Nội dung

Ch−¬ng 2 : giíi thiÖu Mét sè ph−¬ng ph¸p gia c«ng ®Æc biÖt 2.1 Giíi thiÖu Trong viÖc hoµn chØnh c¸c kÕt cÊu m¸y, n©ng cao kh¶ n¨ng gia c«ng c¸c kÕt chi tiÕt m¸y, ng−êi ta ®ang øng dông c¸c c«ng nghÖ míi vµ c¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng míi, sö dông cã hiÖu qu¶ c¸c lo¹i vËt liÖu míi, ... nh»m nhËn ®−îc c¸c tÝnh chÊt ®Æc biÖt mµ b»ng c¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng th«ng th−êng khã thùc hiÖn hoÆc kh«ng thÓ thùc hiÖn ®−îc. Trong lÜnh vùc c¾t vµ gät vËt liÖu cã nhiÒu ph−¬ng ph¸p : gia c«ng b»ng ®iÖn, ®iÖn - vËt lý, ®iÖn - ho¸, gia c«ng b»ng nguån n¨ng l−îng tËp trung,... C¸c ph−¬ng ph¸p nµy ®−îc sö dông kh¸ réng r·i ®Ó gia c«ng kim lo¹i. C¸c ph−¬ng ph¸p nµy cho phÐp sau khi gia c«ng nhËn ®−îc c¬ tÝnh cao vµ kh«ng yªu cÇu lùc c¾t gät lín hoÆc cho phÐp kh«ng sö dông dông cô c¾t gät víi c¸c yªu cÇu ®Æc biÖt vÒ ®é cøng, ®é chÞu mµi mßn. C¸c ph−¬ng ph¸p nµy còng ®¶m b¶o ®é chÝnh x¸c, ®é bãng bÒ mÆt nhÊt ®Þnh vµ cho phÐp n©ng cao n¨ng suÊt lao ®éng [6], [8]. 2.2 Ph©n lo¹i mét sè ph−¬ng ph¸p gia c«ng ®Æc biÖt C¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng ®Æc biÖt cã thÓ kÓ ®Õn c¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng ®iÖn vËt lý vµ ®iÖn ho¸. C¸c ph−¬ng ph¸p nµy ®−îc ph©n lo¹i thµnh c¸c nhãm nh− sau: 1. Theo ph−¬ng ph¸p sinh ra d¹ng n¨ng l−îng (Popilov L.IA) : Phu¬ng ph¸p ®iÖn ho¸, Ph−¬ng ph¸p ®iÖn - Ho¸ - C¬ (ph−¬ng ph¸p an«t - c¬), ph−¬ng ph¸p ®iÖn vËt lý,... 2. Theo c¬ chÕ t¸c dông : Ph−¬ng ph¸p xãi mßn ®iÖn (mµi mßn ®iÖn), Ph−¬ng ph¸p ®iÖn - thuû lùc, ph−¬ng ph¸p næ - ®iÖn, ph−¬ng ph¸p tõ tr−êng, ph−¬ng ph¸p siªu ©m,... 3. Gia c«ng b»ng c¸c nguån nhiÖt: Ph−¬ng ph¸p dïng tia ®iÖn tö, Ph−¬ng ph¸p dïng plasma, Ph−¬ng ph¸p dïng chïm tia laser, ... 8 Ph©n lo¹i mét sè ph−¬ng ph¸p gia c«ng ®Æc biÖt C¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng ®iÖn - vËt lý Ph−¬ng ph¸p ®iÖn xãi mßn (tia löa ®iÖn, xung ®iÖn, tiÕp xóc ®iÖn anèt - c¬,... Gia c«ng b»ng c¸c chïm tia cã nhiÖt): Plasma, ®iÖn tö, tia laser,... C¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng ®iÖn - ho¸ Ph−¬ng ph¸p gia c«ng cã t¸c ®éng c¬ ®iÖn: siªu ©m, næ ®iÖn,... Ph−¬ng ph¸p tÈm thùc, lµm s¹ch, ®¸nh bãng, m¹ ®iÖn,... H×nh 2-1 S¬ ®å ph©n lo¹i mét sè ph−¬ng ph¸p gia c«ng ®Æc biÖt 2.3 - §Æc ®iÓm cña c¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng ®Æc biÖt : Trong qu¸ tr×nh gia c«ng, tèc ®é, chÊt l−îng gia c«ng hÇu nh− kh«ng phô vµo tÝnh chÊt c¬ lý cña vËt liÖu.. Cã thÓ gia c«ng hÇu hÕt c¸c lo¹i vËt liÖu víi bÊt kú c¬ tÝnh nµo mµ kh«ng cÇn cã lùc lín t¸c dông, cã thÓ gia c«ng kim lo¹i, hîp kim cøng vµ kim c−¬ng, kÝnh, ... Kh«ng yªu cÇu c¸c dông cô cã ®é cøng cao h¬n ®é cøng vËt liÖu gia c«ng (vÝ dô khi gia c«ng b»ng siªu ©m hoÆc b»ng c¸c chïm tia laser, tia ®iÖn tö,... Gi¶m tiªu hao vËt liÖu v× chiÒu réng r¶nh c¾t nhá, møc ®é chÝnh x¸c cao,... Cã thÓ gia c«ng nh÷ng chi tiÕt phøc t¹p vµ cã ®é chÝnh x¸c, ®é bãng cao (læ khu«n kÐo cã ®−êng kÝnh nhá, gia c«ng læ nhá vµ s©u, c¾t h×nh, cã thÓ gia c«ng chÐp h×nh,... Cã thÓ gia c«ng côc bé (t¹i nh÷ng ®iÓm nhá) trªn bÒ mÆt chi tiÕt lín, gi¶m bít c¸c b−íc gia c«ng trung gian (kh©u chuyÓn tiÕp) hoÆc ph¶i yªu cÇu sö dông ®å g¸ ®Æc biÖt ®Ó gia c«ng vËt liÖu cøng, dßn, ®¸nh bãng hîp kim cøng,... Cã thÓ c¬ khÝ ho¸ vµ tù ®éng ho¸. Cã n¨ng suÊt vµ hiÖu qu¶ qu¶ kinh tÕ cao vµ gi¶m phÕ phÈm. 9 Trong gi¸o tr×nh nµy sÏ giíi thiÖu mét sè ph−¬ng ph¸p gia c«ng ®Æc biÖt thuéc c¸c nhãm ®· nªu ë trªn. 2.4 C¸c ph−¬ng ph¸p ®iÖn xãi mßn : §©y lµ c¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng ®iÖn tiÕp xóc - ph−¬ng ph¸p anèt. Ph−¬ng ph¸p dùa trªn c¬ së t¸c dông c¸c xung cña sù phãng ®iÖn liªn tôc tiÕp nèi nhau mµ mçi xung g©y nªn nh÷ng sù ph¸ huû côc bé t¹i ®iÖn cùc d−¬ng (anèt) vµ t¹o nªn vÕt lâm trªn bÒ mÆt vËt liÖu. 7 b/ a/ H×nh 2-2 c/ S¬ ®å nguyªn lý gia c«ng b»ng ph−¬ng ph¸p ®iÖn xãi mßn (®iÖn ¨n mßn) [6] 1- Kªnh dÉn ®iÖn 2 - Kho¶ng trèng kh«ng khÝ 3- Vïng kim lo¹i bèc h¬i 4 - Vïng kim lo¹i nãng ch¶y 5 - VÕt lâm 6- H¹t kim lo¹i ®· nguéi 7 - ChÊt láng kh«ng dÉn ®iÖn : dÇu ho¶, dÇu biÕn thÕ, C¸c giai ®o¹n x¶y ra khi gia c«ng : a/ Giai ®o¹n t¸c dông xung ®iÖn; b/ Giai ®o¹n kim lo¹i bÞ b¾n ra khái bÒ mÆt; c/ Giai ®o¹n sau khi gia c«ng. Cã c¸c ph−¬ng ph¸p ®iÖn xãi mßn nh− sau : - Ph−¬ng ph¸p gia c«ng b»ng tia l÷a ®iÖn - Ph−¬ng ph¸p xung ®iÖn; - Ph−¬ng ph¸p tia l÷a ®iÖn tÇn sè cao; 10 - Ph−¬ng ph¸p gia c«ng tiÕp xóc ®iÖn anèt - c¬ Sù phãng ®iÖn theo tõng xung víi thêi gian rÊt ng¾n (tøc thêi), sinh ra nguån nhiÖt víi nhiÖt ®é ®¹t ®Õn hµng ngh×n ®é. KÕt qu¶ lµm cho chi tiÕt bÞ nãng ch¶y hay bãc h¬i (®iÖn cùc ®èng vai trß nh− mét dông cô c¾t). D−íi t¸c dông cña ¸p suÊt h¬i chÊt láng ®−îc t¹o nªn lµm khuÊy kim lo¹i bÞ t¸c dông lªn vµ tèng chóng ra khái vïng t¸c dông ë d¹ng c¸c giät kim lo¹i láng hay h¬i vµ t¹o nªn vÕt lâm trªn bÒ mÆt vËt gia c«ng. Qóa tr×nh gia c«ng x¶y ra trong m«i tr−êng chÊt láng kh«ng dÉn ®iÖn (dÇu x¨ng, dÇu biÕn thÕ, ... ) c¸c chÊt nµy võa c−êng ho¸ qu¸ tr×nh phãng ®iÖn võa t¹o nªn sù mµi mßn, ®ång thêi t¨ng kh¶ n¨ng ®¶y c¸c giät kim lo¹i ra khái vïng bÞ t¸c dông. Qu¸ tr×nh nµy x¶y ra nhanh h¬n nÕu ta dïng chÊt láng ®éng (lu«n lu«n lu©n chuyÓn ). Thêi gian cña xung kho¶ng 10-4 ... 10-8 gi©y; HiÖu ®iÖn thÕ 250 V; Kho¶ng c¸ch gi÷a hai ®iÖn cùc nhá nhÊt cã thÓ ®−îc. δ = min §å thÞ phô thuéc U vµ δ trªn h×nh vÏ : [ 7 ] U,V M«i tr−êng lµm viÖc: 1 - Kh«ng khÝ 2 - X¨ng 3 - DÇu biÕn thÕ 2 1 3 δ, µm H×nh 2-3 Mèi liªn hÖ gi÷a ®iÖn ¸p U vµ kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c ®iÖn cùc (δ) trong c¸c m«i tr−êng kh¸c nhau [8] BÒ mÆt ®−îc gia c«ng cã ®é nhÊp nh« nhÊt ®Þnh. Sù t¹o nªn nh÷ng xung ®iÖn phô thuéc vµo nh÷ng ®Ønh nhÊp nh« nµy tiÕp xóc nhau vµ ë kho¶ng c¸ch ng¾n nhÊt. Qu¸ tr×nh t¹o nªn c¸c xung tiÕp theo sÏ ë vÞ trÝ kh¸c cã kho¶ng c¸ch 11 gi÷a c¸c ®Ønh nhÊp nh« ng¾n nhÊt. H×nh d¹ng cña anèt - "dông cô "quyÕt ®Þnh h×nh d¹ng vµ kÝch th−íc vËt gia c«ng. 2.4.1 Gia c«ng b»ng tia l÷a ®iÖn : [6],[8] 1 2 3 1- ChÊt láng 2- Chi tiÕt (cùc d−¬ng) 3- §iÖn cùc (cùc ©m/ ka«t ®ãng vai trß lµ dông cô gia c«ng) H×nh 2-4 S¬ ®å nguyªn lý gia c«ng b»ng tia l÷a ®iÖn. 5 4 6 7 3 2 1 H×nh 2-5 S¬ ®å nguyªn lý m¸y gia c«ng tia l÷a ®iÖn [8] (trang 245) 1 - ChÊt láng; 2 - Chi tiÕt ; 3 - §iÖn cùc " dông cô " 4 - B¨ng tr−ît ngang; 5 - B¨ng tr−ît qua - l¹i 6 - C¬ cÊu chuyÓn ®éng lªn - xuèng; 7 - Gi¸ ®ì 12 4 2 H×nh 2-6 S¬ ®å nguyªn lý m¸y gia c«ng tia l÷a ®iÖn kh«ng cã tô ®iÖn [8] 1234- Chi tiÕt (anèt), §iÖn cùc ca tèt (Dông cô gia c«ng) C¬ cÊu t¹o rung, Nguån ®iÖn 1 chiÒu VËt liÖu lµm ®iÖn cùc ®−îc lùa chän dùa vµo vËt liÖu cÇn gia c«ng vµ nguyªn c«ng cÇn thùc hiÖn. NÕu vËt liÖu cÇn gia c«ng lµ ®ång thanh th× sö dông ®iÖn cùc lµ hîp kim ®ång; VËt liÖu gia c«ng lµ vËt liÖu cøng th× ®iÖn cùc dông cô ®−îc chän tõ vËt liÖu W, Mo, ... §Ó gia c«ng lç ®−êng kÝnh nhá th× sö dông ®iÖn cùc dông cô lµ ®ång thanh. Gang vµ thÐp ®−îc sö dông cho ®¸nh bãng vµ mµi. Nh−îc ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p gia c«ng tia l÷a ®iÖn lµ kh«ng thÓ tr¸nh khái ®é c«n ®é kh«ng ph¼ng, kh«ng thÓ nhËn ®−îc nh÷ng gãc v¸t cã gãc nhän; tèn hao nhiÒu vËt liÖu ®iÖn cùc. ChÕ ®é gia c«ng ®iÖn ¨n mßn ®−îc chia ra 3 lo¹i cøng, trung b×nh vµ mÒm: 13 B¶ng 2 - 1 [8] ChÕ ®é Gia c«ng VËt liÖu cøng VËt liÖu trung b×nh VËt liÖu mÒm KVA Thêi gian mét xung µks TÇn suÊt lÆp l¹i 1/s L−îng t¸ch kim lo¹i mm3/ph 30 - 3 05 - 0,3 10.000 - 100 500 - 2000 50 - 3.000 1.000 - 10.000 30.000 - 100 200 - 30 <1 < 20 > 3.000 < 30 C«ng suÊt ChiÒu s©u vïng ¶nh h−ëng nhiÖt khi gia c«ng : B¶ng 2-2 [8] ChiÒu s©u vïng bÞ ¶nh h−ëng nhiÖt (mm) víi dßng ®iÖn lµ : ( A ) 5A 10A 30 A 50 A 100 A 300 A 0,08 0,1`2 0,17 0,09 0,12 - C45 C45 ( Tr¹ng th¸i rÌn ) C45 TT T«i HRC48 CD 80A T«i, HRC 48 0,08 Gang GX 15 - 32 0,12 0,14 0,17 0,19 0,36 0,07 0,15 0,17 0,18 - 0,12 - 0,25 - N¨ng suÊt cña qu¸ tr×nh gia c«ng tia l÷a ®iÖn x¸c ®Þnh l−îng kim lo¹i bÞ c¾t trong ®¬n vÞ thêi gian ( mm3/ph) hoÆc (g/ ph ). Khi ë chÕ ®é gia c«ng chÝnh x¸c : U <= 120 V I ng¾n m¹ch Tn m <= 1 A §iÖn dung 0,03 mkF C <= L−îng kim lo¹i ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc : Q = 0,022 . C2/3.U3/2.I nm2/3 S¬ ®å gia c«ng tia l÷a ®iÖn b»ng d©y ®iÖn cùc di ®éng (xem h×nh 2-7) 14 H×nh 2-7 S¬ ®å nguyªn lý gia c«ng b»ng d©y ®iÖn cùc di ®éng[8] trang 246 1- Chi tiÕt ®iÖn cùc 2 - D©y ®iÖn cùc 4 - HÖ thèng quang häc 5 - Bµn ®iÒu khiÓn to¹ ®é 6 - Mµn ¶nh chÐp h×nh 7 - §Ìn chiÕu s¸ng(C¶m biÕn) D©y ®iÖn cùc cã 3 - §å g¸ d = 0,25 - 0,04 ±3 Sai sè bµn to¹ ®é C«ng suÊt yªu cÇu 300 - 500 mm µkm W ThiÕt bÞ nµy dïng ®Ó c¾t nh÷ng lç , vßng bªn trong khÐp kÝn; cã thÓ gia c«ng mÆt ngoµi. Tèc ®é c¾t : V = k .C1 / 3U 1 / 2 I 1n./m2. Trong ®è K - hÖ sè §ång(Cu) W Víi K = 1,9 Mo K = 1,4 K = 0,66 Hîp kim cøng K = 0,84 - M«i tr−êng gia c«ng lµ x¨ng, - VËn tèc gia c«ng V = 12 mm/s - Kho¶ng c¸ch hai con l¨n cña d©y ®iÖn cùc = 15 mm 2.4.2 Gia c«ng b»ng xung ®iÖn : VËt liÖu "dông cô " - ®iÖn cùc lµ : Cu, Al, grafÝt; §é mµi mßn dông cô gi¶m tõ 3 - 5 lÇn N¨ng suÊt t¨ng vµ ®¹t tõ 5.000 - 15.000 mm3/ ph §Ó gi¶m ®é nhÊp nh« trªn bÒ mÆt ng−êi ta ph¶i h¹n chÕ dßng ®iÖn max Imax = 50 A ®èi víi thÐp vµ gi¶m dÇn cho ®Õn cuèi cïng lµ 5 A. 15 §é nhÊp nh« bÒ mÆt phô thuéc chÕ ®é gia c«ng nh− sau : H = CH . Wsp CH - HÖ sè ®é tinh khiÕt CH = 90 µm/J ®èi víi thÐp; CH = 205 µm/J ®èi víi Ni 7 hîp kim cña nã; CH = 67 µm/J ®èi víi hîp kim cøng; p - HÖ sè p = 0,33 - 0,37 ®èi víi thÐp; p = 0,36 - 0,4 ThÐp bÒn nhiÖt vµ thÐp Ni Ws N¨ng l−îng c¸c xung ( J ) 2.4.3 Gia c«ng tia löa ®iÖn dßng cao tÇn : TÇn sè 300 K Hz C«ng suÊt mét xung 10-3 - 10-4 J L−îng kim lo¹i c¾t gät mm3/ph 15 - 20 3 - 10 0,8 - 1,2 §é bãng ∇7 - ∇6 ∇9 - ∇8 ∇10 - ∇9 0,32 - 0,63 0,16 - 0,32 T−¬ng ®−¬ng Ra (µm) Tèc ®é cña ®Üa quay 1,25 - 0,63 : khi mµi 30 - 40 m/s Khi phay 15 - 20 m/s 2.4.4 Ph−¬ng ph¸p gia c«ng ®iÖn tiÕp xóc anèt - c¬ (ChiÒu dµy gia c«ng 80 - 160 mm) §©y lµ ph−¬ng ph¸p kÕt hîp ®iÖn ho¸ vµ c¬ häc : c¾t, mµi, tiÖn,... Ph−¬ng ph¸p nµy dïng cho c¸c lo¹i vËt liÖu cã tÝnh dÉn ®iÖn (th−êng dïng lµ dßng ®iÖn mét chiÒu). 16 3 2 2 1 1 a/ H×nh 2 - 8 S¬ ®å nguyªn lý mµi c¾t [6] trang 66 b/ a- S¬ ®å gia c«ng th« (mµi c¾t b»ng an«t - c¬ b - S¬ ®å gia c«ng tinh cã catèt di ®éng 1 - §iÖn cùc catèt - " dông cô" 2 - Dung dÞch ®iÖn ph©n; 3 - §iÖn cùc anèt "Chi tiÕt "; Dung dÞch ®iÖn ph©n th−êng dïng : Thuû tinh n−íc cã modun 2,25 - 2,75; ρ = 1,43 - 1,55 g/cm3. - §iÖn ¸p mét chiÌu : u= 20 - 25 V Trong qu¸ tr×nh gia c«ng cã x¶y ra hiÖn t−îng ph©n cùc t¹o nªn mét mµng máng trªn bÒ mÆt lµm t¨ng ®iÖn trë, chèng l¹i qu¸ tr×nh hoµ tan anèt. §Ó ®¶m b¶o qu¸ tr×nh liªn tôc ng−êi ta kÕt hîp qu¸ tr×nh ph¸ huû b»ng c¬ häc. 17