Giáo trình Phương pháp gia công đặc biệt - Đinh Văn Đệ
PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT
LÔØI NOÙI ÑAÀU
PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT laø moân khoa
hoïc chuyeân ngaønh cô khí cheá taïo maùy.
Phöông phaùp naøy ra ñôøi nhaèm thay theá giaûi quyeát cho caùc
phöông phaùp gia coâng coå ñieån nhö : Tieän, Phay, Baøo, Khoan,
Khoeùt, Doa, Maøi, Xoïc, Chuoát, . . . Vì gia coâng coå ñieån gia coâng
khoâng ñöôïc hoaëc gia coâng khoâng ñaït hieäu quaû kinh teá – kyõ
thuaät ñoái vôùi vaät lieäu môùi, do vaät lieäu môùi coù ñaëc ñieåm : Ñoä
cöùng vaø ñoä beàn cao, Khaû naêng chòu vaø choáng maøi moøn cao,
chòu ñöïng toát trong moâi tröôøng hoaù chaát, . . .
PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT coù khaû naêng
gia coâng taát caû vaät lieäu môùi vôùi baát kyø cô tính naøo, gia coâng
haàu haàu heát caùc chi tieát phöùc taïp, tieát kieäm ñöôïc nguyeân vaät
lieäu, ñaït ñoä chính xaùc cao vaø hoaøn toaøn cô khí hoaù, töï ñoäng
hoaù.
PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT ñöôïc xaây
döïng töôøng minh veà cô sôû lyù thuyeát, nguyeân lyù laøm vieäc, khaû
naêng coâng ngheä, ñaëc ñieåm kyõ thuaät, khaû naêng öùng duïng, . . .
cuûa caùc phöông phaùp gia coâng môùi, taïo ñieàu kieän thuaän lôïi cho
ñoïc giaû quy hoaïch ôû thöïc tieãn saûn xuaát.
Quyeån saùch PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT
ñöôïc hoaøn thaønh sau nhieàu naêm tham khaûo, nghieân cöùu vaø
giaûng daïy ôû Ñaïi hoïc Coâng Nghieäp TP.HCM. Ngoaøi chöùc
naêng giaùo khoa cho caùc heä Ñaïi hoïc, quyeån saùch coøn laø taøi lieäu
nghieân cöùu cho caùc Kyõ sö, hoïc vieân Cao hoïc vaø caùn boä kyõ
thuaät trong ngaønh cheá taïo maùy.
Trang
- 1 -
PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT
Taùc giaû xin chaân thaønh caûm ôn :
Ban Giaùm Hieäu tröôøng Ñaïi hoïc Coâng Nghieäp
TP.HCM
Ban chuû nhieäm Khoa Cô Khí cuøng ñoàng nghieäp luoân
ñoäng vieân, giuùp ñôõ vaø taïo moïi ñieàu kieän thuaän lôïi cho Taùc giaû
hoaøn thaønh nhieäm vuï.
Ñaëc bieät xin caûm ôn KS.Ñoaøn Buøi Minh Theá ñaõ tham
gia soaïn baûn thaûo.
Duø raát coá gaéng vaø caån thaän nhöng do ñieàu kieän khaùch
quan vaø chuû quan neân khoù traùnh khoûi sai soùt. Taùc giaû mong
nhaän ñöôïc yù kieán ñoùng goùp xaây döïng cuûa ñoàng nghieäp vaø baïn
ñoïc.
Moïi yù kieán xin gôûi veà :
Boä moân Cheá taïo maùy – Khoa Cô Khí – Tröôøng Ñaïi
hoïc Coâng Nghieäp TP.HCM. 12 – Nguyeãn Vaên Baûo – Phöôøng
4 – Quaän Goø Vaáp –TP.HCM. Soá ñieän thoaïi : (08).9850875
Taùc giaû
ÑINH VAÊN ÑEÄ
Trang
- 2 -
PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT
MUÏC LUÏC
Chöông 1 :
TOÅNG QUAN VEÀ CAÙC PHÖÔNG PHAÙP
GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT
I. Nhu caàu veà caùc phöông phaùp gia coâng ñaëc bieät ...............07
II. Phaân loaïi caùc phöông phaùp gia coâng ñaëc bieät .................09
III. Ñaëc tröng cuûa caùc phöông phaùp gia coâng ñaëc bieät ........10
IV. Tính öu vieät cuûa phöông phaùp gia coâng ñaëc bieät ...........13
Chöông 2 :
CAÙC PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG CÔ
A . Gia coâng sieâu aâm
I. Khaùi nieäm .........................................................................14
II. Nguyeân lyù gia coâng .........................................................14
III. Cô sôû lyù thuyeát cuûa gia coâng sieâu aâm ............................18
IV. Thieát bò vaø duïng cuï ........................................................26
V. Caùc thoâng soá coâng ngheä ..................................................30
VI. Moät soá coâng ngheä gia coâng baèng sieâu aâm
1) Khoan - Khoeùt - Doa baèng sieâu aâm .............................37
2) Maøi - Caét - Xeû raõnh baèng sieâu aâm ...............................42
VII. Ñaëc ñeåm - phaïm vi öùng duïng .......................................46
B. Gia coâng tia nöôùc vaø gia coâng tia nöôùc coù haït maøi
I. Khaùi nieäm .........................................................................50
II. Nguyeân lyù gia coâng .........................................................51
III. Cô sôû lyù thuyeát ...............................................................53
IV. Thieát bò vaø duïng cuï ........................................................58
V. Caùc thoâng soá coâng ngheä ..................................................77
VI. Öu ñieåm vaø phaïm vi öùng duïng ......................................95
Trang
- 3 -
PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT
C. Gia coâng doøng haït maøi
I. Khaùi nieäm ....................................................................... 100
II. Nguyeân lyù gia coâng ....................................................... 100
III. Moät soá thoâng soá coâng ngheä .......................................... 101
IV. Phaïm vi öùng duïng ........................................................ 101
Chöông 3 :
CAÙC PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG HOÙA
I. Nguyeân lyù gia coâng ........................................................ 102
II. Caùc phöông phaùp coâng ngheä
vaø khaû naêng coâng ngheä ....................... 102
III. Caùc phöông phaùp gia coâng hoùa
1) Phay hoùa .................................................................... 106
2) Taïo phoâi hoùa .............................................................. 107
3) Khaéc hoùa ................................................................... 109
4) Gia coâng quang hoùa ................................................... 109
Chöông 4 :
CAÙC PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑIEÄN HOÙA
I. Khaùi nieäm ....................................................................... 111
II. Nguyeân lyù gia coâng ....................................................... 111
III. Cô sôû lyù thuyeát ............................................................. 113
IV. Maùy vaø duïng cuï gia coâng ............................................ 114
V. Caùc thoâng soá coâng ngheä ................................................ 116
VI. Phaïm vi öùng duïng ........................................................ 121
VII. Caùc phöông phaùp gia coâng ñieän hoùa
1) Maøi ñieän hoùa ............................................................. 122
2) Ñaùnh boùng ñieän hoùa .................................................. 128
3) Gia coâng loã ñieän hoùa ................................................. 134
4) Laøm saïch bavia baèng ñieän hoùa .................................. 136
Trang
- 4 -
PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT
Chöông 5 :
CAÙC PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG NHIEÄT
A. Phöông phaùp gia coâng tia löûa ñieän
I. Khaùi nieäm ....................................................................... 138
II. Cô sôû lyù thuyeát .............................................................. 138
III. Nguyeân lyù gia coâng ...................................................... 142
IV. Duïng cuï vaø thieát bò ...................................................... 144
V. Caùc thoâng soá coâng ngheä ................................................ 167
VI. Phoøng chaùy vaø phoøng hoä lao ñoäng
trong gia coâng tia löûa ñieän ...................... 188
VII. Caùc öùng duïng cuûa gia coâng tia löûa ñieän ..................... 188
VIII. Ñaëc ñieåm vaø phaïm vi öùng duïng ................................ 195
B. Phöông phaùp gia coâng caét daây tia löûa ñieän
I. Khaùi nieäm ....................................................................... 199
II. Nguyeân lyù gia coâng ....................................................... 199
III. Duïng cuï vaø thieát bò ...................................................... 201
IV. Caùc thoâng soá coâng ngheä .............................................. 206
V. Öu - Nhöôïc ñieåm vaø phaïm vi öùng duïng ........................ 206
C. Phöông phaùp gia coâng chuøm tia ñieän töû
I. Khaùi nieäm ....................................................................... 208
II. Nguyeân lyù gia coâng ....................................................... 209
III. Cô sôû lyù thuyeát ............................................................. 212
IV. Duïng cuï vaø thieát bò ...................................................... 213
V. Caùc thoâng soá coâng ngheä ................................................ 216
VI. Phaïm vi öùng duïng vaø höôùng phaùt trieån ........................ 218
VII. Öu - Nhöôïc ñieåm ........................................................ 219
D. Phöông phaùp gia coâng chuøm tia laser
I. Khaùi nieäm ....................................................................... 221
II. Nguyeân lyù gia coâng ....................................................... 222
Trang
- 5 -
PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT
III. Cô sôû cuûa phöông phaùp gia coâng
baèng chuøm tia laser.............................. 224
IV. Duïng cuï vaø thieát bò gia coâng ........................................ 227
V. Caùc thoâng soá coâng ngheä ................................................ 230
VI. Öu - Nhöôïc ñieåm - Phaïm vi öùng duïng
vaø phöông phaùp phaùt trieån................... 233
E. Phöông phaùp caét hoà quang
I. Khaùi nieäm cô baûn ........................................................... 237
II. Nguyeân lyù gia coâng ....................................................... 237
III. Duïng cuï vaø thieát bò gia coâng ........................................ 238
IV. Caùc thoâng soá coâng ngheä .............................................. 240
V. Phaïm vi öùng duïng ......................................................... 241
Trang
- 6 -
PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT
Chöông 1
TOÅNG QUAN VEÀ CAÙC PHÖÔNG PHAÙP
GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT
Muïc tieâu : Sau khi hoïc nghieân cöùu xong chöông naøy, ngöôøi
nghieân cöùu coù khaû naêng sau
- Hieåu nhu caàu veà phöông phaùp gia coâng ñaëc bieät.
- Phaân loaïi caùc phöông phaùp gia coâng.
- Bieát ñöôïc ñaëc tröng caùc phöông phaùp gia coâng ñaëc bieät.
- Hieåu bieát tính öu vieät cuûa phöông phaùp gia coâng ñaëc
bieät.
I. Nhu caàu veà caùc phöông phaùp gia coâng ñaëc bieät :
- Caùc phöông phaùp gia coâng truyeàn thoáng, ví duï nhö : tieän,
phay, baøo, khoan, khoeùt doa, . . . duøng duïng cuï caét ñeå taùch
phoi ra khoûi beà maët gia coâng nhôø bieán daïng phaù huûy (löôõi caét
cuûa duïng cuï caét coù hình daùng hình hoïc xaùc ñònh hoaëc coù hình
daùng hình hoïc khoâng xaùc ñònh). Ngoaøi caùc phöông phaùp gia
coâng truyeàn thoáng naøy, coù moät hoï caùc phöông phaùp gia coâng
söû duïng nhöõng cô cheá khaùc ñeå taùch phoi trong suoát qua trình
gia coâng. Thuaät ngöõ “Gia coâng ñaëc bieät” lieân quan ñeán nhoùm
caùc phöông phaùp gia coâng taùch löôïng dö baèng kyõ thuaät khaùc,
söû duïng naêng löôïng cô, ñieän, nhieät, hoùa, hoaëc keát hôïp caùc
daïng naêng löôïng naøy. Ñaëc bieät, nhöõng phöông phaùp naøy khoâng
söû duïng dao caét khi gia coâng thoâng thöôøng.
- Caùc phöông phaùp gia coâng ñaëc bieät ñöôïc söû duïng roäng raõi
töø sau theá chieán thöù hai nhaèm ñaùp öùng nhöõng daïng gia coâng
Trang
- 7 -
PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT
ñaëc bieät vaø môùi maø caùc phöông phaùp gia coâng truyeàn thoáng
khoâng theå giaûi quyeát ñöôïc.
- Nhöõng nhu caàu vaø taàm quan troïng veà maët thöông maïi laãn
coâng ngheä cuûa caùc phöông phaùp gia coâng ñaëc bieät bao goàm :
+ Nhu caàu gia coâng nhöõng vaät lieäu kim loaïi hay phi kim
loaïi môùi phaùt trieån. Nhöõng vaät lieäu môùi naøy thöôøng coù caùc tính
chaát ñaëc bieät nhö söùc beàn, ñoä cöùng vaø ñoä deûo cao, raát khoù gia
coâng baèng nhöõng phöông phaùp caét goït thoâng thöôøng.
+ Nhu caàu gia coâng nhöõng chi tieát hình hoïc phöùc taïp, baát
bình thöôøng, khoù hoaëc khoâng theå gia coâng baèng phöông phaùp
truyeàn thoáng.
+ Nhu caàu traùnh laøm hoûng beà maët cuûa chi tieát do söï xuaát
hieän cuûa caùc öùng suaát phaùt sinh trong gia coâng truyeàn thoáng.
- Trong caùc thieát bò bay, ngöôøi ta thöôøng söû duïng vaät lieäu coù
ñoä beàn cao. Trong soá ñoù, coù theå keå tôùi laø : hôïp kim Titan, caùc
loaïi theùp ñoä beàn cao vaø sieâu beàn, caùc loaïi vaät lieäu phi kim loaïi
(Composite, sôïi thuûy tinh, . . .). Caùc hôïp kim Titan coù cuøng ñoä
beàn vôùi theùp hôïp kim duøng trong cheá taïo maùy nhöng khoái
löôïng rieâng chæ baèng moät nöûa, ñoàng thôøi coù tuoåi thoï choáng aên
moøn cao trong haàu heát caùc moâi tröôøng khaéc nghieät. Gia coâng
caét goït caùc chi tieát laøm baèng nhöõng kim loaïi môùi laø raát khoù
khaên vaø trong moät soá tröôøng hôïp laø khoâng theå ñöôïc. Vì lyù do
ñoù khi thieát keá maùy môùi, ñoâi khi ngöôøi ta söû duïng vaät lieäu coù
tính chaát söû duïng chöa phaûi laø hoaøn thieän nhö mong muoán
nhöng laïi coù tính chaát coâng ngheä ñaït yeâu caàu. Ñieàu naøy laøm
giaûm ñi caùc ñaëc tính laøm vieäc vaø ñaëc tröng chaát löôïng cuûa
maùy. Vì vaäy treân theá giôùi hieän nay, töông öùng vôùi caùc vaät lieäu
môùi ñöôïc phaùt minh, ngöôøi ta phaûi tích cöïc tìm kieám caùc
phöông phaùp gia coâng môùi ñeå gia coâng nhöõng vaät lieäu naøy.
Trang
- 8 -
PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT
1. Theùp 45
2. Theùp 2Cr13
3. Theùp Cr18Ni9Ti
4. Theùp EI 395
5. Theùp 4Cr12Ni8
6. Theùp EI 376
7. Theùp EI 827
8. Hôïp kim EI 867
9. Theùp Jsi 6-Co
a)
b)
Hình 1.1 :
Moái quan heä töông hoã giöõa caùc tính chaát cô-lyù cuûa vaät lieäu
beàn noùng (a) vaø coù ñoä beàn cao (b) vôùi khaû naêng gia coâng
baèng caét
II. Phaân loaïi caùc phöông phaùp gia coâng ñaëc bieät :
Caùc phöông phaùp gia coâng ñaëc bieät ñöôïc phaân loaïi döïa treân
naêng löôïng chuû yeáu ñöa vaøo vuøng gia coâng. Do ñoù ñöôïc chia
laøm 4 nhoùm chính : CÔ - ÑIEÄN - NHIEÄT - HOÙA.
1. Nhoùm cô :
Naêng löôïng cô ôû ñaây coù daïng khaùc vôùi taùc ñoäng cuûa moät
duïng cuï caét thoâng thöôøng ñöôïc söû duïng trong caùc phöông phaùp
gia coâng truyeàn thoáng. Söï maøi moøn vaät lieäu cuûa chi tieát gia
coâng baèng doøng haït maøi hay doøng löu chaát (hoaëc keát hôïp caû
hai) chuyeån ñoäng vôùi vaän toác cao laø moät daïng taùc ñoäng cô ñieån
hình cuûa phöông phaùp gia coâng naøy.
Trang
- 9 -
PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT
2. Nhoùm ñieän :
Nhöõng phöông phaùp thuoäc nhoùm naøy söû duïng naêng löôïng
ñieän hoùa ñeå taùch boùc vaät lieäu, cô cheá ngöôïc laïi vôùi quaù trình
maï ñieän.
3. Nhoùm nhieät :
Phöông phaùp naøy duøng naêng löôïng nhieät taùc duïng vaøo
nhöõng beà maët laøm vieäc vôùi dieän tích tieáp xuùc nhoû laøm cho lôùp
vaät lieäu naøy bò taùch ra baèng caùch noùng chaûy hoaëc bay hôi.
4. Nhoùm hoùa :
Haàu heát caùc vaät lieäu (ñaëc bieät laø kim loaïi) ñeàu deã bò taùc
ñoäng hoùa hoïc bôûi moät vaøi chaát axít hoaëc chaát aên moøn naøo ñoù.
Trong gia coâng hoùa, ngöôøi ta söû duïng söï aên moøn ñoù ñeå boùc
taùch lôùp vaät lieäu ôû moät vuøng nhoû treân beà maët chi tieát, trong khi
nhöõng beà maët khaùc khoâng gia coâng thì ñöôïc baûo veä.
III. Ñaëc tröng cuûa caùc phöông phaùp gia coâng ñaëc
bieät :
- Baûng döôùi ñaây neâu leân moät soá toùm taét cuûa caùc phöông
phaùp gia coâng ñaëc bieät. Khi khaûo saùt nhöõng baûng naøy ta caàn
nhaéc laïi thoâng soá cuûa phöông phaùp tieän truyeàn thoáng : Ñoä
nhaùm beà maët ñaït töø 0,81÷6,1 μm, toác ñoä boùc vaät lieäu töø
2,73÷1,6 m3/s, toác ñoä voøng töø 100÷1000 voøng/phuùt, ñoä chính
xaùc coù theå ñaït ñöôïc töø 0,05÷0,08 mm.
- Ñaëc tröng cuûa phöông phaùp gia coâng ñaëc bieät laø coù naêng
suaát boùc kim loaïi thaáp so vôùi gia coâng caét goït, coù coâng suaát
rieâng raát cao, ñaït ñoä chính xaùc gia coâng cao ôû nhöõng toác ñoä gia
coâng thaáp, vaø thöôøng thì ít laøm hoûng beà maët vaät lieäu hôn so vôùi
phöông phaùp gia coâng truyeàn thoáng.
Trang
- 10 -
PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT
Baûng 1.1 : Phöông phaùp gia coâng ñaëc bieät baèng phöông phaùp
cô.
Coâng Vaän toác gia
Naêng suaát
boùc kim
loaïi
Ñoä
chính
xaùc
Ñoä nhaùm
beà maët
(:m)
suaát
coâng hay
Phöông phaùp
rieâng
vaän toác
(HP/cm3. thaâm nhaäp
(dm3/ph)
(mm)
ph)
(mm/ph)
Gia coâng doøng
haït maøi
0,025 ÷
0,1524
0,76÷7,6
Thaáp
Thaáp
Gia coâng baèng
tia nöôùc
Gia coâng tia
nöôùc coù haït maøi
Gia coâng baèng
sieâu aâm
Phuï thuoäc
vaät lieäu
0,4÷1,8 Raát thaáp
1,25÷1,9 1,6 . 103
0,0127
0,12
15÷2540
0,5÷3,8
0,4÷1,6
0,8 . 103
12,2
Baûng 1.2 : Phöông phaùp gia coâng ñaëc bieät baèng phöông phaùp
ñieän hoùa.
Coâng Vaän toác gia
Ñoä
Naêng suaát
boùc kim loaïi
(dm3/ph)
suaát
coâng hay
vaän toác
nhaùm
beà maët
(:m)
Phöông
phaùp
Ñoä chính
xaùc (mm)
rieâng
(HP/cm3. thaâm nhaäp
ph)
(mm/ph)
0,001 (W,Mo)
0,0026 (Cl)
0,002(theùp,Al)
0,01 (Cu)
Gia coâng
ñieän hoùa
0,0254 ÷
0,1254
0,4÷1,8
500
2,54÷12,7
0,00016 (Cl)
0,002 (Al)
0,0042 (Cu)
0,0021 (Fe,Ti)
Gia coâng
maøi ñieän 0,2÷0,8
0,0127 ÷
0,1524
1,5÷3,05
hoùa
Laøm saïch
bavia baèng 0,4÷1,6
ñieän hoùa
0,0254 hay
1,5÷3,05 5% ñöôøng
kính loã
Trang
- 11 -
PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT
Baûng 1.3 : Phöông phaùp gia coâng ñaëc bieät baèng phöông phaùp
nhieät.
Coâng
suaát
Vaän toác gia
coâng hay
vaän toác
Ñoä
Naêng suaát
boùc kim
loaïi
nhaùm
beà maët
(:m)
Phöông
phaùp
Ñoä chính
xaùc (mm)
rieâng
(HP/cm3. thaâm nhaäp
(dm3/ph)
ph)
(mm/ph)
Gia coâng
baèng tia löûa 0,8÷2,6
ñieän
2,5
12,7
0,004÷0,05
0,12
Gia coâng caét
daây tia löûa 0,8÷1,6
ñieän
Gia coâng
baèng chuøm 0,8÷6,3
ñieän töû
(0,16÷0,5)
10-2
0,0025 ÷
0,005
2,5
609
100÷254
152
0,005 ÷
0,025
0,8.103
0,5.103
Gia coâng
0,0127 ÷
0,013
baèng tia
0,8÷6,3
3658
2,54÷101
Laser
Gia coâng
baèng doøng hoà
quang
0,6÷12,5
0,16
1,25
2,54÷304
0,5÷3,4
Plasma
Baûng 1.4 : Phöông phaùp gia coâng ñaëc bieät baèng phöông phaùp
hoùa.
Ñoä
boùng suaát boùc
Naêng
Vaän toác gia
coâng hay vaän
toác thaâm nhaäp
(mm/ph)
Coâng suaát
rieâng
Ñoä chính
xaùc
(mm)
Phöông
phaùp
beà maët
kim loaïi
(HP/cm3.ph)
(dm3/ph)
(:m)
Gia coâng
hoùa
Gia coâng
0,025 ÷
0,15
0,025 ÷
0,05
Naêng löôïng
hoùa
537)2150
(A/m2) coâng
suaát 1 chieàu
1,6÷6,3
0,5
0,5
0,025÷0,05
1,6 ÷
0,01÷0,05
quang hoùa 6,35
Trang
- 12 -
PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT
IV. Tính öu vieät cuûa caùc phöông phaùp gia coâng ñaëc
bieät :
So vôùi nhöõng phöông phaùp caét goït thoâng thöôøng, caùc phöông
phaùp gia coâng ñaëc bieät coù nhöõng ñaëc tính öu vieät sau ñaây :
1. Coù khaû naêng gia coâng taát caû caùc loaïi vaät lieäu vôùi baát kyø
tính chaát cô lyù naøo vì chuùng khoâng aûnh höôûng nhieàu ñeán naêng
suaát vaø chaát löôïng.
Ñaây laø ñieåm noåi baät nhaát.
2. Khoâng caàn söû duïng caùc duïng cuï chuyeân duøng hoaëc caùc
vaät lieäu maøi (tröø phöông phaùp cô ñieän hoùa).
3. Tieát kieäm raát lôùn nguyeân vaät lieäu : nhaát laø khi gia coâng
ñaù quyù nhö hoàng ngoïc, kim cöông, thaïch anh vaø caùc loaïi vaät
lieäu ñôn tinh theå duøng trong coâng ngheä cheá taïo transitor.
4. Ñaït ñoä chính xaùc gia coâng cao : coù theå gia coâng caùc loã
cöïc nhoû hoaëc caùc loã ñoøi hoûi ñoä chính xaùc cao töø 2÷5 μm, gia
coâng caùc oáng daãn cuûa heä thoáng thuûy löïc yeâu caàu khoâng coù
bavia hoaëc veát xöôùc ôû caùc khôùp noái.
5. Coù theå gia coâng töøng choã treân moät chi tieát raát lôùn
6. Coù khaû naêng hoaøn toaøn cô khí hoùa vaø töï ñoäng hoùa, naêng
suaát cao.
Ñieåm qua caùc ñaëc tính öu vieät keå treân, ta thaáy trieån voïng
cuûa caùc phöông phaùp gia coâng ñaëc bieät raát to lôùn. Hieän nay ôû
caùc nöôùc coâng nghieäp tieân tieán ñaõ cheá taïo nhieàu loaïi maùy
chuyeân duøng cho töøng phöông phaùp gia coâng vaø ñaõ söû duïng
roäng raõi trong ngaønh cheá taïo maùy.
Trang
- 13 -
PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT
Chöông 2
CAÙC PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG CÔ
A - PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG BAÈNG
SIEÂU AÂM :
( Ultralsonic Machining - USM )
Muïc tieâu : Sau khi hoïc nghieân cöùu xong chöông naøy, ngöôøi
nghieân cöùu coù khaû naêng sau
- Hieåu khaùi nieäm gia coâng baèng sieâu aâm.
- Hieåu, bieát nguyeân lyù gia coâng baèng sieâu aâm.
- Töôøng minh veà cô sôû lyù thuyeát gia coâng baèng sieâu aâm.
- Bieát töôøng taän caùc thoâng soá coâng ngheä.
- Töôøng minh moät soá coâng ngheä gia coâng baèng sieâu aâm.
I. Khaùi nieäm :
- Gia coâng baèng sieâu aâm laø truyeàn dao ñoäng vaøo vuøng caét
döôùi taàn soá sieâu aâm. Dao ñoäng naøy va ñaäp vaøo haït maøi, haït
maøi va ñaäp vaøo vuøng caét taïo neân beà maët caàn gia coâng.
- Sieâu aâm laø soùng ñaøn hoài coù taàn soá töø 20 kHz ÷ 1 GHz,
nhöng duøng ñeå gia coâng chæ vôùi taàn soá töø 15÷30 kHz. Maùy sieâu
aâm duøng ñeå gia coâng caùc chi tieát cheá taïo töø vaät lieäu cöùng vaø
doøn nhö thuûy tinh, goám söù, ñaù, germani, hôïp kim cöùng, kim
cöông .v.v.
II. Nguyeân lyù gia coâng :
- Gia coâng baèng sieâu aâm caùc vaät theå raén chuû yeáu laø öùng
duïng taùn saéc cuûa sieâu aâm.
Trang
- 14 -
PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT
- Gia coâng baèng sieâu aâm caùc vaät theå raén thöïc chaát laø öùùng
duïng söï coï saùt cô hoïc cuûa moâi tröôøng hai pha ñeå taïo neân taùc
duïng gia coâng.
- Giaû thieát trong moät moâi tröôøng chaát loûng toàn taïi chaát raén
coù sôïi xoáp. Döôùi taùc duïng cuûa soùng sieâu aâm coù taàn soá trung
bình, caùc phaân töû cuûa chaát loûng chuyeån ñoäng theo ñuùng chuyeån
ñoäng cuûa aâm tröôøng, coøn phaân töû chaát sôïi thì ñöùng yeân. Sau ñoù
do taùc duïng coï saùt cuûa chaát loûng, coù nhöõng phaân töû nhoû rôi
ruïng töø caùc sôïi vaät theå raén. Ngöôøi ta coù theå taêng cöôøng taùc
duïng ñoù baèng caùch raéc theâm vaøo boät thaïch anh mòn nhö laø moät
pha thöù ba. Caùc boät thaïch anh cöùng, saéc caïnh, lô löûng seõ
chuyeån ñoäng theo aâm tröôøng, vaø chaát loûng vôùi möùc ñoä chuyeån
ñoäng nhieàu hay ít töông öùng vôùi kích thöôùc cuûa chuùng. Trong
quaù trình chuyeån ñoäng, chuùng goït giuõa vaät theå raén.
Hình 2.1 :
Nguyeân lyù gia coâng
- Nguyeân lyù gia coâng moät caùch toång quaùt :
. Dao ñoäng coù taàn soá töø 18-30 kHz ñöôïc maùy phaùt sieâu aâm
(6) truyeàn ñeán boä bieán töø (5). Taïi ñaây dao ñoäng bieán thaønh dao
Trang
- 15 -
PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT
ñoäng cô hoïc, coù cuøng taàn soá, coøn bieân ñoä dao ñoäng trong
khoaûng 5÷10 μm, ñeå coù theå nhaän ñöôïc bieân ñoä dao ñoäng caàn
thieát cho vieäc gia coâng 30÷80 μm caàn phaûi coù thanh truyeàn (4)
ñaët sau boä bieán töø (5).
. Duïng cuï (3) coù hình daïng theo yeâu caàu gia coâng ñuôïc
laép vaøo ñaàu cuûa thanh truyeàn (4). Dung dòch haït maøi (7) ñöôïc
ñöa vaøo vuøng gia coâng ôû phía ñaàu duïng cuï. Toång hôïp chuyeån
ñoäng (2) ñöôïc gaù ñaët treân baøn maùy (1) baøn maùy coù theå chuyeån
ñoäng theo hai phöông thaúng ñöùng do ñaàu maùy thöïc hieän.
. Khi chi tieát gia coâng coá ñònh thì coù theå gia coâng ñöôïc loã
thoâng hoaëc loã khoâng thoâng, loã ñònh hình hoaëc cong, caét raõnh,
caét ñöùt . . . neáu cung caáp cho phoâi hoaëc dung dòch theâm moät
chuyeån ñoäng phuï thì coù theå thöïc hieän ñöôïc caùc nguyeân coâng
phay, maøi, tieän, caét ñöùt, caét rieâng.
- Ñeå gia coâng baèng sieâu aâm, caàn phaûi coù maùy phaùt sieâu aâm.
Sieâu aâm ñöôïc daãn vaøo ñaàu bieán töø ñeå taïo neân caùc dao ñoäng cô
hoïc coù bieân ñoä caàn thieát. Thieát bò naøy laøm vieäc treân cô sôû söï
thay ñoåi chieàu daøi cuûa moät soá kim loaïi (hieän töôïng “co ngaén
nhieãm töø”) nhö saét, nikel, cobal vaø caùc hôïp kim cuûa chuùng,
döôùi taùc ñoäng cuûa ñieän tröôøng hoaëc töø tröôøng. Hieän töôïng naøy
ñöôïc goïi laø töø giaûo vaø ñaàu bieán töø laø thaønh phaàn chính yeáu
trong maùy gia coâng baèng sieâu aâm.
- Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa ñaàu bieán töø ñöôïc trình baøy nhö
hình 2.2.
Doøng ñieän coù taàn soá cao cuûa maùy phaùt sieâu aâm ñöôïc ñöa
vaøo cuoän daây kích thích 2 taïo neân töø tröôøng thay ñoåi coù cuøng
taàn soá taùc ñoäng vaøo loõi 1 cuûa boä rung ñoäng. Loõi 1 ñöôïc cheá taïo
töø caùc taám kim loaïi coù tính töø giaûo. Ñeå söû duïng ñaëc tính töø
giaûo toát hôn, ta taïo theâm moät töø tröôøng khoâng ñoåi baèng hai
cuoän daây töø hoùa 4 laép treân loõi töø 3. Dao ñoäng doïc xuaát hieän do
töø giaûo trong boä rung ñoäng coù bieân ñoä töø 5÷10 μm ñöôïc truyeàn
qua thanh truyeàn 6. Thanh naøy ñöôïc laép giöõa hai voøng keïp 5,
Trang
- 16 -
PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT
laøm nhieäm vuï khueách ñaïi bieân ñoä dao ñoäng leân giaù trò caàn
thieát laø 30÷80 μm vaø truyeàn ñeán duïng cuï caét 7 laép ôû cuoái thanh
truyeàn.
Dung dòch haït maøi ñöôïc ñöa vaøo giöõa maët duïng cuï caét 7
vaø chi tieát gia coâng 8. Noù chuyeån ñoäng vôùi taàn soá cao, taïo neân
va ñaäp laáy ñi löôïng kim loaïi treân beà maët chi tieát. Haït maøi
thöôøng duøng laø carbid bo, carbid silic, Corun, kim cöông coù côõ
loaïi töø 280÷400. Chaát loûng mang haït maøi coù daïng huyeàn phuø
coù theå laø nöôùc, daàu löûa, daàu coâng nghieäp. Dung dòch maøi ñöôïc
ñöa vaøo vuøng gia coâng döôùi daïng töôùi. Trong tröôøng hôïp gia
coâng loã saâu hôn 5mm, phaûi duøng dung dòch coù aùp suaát ñöa qua
loã ñöôïc hình thaønh beân trong duïng cuï hoaëc chi tieát gia coâng.
Vaät lieäu duïng cuï thöôøng duøng laø theùp 45, 40Cr, Y8A, Y10A
.v.v. Khi gia coâng hôïp kim cöùng, naêng suaát coù theå ñaït 200
mm3lf; ñoä nhaùm 0,16<Ra<0,32 :m, ñoä chính xaùc gia coâng
0,02÷0,04 mm.
Hình 2.2 :
Sô ñoà Ñaàu bieán töø
Trang
- 17 -
PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT
III. Cô sôû lyù thuyeát cuûa gia coâng baèng sieâu aâm :
1) Moät soá khaùi nieäm cô baûn :
- Nguoàn aâm laø moät vaät ñaøn hoài, noùi chính xaùc hôn laø moät
moâi tröôøng ñaøn hoài coù theå taïo ra vaø truyeàn dao ñoäng vaøo moâi
tröôøng tieáp xuùc vôùi noù.
- AÂm löôïng laø coâng suaát aâm tính treân ñôn vò dieän tích beà
maët (erg/s.cm2 = 10-7 W/cm2).
- Aùp suaát aâm laø aùp suaát aâm sinh ra trong moâi tröôøng do söï
dao ñoäng aâm (dyn/cm2 = bar).
- Cöôøng ñoä aâm laø moät thoâng soá vaät lyù do aâm löôïng vaø aùp
suaát xaùc ñònh (phoân).
- AÂm nghe ñöôïc coù taàn soá töø 20 Hz ñeán 15 kHz. AÂm coù
taàn soá döôùi 20 Hz goïi laø aâm hoàng ngoaïi. AÂm coù taàn soá treân 16
kHz goïi laø sieâu aâm. AÂm coù cöôøng ñoä treân 130 phoân goïi laø sieâu
cao aâm.
Hình 2.3 :
Caùc vuøng aâm thanh
Trang
- 18 -
PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT
- Nguoàn phaùt dao ñoäng ôû vuøng sieâu aâm ñöôïc khaûo saùt vôùi
tính caùch laø nguoàn aâm. Cô cheá kích thích dao ñoäng khoâng aûnh
höôûng ñeán xaùc suaát xuaát hieän cuûa dao ñoäng, xaùc suaát naøy chæ
phuï thuoäc vaøo naêng löôïng nguoàn aâm vaø tính ñaøn hoài cuûa moâi
tröôøng dao ñoäng. Vì moïi nguoàn aâm ñeàu coù theå duøng ñeå kích
thích ra sieâu aâm, neáu aâm löôïng cuûa noù giaûm ñeán möùc thích
hôïp. Ngaøy nay ñoái vôùi nguoàn phaùt aâm cô hoïc, thay vì phaûi taïo
taàn soá cao, ngöôøi ta ñoøi hoûi noù phaûi cho aâm löôïïng lôùn, bôûi vì
trong vuøng sieâu cao aâm vieäc gia coâng vaät lieäu tieán haønh trong
nhöõng ñieàu kieän thuaän lôïi.
- Caùc yeâu caàu ñoái vôùi nguoàn aâm :
+ Coù khaû naêng hoøa aâm.
+ AÂm löôïng coù theå bieán ñoåi.
+ OÅn ñònh.
+ Khaû naêng phaùt soùng toát.
+ Coù taàn soá thích hôïp.
+ Coâng suaát lôùn.
- Trong kyõ thuaät sieâu aâm, thoâng thöôøng taùc duïng vaät lyù
cuûa doøng ñieän ñöôïc duøng ñeå kích thích dao ñoäng. Qui trình
thuaän laø bieán dao ñoäng ñieän thaønh dao ñoäng cô, coøn qui trình
nghòch thì bieán dao ñoäng cô thaønh dao ñoäng ñieän. Nhö vaäy
thieát bò chuyeån ñoåi khoâng nhöõng ñöôïc söû duïng nhö nguoàn aâm,
maø coøn ñöôïc söû duïng nhö moät boä thu aâm.
- Coâng vieäc quan troïng nhaát laø phaûi löïa choïn chính xaùc
nhöõng nguyeân lyù vaø phöông tieän ñeå coù theå laøm ra boä phaùt aâm
coù hieäu suaát cao, coâng suaát lôùn, coù daõy taàn soá phaùt aâm roäng.
Chæ coù moät ít boä chuyeån ñoåi dao ñoäng coù theå thoûa maõn caùc yeâu
caàu treân.
- Caùc thieát bò gia coâng söû duïng trong coâng ngheä cheá taïo
maùy chuû yeáu hoaït ñoäng vôùi maùy phaùt duøng töø giaûo laøm nguoàn
phaùt dao ñoäng, thænh thoaûng duøng ñieän giaûo. Do vaäy döôùi ñaây
chæ ñeà caäp ñeán loaïi töø giaûo.
Trang
- 19 -
PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT
2) Hieän töôïng töø giaûo :
Δh
Lo
Lmax
Hình 2.4 :
Sô ñoà nguyeân lyù cuûa hieän töôïng töø giaûo.
- Ñoù laø hieän töôïng maø moät thanh hoaëc moät oáng baèng vaät
lieäu töø ñaët trong töø tröôøng song song vôùi truïc doïc cuûa noù, thì
chieàu daøi cuûa noù bò bieán ñoåi. Coù theå xaùc ñònh ñöôïc söï bieán ñoåi
kích thöôùc cuûa vaät saét töø do taùc dung cuûa töø giaûo baèng caùc bieåu
thöùc quan heä vôùi tính chaát cô hoïc vaø töø tính.
- Xuaát phaùt töø 2 bieåu thöùc veà vaät lieäu töø döôùi ñaây :
σγ = ƒ (Β , εγ) ; Η = ƒ′ (Β , εγ )
Trong ñoù :
σ( : ÖÙng suaát ñaøn hoài do töø tröôøng gaây ra.
ε( : Bieán ñoåi hình daùng do töø tröôøng gaây ra.
H : Cöôøng ñoä töø tröôøng.
Ñaïo haøm toaøn phaàn r vaø H coù :
∂σr
∂B
∂σr
∂εr
dωr =
. dB +
. dεr
∂H
∂B
∂H
∂εr
dH =
. dB +
. dεr
Trang
- 20 -
Tải về để xem bản đầy đủ
243 trang
28860
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Phương pháp gia công đặc biệt - Đinh Văn Đệ", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_phuong_phap_gia_cong_dac_biet_dinh_van_de.pdf
