›
›

Phương pháp gia công đặc biệt

pdf 244 trang phuongnguyen 5270
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Phương pháp gia công đặc biệt", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfphuong_phap_gia_cong_dac_biet.pdf

Nội dung text: Phương pháp gia công đặc biệt

  1. Phương pháp gia công đặc biệt
  2. 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 -
  3. 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 -
  4. 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 -
  5. 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 -
  6. 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 -
  7. 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 -
  8. 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 -
  9. 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 -
  10. 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 a) 8. Hôïp kim EI 867 9. Theùp Jsi 6-Co 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 -
  11. 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 -
  12. 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 Ñoä Ñoä nhaùm suaát coâng hay boùc kim chính Phöông phaùp beà maët rieâng vaän toác loaïi xaùc (:m) (HP/cm3. thaâm nhaäp (dm3/ph) (mm) ph) (mm/ph) Gia coâng doøng 0,025 ÷ 0,76÷7,6 Thaáp Thaáp haït maøi 0,1524 Gia coâng baèng Phuï thuoäc 0,4÷1,8 Raát thaáp 0,0127 tia nöôùc vaät lieäu Gia coâng tia 1,25÷1,9 1,6 . 103 15÷2540 0,12 nöôùc coù haït maøi Gia coâng baèng 0,4÷1,6 0,8 . 103 12,2 0,5÷3,8 sieâu aâm Baûng 1.2 : Phöông phaùp gia coâng ñaëc bieät baèng phöông phaùp ñieän hoùa. Coâng Vaän toác gia Ñoä Naêng suaát suaát coâng hay Phöông nhaùm Ñoä chính boùc kim loaïi rieâng vaän toác phaùp beà maët xaùc (mm) (dm3/ph) (HP/cm3. thaâm nhaäp (:m) ph) (mm/ph) 0,001 (W,Mo) Gia coâng 0,0026 (Cl) 0,0254 ÷ 0,4÷1,8 500 2,54÷12,7 ñieän hoùa 0,002(theùp,Al) 0,1254 0,01 (Cu) 0,00016 (Cl) Gia coâng 0,002 (Al) 0,0127 ÷ maøi ñieän 0,2÷0,8 1,5÷3,05 0,0042 (Cu) 0,1524 hoùa 0,0021 (Fe,Ti) Laøm saïch 0,0254 hay bavia baèng 0,4÷1,6 1,5÷3,05 5% ñöôøng ñieän hoùa kính loã Trang - 11 -
  13. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT Baûng 1.3 : Phöông phaùp gia coâng ñaëc bieät baèng phöông phaùp nhieät. Coâng Vaän toác gia Ñoä Naêng suaát suaát coâng hay Phöông nhaùm boùc kim Ñoä chính rieâng vaän toác phaùp beà maët loaïi xaùc (mm) (HP/cm3. thaâm nhaäp (:m) (dm3/ph) ph) (mm/ph) Gia coâng baèng tia löûa 0,8÷2,6 2,5 12,7 0,004÷0,05 0,12 ñieän Gia coâng caét (0,16÷0,5) 0,0025 ÷ daây tia löûa 0,8÷1,6 2,5 100÷254 10-2 0,005 ñieän Gia coâng 0,005 ÷ baèng chuøm 0,8÷6,3 0,8.103 609 152 0,025 ñieän töû Gia coâng 0,0127 ÷ baèng tia 0,8÷6,3 0,5.103 3658 2,54÷101 0,013 Laser Gia coâng baèng doøng hoà 0,6÷12,5 0,16 1,25 2,54÷304 0,5÷3,4 quang Plasma Baûng 1.4 : Phöông phaùp gia coâng ñaëc bieät baèng phöông phaùp hoùa. Ñoä Naêng Vaän toác gia Coâng suaát Ñoä chính Phöông boùng suaát boùc coâng hay vaän rieâng xaùc phaùp beà maët kim loaïi toác thaâm nhaäp (HP/cm3.ph) (mm) (:m) (dm3/ph) (mm/ph) Gia coâng Naêng löôïng 0,025 ÷ 1,6÷6,3 0,5 0,025÷0,05 hoùa hoùa 0,15 Gia coâng 1,6 ÷ 537)2150 0,025 ÷ 0,5 0,01÷0,05 quang hoùa 6,35 (A/m2) coâng 0,05 suaát 1 chieàu Trang - 12 -
  14. 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 -
  15. 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 -
  16. 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 -
  17. 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 -
  18. 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 3 mm lf; 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 -
  19. 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 -
  20. 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 -
  21. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT 2) Hieän töôïng töø giaûo : Δh Lo L max 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 ∂σr dωr = . dB + . dεr ∂B ∂εr ∂H ∂H dH = . dB + . dεr ∂B ∂εr Trang - 20 -
  22. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT Kyù hieäu : ∂σ r = y : Goïi laø hieäu soá hieäu öùng töø giaûo. ∂B ∂H = δ : Goïi laø hieäu öùng ngöôïc cuûa hieäu öùng töø giaûo. ∂εr ∂σ r = E : Goïi laø moduyn ñaøn hoài. ∂εr ∂H 1 = : Goïi laø heä soá nghòch ñaûo cuûa töø thaåm. ∂B μ Heä soá hieäu öùng töø giaûo thuaän vaø nghòch coù quan heä vôùi nhau nhö sau : δ = 4π y Töø thaåm chaân khoâng : −7 V0 −7 Henry μ0 = 4.10 . = 4.π.10 Am m (4B sinh ra töø heä soá thaåm) - Vaäy traïng thaùi cuûa vaät lieäu töø vôùi söï bieán ñoåi hình daïng trong töø tröôøng coù theå dieãn ñaït baèng phöông trình : dσr = γdB + Edεr (thuaän) (1) 1 dH = dB + 4πydε (nghòch) (2) μ r Phöông trình (1) cho ta quan heä bieán ñoåi töø töø naêng sang cô naêng : σr = γB neáu dεr = 0 (bò neùn) B ε = −γ = −βB neáu dσ = 0 (töï do) r E r Phöông trình (2) cho ta quan heä bieán ñoåi quan heä töø cô naêng sang töø naêng : B = − 4π γ μ εr neáu dH = 0 Trang - 21 -
  23. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT H = 4πεr = 4πβσ r neáu dB = 0 - Möùc ñoä hieäu öùng töø giaûo ñöôïc bieåu thò baèng thoâng soá goïi Δl laø tæ leä töø giaûn do töø giaûo : l0 Δl γ = − B l0 E γ Vôùi : β = E Trong ñoù : Δl : Ñoä bieán ñoåi kích thöôùc l0 : Chieàu daøi cuûa thanh vaät lieäu saét töø Phöông trình bieán daïng ñaøn hoài coù theå ñöôïc vieát nhö sau : ⎡ γ ⎤ Δl = − l0 B ⎣⎢ E ⎦⎥ - Ñoä bieán ñoåi kích thöôùc ñoäc laäp vôùi höôùng cuûa töø tröôøng chæ phuï thuoäc vaøo cöôøng ñoä cuûa töø tröôøng, nhieät ñoä traïng thaùi töø hoaù tröôùc ñoù vaø chaát löôïng cuûa vaät lieäu. -5 -6 - Ñoä bieán ñoåi kích thöôùc töông ñoái εr coù ñoä lôùn 10 -10 chæ coù theå ghi baèng phöông phaùp quang hoïc (hình 2.4). - Hình 2.5 cho thaáy ñoä bieán ñoåi kích thöôùc doïc töông ñoái phuï thuoäc nhö theá naøo vaøo cöôøng ñoä töø tröôøng. - Treân hình veõ trò soá döông chæ söï giaõn daøi, trò soá aâm chæ söï co ruùt. - Hieäu öùng töø giaûo khoâng nhöõng gaây neân bieán ñoåi kích thöôùc chieàu daøi, maø coøn gaây neân bieán ñoåi theå tích vôùi cöôøng ñoä töø tröôøng nhoû, chæ coù bieán ñoåi kích thöôùc chieàu daøi, thoâng thöôøng chuùng ta lôïi duïng hieän töôïng naøy ñeå taïo ra sieâu aâm. - Neáu ñaët moät thanh saét töø vaøo trong ruoät moät cuoän daây coù töø tröôøng xoay chieàu thì chieàu daøi cuûa thanh saét seõ bieán doåi vôùi hai laàn taàn soá. Coù theå thaáy ñieàu ñoù, qua hieän töôïng bieán ñoåi kích thöôùc ñoäc laäp vôùi höôùng cuûa töø tröôøng. Hieän töôïng seõ Trang - 22 -
  24. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT khaùc ñi neáu ngoaøi töø tröôøng xoay chieàu coøn coù töø tröôøng coù töø tröôøng moät chieàu maïnh - goïi laø töø hoaù ñoàng thôøi (vöøa coù töø hoaù töø tröôøng xoay chieàu vöøa coù töø hoaù vôùi töø tröôøng moät chieàu). Trong tröôøng hôïp naøy doøng ñieän khoâng ñoåi chieàu maø chæ coù bieán ñoåi bieân ñoä. Söï bieán ñoåi kích thöôùc dao ñoäng baèng vôùi taàn soá cuûa doøng ñieän. Hình 2.5 : Bieán ñoåi chieàu daøi töông ñoái vaø cöôøng ñoä töø tröôøng vôùi nhöõng vaät lieäu coù töø tính khaùc nhau. 1 : 70% Co + 50% Fe ΔL/L 100 2 1 : 49% Co +49% Fe + 2%V 80 3 : 50%Ni + 50% Fe 2 60 4 : Coù ñuùc 40 3 5 : Fe 20 4 6 : Co 0 5 7 : Ni - Zn - Ferrit -20 6 7 - 40 0 500 1000 1500 2000 H - Moät lôïi khaùc cuûa töø hoaù ñoàng thôøi laø coù theå ñieàu chænh nguoàn phaùt aâm sao cho töø tröôøng taïo neân söï bieán ñoåi kích thöôùc lôùn nhaát. Cöôøng ñoä töø tröôøng töông öùng vôùi ñoaïn coù ñoä doác lôùn treân caùc ñöôøng cong. - Bieán ñoåi chieàu daøi cuûa thanh saét töø seõ laø lôùn nhaát khi taàn soá dao ñoäng do söï bieán ñoåi cuûa cöôøng ñoä töø tröôøng gaây ra baèng vôùi taàn soá dao ñoäng rieâng cuûa thanh saét töø (coäng höôûng). Trang - 23 -
  25. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT - Phaàn phaùt cuûa thieát bò sieâu aâm töø giaûo thöôøng laø boä dao ñoäng baèng ñeøn ñieän töû. Trong thöïc teá taàn soá cuûa loaïi ñeøn naøy ít khi ñaït treân 100 kHz, nghóa laø boä dao ñoäng ñieän töû laøm vieäc trong phaïm vi soùng daøi. Trong giaûi soùng naøy laøm thieát bò coù coâng suaát côõ kw khoâng khoù khaên maáy. Doøng ñieän töø hoaù moät chieàu coù theå laø doøng anod, hoaëc laáy töø moät nguoàn ñieän rieâng. 3) Söï aên moøn xaâm thöïc : - Neáu sieâu aâm ñöôïc phoùng qua chaát loûng, thì trong ñoù seõ phaùt sinh aùp löïc cuïc boä. Vôùi aâm löôïng thích hôïp thì coù theå taïo neân söï bieán ñoåi aùp löïc laøm sinh noäi öùng suaát lôùn ñeán möùc laøm maát ñi söï lieân keát giöõa caùc phaân töû cuûa chaát loûng vaø laøm cho chaát loûng bò phaù huûy. Hieän töôïng naøy coù theå bieát ñöôïc khi thaáy nhöõng boït khí, ñöôïc goïi laø boït khí xaâm thöïc. Nhöõng boït khí chæ toàn taïi trong thôøi gian ngaén. Khi chuùng bò tan thì coù aùp löïc cuïc boä raát lôùn, gaàn 1000 atm - Ngöôøi ta öùng duïng hieän töôïng naøy ñeå laøm saïch caùc chi tieát, ñeå ñaùnh saïch ræ, xuùc tieán nhanh caùc quaù trình hoùa hoïc. Hieän töôïng naøy duø chöa phaûi laø vai troø bao truøm, nhöng cuõng coù vai troø trong vieäc gia coâng caét goït baèng sieâu aâm. 4) Taùc duïng cô hoïc : - Khi phaân tích taùc duïng cuûa sieâu aâm ñoái vôùi moâi tröôøng mang sieâu aâm, ngöôøi ta lieân töôûng ñeán quaù trình coï xaùt cô hoïc naøo ñoù. AÂm tröôøng coù theå kích thích dao ñoäng cuûa nhöõng phaàn töû nhoû, raén trong moâi tröôøng, coù troïng löôïng rieâng khaùc nhau vaø khaùc vôùi moâi tröôøng. Nhöõng phaàn töû nhoû naøy trong khi chuyeån ñoäng, vôùi khoái löôïng quaùn tính rieâng seõ coï xaùt vôùi nhöõng phaàn töû lôùn hôn ñang ñöùng yeân vaø söï coï xaùt naøy laøm naûy sinh ra taùc duïng coï xaùt ñaëc tröng baèng sieâu aâm (hình 2.6). - Treân hình 2.6 (a) coù theå thaáy traïng thaùi cuûa nhöõng phaân töû raén nhoû lô löûng trong aâm tröôøng sieâu aâm. Taát caû caùc phaân töû nhoû naøy chuyeån ñoäng ñuùng nhö aâm löôïng quy ñònh. Vì vaäy treân hình chuïp teá vi ta thaáy nhöõng vaïch. Treân hình 2.6 (b) coù Trang - 24 -
  26. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT theå thaáy laãn loän nhöõng phaân töû nhoû laãn nhöõng phaân töû lôùn. Nhöõng phaàn töû nhoû chuyeån ñoäng gioáng nhö tröôøng hôïp tröôùc, nhöõng phaàn töû lôùn hôn thì khoâng theo ñuùng hoaøn toaøn söï chuyeån ñoäng cuûa tröôøng. Coù duy nhaát moät phaân töû coù khoái löôïng lôùn khoâng chuyeån ñoäng, ñieàu ñoù theå hieän treân hình chuïp teá vi moät chaám troøn hoaøn toaøn. (a) (b) Hình 2.6 : AÂm tröôøng vaø söï chuyeån ñoäng cuûa nhöõng phaàn töû nhoû lô löõng trong aâm tröôøng. (a) Nhöõng phaàn töû nhoû chuyeån ñoäng theo aâm tröôøng. (b) Nhöõng phaàn töû lôùn hôn chuyeån ñoäng chaäm hôn. - Hieän töôïng naøy luoân luoân coù trong nhöõng heä thoáng hai pha. Söï chuyeån ñoäng töông ñoái giöõa caùc phaân töû cuõng xaûy ra caû khi nhöõng phaân töû lô löõng do quaùn tính lôùn khoâng hoaøn toaøn theo kòp söï chuyeån ñoäng cuûa moâi tröôøng. Trong tröôøng hôïp naøy caùc phaân töû cuõng chuyeån ñoäng ñi laïi do quaùn tính cuûa chuùng vaø trong quaù trình ñoù chuùng gaây neân coï xaùt. - Tuøy theo tính chaát, ma saùt trong hai moâi tröôøng, kích côõ cuûa caùc phaân töû nhoû, söï ñoàng nhaát veà kích thöôùc cuûa caùc phaân töû nhoû, .v.v., maø seõ coù moät nhoùm caùc hieän töôïng khaùc nhau, Trang - 25 -
  27. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT heä quaû cuûa chuùng laø taïo ra söï hoùa ñoäng, söïï chuyeån theå vaø söï phaân taùn do taùc duïng cuûa sieâu aâm (coøn goïi laø söï taùn saéc). IV. Thieát bò vaø duïng cuï : - Moät maùy sieâu aâm coù nhöõng boä phaän chính sau : . Ñaàu töø giaûo . Cô caáu mang duïng cuï caét . Cô caáu caáp haït maøi . Boä taïo soùng - Hình beân döôùi moâ taû moät thieát bò trong gia coâng sieâu aâm. Hình 2.7 : Sô ñoà caáu taïo thieát bò gia coâng baèng sieâu aâm. 1) Duïng cuï 2) Ñaàu noái 3) Thanh truyeàn soùng 4) Ñaàu töø giaûo 5) Voû maùy Trang - 26 -
  28. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT - Beân döôùi duïng cuï coøn coù baøn maùy, maët ñaùy cuûa boàn chöùa dung dòch haït maøi vaø moät soá phuï kieän khaùc. - Duïng cuï : Thöôøng duïng cuï coù nhieàu hình daïng vaø kích thöôùc khaùc nhau tuøy theo yeâu caàu. Söû duïng nhieàu nhaát vaãn laø duïng cuï coù bieân daïng gioáng nhö bieân daïng cuûa chi tieát gia coâng. Vaät lieäu laøm duïng cuï laø theùp 45, theùp duïng cuï Y8A, Y10A, . . . - Ñaàu noái : Giao tieáp giöõa thanh truyeàn soùng vaø duïng cuï coù moät boä phaän goïi laø ñaàu noái. Ñaàu noái ñöôïc cheá taïo ñaëc bieät sao cho coù theå laép ñöôïc caùc duïng cuï vaøo thanh truyeàn soùng. - Thanh truyeàn soùng : laø boä phaän truyeàn dao ñoäng töø ñaàu töø giaûo cho duïng cuï. - Moät coâng vieäc maø ngöôøi ta cuõng heát söùc quan taâm ñoù laø giaûi quyeát nhieät löôïng sinh ra trong quaù trình laøm vieäc ôû ñaàu töø giaûo baèng caùch thoåi gioù hoaëc löu chuyeån doøng chaát loûng. Ñeå ñaït aâm löôïng lôùn trong ñaàu töø giaûo thì phaûi chuù yù ñeán laøm maùt vì nhieät löôïng sinh ra raát lôùn. Coù theå taêng aâm löôïng baèng caùch ñieàu chænh bieân ñoä vaø taàn soá. Vieäc naâng cao taàn soá seõ bò giôùi haïn, khoâng phaûi luùc naøo cuõng hôïp lyù bôûi vì : . Taùc duïng sieâu aâm toát nhaát vaøo khoaûng 20 kHz. . Tröôøng hôïp sinh ra coäng höôûng trong khi gia taêng taàn soá seõ laøm giaûm coâng suaát. . Chuû yeáu gia taêng aâm löôïng baèng bieân ñoä. - Dao ñoäng coù theåõ gaây neân öùng suaát cô hoïc lôùn trong vaät lieäu laøm ñaàu töø giaûo. Vì vaäy ñaàu töø giaûo phaûi coù söùc beàn cô hoïc lôùn, ñoàng thôøi phaûi coù toån hao töø vaø cô nhoû. Neáu löïa choïn vaät lieäu thích hôïp, coâng ngheä gia coâng, laép raùp toát, laøm maùt thieát bò toát, thì hieäu suaát cuûa thieát bò coù theå ñaït 70%. Hieäu suaát cao chæ coù theå ñaït ñöôïc ôû nhöõng thieát bò ñöôïc thieát keá vaø cheá taïo sau khi ñöôïc xem xeùt caân nhaéc moïi maët. - Ñaàu chaáu baét duïng cuï khoâng ñôn thuaàn chæ coù ren ñeå vaën vaøo, maø caàn ñaùnh boùng vaø boâi trôn moät lôùp môõ moûng khaép caùc Trang - 27 -
  29. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT beà maët tieáp xuùc ñeå coù theå truyeàn heát dao ñoäng. Trong maøng môõ seõ sinh ra öùng suaát keùo vaø coøn gaây ra hieän töôïng xaâm thöïc, beân caïnh ñoù, phaûi eùp chaët boä phaän noái daøi (thanh truyeàn soùng) vaø chaáu baét duïng cuï coù ren noái vaøo thanh truyeàn soùng, coù ñöôøng sinh daïng hình noùn maø choùp cuûa noù ôû phía ñaàu laép duïng cuï. Coâng vieäc nhö vaäy coù yù nghóa laøm cho aâm löôïng taêng veà phía ñaàu duïng cuï vaø ta coù theå khueách ñaïi dao ñoäng cuûa töø giaûo leân ñeán 100 laàn. Ñieåm ñaëc bieät ôû ñaây laø bieân ñoä dao ñoäng ôû hai ñaàu thieát bò raát cheânh leäch vaø ñoù laø nguyeân nhaân sinh ra öùng suaát cô hoïc lôùn. - Moät thieát bò hoaøn chænh laø sau khi thöû vôùi nhöõng duïng cuï khaùc nhau, seõ coù dao ñoäng cô hoïc ñuùng vôùi taàn soá coäng höôûng. * Maùy sieâu aâm vaïn naêng 4770 : - Maùy sieâu aâm 4770 duøng ñeå gia coâng caùc daïng loã troøn, ñònh hình, caùc hoác, khaéc, caét ñöùt . . . nhöõng vaät lieäu cöùng vaø doøn. Khi gia coâng, duïng cuï dao ñoäng vôùi taàn soá sieâu aâm theo höôùng tieán giao. Cuøng luùc bôm ly taâm ñöa dung dòch maøi vaøo maët ñaàu duïng cuï. - Ñaëc tính kyõ thuaät cuûa maùy : + Ñöôøng kính loã gia coâng : Ø 0,5÷10 mm + Chieàu saâu loã gia coâng : (2÷5)d + Löôïng di ñoäng doïc cuûa baøn maùy : 80 mm + Löôïng di ñoäng cuûa ñaàu bieán töø : 110 mm + Ñoä nhaïy cuûa cô caáu chaïy giao : (686÷980)10-3 N + Taàn soá laøm vieäc : (18÷19) kHz + Coâng suaát maùy phaùt : N = 0,25 kW - Sô ñoà ñoäng ñöôïc theå hieän ôû hình 2.8. - Boä phaän cô baûn cuûa maùy laø ñaàu bieán töø 3 ñöôïc laép treân baøn tröôït 5 ôû phía tröôùc. Baøn maùy 2 di ñoäng doïc vaø ngang treân soáng tröôït ñuoâi eùn vôùi tay quay coù cung chia ñoä 0,02 mm. Di ñoäng baøn tröôït 5 mang ñaàu bieán töø (3) ñöôïc thöïc hieän töø ñoäng cô ñieän 8, qua caëp baùnh raêng Z3 / Z4 ñeán baùnh raêng-thanh raêng. Trang - 28 -
  30. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT Ñoäng cô ñoäng laøm vieäc theo cheá ñoä haõm, moâmen xoaén ñöôïc taïo ra tuyø thuoäc vaøo löïc chaïy dao cuûa duïng cuï. Di ñoäng cuûa baøn tröôït cuõng ñöôïc thöïc hieän baèng tay qua baùnh raêng-thanh raêng Z1 - Z2. Ñeå chuyeån ñoäng eâm vaø chính xaùc, baøn tröôït 5 di ñoäng treân soáng laên cuûa thaân maùy 1 vaø duøng ñoái troïng 11 treo treân daây 10 quaán qua oáng 9 laép treân truïc quay baèng tay. Chuyeån ñoäng cuûa baøn tröôït ñöôïc eâm nhôø boä giaûm chaán baèng daàu eùp goàm coù xylanh 4 laép treân thaân baøn tröôït 7, caàn pittoâng 6 coá ñònh vaøo baøn tröôït. Ñieàu chænh vaän toác baøn tröôït vaø luøi nhanh duøng caùc van tieát löu vaø van ngöôïc daàu eùp. Hình 2.8 : Sô ñoà ñoäng maùy sieâu aâm vaïn naêng 4770 Trang - 29 -
  31. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT - Ñeå naâng cao naêng suaát, maùy sieâu aâm thöôøng keát hôïp vôùi phöông phaùp gia coâng ñieän hoaù. Nhö theá, ngoaøi chöùc naêng gia coâng baèng sieâu aâm, maùy coøn coù maïch ñieän aên moøn ñieän hoaù baèng caùch noái thanh truyeàn mang duïng cuï caét vaøo cöïc aâm, chi tieát vaøo cöïc döông cuûa nguoàn ñieän moät chieàu. Trong tröôøng hôïp naøy, duøng chaát ñieän phaân laø dung dòch 15% nitrat natri hoaëc dung dòch 20÷40% nöôùc muoái. Khi gia coâng hôïp kim cöùng vôùi löôïng chaïy dao 0,2÷0,5 mm/phuùt; naêng suaát cuûa maùy gia coâng toång hôïp naøy coù theå ñaït 500÷600 mm3/phuùt. V. Caùc thoâng soá coâng ngheä : Caùc thoâng soá coâng ngheä chuû yeáu cuûa gia coâng baèng phöông phaùp sieâu aâm laø: naêng suaát, chaát löôïng beà maët, ñoä chính xaùc gia coâng, ñoä moøn cuûa duïng cuï. Trong caùc thoâng soá neâu treân coù moät soá thoâng soá coù lieân quan vôùi nhau vaø aûnh höôûng laãn nhau. 1) Toác ñoä caét : - Toác ñoä caét trong gia coâng sieâu aâm ñöôïc xaùc ñònh bôûi coâng thöùc sau : v = 5,9 f (s/H)R.0,5.y.0,5 Trong ñoù : f : Taàn soá dao dao ñoäng (Hz) H : Ñoä cöùng beà maët (HBN) s : ÖÙùng suaát duïng cuï (kg/mm2) R : Baùn kính haït (mm) y : Bieân ñoä rung ñoäng (mm) 2) Böôùc tieán gia coâng : - Quaù trình gia coâng baèng sieâu aâm laø taùch töøng haït vaät lieäu ra khoûi chi tieát gia coâng. Ñeå thöïc hieän ñöôïc quaù trình ñoù, duïng cuï gia coâng caàn phaûi coù moät böôùc tieán haønh laø S naøo ñoù. Ñaïi luôïng S laïi phuï thuoäc vaøo nhieàu yeáu toá nhö cöôøng ñoä sieâu aâm, taàn soá vaø bieân ñoäï dao ñoäng aâm, vaät lieäu coù kích thöôùc Dh tích tröõ naêng löôïng lieân keát elk . Trang - 30 -
  32. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT - Thôøi gian gia coâng lôùp vaät lieäu S laø : tlk . s s δ h t = ⇒ = δ h t tlk Vaäy böôùc tieán gia coâng ñöôïc thöïc hieän vôùi moät vaän toác nhaát ñònh laø : s δ h v = = t tlk ÖÙng vôùi moãi vaät lieäu khaùc nhau, ta coù elk khaùc nhau; giaù trò cuûa elk vaø Dh laø coá ñònh cho töøng loaïi vaät lieäu, neân coù theå taêng toác ñoä gia coâng v baèng caùch giaûm thôøi gian tlk. - Do ñoù phaûi hieäu chænh taàn soá f, bieân ñoä dao ñoäng A, cöôøng ñoä sieâu aâm I, cuõng nhö moâi tröôøng vaø haït maøi . . . sao cho ñaït ñöôïc naêng löôïng thích hôïp. 3) Dung dòch vaø haït maøi : - Cuõng laø moät vaán ñeà quan troïng vì noù taùc nhaân tröïc tieáp gia coâng vaät lieäu. Haït maøi thöôøng duøng cacbit bo thì naêng suaát ñaït cao nhaát. Ngoaøi ra chaát loûng daïng huyeàn phuø cuõng raát quan troïng; coù theå duøng chaát loûng laø nöôùc, daàu ma dut, daàu hoaû, coàn, daàu maùy, daàu gai . . . trong ñoù nöôùc ñaït ñaït naêng suaát cao nhaát. Dung dòch haït maøi coù aûnh höôûng raát lôùn ñeán ñoä chính xaùc vaø ñoä nhaùm beà maët. - Baûng döôùi ñaây cho thaáy ñöôïc ñieàu ñoù : Baûng 2.1 : AÛnh höôûng cuûa dung dòch haït maøi ñeán ñoä chính xaùc vaø ñoä nhaùm beà maët. Ñoä haït Gia coâng thuyû tinh Gia coâng hôïp kim cöùng cacbit bo Ra (μm) Ra (μm) N10 12,5 3,2 6,3 - 3,2 16 - 0.8 N5 3,2 1,6 3,2 0,8 - 0,4 N5 1,6 0,8 1,6 0,2 Trang - 31 -
  33. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT 4) Naêng suaát : - Naêng suaát gia coâng sieâu aâm coù theå ñöôïc xaùc ñònh bôûi thoâng soá sau : . e : Toác ñoä tieán duïng cuï (mm/phuùt) . Vd : Khoái löôïng vaät lieäu laáy ñi trong 1 ñôn vò thôøi gian. . v: Laø moät thoâng soá ñöôïc xaùc ñònh treân cô sôû theå tích phoâi trung bình. - Naêng suaát gia coâng coøn phuï thuoäc vaøo ñoä saâu gia coâng vaø maët caét ngang cuûa duïng cuï. Vì vaäy ngoaøi thoâng soá Vd vaø e ñeå ñaùnh giaù chính xaùc naêng suaát coøn phaûi neâu roõ naêng suaát ñoù ñaït ñöôïc vôùi ñoä saâu gia coâng bao nhieâu vaø duïng cuï coù proâ-phin maët caét gì. - Tröôøng hôïp gia coâng loã coù ñaùy khoâng saâu, toác ñoä tieán dao trung bình (khoâng keå ñeán vieäc naâng duïng cuï leân) laø : l1 e1 = t1 Trong ñoù : l1 : Chieàu saâu cuûa loã coù ñaùy (mm). t1 : Thôøi gian gia coâng (phuùt). - Tröôøng hôïp gia coâng loã saâu coù ñaùy, toác ñoä tieán dao trung bình (coù keå ñeán vieäc naâng duïng cuï leân) laø : n + l1 e2 = tt + nt 2 Trong ñoù : n : Soá laàn naâng duïng cuï. t2 : Thôøi gian 1 laàn naâng duïng cuï (phuùt) - Theå tích vaät lieäu ñöôïc laáy ñi trong ñôn vò thôøi gian tröôøng hôïp duøng duïng cuï ñaëc bieät laø : Vd = e . Asz 2 Vôùi : Asz - Dieän tích laøm vieäc cuûa duïng cuï (mm ). - Tröôøng hôïp gia coâng loã thoâng, vôùi duïng cuï hình xuyeán, thoâng soá naêng suaát ñaëc tröng laø toác ñoä tieán dao e. Trang - 32 -
  34. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT - Naêng suaát trung bình laø theå tích vaät lieäu ñöôïc laáy ñi trong ñôn vò thôøi gian ñöôïc tính treân dieän tích laøm vieäc cuûa duïng cuï : V ⎛ mm 3 mm ⎞ e = D ⎜ = ⎟ ⎜ 2 ⎟ Asz ⎝ ph.mm ph ⎠ - Nhö vaäy toác ñoä tieán dao cuõng baèng vôùi naêng suaát trung bình. - So saùnh phoi vôùi ñoä moøn duïng cuï : V e = D .100% Vsz 3 Vôùi : Vsz - Ñoä moøn cuûa duïng cuï (mm /ph). - Tæ leä moøn duïng cuï coù theå ñöôïc phaân tích thaønh tæ leä moøn theo chieàu doïc vaø tæ leä moøn theo chieàu ngang töùc ñoä coân beà maët bò moøn ñi do taùc duïng cuûa boät maøi. - Naêng suaát gia coâng coøn bò aûnh höôûng bôûi caùc yeáu toá sau: + Bieân ñoä vaø taàn soá dao ñoäng. + Tính chaát cô lyù cuûa vaät lieäu caàn gia coâng. + Phuï taûi tónh giöõa duïng cuï vaø vaät lieäu caàn gia coâng. + Loaïi boät maøi vaø noàng ñoä nhuõ töông cuûa boät maøi. + Caùch cho nhuõ töông vaøo boät maøi. + Tieát dieän duïng cuï. + Vaät lieäu laøm duïng cuï vaø ñoä moøn cuûa noù. + Ñoä saâu cuûa loã. 5) Chaát löôïng beà maët gia coâng : - Thöïc teá cho ñeán nay, treân beà maët ñaõ ñöôïc gia coâng baèng sieâu aâm khoâng theå hieän söï bieán ñoåi caáu truùc vaø ñoä cöùng teá vi cuûa lôùp vaät lieäu treân beà maët hoaëc moät öùng suaát dö naøo, do nhieät ñoä khoâng lôùn ôû vuøng gia coâng, khoâng gaây ra sai soá do bieán daïng nhieät. Trong tröôøng hôïp gia coâng baèng sieâu aâm, traùi vôùi tröôøng hôïp maøi vaø caét baèng tia löûa ñieän, khoâng thaáy coù daáu veát raïn nöùt hay veát chaùy treân beà maët gia coâng. Chính vì vaäy Trang - 33 -
  35. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT maø chaát löôïng beà maët gia coâng chæ lieân quan ñeán ñoä nhaùm beà maët. - Ñoä nhaùm beà maët phuï thuoäc vaøo : + Kích thöôùc haït maøi. + Tính chaát cô lyù cuûa vaät lieäu gia coâng. + Bieân ñoä dao ñoäng cuûa duïng cuï. + Ñoä nhaùm duïng cuï. + Chaát loûng chöùa boät maøi. - Phuï taûi tónh giöõa duïng cuï vaø vaät lieäu gia coâng thoâng thöôøng bieán ñoåi trong giôùi haïn roäng khoâng coù aûnh höôûng gì ñeán ñoä nhaùm beà maët. Trong tröôøng hôïp phuï taûi tónh bieán thieân 2 2 töø p = 0,4 kg/ mm ñeán p = 2,5 kg/ mm , Rmax bieán thieân trong phaïm vi 3,6÷4,3 μm. Vôùi vaät lieäu gia coâng baèng thuûy tinh côõ haït 100, bieân ñoä dao ñoäng 30 μm. Bieân ñoä dao ñoäng taêng thì khaû naêng ñoä saâu thaâm nhaäp cuûa haït taêng. Ví duï vaät lieäu gia coâng laø thuûy tinh, neáu bieân ñoä bieán thieân töø 38÷8 μm thì Rmax = 32÷20 μm. - Neáu thay nöôùc baèng daàu maùy thì Rmax seõ giaûm, nhöng caàn löu yù raèng trong tröôøng hôïp gia coâng caàn ñaït ñoä nhaùm cao thì khoâng neân thay nöôùc baèng daàu vì nhö theá thì naêng suaát seõ giaûm xuoáng gaáp boäi laàn, ñieàu kieän boå sung vaø luaân chuyeån cuûa vaät lieäu ñaùnh boùng cuõng xaáu ñi, chæ khi naøo duøng bieän phaùp khaùc vaãn khoâng ñaït ñöôïc ñoä nhaùm nhö mong muoán thì luùc ñoù môùi thay nöôùc baèng daàu. - Söï khaùc bieät caøng roõ reät hôn khi duøng boät maøi coù côõ haït lôùn (côõ haït 280, 320, 360, 400 . . .) thì khoâng coù söï khaùc bieät ñoái vôùi gia coâng loã. Thöïc nghieäm cho thaáy raèng, ñoä nhaùm thaønh loã cuõng taêng moät ít. Baèng caùch haïn cheá taùc duïng baøo maøi phuï (boå sung haït maøi qua truï roãng cuûa duïng cuï . . .) ta khoâng theå laøm giaûm bôùt söï khaùc bieät giöõa thaønh vaø ñaùy loã. - Deã daøng thaáy raèng, xaùc suaát coù khuyeát taät cuõng giaûm ñi Trang - 34 -
  36. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT nhieàu, neân giaûm ñoä nhaùm maët beân cuûa duïng cuï vaø cheá taïo duïng cuï baèng vaät lieäu choáng moøn. 6) Ñoä chính xaùc gia coâng : Ñoái vôùi caùc vaät lieäu raén vaø gioøn, gia coâng baèng sieâu aâm phuï thuoäc vaøo nhieàu yeáu toá, caùc yeâu toá naøy coù theå chia laøm hai nhoùm nhö sau : - Nhöõng yeáu toá phuï thuoäc vaøo thieát bò vaø ñoä chính xaùc ñieàu chænh maùy : + Ñoä chính xaùc cuûa thieát bò phuï thuoäc chuû yeáu vaøo sai soá trong chuyeån ñoäng theo höôùng tieán cuûa duïng cuï vaø söï ñieàu chænh ñaàu dao ñoäng so vôùi baøn maùy. + Söï aên khôùp vaø ñoä ñoàng truïc cuûa caùc boä phaän cuûa ñaàu töø giaûo taïo dao ñoäng, boä phaän noái, duïng cuï. + Ñoä chính xaùc cuûa caùc cô caáu duøng ñeå ñieàu chænh chi tieát. + Ñoä chính xaùc vò trí töông ñoái giöõa duïng cuï vaø chi tieát gia coâng. Tröôùc khi gia coâng, phaûi kieåm tra ñoä chính xaùc cuûa maùy vaø taát caû duïng cuï phuï trôï neâu treân nhaèm giaûm ñeán möùc toái thieåu caùc sai soá. - Caùc yeáu toá phuï thuoäc vaøo ñaëc tính coâng ngheä : + Kích côõ haït maøi. + Söï oån ñònh cuûa khe hôû giöõa duïng cuï vaø vaät gia coâng. + Ñoä moøn cuûa duïng cuï. + Hình daùng hình hoïc cuûa duïng cuï. + Ñoä saâu gia coâng. Ñoái vôùi gia coâng loã, do ñaëc ñieåm khaùc nhau maø ngöôøi ta phaân bieät gia coâng loã thoâng vaø loã khoâng thoâng. Ñoä chính xaùc cuûa phöông phaùp ñaït caáp 2-3, coøn ñoä boùng beà maët ñaït caáp 8-9 - Ñoä chính xaùc gia coâng loã thoâng : Ñoä chính xaùc cuûa loã thoâng coù tieát dieän khoâng ñoåi do 3 yeáu toá quyeát ñònh + Ñoä chính xaùc cheá taïo duïng cuï. Trang - 35 -
  37. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT + Ñoä chính xaùc cheùp hình cuûa duïng cuï. + Dao ñoäng coù haïi thaúng goùc vôùi truïc doïc cuûa duïng cuï. Ñoái vôùi loã coân hoaëc loã coù baäc thì ngoaøi 3 yeáu toá treân, ñoä moøn cuûa duïng cuï coù taùc ñoäng raát lôùn ñeán ñoä chính xaùc. Tuyø theo ñoä chính xaùc cuûa loã maø choïn caáp chính xaùc cheá taïo cuûa duïng cuï nhaát thieát phaûi chuù yù raèng loã seõ coù kích thöôùc lôùn hôn duïng cuï. Ví duï vôùi haït côõ 120 thì kích thöôùc lôùn hôn vôùi 0,4÷0,5 mm; Côõ haït 320 thì 0,03÷0,04 mm, so vôùi kích thöôùc cuûa duïng cuï. - Ñoä chính xaùc cuûa loã khoâng thoâng : + Ngoaøi caùc yeáu toá noùi treân ñoä chính xaùc gia coâng loã coù ñaùy coøn phuï thuoäc vaøo ñoä moøn cuûa duïng cuï. + Ñoä coân cuõng nhö sai leäch hình daùng cuûa duïng cuï ñeàu sao cheùp sang beà maët gia coâng. Do ñoù duïng cuï phaûi laøm baèng vaät lieäu chòu moøn. + Gia coâng chính xaùc loã coù ñaùy chæ thöïc hieän ñöôïc baèng moät loaïi phöông phaùp gaàn ñuùng, nhieàu laàn thay duïng cuï vôùi duïng cuï laøm baèng vaät lieäu chòu moøn. + Neáu phaûi gia coâng loã coù ñaùy treân vaät lieäu khoù gia coâng (hôp kim cöùng, theùp toâi) thì ñaùy loã seõ loài. Ñoä loài taêng vôùi ñoä saâu gia coâng. Lyù do laø ôû giöõa noàng ñoä cuûa boät maøi loaõng hôn ôû xung quanh. Ñoä chính xaùc cuûa loã (ñaëc bieät ôû ñaùy loã) khoâng ñaït ñöôïc 0,05 mm. VI. Moät soá coâng ngheä gia coâng baèng sieâu aâm : Gia coâng baèng sieâu aâm ñöôïc söû duïng ñeå naâng cao hieäu quaû cuûa caùc phöông phaùp gia coâng khaùc baèng caùch ñöa giao ñoäng cuûa sieâu aâm taùc duïng vaøo duïng cuï caét. Ngöôøi ta ñaõ tìm ñöôïc nhieàu bieän phaùp hôïp lyù ñeå naâng cao naêng suaát caét vaø tuoåi thoï cuûa dao trong gia coâng tieän, khoan, khoeùt, doa, maøi, caét ren .v.v. vôùi vieäc duøng sieâu aâm. Trang - 36 -
  38. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT 1) Khoan - khoeùt - doa baèng sieâu aâm : - Khoan sieâu aâm döïa treân cô sôû lôïi duïng taùc ñoäng coï xaùt vaø goït duõa cuûa soùng sieâu aâm, thieát bò khoan laøm vieäc vôùi taàn soá 20÷30 kHz, goàm coù ñaàu töø giaûo dao ñoäng vôùi taàng soá treân, vaø boä caàu noái ñöôïc noái vôùi ñaàu giao ñoäng, caàu noái ñöôïc truyeàn giao ñoäng, vaø qua duïng cuï dao ñoäng ñöôïc truyeàn sang vaät caàn khoan. - Khaùc vôùi muõi khoan quay thoâng thöôøng, ôû ñaây duïng cuï khoan dao ñoäng doïc thaúng goùc vôùi maët cuûa vaät gia coâng. Do taùc duïng dao ñoäng ñoù, nhöõng haït maøi nhoû troän laãn lô löõng trong chaát loûng raïch vaät gia coâng, môû ra theo loã privet cuûa duïng cuï. Töø cô cheá khoan nhö vaäy coù theå suy ra raèng khoâng neân khoan loã thuûng xuyeân baèng muõi khoan ñaëc, maø baèng muõi khoan oáng (xem hình 2.9), neáu kích thöôùc vaø hình daïng loã cho pheùp taïo hình muõi khoan nhö vaäy. Baèng muõi khoan naøy, nhöõng phaàn vaät lieäu ñöôïc laáy ñi coù choå ñeå doàn laïi. e e d a Hình 2.9 : Nguyeân lyù khoan baèng sieâu aâm a) Ñaàu töø giaûo dao ñoäng b) Caàu noái b f c) Duïng cuï c d) Boä laøm maùt g e) Chaát loûng laûm maùt f) Vaät gia coâng g) Nhuõ töông coù haït maøi ñaùnh boùng. Trang - 37 -
  39. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT - Treân hình 2.10 vaø 2.11 coù theå thaáy nguyeân lyù khoan sieâu aâm trong moät soá tröôøng hôïp cuï theå. a b Hình 2 .10 : Khoan sieâu aâm vôùi caùc duïng cuï khaùc nhau. a) Phoi khoâng bò huùt ñi. b) Phoi bò huùt ñi. Hình 2.11 : Sô ñoàø nguyeân lyù khoan sieâu aâm trong moät soá tröôøng hôïp cuï theå a) Khoan loã hình truï coù ñaùy b) Khoan xuyeân loã truï baèng duïng cuï coù daïng vaønh khaên. c) Khoan loã ñaùy khoâng phaûi hình truï. d) Khoan loã xuyeân khoâng phaûi hình truï. - Hình 2.12 laø ñaàu sieâu aâm cuûa maùy khoan duøng ñeå taïo dao ñoäng doïc khi khoan, khoeùt loã. Noù coù boä bieán töø 1 ñaët beân Trang - 38 -
  40. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT trong thaân 2 vaø nhaän nguoàn dao ñoäng töø maùy phaùt sieâu aâm ñaët lieàn vôùi maùy khoan. Boä bieán töø bieán dao ñoäng ñieän coù taàn soá sieâu aâm thaønh dao ñoäng doïc cô hoïc. Chi tieát daïng pheãu 3 laép phía döôùi thaân 2 coù chieàu cao phuï thuoäc vaøo taàn soá dao ñoäng. Thanh truyeàn 4 ñöôïc haøn vaøo boä bieán töø nhaèm khueách ñaïi vaän toác vaø bieân ñoä dao ñoäng. Loã coân phía döôùi duøng ñeå laép muõi khoan, muõi khoeùt. Ñaàu sieâu aâm cuõng ñöôïc laøm nguoäi baèng nöôùc. Hình 2.12 : Ñaàu sieâu aâm cuûa maùy khoan. - Ñeå khoan, khoeùt, doa, caét ren ngöôøi ta cuõng ñaõ söû duïng moät caáu truùc môùi laø ñaàu sieâu aâm dao ñoäng xoaén (Hình 2.13). Loaïi naøy cuõng coù boä bieán töø 1 coù daïng voøng, beân trong noù ñaët tieáp tuyeán caùc boä bieán ñoåi soùng 2. Phaàn treân cuûa loõi coäng höôûng 3 coù ñuoâi coân ñeå laép vaøo truïc chính cuûa maùy; phaàn döôùi coù loã coân ñeå laép duïng cuï caét 4. Khi cho doøng ñieän coù taàn Trang - 39 -
  41. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT soá cao qua cuoän daây boä bieán töø vaøo caùc boä bieán ñoåi soùng 2, caùc dao ñoäng doïc xuaát hieän seõ taïo neân taùc duïng xoaén töông ñoái vôùi truïc ñaàu sieâu aâm. Hình 2.13 : Ñaàu sieâu aâm dao ñoäng xoaén - Haït ñaùnh boùng thöôøng laø haït cacbid borlum lô löûng trong nöôùc. Chuùng ta coù theå gia taêng coâng suaát cuûa maùy khoan sieâu aâm. Neáu chuùng ta huùt ñi phoi vuïn toàn ñoäng trong muõi khoan oáng (hình 2.10b). Baèng caùch naøy coù theå khoan loã saâu töø 4 mm ñeán 30 mm, toác ñoä khoan taêng leân 5 laàn. - Baûng 2.2 so saùnh coâng suaát khoan trong tröôøng hôïp khoâng huùt phoi vuïn vaø trong tröôøng hôïp coù huùt. - Boät maøi söû duïng laø haït cacbit borium côõ haït 220; tröôøng hôïp khoan kim cöông, thì duøng boït kim cöông. Soá lieäu treân öùng vôùi thieát bò khoan coù taàng soá22 kHz, coâng suaát 30W, ñieän tích coâng taùc laø 27 mm2. Trang - 40 -
  42. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT Baûng 2.2 : Coâng suaát khoan trong caùc tröôøng hôïp Naêng suaát khoan Möùc ñoä mm3/phuùt Vaät lieäu caàn khoan hao moøn Khoâng huùt Coù huùt (*) phoi phoi Thuûy tinh 200 1000 1 Mica 150 800 1 Ferit 150 800 3 Germansxum 200 600 3 Than 100 500 1 Tinh theå thaïch anh 100 400 2, 5 Ñaù maõ naõo 60 320 5 Söù cöùng 50 250 6 Ngoïc trai 50 250 6 Dura 6 40 20 Ngoïc ñoû 8 30 10 Hôïp kim cöùng 5 . . . 7 30 . . .40 60 Ñoàng thau 2 12 40 Caùcbit borium 1 . . . 4 2, 5 m10 50 Theùp troøn 12% 1, 8 10 120 Theùp gioù 1, 8 8 200 Kim cöông 1, 8 0, 05 2000 - (*) Giaû thieát coù muõi khoan coù ñoä cöùng baèng nhau, vaø vaät gia coâng baèng thuûy tinh, ñoä hao moøn cuûa muõi khoan laø 1, thì soá lieäu trong baûng laø ñoä hao moøn cuûa muõi khoan trong tröôøng hôïp khoan caùc vaät lieäu khaùc thì so saùnh vôùi tröôøng hôïp khoan thuûy tinh. - Khoan sieâu aâm khoâng chæ coù öu ñieåm laø coù theå khoan baát kyø vaät coù ñoä cöùng naøo vaø loã khoan coù baát cöù profin naøo maø Trang - 41 -
  43. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT coøn lôïi hôn khi khoan vaät coù khaû naêng daãn ñieän, duø cho ñoái vôùi vaät lieäu naøy coù theå duøng phöông phaùp khaùc. Ví duï gia coâng baèng tia löûa ñieän, ñeå ñaït ñöôïc ñoä boùng toát thì hoaëc phaûi khoan chaäm, maø coù khi ngay caû khi vaäy cuõng khoâng ñaït ñöôïc chaát löôïng beà maët toát hôn, hoaëc neáu khoan nhanh thì beà maët laïi raát thoâ. - Neáu löïa choïn loaïi boät maøi coù ñoä mòn thích hôïp vaø khoâng coù taïp chaát, thì ñoä nhaùm toái ña (Rmax) cuûa beà maët gia coâng sieâu aâm khoâng quaù 1 μm. Ñöôøng kính loã lôùn hôn ñöôøng kính muõi khoan khoaûng 60÷100 μm tuøy thuoäc vaøo ñoä mòn cuûa haït maøi. Ñöôøng kính cuûa loã khoan khoâng theå nhoû hôn 100 μm. Ñoä chính xaùc toái ña coù theå ñaït ñöôïc laø 10 μm vôùi maùy toát nhaát. Caùc maùy thöôøng duøng hieän nay coù theå coù coâng suaát 3÷5 kW. Naêng suaát laáy phoi laø 1500÷2000 mm3/ph khi gia coâng thuûy tinh; laø 40÷50 mm3/ph ñoái vôùi hôïp kim cöùng. 2) Maøi - caét - xeû raõnh . . . baèng sieâu aâm : - Nhö ñaõ noùi khoan baèng sieâu aâm laø coâng ngheä quan troïng nhaát vaø phoå bieán nhaát. caùc loaïi gia coâng khaùc veà nguyeân lyù töông töï nhö gia coâng loã. Trong nhöõng phaàn döôùi ñaây, chæ baøn nhieàu veà maøi, coøn caùc loaïi gia coâng khaùc thì noùi ít. Sôû dó baøn veà gia coâng maøi nhieàu hôn vì noù coù moät soá tính chaát khaùc so vôùi gia coâng khoan. Caùc nöôùc tieân tieán (Lieân Xoâ, Myõ) ngöôøi ta ñang chuù yù ñeán moät ñieàu laø laøm sao coù theå öùng duïng nhöõng ñaëc ñieåm cuûa phöông phaùp gia coâng thoâng duïng nhö (khoan, maøi phaúng maøi troøn, caét ren . . .) vaøo phöông phaùp gia coâng baèng sieâu aâm. - Khaùc vôùi khoan loã, khi maøi maët phaúng thì vaät gia coâng coù theå chuyeån ñoäng döôùi duïng cuï. - Trong tröôøng hôïp maøi nhöõng choã chaät, khoù maøi treân nhöõng vaät lieäu gia coâng baèng vaät lieäu raén doøn (nhö söù) hoaëc hôïp kim cöùng, thì maøi treân maët phaúng baèng sieâu aâm coù taàm quan troïng lôùn, vì khoâng coù phöông phaùp naøo khaùc gia coâng coù Trang - 42 -
  44. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT naêng suaát chaáp nhaän ñöôïc. Nhöõng ñaëc tính coâng ngheä khoan cuõng coù giaù trò trong gia coâng maøi maët phaúng, nhöng caàn boå sung theâm baèng toác ñoä chuyeån ñoäng cuûa vaät gia coâng aûnh höôûng lôùn ñeán naêng suaát, chaát löôïng beà maët vaø ñoä chính xaùc. Khi giöõa duïng cuï vaø vaät gia coâng coù chuyeån ñoäng töông ñoái, thì ñieàu kieän tieáp xuùc giöõa duïng cuï vaø vaät gia coâng seõ khaùc. Löïc taùc duïng vaøo moät soá haït maøi seõ thay ñoåi, vì ñieàu kieän laøm vieäc seõ bieán ñoåi treân dieän tích cuûa beà maët laøm vieäc cuûa duïng cuï môùi laàn ñaàu tieáp xuùc vôùi vaâït gia coâng. Taát nhieân laø vôùi cô cheá ñoäng hoïc nhö vaäy ñieàu kieän maøi goït cuûa beà maët laøm vieäc cuûa duïng cuï seõ khaùc nhau trong töøng giai ñoaïn. Hình 2.14 : Nguyeân lyù maøi phaúng baèng sieâu aâm - Ñeå coù theå choïn toác ñoä moät caùch toái öu treân vaät gia coâng (e) thì neân phaân tích moái quan heä VD = F(e) treân hình 2.15 - Töø hình 2.15 ta coù theå ruùt ra moät soá keát luaän sau : + Treân giai ñoaïn 1 cuûa caùc ñöôøng cong naêng suaát lôùn, nhöng duïng cuï mau hoûng vì coi nhö ñaõ gia coâng xong. Taêng e thì naêng suaát giaûm ñeán toái thieåu. + ÔÛ ñaàu giai ñoaïn 2 naêng suaát raát nhoû sau ñoù tieán leân vôùi e vaø ñaït trò soá naêng suaát khi e = 0, ñoù laø naêng suaát khoan baèng sieâu aâm. Sôû dó naêng suaát giaûm toái thieåu vì vôùi trò soá giôùi haïn e naøo ñoù hoaëc gaàn vôùi trò soá ñoù trong khoaûng thôøi gian Trang - 43 -
  45. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT nhaát ñònh, duïng cuï dòch chuyeån do taùc ñoäng coäng höôûng theo höôùng ngöôïc vôùi höôùng chuyeån ñoäng cuûa vaät gia coâng. Söï chuyeån ñoäng ngöôïc naøy thöïc teá nhaát quaùn vôùi söï giaûm beà maët laøm vieäc cuûa duïng cuï. + Giai ñoaïn 3 toác ñoä tieáp tuïc taêng thì khoâng coøn laøm taêng naêng suaát nöõa. Hình 2.15 : Bieán ñoåi cuûa phoi laáy ñi vôùi vaän toác tieán cuûa vaät gia coâng. e (mm/ph) 3 Vd (mm /ph) - Caàn thieát phaûi löu yù raèng, khi noùi nhöõng ñieàu kieän ôû treân chuùng ta ñaõ so saùnh caùc thoâng soá naêng suaát trung bình, chuùng ta khoâng chuù yù ñeán caùc ñieàu kieän maøi goït khaùc nhau ôû nhöõng giai ñoaïn khaùc nhau cuûa duïng cuï. - Toác ñoä tieán phaûi sao cho trong khi duïng cuï tieáp xuùc vôùi vaät gia coâng ôû moät thôøi ñieåm thì ñoä aên dao (f) khoâng vöôït quaù giôùi haïn (bk) maø kích thöôùc haït maøi quyeát ñònh, ñieàu ñoù bieåu e.f.lm thò baèng bieåu thöùc sau ñaây : < e bk Trang - 44 -
  46. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT Hình 2.16 : Tæ leä ñoä saâu vaø kích thöôùc haït maøi 1. Duïng cuï 2. Haït maøi 3. Vaät gia coâng - Phuï taûi tónh cuõng laø moät thaønh phaàn trong xung löïc tröïc tieáp taïo ra söï phaân taùn vaät lieäu. Phuï taûi tónh toái öu chuû yeáu do beà roäng cuûa beà maët laøm vieäc cuûa duïng cuï quyeát ñònh. Trong tröôøng hôïp chung quanh heä naøy theo haøm muõ e. Vôùi haït maøi 0,45 quan heä naøy laø : Popt = 2am - Coù theå thay theá baèng haøm parabol, ôû ñoù am laø beà roäng cuûa beà maët laøm vieäc cuûa duïng cuï. - Khi maøi baèng sieâu aâm chaát löôïng beà maët khoâng nhöõng phuï thuoäc vaøo caùc tính chaát gioáng nhö khoan maø coøn phuï thuoäc nhieàu vaøo toác ñoä dao ñoäng vaø ñoä tieán cuûa duïng cuï. - Coù theå maøi baèng sieâu aâm maët phaúng naèm, maø caû maët phaúng ñöùng vaø maët phaúng hình hoïc naøo ñoù : Trang - 45 -
  47. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT Hình 2.17 : Sô ñoà nguyeân lyù gia coâng baèng sieâu aâm caùc maët phaúng hình hoïc coù daïng ñaõ cho (a-b) vaø maët phaúng beân (c) VII. Ñaëc ñieåm vaø phaïm vi öùng duïng : 1) Ñaëc ñieåm : * Öu ñieåm : - Cho pheùp gia coâng ñöôïc nhöõng vaät lieäu voâ cuøng cöùng, raén, gioøn. - Cho pheùp gia coâng ñöôïc nhöõng vaät lieäu phi kim loaïi. - Khoâng gaây ra hieän töôïng nöùt teá vi beà maët. - Khoâng gaây ra tai naïn lao ñoäng. * Nhöôïc ñieåm : - Ñoä lôùn cuûa beà maët gia coâng : Khi beà maët gia coâng nhoû, thao taùc thöïc hieän khaù phöùc taïp, khoù khaên. Caùc maùy khoan sieâu aâm coù theå thöïc hieän treân beà maët toái ña 750-1000 mm2, vôùi moät naêng suaát coù theå chaáp nhaän ñöôïc. Coù theå taêng tieát dieän gia coâng baèng caùch taêng naêng suaát ra vaø tieát dieän beà maët phaùt soùng cuûa ñaàu töø giaûo. Coâng vieäc naøy ñoøi hoûi phaûi giaûi quyeát nhöõng vaán ñeà veà aâm hoïc raát phöùc taïp. - Ñoä saâu coù theå gia coâng ñöôïc : Chæ coù theå gia coâng loã vaø raõnh khoâng saâu laém. Taêng ñoä saâu thì giaûm naêng suaát, do laøm taêng quaù trình maøi phuï, vaø gaây khoù khaên cho vieäc ñöa boät Trang - 46 -
  48. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT maøi vaøo vuøng laøm vieäc cuõng nhö laáy ñi vaät lieäu bò maøi moøn cuûa duïng cuï. Loã saâu chæ coù theå khoan theo kieåu baäc thang, khi ñoù naêng suaát seõ bò giaûm. - Nhu caàu naêng löôïng : Nhu caàu naêng löôïng bieåu hieän baèng tæ soá giöõa coâng suaát ñaàu vaøo hoaëc coâng suaát phaùt ra cuûa maùy phaùt sieâu aâm vaø löôïng phoi trung bình trong moät giôø. 2 Qki = Nki / VD (kWh/cm ) - Naêng suaát : Naêng suaát thaáp khi gia coâng vaät lieäu töø hôïp kim cöùng vaø theùp ñaõ toâi, baèng 1/20-1/50 naêng suaát khi gia coâng thuûy tinh, thaïch anh, .v.v. Beân caïnh ñoù duïng cuï moøn nhieàu hôn. Khi söû duïng sieâu aâm ñeå boå sung cho caùc coâng ngheä truyeàn thoáâng ñeå gia coâng vaät lieäu cöùng vaø khoù gia coâng, thì caàn phaûi chuù yù ñeán nhöõng nhöôïc ñieåm cuûa coâng ngheä gia coâng sieâu aâm ñaõ neâu ôû treân. Ngoaøi ra laøm vieäc vôùi nhöõng thieát bò gia coâng baèng sieâu aâm taàn soá töông ñoái thaáp (<16 kHz). Ngöôøi coâng nhaân choùng meät moûi. 2) Phaïm vi öùng duïng : Chuùng ta coù theå chia thaønh caùc öùng duïng nhö sau : - Gia coâng chæ baèng phöông phaùp sieâu aâm : khoan, maøi gia coâng ren, laøm saïch bavia, gia coâng raõnh. - Gia coâng baèng sieâu aâm phoái hôïp phöông phaùp gia coâng khaùc : khoan , phay, xoi loã, maøi, maøi tinh, maøi baèng ñóa, maøi boùng baèng ma saùt. - Gia coâng khoâng caét goït : Haøn, laøm saïch kim loaïi, laép gheùp baèng eùp, phaân tích vaät lieäu coù phaân töû lôùn, laøm phaùt sinh vaø xuùc tieán nhanh caùc quaù trình gia coâng hoaù vaø ñieän hoaù. - ÖÙng duïng trong vieäc laép gheùp chi tieát : Trang - 47 -
  49. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT 10 7 8 5 3 6 9 4 1 2 Hình 2.18 : Laép gheùp baèng sieâu aâm 1. Dao ñoäng doïc 2. Dao ñoäng höôùng kính 3. Choát 4. Coát ñeå laép choát 5-6. Duïng cuï 7. Maùy phaùt sieâu aâm (1) 8. Maùy phaùt sieâu aâm (2) 9-10. Ñoäng cô sieâu aâm (ñaàu dao ñoäng). 3) Xu höôùng phaùt trieån : - Nhu caàu phaùt trieån coâng nghieäp ngaøy caøng ñoøi hoûi gia coâng caùc vaät lieäu baùn daãn, goám hôïp kim cöùng vaø nhieàu vaät lieäu sieâu cöùng raén, doøn khaùc. Do vaäy ñoøi hoûi phaûi phaùt trieån loaïi thieát bò gia coâng baèng sieâu aâm. Söï phaùt trieån caàn thieát khoâng nhöõng chæ ñoái vôùi nhoùm gia coâng thöù nhaát, maø caû ñoái vôùi nhöõng nhoùm gia coâng phoái hôïp, maëc daàu hieän nay nhoùm naøy chöa coù taàm quan troïng nhieàu. - Noäi dung phaùt trieån goàm coù caùc vaán ñeà : ñoäng hoïc, ñaàu tö giaûo, caùc giaûi phaùp noái môùi phöùc taïp. Hieän nay, ngöôøi ta Trang - 48 -
  50. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT ñang nghieân cöùu phaùt trieån caùc maïch ñieän ña maïch, caùc ñaàu töø giaûo vaø boä noái coù theå gia coâng treân beà maët lôùn, ít toån thaát. - Baèng caùc phoái hôïp gia coâng sieâu aâm, gia coâng aên moøn ñieän vaø gia coâng ñieän hoaù vôùi nhau, ñeå gia coâng caùc vaät lieäu coù khaû naêng daãn ñieän, ngöôøi ta coù theå taêng naêng suaát vaø giaûm hao moøn duïng cuï. Trong lónh vöïc phoái hôïp gia coâng neân gia coâng sieâu aâm boå sung cho gia coâng truyeàn thoáng, caàn nghieân cöùu phaùt trieån nhöõng loaïi thieát bò môùi. Trang - 49 -
  51. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT B - PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG TIA NÖÔÙC ( Water Jet Cutting - WJC ) GIA COÂNG TIA NÖÔÙC COÙ HAÏT MAØI (Abrasive Water Jet Cutting -AWJC) Muïc tieâu : Sau khi hoïc nghieân cöùu xong chöông naøy, ngöôøi nghieân cöùu coù khaû naêng sau - Hieåu khaùi nieäm gia coâng baèng tia nöôùc vaø tia nöôùc coù haït maøi. - Hieåu, bieát nguyeân lyù gia coâng baèng tia nöôùc vaø tia nöôùc coù haït maøi. - Töôøng minh thieát bò vaø duïng cuï. - Bieát töôøng taän caùc thoâng soá coâng ngheä. - Öu nhöôïc ñieåm vaø phaïm vi öùng duïng. I. Khaùi nieäm : - Gia coâng tia nöôùc : Laø phöông phaùp gia coâng môùi, duøng tia nöùôc coâng nghieäp taùc ñoäng vaøo vuøng chi tieát caàn gia coâng, quaù trình cöù tieán haønh lieân tuïc vaø daàn daàn taïo thaønh chi tieát gia coâng. - Gia oâng tia nöôùc coù haït maøi : Coù caáu taïo gaàn nhö töông töï caáu truùc gia coâng baèng tia nöôùc. Phöông phaùp naøy duøng tia nöôùc ñöôïc theâm vaøo caùc phaàn töû haït maøi ñeå cho quaù trình gia coâng maïnh hôn, coù hieäu quaû hôn, nhaèm taïo khaû naêng caét caùc vaät lieäu cöùng hôn nhö : theùp, thuûy tinh, beâtoâng hay vaät lieäu composite . . . Doøng tia nöôùc gia coâng naøy seõ khoâng gaây ra nhöõng haäu quaû do aùp suaát hoaëc nhieät leân caùc vaät maø chuùng ta ñang gia coâng. Trang - 50 -
  52. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT II. Nguyeân lyù gia coâng : - Hieän töôïng caét baèng tia nöôùc thöïc hieän baèng caùch ñöa moät theå tích lôùn nöôùc qua moät ñöôøng oáng nhoû. Theå tích nöôùc khoâng ñoåi ñi qua moät oáng tieát dieän giaûm daàn seõ laøm caùc phaàn töû taêng toác moät caùch nhanh choùng. Doøng ñöôïc taêng toác naøy ra khoûi oáng taùc ñoäng moät löïc caét lôùn vaøo vaät lieäu gia coâng. Aùp suaát cöïc ñaïi (2.108 Pa - 4.108 Pa) cuûa caùc phaàn töû nöôùc ñaõ ñöôïc gia toác tieáp xuùc vôùi moät vuøng dieän tích beù (Veát caét hoaëc raõnh coù ñoä roäng xaáp xæ 1mm, ñöôøng kính loã nhoû nhaát coù theå caét ñöôïc laø 1,5 mm) cuûa chi tieát gia coâng. Trong vuøng naøy seõ phaùt trieån nhöõng veát nöùt nhoû do taùc ñoäng cuûa tia nöôùc. Tia nöôùc cuoán troâi vaät lieäu bò boùc ra khoûi chi tieát gia coâng. Veát nöùt do taùc ñoäng cuûa tia nöôùc giôø ñaây bò ñaët döôùi doøng nöôùc. Aùp suaát cöïc ñaïi vaø taùc ñoäng cuûa caùc phaàn töû trong doøng tia laøm cho veát nöùt phaùt trieån cho tôùi khi vaät lieäu bò caét hoaøn toaøn. - Ñaàu tieân nöôùc töø thuøng caáp nöôùc ñi qua boä loïc vaø hoøa troän. Sau ñoù nhôø oáng daãn chaát loûng ñi qua boä khueách ñaïi ñeå taêng aùp ñeán ñaàu phun. Taïi ñaàu phun tia nöôùc ñöôïc phun ra maïnh hay yeáu laø nhôø van tieát löu. Van naøy ñöôïc ñieàu khieån bôõi moät boä ñieàu khieån. Tia nöôùc sau khi ra khoûi ñaàu phun coù aùp suaát raát lôùn, nhôø aùp suaát naøy maø taïo neân aùp löïc caét chi tieát gia coâng. - Khi gia coâng tia nöôùc coù haït maøi thì haït maøi ñöôïc troän vôùi nöôùc trong oáng troän tröôùc khi ñöôïc phun tra ngoaøi. Vaän toác cuûa doøng nöôùc raát cao seõ taïo ra vuøng chaân khoâng vaø huùt haït maøi töø ngoaøi vaøo maø khoâng caàn baát cöù moät maùy naøo khaùc ñeå ñöa doøng haït maøi vaøo. Tia dung dòch naøy thoâng thöôøng ñöôïc ñaåy baèng khí neùn nhaèm muïc ñích taêng toác ñoä cuûa doøng chaûy. Beà maët ñöôïc gia coâng baèng tia haït maøi khoâng coù veát xöôùt nhö beà maët gia coâng baèng caùc phöông phaùp khaùc (caùc phöông phaùp gia coâng coøn coù taïo phoi). Moãi thaønh phaàn cuûa doøng tia laø nöôùc vaø haït maøi ñeàu coù muïc ñích rieâng bieät vaø hoã trôï : Muïc ñích chính cuûa vaät lieäu haït maøi trong doøng tia laø cung caáp löïc Trang - 51 -
  53. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT maøi moøn; muïc ñích cuûa doøng tia nöôùc laø coù taùc duïng ñöa vaät lieäu haït maøi ñeán chi tieát gia coâng ñeå maøi moøn, tia nöôùc cuøng gia toác vôùi haït maøi, mang caû doøng haït maøi vaø vaät lieäu bò maøi moøn khoûi vuøng laøm vieäc. Beà maët tröôùc khi gia coâng baèng tia haït maøi phaûi ñöôïc taåy saïch buïi, phoi, daàu nhôøn, axit vaø caùc taïp chaát khaùc. Hình 2.19: Sô ñoà nguyeân lyù gia coâng baèng tia nöôùc Trang - 52 -
  54. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT Nöôùc vaøo ôû aùp suaát cao Voøi phun Haït maøi ñi vaøo Nöôùc ôû toác ñoä cao Doøng tia nöôùc coù haït maøi OÁng chòu maøi ñöôïc taäp trung moøn Hình 2.20 : Gia coâng tia nöôùc coù haït maøi. - Khi khaùch haøng ñöa ra moät baûn veõ, noù seõ ñöôïc soá hoaù vaø veõ laïi baèng phaàn meàm CAD/CAM. Sau ñoù baûn veõ ñöôïc chuyeån ñoåi thaønh ngoân ngöõ maø maùy gia coâng baèng tia nöôùc coù theå ñoïc ñöôïc qua moät chöông trình ñöôïc goïi laø gia coâng nhôø maùy tính CAM (Computer Aided Manufacturing). III. Cô sôû lyù thuyeát : Do gia coâng vaø tia nöôùc vaø gia coâng tia nöôùc coù haït maøi coù ñaëc ñieåm caáu taïo cuõng nhö nguyeân lyù gia coâng töông töï nhau, vì vaäy chuùng ta chæ ñeà caäp tôùi phöông phaùp gia coâng maïnh nhaát vaø phöùc taïp nhaát trong 2 phöông phaùp, ñoù laø phöông phaùp gia coâng tia nöôùc coù haït maøi. Quaù trình ñöa phaàn töû haït maøi vaøo trong nöôùc : Trang - 53 -
  55. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT - Haït maøi ñöôïc ñöa vaøo sau giai ñoaïn hình thaønh tia nöôùc aùp suaát cao. - Haït maøi ñöôïc ñöa vaøo tröôùc quaù trình hình thaønh tia nöôùc (tröôøng hôïp khoâng phoå bieán). Nöôùc aùp löïc cao Haït maøi Khuoân Ñai oác Nuùt chaën Thaân oáng Voøi phun Haït maøi Ñai oác haõm OÁng taäp OÁng taäp trung trung Voøi phun Doøng tia nöôùc Goùc ngheâng OÁng taäp trung Hình 2.21 : Quaù trình troän haït maøi vaøo tia nöôùc Sau ñaây laø nhöõng ñoà thò chæ roõ moät soá moái lieân heä caàn thieát trong quaù trình gia coâng : Trang - 54 -
  56. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT Löu löôïng khí thoåi vaøo (l/mm) Kích thöôùc oáng taäp trung mm Löu löôïng khoái löôïng haït maøi ñöa vaøo (g/s) Hình 2.22 : Quan heä giöõa ñöôøng kính oáng taäp trung vaø aùp suaát bôm (Focus diameter and pump pressure) Löu löôïng khí thoåi vaøo Aùp suaát bôm MPa (l/mm) Ñöôøng kính oáng taäp trung (mm) Hình 2.23 : Quan heä giöõa löu löôïng khoái löôïng haït maøi vaø hình daùng hình hoïc oáng taäp trung Trang - 55 -
  57. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT Aùp suaát (mbar) Löu löôïng haït maøi g/s Löu löôïng khí thoåi vaøo (l/mm) Hình 2.24 : Moái quan heä göõa löu löôïng theå tích khoâng khí, löu löôïng khoái löôïng haït maøi vaø söï thay ñoåi aùp suaát Toác ñoä va chaïm tôùi haïn (m/s) (a) (b) Khaû Boät thuûy tinh naêng gaây nöùc vôõ Boät thaïch anh (%) Ñöôøng kính haït (mm) Vaän toác haït (m/s) Hình 2.25 : Aûnh höôûng caùc thoâng soá leân söï vôõ caùc phaàn töû raén. a) Vaän toác taùc ñoäng vaø goùc taùc ñoäng b) Vaän toác taùc ñoäng vaø phaàn töû Trang - 56 -
  58. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT Hình 2.26 : Aûnh höôûng caùc thoâng soá leân söï phaân huyû phaàn töû haït maøi Heä soá phaân huûy Heä soá phaân huûy Granat Thoâng soá töông töï hình (a) Aùp suaát bôm (Mpa) Chieàu daøi oáng taäp trung (mm) (a) (b) Ñöôøng kính oáng xaû haït maøi (μm) Thoâng soá töông töï Thoâng soá töông töï hình (a) hình (a) Heä soá phaân huûy Quy ñònh Toái öu Aùp suaát bôm (Mpa) Ñöôøng kính oáng taäp trung (mm) (c) (d) Trang - 57 -
  59. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT Heä soá phaân Heä soá phaân (e) (f) huûy huûy Löu löôïng khoái löôïng Ñöôøng kính haït maøi (mm) haït maøi (g/s) IV. Thieát bò vaø duïng cuï : Moät maùy gia coâng tia nöôùc goàm caùc boä phaän chính sau ñaây : - Moät cô caáu ñaàu caét ñöôïc duøng ñeå ñònh hình tia nöôùc. - Moät heä thoáng mang vaø huùt ñeå ñöa caùc phaàn töû vaøo trong doøng tia nöôùc. - Moät bôm taêng aùp ñeå gia taêng aùp suaát cuûa nöôùc. Hình 2.27 : Heä thoáng cuûa moät maùy gia coâng tia nöôùc Boä tröõ nöôùc Boä taïo aùp suaát Heä thoáng ñaàu caét vaø dòch chuyeån Trang - 58 -
  60. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT Hình 2.28 : Sô ñoà cuûa heä thoáng bôm vaø cung caáp nöôùc Van traøn Ñoái töôïng Beå Ñoäng cô Maùy Muõi caét chöùa Voøi phun bôm 1) Boä taêng aùp : - Boä taêng aùp hoaït ñoäng nhö moät boä khueách ñaïi, noù bieán ñoåi naêng löôïng töø doøng chaát loûng coù aùp suaát thaáp thaønh doøng coù aùp suaát raát cao. Heä thoáng thuyû löïc cung caáp naêng löôïng chaát loûng ñeán moät piston chuyeån ñoäng qua laïi trong moät ñoaïn trung taâm cuûa maùy taêng cöôøng. Moät coâng taéc giôùi haïn ñaët ôû cuoái haønh trình cuûa piston, baùo hieäu doøng ñieän ñieàu khieån ñoåi chieàu van ñaûo chieàu vaø thay ñoåi chieàu chuyeån ñoäng cuûa piston. - Vieäc laép raùp boä taêng aùp vôùi moät bôm piston ôû hai beân cuûa piston, seõ taïo ra aùp suaát ôû caû hai phía. Khi moät phía cuûa boä taêng aùp ñang ôû thì huùt, thì phía ñoái dieän ñang taïo ra moät aùp suaát cao ôû ngoõ ra. Trong khi ngoõ vaøo cuûa bôm huùt nöôùc ñaõ ñöôïc loïc ñi vaøo xylanh cao aùp thoâng qua van moät chieàu. Sau khi bôm piston ñaûo chieàu thì nöôùc seõ ñöôïc neùn vaø thoaùt ra döôùi daïng nöôùc chòu aùp suaát cao. - Boä phaän ñieàu aùp laøm ñeàu söï thay ñoåi aùp suaát töø maùy neùn cung caáp moät doøng nöôùc coù aùp suaát raát cao ñeàu ñaën ñeán duïng cuï caét hoaëc laøm saïch. - Sau ñaây laø moät soá boä taêng aùp ñöôïc duøng trong maùy caét tia nöôùc, cuõng nhö caét tia nöôùc coù troän laãn haït maøi. Trang - 59 -
  61. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT Daàu ñi ra khi pittoâng Daàu ñi vaøo ñaåy Nöôùc ñi ra khi di chuyeån qua traùi pittoâng pittoâng di chuyeån Daàu ñi vaøo Daàu ñi ra chuaån qua phaûi chuaån bò cho bò cho haønh trình haønh trình tieáp tieáp theo theo Van xaû Van naïp Boä phaän pittoâng Buoàng aùp suaát Nöôùc ñi vaøo khi pittoâng di chuyeån qua traùi Hình 2.29 : Keát caáu moät boä taêng aùp ñôn giaûn (Boä taêng aùp ñôn) Xaû Boä phaän laøm giaûm aùp suaát Nöôùc ñi vaøo khi pittoâng Nöôùc ñi vaøo khi pittoâng qua phaûi qua traùi Hình 2.30 : Söû duïng boä tích luyõ vôùi boä taêng aùp taùc ñoäng keùp Trang - 60 -
  62. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT Hình 2.31 : Cô cheá hoaït ñoäng cuûa moät boä taêng aùp taùc ñoäng keùp : Nöôùc ñöôïc Nöôùc ñöôïc naïp vaøo naïp vaøo Ngoõ daàu ra 1) Bôm A baét ñaàu co vaøo ñeå huùt nöôùc, B phun nöôùc Daàu thuûy löïc coù aùp löïc lôùn ñöôïc ñöa vaøo 2) Piston A baét ñaàu di chuyeån leân, neùn nöôùc trong khi B tieáp tuïc phun nöôùc ñaõ gia aùp. 3) Piston A baét ñaàu phun, trong khi B ngöøng vaø coù khuynh höôùng co laïi. Trang - 61 -
  63. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT 2) Duïng cuï : - Voøi phun coù ñöôøng kính 0,1-0,4 mm. Ñeå tia nöôùc coù ñuû naêng löôïng cho qua trình caét caàn cung caáp moät aùp suaát leân ñeán 400 MPa vaø vaän toác phun ra leân ñeán 900 m/s. Löu chaát ñöôïc taïo aùp löïc tôùi möùc caàn thieát nhôø moät bôm thuyû löïc. Ñaàu phun goàm coù voøng keïp vaø voøi phun. Voøng keïp ñöôïc laøm baèng theùp khoâng ræ, vaø voøi phun ñöôïc laøm baèng ngoïc bích, hoàng ngoïc hay kim cöông. Duøng kim cöông thì keùo daøi tuoåi thoï nhöng giaù thaønh cao. Heä thoáng loïc phaûi ñöôïc söû duïng ñeå ngaên phoi phaùt sinh trong quaù trình gia coâng. Nhöõng löu chaát ñöôïc duøng roäng raõi trong gia coâng baèng tia nöôùc laø caùc dung dòch polymer, vì chuùng coù xu höôùng taïo thaønh moät doøng keát dính. Hình 2.32 : Hình daïng moät voøi phun trong thöïc teá - Hình 2.33 laø moät loaïi cô caáu phun coù khaû naêng ñieàu chænh (trong moät phaïm vi nhaát ñònh) tieát dieän ñaàu ra cuûa oáng phun vaø voøi phun, ñoàng thôøi coù khaû naêng ñieàu chænh caû khoaûng caùch giöõa chuùng. Cô caáu goàm thaân chính 1 coù ren ngoaøi ñeå laép caùc thaân tröôùc 2 vaø thaân sau 3. Treân thaân tröôùc 2 coù laép caùc baïc daãn thay ñoåi (coù ñöôøng kính trong töø 4 ñeán 14 mm) vaø oáng phun 5 nhôø ñai oác 4 . Ñeå taïo ra ñoä coân haøi hoøa töø loã coân cuûa thaân tröôùc 2 ñeán oáng phun 5 giöõa chuùng coù laép caùc voøng ñeäm trung gian 6 vôùi chieàu daøy khaùc nhau. Caùc voøng ñeäm naøy luoân luoân ñöôïc laép, ngoaïi tröø tröôøng hôïp khi söû duïng oáng phun 5 coù Trang - 62 -
  64. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT ñöôøng kính trong 14 mm. Treân thaân sau 3 coù laép oáng 7 maø ôû ñaàu cuoái cuûa noù coù laép voøi phun khí neùn 8. OÁng ñöôïc keïp chaët nhôø ñai oác 9. Treân oáng 7 coù laép ñai oác moùc 10 vaø nhôø mieáng ñeäm 11 ñeå keïp chaët oáng noái 12. OÁng noái 12 ñöôïc laép vôùi oáng daãn khí neùn. Treân thaân sau 3 coù laép ñai oác moùc 13 cuøng vôùi mieáng ñeäm 14 ñeå keïp chaët oáng daãn 15. OÁng daãn 15 ñöôïc noái vôùi oáng daãn dung dòch haït maøi. Hình 2.33 : Cô caáu phun 1) Thaân chính 2,5) Thaân döôùi 3) Thaân sau 4,9) Ñai oác 5) OÁng phun 6) Voøng ñeäm trung gian 7) OÁng 8) Voøi phun khí neùn 10, 13) Ñai oác moùc 11,14) Mieáng ñeäm 12.15) OÁng noái Trang - 63 -
  65. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT - Caùc voøi phun khí neùn 8 coù ñöôøng kính ñaàu ra 4÷14 mm. Chieàu daøi cuûa chuùng töø 52 ñeán 64 mm, do ñoù coù theå ñieàu chænh khoaûng caùch giöõa ñaàu ra cuûa voøi phun vaø oáng phun ñoàng thôøi coù theå ñieàu chænh ñöôïc caû tieát dieän coâng taùc giöõa voøi phun vaø ñöôøng kính trong cuûa thaân tröôùc 2 ñeå taêng hoaëc giaûm löôïng haït maøi ñi qua. Khoûang caùch giöõa voøi phun 8 vaø voøi phun 5 ñöôïc ñieàu chænh baèng voøng ñeäm trung gian 6 (coù chieàu daøy 2÷20 mm). Tieát dieän beân trong cuûa oáng noái 15 baèng 284 mm2, coøn tieát dieän cuûa oáng phun 5 (coù ñöôøng kính lôùn nhaát) baèng 154 mm2 . Ñieàu naøy cho pheùp caáp dung dòch haït maøi tôùi oáng phun theo löôïng yeâu caàu. Caùc kích thöôùc cuûa oáng noái 12, cuûa oáng 7 vaø cuûa voøi phun khí neùn 8 phaûi ñaûm baûo ñuû tieát dieän theo yeâu caàu trong töøng tröôøng hôïp cuï theå. - Hình 2.34 laø moät cô caáu phun ñeå gia coâng loã. Cô caáu goàm thaân 1, nuùt daãn höôùng 2, oáng phun 3 vaø caùc baïc 4. Voøng ñeäm 5 coù taùc duïng coá ñònh vò trí cuûa caùc baïc 4. Caùc baïc 4 coù caùc loã ñeå cho dung dòch haït maøi ñi tôùi buoàng troän 6. Buoàng troän 6 ñoùn nhaän khí neùn ñeå phun dung dòch haït maøi tôùi beà maët gia coâng thoâng qua caùc loã treân thaân 1. Höôùng cuûa tia haït maøi ñöôïc xaùc ñònh baèng profin cuûa caùc raõnh treân nuùt ñònh höôùng 2. Vôùi caùch phun dung dòch nhö vaäy, nuùt ñònh höôùng 2 vaø thaân 1 choùng bò moøn, do ñoù chuùng caàn ñöôïc thöôøng xuyeân thay ñoåi. Hình 2.34: Cô caáu phun ñeå gia coâng loã 1. Thaân 2. Nuùt daãn höôùng 3. OÁng phun 4. Baïc 5. Voøng ñeäm 6. Buoàng troän. Trang - 64 -
  66. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT - Caùc thoâng soá quan troïng trong vieäc hình thaønh tia nöôùc cuûa voøi phun : Hình 2.35 : Boä taïo tia 2-5 laàn ñöôøng kính 0 13 Chieàu daøi tia A : Ñöôøng kính voøi 5mm B : Ñöôøng kính voøi 8mm Goùc loã voøi Hình 2.36 : Aûnh höôûng chieàu daøi tia vaø goùc co loã Trang - 65 -
  67. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT Chieàu daøi tia Chieàu daøi coå boä taïo tia Hình 2.37 : Aûnh höôûng chieàu daøi tia so vôùi chieàu daøi coå boä taïo tia Goùc löôïn troøn ñaàu vaøo Phaàn Goùc nhoïn aùp suaát voøi Chieàu daøi tia Hình 2.38 : Aûnh höôûng cuûa hình daïng goùc vaøo voøi leân aùp suaát voøi ôû caùc chieàu daøi tia khaùc nhau Trang - 66 -
  68. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT 3) Boä troän trong gia coâng tia nöôùc coù haït maøi : - Trong gia coâng tia nöôùc coù haït maøi, ta quan taâm ñeán vaán ñeà troän haït maøi vaøo tia nöôùc, moãi moät thieát bò coù moät cô cheá troän haït maøi khaùc nhau. Nhöõng hình döôùi ñaây cho thaáy ñöôïc moät soá cô cheá ñöôïc aùp duïng trong gia coâng tia nöôùc coù haït maøi: Nöôùc aùp löïc cao Vò trí cuûa voøi tia nöôùc Buoàng troän Haït maøi Voøi gia coâng ñaõ troän laãn tia nöôùc vaø haït (a) maøi Hình 2.39 : Haït maøi Quaù trình troän haït maøi vaøo nöôùc ñaõ gia aùp Nöôùc aùp Nöôùc aùp löïc cao löïc cao (b) Trang - 67 -
  69. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT Nöôùc aùp Haït maøi löïc cao Nhieàu tia nöôùc coù theå laø song song hoaëc hoäi tuï vaøo coå ngoõng cuûa voøi phun. Thaân nhieàu Buoàng troän loã voøi Hình 2.40 : Cô cheá caáp haït döïa Voøi phun vaøo troïng löôïng. Nöôùc aùp Haït maøi vaø Haït maøi vaø löïc cao khí ñöôïc khí ñöôïc ñöa vaøo ñöa vaøo Voøi tia nöôùc Buoàng troän Hình 2.41 : Voøi phun Cô cheá caáp haït cöôõng böùc baèng khí Trang - 68 -
  70. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT 4) Thieát bò : a) Maùy tia nöôùc ñôn thuaàn : - ÔÛ ñaây, nöôùc ñöôïc ñöa vaøo bôm cao aùp taïo neân aùp suaát raát lôùn, töø p = (1÷4)103 bar, coù maùy duøng p = (4÷9)103 bar. Nöôùc coù aùp suaát cao ñöôïc ñöa ñeán voøi phun cheá taïo baèng ngoïc bích hoaëc kim cöông, coù ñöôøng kính Φ 0,1÷0,4 mm. Voøi phun ñaët trong ñaàu caét ñöa nöôùc ñeán oáng hoäi tuï, taïo neân tia nöôùc coù naêng löôïng phaù huyû lôùn taùc duïng vaøo beà maët vaät gia coâng thöïc hieän quaù trình gia coâng. Toác ñoä caét phuï thuoäc vaøo vaät lieäu vaø chieàu daøy vaät caét. Chieàu daøy thöôøng khoâng quaù 15 mm ñeå ñaûm baûo maët caét khoâng coù bavia. Löu löôïng nöôùc thöôøng duøng Q = 3÷5 lít/phuùt vaø vaän toác tia nöôùc coù theå ñaït ñeán v = 900 m/s (gaàn 3 laàn vaän toác aâm). Nöôùc caàn loïc vôùi boä loïc teá vi ñeå ñaûm baûo haït baån khoâng quaù 5÷10 μm. Hình 2.42 : Moät maùy gia coâng tia nöôùc ñôn thuaàn b) Maùy tia nöôùc coù haït maøi : - Ñeå taêng hieäu quaû ngöôøi ta duøng theâm thuøng haït maøi ñeå ñöa haït maøi vaøo thuøng tia. Vôùi haït maøi nhoû, cöùng, saéc, tia nöôùc sau khi ra khoûi ñaàu caét seõ taïo neân taùc duïng phaù huyû lôùn Trang - 69 -
  71. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT hôn loaïi tia nöôùc ñôn thuaàn. Loaïi naøy coù theå gia coâng treân maët ñaát vaø ôû ñoä saâu treân 1000m. Maùy tia nöôùc coù haït maøi cuõng phaân thaønh hai loaïi : + Loaïi thuøng haït maøi khoâng coù aùp suaát : Thaønh phaàn tia caét chæ coù nöôùc vaø haït maøi vôùi löôïng khoâng khí raát lôùn, neân chæ coù theå caét ôû ñoä saâu khoâng quaù 20m. + Loaïi thuøng haït maøi coù aùp suaát : neáu thuøng haït maøi ñöôïc ñoùng kín vaø daãn khoâng khí khoâ töø bôm cao aùp, hoaëc duøng khí CO2, nitô, heli coù aùp suaát töø 2÷15 bar. Loaïi naøy coù theå caét ôû ñoä saâu treân 1000m. haït maøi thöôøng duøng laø Al2O3 vaø SiO2 coù ñöôøng kính toát nhaát laø Φ0,07÷0,08 mm. Aùp suaát gia coâng coù theå ñeán p = 2000 bar. Maùy thöôøng duøng ñeå caét caùc vaät lieäu phi kim loaïi cöùng vaø gioøng nhö thuyû tinh CaF2, goám söù SiO2, hay silicon, mica, hoaëc duøng ñeå laøm saïch, ñaùnh boùng .v.v. - Thieát bò duøng trong gia coâng baèng tia haït maøi ñöôïc phaân loaïi theo phöông phaùp caáp dung dòch haït maøi tôùi cô caáu phun vaø tôùi beà maët gia coâng. Nhö vaäy, theo nguyeân taéc naøy thieát bò ñöôïc chia ra thaønh 6 sô ñoà sau : * Sô ñoà 1 : Caáp dung dòch haït maøi leân cao vaø tôùi beà maët gia coâng baèng cô caáu phun nhôø khí neùn (hình 2.43). Thieát bò goàm beå chöùa 1 coù cô caáu ñònh höôùng goàm oáng daãn trung taâm 5 vaø caùc maùng daãn 6. Khi cô caáu khuaáy 2 quay, dung dòch döïa theo caùc maùng daãn 6 chaûy leân treân vaø xuoáng döôùi, nhö vaäy noù ñöôïc troän ñeàu (haït maøi vôùi chaát loûng). Tieáp ñoù dung dòch theo oáng daãn 7 ñöôïc caáp cho cô caáu phun 8 roài tôùi chi tieát gia coâng 10 nhôø khí neùn trong oáng phun 9 ra khoûi beà maët gia coâng, dung dòch chaûy xuoáng phaàn döôùi cuûa thuøng chöùa 11 roài trôû veà beå chöùa 1. Thieát bò treân ñaây ñöôïc duøng khi caàn naâng cao naêng suaát gia coâng. Trang - 70 -
  72. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT Hình 2.43 : Thieát bò caáp haït maøi theo sô ñoà 1. 1. Beå chöùa 2. Cô caáu khuaáy 3. Ñoäng cô ñieän 4. Boä truyeàn 5. OÁng daãn trung taâm 6. Caùc maùng daãn 7. OÁng daãn 8. Cô caáu phun 9. OÁng phun 10. Chi tieát gia coâng 11. Thuøng chöùa * Sô ñoà 2 : Dung dòch haït maøi töï chaûy tôùi cô caáu phun vaø ñöôïc phun nhôø khí neùn (hình 2.44). Thieát bò goàm maùy bôm 1 coù nhieäm vuï caáp dung dòch vaøo beå chöùa 3 (naèm ôû phaàn treân cuûa buoàng coâng taùc 4) theo oáng daãn 2. Töø beå chöùa 3 dung dòch töï chaûy xuoáng cô caáu phun 5 vaø ñöôïc phun tôùi chi tieát gia coâng nhôø khí neùn trong oáng phun 6. Trong quaù trình laøm vieäc coù hôn 50% dung dòch töø beå chöùa 3 chaûy theo oáng xuoáng phaàn döôùi cuûa buoàng coâng taùc 4, laøm cho dung dòch ñöôïc khuaáy ñeàu, taïo ñieàu kieän ñeå taêng khaû naêng caét goït cuûa haït maøi. Thieát bò naøy ñöôïc duøng trong saûn xuaát ñôn chieác vaø haøng loaït nhoû. Trang - 71 -
  73. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT Hình 2.44 : Thieát bò caáp haït maøi theo sô ñoà 2 : 1. Bôm 2. OÁng daãn dung dòch vaøo beå chöùa 3. Beå chöùa 4. Buoàng coâng taùc 5. Cô caáu phun 6. OÁng phun khí neùn 7. OÁng daãn dung dòch haït maøi xuoáng buoàng coâng taùc 8. Baøn coâng taùc. * Sô ñoà 3 : Thieát bò caáp dung dòch haït maøi nhôø aùp löïc cuûa khí neùn (hình 2.45). Thieát bò goàm beå chöùa 1, aùp löïc cuûa noù ñöôïc ñaûm baûo trong phaïm vi 1,2÷2 kG/cm 2 nhôø boä giaûm aùp 2. Döôùi aùp löïc naøy dung dòch theo oáng 3 ñöôïc caáp cho cô caáu phun 4, cô caáu naøy phun dung dòch tôùi chi tieát gia coâng 5 nhôø khí neùn coù aùp suaát (aùp löïc) 4÷6 kG/cm2 theo oáng daãn 6. Dung dòch sau khi gia coâng chaûy xuoáng phaàn döôùi cuûa buoàng coâng taùc 7. Chaát loûng vaø haït maøi ñöôïc khuaáy ñeàu trong beå chöùa 1 nhôø cô caáu khuaáy 8. Dung dòch ñöôïc caáp nhôø aùp löïc coù chaát löôïng cao hôn (ñöôïc khuaáy ñeàu hôn) caùc phöông phaùp khaùc. Khi aùp löïc cuûa khí neùn trong beå chöùa 1 taêng, löôïng dung dòch ñöôïc phun trong moät ñôn vò thôøi gian tôùi beà maët gia coâng taêng, do ñoù löôïng kim loaïi ñöôïc boùc taùch cuõng taêng. Trang - 72 -
  74. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT Hình 2.45 : Thieát bò caáp haït maøi theo sô ñoà 3. 1. Beå chöùa 2. Boä giaûm aùp 3. OÁng daãn dung dòch tôùi cô caáu phun 4. Cô caáu phun 5. Chi tieát gia coâng 6. OÁng daãn khí neùn 7. Buoàng coâng taùc 8. Cô caáu khuaáy. * Sô ñoà 4 : Thieát bò khoâng phun tia dung dòch (hình 2.46). Thieát bò naøy ñöôïc duøng khi naêng suaát gia coâng (löôïng kim loaïi ñöôïc boùc taùch) khoâng caàn cao. Dung dòch trong beå chöùa 1 luoân luoân ñöôïc giöõ döôùi aùp suaát cuûa khí neùn. AÙp suaát cuûa khí neùn trong beå chöùa ñöôïc ñieàu chænh nhôø boä giaûm aùp 2 vaø ñöôïc xaùc ñònh baèng aùp keá 3. Dung dòch ñöôïc khuaáy ñeàu nhôø cô caáu 4 vaø ñöôïc caáp (khoâng phun) tôùi chi tieát gia coâng 7 qua oáng daãn 5 vaø voøi phun 6. Dung dòch sau khi gia coâng chaûy xuoáng phaàn döôùi cuûa buoàng coâng taùc 8 roài sau ñoù (khi thieát bò döøng hoaït ñoäng) chaûy xuoáng beå chöùa 1. Trang - 73 -
  75. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT Hình 2.46 : Thieát bò cung caáp haït maøi theo sô ñoà 4. 1. Beå chöùa 2. Boä phaûn aùp 3. Aùp keá 4. Cô caáu khuaáy 5. OÁng daãn 6. Voøi phun 7. Chi tieát gia coâng 8. Buoàng coâng taùc. * Sô ñoà 5 : Thieát bò cung caáp dòch haït maøi nhôø maùy bôm vaø khí neùn (hình 2.47). Dung dòch töø beå chöùa 1 ñöôïc phun tôùi beà maët cuûa chi tieát gia coâng 6 nhôø maùy bôm 2, oáng daãn dung dòch 3, cô caáu phun 4 vaø oáng daãn khí neùn 5. Dung dòch sau khi gia coâng chaûy töø buoàng coâng taùc 7 xuoáng beå chöùa 1. Taïi beå chöùa naøy dung dòch ñöôïc khuaáy ñeàu nhôø cô caáu khuaáy 8. Quaù trình gia coâng coù hieäu quaû cao neáu maùy bôm caáp dung dòch vôùi aùp löïc baèng aùp löïc cuûa khí neùn (5÷7 kG/cm2). Neáu aùp löïc cuûa maùy bôm thaáp hôn aùp löïc cuûa khí neùn thì naêng suaát gia coâng cuûa thieát bò (löôïng kim loaïi ñöôïc hôùt trong moät ñôn vò thôøi gian) giaûm, ñaëc bieät khi gia coâng baèng haït maøi coù kích thöôùc lôùn. Thieát bò loaïi naøy ñöôïc duøng chuû yeáu trong ngaønh cheá taïo maùy vaø caùc laõnh vöïc coâng nghieäp khaùc. Trang - 74 -
  76. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT Hình 2.47 : Thieát bò cung caáp haït maøi theo sô ñoà 5. 1. Beå chöùa 2. Maùy bôm 3. OÁng daãn dung dòch 4. Cô caáu phun 5. OÁng daãn khí neùn 6. Chi tieát gia coâng 7. Buoàng coâng taùc 8. Cô caáu khuaáy. * Sô ñoà 6 : Thieát bò caáp dung dòch haït maøi nhôø maùy bôm vaø roâto (hình 2.48). Thieát bò naøy khoâng duøng khí neùn, do ñoù coù theå tieát kieäm ñöôïc chi phí gia coâng. Dung dòch haït maøi ñöôïc caáp tôùi beà maët cuûa chi tieát gia coâng nhôø maùy bôm ly taâm 1, oáng daãn 2 vaø roâto 3. Dung dòch sau khi gia coâng chaûy xuoáng phaàn döôùi cuûa buoàng coâng taùc 5 vaø theo oáng daãn 6 tôùi maùy bôm ly taâm 1. Löôïng dung dòch qua maùy bôm naøy chaûy xuoáng buoàng coâng taùc döôùi moät aùp löïc naøo ñoù, cho neân noù luoân luoân ñöôïc khuaáy ñeàu. Ñöôøng kính cuûa roâto phuï thuoäc vaøo toác ñoä cuûa dung dòch haït maøi caàn ñaït vaø thöôøng naèm trong khoaûng 300÷500 mm. Caùc raõnh cuûa roâto coù beà roäng 50 mm, caùc meùp ngoaøi cuûa chuùng ñöôïc veâ troøn vaø ñöôïc baûo veä baèng caùc maøn chaén cao su ñeå taêng thôøi gian söû duïng. Soá voøng quay cuûa roâto khoaûng 2500÷8000 voøng trong moät phuùt. Coâng suaát cuûa ñoäng cô ñieän 5÷10 kW. Roâto ñöôïc ñaäy baèng caùc ñóa kim loaïi. Khi quay roâto haét dung dòch haït maøi, taïo thaønh chuøm tia coù goùc ôû Trang - 75 -
  77. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT ñænh 70 ÷120o. Toác ñoä cuûa caùc haït maøi trong thieát bò naøy cao hôn trong caùc thieát bò coù duøng khí neùn. Vôùi toác ñoä cao nhö vaäy coù theå söû duïng haït maøi coù kích thöôùc nhoû hôn ñeå naâng cao ñoä boùng beà maët trong khi vaãn ñaûm baûo ñöôïc naêng suaát gia coâng. Hình 2.48 : Thieát bò cung caáp haït maøi theo sô ñoà 6. 1. Maùy bôm li taâm 2. OÁng daãn dung dòch tôù roâto 3. Roâto 4. Chi tieát gia coâng 5. Buoàng coâng taùc 6. OÁng daãn dung dòch tôùi maùy bôm c) Maùy tia nöôùc CNC : - Maùy tia nöôùc thöôøng duøng ñöôïc ñieàu khieån baèng heä thoáng NC/CNC. Noù coù daïng nhö maùy phay ñöùng. Treân xaø ngang laép ñaàu caét vôùi voøi phun cho tia nöôùc aùp suaát cao taùc ñoäng vaøo chi tieát gia coâng treân baøn coù theå di ñoäng theo truïc X, Y baèng toaï ñoä ñieàu khieån CNC. Döôùi baøn maùy coù thieát bò thu hoài nöôùc vaø cô caáu tuaàn hoaøn nöôùc. Vôùi cô caáu naøy maùy coù theå trang bò heä thoáng ñieàu khieån toaï ñoä ñeå gia coâng caùc chi tieát ñònh hình. - Ngoaøi ra hieän nay, nhieàu maùy tia nöôùc CNC ñaõ caûi tieán raát nhieàu, heä thoáng ñaàu caét ñöôïc thieát keá goïn hôn, tieän lôïi hôn. Caùnh tay robot ñöôïc öùng duïng (hình 2.49) nhaèm gia coâng Trang - 76 -
  78. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT ñöôïc raát nhieàu vò trí maø ñaàu caét thoâng thöôøng khoâng thöïc hieän ñöôïc. Cuoän daây chòu aùp suaát cao Boä phaän taùc ñoäng Choát tay quay Voøi phun Hình 2.49 : Gia coâng tia nöôùc daïng tay maùy V. Caùc thoâng soá coâng ngheä : 1) Gia coâng baèng tia nöôùc : Caùc thoâng soá gia coâng quan troïng trong gia coâng baèng tia nöôùc bao goàm : khoaûng caùch gia coâng, ñöôøng kính caùc voøi phun, aùp suaát nöôùc vaø toác ñoä caét. Khoaûng caùch gia coâng laø khoaûng caùch giöõa ñaàu voøi phun vaø beà maët gia coâng. Thoâng thöôøng khoaûng caùch naøy laø nhoû ñeå tia nöôùc phaân taùn tôùi möùc toái thieåu tröôùc khi kòp ñaäp vaøo beà maët. Khoaûng caùch gia coâng ñieån hình laø 3,2 mm. Kích thöôùc cuûa loã voøi phun aûnh höôûng ñeán ñoä chính xaùc cuûa quaù trình caét loã voøi. Voøi phun nhoû ñöôïc söû duïng treân nhöõng vaät lieäu moûng. Ñoái vôùi nhöõng vaät lieäu daøy hôn thì caàn coù nhöõng tia phun daøy hôn vaø aùp suaát cao hôn. Toác ñoä caét thöôøng vaøo khoaûng töø 5mm/s - 500 mm/s tuøy theo ñoä daøy cuûa chi tieát gia coâng. Phöông phaùp gia coâng tia nöôùc Trang - 77 -
  79. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT thöôøng ñöôïc töï ñoäng hoaù baèng heä thoáng CNC hay ngöôøi maùy coâng nghieäp. Phaïm vi gia coâng : töø 1,6 mm - 305 mm vôùi ñoä chính xaùc laø ± 0,13 mm. 2) Gia coâng baèng tia nöôùc coù haït maøi : - Ñoái vôùi gia coâng tia nöôùc coù haït maøi khi theâm nhöõng haït maøi vaøo tia nöôùc seõ laøm phöùc taïp quaù trình gia coâng vì phaûi boå sung moät soá thoâng soá vaø nhöõng thoâng soá naøy phaûi ñöôïc ñieàu khieån. Nhöõng thoâng soá theâm vaøo cho quaù trình laø loaïi haït maøi, côõ haït vaø toác ñoä doøng chaûy. Caùc loaïi vaät lieäu haït maøi thöôøng ñöôïc söû duïng laø Al2O3, SiO2 vaø garnet, caùc côõ khoaûng töø 60 ñeán 100 . Löôïng maøi ñöôïc theâm vaøo trong tia nöôùc xaáp xæ khoaûng 0,3 kg/phuùt sau khi thoaùt ra voøi phun. Ñöôøng kính hôû cuûa voøi khoaûng töø 0,25 - 0,63 mm. Sôû dó kích côõ hôn moät chuùt so vôùi söï gia coâng baèng tia nöôùc laø ñeå coù ñöôïc toác ñoä doøng chaûy cao hôn vaø naêng löôïng nhieàu hôn vì beân trong noù coù chöùa haït maøi. - AÙp suaát nöôùc trong gia coâng baèng tia nöôùc coù haït maøi gioáng trong gia coâng baèng tia nöôùc. Khoaûng caùch cho pheùp phaûi ít hôn ñeå giaûm ñeán möùc toái thieåu hieäu quaû phaân taùn cuûa chaát loûng caét maø hieän giôø coù chöùa nhöõng haït maøi. Khoaûng caùch cho pheùp ñieån hình laø khoaûng ¼ hay ½ khoaûng caùch trong gia coâng tia nöôùc. - Caùc thoâng soá caàn chuù yù khi gia coâng tia nöôùc coù haït maøi: + Tæ leä caáp haït maøi. + Ñöôøng kính oáng troän. + Ñöôøng kính mieäng voøi phun. + Aùp suaát nöôùc trong voøi. + Khaû naêng caét vaät lieäu. + Chieàu daøy chi tieát. + Chaát löôïng caàn gia coâng. + Coâng suaát maùy bôm. Trang - 78 -
  80. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT a) Hoà sô gia coâng baèng tia nöôùc haït maøi aùp löïc cao : - Goùc phun α = 900 (hình 2.50a). Trong tröôøng hôïp naøy beà maët ñöôïc gia coâng baèng tia va ñaäp. - Goùc phun α = 0 (hình 2.50b). Trong tröôøng hôïp naøy beà maët ñöôïc gia coâng baèng tia tröôït. - Goùc phun α = 0÷900 (hình 2.50c) - beà maët gia coâng baèng tia cheùo. - Khi gia coâng vaät lieäu gioøn neân duøng phöông phaùp tia va ñaäp (hình 2.50a) coøn khi gia coâng vaät lieäu deûo neân duøng caùc phöông phaùp tia tröôït vaø tia cheùo (hình 2.50b vaø hình 2.50c). - Dung dòch khi va ñaäp vaøo beà maët gia coâng taïo ra moät lôùp maøng maø chieàu daøy cuûa noù phuï thuoäc vaøo thaønh phaàn cuûa dung dòch (hình 2.50d). Caùc haït maøi trong tia dung dòch (tia haït maøi) phaù vôõ maøng dung dòch naøy ñeå ñaït chaát löôïng theo yeâu caàu. - Quaûng ñöôøng ñi cuûa haït maøi qua maøng dung dòch caøng lôùn khi goùc phun α caøng nhoû. Haït maøi naøo ñi tôùi phaàn cuûa beà maët gia coâng thì noù chòu söùc caûn cuûa maøng ding dòch (do coù chieàu daøy lôùn) cho neân chieàu daøy phoi ñöôïc caét giaûm xuoáng. - Neáu beà maët gia coâng coù ñoä phaúng lyù töôûng thì caùc haït maøi bò beà maët haát leân vaø khoâng ra moät coâng ñaùng keå naøo (hình 2.50e). - Neáu beà maët di dôøi tôùi caùc ñænh nhaáp nhoâ naøy seõ bò phaù vôõ (hình 2.50g). Quaù trình naøy xaûy ra lieân tuïc cho ñeán khi taát caû caùc ñænh nhaáp nhoâ bò san phaúng. - Kích thöôùc cuûa caùc haït maøi ñöôïc choïn phuï thuoäc vaøo ñoä nhaùm beà maët tröôùc khi gia coâng. Neáu kích thöôùc cuûa caùc haït maøi (hình 2.50h beân traùi) quaù nhoû so vôùi nhaáp nhoâ (ñoä nhaùm) thì caùc haït maøi khoâng chæ taùc ñoäng tôùi caùc ñænh nhaáp nhoâ maø coøn taùc ñoäng tôùi caû ñaùy cuûa chuùng nöõa. Nhö vaäy quaù trình gia coâng seõ taïo ra beà maët coù prophin töông töï nhöng vôùi Trang - 79 -
  81. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT ñoä nhaùm thaáp hôn. Neáu kích thöôùc cuûa caùc haït maøi quaù lôùn thì chuùng khoâng theå xaâm nhaäp xuoáng caùc ñaùy nhaáp nhoâ ñöôïc, do ñoù chuùng chæ coù khaû naêng san phaúng caùc phaàn treân cuûa nhaáp nhoâ (hình 2.50h beân phaûi). Hình 2.50h (ôû giöõa) laø sô ñoà kích thöôùc haït maøi hôïp lyù nhaát. - Löôïng haït maøi trong dung dòch taêng cho pheùp naâng cao naêng suaát gia coâng. - Tuy nhieân, neáu löôïng haït maøi trong dung dòch quaù lôùn seõ laøm cho chuùng va ñaäp vôùi nhau quaù nhieàu, do ñoù hieäu quaû caét laïi giaûm. Do ñoù, löôïng haït maøi trong dung dòch (maät ñoä haït maøi) phaûi ñöôïc choïn toái öu. - Tia haït maøi va ñaäp vaøo kim loaïi cöùng vôùi toác ñoä toái ña V (m/s), seõ xaâm nhaäp vaøo kim loaïi cöùng ñoù vôùi toác ñoä U (m/s), taïo ra aùp löïc caét P (taán/m2). γ P = (V − U) 2g ôû ñaây : γ - troïng löôïng rieâng cuûa vaät lieäu doøng tia (taán/m2) g - gia toác troïng tröôøng (m/s) AÙp löïc caét naøy coù theå ñaït 280.000 Kg/cm2 - Baûng 2.3 laø baûng toác ñoä caét cuûa moät soá vaät lieäu cho tröôùc (mm/phuùt). Maùy coù aùp suaát 3800 bar duøng 4,2 lít/phuùt, mieäng voøi coù ñöôøng kính 0,38 mm; voøi daøi 1,14mm; söû duïng haït maøi : 680 gram/phuùt. b) Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán naêng suaát gia coâng vaø ñoä nhaùm beà maët : - Naêng suaát gia coâng baèng tia haït maøi laø haøm soá cuûa nhieàu yeáu toá vaø noù phuï thuoäc vaøo muïc ñích gia coâng beà maët. Ví duï : Khi gia coâng beà maët nhaèm taêng ñoä boùng (giaûm ñoä nhaùm) thì caàn phaûi boùc ít kim loaïi, ngöôïc laïi khi gia coâng beà maët nhaèm ñaït kích thöôùc thì löôïng kim loaïi ñöôïc boùng taùch trong moät ñôn vò thôøi gian phaûi ñaït giaù trò lôùn nhaát. Trang - 80 -
  82. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT Hình 2.50 : Hoà sô gia coâng tia nöôùc haït maøi. a) Gia coâng baêng tia va ñaäp; b) gia coâng baèng tia tröôït; c)Gia coâng baèng tia cheùo; d) maøng dung dòch baùm vaøo beà maët gia coâng; e) Söï phaûn xaï cuûa tia haït maøi; g) tia haït maøi phaù vôõ ñænh nhaáp nhoâ; 1.Beà maët gia coâng; 2. Tia haït maøi; 3. OÁng phun; 4. Maøng dung dòch; F. ñöôøng kính cuûa chuøm tia; F1. Ñöôøng kính lôùn cuûa veát hình elip cuûa tia treân beà maët gia coâng; a. chieàu daøy cuûa maøng dung dòch Trang - 81 -
  83. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT Baûng 2.3 : Baûng toác ñoä caét moät soá vaät lieäu cho tröôùc Vaät lieäu Chieàu Caét bình Caét chaát löôïng Caét chaát daøy thöôøng trung bình löôïng cao (mm) (mm/phuùt) (mm/phuùt) (mm/phuùt) 12,7 475 193 122 38,1 132 43 25 Ñoàng 76,2 58 18 10 12,7 330 132 84 38,1 91 30 18 304SS 76,2 41 13 8 12,7 1021 414 259 38,1 284 97 58 Nhoâm 76,2 127 38 23 12,7 366 147 94 Theùp ít 38,1 142 48 28 Cacbon 76,2 64 20 13 12,7 511 208 130 Titanium 38,1 254 86 51 76,2 114 36 20 12,7 912 371 231 38,1 254 86 51 Granite 76,2 114 36 20 12,7 292 119 74 Inconel 38,1 81 28 15 718 76,2 36 10 8 - Caùc thoâng soá coâng ngheä cuûa quaù trình gia coâng baèng tia haït maøi phuï thuoäc vaøo muïc ñích cuûa nguyeân coâng, ñoä cöùng vaø ñoä dai cuûa vaät lieäu gia coâng vaø traïng thaùi cuûa beà maët tröôùc khi gia coâng. Trang - 82 -
  84. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT - Caùc yeáu toá coâng ngheä cuûa quaù trình ñöôïc xeùt ñeán laø : * AÙp suaát cuûa khí neùn : Ñöa dung dòch haït maøi tôùi thieát bò phun P (kg/cm2), Phun dung dòch haït maøi P (kg/cm2). * Ñaëc tính cuûa thieát bò phun : Löu löôïng khí neùn trong oáng phun. Ñöôøng kính cuûa voøi phun khí neùn dk (mm). Ñöôøng kính cuûa oáng phun dung dòch dc (mm). Tieát dieän cuûa luoàn khí neùn fb (mm) hoaëc cuûa dung dòch haït maøi fc (mm) khi chuyeån vaøo buoàng hoãn hôïp. Chieàu daøi oáng phun l (mm). Khoaûng caùch giöõa maët ñaàu cuûa oáng phun vaø voøi phun L(mm). * Ñaëc tính cuûa dung dòch haït maøi : Thaønh phaàn cuûa dung dòch (nöôùc, caùc dung dòch khaùc). Vaät lieäu haït maøi (caùt, corun ñieän). Maät ñoä cuûa haït maøi trong dung dòch Ko (tyû khoái cuûa haït maøi trong nöôùc). * Vò trí cuûa thieát bò phun : Chieàu daøi cuûa tia L (mm). Goùc phun α (ñoä). - Döôùi ñaây ta nghieân cöùu aûnh höôûng cuûa moät soá yeáu toá coâng ngheä ñeán khoái löôïng kim loaïi ñöôïc boùc taùch vaø ñoä nhaùm beà maët khi gia coâng caùc maãu theùp 45, 40X, Y9, theùp nhieät luyeän 40X coù ñoä cöùng HRC 55÷60 vaø moät soá vaät lieäu khaùc. * AÛnh höôûng cuûa thôøi gian gia coâng : - Thöïc nghieäm cho thaáy kho gia coâng kim loaïi (chöa nhieät luyeän, nhieät luyeän vaø kim loaïi maøu) khoái löôïng boùc taùch kim loaïi tyû leä thuaän vôùi thôøi gian gia coâng baèng tia haït maøi (hình 2.51a). Khoái löôïng kim loaïi treân moät ñôn vò dieän tích beà maët gia coâng cuõng taêng theo thôøi gian gia coâng (hình 2.51b). - Ñoä haït : 36; 60; 90; 120; 150; 170; 250; 280; 320; 325; 400; 450. Ñoä haït 36 coù kích thöôùc lôùn nhaát coøn ñoä haït 450 coù kích thöôùc nhoû nhaát. - Khi gia coâng baèng tia haït maøi, ñoä nhaùm beà maët giaûm maïnh trong thôøi gian 60÷100 giaây ñaàu tieân. Sau ñoù ñoä nhaùm beà maët haàu nhö khoâng thay ñoåi theo thôøi gian (hình 2.52). Ví duï, khi gia coâng theùp trong thôøi gian 100 giaây ñoä nhaùm ban Trang - 83 -
  85. PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG ÑAËC BIEÄT ñaàu Rz = 10 μm giaûm xuoáng Rz = 3 μm. Neáu tieáp tuïc gia coâng ñeán 160 giaây thì Rz haàu nhö khoâng thay ñoåi. Hình 2.51 : AÛnh höôûng cuûa thôøi gian gia coâng baèng tia haït maøi khoái löôïng kim loaïi ñöôïc boùc taùch 2 a) Cheá ñoä gia coâng; L = 70 mm; Pc = 2 kG/cm ; ñoä haït cuûa 0 2 haït maøi 150; Ko= 1÷4; α = 40 ; Pe = 6 kG/cm ; 1. theùp 40 chöa nhieät luyeän; 2. theùp 20 chöa nhieät luyeän; 3. nhoâm. b) Cheá ñoä gia coâng; L = 100 mm; ñoä haït cuûa haït maøi 60; 0 2 Ko= 90 ; Pe = 4 kG/cm 1. theùp 40X nhieät luyeän 2. theùp 45 chöa nhieät luyeän Trang - 84 -