tự thiết bị cơ khí hóa thông dụng, quá trình cắt được điều khiển bằng sự theo dõi quang điện, điều khiển số, hoặc điều khiển bằng máy tính. Với cắt hồ quang Plasma có thể cắt hợp kim nhôm dày 150mm với tốc độ 3mm/s, thép không rỉ dày 100mm với tốc độ 3mm/s, thép Các bon dày 50mm với tốc độ 11mm/s. Tuy nhiên cắt bằng hồ quang Plasma cần chú ý một số điểm, tạo ra hồ quang rất sáng, văng tóe, khói và ồn do đó càn phải có biện pháp bảo hộ khi làm việc. Đặc biệt quan trọng là phải kiểm soát khói và tiếng ồn. Một phương pháp kiểm soát khói là đặt vật liệu lên bàn cắt có nước ở dưới. Dòng Plasma tạo ra khói với tốc độ cao, va đập với nước gây ra cuộn xoáy, giữ các hạt khói trong nước. 1.1.6. Cắt bằng ăn mòn tia lửa điện Dựa trên cơ sở “bắn phá điện cực” (chi tiết) để tách vật liệu chi tiết, có hai loại máy tồn tại với dụng cụ khác nhau: - Máy EDM dùng điện cực thỏi. - Máy EDM dùng điện cực dây.
8 ` Với ứng dụng gia công cho những vật liệu dẫn điện khó gia công như thép tôi, thép hợp kim khó gia công. Tạo hình những chi tiết hệ lỗ có Profile phức tạp ở dạng thông suốt hay có đáy và những khoang hốc phức tạp khác. Nguyên lý gia công tia lửa điện: gia công kim loại bằng tia lửa điện là một dạng công bằng phóng tia lửa điện để ăn mòn vật liệu gia công khi truyền năng lượng qua rãnh dẫn điện. - Điện cực đóng vai trò là dụng cụ cắt có độ cứng tháp hơn nhiều so với điện cực phôi (chi tiết gia công) lấy mềm cắt cứng. - Điện và cực phôi phải dẫn điện. - Khi gia công cả điện cực và phôi phải nhúng ngập trong một dung dịch không dẫn điện ở điều kiện nhất định. - Dòng điện một chiều có điện áp 100-125V từ nguồn qua biến trở R nạp vào tụ C. Khi hai điện cực tiến lại gần nhau khe hở giữa chúng đủ bé thì tại đó xuất hiện tia lửa điện , chọc thủng lớp cách điện giữa hai điện cực, tạo nên rãnh dẫn điện. Nhiệt độ ở vùng này lên đến hàng ngàn độ làm nóng chảy lỏng, đốt cháy phần kim loại trên bề mặt gia công (cực dương) và tạo nên hình dạng cần thiết tùy theo hình dạng của điện cực dụng cụ (cực âm). Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện điển hình được trình bày ở hình 1.1 Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện.