Các phương pháp gia công tiên tiến

Các phương pháp gia công tiên tiến

Hôm nay, em là lính mới tham gia vào diễn đàn này, có chút quà mọn này này tặng các bác tham khảo...
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ÐẶC BIỆT
1.1 NHU CẦU VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ÐẶC BIỆT

Gia công cơ truyền thống (ví dụ như tiện, khoan, phay) dùng dụng cụ dao cắt để tách phoi ra khỏi bề mặt gia công nhờ biến dạng phá hủy. Ngoài các phương pháp gia công truyền thống này, có một họ các phương pháp gia công sử dụng cơ chế khác để tách vật liệu. Thuật ngữ "gia công đặc biệt" hay "gia công không truyền thống" liên quan đến nhóm các phương pháp gia công tách phần vật liệu dư bằng các kỹ thuật khác nhau liên quan đến năng lượng nhiệt, cơ, điện, hóa hoặc kết hợp các dạng năng lượng này. Những phương pháp này không sử dụng dao cắt khi gia công như thông thường.

Các phương pháp gia công không truyền thống được phát triển từ sau thế chiến thứ hai nhằm đáp ứng những nhu cầu gia công đặc biệt và mới mà các phương pháp gia công truyền thống không thể giải quyết được.

Những nhu cầu có tầm quan trọng về mặt thương mại và công nghệ của các phương pháp gia công đặc biệt bao gồm:

- Nhu cầu để gia công những vật liệu kim loại và phi kim mới phát triển. Những vật liệu mới này thường có các tính chất đặc biệt như sức bền, độ cứng và độ dẻo cao, rất khó gia công bằng phương pháp cắt gọt thông thường.

- Nhu cầu gia công những chi tiết hình học phức tạp, bất thường, khó hoặc không thể gia công được bằng các phương pháp truyền thống.

- Nhu cầu tránh làm hỏng bề mặt của chi tiết do sự xuất hiện các ứng suất phát sinh trong gia công truyền thống.

Ðối với các thiết bị, người ta dùng các loại vật liệu có độ bền riêng sb /g cao. Trong số đó có thể kể các hợp kim Titan, các loại thép độ bền cao và siêu bền, các loại vật liệu phi kim loại (composite, sợi thủy tinh, vv.). Các hợp kim Titan cùng có độ bền với thép hợp kim dùng trong chế tạo máy (sb = 60 -140 kg/mm2) nhưng khối lượng riêng chỉ bằng một nửa (g = 4,8 g/cm3), đồng thời lại có tuổi thọ chống ăn mòn cao trong hầu hết các môi trường khắc nghiệt.

Gia công cắt gọt các chi tiết làm bằng những vật liệu mới thường rất khó khăn và trong một số trường hợp là không thể được (hình 1.1) . Vì lý do đó khi thiết kế máy mới, đôi khi phải sử dụng các loại vật liệu có các tính chất sử dụng chưa phải là hoàn thiện như mong muốn nhưng lại có các tính chất công nghệ đạt yêu cầu. Ðiều này làm giảm đi các đặc tính làm việc và các đặc trưng chất lượng của máy. Vì vậy trên thế giới hiện nay tương ứng với các vật liệu mới được phát minh người ta phải tích cực tìm kiếm các phương pháp gia công mới để gia công những vật liệu này.

1.2 PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ÐẶC BIỆT

1.2.1 Các đặc trưng phân loại.

Người ta phân loại các phương pháp gia công đặc biệt theo các đặc trưng sau đây :

a. Loại năng lượng đưa vào vùng gia công : cơ, điện , hóa và nhiệt.

b. Phương pháp đưa năng lượng vào : được xác định bởi vị trí tương quan giữa phôi và các bề mặt làm việc của dụng cụ trong không gian và bởi sự thay vị trí này theo thời gian.

Ví dụ: có thể đưa năng lượng dòng điện vào phần cơ bản của bề mặt chi tiết gia công bằng cách cho tiếp xúc trực tiếp thông qua kênh điện tích hoặc kết hợp.

- Trường hợp thứ nhất : tiếp xúc được thực hiện theo các nhấp nhô tế vi giữa các bề mặt dụng cụ và phôi. Phương pháp này được sử dụng khi gia công điện tiếp xúc với điện áp đến 20 V.

- Trường hợp thứ hai : đưa dòng điện đi theo một kênh điện tích là cơ sở của gia công tia lửa điện . Trong trường hợp này người ta sử dụng điện tích dạng tia lửa hoặc điện tích dạng cung hồ quang.

c. Ðịnh tên gọi của phương pháp gia công. Những quá trình lý hóa cơ bản khi lấy đi vật liệu là biến dạng đàn hồi kém với phá hủy dẻo hoặc dòn, nung chảy, bay hơi, hòa tan anod, phá hủy bằng ăn mòn.

1.2.2 Phân loại theo năng lượng đưa vào vùng gia công.

a. Gia công cơ.

�Gia công cơ bằng cắt gọt, thông thường có tác động cơ đều đặn trên vật liệu. Cắt với rung động tần số thấp được sử dụng để bẻ gãy phoi. Cắt với rung động tần số cao đảm bảo cải thiện khả năng gia công của vật liệu.

Gia công siêu âm sử dụng tác động cơ có chu kỳ của các hạt mài xảy ra với tần số siêu âm.

Cắt có nung nóng sơ bộ vật liệu lớp cắt nhằm sử dụng tác dụng nhiệt phụ thêm, cắt có đưa dòng điện vào vùng hình thành phoi là để tận dụng tác động dòng điện bổ sung.

Các phương pháp gia công cắt gọt kết hợp sử dụng đồng thời một số loại tác động để bóc vật liệu. Chẳng hạn gia công cơ - anod sử dụng đồng thời các tác động điện, hóa và cơ.

Gia công cơ không truyền thống bao gồm một số phương pháp sau đây: gia công tia nước, gia công tia nước có hạt mài, gia công dòng hạt mài.

b. Gia công hóa.

Gia công hóa sử dụng trực tiếp năng lượng hóa cho các mục đích công nghệ. Trong trường hợp này lớp kim loại được bóc đi trong một môi trường hóa có tác động tích cực. Phương pháp gia công hóa phổ biến nhất hiện nay là ăn mòn sâu theo đường viền (phay hóa). Phương pháp này có thể điều khiển thời gian và vị trí ăn mòn kim loại trong môi trường axít và kiềm. ngoài ra còn có một số phương pháp khác như: tạo phôi hóa, khắc hóa, quang hóa, mạ hóa, v.v.

c. Gia công điện.

Gia công điện sử dụng trực tiếp năng lượng điện cho các mục đích công nghệ bằng cách đưa năng lượng này vào vùng cắt không qua biến đổi trung gian sang các dạng năng lượng khác. Năng lượng điện được chuyển trực tiếp sang dạng năng lượng khác như nhiệt, hóa, v.v. trong quá trình bóc đi lớp kim loại của phôi. Các phương pháp gia công điện bao gồm điện hóa (sử dụng tác động hóa của dòng điện), tia lửa điện (sử dụng tác động ăn mòn của dòng điện), điện nhiệt và điện cơ (sử dụng tác động nhiệt và cơ của dòng điện).

& Gia công tia lửa điện: được thực hiện bằng điện tích, làm phát sinh sự phá hủy và ăn mòn kim loại.

& Gia công điện hóa: được thực hiện bằng dòng một chiều có điện áp thấp trong môi trường có chất lỏng dẫn điện lưu thông (chất điện phân). Vật liệu được bóc đi là do sự hòa tan anod, nghĩa là biến đổi năng lượng điện thành năng lượng của các liên kết hóa học. Kết quả là vật liệu được chuyển thành các hợ�p chất hóa học và được bóc đi dễ dàng khỏi vùng gia công.

& Gia công cơ điện: sử dụng tác động cơ của dòng điện. Một trong các phương pháp loại này là gia công điện thủy lực, sử dụng tác động của các sóng va đập phát sinh do kết quả của sự đánh thủng do xung của môi trường chất lỏng và sự tạo hình điện từ của vật dẫn điện với từ trường cảm ứng trong phôi.

d. Gia công nhiệt.

Gia công nhiệt dùng năng lượng nhiệt để cắt hoặc tạo hình dạng chi tiết gia công. Năng lượng nhiệt thường được cung cấp đến một phần rất nhỏ của chi tiết gia công, làm cho phần này nóng chảy và bốc hơi tách ra khỏi bề mặt gia công. Năng lượng nhiệt được sinh ra bởi sự biến đổi năng lượng điện.

& Gia công chùm tia: sử dụng tác độ�ng của chùm tia tập trung với mật độ năng lượng rất cao kết quả là vật liệu được lấy đi do sự biến điện năng trực tiếp sang nhiệt năng. Một số phương pháp loại này là gia công tia điện tử, gia công laser, gia công tia lửa điện, ánh sáng kết hợp và ion.

1.2.3 Các phương pháp gia công kết hợp.

Con đường triển vọng nhất để xây dựng các phương pháp gia công mới có hiệu quả là tạo ra các phương pháp gia công kết hợp. Hiện nay người ta đã đưa vào các phương pháp mới như : gia công cơ anod với rung động tần số thấp và siêu âm, khoan rung động đồng thời đưa dòng điện vào vùng cắt, gia công cơ hóa đồng thời đưa vào cắt thường và cắt rung, gia công tia lửa điện và điện hóa với dao động siêu âm của điện cực, các phương pháp tạo mẫu nhanh.

a. Các phương pháp gia công trên cơ sở của tác động hóa và cơ đồng thời: gia công đồng thời đưa vào vùng cắt các dung dịch trơn nguội có hoạt tính cao là gia công hóa cơ. Gia công hóa cơ là phương pháp lấy kim loại nhờ các phản ứng hóa học giữa bề mặt gia công và môi trường công nghệ đồng thời có tác động cơ làm tăng cường quá trình.

b. Các phương pháp gia công trên cơ sở tác động nhiệt cơ: cắt có nung nóng sơ bộ phôi, cắt có nung nóng liên tục vật liệu lớp cắt trong quá trình chuyển động của dao v.v...

c. Các phương pháp gia công trên cơ sở kết hợp các tác động cơ và rung động với các dạng tác động cơ đều đặn hoặc các tác động vật lý khác: cắt có rung động, cắt va đập gián đoạn, cắt có siêu âm, các phương pháp gia công cơ điện hóa, tia lửa điện có bổ sung dao động siêu âm trên dụng cụ.

d. Các phương pháp gia công trên cơ sở kết hợp tác động điện với các dạng tác động khác: gia công điện tiếp xúc, cơ anod, hạt mài anod, điện ăn mòn hóa, các phương pháp gia công xung điện, gia công nổ (lấy vật liệu bằng cách sử dụng các xung năng lượng cao), gia công điện thủy lực, gia công điện từ� v.v.

e. Các phương pháp tạo mẫu nhanh: ứng dụng công nghệ CAD/ CAM để có thể chế tạo nhanh chóng những chi tiết mẫu có hình dạng ba chiều phức tạp nhằm tạo những sản phẩm có chất lượng cao để tung ra thị trường trong khoảng thời gian ngắn nhất với giá cả cạnh tranh. Các phương pháp tạo mẫu nhanh bao gồm một số phương pháp như: phương pháp tạo mẫu lập thể (SLA), phương pháp xử lý trên cơ sở khối (SGC), phương pháp chế tạo vật cán mỏng (LOM), phương pháp cắt dây, phương pháp ép, v.v.

1.3. ùẵMỏằ~T Sỏằ ÐỏảC TRặNG CỏằƯA PHặặNG PHÁP GIA C"NG ÐỏảC BIỏằ?T
ùẵCĂc bỏÊng 1.1 'ỏn 1.4, hơnh 1-2 tóm tỏt nhỏằng 'ỏãc 'iỏằfm cỏằĐa cĂc phặặĂng phĂp gia công 'ỏãc biỏằ?t, 'ỏằT nhĂm bỏằ mỏãt và dung sai nhỏưn 'ặỏằÊc tỏằô cĂc phặặĂng phĂp bóc vỏưt liỏằ?u khĂc nhau. Khi khỏÊo sĂt nhỏằng bỏÊng và hơnh này cỏĐn nhỏc lỏĂi cĂc thông sỏằ' cỏằĐa phặặĂng phĂp tiỏằ?n truyỏằn thỏằ'ng nhặ: 'ỏằT nhĂm bỏằ mỏãt 'ỏĂt tỏằô 0,81 - 6,3.10-3mm, nfng suỏƠt bóc vỏưt liỏằ?u tỏằô 2,73 - 1,6 m3/s, vỏưn tỏằ'c cỏt tỏằô 100 - 1000 vòng/phút, 'ỏằT chưnh xĂc 'ỏĂt tỏằô 0,05 - 0,08 mm. Ðỏãc trặng cỏằĐa phặặĂng phĂp phặặĂng phĂp gia công 'ỏãc biỏằ?t là có nfng suỏƠt bóc kim loỏĂi thỏƠp so vỏằ>i gia công cỏt gỏằt,ùẵ có công riêng rỏƠt cao, 'ỏĂt 'ặỏằÊc 'ỏằT chưnh xĂc cao hặĂn ỏằY nhỏằng tỏằ'c 'ỏằT gia công thỏƠp và thặỏằng thơ ưt làm hỏằng bỏằ mỏãt vỏưt liỏằ?u so vỏằ>i cĂc phặặĂng phĂp gia công truyỏằn thỏằ'ng.
MỏĂng bỏằ< lỏằ-i không thỏằf pót hơnh lên 'ặỏằÊc, bỏằa sau em gỏằưi tiỏp vỏưy...
]