Giáo trình Công nghệ laser
Ch−¬ng 1. Giíi thiÖu Hîp kim khã gia c«ng
Hîp kim khã gia c«ng ®−îc ph©n lo¹i dùa theo nhiÒu ®Æc ®iÓm kh¸c nhau :
theo nhiÖt ®é nã ch¶y, theo ®é cøng, theo c¬ tÝnh cña vËt liÖu,... Sau ®©y chóng ta sÏ
xÐt mét sè kim lo¹i vµ hîp kim :
1.1Kim lo¹i khã ch¶y
VËt liÖu khã nãng ch¶y lµ c¸c lo¹i kim lo¹i cã nhiÖt ®é nãng ch¶y T > 1539 oC
hoÆc c¸c kim lo¹i kÕt hîp víi c¸c nguyªn tè hîp kim kh¸c.
VÝ dô :
Ti
V
= 1672 oC
= 1900 oC
Zr
Hf
Ta
W
= 1855 oC
= 1975 oC
= 2996 oC
= 3410 oC
Cr
Nb
Tc
= 1875 oC
= 2415 oC
= 2700 oC
Mo = 2610 oC
Re
= 3180 oC
1.2 ThÐp hîp kim
ThÐp hîp kim ®−îc chia ra theo nhiÒu dÊu hiÖu kh¸c nhau:
1. ThÐp chÞu ¨n mßn trong c¸c m«i tr−êng kh¸c nhau.
2. ThÐp bÒn nhiÖt .
3. ThÐp chÞu nhiÖt.
4. ThÐp cã ®é bÒn cao.
5. Hîp kim bét kim lo¹i.
6. Hîp kim cøng .
• Hîp kim do biÕn cøng
• Hîp kim ®−îc chÕ t¹o víi nh÷ng thµnh phÇn c¸c chÊt kh¸c nhau.
1.3 C¸c hîp kim ®Æc biÖt kh¸c
1. ThÐp ®Æc biÖt cã nhiÖt ®é lµm viÖc ®Õn 700 oC.
2. Hîp kim bÒn nhiÖt trªn nÒn Niken ( NhiÖt ®é lµm viÖc ®Õn 1100 oC )
3. Hîp kim nÒn Mo vµ Nb cã nhiÖt ®é lµm viÖc ®Õn 1500 oC.
4. Hîp kim nÒn v«nfram ( W) cã nhiÖt ®é lµm viÖc ®Õn 2000 oC.
5. ThÐp hîp kim chÞu ¨n mßn . Trong thùc tÕ cã 3 nhãm chÝnh sau ®©y :
Nhãm I - ThÐp chÞu ¨n mßn hîp kim thÊp cã ®é bÒn cao
B¶ng 1.1
Tªn nguyªn tè
Thµnh phÇn % 0,25 -
0,45
C
Cr
<=
5
Ni
<=
2,5
Mn Mo
<= <= <=
1,5 1,5 1,5
W
V
<=
1
Si
<=
1
Giíi h¹n bÒn
160 - 220 KG/mm2
Nhãm II : thÐp chÞu ¨n mßn cã ®é bÒn cao
B¶ng 1.2
Tªn nguyªn tè
C
Cr
Ni
Mn Mo
W
V
Si
1
Thµnh phÇn % 0,25 -
0,45
<=
12
<=
2,5
<=
<= <=
<=
1
<=
1
1,5 1,5 1,5
Giíi h¹n bÒn
<= 180 , sau nhiÖt luyÖn cã thÓ ®¹t 260 - 300 KG/mm2
Nhãm III : ThÐp hîp kim martensit - ho¸ giµ
B¶ng 1.3
Tªn nguyªn tè
C
Cr
Ni
Co
Mo
Ti
Thµnh phÇn % 0,25 -
0,45
17 - 19
<=
<=
<=
7 - 9 4- 6 0,5-1
Giíi h¹n bÒn
(<= 190 - 210), thªm 12-16 % Co, 8-10% Mo, 12-13%Ni
th× ®é bÒn cã thÓ ®¹t 280 KG/mm2, HRC 62, δ=8%
1.4 Hîp kim cã tû bÒn cao ( σB/ γ )
Hîp kim cã tû bÒn cao : Nh«m, ti tan
γ
σB
- khèi l−îng riªng cña vËt liÖu
g/cm3.
KG/mm2.
- Giíi h¹n bÒn cña vËt liÖu
VÝ dô : Hîp kim titan
σB > 160 KG/mm2. γ = 4,51 Tû bÒn K = 34,5
§Æc biÖt hîp kim ti tan cßn cã tÝnh chÞu ¨n mßn trong c¸c lo¹i m«i tr−êng cao
nªn ®−îc øng dông rÊt réng r¶i.
Hîp kim nh«m AlMg6
σB
γ
K
= 39 KG/mm2.
= 2,7
= 14,4
HÖ sè tû bÒn lµ
Chóng ta cã thÓ so s¸nh víi thÐp th«ng th−êng :
ThÐp
CT38
σB
γ
K
= 38 KG/mm2.
= 7,87 g/cm3.
= 4,8
HÖ sè tû bÒn lµ
1.5 TÝnh chÊt cña mét sè kim lo¹i nguyªn chÊt khã ch¶y
vµ khã gia c«ng
B¶ng c¸c tÝnh chÊt cña c¸c kim lo¹i khã nãng ch¶y vµ c¸c nguyªn tè hîp kim
B¶ng 1-4
§Æc tÝnh
Khèi l−îng riªng
NhiÖt ®é nãng ch¶y
NhiÖt ®é bay h¬i
HÖ sè gi¶n në v× nhiÖt
Giíi h¹n bÒn
§¬n vÞ tÝnh
G/cm3
oC
Be
1,84
1283
2450
11,6
V
6,11
1900
3400
10,6
W
Hf
Co
Si
Mn Mo Ni
7,4 10,2 8,91
19,3 13,31 8,92 2,33
3410 2222 1495 1412 1245 2625 1425
5930 5400 3100 2600 2150 4800 3080
oC
x 10.
KG/mm2
%
4,0
5,9 12,08 6,95
23 5,49 13,3
70 28-30
40-60 22-48 100-120 40-45
50
5
70
0
§é gi¶i dµi t−¬ng ®èi
§é cøng Brinel
0,2-2
60-85
17
70
0
30
30
40
HB
350 120 125 240
125 65-70
2
B¶ng 1-5
Ta
16,6
2996
5300
6,6
§Æc tÝnh
Khèi l−îng riªng
NhiÖt ®é nãng ch¶y
NhiÖt ®é bay h¬i
HÖ sè gi¶n në v× nhiÖt
Giíi h¹n bÒn
§¬n vÞ tÝnh Nb
Re
Ti
Cr
Zr Ghi chó
G/cm3
oC
8,57 21
2500 3180
5127 5900
7,1 6,8
4,51 7,19 6,45
1668 1910 1860
3277 2469 3700
oC
x 10.
KG/mm2
%
8,3
6,7
6,3
25
30-45 50 45-55 40-45 30-35
20 24 25-35 30-40
75 250 45-125 130-150 100
§é gi¶i dµi t−¬ng ®èi
§é cøng Brinel
15 15-30
65
HB
TÝnh chÊt cña mét sè c¸c bÝt, Borit, Silixit, Nitrit
B¶ng 1-6
C¸c bÝt
Thµnh
phÇn
Ti
Zr
Hf
V
Nb
Ta
Cr
Mo
W
C¸c bon
Khèi l−îng riªng G/cm3
T nc
oC
HÖ sè truyÒn dÉn Cal/(cm.s.
C %
20,05 11,64 6,31 19,08 11,45 6,22 13,34 5,89 6,13
4,94 6,60 12,65 5,50 7,82 14,50 6,74 9,06 17,13
3150 3420 3700 2850 3600 3880 1895 2410 2790
0,069 0,09 0,07 0,09 0,04 0,053 0,046 0,076 0,072
nhiÖt
oC)
HÖ sè gi¶n në
nhiÖt x 10(-6)
8,50 6,95 6,06 7,20 6,50 8,29 11,70 7,80 3,84
§é cøng HRA HRA
93,00
87
84
91
83
82
81
74
81
B¶ng 1-7
Borits ( + B )
Bo
Thµnh phÇn
B %
Ti
31,20
4,52
2980
0,144
Zr
Hf
V
Nb
Ta
Cr
19,17 10,81 29,81 18,89 10,68 29,38
6,09 11,20 5,10 7,00 12,62 5,60
3040 3250 2400 3000 3100 2200
Khèi l−îng riªng G/cm3
T nc
oC
HÖ sè truyÒn dÉn cal/(cm.s.oC)
nhiÖt
0,058
-
0,137 0,040 0,026 0,053
HÖ sè gi¶n në
nhiÖt x 10e(-6)
§é cøng HRA HRA
8,10
86
6,88 5,73 7,5 8,10 5,12 11,10
84
Zr
83
V
84
Cr
B¶ng 1-8
Nitrit ( + N2 )
Ni t¬
Thµnh phÇn
N %
Ti
Hf
Nb
Ta
22,63 13,31 7,28 21,56 13,10 7,19
5,44 7,35 13,84 6,10 8,41 15,86
2950 2980 2980 2050 2050 2890
Khèi l−îng riªng g/cm3
T nc
oC
HÖ truyÒn dÉn
nhiÖt
cal/(cm.s.oC)
0,046 0,049
0,027 0,009 0,021
HÖ sè gi¶n në
nhiÖt x 10e(-6)
9,35 7,24 6,9 8,10 10,10 3,60
§é cøng HRA HRA
B¶ng 1-9
38,11 23,93 52,44 37,68 23,69 51,93
4,86 8,03 4,66 5,66 9,10 5,00
Si lÝc
Si %
53,98
4,13
Khèi l−îng riªng g/cm3
3
T nc
HÖ sè truyÒn
nhiÖt
oC
1540
0,111
1750 1660 2160 2200 1500 2030
cal/(cm.s.oC)
0,037
0,383 0,397 0,052 0,025
HÖ sè gi¶n në
nhiÖt x 10e(-6)
§é cøng HRA HRA
8,8
81
8,6
11,2 11,7 8,8 10,0
1.6 VËt liÖu bét
VËt liÖu kim lo¹i hîp kim cã thÓ ®−îc chÕ t¹o tõ bét kim lo¹i b»ng ph−¬ng
ph¸p nÊu ch¶y th«ng th−êng hoÆc kÕt hîp Ðp bét kim lo¹i víi thµnh phÇn c¸c nguyªn
tè kh¸c : C, Al2O3, C¸c bÝt, borit, ... ®Ó nhËn ®−îc hîp kim cøng hay kim lo¹i gèm.
B¶ng 1.10 [2]
Lo¹i vËt liÖu
VËt liÖu kÕt cÊu
C¸c cÊu tö chÝnh
Fe, Fe-Cu, Fe-P, Fe - C
Fe-Ni-Cu, Fe-Cu-C
Fe-Ni-Cu-Mo-C
ThÐp kh«ng gØ, Br«ng (Cu+Sn), Lat«ng
(Cu +Zn),...
Ti
Au-Cu
Kim lo¹i vµ hîp kim cã cÊu tróc xÝt chÆt
• Kim lo¹i chÞu nhiÖt
• Kim lo¹i dïng trong kü thuËt h¹t nh©n
• Siªu hîp kim
W, Mo, Ta, Nb, Re
Be, Zr
C¸c hîp kim trªn c¬ së Ni, Co
ThÐp dông cô, thÐp giã
• ThÐp hîp kim
VËt liÖu cã ®é xèp cao
• B¹c xèp tù b«i tr¬n
• TÊm läc
Br«ng ( Cu+Sn+Al,Pb,) thÐp kh«ng gØ,
Cu-Al
Ni-Cr, monel, Ti, Zr, Ag, Ta, ThÐp kh«ng
gØ
VËt liÖu liªn kim lo¹i
Ni - Al
MoSi2
Ti-Al
Co - Mo- Si
Hîp kim cøng ®−îc chÕ t¹o b»ng ph−¬ng ph¸p Ðp vµ thiªu kÕt víi ¸p lùc vµ
nhiÖt ®é thÝch hîp.
Hîp kim cøng cã hai lo¹i : ®Æc vµ xèp ( cã lç rçng). Chóng th−êng ®−îc øng
dông ®Ó chÕ t¹o dông cô c¾t gät, vËt liÖu mñ ®Ëy, vâ bäc, ... NhiÖt ®é lµm viÖc cã thÓ
®¹t 1000 - 2000 oC
Hîp kim cøng cã nhiÒu lo¹i : ( trang 19 - 20 )
• Hîp kim cøng v«nfram (WC)
• Hîp kim cøng
• Hîp kim cøng
W - Ti
Ti-Ta-W
4
B¶ng 1.7 [2] [9]
M¸c hîp kim
Ký hiÖu theo LX vµ C¸c C¸c C¸cbÝt Co
Thµnh phÇn %
γ ( g/cm3)
HRA
>=
σ
theo TCVN
bÝt bÝt
W tanta
n
Titan Coban
(KG/m
m2)
Nhãm WC
BK3M (WCCo3)
97
3
4
6
110
130
120
15-15,3
14,9-15,1 89,5
>=14,75 91,5
91,0
BK4
(WCCo4)
96
91
,9
94
92
90
90
85
82
,9
BK60M
BK6M (WCCo6)
6
8
10
10
15
15
130
140
140
140
155
150
14,8-15,1 90
14,4-15,8 87,5
BK8
(WCCo8)
BK100M
>=14,3
>=14,3
>=13,8
>=13,8
-
BL10M (WCCo10)
BK15M (WCCo15)
BK150M (WCCo15)
88,5
87,0
-
BK25
(WCCo25)
75
25
220
12,9-13,2 82
Nhãm Ti-WC
T15K6 (WCTi15Co6)
79
85
15
6
6
9
110
130
11-11,7
12,3-13,2 88,5
90
T5K10 (WCTiCo10)
NhãmTi-Ta-WC
TT7K12
(WCTTC7Co12)
TT10K8
(WCTTC10Co8)
TT20K9
81 3
82 7
71 12
4
3
8
12
8
170
140
150
13-13,3
13,5-13,8 89
12-13 89
87
9
(WCTTC20Co9)
Chó ý : VËt liÖu ký hiÖu theo TCVN ®−îc ®Æt trong dÊu ngoÆc ®¬n.
1.7 Nhãm vËt liÖu C¸cbon - Nitrit - titan
Khèi l−îng riªng
HRC
Giíi h¹n bÒn uèn
5,6 - 6,2
88 - 93
120 - 180
g/cm3
HRC
KG/mm2.
1.8 Nhãm vËt liÖu C¸cbÝt - cr«m + hîp kim cøng ( page 208 )
Khèi l−îng riªng
HRC
Giíi h¹n bÒn uèn
6,6 - 7,0
80 - 90
40 - 70
g/cm3
HRC
KG/mm2.
5
1.9 Nhãm vËt liÖu kh«ng cã v«nfram
Gåm cã c¸c thµnh phÇn c¸c chÊt nh− sau :
TIC% TiN% 4Ni1Mo Khèi l−îng riªng HRA Giíi h¹n bÒn uèn
THM-20
THM-25
THM30
79% -
74
21%
26
30
32
5,5 g/cm3. 91
115 KG/mm2.
130
140
150
5,7
5,9
5,8
90
89
88
70
KTHM30A 26
42
1.10 VËt liÖu bét mµi vµ dông cô c¾t
B¶ng 1.8
T nc
Lo¹i vËt liÖu
§é cøng Giíi h¹n bÒn
HRA
Knoop
Mpa
=
oC
N/mm2
Kim c−¬ng
Nitrit Bo ( BN)
TiC
SiC
WC
Al2O3
SiO2
8000
7000
7000
2800
1000
5000
3000
1200
1200
3500
5000
3100
3000
2700
2100
1000
800
1540
3100
2400
2780
2050
93
82 - 90
ThÐp ®· t«i (®Ó so s¸nh)
1.11 VËt liÖu siªu cøng. [2]
B¶ng 1.9
VËt liÖu
KL riªng
g/cm3
3,01-3,56
§é cøng
HV
10.000
Giíi h¹n bÒn
MPa
1900-2100
NhiÖt ®é giíi
h¹n cña ®é bÒn
600-850
Kim c−¬ng tù nhiªn
Kim c−¬ng nh©n t¹o
• Lo¹i ®¬n tinh thÓ
• Lo¹i ®a tinh thÓ
Nitri Bo (BN)
3,48-3,54
3,30-4,00
8.600-10.000
8.000-10.000
2000
200-800
850
700
3,44-3,49
3,30-3,40
9.000-9500
7.000-8.000
500
2000-3000
1200
1400
• Lo¹i ®¬n tinh thÓ
• Lo¹i ®a tinh thÓ
VËt liÖu kim c−¬ng tuy cã ®é cøng cao nh−ng bÞ giíi h¹n bëi ®é bÒn nhiÖt (Cã
nhiÖt ®é giíi h¹n cña ®é bÒn thÊp )
VËt liÖu nitrit bo ( BN ) cã ®é cøng cao vµ cã tÝnh bÒn nhiÖt cao nªn thÝch hîp
víi gia c«ng c¬ ( khoan tiÖn, phay, ...
Chó ý :
Cµng t¨ng ®é bÒn vµ ®é cøng vËt liÖu th× vËn tèc c¾t gi¶m ®i . Tèc ®é c¾t gät tû
lÖ nghÞch víi b×nh ph−¬ng giíi h¹n bÒn cña vËt liÖu.
6
Khã kh¨n chñ yÕu khi gia c«ng lµ do :
• Lùc c¾t yªu cÇu ph¶i lín; ®èi víi thÐp bÒn nhiÕt t¨ng 1,5 lÇn; ®èi víi hîp
kim bÒn nhiÖt t¨ng 2 - 2,5 lÇn so víi khi gia c«ng thÐp C45.
• C¸c hîp kim nµy cã tÝnh dÉn nhiÖt kÐm nªn nhiÖt ®é sinh ra t¹i vïng c¾t rÊt
cao
• Khi gia c«ng c¾t c¸c lo¹i thÐp cã ®é bÒn nhiÖt vËn tèc c¾t gi¶m 10 - 20 lÇn so
víi khi gia c«ng thÐp C45 ( Ký hiÖu theo Nga 45 ).
• Gi¸ thµnh bét kim lo¹i th−êng ®¾t h¬n 1,5 - 3,5 lÇn so víi kim lo¹i c¬ b¶n.
Nh−ng víi kim lo¹i chÕ t¹o bét ngay tõ ®Çu th× th−êng cã gi¸ thµnh rÎ h¬n.
Tuy gi¸ ®¾t h¬n nh−ng nã ®−îc bï l¹i do cã hÖ sè sö dông cao víi nh÷ng
tÝnh chÊt ®Æc biÖt.
• Theo c¸c chuyªn gia kinh tÕ ®Ó ®¸nh gi¸ hiÖu qu¶ cña vËt liÖu gèm ng−êi ta
thÊy : Cø cho 1000 tÊn s¶n phÈm th× tiÕt kiÖm ®−îc 1500 - 2000 tÊn kim lo¹i,
v× lÏ ®ã mµ nã gi¶m bít ®−îc 50 ®¬n vÞ m¸y gia c«ng, cïng lóc lµm gi¶m
120.000 giê gia c«ng vµ n¨ng suÊt nãi chung t¨ng lªn 1,5 lÇn.
7
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
C¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng
®iÖn - vËt lý
®iÖn - ho¸
Gia c«ng b»ng
c¸c chïm tia cã
nhiÖt):
Plasma, ®iÖn tö,
tia laser,...
Ph−¬ng ph¸p ®iÖn xãi
mßn (tia löa ®iÖn, xung
®iÖn, tiÕp xóc ®iÖn anèt
- c¬,...
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.
H×nh 2-2
S¬ ®å nguyªn lý gia c«ng b»ng ph−¬ng ph¸p ®iÖn xãi mßn
(®iÖn ¨n mßn) [6]
1- Kªnh dÉn ®iÖn
3- Vïng kim lo¹i bèc h¬i 4 - Vïng kim lo¹i nãng ch¶y
5 - VÕt lâm 6- H¹t kim lo¹i ®· nguéi
2 - Kho¶ng trèng kh«ng khÝ
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
HiÖu ®iÖn thÕ
10-4 ... 10-8 gi©y;
V;
250
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
2
M«i tr−êng lµm viÖc:
1 - Kh«ng khÝ
2 - X¨ng
3
1
3 - DÇu biÕn thÕ
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
7
3
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]
1- Chi tiÕt (anèt),
2- §iÖn cùc ca tèt (Dông cô gia c«ng)
3- C¬ cÊu t¹o rung,
4- 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
C«ng suÊt
KVA
Thêi gian
mét xung
µks
TÇn suÊt
lÆp l¹i
1/s
L−îng t¸ch
kim lo¹i
mm3/ph
VËt liÖu cøng
VËt liÖu
30 - 3
05 - 0,3
10.000 - 100
500 - 2000
50 - 3.000
1.000 - 10.000
30.000 - 100
200 - 30
trung b×nh
VËt liÖu mÒm
< 1
< 20
> 3.000
< 30
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 )
5 A
0,08
0,09
10A
0,12
0,12
30 A
0,1`2
-
50 A
100 A
0,17
-
300 A
C45
C45
-
-
( Tr¹ng th¸i rÌn )
C45
TT T«i HRC48
CD 80A
T«i, HRC 48
Gang GX 15 - 32
0,08
0,07
0,12
0,14
0,15
-
0,17
0,17
0,19
0,18
0,25
0,36
-
-
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
I ng¾n m¹ch Tn m <=
§iÖn dung
L−îng kim lo¹i ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc :
V
1
A
C
<= 0,03 mkF
2/3
Q = 0,022 . C2/3.U3/2.I nm
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
4 - HÖ thèng quang häc
6 - Mµn ¶nh chÐp h×nh
D©y ®iÖn cùc cã
2 - D©y ®iÖn cùc
3 - §å g¸
5 - Bµn ®iÒu khiÓn to¹ ®é
7 - §Ìn chiÕu s¸ng(C¶m biÕn)
d = 0,25 - 0,04
± 3 µkm
300 - 500
mm
Sai sè bµn to¹ ®é
C«ng suÊt yªu cÇu
W
ThiÕt bÞ nµy dïng ®Ó c¾t nh÷ng lç , vßng bªn trong khÐp kÝn; cã thÓ gia
1/ 3 1/ 2 1/ 2
c«ng mÆt ngoµi. Tèc ®é c¾t :
V = k.C U
I
n.m.
Trong ®è K - hÖ sè §ång(Cu)
W
K = 1,9
Mo
K = 1,4
K = 0,66
Hîp kim cøng K = 0,84
Víi - 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
N¨ng suÊt t¨ng vµ ®¹t tõ
3 - 5 lÇn
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
W
N¨ng l−îng c¸c xung ( J )
s
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
0,16 - 0,32
T−¬ng ®−¬ng Ra (µm)
Tèc ®é cña ®Üa quay
1,25 - 0,63
khi mµi
0,32 - 0,63
30 - 40 m/s
15 - 20 m/s
:
Khi phay
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
a/
b/
H×nh 2 - 8 S¬ ®å nguyªn lý mµi c¾t [6] trang 66
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"
3 - §iÖn cùc anèt "Chi tiÕt ";
2 - Dung dÞch ®iÖn ph©n;
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
ChÕ ®é gia c«ng anèt - c¬ häc
B¶ng 2- 4 [8] trang 251
Nguyªn c«ng
U
MËt ®é
dßng J
¸p lùc
riªng lªn dông cô
dông cô
VËn tèc Q L−îng kim
CÊp
®é
bãng
D¹ng gia
c«ng
lo¹i ®· c¾t
3
mm /ph
2
2
V
m/s
A/cm
KG/cm
C¾t thÐp b»ng
®Üa
C¾t HK cøng
b»ng ®Üa
Xäc
20 -28
12-18
70-500
40-150
0,5-2,0
0,5-1,0
10-25
20-25
2000-6000
1000-2000
2-4
3-5
Th«
-/-
-/-
-/-
-/-
Tinh
-/-
19-25
16-20
18-22
14-16
4-5
5-15
8-15
15-25
3-7
0,5-1,0
0,5-1,0
0,1-10
0,5-2
0,5-1,5
0,2-1,5
0,5-1,5
0,5-5
0,5-2
20-30
12-20
20-30
0,5-1,0
30
50-250
10-30
120-200
2-15
2-3
2-6
0,5-20
4-6
6-7
4-6
8-10
10-12
9-11
9-11
Mµi
Mµi dông cô
§¸nh bãng
Mµi rµ
Mµi nghiÒn
Mµi kh«n
10-20
3-20
1,0-1,5
0,25-5
-/-
-/-
0,5-1,1
2.5 Ph−¬ng ph¸p gia c«ng b»ng siªu ©m : hµn, mµi - c¾t, lµm s¹ch...
Sãng siªu ©m cßn øng dông ®Ó thay ®æi tæ chøc kim lo¹i trong qu¸ tr×nh kÕt
tinh. Siªu ©m th−êng ®−îc øng dông cho gia c«ng c¸c vËt liÖu cøng, dßn. Kim lo¹i
mµu Ýt ®−îc øng dông ph−¬ng ph¸p nµy ®Ó gia c«ng.-
1
3
4
H×nh 2-9 S¬ ®å nguyªn lý hµn ®iÓm b»ng siªu ©m
1- Bé phËn t¹o ra dao ®éng siªu ©m, 2- Bé truyÒn dao ®éng siªu ©m,
3- Thanh ®ì (®iÓm tùa)
7- Nguån ®iÖn cao tÇn,
4 §iÖn cùc 5 VËt hµn, 6 C¬ cÊu Ðp chi tiÕt
8 N−íc lµm m¸t
18
a
b/
a/
H×nh 2-10 S¬ ®å gia c«ng b»ng siªu ©m [8] [6]
a/ Gia c«ng c¾t ; b/ Lµm s¹ch b»ng siªu ©m
2.6 Ph−¬ng ph¸p gia c«ng b»ng ®iÖn ho¸ + bét mµi
b /
a /
H×nh 2-11S¬ ®å gia c«ng ®¸nh bãng c¸nh tuèc bin b»ng ®iÖn ho¸ vµ bét mµi [6]
a/ C¸c ®iÖn cùc ®øng yªn, chÊt ®iÖn ph©n (bét mµi) chuyÓn ®éng; ;
b/ Chi tiÕt ®øng yªn, c¸c ®iÖn cùc chuyÓn ®éng theo chiÒu mòi tªn.
2.7 Ph−¬ng ph¸p gia c«ng b»ng hå quang plasma
Hå quang plasma lµ dßng chuyÓn ®éng c¸c c¸c phÇn tö bÞ ion ho¸ víi trö n¨ng
lín vÒ nhiÖt. Plasma lµ tr¹ng th¸i mµ vËt chÊt tån t¹i ë tr¹ng th¸i c¸c phÇn tö mang
®iÖn ( ion ©m, ion d−¬ng vµ c¸c ®iÖn tö). Chïm tia plasma lµ mét nguån nhiÖt tËp
19
trung , nhiÖt ®é cã thÓ ®¹t 20.000oC. Dßng plasma cã thÓ lµm nãng ch¶y c¸c lo¹i
vËt liÖu kim lo¹i : thÐp, hîp kim cøng,...
Hå quang plasma ®−îc øng dông ®Ó gia c«ng c¾t, hµn ®Êp, phun ®Êp kim lo¹i ;
®Æc biÖt lµ ®èi víi kim lo¹i khã ch¶y vµ bÊt cø c¸c vËt liÖu cøng kh¸c. Sö dông
plasma ®Ó gia c«ng c¾t gät, lµm s¹ch bÒ mÆt; nung nãng khi hµn v¶y vµ nhiÖt luyÖn
kim lo¹i.
S¬ ®å nguyªn lý phun b»ng hå quang plasma
§Ó t¹o nªn dßng c¸c ion ng−êi ta sö dông sù phãng ®iÖn víi kho¶ng c¸ch
lín gi÷a hai ®iÖn cùc. Hå quang sÏ ch¸y trong mét r·nh trô kÝn c¸ch ®iÖn víi ®iÖn
cùc vµ ®Çu má phun , ®ång thêi nã ®−îc lµm nguéi m·nh liÖt vµ bÞ Ðp bëi ¸p lùc
cña dßng khÝ nÐn (khÝ tr¬). Nhê cã hÖ thèng nh− vËy mµ nhiÖt ®é cã thÓ t¨ng lªn
10.000 - 20.000 oC.
1
a /
20
Tải về để xem bản đầy đủ
87 trang
21100
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Công nghệ laser", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_cong_nghe_laser.pdf
